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孙广忠与岩体结构控制论

时间:2010-09-18 14:38 来源:未知 作者:云中雪 责任编辑:地理教师
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  孙广忠,现任中国科学院地质研究所研究员、博士研究生导师。辽宁省庄河县人,1928年10月生。1953年大连工学院水利工程系毕业,1956年长春地质学院工程地质研究生毕业,1957年到中国科学院地质研究所从事土质学、土力学、工程地质、构造地质及岩体力学研究工作。他在科研和生产两个方面做出了突出贡献;(1)广泛地参加了水利水电、矿山、铁路、国防工程及地质灾害防治的工程地质、岩体力学及地质工程实践,主持和参加完成的各种类型工程实践及科研工作60余项,多次受到国家和中国科学院表彰和奖励,1985~1993年期间获国家、部委和中科院表彰和奖励13项;(2)提出了《岩体结构控制论》学说,创立了以“岩体结构控制论”为基础理论的《岩体结构力学》理论体系,获中国科学院自然科学奖一等奖;(3)创办了中国科学院首批开放研究实验室——工程地质力学开放研究实验室,为工程地质力学基础理论研究打下了基础,中国科学院授予他“开放实验室先进科技工作者”荣誉证书。

  随着人类向地下深部进军大趋势的到来,岩体工程类型愈来愈多,规模愈来愈大,问题越来越复杂,其安全和经济越来越受到关注,对岩体力学的需求越来越迫切。岩体力学已经受到国内外广泛重视,出版了许多专著、论文和教科书。但是工程界仍感到已有的岩体力学理论解决实际问题的能力很低。孙广忠认为其原因有两条:(1)岩体力学研究与地质研究脱节;(2)已有的岩体力学理论不能反映岩体力学的真实规律。已有的岩体力学理论是从材料力学和土力学移植过来的,而实质上仍是连续介质力学,这不符合岩体的地质实际。岩体不是一般的材料,它是地质体。孙广忠给岩体下的定义是:岩体是在漫长的地质历史过程中经受过变形、遭受过破坏,形成由一定的岩体成分组成、具有多种不连续结构、赋存于一定的地质环境中的地质体。他给岩体力学下的定义是:岩体力学是研究环境应力改变时经受过变形、遭受过破坏的岩体产生再变形、再破坏的规律、理论和应用的科学。这两个再字非常重要,这两个再字才是岩体力学特点。孙广忠认为,这两个再字是严格受岩体结构控制着的,即岩体结构控制着岩体变形、岩体破坏和岩体力学性质。

  孙广忠在进行岩体力学研究中一开始就抓住了岩体结构,从岩体力学观点出发,对岩体结构的基本规律进行了系统的研究。他对结构面给出了明确的定义,他提出的定义是:结构面是岩体中开裂的或易开裂的节理面、断层面、层间错动面、层面、片理面的总称;同时将结构面切割成的岩块定义为结构体。他根据结构面力学性质将结构面划分为坚硬结构面与软弱结构面两种,根据结构体的力学性能将结构体划分为块状结构体及板状结构体两种类型。据此,他提出岩体结构基本单元由四种类型构成,即

  孙广忠对岩体结构也给出了明确的定义,他给出的定义是:岩体结构是岩体结构单元在岩体内的排列、组合形式。根据这个定义及他提出的岩体结构单元类型,他将岩体结构划分为两级五种类型,如表1所示。

  表1划分结果表明,由软弱结构面切割构成的有两种一级岩体结构,即块裂结构及板裂结构。第二级结构是节理、层面等坚硬结构面切割成的;有三种类型,即碎裂结构、完整结构(包括断续结构)及散体结构。这三种岩体结构类型的区别主要在于结构面发育程度。这些研究结果在《岩体结构力学》专著内进行了系统的论述。

  孙广忠开展岩体力学研究的主要进程如下。1975年提出“结构面力学效应”及“结构面力学效应”研究大纲,有计划地、系统地开展了室内及野外岩体力学实验研究和岩体工程实践研究;提出了“岩体力学介质”和“岩体力学系由多种力学介质构成的力学体系”的概念。1976年提出“岩体是由岩石成分、岩体结构及赋存条件构成”的概念。1979年完成《岩体力学基础》专著书稿,1983年出版。1980年提出“岩体结构力学效应”包括三个部分:即岩体变形结构效应、岩体破坏结构效应、岩体力学性质结构效应。1981年将“岩体力学性质结构效应”概括为三个法则:即爬坡角效应法则、尺寸效应法则、各向异性效应法则;提出“岩体材料变形系由岩石材料变形及结构面变形共同构成”的观点,开展了岩体材料变形本构规律的研究;提出了“岩体破坏受岩体结构控制”的观点及“岩体破坏系岩体结构改组”的概念。1982年完成了“碎裂介质岩体力学”研究报告。1983年提出了“岩体变形系由岩体材料变形和岩体结构变形共同贡献”的概念,系统地研究了岩体变形本构规律;提出了“岩体结构改造”的概念。1984年提出了“板裂结构”及“板裂介质”的概念,系统地研究了板裂介质岩体力学问题;提出了“岩体力学介质可划分为四种类型”,即连续介质、碎裂介质、块裂介质及板裂介质。1985年明确地提出了岩体结构控制论是岩体力学的基础理论,岩体结构力学效应是岩体力学的力学基础,从而为创立《岩体结构力学》理论体系奠定了基础。1986年完成了“岩体改造原理”的概括。1987年写成《岩体结构力学》专著,1988年出版。该专著系统地总结了他多年来从事岩体结构控制论的研究成果。1991年写成《工程地质及地质工程》一书,1993年出版,概述了他从事地质工程的基本理论和部分经验。

  在上述的一系列研究工作的基础上,孙广忠建立了完整的岩体结构控制论的理论基础和充实的科学内容。他明确的指出:岩体结构控制论有两个层次(如下面框图所示),第一个层次是岩体结构对岩体变形、岩体破坏、岩体力学性质规律的控制,这是岩体结构控制论的基础理论,是岩体结构力学的核心。第二个层次是应用,应用这三个基础理论作指导去解决岩体工程实际问题。至此孙广忠已经明确的形成了完整的岩体结构控制论的理论体系。下面是孙广忠以岩体结构控制论为依据建立的岩体结构力学具体理论。


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