Cibernética de la estructura del macizo rocoso
La mecánica estructural del macizo rocoso es un nuevo sistema teórico basado en la cibernética de la estructura del macizo rocoso y que combina la mecánica y la geología. La mecánica estructural del macizo rocoso es la teoría básica para resolver problemas de construcción de ingeniería del macizo rocoso en ingeniería civil, ingeniería de minas y construcción de ingeniería de defensa nacional. Con el advenimiento de la tendencia general de los seres humanos a marchar a gran profundidad, hay cada vez más tipos de ingeniería de macizos rocosos y la escala es cada vez mayor, sus beneficios económicos y de seguridad están recibiendo cada vez más atención, y la demanda de roca. La mecánica de masas también está aumentando cuanto más urgente es. La mecánica de rocas ha recibido una amplia atención en el país y en el extranjero, y se han publicado muchas monografías, artículos y libros de texto. Sin embargo, la comunidad de ingenieros todavía siente que la teoría existente de la mecánica de rocas tiene poca capacidad para resolver problemas prácticos. El autor señaló que hay dos razones:
(1) la investigación de la mecánica de rocas no está en contacto con la investigación geológica, y el modelo abstracto de mecánica de rocas no se ajusta a la geología real del macizo rocoso;
(2) La teoría existente de la mecánica de rocas no puede reflejar las verdaderas leyes de la mecánica de rocas. La teoría de la mecánica de rocas existente es un trasplante de la mecánica de materiales y de la mecánica de suelos. Es esencialmente una teoría de la mecánica continua y no se ajusta a la realidad geológica de la mecánica de rocas.
¿Cuál es la realidad geológica de los macizos rocosos? Después de años de investigación, el autor poco a poco se dio cuenta de que el macizo rocoso es un cuerpo geológico con varias estructuras discontinuas, que está deformado, estresado, roto y en mal estado. La mecánica de rocas es una ciencia que estudia las leyes, teorías y técnicas de aplicación de la deformación y falla del macizo rocoso cuando cambia la tensión ambiental. Estas dos palabras "en" son muy importantes y son las características de la mecánica de rocas. Estas dos palabras "en" están estrictamente controladas por la estructura del macizo rocoso, es decir, la estructura del macizo rocoso controla la deformación, el daño y las propiedades mecánicas del macizo rocoso. En 1978, el autor propuso la teoría de que el efecto mecánico de la estructura del macizo rocoso es la base mecánica de la mecánica del macizo rocoso. En 1984, el autor propuso que la teoría del control de la estructura del macizo rocoso es la teoría básica de la mecánica del macizo rocoso. Como se muestra en la Figura 3-2, la cibernética de la estructura del macizo rocoso tiene dos niveles: el primer nivel es el control de la estructura del macizo rocoso sobre la deformación, el daño y las propiedades mecánicas del macizo rocoso, que es la teoría básica y el núcleo de la mecánica de la estructura del macizo rocoso. . El segundo nivel consiste en aplicar estas tres teorías básicas como guía para resolver problemas prácticos en ingeniería de macizos rocosos. Obviamente, la teoría central de la mecánica del macizo rocoso es la teoría del control de la estructura del macizo rocoso, y los métodos básicos para resolver problemas de mecánica del macizo rocoso son el método de análisis de la estructura del macizo rocoso y el método de análisis de la mecánica estructural. La siguiente es la teoría específica de la mecánica de la estructura del macizo rocoso establecida por el autor sobre la base de la cibernética de la estructura del macizo rocoso.
Figura 3-2 Diagrama de bloques cibernético de la estructura del macizo rocoso
Figura 3-3 Diagrama de deformación del material del macizo rocoso
1. Teoría de las leyes de deformación del macizo rocoso<. /p >
Muchas personas han estudiado las leyes constitutivas de deformación de los macizos rocosos, pero la mayoría de los resultados de la investigación están divorciados de la realidad geológica de los macizos rocosos. Al resolver problemas de ingeniería de macizos rocosos, se utiliza la teoría de la mecánica de materiales para analizar la deformación del macizo rocoso, pero los resultados no son fáciles de utilizar. Después de años de investigación y práctica, el autor descubrió que la deformación del macizo rocoso es causada por la deformación de los materiales del macizo rocoso y la deformación de la estructura del macizo rocoso, a saber:
Principios de ingeniería geológica
Por ejemplo, como se muestra en la Figura 3-3, la deformación de los materiales del macizo rocoso consta de cuatro componentes mecánicos: deformación elástica de la estructura, deformación viscosa de la estructura, deformación de cierre de la superficie estructural y deformación por dislocación de la superficie estructural. . Según este plan, el autor estudió sistemáticamente la deformación de los materiales del macizo rocoso y proporcionó 17 modelos de deformación y ecuaciones constitutivas basadas en diferentes características geológicas del macizo rocoso (Sun Guangzhong, 1988).
