La formación y desarrollo de la mecánica de rocas.

La mecánica de rocas es una disciplina de vanguardia emergente formada a partir de la construcción de ingeniería y estrechamente relacionada con la construcción de ingeniería. Tiene una historia corta y un desarrollo rápido, pero su proceso de formación es largo. Se sabe que en el siglo II a. C., Li Bing utilizó las características de expansión y contracción térmica del macizo rocoso para romper el macizo rocoso con fuego, cortó la boca de botella de Dujiangyan, cavó montañas y construyó canales, que fue la germinación de la roca. mecánica. En el siglo I, los trabajadores de nuestro país utilizaron el método de trituración por impacto para cavar pozos de sal a cientos de metros de profundidad. Minería en dinastías pasadas, como soporte, relleno, retención de pilares, etc. , prevenir el colapso del techo, la desviación de la pendiente, la fractura y otros fenómenos de presión del suelo son aplicaciones específicas de la mecánica de rocas, pero todas se basan en la experiencia intuitiva y no existe un concepto sistemático. Después de la tercera revolución industrial en Occidente, la producción capitalista se desarrolló rápidamente y la mecánica de rocas nació en las actividades de construcción económica humana. En 1878, A. Heim propuso la hipótesis de que la tensión del macizo rocoso profundo se produce en un estado de presión hidrostática. En 1926, Schmied aplicó la hipótesis de Heim y la combinó con el concepto de elasticidad de la roca para resolver la distribución de tensiones de la roca circundante de la caverna. Al mismo tiempo, Dinnik (a.h. диннику) propuso la fórmula para el estado de tensión natural en el macizo rocoso, прутоцн (m. m. prouteau giyanov). Después de la Segunda Guerra Mundial, muchos países construyeron diversos proyectos y se enfrentaron a una serie de problemas científicos y tecnológicos. promovió la mecánica de las rocas de vigoroso desarrollo. Durante este período, los medios continuos, la teoría elástico-plástica homogénea y la teoría del equilibrio límite fueron los principales principios computacionales. En términos de pruebas, se realizan principalmente pruebas físicas y mecánicas en pequeños bloques de prueba interiores, pero también se realizan pruebas de campo a gran escala junto con proyectos de ingeniería. Durante el mismo período, académicos europeos como L. Müller llevaron a cabo investigaciones basadas estrechamente en la práctica real, fundaron la famosa Escuela Austriaca de Mecánica de Rocas y celebraron el primer Simposio Internacional sobre Mecánica de Rocas en Salzburgo en 1951.

Después de 1957, continuaron surgiendo trabajos sobre mecánica de rocas, marcando el nacimiento y surgimiento de una nueva disciplina independiente con un sistema completo. Entre 1957 y 1965, V. Rabcewicz, Müller, F. Pacher y otros investigaron y desarrollaron el nuevo método austriaco de construcción de túneles, denominado NATM, basándose en la experiencia resumida en ingeniería de túneles. Este método se basa en la teoría elástico-plástica de la roca, el concepto de oportunidad de la deformación relacionada con la capacidad de autoprotección del macizo rocoso en los datos de observación dinámica del macizo rocoso del túnel y la clasificación de las condiciones geológicas de ingeniería del macizo rocoso. para determinar el proceso de excavación y el método de soporte. Se trata de una tecnología magnífica que combina ideas científicas y experiencia. Se ha aplicado con éxito en Europa y se ha promovido en países de todo el mundo, haciendo grandes contribuciones a la mecánica de rocas.

La Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas se creó en 1962. Del 65438 al 0966 se celebró en Lisboa el primer Congreso de la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas. Con base en las lecciones catastróficas de la falla de la presa del arco de Malpasa y el deslizamiento masivo de tierra en el banco del embalse Wayang, se propone que se preste atención a la actualización del conocimiento de la mecánica de rocas en la ingeniería geológica y al establecimiento de estándares para las propiedades de la mecánica de rocas. La mayoría de los conceptos actualizados de la mecánica de rocas se resumen y establecen a partir de la experiencia práctica de la construcción de túneles. Con la ayuda de los resultados de los túneles también se ha desarrollado simultáneamente la mecánica de rocas en la ingeniería de taludes de presas. El desarrollo de la mecánica de rocas ha cambiado de un solo factor en la etapa inicial a una clasificación de peso de múltiples factores, y luego se ha fijado en la clasificación de geomecánica del estándar de clasificación de peso de 1976, lo que hace que los parámetros de la mecánica de rocas requeridos para el diseño cambien de una clasificación empírica cualitativa. método para una detección cuantitativa integral. En una etapa inicial, K. Terzaghi propuso una clasificación de carga de roca en 1946, que luego fue revisada por V. Deere et al. Este método se ha utilizado ampliamente en ingeniería subterránea en los Estados Unidos durante casi 50 años. Considerando el impacto de los defectos y daños del macizo rocoso en el tiempo de autoestabilización longitudinal y transversal de los túneles, Laveur propuso una clasificación del tiempo de apoyo en 1958, que fue modificada por Parker et al. para formar la clasificación NATM basada en condiciones estratigráficas. Este es un método de escalamiento empírico científico con una base teórica científica. En 1967, Diehl clasificó el diseño de calidad de la roca (RQD) utilizando la tasa de extracción de núcleos modificada, que se ha utilizado como parámetro estándar para los registros de núcleos de perforación y se convirtió en la base para la clasificación cuantitativa posterior de los indicadores de calidad del macizo rocoso: el sistema de peso. Elemento básico del sistema RMR y del sistema Q.

