巖土力學(xué)作為工程類的基礎(chǔ)性科學(xué)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域，而礦山巖土力學(xué)是其的一個(gè)重要分支，主要用于研究深部土層和破裂巖體，以彈塑性力學(xué)為基礎(chǔ)的巖土力學(xué)已廣泛地應(yīng)用于工程實(shí)踐，隨著對(duì)礦山研究的進(jìn)一步深入，巖土力學(xué)將在礦區(qū)生產(chǎn)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
當(dāng)今世界各國(guó)都在大力發(fā)展能源產(chǎn)業(yè)，礦產(chǎn)資源的開(kāi)采成為各國(guó)能源開(kāi)采利用的支柱，但由于不合理的開(kāi)采利用，使得安全事故頻有發(fā)生，如何減少事故的發(fā)生率和事故的傷亡成為當(dāng)今礦業(yè)發(fā)展的重中之重。而礦山開(kāi)采過(guò)程的事故大部分是因?yàn)閹r土處于不同開(kāi)采環(huán)境下體現(xiàn)出不同的力學(xué)性質(zhì)和應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律等性質(zhì)，因而針對(duì)巖土性質(zhì)的復(fù)雜特性（非連續(xù)性、含氣、各向異性、非均質(zhì)性、多孔性及含水、介質(zhì)的多樣性等特性），深入研究，合理開(kāi)采礦產(chǎn)資源成為當(dāng)今礦業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)內(nèi)容。
巖土力學(xué)科學(xué)的提出是由采礦工程界完成的，由于開(kāi)采過(guò)程中會(huì)遇到不穩(wěn)定的巖體，影響開(kāi)采的進(jìn)程，甚至發(fā)生礦山安全事故。于是礦區(qū)的彈塑性巖土力學(xué)、巖石斷裂力學(xué)、巖石損傷力學(xué)等相繼得到深入的研究，并取得了豐碩成果。
彈塑性巖土力學(xué)
巖石力學(xué)是根據(jù)彈塑性力學(xué)建立的科學(xué)，在50年代取得了大方面的發(fā)展，所取得的成就主要是位移場(chǎng)的數(shù)值分析、巖土應(yīng)力場(chǎng)和巖土本構(gòu)關(guān)系。
1 巖土的本構(gòu)關(guān)系
巖土力學(xué)不同于其他力學(xué)的基礎(chǔ)是巖土在承受變化負(fù)載的情況下反映出的應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系。同時(shí)其至少有3個(gè)主應(yīng)力，3個(gè)主應(yīng)變，7個(gè)獨(dú)立變量和時(shí)間。在我們作圖的時(shí)候，以3個(gè)主應(yīng)變作為坐標(biāo)軸構(gòu)成的空間稱為應(yīng)變空間，以3個(gè)主應(yīng)力作為坐標(biāo)軸構(gòu)成的空間稱為應(yīng)力空間。描述弱化特性時(shí)，無(wú)論加載或卸載，應(yīng)力空間中主應(yīng)力之和都將減小，所以不能判斷是否有增量。若利用應(yīng)變空間的描述，就能將此問(wèn)題解決。
2 巖體的位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)
巖體穩(wěn)固性是利用巖體應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)來(lái)判斷的。它包括三種力場(chǎng)，即擾動(dòng)巖體應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)、和原巖應(yīng)力場(chǎng)。在非線性力學(xué)還存在困惑的今天，可用迭代方法滿足工程要求，開(kāi)啟了巖石力學(xué)定量分析的階段。另外，巖土力學(xué)在使用通用程序時(shí)，它和機(jī)械工程或土建工程不同，機(jī)械零件與土建結(jié)構(gòu)是在建造完成后受載，即先開(kāi)洞后加載，而巖土工程則是在原巖應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)建造，即先加載后開(kāi)洞。但任一測(cè)量方法都會(huì)對(duì)原巖進(jìn)行擾動(dòng)，影響實(shí)測(cè)的準(zhǔn)確性。
