地质专业岩石力学第1章绪论.ppt

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1、岩石力学,西南科技大学环境与资源学院,岩 石 力 学,教 材 岩石力学与工程 蔡美峰主编，科学出版社参 考 书 岩石力学基础 耶格 库克，科学出版社 岩体力学 王文星主编，中办大学出版社 矿山岩石力学 李通林主编，重庆大学出版社 矿山岩体力学 郑永学主编，冶金工业出版社 岩体力学与测定 铃木光编，煤炭工业出版社,总 学 时：40 学时 其 中：理论学时：34 学时 实验学时：6 学时,岩 石 力 学,第一章 绪论第二章 岩石的物理力学性质第三章 结构面的力学性质第四章 岩体的力学性质及其分类第五章 岩体初始应力及其测量 第六章 井巷地压第七章 边坡工程概论,岩 石 力 学 教 学 内 容,第一

2、章 绪 论,本章内容：一、岩石和岩体二、岩体的特征三、岩石力学的研究内容和研究方法四、岩石力学的产生及其发展五、采矿工程中岩石力学的特点六、岩石力学与其他学科的关系,第一章 绪 论,授课学时：1学时本章的重点：1、岩石与岩体的界定；2、岩石力学的研究任务与内容，岩石力学的研究方法。关键术语：岩石；岩体；岩体工程；稳定性要求：1、必须掌握本课程重点内容；2、了解岩石力学的发展简史以及岩石力学在其他学科中的地位。,一、岩石和岩体,岩石：由多种矿物成分组成的固体物质 是在一定的生成条件下，具有一定的矿物成分和一定的结构、构造特征的地壳的组成材料或物质。是各种裂隙切割而成的岩块，又称结构体。岩体：由岩

3、石结构体和结构面组成的地质体 结构面包括岩石和各种地质构造形迹，如节理、裂隙、断层、褶皱、层面等地质界面。岩体就是岩石和这些结构面的统一体。岩石和岩体是既有区别又互相联系的两个概念。岩石是岩体的组成物质，岩体是岩石和结构面的统一体。,二、岩体的特征,1、岩体是非均质且各向异性的材料2、岩体内存在着原始应力场 主要包括重力和地质构造力，重力场是以铅垂应力引起；构造应力场通常是以水平应力为主。3、岩体内存在着一个裂隙系统 岩体既是断裂的又是连续的，岩体是断裂与连续的统一体,可称之为裂隙介质或准连续介质。当岩体应力超过其强度时，就会使原有断裂进一步扩展，形成新的断裂。而旧断裂的扩展与新断裂的形成，又

4、均会导致岩体内的应力重新分布。,4、岩石不是理想的弹性体 也不是典型的塑性体5、岩石既不是连续介质，又不是松散介质 是一种特殊的复杂的地质体,三、岩石力学的研究内容与研究方法,岩石力学研究的主要对象是岩石和岩体，研究岩体在力场作用下，所发生的变形、破坏和移动规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。,1、岩石力学研究的内容 岩体的地质特征 岩块、结构面的力学性质 岩石和岩体的力学性质 岩体中天然应力 岩体中重分布应力 地下开挖空间围岩、边坡、地基等稳定性分析与评价 工程处理与加固,根据行业不同，具体包括如下几个方面,（1）、水利水电工程 坝基问题、隧洞三设计与施工、地下厂房围岩稳定问

5、题、高速水流冲刷岩石问题、水库诱发地震问题、库岸稳定问题。（2）、采矿工程 露天边坡问题、地下巷道与采场稳定问题、采矿方法选择问题、矿井突水问题、岩爆问题、瓦斯溢出问题、空区处理问题、岩石破碎问题（3）、土木建筑工程（房屋、道路、桥梁、隧道、地下厂房等）边坡问题、地基问题、围岩问题（4）、其它工程 如海洋勘探、核废料处理、地热开发利用、地震预报,2、岩石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，为岩石力学的进一步研究提供地质模型和地质资料。实验法 为岩体变形和稳定性分析提供必要的物理力学参数。室内实验、现场实验 数学力学分析法 通过建立岩石力学模型适当的分析方法，预测岩体在

