《岩石力学》幻灯片09-1

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1、同学们好！ 祝贺同学们升入大学三年级！,我的联系方式： 电话：87046069， 13870633396 E-mail：, QQ: 429022561 办公地址：9#教学楼结构试验大厅103室,本课程学习安排,二、学习内容 1、岩石物理力学性质：岩石的基本构成及分类，岩石的物理性质， 岩石的力学性质，岩石强度理论，影响岩石力学性质的主要因素。 2、岩体力学性质：岩体结构，岩体结构面的力学性质，岩体的强度 与变形特性，岩体破坏准则 3、岩体质量评价及其分类。 4、地应力及其测量方法,一、学习目的 学习岩石力学的有关基本概念、基本理论和基本方法，为将来从事与 岩石工程有关的设计和施工打下一定基础

2、。,5、岩石地下工程：岩石地下工程围岩应力分布，围岩压力与控制。 6、岩石边坡工程：岩石边坡的破坏形式及其影响因素，边坡稳定性分析。 7、岩石地基工程：岩石地基承载力的确定，建筑物岩石地基，岩石路基。,三、学习方法 课堂讲授为主，做好课堂笔记，加强自学； 注意与土力学的异同。 四、考核 作业：每章布置一定量作业，要求按时完成。占总成绩15 笔记：最好预习或复习时做笔记，应完整、认真。占总成绩15 课堂考察：随机提问，回答正确奖励1分，错误罚1分，缺勤扣3分。 期末考试：闭卷考试，占总成绩的70 五、纪律 课堂上注意听讲，未经允许请勿讲话、讨论问题，严禁睡觉和从事与 本课程无关的活动。,岩石力学

3、 第一章 绪论,第一章 绪论,重点： 什么是岩石？什么是岩体？两者的区别与联系是什么？ 岩石力学研究内容与研究方法？,岩石力学 第一章 绪论,一、岩石力学的定义和任务 1、什么是岩石 岩石是组成地球地壳的基本物质。它是由矿物和岩屑在长期的地质作用下按一定规律凝结而成的自然地质体。 最初是如何形成的？ 2、岩石分类 按成因分：岩浆岩岩浆冷凝而成 如花岗岩 特征：大多由结晶矿物组成 化学成分、物理性质稳定 均质，力学性质好,岩石力学 第一章 绪论,沉积岩由母岩（岩浆岩或沉积岩或变质岩）风化物经过搬运、 沉积和固结作用而形成的岩石 如板岩，砂岩等 特征：由颗粒和胶结物组成 力学性质与矿物成分及胶结物

4、有关 具层理构造，各向异性 变质岩由岩浆岩、沉积岩、变质岩在各种地质作用（高温、 高压及化学活动性流体影响）下发生变质而形成 特征：矿物成分和结构构造具有变质和原岩特征 力学性质与原岩和变质性质和变质过程有关 其他分类？ 按强度（硬度），按风化程度,岩石力学 第一章 绪论,花岗岩,玄武岩,岩石力学 第一章 绪论,闪长岩,流纹岩,岩石力学 第一章 绪论,砾岩,砂岩,岩石力学 第一章 绪论,石灰岩,红砂岩,岩石力学 第一章 绪论,片麻岩,千枚岩,岩石力学 第一章 绪论,板岩,蛇纹岩,岩石力学 第一章 绪论,3、岩体 含有节理、裂隙、层理、断层等不连续结构面的自然地质体（复 杂地质体） 4、岩石与岩

5、体的区别与联系 区别： 岩石可以看作是一种材料，岩体是岩石与各种不连续面的组合体； 岩石可以看作是均质的，岩体是非均质的（在一定的工程范围内）； 岩石具有弹、塑、粘弹性，岩体受结构面控制，性质更复杂，强度更低； 岩体通常是指一定工程范围内的地质体，岩石则无此概念。 联系： 都是经过长期地质作用形成的地质体，性质都很复杂； 岩石是岩体的组成成分之一，岩体的物理力学性质与构成它的岩石有关。,岩石力学 第一章 绪论,岩石力学 第一章 绪论,岩石力学 第一章 绪论,岩石力学 第一章 绪论,5、岩石力学 研究岩石的力学性态的理论和应用的科学，探讨岩石对其周围物理环境中力场（重力场、外荷载、风化、水、热等

