“地层结构力学”的提出和基本理论框架

1“地层结构力学”的提出
　　作者长期从事工程地质与岩土力学的实践和研究工作。前不久,作者提出了“岩土工程地层结构效应”的概念和“工程地层学”新学科[1～3]。“地层结构”是指三维空间中各地层的叠置或排列组合关系,其中地层的产状有水平的、倾斜的和褶曲形的,且将各类弱面(带),如断层破碎带、结构面等也看成是特殊的地层。“岩土工程地层结构效应”是指地层结构的不同或变化对各类岩土工程的受力、变形和稳定性、经济性有重要影响,同一工程可选在不同的地层结构中,也可对选中的地层结构进行人为的改造(如加筋、注浆等),使之更适合或更有利于该工程。“工程地层学”就是利用地质学中地层学的理论和知识为各类岩土工程服务的学科,它是地质学、力学、工程学相结合的产物。
　　在上述的基础上,最近作者经过研究认为,有必要建立“地层结构力学”这一新的边缘学科。“地层结构力学”就是研究与工程活动相关的某个或某些地层结构的结构力学特征、变形性状,地层结构与工程结构的协同工作,地层结构的改变对工程结构受力、变形和稳定性的影响,及基于力学机制的地层结构优化,从而为工程服务的学科。
　　基于以下几点有必要建立“地层结构力学”新学科:(1)地球的表层为地壳,地壳主要由各种产状的地层组成。WwW.11665.cOm人类的所有工程活动都是在地层中或地层上进行的。同一工程选择不同的地层结构,或对地层结构进行不同的人工改造,都将对该工程的受力、变形、稳定性和经济效益造成重大影响。作者经研究发现,为了更好地研究“岩土工程地层结构效应理论体系”和“工程地层学”,很有必要建立“地层结构力学”新学科。(2)工程活动中,为了充分利用地层的自稳能力,需要将地层也看成一种特殊的“工程材料”。这时,为了以尽可能少的工程代价(如喷锚、网状柔性支护等)达到工程目的,需要了解地层这种特殊的工程材料的地层结构力学特征。(3)人类制造的工程结构物往往处于地层结构中或地层结构之上,为了更好地研究工程结构与岩土体的共同作用或相互作用,需要地层结构力学的知识。
　　其实,目前在与“地层结构力学”的相关方面已开展了一些研究,这些研究为“地层结构力学”的研究提供了前提和基础。这些研究主要有:(1)将地层(含土层)看成梁或板。(2)关键层理论。(3)优势层理论。(4)地层结构效应、工程地层学。(5)硬壳层、双层地基、三层地基。(6)煤矿地层力学。
　　
　　2“地层结构力学”的研究对象和研究内容
　　“地层结构力学”的研究对象就是所有在地层之上或之中的工程,具体来说就是建筑工程、道路工程、海岸工程、海洋工程、边坡工程、其他工程中的地层结构力学问题。
　　“地层结构力学”的研究内容主要有:(1)地层及地层层序成因、演化研究。(2)地层结构特征研究。(3)三维地层信息系统及三维地层可视化研究。(4)地层结构所在的地层构造应力场及构造体系研究。(5)地层结构本身的变形和力学机制研究。(6)地层结构力学与工程结构力学的关系,及地层结构与工程结构的协同工作问题研究。(7)地层结构的人工改造(含优化)及其对地层结构力学特征和工程结构的影响研究。