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摘要：近年来，在大型水利工程建设中，大量实践的成功经验与失败教训，使得人们逐步认识到岩石力学与工程学科的重要性，岩石力学的重要性凸显出来。在具体的工程项目中，应用岩石流变力学特征、岩石蠕变与工程稳定分析、岩石组分与力学特性等理论研究成果指导工程实践具有很强的现实意义。
关键词：岩石力学；高边坡；地震；线性理论
中图分类号：O434文献标识码： A
近年来，岩石力学这门学科有了长足的进步和巨大的发展。人类生活的环境是地球上层的岩石圈，很多活动都离不开以岩石工程为对象的经济建设。水电站的大坝、厂房引水隧洞、矿山巷道等的高速发展都给岩石力学提出了新的要求和课题。因此，岩石力学这门学科在我們水利建设中有着十分广泛的应用。本文介绍岩土本构模型，并将这些模型应用到地震、高边坡等水利工程建设的常见问题中去，来具体阐述岩石力学在水利水电工程中的应用。
一、岩土本构模型及其研究现状
主要的岩土本构模型有线弹性模型、塑性模型、微观结构性模型、内时模型等。主要介绍传统的有线弹性模型和塑性模型。
1、塑性模型
塑性模型是指在应力作用下，不只有弹性应变，还有塑性应变。屈服条件为当材料的某一截面上的剪应力达到一个数值。可以写作
(1)其中，指的材料的内摩擦角，C指的是材料的凝聚力，指的是材料的正应力，方程中的数值都要通过实验来确定。限制条件为
(2)屈服面在为六边形。
2、线性模型
线性模型有各向同性、各向异性弹性模型。举各向同性线性弹性模型为例，由广义胡克定律可得：
（3）其中设弹性模量为E，泊松比v，这两个参数都是变量，随条件的变化而变化。
关于岩土本构模型的研究一直十分活跃，从传统的一广义胡克定律、塑性势理论为基础的线弹性模型、塑性模型，又形成了不符合塑性势理论的模型，如双屈服面模型。随着技术的进步，近期发展的新的岩土本构模型主要分为三类：
非线性理论引申至岩土本构模型的研究中。主要由分形几何；突变论、人工神经网络理论[1]。
传统的岩土本构模型是基于宏观的肉眼可查的现象，而如果从土体的损伤这些微观的角度出发，可以把损伤力学理论与结构研究成果相联系，这就是微观结构性模型[2]。
由于近年来大型工程多建造在环境复杂的地质环境中，工程地质中的岩土明显具有各向异性，施工难度加大。所以各向异性本构模型的研究更加深入，特别是迫切需要完善构造在渗流作用影响下的各向异性的本构模型[3]。
二、用岩石力学观点分析地震原因
现在我们所谈论的地震主要是构造地震。构造地震又称断层地震，是地震的一种，由地壳在构造运动中发生形变，当变形超出岩石的承受能力时，岩石就发生了断裂，在构造地震中长期积累的能量得到释放。波及范围大，破坏性很大。世界上百分之90以上的地震、几乎所有破坏性地震于构造地震[3]。
构造地震和岩石力学具有不可分割的联系。构造地震的成因是地壳运动造成的岩石破坏。研究地震归根结底是研究岩石的构造。从地震学研究角度，岩石强度理论主要是采用库伦理论及摩尔库伦理论。
库伦理论：在组合应力状态下，库伦理论表达式为：
（1）为剪应力，为正应力，c为粘聚力，为摩擦系数 。对于不同的岩石，由于不同，不同，所以也不尽相同，因此不同的岩石的性质是地震关键。
地震研究中最感兴趣的是岩石的脆性和延性。地震中具有延性的岩石，因其具有较好的延展性，所以变形缓慢，不易发生地震。而脆性岩石则不同，脆性岩石延展度不好，抗剪度低，极易发生破坏。由（1）得，当小时，岩石属脆性且强度低，随着的增加，岩石脆性降低，延展性增强，抗剪强度增强。
由此可见，岩石的发育是发生地震的重要因素。当岩石的发育均匀，且延展性良好时，岩体较稳定，不易发生强震。当岩石的发育不均匀，且多为脆性岩石时，地壳运动很容易破坏岩体，从而引发地震。当然，在实际的地质分布中，岩石的发育错综复杂，所以这也为预测地震增添了极大的难度[4] ，鉴于地壳上的岩性分布远非均匀，可从周围的地质构造和是否存在断层来判断是否发生地震。
总结国内外现场调查和实验研究结果表明，中、细和粉砂是最易发生地震液化的土，因为此类土脆性强，缺乏粘聚力且排水不畅，应尽量避免在这种地质构造中建设大型工程。
