岩体力学介绍.doc

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1、当前位置：课程学习/第一章 绪论/学习指导 学习指导 内容简介：岩体力学是力学的一个分支学科，是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。它的研究对象是各类岩体。本章主要介绍岩体力学的定义、学科分支、研究意义、研究内容、研究方法、岩体力学的发展历史和发展趋势。 第一章 绪 论 一、岩体力学的定义与分支学科 1、定义 岩体力学(Rockmass Mechanics)是力学的一个分支学科，是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。 国际上往往把岩体力学称为岩石力学(Rock Mechanics) 2、学科分支

2、 广义地讲，岩体力学包括如下分支： l （1）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。通常所讲的岩体力学就是指的工程岩体力学。 l （2）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。 l （3）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、研究意义 在岩体表面或其内部进行任何工

3、程活动，都必须符合安全、经济和正常运营的原则。以露天采矿边坡坡角选择为例，坡角选择过陡，会使边坡不稳定，无法正常采矿作业，坡角选择过缓，又会加大其剥采量，增加其采矿成本。然而，要使岩体工程既安全稳定又经济合理，必须通过准确地预测工程岩体的变形与稳定性、正确的工程设计和良好的施工质量等来保证。其中，准确地预测岩体在各种应力场作用下的变形与稳定性，进而从岩体力学观点出发，选择相对优良的工程场址，防止重大事故，为合理的工程设计提供岩体力学依据，是工程岩体力学研究的根本目的和任务。 岩体力学的发展是和人类工程实践分不开的。起初，由于岩体工程数量少，规模也小，人们多凭经验来解决工程中遇到的岩体力学问题。

4、因此，岩体力学的形成和发展要比土力学晚得多。随着生产力水平及工程建筑事业的迅速发展，提出了大量的岩体力学问题。诸如高坝坝基岩体及拱坝拱座岩体的变形和稳定性；大型露天采坑边坡、库岸边坡及船闸、溢洪道等边坡的稳定性；地下洞室围岩变形及地表塌陷；高层建筑、重型厂房和核电站等地基岩体的变形和稳定性；以及岩体性质的改善与加固技术等等。对这些问题能否做出正确的分析和评价，将会对工程建设和生产的安全性与经济性产生显著的影响，甚至带来严重的后果。 在人类工程活动的历史中，由于岩体变形和失稳酿成事故的例子是很多的。实例：1、2、3、4、5、6 二、研究内容与研究方法 1、研究内容 （1）岩块、岩体地质特征的研究

5、 岩块与岩体的许多性质，都是在其形成的地质历史过程中形成的。因此，岩块与岩体地质特征的研究是岩体力学分析的基础。主要包括： 1）岩石的物质组成和结构特征； 2）结构面特征及其对岩体力学性质的影响； 3）岩体结构及其力学特征； 4）岩体工程分类。 （2）岩石的物理、水理与热学性质的研究 （3）岩块的基本力学性质的研究 为了全面了解岩体的力学性质，或者在岩体力学性质接近于岩块力学性质的条件下，可通过岩块力学性质的研究，减少或替代原位岩体力学试验研究。内容包括： 1）岩块在各种力作用下的变形和强度特征以及力学参数的室内实验技术； 2）荷载条件、时间等对岩块变形和强度的影响； 3）岩块的变形破坏机理及

6、其破坏判据。 （4）结构面力学性质的研究 结构面力学性质是岩体力学最重要的研究内容。内容包括： 1）结构面在法向压应力及剪应力作用下的变形特征及其参数确定； 2）结构面剪切强度特征及其测试技术与方法。 （5）岩体力学性质的研究 岩体力学性质是岩体力学最基本的研究内容。内容包括： 1）岩体的变形与强度特征及其原位测试技术与方法； 2）岩体力学参数的弱化处理与经验估算； 3）荷载条件、时间等因素对岩体变形与强度的影响； 4）岩体中地下水的赋存、运移规律及岩体的水力学特征。 （6）岩体中天然应力分布规律及其量测的理论与方法的研究 （7）边坡岩体、地基岩体及地下洞室围岩等工程岩体的稳定性研究 这是岩体

7、力学实际应用方面的研究，内容包括： 1）各类工程岩体中重分布应力的大小与分布特征； 2）各类工程岩体在重分布应力作用下的变形破坏特征； 3）各类工程岩体的稳定性分析与评价等。 （8）岩体性质的改善与加固技术的研究，包括岩体性质、结构的改善与加固，地质环境(地下水、地应力等)的改良等。 （9）各种新技术、新方法与新理论在岩体力学中的应用研究 （10）工程岩体的模型、模拟试验及原位监测技术的研究 模型模拟试验包括数值模型模拟、物理模型模拟和离心模型模拟试验等，这是解决岩体力学理论和实际问题的一种重要手段。而原位监测既可以检验岩体变形与稳定性分析成果的正确与否，同时也可及时地发现问题。 2、研究方法

