岩体力学01-绪论讲述课件.ppt

岩体力学,Rock Mechanics,教材沈明荣等，岩体力学，同济大学出版社，2006参考书蔡美峰等，岩石力学与工程，科学出版社，2002徐志英，岩石力学（第三版），中国水利水电出版社，2005李世平等，岩石力学简明教程，中国矿业学院出版社，1986,教材与参考书,2001年5月1日20点30分，重庆武隆县发生了一起基岩滑坡，造成79人死亡，摧毁9层楼房一幢。,2000年4月6日武汉烽火村乔木湾发生地面塌陷，4小时内发生大小陷坑19处，2栋楼房塌进陷坑，16栋楼房不同程度开裂、破损，为1977年来武汉市内发生的6起塌陷中规模最大的一次。,1980年6月3日5点35分，湖北远安盐池河磷矿发生岩崩，摧毁整个盐池河矿务局，死亡284人。,1985年6月12日3点52分，由于后部岩崩加载，导致新滩滑坡复活。所幸的是由于预报准确，新滩镇全镇1371人全部安全转移。,在兵书宝剑峡出口，新滩的对面是链子崖危岩体，近于直立的陡崖为与长江近乎平行的十几条裂缝所切割，导致岩体“摇摇欲坠”，对长江航道构成严重威胁。,国防军事,交通工程,地质开采,采矿工程,水利工程,土木工程,各岩石(体)工程中的问题常用岩体力学加以解决。,。,三峡工程,如果有科学的利用和开发，地球可以成为我们生活的美丽家园；如果不善加保护和利用，地球也可以成为埋葬人类的坟墓。地球表层为岩体、土体所覆盖，人类生活所依托的几乎为地壳表层的岩土体。要想科学的利用、开发、保护地球，必须首先掌握岩土体的性质，尤其是它们的力学性质，因此就有了,岩体力学和土力学,第一章 绪论,一、岩石与岩体1.岩石（Rock）是经过地质作用而天然形成的(一种或多种)矿物集合体。岩石通常按照其成因可分为三类：岩浆岩、沉积岩和变质岩。不同成因类型岩石具有不同的物理力学性质。2.结构面（Structural Plane）是指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。,3.岩块（Rock block或Rock）指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。4.岩体（Rock Mass）是在一定工程影响范围内的自然地质体，在地质历史过程中形成，由岩块和结构面网络组成，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中。,5.岩石与岩体的关系岩石是完整的块体（又称岩块），其中可包含细微的结构面和孔隙，是组成岩体的基本单元；岩体是由岩块组成的包含了宏观结构面的地质体。岩体的强度远低于岩块；岩石(体)工程稳定性主要取决于岩体强度。,6.岩体与工程的关系,二、岩体力学的定义与分支学科1.定义岩体力学(Rock mass Mechanics)是一门介于地学与力学两门学科之间的边缘学科，是研究岩石和岩体在其周围物理环境（力场、温度场、地下水等）发生变化后作出响应的一门力学分支学科。是一门应用型基础学科。又称岩石力学(Rock Mechanics)国际岩石力学学会（ISRM）中国岩石力学与工程学会（CSRME）,2.分支学科工程岩体力学为各类建筑工程及采矿工程等服务的岩体力学，重点是研究工程活动引起的岩体重分布应力以及在这种应力场作用下工程岩体(如边坡岩体、地基岩体和地下洞室围岩等)的变形和稳定性。构造岩体力学为构造地质学、找矿及地震预报等服务的岩体力学，重点是探索地壳深部岩体的变形与断裂机理，为此需研究高温高压下岩石的变形与破坏规律以及与时间效应有关的流变特征。破碎岩石力学为掘进、钻井及爆破工程服务的岩体力学，主要是研究岩石的切割和破碎理论以及岩体动力学特性。,3.学科属性与特点（1）学科属性属于固体力学的范畴岩石力学又是固体力学与地学交叉渗透而形成的边缘科学（2）岩体力学的特点岩石自然特征取决于其成因及后期地质作用岩体的力学性能取决于岩石的力学性质和不连续面的数量和性质。一般受控于不连续面；但有时又较多地取决于岩石本身的性质岩体力学是解决岩石工程技术问题的理论基础,三、岩体力学的研究任务和内容1、岩体的力学特性（1）不连续性结构面切割（2）各向异性结构面的方向性（3）不均匀性结构面的分布、结构体的大小（4）赋存地质因子的特性地下水、温度、气体、地应力场、地质遗迹（如褶皱等）等,2.岩体力学的研究任务（1）基础理论力学模型与本构规律；连续介质与不连续介质力学原理；变形、破坏等机理及力学原理；力学计算（2）试验研究室内、现场试验的力学原理、内容与方法；模拟试验；荷载作用下的力学响应；力学性质指标的统计分析；试验设备与技术（3）实际应用分析、解决岩体工程实际问题（4）监测预测量测应力、应变、蠕变、断裂、损伤、承载力、稳定性等及随时间的变化；预测力学数据,3.