巖石的斷裂力學(xué)
雖然Griffith曾提出脆性斷裂理論，但真正開(kāi)始研究巖石斷裂力學(xué)是在70年代。它認(rèn)為在裂縫以外是連續(xù)的，裂縫處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，但不一定破裂，顯然強(qiáng)度不能作為判據(jù)，而是用斷裂韌度作為判據(jù)。在巖石斷裂韌度的測(cè)定技術(shù)上遇到了困難，并且斷裂力學(xué)只研究單裂隙的發(fā)展，不能揭示多裂隙巖體的破壞機(jī)理，以致巖石斷裂力學(xué)的發(fā)展難以進(jìn)展。
巖石的損傷力學(xué)
在斷裂力學(xué)發(fā)展緩慢的時(shí)候，巖石力學(xué)界又把目光投向?qū)r石損傷力學(xué)的研究，它從連續(xù)體力學(xué)出發(fā)，從宏觀角度考慮裂隙對(duì)巖石的彈性模數(shù)或受力面積的削弱作用，確定損傷變量的方法；試件表面的裂隙變化、用聲波傳播速度與應(yīng)力的關(guān)系，由于損傷變量的試驗(yàn)技術(shù)仍有重重難關(guān)，所以現(xiàn)在研究的范疇還是彈塑性巖石力學(xué)。
非連續(xù)巖體力學(xué)
在地質(zhì)變動(dòng)過(guò)程中巖石會(huì)產(chǎn)生很多裂縫、節(jié)理等弱面，并且在形成過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生很多層理面和分隔面。在巖石工程周?chē)膸r體會(huì)沿弱面脫離或滑移，這樣使應(yīng)力應(yīng)變不連續(xù)。所以把巖體的非連續(xù)性考慮在內(nèi)，才能更好地研究地下工程周?chē)霈F(xiàn)的巖層移動(dòng)、巖石冒落、邊坡滑動(dòng)等課題。
非均質(zhì)巖土力學(xué)
巖土處于彈性階段時(shí)，可以把巖土看做均勻介質(zhì)，但進(jìn)入塑性變形階段后，特別是塑性弱化階段，塑性變形集中于某一斷面，過(guò)去習(xí)慣用塑性應(yīng)力與應(yīng)變作巖土特性曲線，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)塑性變形的規(guī)律，當(dāng)改用塑性變形與應(yīng)力作巖土特性曲線時(shí)，發(fā)現(xiàn)塑性弱化的特點(diǎn)是塑性弱化曲線是相互平行的直線。我們將直線的斜率稱為弱化系數(shù)，建立塑性變形模型，分析了巖土從塑性變形到破碎的原理。
巖體能量釋放
因?yàn)閹r體呈多軸壓縮態(tài)，所以在進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)，會(huì)使巖體某一方向的應(yīng)力發(fā)生變化，導(dǎo)致破裂。研究顯示：當(dāng)巖體所承受的最大主應(yīng)力大于單軸抗壓強(qiáng)度時(shí)，且在最小主應(yīng)力減小過(guò)程中，巖體蘊(yùn)藏的能量足以使自身破碎，巖石沖擊就是在應(yīng)力狀態(tài)改變時(shí)，能量突然釋放，巖體穩(wěn)定應(yīng)改用能量判據(jù)，不應(yīng)簡(jiǎn)單采用材料力學(xué)方法。
高溫?zé)Y(jié)巖石力學(xué)
能源利用的又一發(fā)展方向是煤層地下氣化，必須將煤層經(jīng)過(guò)高溫燃燒才能使煤層氣化，所以煤層燃燒的范圍又成為礦山力學(xué)研究的新內(nèi)容。燃燒效率低，而且會(huì)引起地面塌陷的問(wèn)題，為控制科學(xué)的燃燒范圍，必須研究高溫?zé)Y(jié)下巖體的穩(wěn)定性及其力學(xué)性質(zhì)。
多相介質(zhì)力學(xué)
