众所周知，天然岩体中存在初始应力状态，工程中岩体开挖会导致这种应力卸荷，使岩体中产生应力重分布。对于含有节理、裂隙等结构面的岩体，加载时其仍具有很好的力学性能，而一旦遭遇卸荷，特别是当卸荷导致岩体出现拉应力时，岩体的力学特性将发生本质变化，这将导致岩体质量迅速劣化，其力学性质与加载状态下的力学特性有着本质区别。因此，在对复杂卸荷岩体工程进行分析研究时，必须重点考虑卸荷这个影响因素。只有这样，才能比较真实地反映复杂卸荷岩体工程的开挖特征。

——钱七虎

中国工程院院士

卸荷岩体力学理论与方法来源于工程实践，从开始研究到现在，应该说经历了二十多年，也是一个循序渐进的过程。该研究工作是在哈秋舲教授的直接指导和参与下，由刘国霖教授、李建林教授、张永兴教授、陈洪凯教授、朱可善教授等合作，逐步发展、不断完善完成的。研究初期还在三峡大学（原葛洲坝水电工程学院）组成了以刘国霖教授、李建林教授、王康平教授、朱子龙高级工程师等为主的研究团队。刘国霖教授主要负责工程地质方面的研究工作，李建林教授主要负责卸荷岩体非线性力学特性方面的研究工作，张永兴教授主要负责卸荷岩体分析方法方面的研究工作，陈洪凯教授主要负责渗流与排水方面的研究工作，这些研究工作相互关联，各有交叉，强调协作，初步构成了岩体力学研究的一个完整系统。

卸荷岩体力学研究的最新成果

《卸荷岩体力学原理与应用》是李建林及其科研团队在过去研究的基础上，近十年来有关卸荷岩体力学方面研究的最新成果的系统总结，涵盖卸荷岩体力学研究涉及的各个方面。本团队的研究工作促进了卸荷岩体力学研究的深入开展，无论是试验研究、理论探索，还是工程实践，均取得较大的进展，取得了一些有意义的成果。

1. 系统地总结了本团队从事卸荷岩体力学各个方面的研究成果，涵盖了卸荷岩体力学研究的全新、全部内容，包括工程地质条件分析，卸荷岩体质量评价，卸荷岩体的各向异性、尺寸效应、流变特性、断裂性能、屈服准则、本构关系和加固机理，卸荷岩体地震作用，开挖优化设计与分析方法，以及卸荷岩体参数反分析和卸荷岩体力学的工程应用等方面。

2. 通过对岩体分类的系统研究，提出了将岩体开挖卸荷效应中的卸荷量作为国际上通用的工程岩体分类方法（rock mass rating, RMR）中的一个因素进行考虑，揭示了岩体RMR值随开挖后卸荷量的增大基本呈线性递减的趋势，给出了相应的计算公式。改进后的RMR方法更适合于开挖卸荷岩体的工程分类与质量评价。

3. 为了深入研究卸荷岩体的各向异性特性，通过对含显著平行、垂直层理和不同夹角节理的砂岩进行三轴加、卸荷各向异性试验研究，揭示了节理岩体变形特征、强度特征和破坏特征的各向异性变化特性与规律，并给出了相应的各向异性力学参数计算公式。

4. 通过对完整及节理岩体进行三轴卸荷流变力学特性试验研究，揭示了岩体的卸荷流变变化规律，掌握了节理对岩体流变长期强度弱化作用明显的特点，得出了不同倾角的节理岩体流变长期强度差异性显著的结论，并据此提出了相应的损伤演化方程，建立了新的岩石非线性卸荷流变损伤模型。

5. 为了掌握卸荷岩体的本构理论，进行了大量的三轴卸荷流变力学试验，并根据砂岩保持应力差不变的卸围压试验和升轴压卸围压等方面的复杂应力试验研究，建立了增量型的卸荷弹脆塑型本构模型-根据岩体卸荷应力应变关系为曲线的特征，提出了卸荷双曲线型非线性弹性本构模型。这些本构模型均已应用于实际工程的计算中。