岩体力学的研究内容（1）岩体的地质力学模型及其特征研究岩石与岩体的地质特征及分类结构面的空间分布规律及其地质概化模型岩体在自重应力、构造应力、工程应力作用下的力学响应及其对岩体力学特性的影响各类赋存地质因子的相互耦合作用,（2）岩石与岩体的物理力学性质研究物理性质、力学性质通过室内、现场试验研究岩石与结构面的力学特性及其本构关系物理、力学性质参数的试验测定试验方法与试验技术荷载作用下岩石与岩体力学特性的变化规律,（3）各类工程中的应用地下硐室围岩的稳定性岩石地基的稳定性岩石边坡的稳定性监测与预测预报岩体力学的新理论、新方法,四、岩体力学的研究方法工程地质研究法 研究岩块和岩体的地质与结构特征，为岩体力学的进一步研究提供地质模型和地质资料试验法 为岩体变形和稳定性分析计算提供必要的物理力学参数；模拟与验证岩体工程数学力学分析法 通过建立岩体力学模型和利用适当的分析方法，预测岩体在各种力场作用下的变形与稳定性，为设计和施工提供定量依据综合分析法 采用多种方法考虑各种因素(包括工程的、地质的及施工的等)进行综合分析和综合评价，得出符合实际情况的正确结论,地质调查,工程地质分区,岩体结构的划分,岩石岩体力学性质室内、现场试验,岩体赋存条件分析,初始应力场,结构面几何特征,介质的模型化,物理,数学,计算,经典解析法,数值计算法,分类、确定岩体的质量、等级,模拟试验,物理模拟,相似模拟,经验判据,正演、反演,岩体工程设计,加固措施,施工,长期监测,岩体力学研究步骤：,边坡岩体力学研究框图,边坡岩体地质特征（地层、岩性、结构面特征及分布、地下水等）,岩块、结构面力学性质（室内试验：求变形、强度参数）,应力条件（建筑物作用力、天然应力、水压力、地震力等）,地质模型建立（平、剖面图）,岩体力学性质，力学参数（现场试验、模拟试验）,开挖后的重分布应力、大小,力学模型建立（介质模型、应力、岩体力学参数、变形破坏机理.）,稳定性分析计算（刚体极限平衡理论、有限元.）,综合评价,工程设计要求,工程设计,处理方案或修改角,施工,安全系数,稳定、合理,不稳定、不合理,工程地质研究方法,试验法,数学、力学分析法,综合评价法,五、岩体力学与其它学科的关系1.与地质学的关系岩体力学与地质尤其与工程地质关系密切。与工程有关的岩石或岩体处于一定的地质环境中，岩石或岩体的力学性状受地质环境的制约和影响，岩石或岩体的力学特性的宏观判断离不开工程地质条件的认识。世界上很多岩体工程的失事，大都是由于对工程地质条件、岩体条件的判断失误所造成的，如意大利瓦依昂水库的滑坡。从事工程地质工作也需要有岩石力学的基本理论和知识来指导，使工程地质更好地为工程建设服务。2.与其它学科的关系岩石力学与数学、物理、理论力学、材料力学、弹性力学、塑性力学、流变理论等关系很密切，需要用到这些方面的理论和知识。,六、岩体力学的形成与发展1.形成历史1951年，在奥地利创建了地质力学研究组，并形成了独具一格的奥地利学派。同年，国际大坝会议设立了岩石力学分会。1956年，美国召开了第一次岩石力学讨论会。1957年，第一本岩石力学专著出版。1959年，法国马尔帕塞坝溃决，引起岩体力学工作者的关注和研究。岩石力学演变为岩体力学1962年，成立国际岩石力学学会(ISRM)。1966年，第一届国际岩石力学大会在葡萄牙的里斯本召开。,2.发展动态岩体结构与结构面的仿真模拟、力学表述及其力学机理问题裂隙化岩体的强度、破坏机理及破坏判据问题岩体与工程结构的相互作用与稳定性评价问题软岩的力学特性及其岩体力学问题水-岩-应力耦合作用及岩体工程稳定性问题高地应力岩体力学问题岩体结构整体综合仿真反馈系统与优化技术岩体动力学、水力学与热力学问题岩体流变与长期强度问题岩体工程计算机辅助设计与图像自动生成处理。,3.岩体力学主要学派介绍（1）“奥地利学派”（Salzburg学派）简介：代表人物：J.Stini、L.Mller观点：岩石与岩体严格区分，岩体是不连续介质，不能简单地利用固体力学来研究，而必须考虑节理、裂隙、断层等地质结构构造以及地下水的作用；岩体的变形不是岩石的变形，而是岩块移动所致；岩体的力学性质应通过现场试验而不是小岩块试验获得；工程地质人员应进行定量的地质描述，对岩体的结构面如断层、节理和裂隙等进行观测和考察，研究它们的作用及其对岩体力学性质的影响，既要提供定性的概念，还应提供用于实际计算的定量数据。,成果：1951年在奥地利的Salzburg发起和举办了以岩体力学为主题的国际研讨会，为把工程地质与力学相结合，建立岩石力学这个边缘学科跨出了重要的一步创办了地质与土木工程（Geologie und Bauwesen）杂志发表他们的研究成果，形成了Salzburg学派。1962年地质与土木工程改名为岩石力学与岩石工程（Rock Mechanics&Rock Engineering）继续出版提出“新奥地利隧道掘进法（新奥法）”隧道施工方法,（2）“工程地质力学”简介：代表人物：谷德振教授观点：认为岩体与一般岩石的差别在于它是受结构面纵横切割的多裂隙体，岩体内部结构面控制着岩体变形、破坏机制及力学法则。因此必须重视结构面力学效应的研究。方法：在研究结构面力学特性时，必须以地质成因为基础对结构面自然特性做细致的研究，掌握结构面的地质特点来指导岩体力学研究工作是岩体基本力学特性研究的基础。成果：岩体结构分为块状结构、镶嵌结构、碎裂结构、层状结构、层状碎裂结构和散体结构，按照岩体结构不同类型分别研究其力学特性。,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,