8、 （1）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。 （2）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。 （3）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。 （4）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。 v 三、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，

9、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。 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、发展前沿 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

10、机辅助设计与图像自动生成处理。 当前位置：课程学习/第一章 绪 论/练习与思考 本章小结本章重点介绍了岩体力学的概念、研究对象、研究内容及研究方法，对岩体力学的形成与发展作了一般说明。练习与思考1、岩体力学包括哪三种分类，各有何侧重？ 2、岩体力学的研究对象是什么？你能举出几个岩体变形破坏的事例？ 3、岩体力学的研究方法有哪些，有什么区别？ 4、你对岩体力学的形成与发展有哪些了解？ 当前位置：课程学习/第二章 岩体的地质特征/学习指导 学习指导 内容简介：岩体力学研究的对象是在各种地质作用下形成的天然岩体。岩体的物理力学性质在很大程度上受形成和改造岩体的各种地质作用过程所控制，往往表现出非均匀

11、、非连续、各向异性和多相性的地质特征。因此，在岩体力学研究中，应将岩体地质特征的研究工作置于相当重要的地位。岩体由岩块和结构面组成。本章对岩块、结构面的基本地质特征进行研究，从而对岩体的地质特征进行分析，在此基础上对岩体进行工程分类。 视频导学：学习要点：掌握岩体、岩块、结构面等重要概念；掌握岩块物质组成对力学性质的影响；掌握结构面地质特征与各几何形态参数；了解三大类岩体的地质特点；掌握工程岩体的分类方法。 基本概念：岩体、岩块、结构面、结构面间距、线密度、RQD、连续性系数、JRC 学习内容： 第一节 几个基本概念 第二节 岩块的物质组成与结构特征 第三节 结构面特征 第四节 岩体的结构特征

12、 第五节 岩体的工程分类 学习进度：总学时4学时，具体分配如下： 第一节 0.5学时 第二节 0.5学时 第三节 1.0学时 第四节 1.0学时 第五节 1.0学时 参考书籍： 重庆建筑工程学院、同济大学，1981，岩体力学。北京：中国建筑工业出版社。 谷德振著，1979，岩体工程地质力学基础。北京：科学出版社。 郭志著，1996，实用岩体力学。北京：地震出版社。 湖南水利水电勘测设计院，1983，边坡工程地质。北京：水利电力出版社。 华安增，1980，矿山岩石力学基础。北京：煤炭工业出版社。 李铁汉、潘别桐，1980，岩体力学。北京：地质出版社。 当前位置：课程学习/第二章 岩体的地质特征/

13、第一节 几个基本概念 第一节 几个基本概念 岩石（Rock）矿物、岩屑的集合体。 n 结构面（Structural Plane） 指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。 n 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。 n 岩体（Rockmass）是指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，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的地质体。 观察下面的照片，熟悉以上概念。 当前位置：课程学习/第二章 岩体的地质特征/第二节 岩块的物质组成与结构特征 第二节 岩块

14、的物质组成与结构特征 一、岩块的物质组成 岩石由具有一定结构构造的矿物(含结晶和非结晶的)集合体组成。新鲜岩块的力学性质主要取决于组成岩块的矿物成分及其相对含量。 一般来说，含硬度大的粒柱状矿物(如石英、长石、角闪石、辉石等)愈多时，岩块强度愈高；含硬度小的片状矿物(如云母、绿泥石、蒙脱石和高岭石等)愈多时，则岩块强度愈低。自然界中的造岩矿物有：含氧盐、氧化物及氢氧化物、卤化物、硫化物和自然元素五大类。其中以含氧盐中的硅酸盐、碳酸盐及氧化物类矿物最常见，构成了几乎99.9的地壳岩石。而其他矿物的工程地质意义不大。 组成岩石的矿物包括硅酸盐类矿物、黏土矿物、碳酸盐类矿物和氧化物类矿物。 二、岩块的结构特征 岩块的结构：岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式及微结构面发育情况与粒间连结方式等反映在岩块构成上的特征。 n 1、粒间连结 岩石的粒间连结分结晶连结与胶结连结 结晶连结：矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，它是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触。 胶结连结：矿物颗粒通过胶结物连结在一起。胶结连结的岩块强度取决于胶结物成分及胶结类型。一般来说，硅质胶结的岩块强度最高；铁质、钙质胶结的次之；泥