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1、课程介绍1.岩体力学的研究对象 2.岩体力学的研究内容 3.岩体力学的研究方法 4.岩体力学的发展历程 5.岩石力学的发展历程岩体力学的研究对象地质体由一定的岩石组成的和具有一定构造特征的 ，并占据地球上一定空间的实体。土体 岩体地质体板块或地体大地构造学矿体(含矿) 矿山地质学工程地质学、岩体力学 、岩土工程、土木工程(1) 岩体和地质体是同一物体在不同场合的两个名词。(2) 就具体问题研究而言，岩体即为地质体的一部分。(3) 岩体是工程地质学和岩体力学的专有名词。有时将土 体作为一种特殊岩体对待。岩体的组成要素 岩体在地质历史过程中所形成的，已经遭受过变形和破坏，具 有一定物质成分和结构并
2、赋存于一定地质环境中的地质体。岩体是 工程地质学和岩体力学的专有术语。 岩石、岩体结构和赋存环境是组成岩体不可缺少的三大要素物质成分岩石结构岩体结构赋存环境结构体结构面 应力场 温度场 渗流场 其它物理场（电、磁等）岩 体 的 工 程 特 征共同作用岩体三场耦合岩体的演化过程建造（成分、岩体结构、赋存环境 ）改造（成分、岩体结构、赋存环境 ）岩石岩体力学中非常重视对岩石的物理力学性质及其影响因素的研究，这是整个岩体力学基础之一。 必须对工程区地层有系统全面的了解弄清地层的形成时代、环境、过程，岩性岩相的变化以及彼此的接触关系，建立典型的岩石地层柱状图， 进行详细的划分和对比。 从工程地质的观点
3、出发，如岩石地层的工程地质分类，标出易于识别的标志层及软弱有害的岩层或岩组，填制工程地质图 弄清岩石的基本物理力学性质，为整个工程勘查和设计工作打下基础。地质特征物质成分 岩石结构、构造 成因类型 岩性岩相变化 成层条件、厚度变化 物理(水理)性质力学性质结构体特性结构面特征岩 石 的 特 性岩石结构体岩 体 的 特 性岩体是由一种或多种岩石组合，岩石是组成岩体的固相基质。(1) 结构面 岩体内的开裂的或易于开裂的界面（包括物质分异面和不连续面） 统称结构面 。结构面物质分异面在建造过程中形成，如层面、(不)整合面、岩性接触面等不连续面在改造过程中形成，内、外动力作用，如断层、节理、裂隙、片理
4、(2) 结构体 岩体内由结构面纵横切割而分离的块体，称为结构体p1p2p3p4p5p6p7p8岩体结构(3) 岩体结构 结构面和结构体在岩体内的排列组合形式，称为岩体结构结构面的性质、规模 结构体的性质、规模、形状 结构面和结构体的排列和组合岩体结构 岩体性质岩体结构控制论 岩体结构是岩体的重要组成要素； 岩体结构是岩体区别于岩石及其它固体材料的基本特征之一； 岩体结构决定了岩体的不连续性(岩体基本特征之一）； 岩体结构控制着岩体的变形和破坏等力学特征。 对岩体结构的研究是整个岩体力学工作的基础和关键赋存环境岩体的赋存环境地应力场 温度场 渗流场 其它物理场岩体形成于一定的地质环境岩体赋存于一
5、定的地质环境赋存环境在一定程度上影响 着岩体的性质，如 地应力的高低可使岩体的 力学介质类型发生转化而且 决定岩体结构力学效应的显 著程度，岩体因此表现出有 条件转化性的特征。 各向异性(1) 赋存环境是一项活动的、易变的因素 (2) 赋存环境不同，岩体的地质特征和力 学性质不同; (3) 赋存环境发生变化，岩体也随之改变 (4) 脱离赋存环境，不能称其为岩体。岩石材料、岩石块体形成于并赋存于一定地质环境，是岩体区别于岩石和其它固 体材料的基本特征之一。岩体始终依存于赋存环境 ，并与赋存环境相适应岩体的形成过程（岩体的演化）建造过程 （1） 岩石成分在建造过程中，首先形成的是岩体的物质成分岩石
