1.岩石力学面对的“数据是有限”的问题
岩石力学面对的问题是数据是有限的,不仅是输入给模型的基本参数(例如原岩应力、材料性能等)很难准确地获取,而且能对过程的演化提供一些重要的反馈信息或者能校正模型的测量是很少的。在现阶段,由于“参数给不准”,我们未能获得足够的数据用于理论分析和数值模拟。有限的数据己成为岩石力学理论分析和数值模拟的的一个“瓶颈”间题。
2.许多岩石力学与工程问题的破坏机理是不清楚的
自然界中,岩体被各种构造形迹(如断层、节理、层理、破碎带等)切割成既连续又不连续的地质体,随切割程度的不同,形成松散体一弱面体一连续体的一个序列,这一岩体序列要比迄今为止人类熟知的任何工程材料都复杂,它几乎到处都在变化着。因此,岩体的变形破坏特征是极其复杂的,且多半是高度非线性的,岩体力学问题多具有病态结构,研究的对象也在不断地变化,很难找到一种精确的算法进行求解。在目前的条件下,人类对岩体在复杂条件下的变形破坏机理的理解可以说是甚少的。正因为如此,许多岩石力学过程的数学描述要么是不存在的,要么是弱的或者是不完全的。更糟的是,没有任何可以被广泛接受的概念模型。所以,人们在理论分析和数值模拟岩体力学问题时,经常不得不在特定条件下进行假设,套用已有的理论和定理进行处理,致使分析结果常常与实际出入很大。如果认为输人参数、边界条件、几何方程和平衡方程是基本符合实际的,那么在对计算结果影响很大的岩体本构模型的给定上却带有相当程度的盲目性。对真实岩体本构模型的研究尚不完善,何况还涉及到对目前各种假定下得到的本构模型的选择上。与“有限的数据”这一间题一样,“对岩体的破坏机理理解不清”也已成为岩石力学理论分析和数值模拟的另一个“瓶颈”问题。因此,要进一步提高计算的可靠性,就必须解决输入的参数和本构模型的准确性识别问题。
3.开挖结构是难度自增压系统
一般地,开挖结构都是难度自增殖系统,即随时间演化,如果不及时处理,难度就会自增殖,而且对外部扰动特别敏感。这种难度自增殖系统在开挖深度的增加、多空间开挖系统、开挖尺寸的增大等各种情况下将表现得更为复杂。
(1)开挖深度的增加导致开采的应力、温度等的增加,高应力下硬岩容易出现岩爆和岩崩。
(2)复杂的开采系统、高大酮室群等一般是多空间开挖系统。多空间开挖系统要比单空间开挖系统复杂得多。开挖结构尺寸的增大将导致更复杂的自增殖系统。在开挖过程中,岩石材料性质是多变的,各点的弹、塑、粘性质也是多变的,既有能量耗散,也有能量聚集,不过这些变化速度不是很快,看起来各空间好像是稳定的,但实际上这种稳定本质上是一种动态平衡过程,它的突变频率有增加的趋势。只要开挖工程在进行,就避免不了诸多空间之间的岩石和矿柱受到多因素的干扰,这些干扰发展到一定程度,或者地下空间发展到一定的规模,即使是微笑的干扰,也能够引起岩层的突然崩溃性破坏。
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