随着我国西部大开发战略和“一带一路”倡议的实施，以及煤炭等资源向深部开采的发展需要，大量的基础设施建设涉及高应力环境下岩石高边坡、大型地下硐室的大规模开挖安全控制难题。尤其是高应力地区的高山峡谷流域水电工程开发所面临的高边坡岩体及地下硐室围岩，还经历了河谷下切造成的岸坡应力卸荷诱发的岩体结构复杂的表生改造过程。大规模开挖必将导致高应力岩体储存的高强度应变能快速释放，造成岩体应力强烈重分布，易产生灾难性滑坡或地下工程岩爆或冲击地压等地质灾害，给工程建设及运行安全带来了巨大挑战。
▲卸荷诱发高边坡破裂特征
从力学本质来说，河谷下切和工程开挖均是一个复杂的岩体应力卸荷与应力重分布过程。事实上，仅从岩石的循环加卸载试验就可以发现岩石在加载和卸载过程中的力学响应明显不同，加卸载过程的应力-应变曲线之间通常会形成回滞环。卸荷条件下，地应力、岩体结构、卸荷路径等均可造成岩体应力重分布、力学性质与破裂响应的显著差异性。就高应力岩石高边坡而言，边坡形成过程中的河谷下切和高边坡的大规模开挖，是两个明显不同的卸荷过程，前者经历了一个长期的时效卸荷历史，后者是一个快速卸荷的强烈扰动，河谷下切形成的卸荷带与河谷应力场也必将影响高边坡的开挖响应与安全控制。就高应力地下工程而言，地质环境条件和开挖方案决定了围岩应力的卸荷路径与应力重分布特征，造成不同的围岩失稳机理。高应力条件下卸荷诱发岩体边坡与地下硐室地质灾害防治方面仍存在较多的技术瓶颈，究其根本原因，是我们对卸荷条件下岩体力学响应的认知深度不够。大量的工程实践与地质调查证实，卸荷破裂岩体具有明显的张裂、张剪复合等拉伸破坏特征，表明强烈的卸荷不仅会降低岩体的围压约束，甚至会产生复杂的拉压组合、单向拉伸应力场。因此，清晰初始压应力作用下岩体卸荷、卸荷-拉伸、卸荷-剪切的力学性质与变形破裂机理，是攻克卸荷诱发的岩体灾害防治技术瓶颈背后的关键科学问题。
▲不同初始法向应力条件下岩样的破坏形态
针对高应力环境下卸荷诱发边坡岩体、地下硐室围岩的应力重分布特征，系统地开展岩体卸荷力学试验与理论研究，是破解强卸荷诱发高应力岩体边坡、地下工程硐室围岩灾变机理等岩石力学与工程地质领域的难点问题的关键。年年初，在导师黄润秋教授的指导下，针对锦屏一级高边坡深部卸荷裂隙成因机制与开挖灾害机理等科学问题，《岩体卸荷力学与工程》（黄达等著.北京：科学出版社，.5）一书第一作者黄达教授开始了卸荷岩体力学与高边坡灾变机理方向的研究，至今已在这一领域探索近20年，也得到了国家自然科学基金重点项目“高应力条件下大规模开挖高边坡时效变形机理及稳定性研究”（编号：），面上项目“高残余应力下卸荷破裂硬岩的流变特性及时效扩展机理研究”（编号：）及青年科学基金“高地应力条件下岩石卸荷变形破坏过程的能量机制研究”（编号：）、“考虑不同前期时效荷载影响的裂隙硬岩流变特性研究”（编号：）、“岩石拉-剪强度及损伤-断裂演化机理试验研究”（编号：）等一批国家级科研项目的资助。▲《岩体卸荷力学与工程》研究思路
总体上，目前卸荷岩体力学研究尚在以下三个方面存在不足：
侧向卸荷方面的试验研究和理论有待更加丰富和深入；
卸荷-剪切和卸荷诱发拉应力组合的复杂应力状态下的试验研究和理论缺乏；
直接拉剪及三轴卸荷-拉伸试验技术不成熟。