6、。沉积岩：沉积岩建造（包括碳酸岩建造、碎屑岩建造、复理式建造 、含煤建造、含盐建造等）火成岩：岩浆岩建造、火山岩建造、混合岩建造混合岩：变质岩建造、构造岩建造及风化岩建造等。它们在建造过 程就形成了各自的岩石成分和岩石结构。岩体形成于一定的地质环境岩体赋存于一定的地质环境岩体始终依存于赋存环境并与赋存环境相适应（2） 岩体结构 在建造过程中形成的岩体结构岩体的原生结构（ 岩石学中，称岩体的原生结构为岩相） 不同建造甚至同类型建造的岩石，由于岩相不同，其特征也不同。在岩体力学中，岩相的最大特点就是各向异性。 按各向异性程度，原生岩体结构可分为块状结构和层状结构。一般呈各向同性，均匀性高具成层性:
7、即横向同性，纵向 和横向的性质变化较大。岩体的成层性是十分重要的，它标志着地质作用的转化或间 断，反映出岩体中弱面的存在，如岩性界面、地质间断面（古 风化面、岩浆喷发间歇面等）和片状条状矿物富集面（片理、 层理等），它们直接控制着岩体介质的各向异性和不连续性， 并影响岩体的成层条件和厚度。 （3） 赋存环境岩体建造过程中伴随着形成了自已的赋存环境，地应力以及自重 应力为主，地下水以孔隙水为主。改造过程在建造过程中形成的岩体，其岩石成分、原生岩体结构和赋存 环境是与当时的物理化学环境相适应的，而且只适应当时的环境。当条件变化时，它们也随之改变，以适应新的环境条件。岩体 一经在建造过程中形成，就要
8、遭受后期多次反复的内外动力地质作 用的巨大改变，这一过程称为岩体的改造过程。 经过内外动力地质作用，岩体得到了全面的改造，包括岩石成分 、岩体结构和赋存环境的改造。 岩石成分：内动力地质作用可使三大岩类相互转化，风化作用使岩石矿物风化，多数形成粘土矿物。岩体结构：改造作用扩大了岩体的不连续性，如构造作用在岩体中产生了大至断裂小到劈理等结构面，剥蚀作用使岩体卸荷而导致岩体内已有裂隙的扩大和新的裂隙产生，风化作用则沿上述不连续风化对岩体结构加以改造。赋存环境：由于构造作用和剥蚀（卸荷）及沉积（加荷）作用，使岩体的应力场 、地下水活动及地热发生明显的改变。其中地应力场=变得更为复杂，增加了构造应力和
9、剥蚀残余应力；地 下 水=主要赋存于岩体裂隙中；温 度 场=在构造活动强烈的地带，热流密度增大，地温梯度发生异常。岩体演变至今，而且其岩石成分、岩体结构 和赋存环境还将在地质作用和人类工程经济 活动作用下继续演化下去。 工 程 开 挖岩体环境场工程岩体 (硐室围岩)工程岩体 环境场宏观 表现 | 围岩 变形稳定不稳定破坏工程措施新动 态平 衡环境场变化 (应力场,渗流场,温度场)围岩变化 (岩体结构变化)围岩力学属性变化 围岩力学性质变化 围岩力学响应变化变形破坏 机制变化动态演化 规律变化动 态 平 衡岩体的基本特征在岩体形成和存在的整个历史中，已经遭受过复杂的、多期 次反复的和不均衡的地质
10、作用，今天所见到岩体，实际上已经遭 受过多次复杂的变形和破坏。受岩体结构和赋存环境的控制，岩体的性质非常复杂和特殊， 概括起来有：不连续性、非均质性、各向异性、有条件转化性最基本的是不连续性和有条件转化性。岩石 岩体结构 赋存环境地质特征力学性质岩 体 的 特 征不连续性 非均质性 各向异性 有条件转化性不连续性 岩体的地质不连续性包括岩性不连续性和结构不连续性。 岩性不连续性：指岩体内岩石性质沿一些界面发生突变不连续面：指不整合面、层面、侵入岩接触带等； 结构不连续性：指岩体中一系列宏观分离面，如断层、节理、劈理等。从总体来看，岩体是不连续介质，其中的不连续面（即结构面）的 性质及其排列组合
11、控制着岩体的工程特性，也使其有别于一般连续介质 的力学性质。 非均质性 岩体的非均质性岩体的物理力学性质随所测点的空间位置不 同而有差异的性质。岩体是长期地质作用的产物 其非均质性是绝对的，而均质性是相对的和有条件的。 岩体具有非均质性 同一岩体不同部位的工程性质可有较显著的不同，表现为试验结 果具有较大的离散性。 各向异性岩体的各向异性岩体的物理力学性质随取向不同而具有明显方 向性差异的性质。 有条件的转化性岩体赋存于一定的地质环境（地应力、地下水和地温场）中， 这是岩体与岩石的根本区别之一。赋存环境对岩体的物理力学性质以及工程特性有较大的影响， 常使岩体的力学介质类型、力学特征发生有条件的