岩石力学这门学科与研究地震的诱因及准确预测地震息息相关。随着岩石力学的进步，在未来我们有望更准确的预测地震，从而减少地震带来的危害。
三、水电地下工程的研究方法及进展
水电地下工程包括水电站地下厂房、城市排水工程、海底隧道工程等。因为我国的水能资源主要集中于西南地区，地形地质条件比较复杂，所以一定要在设计施工之前对工程地质环境、岩土发育进行充足的考察。
水电地下工程的研究方法
水电站地下工程由于洞深长，断面大，边墙高，洞室多，导致施工复杂。要研究设计水电站地下工程的开挖，应从以下三个方面进行：
1.岩土环境对施工方案的制约
由于水电站的地下工程多建在山高谷深，势差很大的山区，这决定其必然穿越不同的岩土环境，岩土环境软弱破碎、高地应力突出、大流量渗水都会使施工的安全问题突出。如锦屏二级水电站引水隧洞埋深大、高压大流量涌突水，上流调压井群含H2S气体[5] 。所以应该尽量详细的掌握地质岩土环境资料，谨慎选择施工的方法，避免出现安全隐患，达到最优的施工效果和最安全的施工目标。
2.水电地下工程的施工对环境的影响
水电站地下工程施工量浩大，在施工时应该尽量将对自然、人文环境的影响降到最小。主要要避免开挖对地表建筑的扰动，如使地表地基凹陷、坍塌。同时还要避免对水环境的改变造成的生态失衡，影响当地环境的稳态。为了避免地下工程对环境的不良影响，应该进行全面的现场调查，对构造带的位置、基岩面的高层、基岩和覆盖层的水力学性质进行评价[6]。
3.施工过程中控制土体稳定性
在施工过程中，有很多控制扰动土体稳定性的方法，如改良加固土体，围护与支护，合理选择施工顺序等。
水电地下工程的进展
我国水电地下建筑物的发展趋势为工程规模巨大、地质条件比较复杂、施工进度快。我国水电地下工程的施工技术也取得了长足的进步。我们有先进的管理理念和组织模式；大型高效施工机械为地下工程施工提供了条件保障；打破行业局限，优势互补的格局初步形成；取得了较为丰富的不良地质条件下施工经验。今年来在规模方面取得了一系列的新突破如相继完建的二滩、三峡右岸、龙滩等开挖断面大于500m2的水电站尾水洞工程。
四、水电高边坡的研究方法及进展
高边坡的定义是对于土质边坡高度大于20m、小于100m或岩质边坡高度大于30、小于100m的边坡，其边坡高度将对边坡稳定性产生重要影响，其边坡稳定性作用分析和防护加固设计应进行个别或特别设计计算，这些边坡称为高边坡[7]。由于我国水利资源丰富的地区多位于一二级阶梯，这样的地区水流落差大，但同时高山峡谷的高差也很大，所形成的地质构造十分复杂，在水电工程施工过程中高边坡问题广泛存在。高边坡具有很大的安全隐患，如果不谨慎处理，极有可能带来极大的危害。如意大利的瓦伊昂大坝，就是由于拱坝左坝肩紧靠滑坡极不稳定，又缓慢蠕动变成瞬间高速移动[8]。
1.研究水电高边坡应分一下几点进行
判断基本地质条件
高边坡的地质构造往往比较复杂，影响边坡的因素也很多。只是由于这种地质的复杂性，我们才要在选址筑坝时详细研究地质的成因、物质组成、工程特性的覆盖层边坡或滑坡体，还各种复杂结构和构造，甚至涉及高地应力、高地下水位等复杂作用。
根据地质条件评价稳定状态
根据第一步对于基本地质条件信息的搜集，对边坡的稳定性进行评价。要综合考虑边坡施工期、运行期各种作用和边坡岩体、滑坡体物理力学特性的可能变化、边坡失稳的可能影响，提出合理的施工措施。
一旦发生高边坡及时治理
按照“治坡先治水”的治理原则，如控制开挖、预加固、锚喷支护、抗滑桩、混凝土回填等措施灵活且针对性强。
2、我国高边坡的进展
岩石高边坡在我国的分布极为广泛，以西南和西北地区为主[9]。边坡稳定性已成为大型水电站建设中的重点问题，而边坡岩体变形的研究分析是评价高边坡稳定性的关键性问题。我国广大水电建设者在与滑坡灾害作斗争的过程中不断吸取教训，开展科技攻关，是的边坡加固技术不断提高。
参考文献：
[1]杨林德 岩土本构模型的研究和讨论 河北建筑科技学院学报
[2]王伟 岩土本构模型的研究现状和发展 黑龙江水利学科
[3]茂木清夫 《岩石力学与地震讲学》冶金部矿冶研究所，1978年9月
[4]罗国煜 论城市环境岩土工程研究 工程地质学报