現(xiàn)今，大多數(shù)人認(rèn)為巖土力學(xué)是固體力學(xué)中的一個(gè)分支。然而在實(shí)際上，巖體不僅具有固體骨架，還充滿著液體和高壓氣體。二氧化碳等氣體與煤層具有吸附性，在固體形變過(guò)程中具有重要作用。必須全面考慮流、固兩相介質(zhì)的相互作用及各自特性，多相介質(zhì)力學(xué)可以在流體力學(xué)與固體力學(xué)的最新成果基礎(chǔ)上創(chuàng)立。
當(dāng)今世界各國(guó)都在大力發(fā)展能源產(chǎn)業(yè)，礦產(chǎn)資源的開(kāi)采成為各國(guó)能源開(kāi)采利用的支柱，但由于不合理的開(kāi)采利用，使得安全事故頻有發(fā)生，如何減少事故的發(fā)生率和事故的傷亡成為當(dāng)今礦業(yè)發(fā)展的重中之重。而礦山開(kāi)采過(guò)程的事故大部分是因?yàn)閹r土處于不同開(kāi)采環(huán)境下體現(xiàn)出不同的力學(xué)性質(zhì)和應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律等性質(zhì)，因而針對(duì)巖土性質(zhì)的復(fù)雜特性（非連續(xù)性、含氣、各向異性、非均質(zhì)性、多孔性及含水、介質(zhì)的多樣性等特性），深入研究，合理開(kāi)采礦產(chǎn)資源成為當(dāng)今礦業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)內(nèi)容。
巖土力學(xué)科學(xué)的提出是由采礦工程界完成的，由于開(kāi)采過(guò)程中會(huì)遇到不穩(wěn)定的巖體，影響開(kāi)采的進(jìn)程，甚至發(fā)生礦山安全事故。于是礦區(qū)的彈塑性巖土力學(xué)、巖石斷裂力學(xué)、巖石損傷力學(xué)等相繼得到深入的研究，并取得了豐碩成果。
彈塑性巖土力學(xué)
巖石力學(xué)是根據(jù)彈塑性力學(xué)建立的科學(xué)，在50年代取得了大方面的發(fā)展，所取得的成就主要是位移場(chǎng)的數(shù)值分析、巖土應(yīng)力場(chǎng)和巖土本構(gòu)關(guān)系。
1 巖土的本構(gòu)關(guān)系
巖土力學(xué)不同于其他力學(xué)的基礎(chǔ)是巖土在承受變化負(fù)載的情況下反映出的應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系。同時(shí)其至少有3個(gè)主應(yīng)力，3個(gè)主應(yīng)變，7個(gè)獨(dú)立變量和時(shí)間。在我們作圖的時(shí)候，以3個(gè)主應(yīng)變作為坐標(biāo)軸構(gòu)成的空間稱為應(yīng)變空間，以3個(gè)主應(yīng)力作為坐標(biāo)軸構(gòu)成的空間稱為應(yīng)力空間。描述弱化特性時(shí)，無(wú)論加載或卸載，應(yīng)力空間中主應(yīng)力之和都將減小，所以不能判斷是否有增量。若利用應(yīng)變空間的描述，就能將此問(wèn)題解決。
2 巖體的位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)
巖體穩(wěn)固性是利用巖體應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)來(lái)判斷的。它包括三種力場(chǎng)，即擾動(dòng)巖體應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)、和原巖應(yīng)力場(chǎng)。在非線性力學(xué)還存在困惑的今天，可用迭代方法滿足工程要求，開(kāi)啟了巖石力學(xué)定量分析的階段。另外，巖土力學(xué)在使用通用程序時(shí)，它和機(jī)械工程或土建工程不同，機(jī)械零件與土建結(jié)構(gòu)是在建造完成后受載，即先開(kāi)洞后加載，而巖土工程則是在原巖應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)建造，即先加載后開(kāi)洞。但任一測(cè)量方法都會(huì)對(duì)原巖進(jìn)行擾動(dòng)，影響實(shí)測(cè)的準(zhǔn)確性。
巖石的斷裂力學(xué)