鉴于此，本书的研究思路为：设计发明相关试验方法和装备（第2章内容），对以上不同卸荷条件下的岩体力学特性进行试验研究，包括侧向卸荷、法向卸荷-剪切、拉剪、三轴卸荷-拉伸及卸荷蠕变5种荷载条件（第3~7章内容），并建立或提出了相关卸荷力学理论，包括强度准则与本构模型、能量转化机理、裂隙扩展机理与判据，以及基于断裂力学理论的数值模拟方法（第8~11章内容），最后介绍了边坡工程（第12章内容）和地下煤矿开采工程（第13章内容）方面的卸荷响应。
该书作者从河谷下切、大规模岩体开挖等卸荷作用下高边坡、地下工程围岩的应力重分布特征出发，针对开挖诱发的压致拉裂、卸荷剪切、拉伸剪切、压缩拉伸等复杂应力条件下岩石损伤破裂与岩体裂隙扩展机制，系统地开展多类岩石及裂隙岩体在侧向卸荷压缩、法向卸荷条件下剪切、法向拉伸条件下剪切、初始压缩条件下卸荷-拉伸等岩体卸荷力学试验、数值模拟与理论研究，揭示了初始应力、卸荷速率、结构面产状及其组合模式等关键地质力学因素对岩体卸荷力学行为的影响规律，建立了卸荷条件下岩石微-细-宏观多尺度破裂与裂隙扩展、搭接贯通的模式体系，提出了卸荷条件下岩石损伤破坏的能量转化机理及应变能判据和岩体裂隙扩展的力学理论与指标体系，建立了卸荷应力状态相依性强度理论体系，全面创新了岩体卸荷力学与灾变机理的研究方法与理论体系。这些研究成果必将为高地应力地区水电工程建设、铁路与公路修建和深部资源开采等重大工程高边坡灾害防治与地下工程围岩稳定控制提供科学的新理论支撑。
如今，正处于川藏铁路、雅鲁藏布江下游水电开发、黄河流域生态保护和高质量发展、深部资源开采等相关国家重大工程项目或重大战略的实施时期，高应力环境下大规模开挖岩体滑坡、岩爆等地质灾害十分突出，这本《岩体卸荷力学与工程》的出版定能为“高应力岩体灾变防控”难题助上一臂之力。
中国工程院院士
年10月于北京
相关研究成果在InternationalJournalofRockMechanicsandMiningSciences及RockMechanicsandRockEngineering等国际主流期刊上发表SCI论文60余篇，在《岩石力学与工程学报》等国内知名期刊上发表EI论文50余篇，获授权发明专利26项。研究成果“高应力环境下岩石高边坡卸荷破坏机理及稳定性评价基础理论”获年度中国岩石力学与工程学会自然科学奖特等奖，“裂隙岩体高边坡灾害防控关键理论、方法及技术与应用”获年度河北省科技进步奖一等奖。
本文摘编自《岩体卸荷力学与工程》（黄达等著.北京：科学出版社，.5）一书“前言”“序”，有删减修改，标题为编者所加。
（新世纪工程地质学丛书）
ISBN-7-03--0
责任编辑：韦沁李静
本书聚焦于高应力条件下卸荷诱发岩体灾变机理这一关键科学问题，以高地应力环境中高边坡及地下工程开挖扰动区应力重分布特征为依据，有针对性地设计了综合考虑卸荷应力路径、初始应力状态、卸荷速率等关键因素的系列岩石（体）卸荷试验方法和试验装备，系统开展侧向卸荷、法向卸荷条件下剪切、法向拉伸条件下剪切、围压作用下卸荷-拉伸等卸荷岩体力学试验与理论研究，揭示卸荷条件下岩石（体）的力学参数弱化、变形与破裂响应及其力学机理，建立卸荷条件下岩石强度准则与本构模型和岩体裂隙扩展机制及其力学判据，提出基于断裂力学理论的卸荷条件下岩体时效损伤破裂数值模拟方法，分析高应力地区河谷下切和大规模开挖过程中卸荷诱发岩石高边坡表生改造、变形破裂规律与机制，以及深部煤矿负煤柱卸压开采原理与应用。
本书可供水电工程、采矿工程、地质工程、土木工程等专业科研与技术人员借鉴，也可供相关专业的本科生、研究生参考。
（本文编辑：刘四旦）
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