高等岩土力学
高等岩体力学
矿山岩体力学分析中的系统方法摘要：首先用系统思想认识矿山岩体这一复杂力学分析对象，考察复杂岩体系统的特性。
然后在矿山岩体的力学分析中引入系统科学的分析方法并论述了相关的问题。
提出：发展系统方法与力学方法、岩石工程实际三者相结合，是解决复杂矿山岩体力学分析问题的有效逢径。
关键词：力学分析矿山岩休系统模拟1 问题的提出科学研究的对象是客观自然界，自然界中的实际对象往往很复杂。
事物的客观规律又具有较强的隐蔽性，而科学研究的目的在于从客观存在的大量错综复杂的现象中发现事物的本质和规律。
采矿工程学科研究的对象是自然界的地层，称为岩体。
它是长期遭受到地质运动而被破坏过的岩石。
也是具有多种层次的结构体，包括(地壳)板块、断层、裂隙、层理及节理等，因此说，矿山岩体是一个极其复杂的结构体。
岩石力学是研究岩石及岩石结构的力学性能和力学行为的理论和应用学科，它以岩石为研究对象。
探讨岩石对其周围物理环境中力场反应的力学分支。
问世几十年来，解决了大量的工程问愿，获得了广泛的应用。
但随着岩石工程结构的日益复杂，岩石力学遇到了许多难以克服的困难，尤其是对复杂岩体的力学分析，所得结果与实际情况往往相去甚远，使得工程界很长一个时期以来一直以经验为主来指导复杂岩体结构的设计与施工。
科学研究是从同题着手的，面对十分复杂的岩体结构，如何进行较为精确的力学分析。
使力学分析的结果与实际情况相近?对于这个问愿的解决，许多岩石力学工作者作了大量的努力，但仍未从根本上取得成效。
计算技术和数值方法的发展曾使人们产生极大的希望，但在多年的研究之后，问题并无大的改观。
近年来人们认识到系统科学方法的作用，开始用系统观点来观察和认识事物。
用系统科学方法来指导问题的解决。
本文想依此观点和方法对矿山岩体的力学分析做些探讨。
2 认识矿山岩体中的系统思想唯物辩证的思维方式突出的特点是把自然界看成是一个有千丝万缕联系的有机整体。
现代系统思维继承和发展了辩证的整体性思维方式。
高等土力学课件 绪论 5. 岩土工程的发展与展望
温室效应、沙漠化、火山爆发、地震、海 啸
滑坡、泥石流、水土流失、溶岩、崩岸、 河道演变、地下水位下降、海水面上升对
于沿海的影响、 地下水侵蚀引起的地面塌陷和开裂等。
环境岩土工程
人类活动引发的动植物生态的恶化、地质活 动加剧和地质灾害发生；
过量开采地下水和基坑降水、爆破、打桩、 振动、基坑与地下工程的开挖、矿山的采空 区、堆土等引起地下水平衡破坏和地面、周 围建筑物和地下设施的沉降变形和破坏；噪 音和振动，粉尘和泥浆污染等。
人与自然
岩土工程直接与大自然面对面，是离自 然最近的工程领域；
顺应自然，而不是企图改造和战胜自然； 向自然索取，而不是向自然掠夺； 适度开发，为子孙留下一片绿荫。
1974年以后更名为“土力学及岩土工程”
（Soil mechanics and geotechnical engineering），相应的学会也改成此名；
20世纪90年代以后，期刊又更名为“岩土工程 与环境岩土工程”
（Geotechnical & environmental engineering）。
“我们必须时时记住：我们统治自然界， 决不象征服者统治异民族一样，决不象站 在自然界以外的人一样，——相反地，我 们连同我们的肉、血和头脑都是属于自然 界的，存在于自然界的。”
和谐共处
“人法地，地法天，天法道，道法自然” “道常无为，而无不为”（老子）， 我们对于自然也应当有所为，有所不为， 敬畏自然，顺应自然，大自然会还以青山绿
人类在地球上走过，留下一片荒漠。（卡特）
人与自然的和谐共处
“天行有常，不为尧存，不为桀亡。应之以治 则吉，应之以乱则凶。”（荀子·天论），
天何言哉？四时行焉，万物生焉（论语·阳 货） 。