Cuando no hay datos de núcleos de perforación, el valor RQD en cada dirección se puede obtener contando la densidad de líneas de unión en las direcciones vertical y horizontal de acuerdo con la fórmula de Priest de 1976. En base a esto, se puede evaluar la calidad del macizo rocoso de la base y el talud de la presa y sus cambios en el espacio tridimensional. En 1972, G. Wickham et al. consideraron una clasificación cuantitativa del macizo rocoso de un sistema de peso multiparamétrico, llamando a la clasificación del peso estructural del macizo rocoso (RSR) un sistema de clasificación del macizo rocoso para el modelo de diseño de soporte de roca que rodea el túnel. Esta clasificación tiene en cuenta el sistema de ponderación del tipo de resistencia del macizo rocoso y el grado de daño estructural; el coeficiente de ponderación de los factores de ocurrencia de la superficie estructural del macizo rocoso y la estructura de construcción de la cueva en los dos primeros factores; parámetros de evaluación La suma es el valor RSR. El método de clasificación RSR es un método eficaz para seleccionar soportes de columnas de acero para túneles. Con base en la calidad del macizo rocoso del túnel obtenida a través de la exploración del túnel, se determina el valor de predicción de RSR y se dibuja un bosquejo de los requisitos de soporte del túnel con este diámetro en cada sección típica del estrato. Al estudiar el soporte del túnel, se introdujo el principio de relación de pilares de carbón. En este principio, es necesario calcular el espaciamiento de las columnas de carga de la roca Terzaghi y luego dividirlo por el espaciamiento teórico de los soportes del tamaño de la columna de la mina utilizado para obtener el porcentaje del espaciamiento de las columnas de carga y el espaciamiento teórico requerido correspondiente. , para comparar el valor RSR con el soporte real. Sinha (1988) señaló que el método RSR es una mejora del método Terzaghi y no es un sistema independiente. Pero la principal contribución de la clasificación RSR es la creación del concepto de sistema de pesaje del macizo rocoso.

La clasificación anterior del macizo rocoso no refleja completamente la compleja estructura y estructura del macizo rocoso, el estado del plano estructural y su potencial de campo. Con el desarrollo de la construcción, se requiere constantemente que la mecánica de rocas explore nuevos métodos de investigación, por lo que los métodos de clasificación y evaluación cuantitativa del macizo rocoso del sistema RMR y Q se han producido uno tras otro, lo que ha traído un cambio cualitativo y un salto en la investigación de las rocas. Mecánica que puede cumplir con los requisitos prácticos.