6、）反映的科学。 研究岩石在荷载作用下的应力、变形和破坏规律及其稳定性的科学。（狭义） “是与过去作为一门学科而发展起来的土力学有着相似概念的一种学科”1956.4在科罗拉多矿业学院举行的专业会议上提出的定义。 是固体力学的一个分支。一门新兴的交叉学科和边缘学科。 6、研究领域 基本原理荷载作用下岩石、岩体内应力、应变、变形、破坏规律 实验室试验和现场试验动、静态下的性状 实际应用地基、地表挖掘、地下洞室等的变形、稳定与加固问题；岩石破碎、岩石爆破、地质作用等问题。,岩石力学 第一章 绪论,7、研究内容 岩石的力学特性动、静态的变形特征、强度特征和破坏准则； 岩体的力学特性（静力、动力、水力、热

7、力学）分类、分区、概化 岩石工程稳定性评价、加固处理 8、研究方法 室内试验物理、水理、热学和力学性质 现场测量参数、地应力、支护压力、变形监测预报 理论分析计算材料力学、弹塑性力学、流体力学、热力学 方法选用？ 考虑：初始地应力大小，岩体结构构造特征,岩石力学 第一章 绪论,二、发展简史 比土力学发展晚30年 原因需要，本身复杂性 二十世纪中期以后，大规模岩石工程（采矿、水力水电工程、交通运输工程、土木建筑工程、国防人防工程等）的兴建，促进了岩石力学的发展。 1956年4月，科罗拉多矿业学院举行岩石工程专业会议，开始使用 “岩石力学”名词。 1957年，JTalobre的专著“岩石力学”出版

8、 1959年，法国马尔帕塞拱坝失事 1963年，意大利瓦依昂水库岩坡大滑坡 1963年，奥地利萨尔兹堡成立“国际岩石力学学会” 1966年，里斯本召开第一次国际岩石力学会议（4年一次） 1974年，米勒主编的“岩体力学”文集出版,岩石力学 第一章 绪论,瓦依昂大坝,岩石力学 第一章 绪论,瓦依昂坝位于意大利阿尔卑斯山东部皮亚韦(Piave)河支流瓦依昂河下游河段，距离最近的城市为瓦依昂市。距汇入皮亚韦河的瓦依昂河河口约2km。 混凝土双曲拱坝，最大坝高262m，水库总库容1.69亿立方米，水电站装机容量0.9万kW。施工年份19561960年(5年)。 该坝址位于下白垩纪和上侏罗纪的石灰岩侵蚀

9、的峡谷中，狭谷两岸陡峭，底宽仅10m，岩层倾向上游，岩层内分布有薄层泥灰岩和夹泥层。基岩具有良好的不透水性，岩石动力弹性模量在坝顶高程处最小值为330MPa，谷底为1400MPa。 坝址区主要地质问题为向斜褶皱裂隙和断裂较发育，褶皱轴方向大致为东西向，且稍向东缓倾，即河床岩层由下游向上游微倾。向斜褶皱两翼岩层由河谷两岸向河床倾斜，河谷中央部分岩层近于水平，向两侧延伸的岩层走向为南北，倾向东，倾角约1820，然后向两侧延伸，岩层突然陡倾，向上延伸，其走向变为东西，左岸倾向北，右岸倾向南，倾角约4050。 坝址主要有三组裂隙，一是层理和层理裂隙，充填有极薄的泥化物；二是与河流流向垂直的垂直裂隙；三

10、是两岸岸坡卸荷裂隙，重叠分布，形成深度为100150m的卸荷软弱带，这三组裂隙将岩体切割成7m12m14m的斜棱形体。地震烈度78度。,岩石力学 第一章 绪论,水库滑坡区紧靠拱坝左坝肩。1957年施工时即发现岸坡不稳定。1960年2月水库蓄水，同年10月当库水位高程为635m时，左岸坡地面出现长达18002000m“M“形张开裂缝，并发生了70万立方米的局部崩塌。当即采取了一些措施，例如，限制水库蓄水位；在右岸开挖一条排水洞，洞径4.5m，长2km。在水库蓄水影响下，经过3年缓慢的蠕变，到1963年4月，在2号测点测出的总位移量达338cm。9月25日前后，14d的日位移量平均达到1.5cm。

11、9月28日至10月9日，水库上游连降大雨，引起两岸地下水位升高，并使库水位雍高。10月7日，2号测点所进行的最后一次观测测得总位移已达到429cm，其中最后12d的位移量为58cm。1963年10月9日，岸坡下滑速度达到25cm/d，晚上22时41分岸坡发生了大面积整体滑坡，范围长2km、宽约1.6km，滑坡体积达2.4亿立方米。滑坡体将坝前1.8km长的库段全部填满，淤积体高出库水面150m，致使水库报废(当时的库容为1.2亿立方米)。滑坡时，滑动体内质点下滑运动速度为1530m/s，涌水淹没了对岸高出库水面259m的凯索村。涌浪还向水库上游回溯到拉瓦佐镇，波高仍有近5m。滑坡时，涌浪高达2