西南科技大学高等岩土力学复习题
一、名词解释分层总和法附加应力土的压缩系数液性指数角点法被动土压力粘聚力土的极限平衡条件塑性指数粘性土有效应力残留变形粘聚力莫尔破坏包线极限荷载内摩擦力液限蠕变弹性变形基底接触压力固结度土的极限平衡状态压缩曲线土的压缩性灵敏度土的自重应力单向固结莫尔应力圆临界荷载二、填空题1、在含水量不变的情况下,原状土与彻底扰动后饱和粘土的不排水强度之比称。
2、饱和土在压力作用下，孔隙中的一些自由水将随时间而逐渐被排除，同时孔隙体积也逐渐减小。
这种过程称为土的和。
3、一个上下两面均能排水的压缩土层，达到一固结度时，需要时间10小时，若此土层仅有上层排水，则达到同一固结度所需时间为小时。
4、影响土体抗剪强度的因素有、两类。
5、干燥的无粘性土坡处于极限平衡状态时，土坡的坡角为。
6、依相对密度的公式D r =（e max－e）/( e max－e min)可知，当D r = 时，表示土处于最密实状态。
7、挡土墙后应选择内摩擦角大，透水性好的填料，如块石、砾石、粗砂等，可有效减小土压力，从而提高墙体稳定性。
8、为了模拟土体在现场可能受到的剪切条件，按剪切前的固结程度、剪切时的排水条件及加荷速率，把直接剪切试验分为、和三种试验方法。
9、松砂或软土在排水剪切过程中，其体积会。
10、土的三相是指、、。
11、剪切强度试验成果的表示方有和。
12、粘性土通常用来判别软硬状态。
现有某粘性土测得其初始含水量=24%，塑限p=19%，液限L=31%，可判断该粘性土处于状态。
13、地基的最终沉降量一般可分为三部分，即、、和，一般说其中以为主。
13、挡土墙常见的形式有、、等。
15、用无侧限抗压试验或十字板剪切试验测定的抗剪强度，相当于用三轴剪力仪的试验。
17、土的物理性质指标中有三个基本指标可直接通过土工试验测定，它们分别、和。
18、某均质地基，已知其重度=17.6kN/m3，则地面下深度为3m处由上部土层所产生的竖直方向自重应力为 kPa。
研究生高等岩土力学期末考试题及部分答案
2011武汉工程大学研究生《高等岩土力学》期末考试一、简答题（25分，每小题5分）1．试述岩土的工程分类方法及其意义。
2．何为岩石强度准则？为什么要提出强度准则？3．岩土中的应力波有那几种，各有何特点？4．简述有效应力原理的基本概念，在地基土的最终变形计算中，土中附加应力是指有效应力还是总应力？5．试述土的振动液化机理及其影响因素。
二、计算题（45分，每小题15分）1．如图1所示为一板桩打入透水土层后形成的流网。
已知透水土层深18m，渗透系数k=3×10-4mm/s，板桩打入土层表面以下9.0m，板桩前后水深如图中所示。
试求：（1）图中所示a,b,c,d,e各点的孔隙水压力；（2）地基的单位渗水量。
图1 图22．某均质岩石的强度曲线为：τ=σtanυ+c，其中c=40MPa，υ=30°。
试求在侧向围岩应力σ3=20MPa的条件下，岩石的极限抗压强度，并求出破坏面的方位。
3．某一滑动面为折线型的均质滑坡，其主轴断面及作用力参数如表所示，计算该滑坡的稳定性系数Fs。
三、论述题（30分）1．试述岩土力学的研究方法（15分）。
2．简述岩石力学问题的不确定性及其研究方法（15分）。
部分参考答案4. 按照Terzagh i的有效应力原理，有效应力被定义为固体颗粒(即土颗粒)间的接触应力在土体截面积上的平均应力，其值'σ是总应力σ减去孔隙水压力u 所得差值，它控制了土的变形及强度性能。
事实上，有效应力原理虽然在物理意义上是明确的，但它仅仅是个“概念性”的模型，这表现在有效应力根本无法测定，而是量测总应力和孔隙水压力后的差值。
即有效应力实际是一个虚拟的物理量，它比实际接触应力要小得多。
土中的自重应力分为作用于土体上的总自重应力和作用于骨架上的有效自重应力。
