岩石力学与工程学报陈宗基

岩石力学与工程学报陈宗基

1922年9月15日 生于印度尼西亚爪哇岛苏加巫眉镇，祖籍福建安溪。1949年 毕业于荷兰德尔夫特（Delft）科技大学水利工程系，获工学士学位。1954年 获德尔夫特科技大学优秀技术科学博士学位并获奖状。1955年 响应周恩来总理号召，回到祖国。1955-1958年 任哈尔滨中国科学院土木建筑研究所土力学研究室主任，兼国家建委黄土研究组副组长。1958-1962年 任国家科委三峡工程岩基组科技组长。1962-1978年 任指导大冶铁矿及塘沽港码头的岩土工程顾问。1964-1973年 任中国人民解放军工程兵专家、顾问，指导中国核爆炸效应实验及防护工程研究。1972-1988年 任指导长江葛洲坝岩基工程的专家和顾问。1978-1990年 任中国科学院地球物理研究所副所长、所长兼地球动力学研究室主任。这期间指导了三峡、二滩水利枢纽，金川镍矿，抚顺露天煤矿等工程建设问题。1979-1991年 任国际岩石力学学会理事、中国国家小组组长。1983-1987年 任国际岩石力学学会副主席。1984-1991年 任比利时皇家科学、文学与艺术院外籍院士。1990-1991年 任阿根廷自然科学院外籍通讯院士。1985年 发起、成立中国岩石力学与工程学会，担任理事长兼国际岩石力学学会中国国家小组组长及《岩石力学与工程学报》主编，直至1991年。1991年9月25日 在上海逝世。

岩石力学与工程学报总编审定录用的概率大吗

岩石力学与工程学报总编审定录用的概率不大。根据查询相关公开信息显示，《岩石力学与工程学报》由中国科学技术协会主管、中国岩石力学与工程学会主办，是1982年在国际著名岩石力学专家陈宗基先生倡导下创办的科技期刊，审定录用非常严格，正刊录用率百分之十四到十五，增刊录用率百分之十四到十六，岩石力学与工程学报总编审定录用的概率不大。

岩石变形的参考书目

陈宗基：地下巷道长期稳定性的力学问题，《岩石力学与工程学报》，Vol.1, No.1, 1982。米勒主编，李世平等译：《岩石力学》，煤炭工业出版社，北京，1981。(L.Müller, ed., Rock Mechanics),Springer-Verlag,Wien,1974.)

中国岩石力学与工程学会的发展历史

而国际上现代岩石力学学科是从第二次世界大战后发展起来的，1962年成立了国际岩石力学学会，标志着岩石力学成长为世界性的科学分支。我国现代岩石力学与工程的理论研究与工程实践，始于20世纪50年代，三峡工程水利枢纽工程，从那时候起就成为全国岩石力学研究的基地。到70—80年代岩石力学工作在全国得到普及，金川矿山、葛洲坝工程，成昆铁路及一大批国防地下洞室等重大工程的建设，对我国岩石力学学科的发展起了重要的推动作用。在陈宗基、谷德振等老一辈科学家倡导下，1978年经国务院批准，成立了国际岩石力学学会中国国家小组，成为国际岩石力学学会理事会成员，1982年组建了中国岩石力学与工程学会筹备委员会，1985年正式成立了全国性一级学会。20世纪90年代以来，伴随国民经济的快速发展，在振兴中华和全面、协调、可持续的科学发展观旗帜下，工程建设的规模、质量速度要求空前提高；举世瞩目，世界上最具高规格工程再度落成在华夏故土；基于中国大陆的漫长演化历史与复杂动力学过程造就了岩土工程环境的多样性与全球代表性，为岩石力学与工程的理论创新和工程贡献，提供了世界上少有的发展空间。也因此，在工程建设实践中，岩石力学界面临着严峻挑战，特别是岩石力学如何保证岩石工程与环境协调、友好，确保工程的耐久性与环境安全。诸如，西南巨大水能资源开发，长距离跨流域调水工程，纵贯南北横跨东西的交通干线和能源输运、工程及其高边坡、深埋长隧道；地下深部资源开发与矿山安全；海洋资源开发；城市地下空间开发、利用；高放核废料地下处置等一系列复杂而困难的地质和岩石工程问题，都期待岩石力学工作者提供科学与技术支持。基于这门新兴学科的交叉性和边缘性及其自然科学的属性与强烈的社会功能，其价值在于实现工程建设的社会效益、经济效益和环境效益的统一。这就决定了岩石力学与工程学会兼具理科学会和工科学会的特点，既要增进多学科学者间的沟通、交流，完善学科建设；更要推进产学研协同攻关，解决工程实际问题。岩石力学与工程学会自成立以来得到了较大发展，会员从成立时的2000余名发展到15000有余，约为国际岩石力学学会会员总数的两倍。此外，在土木工程、建筑、水利、煤炭、铁道……等学会，根据行业特点，也建立有岩石力学专业委员会。学会在历届理事长：陈宗基、潘家铮、孙钧、王思敬和钱七虎的努力推动下，得到了广大科技工作者的积极参与和支持，围绕学科发展和工程贡献，卓有成效地开展国内外学术交流，并对重大工程建设项目提供了广泛的咨询和技术支持，走过了岩石力学与岩土工程和相关专业的科技工作者所难忘的20年。两年多来，学会以改革为中心，围绕民主办会、推进多学科专家的协同而增强创新能力；建立健全会员制度；规范学会工作，实现民主决策、民主管理等方面积极开展工作，又创新局面。在国际上树立中国作为岩石力学研究和岩石工程大国的形象，进一步提高了国际地位和影响力。在国内，如何根据这个新兴交叉的学科属性，针对工程建设需求和科学难题，组织内容多样的学术活动，不断提高学术交流质量和水平。充分发挥学会的作用，为科技工作者服务，切实增强对广大科技工作者的吸引力和凝聚力，增进协同攻关，提高创新能力，真正成为科技工作者之家。

