软岩的工程问题(Engineering problems in soft rocks)

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1 引言

在我们公众号800多篇文章中，很少显式地讨论过软岩(soft rock)，仅在【基于RQD的岩石地基允许承载力估算】和【使用RMR估算巷道支护压力 (Support Pressure)】这两篇文章中简单提到过。因此借马其顿岩土工程协会(Macedonian Association for Geotechnics)组织召开专题讨论会(2022年6月23日至25日)的机会，总结了软岩一些主要关心的问题(soft rocks.txt)。这个讨论会主要议题为"软岩的工程问题(Engineering problems in soft rocks)"。子议题包括：

(1) 城市地区和基础设施的岩土工程（基础工程、大坝、道路、铁路、隧道、地下结构、矿山、核电站等）

(2) 实验室和现场岩土测试和调查（ISO CEN、实验室测试、原位勘察和试验CPT、旁压仪、地球物理等）

(3) 土和岩石的岩土工程模型（数值、物理、GIS、BIM、远程探测）

(4) 评估和减少地质灾害（地形不稳定，挡土结构，改善方法）

(5) 欧洲规范和相关的岩土工程法规（技术法规，实施欧洲规范7和8的挑战)

(6) 地震岩土工程（当地条件的影响，地形的地震分区，液化，近期地震后的经验教训）

(7) 支持可持续社会的土力学和成就（环境保护、教育、历史建筑、发展方向等)

(8) 软岩的具体问题

事实上，不同的组织以前曾举办过多次专门讨论软岩的会议，例如(1993) Proceedings of the International Symposium on Geotechnical Engineering of Hard Soils-Soft Rocks; (2010) Rock Engineering in Difficult Ground Conditions - Soft Rocks and Karst;

2 软岩的特征

尽管我们没有直接讨论过软岩这个术语，但实际上贯穿于公众号的许多文章中，简单地讲，大多数的沉积岩都具有软岩的特征，如果用非学术的方法区分的话，那么不需要爆破就可以开挖的岩石为软岩，典型的岩石有页岩、泥岩、辉绿岩和砂岩，需要爆破才能开挖的岩石为硬岩，包括大部分的火成岩、变质岩和碳酸盐。

当进行岩土工程设计时，对软岩地层的认识是一个非常重要的岩土工程问题。软岩力学部分属于土力学，部分属于岩石力学，因此有必要将土力学和岩石力学原理综合应用于软岩材料。不过在土和硬岩之间软岩边界的定义并不精确，许多情形下将硬土或超固结土和软岩相提并论。一般来说，具有完整岩石单轴抗压强度0.5~25MPa之间的岩石定义为软岩。岩石力学通常使用点载荷指数point load index(PLI)确定岩石单轴抗压强度UCS，对于软岩，UCS/PLI的值通常为23, 但Look and Griffiths (2001)[An Engineering Assessment of the Strength and Deformation Properties of Brisbane Rocks]对Brisbane软岩的测定显示UCS/PLI=11，这显示出不同地域、不同类型的软岩其UCS差异很大。

软岩的一个显著特征是高的孔隙水压力会对在这种岩石中开挖的边坡产生不稳定影响。通常情况下，软岩和土中孔隙水压力的消散可能导致这些材料在 "干燥 "或重新固结时获得强度。反之，快速的水压降低可能会导致岩体强度的降低。孔隙水压力的消散或积聚主要由岩体的渗透性和水的减压速度控制，因此地下水的抽出会对软岩强度产生影响，在某些情况下，可能会导致地面下沉。另一方面，有些软岩可能会发生蠕变(creep)【3DEC使用Power-Law-Creep joint model】, 蠕变特性会对材料强度和边坡稳定性产生重大影响，因此在矿山规划和设计过程中需要考虑到这个因素。软岩边坡的破坏有可能是圆形破坏，象土边坡一样，也有可能是沿着岩体不连续之处产生岩桥型破坏。软岩的破坏速度一般较慢，即将发生破坏的迹象通常更明显，比硬岩破坏更容易监测。