有效应力是根据应力的承担者来划分，而自重应力和附加应力是根据应力的来源来划分。
在地基土的最终变形计算中，土中附加应力应该是指总应力。
1高等岩石力学-岩石物理力学性质
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一、岩石的质量指标
岩石密度测定方法三：蜡封法
蜡封法适于不能用量积法或水中称重法测定密度的岩石。 首先选取有代表性岩样在105—110℃温度下烘干24小时。 取出，系上细线，称岩样质量（gs），持线将岩样缓缓浸入刚 过熔点的蜡液中，浸后立即提出，检查试样周围的蜡膜，若 有气泡应用针刺破，再用蜡液补平，冷却后称蜡封岩样的质 量（g1），然后将蜡封岩样浸没于纯水中称其质量（g2），则 岩石的干密度（γd）为 ：
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高等岩石力学
二、岩石的常见结构类型
岩石的结构是指岩石中矿物和岩屑颗粒相互 之间的关系，包括颗粒的大小、形状、排列、 结构连结特点及岩石中的微结构面。 岩石结构连结类型：结晶连结和胶结连结。
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高等岩石力学
二、岩石的常见结构类型
岩石中的微结构面，是指存在于矿物颗粒内 部或矿物颗粒及矿物集合体之间微小的弱面及 空隙。包括矿物的解理、晶格缺陷、晶粒边界、 粒间空隙、微裂隙等。 岩石中的微结构面一般是很小的，通常需在 显微镜下观察才能见到，但它们对岩石工程性 质的影响却是相当大的。 有些专家认为缺陷是影响岩石力学性质的决 定性因素。
变 质 岩
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1.2 岩石物理性质与试验
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岩石的基本物理力学性质是岩体最基本、 最重要的性质之一，也是岩体力学中研究 最早、最完善的部分。 参照标准：《工程岩体试验方法标准》 （GB/T 50266-99）。
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一、岩石的质量指标
m ms mw
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三 、岩石的水理性质
2. 吸水率（自然吸水率） a
烘干岩石自由浸水48小时后吸入水的质量 与固相质量之比的百分数
高等岩石力学
1. 推导抗剪断试验法向应力与剪切应力公式（指标的物理意义、与加载力之间的关系，画示意图）；图一 变角度剪切示意图下面推导过程计算公式中P ——压力机的总压力 α——试件倾角f ——圆柱形滚子与上下压板的摩擦系数 根据图一分析，由于受力平衡， Q=Psin cos Pf αα- cos sin N P Pf αα=+ 受剪面法向应力：Af P AF )sin (cos αασ+==剪应力：Af P AQ )cos (sin αατ-==2. 简述RQD 岩石分类方法（侧重指标\工程应用）；岩石质量指标RQD ：讲长度在10cm 以上的岩芯累计长度占钻孔总长的百分比。
%100cm 1010⨯=钻孔长度）岩芯累计长度以上（含cm RQD岩石质量指标 分类 很差 差 一般 好 很好 RQD （%）<2525~5050~7575~90>90这种分类方法简单易行，是一种快速、经济而实用的岩体质量评价方法CSIR 分类指标值RMR ：由岩块强度、RQD 值、节理间距、节理条件及地下水5种指标组成。