[5]倪宏革 地下工程的环境岩土工程研究 南京大学博士论文
[6]宋胜武 峡谷地区水电工程高边坡的稳定性研究 岩石力学与工程学报
[7]张宇静 溪洛渡水电站左岸进水口工程岩体变形及稳定性评价
关键词：岩石力学；高边坡；地震；线性理论
中图分类号：O434文献标识码： A
近年来，岩石力学这门学科有了长足的进步和巨大的发展。人类生活的环境是地球上层的岩石圈，很多活动都离不开以岩石工程为对象的经济建设。水电站的大坝、厂房引水隧洞、矿山巷道等的高速发展都给岩石力学提出了新的要求和课题。因此，岩石力学这门学科在我們水利建设中有着十分广泛的应用。本文介绍岩土本构模型，并将这些模型应用到地震、高边坡等水利工程建设的常见问题中去，来具体阐述岩石力学在水利水电工程中的应用。
一、岩土本构模型及其研究现状
主要的岩土本构模型有线弹性模型、塑性模型、微观结构性模型、内时模型等。主要介绍传统的有线弹性模型和塑性模型。
1、塑性模型
塑性模型是指在应力作用下，不只有弹性应变，还有塑性应变。屈服条件为当材料的某一截面上的剪应力达到一个数值。可以写作
(1)其中，指的材料的内摩擦角，C指的是材料的凝聚力，指的是材料的正应力，方程中的数值都要通过实验来确定。限制条件为
(2)屈服面在为六边形。
2、线性模型
线性模型有各向同性、各向异性弹性模型。举各向同性线性弹性模型为例，由广义胡克定律可得：
（3）其中设弹性模量为E，泊松比v，这两个参数都是变量，随条件的变化而变化。
关于岩土本构模型的研究一直十分活跃，从传统的一广义胡克定律、塑性势理论为基础的线弹性模型、塑性模型，又形成了不符合塑性势理论的模型，如双屈服面模型。随着技术的进步，近期发展的新的岩土本构模型主要分为三类：
非线性理论引申至岩土本构模型的研究中。主要由分形几何；突变论、人工神经网络理论[1]。
传统的岩土本构模型是基于宏观的肉眼可查的现象，而如果从土体的损伤这些微观的角度出发，可以把损伤力学理论与结构研究成果相联系，这就是微观结构性模型[2]。
由于近年来大型工程多建造在环境复杂的地质环境中，工程地质中的岩土明显具有各向异性，施工难度加大。所以各向异性本构模型的研究更加深入，特别是迫切需要完善构造在渗流作用影响下的各向异性的本构模型[3]。
二、用岩石力学观点分析地震原因
现在我们所谈论的地震主要是构造地震。构造地震又称断层地震，是地震的一种，由地壳在构造运动中发生形变，当变形超出岩石的承受能力时，岩石就发生了断裂，在构造地震中长期积累的能量得到释放。波及范围大，破坏性很大。世界上百分之90以上的地震、几乎所有破坏性地震于构造地震[3]。
构造地震和岩石力学具有不可分割的联系。构造地震的成因是地壳运动造成的岩石破坏。研究地震归根结底是研究岩石的构造。从地震学研究角度，岩石强度理论主要是采用库伦理论及摩尔库伦理论。
库伦理论：在组合应力状态下，库伦理论表达式为：
（1）为剪应力，为正应力，c为粘聚力，为摩擦系数 。对于不同的岩石，由于不同，不同，所以也不尽相同，因此不同的岩石的性质是地震关键。
地震研究中最感兴趣的是岩石的脆性和延性。地震中具有延性的岩石，因其具有较好的延展性，所以变形缓慢，不易发生地震。而脆性岩石则不同，脆性岩石延展度不好，抗剪度低，极易发生破坏。由（1）得，当小时，岩石属脆性且强度低，随着的增加，岩石脆性降低，延展性增强，抗剪强度增强。
由此可见，岩石的发育是发生地震的重要因素。当岩石的发育均匀，且延展性良好时，岩体较稳定，不易发生强震。当岩石的发育不均匀，且多为脆性岩石时，地壳运动很容易破坏岩体，从而引发地震。当然，在实际的地质分布中，岩石的发育错综复杂，所以这也为预测地震增添了极大的难度[4] ，鉴于地壳上的岩性分布远非均匀，可从周围的地质构造和是否存在断层来判断是否发生地震。
总结国内外现场调查和实验研究结果表明，中、细和粉砂是最易发生地震液化的土，因为此类土脆性强，缺乏粘聚力且排水不畅，应尽量避免在这种地质构造中建设大型工程。
岩石力学这门学科与研究地震的诱因及准确预测地震息息相关。随着岩石力学的进步，在未来我们有望更准确的预测地震，从而减少地震带来的危害。
三、水电地下工程的研究方法及进展