La clasificación del sistema RMR se denomina clasificación del sistema de peso del macizo rocoso, también conocida como clasificación geomecánica. Fue propuesto por T. Bieniawski en 1973 y se ha mejorado mucho en aplicaciones posteriores. Esta clasificación tiene en cuenta la resistencia a la compresión uniaxial de la roca; el índice de calidad del macizo rocoso; el espaciamiento de las superficies de fractura dañadas; las condiciones de la superficie estructural de la fractura y el peso jerárquico de los cinco parámetros de las condiciones hidrogeológicas; la distribución espacial de las estructuras y la implementación de los edificios. El peso de ajuste está determinado por el número de peso total, y la calidad del macizo rocoso se utiliza para determinar la resistencia cohesiva (resistencia a la falla por tracción), el ángulo de fricción interna y el tiempo promedio de soporte del subsuelo. Masa rocosa de caverna. El sexto elemento es ajustar el peso del parámetro, que se puede utilizar para ingeniería subterránea, cimentación de presas e ingeniería de taludes. En 1980, Hock-Brown utilizó el método de clasificación RMR para determinar la fórmula teórica para la intensidad de la tensión durante la falla del macizo rocoso. La relación entre el grado de cambio de tensión del macizo rocoso y su ángulo de fricción interna y RMR en condiciones perturbadas y no perturbadas se establece en la fórmula. Debido a que los pesos de los parámetros de RMR se han modificado muchas veces, Hawke propuso que cuando RMR >18, se deberían adoptar las regulaciones de 1976, y RMR76 debería denominarse clasificación de índice geomecánico GSI. En base a esto se obtienen la resistencia a la tracción a la compresión y los valores de φ y C del macizo rocoso. Según RMR≈57, el módulo de deformación del macizo rocoso se resuelve mediante las fórmulas correspondientes propuestas por Biniewski y Seraphin respectivamente. Esto forma un sistema de ingeniería para seleccionar los parámetros mecánicos del macizo rocoso necesarios para el diseño de los cimientos del edificio. En cuanto a la evaluación de la estabilidad de los taludes de roca, Romana en 1985, basándose en datos de campo, se dio cuenta de que la estabilidad de los taludes de roca está controlada por las propiedades mecánicas de la superficie estructural y se ve afectada por la relación de distribución espacial entre la superficie estructural y la pendiente, y propuesto El método factorial para modificar los parámetros de la relación entre planos estructurales y pendientes en el sistema RMR elimina el factor de corrección de la dirección del plano estructural en el sistema RMR original y aumenta el peso de corrección del método de excavación. Se ha revisado al método SMR, lo que hace que el método de clasificación RMR sea adecuado para la evaluación preliminar de la estabilidad de taludes rocosos, incluidos macizos rocosos débiles y macizos rocosos severamente articulados. Esta es una contribución importante al estudio de los peligros geológicos de las laderas. En resumen, después de que se propuso la clasificación RMR, ésta ha sido revisada y mejorada de manera innovadora día a día. Sin embargo, la clasificación RMR ignora tres propiedades importantes, a saber, la rugosidad de varias uniones, la resistencia al corte de las uniones rellenas y la carga de la propia roca en la caverna subterránea. En 1974, N. Barton utilizó las ventajas del método de clasificación RMR para mejorar sus fallas y deficiencias basándose en cientos de ejemplos de ingeniería, y propuso la clasificación del índice de calidad de la roca circundante del túnel y el método del sistema Q.

Utiliza seis valores de parámetros: calidad de la roca; número de grupos de juntas; valor de rugosidad de las juntas; coeficiente de reducción de agua de las juntas; El cociente de la calidad de la roca y el número de grupo de juntas representa el estado de los bloques de roca; el cociente de la rugosidad de las juntas y el grado de alteración de las juntas representa el índice de resistencia al corte entre bloques; el cociente del coeficiente de reducción de agua de las juntas y el coeficiente de reducción de tensiones representa el estado de tensión efectivo; El producto de los tres cocientes es el valor q. De acuerdo con la relación entre el índice Q y el perfil del proyecto, se obtiene la relación entre la presión del arco de roca circundante y Q y escala equivalente, se determinan las medidas de soporte apropiadas y se establece la relación entre Q y RMR. El sistema q es un sistema de clasificación cuantitativa y un sistema de ingeniería que promueve el diseño de soporte de túneles. En el sistema Q, Barton et al. creen que el número de grupos de juntas, la rugosidad y la alteración son más importantes que la dirección de la junta. La rugosidad y la alteración de la junta se refieren a las juntas menos adecuadas e implican la dirección. La clasificación Q no es lo suficientemente general cuando se incluyen direcciones conjuntas. Para evitar complejidades y limitaciones, los investigadores se centran en varias métricas importantes.

Cuando la clasificación del macizo rocoso se ha desarrollado para determinar cuantitativamente los parámetros macromecánicos del macizo rocoso, la tecnología de pruebas en interiores y exteriores ha cumplido con los requisitos de alta precisión. Estos métodos de tensión in situ existentes incluyen el método piezomagnético, el método de alivio de tensión, la investigación de tensión del método de fracturación hidráulica que ocupa el orificio, el método de elevación radial de sección completa de túnel plano, la prueba hidráulica del módulo de macrodeformación del macizo rocoso y la prueba triaxial in situ, reológica. ensayo de corte, ensayo de corte y detección eléctrica dinámica. Con respecto a la resistencia al corte de superficies estructurales con diferente rugosidad, Barton, basándose en la investigación de Barton sobre el ángulo de dilatación, consideró la rugosidad de la superficie estructural y su resistencia a la compresión de la superficie, y propuso una fórmula de resistencia al corte en diferentes condiciones de tensión. Para cooperar con la investigación cuantitativa sobre la clasificación del macizo rocoso y la resistencia al corte en el campo, podemos determinar rápidamente los requisitos físicos y mecánicos relevantes en el campo. Como el método del martillo Schmidt, medición de rugosidad de superficies estructurales, etc. Existen ensayos triaxiales holográficos, ensayos de efecto de intemperismo, resistencia al impacto de superficies estructurales, ensayos de deformación, ensayos de simulación de cuerpos geológicos, etc. Con el desarrollo de las computadoras y el rápido desarrollo y mejora del análisis numérico, se ha desarrollado desde elementos finitos, elementos límite, elementos discretos hasta elementos finitos adaptativos, simulación, etc. Pero su implementación depende de la corrección de los parámetros y de la coherencia entre el modelo físico y la realidad.