岩体地质力学（RMR ）分类表分类参数 数值范围 1完整岩石强度/MPa点荷载强度指标 >10 4~10 2~4 1~2 对强度较低的岩石宜用单轴抗压强度 单轴抗压强度>250 100~250 50~100 25~50 5~25 1~5 <1 评分值15 12 7 4 21 02岩芯质量指标RQD（%） 90~100 75~90 50~75 25~60 <25 评分值20 17 13 8 3 3节理间距/cm >200 60~200 20~60 6~20 <6 评分值20 1510854节理条件节理面很粗糙，节理不连续，节理宽度为零，节理面岩石坚硬节理面稍粗糙，宽度<1mm ，节理面岩石坚硬 节理面稍粗糙，宽度<1mm ，节理面岩石较弱节理面光滑或含厚度<5mm的软弱夹层，张开度1~5mm ，节理连续含厚度>5mm 的软弱夹层，张开度>5mm ，节理连续评分值30 25 20 10 0 5地下水条件每10m 长的隧道涌水量/L/min0 <10 10~25 25~125 >125 0 0.1 0.1~0.2 0.2~0.5 >0.5 一般条件 完全干燥 潮湿 只有湿气中等水压水的问题严重评分值151074CSIR 分类原为解决坚硬节理岩体中浅埋隧道工程而发展起来的。
高等土力学最强笔记 保证出原题
一、高等土力学研究的主要内容答：土力学主要是研究土的物理、化学、和力学特性以及土体在荷载、水、温度等外界因素作用下的工程性状。
高等土力学则是深化上述研究，重点研究先进的土工试验（实验）方法和设备、土体本构关系、塑性特性、强度、渗流、固结、压缩及其机理。
二、与上部结构工程相比，岩土工程的研究和计算分析有什么特点？答：1）岩土工程的规模和尺寸比一般的结构工程大得多，其实际范围是空间半无限体，工程计算分析中采用的边界是近似和模糊的；2）岩土的各种参数是空间的函数，参数的变异性大，变异系数在0.1-0.35,有的可能超过0.4，并且土性之间或不同点的土性具有较强的相关性，包括互相关和自相关；3）岩土属于高非线性材料，在不同的应力水平下变形特性不同，岩土工程的极限状态方程也经常是高度非线性的，并且诱发极限状态的原因或作用多种多样；4）岩土试样性质与原状岩土的性质往往存在较大的差别，即使是原为测试，反应的也仅仅是岩土的“点”性质（如现场十字板强度试验）或“线”性质（如静力触探实验）。
而岩土工程的行为往往由它的整体空间平均性质控制，因此在岩土工程可靠度分析中，要注意“点”、“线”到空间平均性概率统计指标问题5）由于上述岩土性质和岩土工程的不确定性加之推理的不确定性（如有目的的简化）,岩土工程的计算模型往往具有较大的不确定性或者不精确性，并且除了上述3)中提到的在岩土工程中针对不同原因和作用，会有不同的极限状态方程外，对同一计算参数也存在不同的计算表达式；6）施工工艺，施工质量及施工水平等会对岩土工程的性质和功能产生很大的影响。
三、土的特性答：1土的变异性大，离散性大，指标值合理确定很困难。
2土的应力应变关系是非线性的，而且不是唯一的，与应力历史有关。
3土的变形在卸载后一般不能完全恢复，饱和粘土受力后，其变形不能立刻完成，而且要经过很长一段时间才能逐渐稳定。
4土的强度也不是不变的，它与受力条件排水条件密切相关。
高等岩石力学第一讲
体积不变，所测得的最大压力即
为岩石的最大膨胀力；然后逐级 减压，直至荷载为 0 ，测定其最
大膨胀变形量，膨胀变形量与试
件原始厚度的比值即为膨胀率。
七、岩石的崩解性
岩石的崩解性是指岩石与水相互作用时失去粘结性并 变为完全丧失强度的松散物质的性质。 岩石的崩解性一般用耐崩解指数 Id2 的表示。其指标 可在实验室用干湿循环试验确定。
d n 1 Gsw
Gs为岩石的相对密度；γ d,γ w分别为干燥岩石和水的重度。
(2)大开孔隙率nb:即岩石试件内大开型孔隙的体积（Vnb) 占试件总体积(V)的百分比。