6. 在模拟岩体加固理论与方法方面，采用等效计算试块法，揭示了加锚裂隙岩体在不同加卸载路径作用下力学特性差异性较大的特征，验证了裂隙岩体加固前的应力状态对加固效果有显著影响的结论。由此得知，在分析卸荷岩体边坡加固时，必须考虑裂隙岩体卸荷历史作用所带来的影响。此外，还提出了岩体加固的区域、时间、措施优化等问题。

7. 为了确定开挖边坡的最优开发体型，基于边坡岩体的开挖卸荷效应原理，综合考虑开挖边坡的稳定性和经济性两大因素，提出了工程中如何确定边坡开挖体型的最优方案。研究结果表明，考虑开挖卸荷效应后，开挖边坡的计算参数的选用在一定程度上有所降低，但工程造价则会相应提高。

8. 为了有效地确定岩体宏观力学参数，在人工神经网络法中考虑岩体的开挖卸荷效应，运用人工神经网络方法来反演岩体力学参数，并运用反演结果对开挖卸荷岩体进行正分析计算。与实际工程监测结果的对比分析表明，该方法比传统分析方法更加贴近工程实际。

9. 针对拱坝的受力特点，提出并考虑了岩体开挖卸荷效应影响下坝肩开挖边坡与坝体的相互作用问题，基于该方法的计算成果与监测结果较吻合。研究表明，在实际工程中应该考虑岩体的开挖卸荷效应，也就是要运用开挖卸荷岩体力学理论来研究坝体与边坡的相互作用问题。

10. 通过理论研究与工程实践，本团队进一步完善了卸荷岩体力学理论与方法体系，极大地丰富了卸荷岩体力学的研究内容，凝练了开挖卸荷岩体工程的分析思路与流程，并将该理论成功地应用于国内.#余个复杂条件下的水利水电工程中，解决了工程中存在的一些关键科学技术难题，取得了显著的经济效益和社会效益。

卸荷岩体力学研究的前景与展望

本团队通过近二十年的研究积累，虽然在卸荷岩体力学问题的研究过程中解决了一些科学技术问题，取得了一系列研究成果，但是对卸荷岩体力学问题研究自身来讲，只能说是刚刚起步，还有许多科学问题亟待解决。随着我国经济建设的发展，工程建设过程中还会有许多新的技术难题出现，需要我们把握好这些技术难题中的科学问题，加快研究，产生新的高水平的科学研究成果来加以解决。

科学研究成果的水平来自于科学问题的提炼，科学问题的提炼来自于工程实践的实际，工程实践过程中所遇到的技术难题是提炼科学问题的关键。因此，科学问题要围绕工程中的技术难题来提炼。同时，已研究解决的工程中的科学技术难题将进一步指导新的工程实践。

随着水利水电、道路交通、铁道运输、矿山煤田等工程建设向西部地区的转移，而西部地区大多是高山峡谷地区，环境条件恶劣，地质构造更为复杂，工程建设的难度越来越大。这一地区的岩体承受高地应力、高渗透压力、高温度应力作用，加之该地区受地震作用比较大，其岩体力学问题的复杂性可想而知。

西部地区各类工程的特点是深挖和深埋，岩体特点是结构复杂，受力特点是地应力高、渗透压力高。在水利水电工程中，这些特点更加突出，如高陡边坡、高坝岩基和地下洞室等均如此。此外，水利水电工程都会涉及大体量的岩体开挖，是一个典型的卸荷岩体力学问题。在这些岩体工程中，还面临着许多新的、复杂的问题。

一是复杂地质环境、构造、特性的认识与确定问题。这一问题也是如何认识岩体的问题，包括岩性、地层、断裂、结构面、地应力、渗流的探测等，尤其是超深度地质条件探测，包括理论、技术与方法等方面。由于地质作用和地质构造的复杂性，高地应力的准确测量十分困难，研究和探讨新的地应力探测技术和方法是十分必要的。由于深部岩体结构的复杂性和难度大，岩体结构的准确探测也十分困难，研究和探讨岩体结构探测的新技术和方法也十分必要。