6、各种力场作用下的变形与稳定性，为设计施工提供依据。综合分析法 采用多种方法考虑各种因素(包括工程、地质及施工等)进行综合分析和评价，得出符合实际情况的结论。,四、岩石力学的产生及其发展,岩石力学是伴随着采矿、土木、水利、交通等岩石工程的建设和数学力学等学科的进步而逐步发展形成的一门新兴学科和边缘学科，是一门应用性和实践性很强的应用基础学科。它的应用范围涉及采矿、土木建筑、水利水电、铁道、公路、地质、地震、石油、地下工程、海洋工程等众多的与岩石工程相关的工程领域。一方面，岩石力学是上述工程领域的理论基础；另一方面，正是上述工程领域的实践促使了岩石力学的诞生和发展。岩石力学按其发展进程可划分四个阶

7、段：,1、初始阶段(19世纪末-20世纪初)岩石力学最早起源于采矿工程，在这个阶段，开采规模小，采深近于地表，开采空间不大，岩石力学的问题主要是巷道顶板冒落和地下开采所引起的地表移动。在该阶段，岩石力学处于萌芽时期，产生了初步理论以解决岩体开挖的力学计算问题。如1912年海姆(AHeim)提出了静水压力的理论他认为地下岩石处于一种静水压力状态。,2、经验理论阶段（20世纪初20世纪30年代）该阶段为岩石力学发展的第二阶段。在这个阶段出现力根据生产经验提出的地压理论，并开始用材料力学和结构力学的方法分析地下工程的支护问题。松散介质学派（例如普氏理论）占主导地位，他们借助土力学理论解决岩石力学问题

8、，提出巷道地压计算原理和采场地压假说。在此阶段更加深入地研究岩石的破坏机理。,3、经典理论阶段（20世纪30年代60年代）该阶段是岩石力学学科形成的重要阶段 岩石力学以弹塑性理论为基础，将岩体视为弹塑性介质，应用弹塑性力学方法来研究岩体的应力、应变和位移，确定了一些经典计算公式，形成围岩和支护共同作用的理论。结构面对岩体力学性质的影响受到重视。在弹塑性分析的基础上引入流变理论，将某些岩体视为带粘性的介质，考虑时间因素对岩体应力、应变和位移的影响。,4、现代发展阶段（20世纪60年代现在）用更为复杂的多种多样的力学模型来分析岩石力学问题，把力学、物理学、系统工程、现代数理科学、现代信息技术等最新

9、成果引入了岩石力学。而计算机的发展使用有限元、边界元、离散元等解算岩石力学问题得以实现。20世纪70年代以后岩石力学发展比较迅速，岩石力学测试技术不断完善，应力解除法可测试深部岩体应力。刚性压力机的出现，可测试应力应变全过程曲线，从而更深刻的揭示了岩石的力学特性。岩石力学已逐渐形成完整的科学体系作为力学的一个分枝，成为一门独立的力学学科，服务于岩体工程。,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。1951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，引起岩石力学

10、界的关注和研究。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。1960年，我国第一次将岩石力学内容编入井巷工程教科书。,岩石力学形成历史,岩石力学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石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。,1、岩石力学与其它力学的联系 岩石

11、力学与材料力学、弹性力学、塑性力学和流变力学等有着纵向联系。人们运用这些理论使岩石力学得到发展。2、岩石力学与地质科学的联系 岩体工程的围岩赋存在一定的地质环境之中。因此，岩石力学与工程地质学、构造地质学和地质力学有着十分密切的联系。3、岩石力学与工程的联系 岩石力学是为解决岩体工程中的力学问题服务的，这些工程学科包括：采矿和其它地下空间工程、交通工程、水电工程和基础工程等。因此，岩石力学是各种岩体工程学科的专业理论基础。,五、岩石力学与其他学科的关系,岩石力学的分支学科,工程岩体力学-为各类建筑工程及采矿工程等服务的岩石力学，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石力学，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石力学，主要是研究岩石的切割和破碎理论以及岩体动力学特性。,