矿山岩石力学教案

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1、安徽理工大学矿山岩石力学教 案编 写: 杨科 能源与安全学院采矿工程系二O O 七 年 十一 月 安 徽 理 工 大 学 学 期 授 课 计 划 教师姓名 高明中、杨科、赵光明 2007/2008学年第 二 学期课程名称 矿山岩石力学 系别 能源与安全学院 专业及班级 采矿05-1/2/3/4周 数 8 讲 课 32 学时习题课 学时实 验 6 学时总 计 38 学时月份周次章 节 和 内 容 摘 要讲课时数习题时数实验时数课外作业及测验题目备 注111011一、岩石的物理力学性质岩石的物理性质；岩石的力学性质；岩石的扩容；岩石的流变性质；岩石的各向异性；岩石的强度理论。66P603、4、5、

2、9P831、2、5、8P1041053、5、9、13P1303、5、10、14、18P1521、4、8、11、12P1832、3、6、7、8P2062、3、4、5、6111112二、结构面的力学性质结构面的类型及特征；结构面的变形特征；结构面的抗剪强度；结构面的力学效应。3111213三、岩体的力学性质及分类岩体的强度；岩体的变形；岩体的分类。411121314四、原岩应力及测量自重应力；构造应力；原岩应力变化规律；影响原岩应力分布的因素；原岩应力的测量。5121416五、巷道围岩应力分布及稳定性分析巷道围岩弹性区的次生应力；巷道围岩塑性区次生应力；巷道围岩位移。8121617六、井巷地压地压

3、的概念；变形地压计算；水平巷道松动地压计算。41217七、井巷维护原则与锚喷支护井巷维护原则；锚喷支护原理。2教学参考书籍1. 矿山岩体力学（主要教材） 高延法，张庆松主编.徐州:中国矿业大学出版社，20002. 矿山岩石力学（主要教材、作业） 李通林等编著 重庆大学出版社 1991年1月第1版3. 岩石力学基础 耶格、库克 高教出版社4. 矿山岩体力学 郑永学编著 冶金工业出版社 1988年10月第1版5. 岩体力学，王文星编著 中南大学出版社 2004年10月第1版6. 岩石力学与工程 蔡美峰主编 科学出版社 2004年8月第1版7. 岩体力学 沈明荣主编 同济大学出版社 1999年3月第

4、1版8. 矿山岩体力学 高磊等编著 冶金工业出版社 1979年7 月第1版9. 矿山岩石力学 华安增编著 煤炭工业出版社 1980年5月第1版一、 课程的性质和目的矿山岩石力学是高等学校采矿工程专业本科学生的一门必修的专业技术基础课程，它是应用必要的力学知识研究岩体的力学特性以及工程岩体的变形和稳定性问题，其基本知识、基本理论和基本技术是从事岩石工程施工、设计和研究的工程技术人员所必修掌握的。通过本课程的学习，应使学生熟练掌握岩石的基本物理力学性质、岩石的强度理论；掌握结构面的力学特性、岩体的力学性质、地下工程围岩应力分布规律、矿井、隧道地压和位移的计算以及稳定性分析、岩体力学试验方法等基本知

5、识；了解冲击地压、岩体的各向异性等概念、了解原岩应力测定方法和设备；具有解决岩体工程（包括地下工程、岩质边坡工程、地基工程）实践问题的基本技能，并了解岩石力学学科发展的当前动态。二、本课程的教学重点1、理解岩石和岩体是不可分割的，又是有区别的，岩体是岩石和结构面的地质统一体，处于不同岩石类型和不同地质结构的工程岩体的力学特性也是不相同的。2、 掌握岩石的基本物理力学性质及其测试方法，岩体力学特性及其测定方法。3、 掌握岩石的强度理论，正确分析岩石的变形和破坏机理，正确运用强度理论进行工程岩体稳定性分析。4、 地下岩体与其它固体介质的重要区别之一就是在岩体中存在初始应力（原岩应力），岩体工程是在

6、初始应力场中开挖和建造，要进行可靠的设计和稳定性分析，必须首先测定原岩应力。因此，应掌握原岩应力分布状态及测试手段。5、 岩体结构构造特征对岩体力学效应和岩体工程稳定性的影响是非常重要的影响因素。在不同的岩体结构和构造条件下，其力学分析方法有所不同。因此，应掌握结构面的力学效应、正确进行岩体结构分类和岩体工程分类。6、 掌握地下工程围岩应力分布规律，矿井、采场地压和位移的计算以及稳定性分析方法。三、本课程教学中应注意的问题 岩石力学是一门理论性和应用性较强的专业技术基础课程，为帮助学生掌握好课堂教学内容、训练他们对岩石力学问题的思维方式、计算分析和解决岩石力学中的一些实际问题的能力，在教学活动