Al mismo tiempo, también se estudió la ley de deformación de la estructura del macizo rocoso y se propusieron cuatro leyes constitutivas de deformación de la estructura del macizo rocoso, a saber, la ley de deformación por deslizamiento a lo largo del plano estructural débil, la ley de deformación por compresión de la capa intermedia débil, la ley de deformación por rotación de la estructura de bloques y las leyes de deformación por flexión de estructuras de placas. De esta manera, el autor proporciona una base teórica de la mecánica estructural del macizo rocoso para el análisis de la deformación del macizo rocoso. Sin embargo, los análisis actuales de deformación del macizo rocoso consideran principalmente la deformación de los materiales rocosos como la deformación general del macizo rocoso. Por lo tanto, los resultados del análisis teórico de la deformación del macizo rocoso son muy diferentes de los resultados de observación reales. En 1986, el autor analizó la deformación de las paredes laterales de la central eléctrica subterránea de la central eléctrica de Lubuge. Según la ley de Hooke, la deformación de la pared lateral de la fábrica subterránea es de 0,19 mm, mientras que el resultado de la observación real es de 22,5 mm, una diferencia de más de 100 veces. Según la teoría de la mecánica del macizo rocoso fisurado propuesta por el autor, se calcula que la deformación del macizo rocoso de la pared lateral de la caverna alcanza los 22,7 mm y aparecen grietas en el macizo rocoso. Esto concuerda bastante con las observaciones reales. Esto muestra que no es realista utilizar únicamente la ley de Hooke para analizar la deformación del macizo rocoso. El análisis de la deformación del macizo rocoso debe considerar la deformación estructural del macizo rocoso.
2. Teoría de la ley de rotura del macizo rocoso
Muchas personas consideran este problema como el estudio de la resistencia de los materiales rocosos. De hecho, también está divorciado de la realidad geológica del macizo rocoso. Basándose en años de investigación y práctica, el autor descubrió que el daño del macizo rocoso también está controlado por la estructura del macizo rocoso. Sobre la base de resumir una gran cantidad de datos de falla del macizo rocoso, se encontró que bajo el control de su estructura, el macizo rocoso tiene 7 mecanismos de falla, como se muestra en la Tabla 3-2: ① Fractura por tracción; 3) Rodadura estructural; ④ La estructura se desliza a lo largo de la superficie estructural; ⑤ Daños por vuelco; ⑥ Fallo por pandeo; Los dos primeros son fallas materiales y los últimos cinco son fallas estructurales e inestabilidad estructural. Con base en esto, se dieron 7 criterios de falla, y se criticó el error unilateral de usar un solo criterio de falla de Coulomb-Moore para evaluar el daño mecánico del macizo rocoso, y se estableció un sistema de criterios de falla del macizo rocoso. Este argumento ha sido ampliamente verificado en la práctica, y el análisis de los daños sufridos en el túnel de desvío de la central hidroeléctrica de Bikou ilustra claramente esta cuestión. El macizo rocoso por el que pasa el túnel es filita con una estructura de grietas en forma de placa. Se utilizó el criterio de Coulomb-Moore para el análisis de estabilidad durante el proceso de diseño. Los resultados mostraron que el túnel de desvío de 12,9 m pudo excavarse, pero sufrió daños durante el proceso de construcción. En 1985, el autor publicó la teoría de la mecánica del macizo rocoso de los medios agrietados. El ingeniero de diseño original Ni volvió a analizar utilizando la teoría de la mecánica del macizo rocoso de los medios agrietados propuesta por el autor y descubrió que la cueva era inestable. El error en los resultados del análisis original provocó una parada prolongada del proyecto y trajo grandes dificultades a la construcción.