地球自身的引力是怎么产生的？

地应力(也称岩体初始应力或叫绝对应
力,原岩应力)是存在于地层中的未受工程扰
动的夭然应力,是导致岩土(石)工程变形与
破坏的根本作用力,也是岩土(石)工程设计
的重要依砂-670
1912年瑞士地质学家首次提出
了地应力的概念,并提出了地壳中任意一点
的应力在各个方向上均相等,均等于单位面
积上覆岩层的重量的观点(即海姆静水压力
说).前苏联科学家A.H.,aiaHHHK于1926年
对海姆静水压力说进行了修正,指出地壳中
各点的竖向地应力等于上覆岩层重量,侧向
地应力(即水平地应力)是泊松效应的结果
(称金尼克非均衡压力说).于20世
纪50年代在斯堪的纳维亚半岛进行了实际地
应力测量,得出了地壳上部最大地应力几乎
处处水平或近水平,且最大水平主应力为竖
向应力I至2倍或更多倍的结果I,一"].
后来,人们认识到要正确的获得地应力就
必须进行地应力测量,为此,人们研究出了许
多地应力测量方法[[14-明(象扁千斤顶法,刚性
包体应力计法,水压致裂法,声发射法,全应
力解除法,局部应力解除法,松弛应变测量法,
孔壁崩落测量法,物探法,孔径变形法,孔底
应变法,孔壁应变法,空心包体应变法,实心
包体应变法等),这些方法测出的地应力与实际
地应力间总存在一定的差距,如何才能以最简
捷的方法获得地应力值是笔者十余年来一直在
潜心探索的重要问题之一[I8-代
地应力产生的原因是什么至今仍在困扰
着地学界,人们一般认为地应力的形成主要
与地球的各种动力运动有关,这些运动包括
大陆板块边界受压,地鳗热对流,地球内应
力,地心引力,地球旋转,岩浆侵入,地壳
非均匀扩容以及温度不均,水压梯度,地表
剥蚀或其它物理化学变化,并且认为构造应
力场与重力应力场是地应力场的主要组成部
分.在浅层地壳地应力是一个具有相对稳定
性的非稳定重力场,是时间及空间的函数,
经常受到各种地质要素的干扰(比如地形,
地表剥蚀,风化,岩体结构特征,岩体力学
性质,温度,地下水等);竖向地应力基本等
于上覆岩层重量;水平地应力普遍大于竖向
地应力;平均水平地应力与平均竖向地应力
的比值随深度的增加以不同的速率减小;最
大水平主应力和最小水平主应力随深度线形
增大;最大水平主应力远大于最小水平主应
力且表现出很强的方向it [3, 7, 10-1310
笔者通过长期的思索认识到地应力产生的
最根本原因还在于重力(即地心引力),重力不
仅可以产生竖向地应力,而且还可产生水平地
应力(这一点恰恰在近一个世纪的时间里没能
引起人们的注意).笔者以地球物理学基本观点
及地球重力场理论为指导,经过填密的理论推导,
得出了重力所致竖向地应力和水平地应力的科学
表达方式,并将这一.研究成果应用于实际工程,
产生了合乎实际的效果,故此特撰文予以介绍.
1重力所致地应力计算的基本思
路
图I中BEJI为地壳内部两侧壁铅直等高,
上下面为水准面且相互平行的一准长方体的横断
面.准长方体底面高程为H,,顶面高程为HZ,
底面宽为2a,侧壁高为(H 一H,),纵向长为
wo准长方体所在地区的平均高程为H.
图t中ABC区域为准长方体BI侧壁的水平
地应力作用区,CIJF,区域为准长方体顶面
(刃3 1)竖向地应力作用区.准长方体另一侧
壁EJ的水平地应力作用区的确定方法同BI侧
壁,其计算方法也同BI侧壁,限于篇幅,不再
赘述.
Q为准长方体BI侧壁水平地应力作用区
内一个微元,微元质量为dm(即地心引力),
地心引力dm的横向分量dm"即为微元Q对准
长方体侧壁BI的侧压力.BI侧壁水平地应力
作用区域ABC是由无数个相互紧密接触的微
元构成的,作用区域全部微元重力(地心引力)
横向分量的合力即为准长方体BI侧壁的总侧
压力.
C为准长方体顶面"03J )竖向地应力
作用区域内一个微元,微元质量为do(即地心
引力),地心引力do的竖向分量do'即为微元
Q,对准长方体顶面的正压力.顶面竖向地应力
作用区域也是由无数个相互紧密接触的微元构
成的,作用区域全部微元重力(地心引力)竖
向分量的合力即为顶面的总正压力.
从以上论述可以看出,准长方体侧壁侧
压力及顶面正压力均来源于相应作用区域内
岩土(石)受到的地心引力,也就是说,地
壳内准长方体所受的各种压力均来源于地心
对岩土(石)的引力.