12、50m，漫过坝顶，漫顶水深约150m。约有300万立方米水注入深200多米的下游河谷，涌浪前锋到达下游距坝1400m的瓦依昂峡谷出口处，立波还高达70m，在汇口处，涌入皮亚韦河，使汇口对岸的兰加隆镇和附近5个村庄大部分被冲毁，共计死亡1925人。 在涌浪到来之前，产生了巨大的空气冲击波，冲击波和水浪的破坏力极强，地下厂房的工字梁扭曲后被剪断，调压室钢门被推出达12m。当时在左岸管理大楼内的20多名技术人员，在右岸办公室和旅馆的40人，除有1人幸存外，其余全部死亡。,岩石力学 第一章 绪论,滑坡及涌浪对拱坝形成约400万t推力，由于坝体设计安全余量较大，施工质量较好，而且两岸坝肩均经过锚固和灌浆

13、处理，拱坝经受住了巨大荷载的冲击，除左坝肩顶混凝土被冲坏一段(破坏深度达1.5m，长9m)外，基本末受严重破坏。 事故发生之后，意大利政府组织了对事故原因的大量调查研究，19771988年又由美国专家进行了重新评估。对滑坡原因取得了以下共识： 地质水文因素方面：河谷两岸的2组卸荷节理，加上倾向河床的岩石层面，构造断层和古滑坡面等组合在一起，在左岸山体内形面一个大范围的不稳定岩体，其中有些软弱岩层，尤其是粘土夹层成为主要滑动面，对水库失事起了重要作用；长期多次岩溶活动使地下孔洞发育。山顶地面岩溶地区成为补给地下水的集水区；地下的节理、断层和溶洞形成的储水网络，使岩石软化、胶结松散，内部扬压力增大

14、，降低了重力摩阻力；1963年10月9日前的2周内大雨，库水位达到最高，同时滑动区和上部山坡有大量雨水补充地下水，地下水位升高，扬压力增大，以及粘土夹层、泥灰岩和裂隙中泥质充填物中的粘土颗粒受水饱和膨胀形成附加上托力，使滑坡区椅状地形的椅背部分所承受的向下推力增加，椅座部分抗滑阻力则减小，最终导致古滑坡面失去平衡而重新活动，缓慢的蠕动立即转变为瞬时高速滑动。,岩石力学 第一章 绪论,马尔帕塞坝地质结构与拱之间关系,岩石力学 第一章 绪论,马尔帕塞坝位于法国东南部瓦尔省莱朗(Rayran)河上，坝址距入海河口14km。混凝土双曲拱坝，最大坝高66.0m，水库总库容0.51亿m3，防洪库容0.04

15、5亿m3。工程主要用于坝址附近70km范围的供水、灌溉和防洪。工程总费用5.8亿法郎。1954年9月建成，1959年12月2日大坝突然溃决，造成500余人死亡和失踪，财产损失达300亿法郎，是一次严重大坝失事。 坝址区岩体由带状片麻岩组成，岩层走向一般为南北向，片麻岩呈眼球状和片状。节理倾角一般为3550，倾向下游右岸。左岸和右岸下部为片状结构，右岸上部为块状结构。坝址河谷段的岸坡无任何明显的不稳定现象。 根据片麻岩试样的试验，获得的结果为岩样平均力学强度为7MPa，较差的为12MPa。极限抗压强度4100MPa，风化岩石则为510MPa。岩石浸水饱和时稍膨胀，力学强度降低。 坝址以上集水面积48.2km2，实测最大洪水流量120m3/s。多年平均径流量2270万m3，枯水年径流量1570万m3。枯水期7、8月，丰水期12月次年4月。水库最高水位100.4m(海拔高度)，有效库容0.2465亿m3。,岩石力学 第一章 绪论,大坝失事及其原因 大坝失事前，当地下过一段时期大雨，从1959年9月1日至12月2日，共有29天降雨，其中10月19日至12月2日，降雨量达490mm。库水位在11月中旬上升至95.2m高程。看守人员发现右岸在坝址下游20m以外的地方，有一股细渗流从基岩中渗出。但据事后调查，该渗流对大坝失事并无很大影响。12月2日下