岩石力学(第2章)
精品课程《岩石力学》ppt课件(全)
不同产状的结构面组合切割而形成的岩石块体。
结构面对岩体结构类型的划分常起着主导作用。
在研究结构面时，一方面要注意结构面的强度、
密度及其延展性，另一方面还需注意结构面的规
模大小和它们之间的组合关系。
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21
岩体结构：由结构面的发育程度和组
合关系或结构体的规模及排列形式决定 的。岩体结构类型的划分反映出岩体的 不连续性和不均一性特征。
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(4) 结构面力学性质
结构面在法向压应力及剪应力作用 下的变形特征及参数确定
结构面剪切强度特征及其测试技术和方法
(5) 岩体力学性质
岩体的变形、强度特征及其原位测试技术
岩体力学参数的弱化处理与经验估计
主要因素影响
岩体中地下水赋存、运移规律及岩体的水力学特征
(6) 原岩应力分布规律及其测量理论与方法
岩石力学的萌芽时期
A. Heim(1912)提出了静水压力的理论
W. J. M. Rankine（朗肯）和A.H.ДИННИΚ(金尼 克)地层压力的修正理论，即
v h
H H
tg 2 ( )
42
.
或 1-
12
2. 经验理论阶段(20世纪初~20世纪30年代)
该阶段根据生产经验提出了经典的地压理论，具有代表性的理论有：
这两次事件促成了国际岩石力学学会（ISRM, International Society for Rock Mechanics） 在1963年于奥地利萨尔茨堡成立。
(1985年，中国岩石力学与工程学会正式成立)。
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二、岩石力学学科的形成及定义
1951年，J. Stini 和 L. Müller等在 Salzburg发起和举行了以岩体力 学为主题的第一次国际岩石力学讨论会，为把工程地质与力 学相结合、为建立岩石力学这门边缘学科跨出了重要的一步， 并创办了《Geologie und Bauwesen》，1962年改名为《Rock Mechanics & Rock Engineering》
《岩石力学》全书复习资料
第一章 绪论1、岩石力学定义:岩石力学是研究岩石的力学性质的一门理论与应用科学；它是力学的一个分支；它探讨岩石对其周围物理环境中力场的反应。
2、岩石力学研究的目的：科学、合理、安全地维护井巷的稳定性，降低维护成本，减少支护事故。
3、岩石力学的发展历史与概况： （1）初始阶段（19世纪末—20世纪初）1912年，海姆（A.Hmeim ）提出了静水压力理论：金尼克（A.H.ΠHHHHK ）的侧压理论： 朗金（W.J.M.Rankine ）的侧压理论： （2）经验理论阶段（ 20世纪初—20世纪30年代）普罗托吉雅克诺夫—普氏理论：顶板围岩冒落的自然平衡拱理论； 太沙基：塌落拱理论。
4、地下工程的特点：（1）岩石在组构和力学性质上与其他材料不同，如岩石具有节理和塑性段的扩容（剪胀）现象等； （2）地下工程是先受力（原岩应力），后挖洞（开巷）； （3）深埋巷道属于无限域问题，影响圈内自重可以忽略； （4）大部分较长巷道可作为平面应变问题处理；（5）围岩与支护相互作用，共同决定着围岩的变形及支护所受的荷载与位移； （6）地下工程结构容许超负荷时具有可缩性； （7）地下工程结构在一定条件下出现围岩抗力； （8）几何不稳定结构在地下可以是稳定的； 5、影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素矿物：地壳中具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物； 结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及相互结合的情况； 构造：组成成分的空间分布及其相互间排列关系；第二章 岩石力学的地质学基础 1、岩石硬度通常采用摩氏硬度，选十种矿物为标准，最软是一度，最硬十度。