图1地应力计算原理示意
Fi& l Calculation principle of the crustal stress
万方数据
第4期姜晨光彭建国顾红祥:地应力的重力来源与计算方法探讨
2地壳内准长方体地应力计算方法

大地水准面对地心O的半径R(地
球平均半径)为6 371 000m,见图to
2.1地壳内准长方体侧壁侧压力及水平地应力
计算
以准长方体BI侧壁为例介绍计算方
法.
准长方体BI侧壁的水平地应力作用区域
为ABC,对于准长方体侧壁BI水平地应
力作用区域内任一微元Q,其质量为dm,
则该微元所受的地心引力也大致为d,,该
引力的横向分量为
dm'=(dm) (sindO)(1)

由于dO很小,故

sindO=dO (2)

dm'=(dm) (dO) (3)
在扇形BOO,中
(OB)=(020)=R+H, (4)
O,=al(OB)=a/(R+ H,) (5)
O.单位为弧度.
在直角三角形BqO中
(O, B)=(0B) sin O,=(R+H,)sinO,

(6)
(010)=(OB) cos O,=(R+H,)cos0,

(7)
在直角三角形A00,中
(OA)=R+Hm (s)
02=arccos[(O,O) /(OA)]

=arccos[(R+ H,)cos0, /(R+H,)]

(9)

一了(*+Hm),一(R+H,)2 COS2 9,

一(R+HI)sin矶(12)-
在直角三角形BCD中
H'=(BC) cos已=(H.一H,) cos B,

(13)
该准长方体BI侧壁水平地应力作用区岩
土体总质量m为
m二pWL H' 12(14)
式(14)中,p为岩土体平均密度,W
为准长方体纵向长.
故该准长方体BI侧壁所受的水平地压力
P可以用以下积分式表达,即
,一Jo玲(dm)(dO)一m(B,一BD (15)
由于该准长方体BI侧壁总面积S为
S=(H:一H, )W(16)
故该准长方体BI侧壁的水平地应力a为
.二P/S=m(B:一B, ) l[(H:一H,)W]

(17)
2.2地壳内准长方体顶面正压力及竖向地应力计
算
准长方体顶面刃31的竖向地应力作
用区域为〔'IJF,对于准长方体顶面竖向地
应力作用区域内任一微元C(质量为dn),
其地心引力竖向分量do'为
dn"=(dn) cos (de)(18)
由于d.及B,均很小很小,故cos (de)
二cos9,二1,故有
PD =Jo do一m'一,O S'W
dn'=do
(20)
(19)
(O, A)=4(0A),一(O, 0),
=廿(R+H.),一(R+H,)' cos'已
假设(AB)二L,故在直线
(O, A)=(AB) + (BO, )
即(O,A)=L+(BO,)
故L=(0,A)一(BO,)