Vnb nb 100% V
(3)小开孔隙率nl:即岩石试件内小开型孔隙的体积（Vnl) 占试件总体积(V)的百分比。
试验过程：将经过烘干的试块 （ 500g, 分成约 10 块），放在带 有筛孔的圆筒内，使该圆筒在水 槽中以20r/min,连续旋转10 min, 然后将留在圆筒内的岩块取出烘 干称重，如此反复进行两次，按
下试计算耐崩解指数。
七、岩石的崩解性
Id2 m r W 2 W0 100% m d W1 W0
Rc 可见：抗冻系数Cf 越小，岩石抗冻融破坏的能力越强。
Cf
Rc Rcf
100%
十、岩石的碎胀性
岩石破碎后的体积 VP 比原体积 V增大的性能称为岩石
的碎胀性，用碎胀系数ξ 来表示。
地，岩石的重度可分为天然重度、干重度和饱和重度。
二、相对密度(Gs)
岩石的相对密度就是指岩石的干重量除以岩石的实体
积（不包括岩石中孔隙体积）所得的量与1个大气压下40C
纯水的重量之比值。岩石的相对密度可在实验室进行测定， 其计算公式为：
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高等岩土力学
Advanced Rock and Soil Mechanics
课程代码：073010 课程类别：选修学分：2
总学时：40 面授学时：40 其它学时：
第一主讲人：陈四利第二主讲人：宁宝宽第三主讲人：
一、预修课程：
1、基础课程有：高等数学，线性代数
2、技术基础课程有：材料力学，弹性力学，工程地质学，塑性力学
二、教学目的：
高等岩土力学是固体力学和工程力学专业的主要选修课程之一，其主要目的是使学生掌握岩土的基本理论、分析和计算方法，并能初步应用理论研究和解决工程中的各种岩土工程问题。
三、教学方式：
教学方式主要采用教师讲授（结合多媒体课件）、学生自学和讨论形式。
四、考核方式：
开卷笔试
五、参考书目：
1、岩石力学，徐志英，中国水利水电出版社，2005.5.
2、矿山岩体力学，郑永学，冶金工业出版社，1988.10
3、高等土力学，李广信，清华大学出版社，2004.7
六、详细内容及学时分配：
第一讲：第一章绪论
研究内容、方法和发展 2 学时第二讲：第二章岩石的力学性质
岩石力学性质的物理特性；岩石的变形特征 2 学时第三讲：第二章岩石的力学性质（续）
岩石各种强度的测定 2 学时第四讲：第三章岩石强度理论
岩石的破坏机制；岩石的强度准则 2 学时第五讲：第三章岩石强度理论（续）
岩石流变理论与长期强度，断裂准则 2 学时第六讲：第四章岩体结构及岩体力学性质
岩体力学特性；岩体强度分析 2 学时
第七讲：第五章岩体中初始应力场
初始应力场、分布状态、地应力及其测量技术 2 学时第八讲：第六章环境岩土工程
环境对岩土的力学特性影响；研究方法和发展 2 学时第九讲：第七章土工试验及测试技术
室内试验 2 学时第十讲：第七章土工试验及测试技术（续）
现场试验； 2 学时第十讲：第八章土的本购关系
土的应力应变特征 2 学时第十一讲：第八章土的本购关系（续）
土的弹性模型 2 学时第十二讲：第八章土的本购关系（续）
土的弹塑性模型 2 学时第十三讲：第八章土的本购关系（续）
剑桥模型；清华模型等 2 学时第十四讲：第八章土的本购关系（续）
土的损伤模型 2 学时第十五讲：第九章土的强度
影响土强度的各种因素；排水和不排水强度 2 学时第十六讲：第九章土的强度（续）
土的强度理论 2 学时第十七讲：第十章土的渗流及其计算
土的渗流性和计算 2 学时第十八讲：第十一章土的压缩与固结理论
土的压缩计算 2 学时第十九讲：第十一章土的压缩与固结理论（续）
土的固结计算 2 学时第二十讲：第十二章岩土工程数值分析技术
主要有限元程序的简介和新技术分析方法 2 学时。