二是岩体的力学特性认识与质量评价问题，包括岩体在各种力学条件下的力学特性及其参数的确定问题，以及岩体质量的评判方法等问题。由于赋存环境和作用因素的复杂性，深部岩体的力学特性十分复杂，岩体质量的评价难度大，尤其是在卸荷条件下的力学特性和岩体质量问题未得到很好解决，如何掌握其力学特性和岩体质量是关键，因此，深部岩体力学特性和岩体质量的进一步研究意义重大。

三是高地应力作用下岩体的开挖卸荷问题。显然，这些问题比常规地应力作用下的要复杂的多。此外，岩体的卸荷流变问题，尤其是在高地应力作用下的卸荷流变问题是一个极为复杂的难题。一般来讲，西部地区岩体工程的开挖体量大，而开挖引起大面积卸荷，又导致卸荷量级较大，岩体的二次应力分布的过程和方式复杂，岩体卸荷的判别准则、岩体卸荷区判别与划分、岩体卸荷区的演化机理、岩体卸荷损伤机制、卸荷区有效控制、卸荷岩体的稳定性分析方法和卸荷岩体加固的理论和方法等是十分复杂的科学问题和技术难题，都有待在进一步的研究中解决。

四是复杂条件下大型工程（边坡、洞室、坝基）的安全性问题，包括岩体稳定性分析的理论与方法、工程施工的理论与方法、加固设计理论与方法、监测的理论与方法、监测技术等。例如，高地应力作用下地下洞室施工过程中的岩爆问题，研究掌握其产生机理、发生规律、分析方法和判别标准十分重要。

五是高渗透压力作用下，地下渗流的分析问题。这不仅仅是一个渗流分析本身的问题，还要考虑到与应力的耦合分析问题，有时还要考虑其他作用的耦合问题，相当复杂。在地下洞室的施工过程中，常常会遇到地下水，地下突水超前预测预报与处理也是一个技术难题。此外，还有降雨、库水位变化等工况的组合作用问题。

六是地震等动力问题的分析。西部地区一般是地震活动比较活跃的地区，动力作用下卸荷岩体的力学特性研究还不多见，并且在地震作用下卸荷岩体的安全稳定性研究更少。因此，这一领域的研究十分必要。

七是岩体工程与水工建筑物的相互作用问题。这类问题在水利水电工程中比较常见，比如拱坝，拱坝坝体与边坡的相互作用问题是工程安全的前提。由于相互作用的复杂性，许多问题，包括相互作用的原理、力学模型、计算方法、处理措施等都未能很好解决。

八是大型水库的库岸安全性问题。河流边坡经常出现滑坡等地质灾害，水库建成后，由于库水位的变化、库岸边坡受到水流的冲刷，库岸再造，可能诱发滑坡等新问题，还有库区的高切坡带来的问题等。

总而言之，卸荷岩体力学研究的内容十分多，领域十分广，前景十分广阔，应用也十分广泛。随着时间的推移，研究成果将越来越丰富，对推进岩体力学学科发展和工程建设的安全性具有十分重要的作用。

随着科学技术的快速发展，新的理论和方法不断出现，如神经网络、灾变理论、分形理论等，并迅速应用于岩体工程的研究，加上计算科学与技术的飞速发展，其应用十分迅速。除此之外，断续介质力学理论也被引入卸荷岩体力学的研究中。但是，这些理论与方法的应用取决于人们对岩体工程的认识程度和理论与方法的假定条件。这些理论与方法必须与岩体的实际力学情况相一致，否则，脱离实际将事与愿违。

我们要防止理论与实际脱节，再先进的理论与方法都应与研究对象的性质和要解决问题的实际相一致，否则解决不了岩体工程的实际问题。

本文由刘四旦摘编自李建林、王乐华等著《卸荷岩体力学原理与应用》一书“前言”“绪论”，有删减，标题为编者所加。

ISBN：978-7-03-046306-7

《卸荷岩体力学原理与应用》是三峡大学过去十年来有关卸荷岩体力学的新研究成果，涵盖了工程地质条件分析，卸荷岩体质量评价，卸荷岩体各向异性、尺寸效应、流变特性、断裂性能、屈服准则、本构关系和加固机理，卸荷岩体地震作用，开挖优化设计与分析方法，以及卸荷岩体参数反分析和卸荷岩体力学的工程应用等内容。

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