雖然Griffith曾提出脆性斷裂理論，但真正開(kāi)始研究巖石斷裂力學(xué)是在70年代。它認(rèn)為在裂縫以外是連續(xù)的，裂縫處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，但不一定破裂，顯然強(qiáng)度不能作為判據(jù)，而是用斷裂韌度作為判據(jù)。在巖石斷裂韌度的測(cè)定技術(shù)上遇到了困難，并且斷裂力學(xué)只研究單裂隙的發(fā)展，不能揭示多裂隙巖體的破壞機(jī)理，以致巖石斷裂力學(xué)的發(fā)展難以進(jìn)展。
巖石的損傷力學(xué)
在斷裂力學(xué)發(fā)展緩慢的時(shí)候，巖石力學(xué)界又把目光投向?qū)r石損傷力學(xué)的研究，它從連續(xù)體力學(xué)出發(fā)，從宏觀角度考慮裂隙對(duì)巖石的彈性模數(shù)或受力面積的削弱作用，確定損傷變量的方法；試件表面的裂隙變化、用聲波傳播速度與應(yīng)力的關(guān)系，由于損傷變量的試驗(yàn)技術(shù)仍有重重難關(guān)，所以現(xiàn)在研究的范疇還是彈塑性巖石力學(xué)。
非連續(xù)巖體力學(xué)
在地質(zhì)變動(dòng)過(guò)程中巖石會(huì)產(chǎn)生很多裂縫、節(jié)理等弱面，并且在形成過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生很多層理面和分隔面。在巖石工程周?chē)膸r體會(huì)沿弱面脫離或滑移，這樣使應(yīng)力應(yīng)變不連續(xù)。所以把巖體的非連續(xù)性考慮在內(nèi)，才能更好地研究地下工程周?chē)霈F(xiàn)的巖層移動(dòng)、巖石冒落、邊坡滑動(dòng)等課題。
非均質(zhì)巖土力學(xué)
巖土處于彈性階段時(shí)，可以把巖土看做均勻介質(zhì)，但進(jìn)入塑性變形階段后，特別是塑性弱化階段，塑性變形集中于某一斷面，過(guò)去習(xí)慣用塑性應(yīng)力與應(yīng)變作巖土特性曲線，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)塑性變形的規(guī)律，當(dāng)改用塑性變形與應(yīng)力作巖土特性曲線時(shí)，發(fā)現(xiàn)塑性弱化的特點(diǎn)是塑性弱化曲線是相互平行的直線。我們將直線的斜率稱為弱化系數(shù)，建立塑性變形模型，分析了巖土從塑性變形到破碎的原理。
巖體能量釋放
因?yàn)閹r體呈多軸壓縮態(tài)，所以在進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)，會(huì)使巖體某一方向的應(yīng)力發(fā)生變化，導(dǎo)致破裂。研究顯示：當(dāng)巖體所承受的最大主應(yīng)力大于單軸抗壓強(qiáng)度時(shí)，且在最小主應(yīng)力減小過(guò)程中，巖體蘊(yùn)藏的能量足以使自身破碎，巖石沖擊就是在應(yīng)力狀態(tài)改變時(shí)，能量突然釋放，巖體穩(wěn)定應(yīng)改用能量判據(jù)，不應(yīng)簡(jiǎn)單采用材料力學(xué)方法。
高溫?zé)Y(jié)巖石力學(xué)
能源利用的又一發(fā)展方向是煤層地下氣化，必須將煤層經(jīng)過(guò)高溫燃燒才能使煤層氣化，所以煤層燃燒的范圍又成為礦山力學(xué)研究的新內(nèi)容。燃燒效率低，而且會(huì)引起地面塌陷的問(wèn)題，為控制科學(xué)的燃燒范圍，必須研究高溫?zé)Y(jié)下巖體的穩(wěn)定性及其力學(xué)性質(zhì)。
多相介質(zhì)力學(xué)
現(xiàn)今，大多數(shù)人認(rèn)為巖土力學(xué)是固體力學(xué)中的一個(gè)分支。然而在實(shí)際上，巖體不僅具有固體骨架，還充滿著液體和高壓氣體。二氧化碳等氣體與煤層具有吸附性，在固體形變過(guò)程中具有重要作用。必須全面考慮流、固兩相介質(zhì)的相互作用及各自特性，多相介質(zhì)力學(xué)可以在流體力學(xué)與固體力學(xué)的最新成果基礎(chǔ)上創(chuàng)立。