7、过程中，应重视让学生课后完成一定的作业量，并阅读一定量的文献 ，培养学生自主学习的能力。四、本课程的教学目的通过本课程的所有教学环节，应使学生： 1、掌握获取岩石的基本物理性质和力学性质以及工程岩体的力学性质的知识和能力，具有正确分析岩石的变形和破坏机理的能力。2、具有利用岩石力学知识建立岩体工程问题的力学模型，分析和解决岩体工程实际问题的能力。五、教学方法主要是课堂讲授与实验室试验相结合的方法。六、成绩评定平时作业和课堂表现（迟到、早退、缺课、上课状态）占总成绩的20，实验占20，期末考试占60，考试方式为闭卷考试。七、先修课程工程力学、弹性力学。八、课程的内容、要求和课时安排 第一章 绪论

8、1学时本章的重点：1、岩石与岩体的界定；2、岩体力学的研究任务与内容，岩体力学的研究方法。关键术语：岩石；结构体；岩体；力学特性；岩体工程；稳定性。要求：1、必须掌握本课程重点难点内容；2、了解岩体力学的发展简史以及岩体力学在其他学科中的地位。课程内容：1-1岩石和岩体岩石力学（Rock Mechanics）：研究岩体在各种不同受力状态下产生变形和破坏规律的学科。 岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体 。矿物：存在地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。构造: 组成成分的空间分布及其相互间排列关系。结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情

9、况。这是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素。岩石分类：岩浆岩：强度高、均质性好:花岗岩、玄武岩等。沉积岩：强度不稳定，各向异性:灰岩、砂岩、页岩等。变质岩：不稳定与变质程度和原岩性质有关:大理岩、片麻岩、板岩等。1-节理；2-层理；3-断层；4-断层破碎带(a)整体结构；(b)块状结构；(c)层状结构；(d)薄层状结构；(e)镶嵌结构；(f)层状破坏结构；(g)破裂结构；(h)散粒结构1-2 岩体力学的研究对象岩体力学研究的主要对象是岩体，研究岩体在力场作用下，所发生的运动、变形、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。矿山岩石力学：在自然和采动影响造成的矿山应力场中，有

10、关矿山岩体、矿山工程对象和结构物强度、稳定性和变形的科学。岩石、岩体、岩体工程（岩基、边坡、地下坑硐） 岩体的地质特征 岩块、结构面的力学性质 岩体的力学性质 岩体中天然应力 岩体中重分布应力 地下硐室围岩稳定性计算与评价 工程处理与加固1-3 岩体的特征岩体=岩块+结构面岩体是非均质各向异性的材料。 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为主，构造应力场通常是以水平应力为主。 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。岩体既不是理想的弹性体，也不是典型的塑性体，既不是连续介质，又不是松散介质，而是

11、一种特殊的复杂的地质体，这就造成了研究它的困难性和复杂性。因此，只用一般的固体力学理论尚不能完善解决岩体工程中的所有问题。1-4 岩体力学的产生及其发展四阶段：初始、经验理论、经典理论、近代发展发展史：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。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。1-5 岩体力学需要解决以下基础理论问题岩

12、体力学发展动态：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。1-6 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。 数学力学分析法 通过建立岩体力学模型和利用适当

13、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。1-7 岩体力学与其他学科的关系采矿特点：1、采矿工程结构多处于地下较深处，而其它地下工程多在距地表较近（几十米）的范围内；2、对矿山构筑物，只要求在开采期间不破坏，在采后能维持平衡状态不影响地表安全即可。因此，其计算精度、安全系数及加固等方面均低于国防、水利工程的标准；3、矿山地质条件复杂，又受矿床赋存条件的限制，因此，采矿工程结构物的位置选择性不大，同时，采掘工作面不断变化，因而，采矿工程岩石力

14、学具有复杂性的特点。关系：1、岩体力学与材料力学、弹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体力学得到发展。2、岩体工程的围岩赋存在一定的地质环境之中。因此，岩体力学与工程地质学、构造地质学和地质力学有着十分密切的联系。3、岩体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，岩体力学是各种岩体工程学科的专业理论基础。分类：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