这十种矿物由软到硬依次为：l-滑石； 2-石膏；3-方解石；Hγ1νλν=-H λγH λγ4-萤石；5-磷灰石；6-正长石；7-石英；8-黄玉； 9-刚玉；10-金刚石；2、解理：是指矿物受打击后，能沿一定方向裂开成光滑平面的性质，裂开的光滑平面称为解理面。
(完整word版)岩石力学课本
第一章绪论第一节岩体力学与工程实践岩体力学(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。
岩体力学的研究对象是各类岩体，而服务对象则涉及到许多领域和学科。
如水利水电工程、采矿工程、道路交通工程、国防工程、海洋工程、重要工厂(如核电站、大型发电厂及大型钢铁厂等)以及地震地质学、地球物理学和构造地质学等地学学科都应用到岩体力学的理论和方法。
但不同的领域和学科对岩体力学的要求和研究重点是不同的。
概括起来，可分为三个方面：①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。
②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。
以上三方面的研究虽各有侧重点，但对岩石及岩体基本物理力学性质的研究却是共同的。
本书主要是以各类建筑工程和采矿工程为服务对象编写的，因此，也可称为工程岩体力学。
在岩体表面或其内部进行任何工程活动，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。
岩石力学智慧树知到答案章节测试2023年山东科技大学
第一章测试1.岩石力学的研究方法主要有（）。
A:工程地质研究方法B:科学实验研究方法C:整体综合分析方法D:数学力学分析方法答案:ABCD2.岩石力学服务对象的广泛性和研究对象的复杂性，决定了岩石力学研究的内容也必须是广泛而复杂的。
（）A:对B:错答案:A3.下列哪些是岩石力学研究热点和发展趋势（）。
A:多场耦合岩石力学B:深层岩石力学C:岩石动力学D:应用岩石力学答案:ABCD4.岩体力学的研究任务主要包括哪几个方面（）。
A:基本原理方面B:试验方面C:实际工程应用方面D:监测方面答案:ABCD5.岩石工程分析和设计的重点是对岩石工程条件的评价，岩石工程变形、破坏的预测，以及相应工程措施的决策。
（）A:对B:错答案:A第二章测试1.大部分岩体属于（）。
A:均质连续材料B:非均质材料C:非均质、非连接、各向异性材料D:非连续材料答案:C2.岩石的弹性模量一般指（）。
A:割线模量、切线模量及平均模量中的任一种B:割线模量C:弹性变形曲线的斜率D:切线模量答案:A3.岩石压缩全应力应变曲线反映的岩石物理力学性质特点包括（）。
A:软化段岩石的承载能力随变形增加会不断降低B:当岩石所受作用力相对不大时，可以将岩石视为刚性材料C:岩石在加载过程中不断有微破裂出现D:到极限强度后，岩石承载能力没有消失答案:ACD4.由于岩石的抗压强度远大于它的抗拉强度，所以岩石属于（）。
A:延性材料B:脆性材料，但围压较大时，会呈现延性特征C:脆性材料D:坚硬材料答案:B5.由于应力变换方程与应变变换方程具有明显的相似性，因此应力应变关系的一阶近似是假定应力张量与应变张量是线性关系。
（）A:对B:错答案:A第三章测试1.岩石的吸水率是指（）。
A:岩石固体重量和岩石饱和重量之比B:岩石饱和重量和岩石试件吸入水的重量之比C:岩石试件吸入水的重量和岩石天然重量之比D:岩石试件吸入水的重量和岩石固体重量之比答案:D2.孔隙率即孔隙和裂隙在岩石中所占的百分率，孔隙率越大，岩石中的孔隙和裂隙就越多，岩石的力学性能就越差。
岩体力学习题
第一章 概述习题1、 岩石力学的定义：2、 岩石力学研究内容3、岩石力学的研究方法第二章 岩石的物理性质习题习题2-1 已知岩样的容重γ=24.5kN/m 3，比重85.2=s G ，天然含水量(同土力学概念)%80=ω，试计算该岩样的孔隙率n ，干容重d γ及饱和容重m γ。