水电地下工程包括水电站地下厂房、城市排水工程、海底隧道工程等。因为我国的水能资源主要集中于西南地区，地形地质条件比较复杂，所以一定要在设计施工之前对工程地质环境、岩土发育进行充足的考察。
水电地下工程的研究方法
水电站地下工程由于洞深长，断面大，边墙高，洞室多，导致施工复杂。要研究设计水电站地下工程的开挖，应从以下三个方面进行：
1.岩土环境对施工方案的制约
由于水电站的地下工程多建在山高谷深，势差很大的山区，这决定其必然穿越不同的岩土环境，岩土环境软弱破碎、高地应力突出、大流量渗水都会使施工的安全问题突出。如锦屏二级水电站引水隧洞埋深大、高压大流量涌突水，上流调压井群含H2S气体[5] 。所以应该尽量详细的掌握地质岩土环境资料，谨慎选择施工的方法，避免出现安全隐患，达到最优的施工效果和最安全的施工目标。
2.水电地下工程的施工对环境的影响
水电站地下工程施工量浩大，在施工时应该尽量将对自然、人文环境的影响降到最小。主要要避免开挖对地表建筑的扰动，如使地表地基凹陷、坍塌。同时还要避免对水环境的改变造成的生态失衡，影响当地环境的稳态。为了避免地下工程对环境的不良影响，应该进行全面的现场调查，对构造带的位置、基岩面的高层、基岩和覆盖层的水力学性质进行评价[6]。
3.施工过程中控制土体稳定性
在施工过程中，有很多控制扰动土体稳定性的方法，如改良加固土体，围护与支护，合理选择施工顺序等。
水电地下工程的进展
我国水电地下建筑物的发展趋势为工程规模巨大、地质条件比较复杂、施工进度快。我国水电地下工程的施工技术也取得了长足的进步。我们有先进的管理理念和组织模式；大型高效施工机械为地下工程施工提供了条件保障；打破行业局限，优势互补的格局初步形成；取得了较为丰富的不良地质条件下施工经验。今年来在规模方面取得了一系列的新突破如相继完建的二滩、三峡右岸、龙滩等开挖断面大于500m2的水电站尾水洞工程。
四、水电高边坡的研究方法及进展
高边坡的定义是对于土质边坡高度大于20m、小于100m或岩质边坡高度大于30、小于100m的边坡，其边坡高度将对边坡稳定性产生重要影响，其边坡稳定性作用分析和防护加固设计应进行个别或特别设计计算，这些边坡称为高边坡[7]。由于我国水利资源丰富的地区多位于一二级阶梯，这样的地区水流落差大，但同时高山峡谷的高差也很大，所形成的地质构造十分复杂，在水电工程施工过程中高边坡问题广泛存在。高边坡具有很大的安全隐患，如果不谨慎处理，极有可能带来极大的危害。如意大利的瓦伊昂大坝，就是由于拱坝左坝肩紧靠滑坡极不稳定，又缓慢蠕动变成瞬间高速移动[8]。
1.研究水电高边坡应分一下几点进行
判断基本地质条件
高边坡的地质构造往往比较复杂，影响边坡的因素也很多。只是由于这种地质的复杂性，我们才要在选址筑坝时详细研究地质的成因、物质组成、工程特性的覆盖层边坡或滑坡体，还各种复杂结构和构造，甚至涉及高地应力、高地下水位等复杂作用。
根据地质条件评价稳定状态
根据第一步对于基本地质条件信息的搜集，对边坡的稳定性进行评价。要综合考虑边坡施工期、运行期各种作用和边坡岩体、滑坡体物理力学特性的可能变化、边坡失稳的可能影响，提出合理的施工措施。
一旦发生高边坡及时治理
按照“治坡先治水”的治理原则，如控制开挖、预加固、锚喷支护、抗滑桩、混凝土回填等措施灵活且针对性强。
2、我国高边坡的进展
岩石高边坡在我国的分布极为广泛，以西南和西北地区为主[9]。边坡稳定性已成为大型水电站建设中的重点问题，而边坡岩体变形的研究分析是评价高边坡稳定性的关键性问题。我国广大水电建设者在与滑坡灾害作斗争的过程中不断吸取教训，开展科技攻关，是的边坡加固技术不断提高。
参考文献：
[1]杨林德 岩土本构模型的研究和讨论 河北建筑科技学院学报
[2]王伟 岩土本构模型的研究现状和发展 黑龙江水利学科
[3]茂木清夫 《岩石力学与地震讲学》冶金部矿冶研究所，1978年9月
[4]罗国煜 论城市环境岩土工程研究 工程地质学报
[5]倪宏革 地下工程的环境岩土工程研究 南京大学博士论文
[6]宋胜武 峡谷地区水电工程高边坡的稳定性研究 岩石力学与工程学报
[7]张宇静 溪洛渡水电站左岸进水口工程岩体变形及稳定性评价