12、转化。各向异性的主要原因是存在于岩体中的结构面具有优势方位 及岩体赋存环境具各向异性。这就要求在研究岩体的工程特性和进行岩体工程设计时，必 须注意岩本中结构面的优势方位与工程作用力之间的相对关系。岩体力学的内容岩体力学与工程岩体力学(1) 岩体力学：研究岩石和岩体力学性态的理论和应用的科学,是力 学的一个分支。 岩体力学主要研究岩石和岩体对其存在环境中的力场的响应。 (2) 岩体工程（岩石工程）与工程岩体 岩体工程(岩石工程)：在岩体内部或表面修建或构造的任何工程。 工程岩体：岩体工程所涉及的岩体。 (3) 工程岩体力学 工程岩体力学：研究已经经受过变形和破坏的岩体，在人类工程 经济活动作用使
13、其环境变化时，产生的再变形和再破坏的规律和理 论，进一步运用这些理论和规律预测岩体工程的稳定性，解决岩体 工程建设中的实际问题的一门应用性科学。 工程岩体力学主要研究岩石和岩体对工程活动的响应。工程岩体力学的研究任务任何工程（包括岩体工程）活动均应符合安全、经济和合理的 原则。为此正确的工程设计 & 良好的施工质量准确预测岩体中产生的次生应力和变形以及岩体工程的稳定性， 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，保证施工顺利，并为合理的工程设计提供岩体力学依据， 这就是工程力学的根本目的和任务。在从事工程经济活动时，人类或多或少地改变了地质环境 。就岩体工程而言，自然岩体
14、的赋存环境和性质发生改变，其工 程特性也随之改变，同时，这种变化还将反过来影响岩体工程的 安全性等。因此，不仅要研究岩石和岩体本身的力学性态，更应着重研 究与各类岩体工程有关的工程岩体在工程力作用下的变形、破坏 规律和趋势及其实际应用岩体力学的研究内容 研究内容 岩体力学的服务对象（岩体工程）对岩体力学有不尽相同的要求 岩体力学的研究对象（岩石、岩体、岩体工程）相当复杂 岩体（岩石）的地质特征 岩体（岩石）的力学性质 岩体结构基本规律及岩体结构力学效应 岩体赋存环境及其力学效应 岩体的时间效应及流变问题 岩体动力学特征 岩体测试技术和方法 工程岩体及岩体工程稳定性分析原理和方法 信息处理及计算
15、机应用技术 岩体力学模拟和模型试验 岩体改良与施工技术方法研究课题工程岩体力学是伴随着工程建设的发展而发展的，其 研究课题、研究任务和研究内容 随 工程建设的发展而增多， 研究任务和内容既来源于生产实践，又必须直接服务于生产实践 。 因此，工程岩体力学研究既有理论上的，又有应用实践上的。理论课题 岩体(岩石)的工程地质特性 工程岩体的评价与预测 工程岩体改良技术方法应用课题 边坡变形与破坏问题 地基变形与破坏问题 地下硐室变形与破坏问题水利水电工程 采矿工程 道路工程 土木建筑工程 海洋勘探与开发工程 石油工程 核电建设及核废料处理工程 地层热能资源开发工程 地震预报 地下水资源开发工程研究课题岩体力学(工程岩体力学)的学科地位工程建设环境:土体 岩体(土体是一种特殊的岩体) 工程建设材料:土 岩石 工程地质学: 土力学 岩体力学岩体力学与土(体)力学共同构成工程地 质（地质工程或岩土工程）的基础 左手 & 右手岩体力学的研究方法研究方法岩体力学是一门边缘交叉科学根据所采用的研究手段 或 基础理论所属学科领域的不同，岩体力学的研究方法可大致有：工程岩体力学的研究任务和内容工程岩体力学研究方法的多样性 。服务对象的多样性 研究对象的复杂性 研究内容的广泛性工程地质法、测试试验法、理论研究法、综合研究法工程地质研究