习题2-2 有一长2.0m 、截面积0.5m 2的大理岩柱体，求在环境温度骤然下降40℃条件下，岩柱散失的热量及因温差引起的变形大小？(已知大理岩石比热C g J c/85.0=，线膨胀系数C/1105.15-⨯=α)。
习题2-3 在由中粒花岗岩构成的工程岩体中，有三组原生节理互成直角相交，各组节理的间距分别为20cm 、30cm 和40cm ，试计算裂隙频率和结构体的大小，并判断该岩体属于哪种结构类型。
习题2-4 据现场观测，中粒花岗岩体中节理均呈微张开(宽度小于1mm)，节理面有轻度风化，但保持潮湿状态，又实测点荷载指数为7.5，如按最有利的条件开凿直径5m 的隧洞，试估算无支护条件下的洞壁最长稳定时间。
第三章 岩石强度 习题习题3-1 将一个岩石试件进行单轴试验，当压应力达到120MPa 时即发生破坏，破坏面与大主应力平面的夹角(即破坏所在面与水平面的仰角)为60°，假定抗剪强度随正应力呈线性变化(即遵循莫尔库伦破坏准则)，试计算：1)内摩擦角。
2)在正应力等于零的那个平面上的抗剪强度。
3)在上述试验中与最大主应力平面成30°夹角的那个平面上的抗剪强度。
4)破坏面上的正应力和剪应力。
5)预计一下单轴拉伸试验中的抗拉强度。
6)岩石在垂直荷载等于零的直接剪切试验中发生破坏，试画出这时的莫尔圆。
7)假若岩石的抗拉强度等于其抗压强度的10%，你如何改变莫尔包络线去代替那种直线型的破坏包络线。
8)假若将一个直径为8cm 的圆柱形试件进行扭转试验，试预计一下要用多大的扭矩才能使它破坏？习题3-2 将直径为3cm 的岩心切成厚度为0.7cm 的薄岩片，然后进行劈裂试验，当荷载达到10000N 时，岩片即发生开裂破坏，试计算试件的抗拉强度。
岩石力学作业
岩石力学习题第一章绪论1.1 解释岩石与岩体的概念，指出二者的主要区别与联系。
1.2 岩体的力学特征是什么？1.3 自然界中的岩石按地质成因分类可分为几大类，各有什么特点？1.4 简述岩石力学的研究任务与研究内容。
1.5 岩石力学的研究方法有哪些？第二章岩石的物理力学性质2.1 名词解释：孔隙比、孔隙率、吸水率、渗透性、抗冻性、扩容、蠕变、松弛、弹性后效、长期强度、岩石的三向抗压强度2.2 岩石的结构和构造有何区别？岩石颗粒间的联结有哪几种？2.3 岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么？2.4 已知岩样的容重=22.5kN/m3，比重，天然含水量，试计算该岩样的孔隙率n，干容重及饱和容重。
2.5 影响岩石强度的主要试验因素有哪些？2.6 岩石破坏有哪些形式？对各种破坏的原因作出解释。
2.7 什么是岩石的全应力－应变曲线？什么是刚性试验机？为什么普通材料试验机不能得出岩石的全应力－应变曲线？2.8 什么是岩石的弹性模量、变形模量和卸载模量？2.9 在三轴压力试验中岩石的力学性质会发生哪些变化？2.10 岩石的抗剪强度与剪切面上正应力有何关系？2.11 简要叙述库仑、莫尔和格里菲斯岩石强度准则的基本原理及其之间的关系。
2.12 简述岩石在单轴压力试验下的变形特征。
2.13 简述岩石在反复加卸载下的变形特征。
2.14 体积应变曲线是怎样获得的？它在分析岩石的力学特征上有何意义？2.15 什么叫岩石的流变、蠕变、松弛？2.16 岩石蠕变一般包括哪几个阶段？各阶段有何特点？2.17 不同受力条件下岩石流变具有哪些特征？2.18 简要叙述常见的几种岩石流变模型及其特点。
2.19 什么是岩石的长期强度？它与岩石的瞬时强度有什么关系？2.20 请根据坐标下的库仑准则，推导由主应力、岩石破断角和岩石单轴抗压强度给出的在坐标系中的库仑准则表达式，式中。
2.21 将一个岩石试件进行单轴试验，当压应力达到100MPa时即发生破坏，破坏面与大主应力平面的夹角(即破坏所在面与水平面的仰角)为65°，假定抗剪强度随正应力呈线性变化(即遵循莫尔库伦破坏准则)，试计算：1)内摩擦角。
