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从陈宗基先生的“封闭应力”假说研究现状见创新滞后的一种原因 精选

已有 5787 次阅读 2014-12-15 22:07 |系统分类:观点评述

从陈宗基先生的“封闭应力”假说研究现状

见创新滞后的一种原因

岳中琦

深部岩体开挖与开采工程时常发生围岩灾害。这些灾害包括岩爆、冲击地压、矿压剧烈、矿震、洞壁劈裂、围岩分区破裂和巷道大变形。近百年来,国内外岩石力学和工程界专家学者对这些深部岩石工程灾害作了大量现象观测、规律总结、预测预报、和成因机理研究[1-2]。但是,问题依然没有得到较好地解决,事故和灾害依然时常发生。

例如,钱七虎院士和何满潮教授院士在2011年在文献[2]写道“岩爆 (rockburst) 是地下工程中的一种特殊现象,具有围岩突然、猛烈地向开挖空间弹射、抛掷、喷出的特征”。 “岩爆是一个世界性的灾难现象”,它是“国际岩石力学领域的世界性难题”,和“其成灾机理与预测预报问题已成为岩石力学界必须致力解决的关键科学问题和技术难题”。

这使得我想起了,陈宗基先生(1922-1991)在1979年提出的“封闭应力”的假说[3-5]。(陈先生的介绍请参见http://baike.baidu.com/subview/205049/10914729.htm。)

陈先生认为岩石内部存在封闭应力,它是岩石工程灾害的原因。他研究了内应变能的释放,论述了这些应力包裹体在实际中的重要性,着重指出蠕变和封闭应力是岩石形状中的两个基本因素,在实际中必须仔细地加以研究。他认为,构造加载作用和热加载作用使得岩石受到非相容的应变,从而在其中生成了非均匀的粒间应力场。这些应力因位错的运动和生成以及微破裂而松弛掉一部分,但还有一部分则以“封闭”或“冻结”应力的形式在岩石中留存至今。因此,在岩体中,可能有大量的这种应力包裹体。这些初始应力一般被定义为在经历了复杂的岩石形成和构造运动的历史之后,迄今残留下来的应力。在实践中常常会遇到这种“封闭”应力的释放,例如,开挖底部的反常隆升,岩石边坡在长期蠕变期间的岩块松动,矿山和隧洞中的岩爆。岩爆有明显的内应变能的释放现象。

迄今,这个极为重要的“封闭应力”假说或观点已经提出了35年。可是,岩石力学专家和学者们对陈先生的“封闭应力“假说研究极其不多,在这方面发表的论文却相当少。根据网上公开文献资料查询,可能仅有钱七虎院士(2004年[6])和王思敬院士(2009年[8])用岩石的结晶矿物现象,对“封闭应力” 假说作了肯定的定性讨论。另外,钱七虎等[7]根据陈先生的封闭应力假说,研究了微裂纹的密度和长度对自平衡封闭应力和岩体破坏的影响。再加上我的研究论文[9-12]。

因此,现在的研究状况依然如同陈先生在1979年提出“封闭应力”假说时一样。陈先生曾在文献[4-5]中写道:“尽管残余(封闭)应力在实用中是很重要的,但是这方面的研究却很少。”

陈宗基先生是著名的岩石力学专家。1980年当选为中科院院士。1958年,他出任国家科委长江三峡岩基组科技组长。1963年,他倡导创建了中国科学院武汉岩土力学研究所,并任第一副所长、所长。1977-1990年,又任中国科学院地球物理研究所副所长、所长。1983-1987年,他任国际岩石力学学会副主席。特别地,由中国岩石力学与工程学会、中国科学院武汉岩土力学研究所、岩土力学与工程国家重点实验室、《岩石力学与工程学报》于2006年起设立和主办了陈宗基讲座。到2013年,已经进行了第五届陈宗基讲座。

Web of Science SCI论文数据库中,用单位地址(ADDRESS)Inst Rock & Soil Mech 和 Chinese Acad Sci,可以查到从1981年到2014年,这个研究所总共发表了745篇论文。同样地,用单位地址(ADDRESS)Inst Geol & Geophys 和 Chinese Acad Sci,可以查到从1981年到2014年,这个研究所总共发表了5561篇论文。但是,在这众多的论文中,没有任何一篇是关于或提到陈先生的“封闭应力”假说(Lock in Stress)。陈先生曾经在中科院这两个研究所工作多年。

在文献[9-12]中,提出和论证了流体包裹体是一种具体、实在、可测量和计算的应力包裹体,流体包裹体的压强和体积膨胀能是一种封闭应力和内应变能的具体存在和作用形式。因此,我认为,只要花费一点精力和时间,我们就可将陈先生的“封闭应力”假说研究的更加清楚,可进一步地上升到地质岩石力学理论、方法和技术。从而,我们将会大大减低岩石工程事故和灾难。我们可成为岩石力学和工程的强国。

亡羊补牢,尤为晚。衷心希望,我们科技工作者能够深入研究我们前辈的科学思想、观点、假说和理论,并将它们发扬光大。这样,我们的科技创新就不会总是滞后或落后!

参考文献

[1]中国科协学会学术部.深部岩石工程围岩分区破裂化效应. 中国科学技术出版社,北京,2008,总134页.

[2]中国科协学会学术部.岩爆机理探索[M]. 中国科学出版社,北京,2011, 总175页.

[3]Tan Tjong Kie.Vice-president Address Note [C]. Proceedings of Congress on Rock Mechanics ofInternational Society for Rock Mechanics, Montreux, Suisse (Switzerland), 1979,3: S253-254.

[4]Tan Tjong-kie, KangWen-fa. Lock in stress, creep and dilatancy of rocks and constitutive equation.Rock Mechanics and Rock Engineering, 1980, 13(1): 5 ~ 22.

[5]陈宗基,康文法.岩石的封闭应力、蠕变和扩容及本构方程,岩石力学与工程学报,1991, 10(4): 299 ~ 312.

[6]钱七虎,戚承志,王明洋.强动载作用下的岩石动力学. 中国岩石力学与工程世纪成就[M],王思敬主编,河海大学出版社,南京,2004: 304 ~ 323.

[7]钱七虎,周小平.岩体非协调变形对围岩中的应力和破坏的影响,岩石力学与工程学报,2013, 32(4): 649-656.

[8]王思敬.论岩石的地质本质性及其岩石力学演绎[J],陈宗基讲座第二讲. 岩石力学与工程学报,2009, 28(3): 433-450.

[9]岳中琦.深部工程岩爆、冲击地压、矿震、洞壁劈裂、围岩分区破裂和巷道大变形的一个可能共同力源和能源---岩石微量密封气体膨胀能 (简述),《岩石力学与工程动态》,2012年第一期(总第97期):83-89。

[10]Yue ZQ, 2013.Micro-gas hypothesis for behaviors of rocks under loading, Constitutive Modeling of Geomaterials: Advances and New Applications,Springer, New York, ISBN Number 978364328138: 381-386

[11]岳中琦. 奠基岩石“封闭应力”假说的气体包裹体和膨胀能力,《工程地质学报》,第22 卷第4 期,2014 年8月: 739-756。

[12]岳中琦. 突围范式Paradigm,走岩土力学与工程强国之路,2014年12月15日博文http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-851224.html

2014年12月15日22:00写成于香港大学黄克兢楼办公室





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