(10)
ADBq上(11)
因此,该准长方体顶面竖向地应力作
用区域对顶面的总正压力凡为
式(20)中,m,为该准长方体顶面竖
向地应力作用区域岩土(石)体的总质量,
W为该准长方体纵向长,PI为顶面竖向
地应力作用区域的岩土(石》体平均密度,
S'为顶面竖向地应力断面范围内的断面面
积(即断面CO,FJO,I的面积)o了可以近
似用扇形〔'OF与扇形I(刀的面积之差表
万方数据
化工矿产地质2003
示,即
S'=(R+Hm)2(2已)/2-
=(R+H.)2拭一(R+H2)2B, (21)
准长方体顶面总面积为SD为
SD=2只(R+H2) W (22)
则准长方体顶面竖向地应力UD为
二.=P/S, (23)
2.3准长方体侧壁水平地应力作用区域范围
的界定
准长方体BI侧壁水平地应力作用区域的外
边界为过准长方体断面底的中点且与该点铅垂
线垂直的水平线与地面的交点(见图1中的A).
JE狈组壁的确定方法同Bl.

Pa=398.561MPa,
3.2准长方体顶面竖向地压力PD及竖向地
应力6D的计算
(1)根据式(21)计算S',S'=6 622.162 m2;
(2)根据式(20)计算凡,
凡=(85 757.005 41ft)=840 418
653N;
(3)根据式(22)计算顶面总面积SD >

SD=110.000 103 6 m2;
(4)根据式(23)计算or, ,

6n=7 640 162.378 Pa} 7.640MPa.
3算例
地壳内某准长方体(参见图1),纵向
长w为5m,横断面宽度为22m(即a=1 1m),
底部高程H, =18m,顶部高程H2 =24m,该
准长方体地应力(包括水平地应力,竖向
地应力)作用区域地面的平均高程
H. =325m.
准长方体地应力作用区(包括侧壁水
平地应力作用区及顶面竖向地应力作用
区)内岩土(石)体的平均密度(容重)P
=2.59t/m' .
3.1准长方体左,右侧壁水平地压力P及水平
地应力.的计算
(1)根据式(5)计算01,

口!=0" 00' 00" 35 613;
(2)根据式(12)计算L, L=62 534.176m;
(3)根据式(9)计算02,

82=00 33' 44" 86 552;
(4)根据式(13)计算H',H' =307m;
(5)根据式(14)计算,,
rn=124 306997.81=1.218 208 578 X 10" N;
(6)根据式(15)计算P, P=1.195 683 715

X 10'0N;
(7)根据式(16)计算S, S=30mi;
(8)根据式(17)计算该准长方体左,右
侧壁水平地应jja, a=398 561 238.5
4讨论
本文从理论上探讨了地应力产生的原
因,给出了新的,简捷的水平地应力及竖
向地应力的计算方法,本文给出的水平地
应力与竖向地应力计算方法有利于实现计
算机编程计算,可以极大地便利地下工程
的工程设计与施工设计,为地下工程建设
提供可信度较高的基础数据.
本文的结论是建立在地球物理学和地
球重力场理论基础上的,具有一定的科学
性.本文的研究成果已成功的应用于隧道
工程设计,并在实际工程中有着良好的表
现.从实际工程应用效果看,本文的计算
结果与实测结果吻合程度较高,其计算结
果的准确性优于目前在用的其它计算方
法,具有一定的可靠性与先进性.当然,限
于笔者水平,文中难免存在这样或那样的
缺陷与不足,希望大家在应用过程中多多
提出批评.
致谢:本项目的研究工作承蒙于文浩
教授,丁惟峻研究员的悉心指教,谨此致
谢!
万方数据
第4期姜晨光彭建国顾红祥:地应力的重力来源与计算方法探讨239
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A NEW EXPLORATION ON CALCULATION METHOD AND
ORIGIN OF THE CRUSTAL STRESS OF THE GRAVITY

Jiang Chenguang ' Peng Jianguo 2 Gu Hongxiang 3
(gAgricultural College: 2. Institute ofTrafc Plan, Prospection and Designation ofHunan

Province; 3. Jiaying Institute)

Abstract
According to the basic theory of geophysics and characterisrics of gravity field of the earth, the author
probes into the origin of the crustal stress of the gravity .On the basis of strict theoretical analysis,that the
primary reasons for caused the crustal stress is the gravity(that is the terrestrial gravity)has been pointed
out in this gravity not only can caused the vertical crustal stress,but also it can caused the
horizontal crustal gives the scientific voice way of vertical crustal stress and horizontal crustal stress
by gravity.
Key words : the crustal stress, the horizontal crustal stress, the vertical crustal stress, origin, scientific
voice way, calculation method
万方数据