岩体应力的测量方法

岩体是在地质历史时期形成的具有一定组分和结构的地质体。由于经受过复杂的地质作用，岩体中分布着各种结构面，如断层、节理、裂隙等，这些结构面彼此组合将岩体切割成形态不一、大小不等和成分各异的岩块。由于岩体结构的复杂性，人们始终无法完全了解复杂岩体的力学性质。裂隙岩体力学参数是一切岩石相关理论研究的基础，同时也是岩石工程分析、评价和设计时必须要考虑的重要因素。因此，正确认识裂隙岩体的力学性质，进而合理研究裂隙岩体稳定性具有重要的理论及现实意义。

岩体结构模型是裂隙岩体力学参数研究的基础。岩体中的结构面具有随机性、形态多样性和空间组合复杂性的特点，由于目前人类测量手段的限制，对岩体中真实存在的结构面进行精确描述是不可能实现的。结构面网络模拟是一种研究岩体结构的有效手段，它基于蒙特卡罗模拟法，根据现场有限天然露头或人工开挖面上实测结构面几何参数的概率分布模型来推求服从这些分布规律的岩体内部结构面分布情况。国内外很多学者对结构面网络模拟进行了研究，但对模拟成果的准确性和模拟成果的工程应用研究不足，少数学者基于结构面网络模型确定岩质边坡潜在破坏面或可动块体，但是网络模拟法所建立的岩体结构面与实际结构面并不是一一对应的，这种“不确定性”使得类似的工程应用效果欠佳。由于结构面网络模拟本身蕴含着“概率等效”的思想，因此，利用结构面网络模拟成果研究岩体宏观力学参数，进而与工程岩体稳定性评价相结合，是将结构面网络模拟成果应用于工程实际的有效途径。

目前岩石力学数值计算方法可分为连续介质法、非连续介质法和连续/非连续介质混合法。连续介质法将岩体等效为连续介质，将岩体简化成数学意义上的连续体来进行分析，包括有限元法、有限差分法和边界元法。非连续介质法将岩体视为岩石和结构面的集合体，这种方法对于岩体的描述比较真实，能够模拟出岩体中局部的应力变形情况，主要包括离散单元法、不连续变形分析法(DDA)和数值流形元法(NMM)。由Cundall(1971)提出并由Lemos等(1985)、Cundall(1988)、Hart等(1988)改进的离散单元法是对裂隙岩体进行应力变形分析的一种强有力的数值计算方法。这种方法将岩体视为一系列刚性或者可变形块体的组合，结构面被看作块体之间的独立边界。离散单元法不仅在块体内部运用了连续理论，也应用力的准则来计算块体之间的作用力以及位移法则来计算每个块体在不平衡力作用下的运动规律。由于考虑了岩石块体和结构面之间的相互作用，离散单元法可以有效地计算复杂裂隙岩体在不同应力和位移边界条件下的力学行为。同时，该方法是一种显式求解方法，在不增加计算次数的情况下可以进行岩块和结构面的大尺度位移、大角度旋转以及复杂本构关系的计算。由于能够充分考虑岩体中结构面的力学行为，离散单元法已成为解决岩体力学问题的一个重要手段。

因此，在三维岩体结构模型和结构面力学特征研究的基础上，基于离散单元法研究裂隙岩体力学参数，探讨基于等效连续及非连续方法的裂隙岩体稳定性评价方法，具有重要的理论研究意义与工程应用价值。