岩石力学课程本175页PPT
→ G Ss sws v
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→
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• 4.天然含水量
指天然状态下，岩石的含水量与岩石干重比值的百分比。
(00)
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5.吸下 含水水浸率量水：与48指岩小岩石时石干后在容，重常岩的温石比条内值件的。sa(00)ss 10000
第一章 绪论
一.岩石力学研究的对象及特点
• 1、对象：岩石—对象—岩石材料—地壳中坚硬的 部分； 方法：力学的观点、理论、方法
综合：岩石力学——用力学的理论，观点和方法去研 究岩石材料的力学行为及其工程应用的学科。
• 2、特点 • 1）研究的广泛性 • a、既古老，又年轻——古老：旧石器时期，利用
石器生活；年轻：从20世纪40年代开始（美国，法 国，意大利、中国修建了大量的工程）
•
指岩石干重量除以岩石的实体积（不含孔隙体积）的干
容重与4˚c水的容重n 的 比v v v 值 1 。0 0 0 0 G v s v v vws s s1 0 0 0 0 ( 1 v v s) 1 0 0 0 0 • 3．孔隙率（n%）
指岩石内孔隙体积与总体积之比。
GS
WS VSW
S W
→
1 VS G SW WS
三、研究方法
• 物理模拟→岩石物理力学性质常规实验，地 质力学模型试验
• 数学模型→如有限元等数值模拟
• 理论分析→用新的力学分支，理论研究岩石 力学问题
第二章 岩石的物理性状（性质）
• 2.1 岩体的结构特性 • 岩石——根据成因，可分为：
岩浆岩（火成岩）→岩浆喷发、坚硬、均一；
沉积岩→海洋沉积形成→特点：层状，同一时期
第二章 岩石的物理性质
wsa
Ww2 100% Ws
2.2 基本性质指标
岩石的水理性质： 饱水系数
岩石的吸水率（ a ）与饱和吸水率（ sa ）之比，称为饱水系数。
K
a sa
它反映了岩石中开口孔隙的发育程度。一般说来，饱 水系数愈大，岩石中的开口孔隙相对愈多。
饱水系数大，说明常压下吸水后余留的孔隙就愈少， 岩石愈容易被冻胀破坏，因而其抗冻性差。
Vvc nc 100% V
总孔隙率与开口和封闭孔隙率的关系
n no nc
(读2-3)
2.2 基本性质指标
岩石的水理性质： 岩石在水溶液作用下表现出来的性质，称为水理性质。主要有吸水 性、抗冻性、软化性、渗透性、膨胀性及崩解性等。
岩石的吸水性
岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性。常 用吸水率，饱和吸水率(饱水率)与饱水系数等指标表示。
导电性：岩石介质传导电流的能力，常用电导率或电阻率表示。
学科内应用较少
导电性复杂易变：矿物成分，结构，孔隙溶液的多少、化学组成、浓度等 电阻率岩浆岩高，变质岩次之，沉积岩变化范围大、垂直层理较高
2.4
概述
岩石的渗透性
在水力坡降作用下，水在岩体 孔隙和裂隙中的流动，即渗流； 该过程称为渗透。 而岩石的渗透性就是指在水压 力作用下，岩石的孔隙和裂隙 透过水的能力。
影响因素：取决于矿物成分及含量，可作常数看。 水的影响重要 含水状态岩石的比热可用干试样的比热等指标来进行换算，公式如下：
CS
m C mwt Cwt m mwt
2.3
岩石的热学和电学性质
导热性：岩石传导热量的能力
导热系数(热导率)λ：温度梯度为1时，单位时间内通过单位面积岩石所传 导的热量(cal/(cm2· s· ℃)) 多数造岩矿物λ介于0.40~0.80~4.00~7.00之间(2.10, 0.63, 0.021)，岩石λ与岩石 密度有关(沉积岩骨架密度15~20%，一倍)，注意各向异性岩石λ的差异(顺高 10~30%)。