Tabla 3-2 Tabla de mecanismos de falla del macizo rocoso
3. Teoría de las propiedades mecánicas de las rocas.
El método de análisis actual de las propiedades mecánicas del macizo rocoso son los resultados de las pruebas mecánicas de los materiales del macizo rocoso más descuentos empíricos, sin teoría. A mediados de la década de 1970, el profesor John de la Universidad del Ruhr propuso que las propiedades mecánicas del macizo rocoso están controladas por la estructura del macizo rocoso. Como no comprendió las leyes de los efectos mecánicos de las estructuras del macizo rocoso, no resolvió este problema. Después de años de investigación y práctica, el autor descubrió que los efectos estructurales de las propiedades mecánicas del macizo rocoso se pueden resumir en tres leyes: ① regla del efecto del ángulo de fluencia; (2) regla del efecto del tamaño; Al considerar las propiedades mecánicas del macizo rocoso, también se deben considerar las características de la estructura de ingeniería, de modo que se puedan obtener propiedades mecánicas de ingeniería del macizo rocoso más realistas. Esta teoría proporciona una base teórica para el análisis de las propiedades mecánicas del macizo rocoso.
4. Mecánica de rocas media
A través del estudio de la deformación del macizo rocoso, la falla del macizo rocoso y las propiedades mecánicas del macizo rocoso, el autor encontró que las leyes básicas de la mecánica del macizo rocoso efectivamente se ven afectadas. por el macizo rocoso. En consecuencia, la cibernética estructural del macizo rocoso es la teoría básica de la mecánica del macizo rocoso. No solo presenta el argumento básico de que la cibernética estructural del macizo rocoso es la teoría básica de la mecánica del macizo rocoso, sino que también utiliza esta teoría básica para establecer el sistema teórico de la roca. Mecánica estructural de masas. Al mismo tiempo, se realizaron algunas investigaciones básicas sobre aplicaciones. Para garantizar la cientificidad del análisis mecánico del macizo rocoso y la naturaleza científica del modelo mecánico del macizo rocoso, de acuerdo con el mecanismo de deformación y falla del macizo rocoso y las características de tensión in situ, el macizo rocoso se divide en cuatro tipos: medio continuo , medio de fisura, medio de fisura en bloque y medio de fisura en placa. Un medio mecánico, como se muestra en la Tabla 3-3. Llevamos a cabo una investigación en profundidad sobre los métodos de análisis mecánico de macizos rocosos en diversos medios y establecimos un sistema mecánico completo de estructuras de macizos rocosos. Guiado por la cibernética de la estructura del macizo rocoso, se estudia el principio de transformación del macizo rocoso para hacer que la teoría de la mecánica de la estructura del macizo rocoso sea más completa y más conveniente de usar.
Tabla 3-3 Clasificación de los medios mecánicos del macizo rocoso
5. Teorema de la mecánica estructural del macizo rocoso
Basado en resultados de investigaciones anteriores y los resultados de la investigación del autor, en Bajo la guía de la cibernética de la estructura del macizo rocoso en 1991, el autor resumió los contenidos centrales de la mecánica estructural del macizo rocoso en los siguientes cinco elementos, que se denominan teorema básico de la mecánica estructural del macizo rocoso o teorema básico de la mecánica estructural del macizo rocoso ( Sun Guangzhong, 1993):
La masa rocosa (1) es un cuerpo geológico que ha sufrido deformación y destrucción, está compuesto por ciertos componentes rocosos, tiene una determinada estructura y existe en un determinado entorno geológico. La mecánica del macizo rocoso es una ciencia que estudia las leyes, teorías y aplicaciones de la redeformación y redestrucción del macizo rocoso cuando cambia la tensión ambiental.
(2) El macizo rocoso tiene su propia estructura discontinua única bajo el control de planos estructurales, y la estructura del macizo rocoso controla la deformación, el daño y las propiedades mecánicas del macizo rocoso. La estructura del macizo rocoso tiene un control mucho mayor sobre la mecánica del macizo rocoso que los materiales rocosos.
(3) La cibernética de la estructura del macizo rocoso es la teoría básica de la mecánica del macizo rocoso. El efecto mecánico de la estructura del macizo rocoso es la base mecánica de la mecánica del macizo rocoso. El método de análisis de la estructura del macizo rocoso y la mecánica estructural es. La estructura del macizo rocoso. Métodos básicos de investigación mecánica.
(4) El macizo rocoso existe en un determinado entorno geológico, y las condiciones ambientales existentes en el macizo rocoso pueden cambiar los efectos mecánicos de la estructura del macizo rocoso y las propiedades mecánicas del macizo rocoso.
(5) Bajo el control de la estructura del macizo rocoso, la composición de la roca y las condiciones de tensión ambiental, el macizo rocoso tiene múltiples medios mecánicos y modelos mecánicos. La mecánica del macizo rocoso es un sistema mecánico compuesto de múltiples medios mecánicos.