第0章 岩石力学 绪论
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单轴抗拉强度：岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能承受的最大 拉应力
抗剪切强度：岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力 三轴抗压强度：岩石在三向压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最
大压应力 端部效应其消除方法：润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部）加长试件 岩石的变形：岩石在外力作用下发生形态（形状、体积）变化。 岩石变形过程中表现出弹性、塑性、粘性、脆性和延性等性质
煤与瓦斯突出预测及处理理论和技术 铁路隧道设计和施工技术 水库诱发地 震的预报问题 地震预报中的岩石力学问题 岩体力学的研究对象： 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
岩体力学的发展历程：
20 世纪以前萌芽阶段 宋应星《天工开物》 古德恩维地表移动范围
20 世纪初到 20 世纪 50 年代第二阶段 松散介质学派 卡曼型三轴试验机 三下
②塑性滞回环：则每次加、卸载曲线都形成一个塑性滞回环。这些塑性滞回环
随着加、卸载的次数增加而愈来愈狭窄，并且彼此愈来愈近，岩石愈来愈接近
弹性变形，一直到某次循环没有塑性变形为止，如图中的 HH‘环。
③临界应力：当循环应力峰值小于某一数值时，循环次数即使很多，也不会导
致试件破坏；而超过这一数值岩石将在某次循环中发生破坏（疲劳破坏），这一
6
RMR Ri i 1
岩石分类评价 1. 岩石普氏系数(f=σc/10)分类法
2. 岩石质量指标 RQD
3. RMR(Rock Mass Rating)值分类法 六个参数 完整岩石强度 岩芯质量指标 节理间距
节理条件 地下水条件 节理走向或倾向
4. 巴顿岩体质量分类（Q 分类)
5.岩体基本质量分级－－计算 BQ 第三章
数值称为临界应力。此时，给定的应力称为疲劳强度。
抗剪切强度：岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力 三轴抗压强度：岩石在三向压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最
大压应力 端部效应其消除方法：润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部）加长试件 岩石的变形：岩石在外力作用下发生形态（形状、体积）变化。 岩石变形过程中表现出弹性、塑性、粘性、脆性和延性等性质
煤与瓦斯突出预测及处理理论和技术 铁路隧道设计和施工技术 水库诱发地 震的预报问题 地震预报中的岩石力学问题 岩体力学的研究对象： 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
岩体力学的发展历程：
20 世纪以前萌芽阶段 宋应星《天工开物》 古德恩维地表移动范围
20 世纪初到 20 世纪 50 年代第二阶段 松散介质学派 卡曼型三轴试验机 三下
②塑性滞回环：则每次加、卸载曲线都形成一个塑性滞回环。这些塑性滞回环
随着加、卸载的次数增加而愈来愈狭窄，并且彼此愈来愈近，岩石愈来愈接近
弹性变形，一直到某次循环没有塑性变形为止，如图中的 HH‘环。
③临界应力：当循环应力峰值小于某一数值时，循环次数即使很多，也不会导
致试件破坏；而超过这一数值岩石将在某次循环中发生破坏（疲劳破坏），这一
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RMR Ri i 1
岩石分类评价 1. 岩石普氏系数(f=σc/10)分类法
2. 岩石质量指标 RQD
3. RMR(Rock Mass Rating)值分类法 六个参数 完整岩石强度 岩芯质量指标 节理间距
节理条件 地下水条件 节理走向或倾向
4. 巴顿岩体质量分类（Q 分类)
5.岩体基本质量分级－－计算 BQ 第三章
数值称为临界应力。此时，给定的应力称为疲劳强度。
岩体力学-绪论(成都理工大学)优秀PPT
• ▲岩体力学研究的变形和破坏是已经破坏的地质体的再 破坏变形和再破坏规律问题，其变形和破坏条件不能简单 地用一般材料的变形本构规律和破坏判据来判断。结构力 学分析是岩体力学分析的基本方法。
岩体力学
主讲：林 锋
理论学时：32（2.5个学分） 参考教材：岩体力学（第二版）,课件 教材编著：肖淑芳，杨淑碧 推荐阅读：岩体力学基础（孙广忠）
岩体结构012学年第一学期
1
岩体力学
0. 绪论
0.1 岩体及岩体力学 0.2 岩体力学的发展 0.3 岩体力学与生产实践 0.4 岩体力学研究的主要内容 0.5 新世纪中国岩体力学与工程发展的新
使命、新方向、新途径
2
0.1 岩体及岩体力学
0.1.1 岩石和岩体
• 1、岩石（rock）
• [岩石]是组成地壳及上地幔的基本物质，由各种造岩矿 物或岩屑在地质作用下按照一定规律组合而成的。
•
矿物：地壳中具有一定化学成分和物理性质的天然元素
或化合物，称为矿物。或者，矿物是天然产出的均匀固体，
具有规则的原子构造和一定的化学成分或在规定的范围间变
4
0.1 岩体及岩体力学
0.1.1 岩石和岩体
• 2、地质体（geologic body ）
• [地质体] 是地质工作中经常使用的涵义不严格的一个术 语，通常是指地壳内占有一定的空间和有其固有成分并可以
与周围物质相区别的地质作用的产物。不论其大小范围如何， 大到一个岩体，小到一个包裹体，都可称为地质体。
岩体力学（Rockmass Mechanics）：是研究岩体在各种 力场作用下变形和破坏规律的一门应用性学科（教材）。 • 可见： • （1）研究对象是岩体。岩体主要由岩石组成，是岩石改 造的结果。 “岩石力学” 的提法也很普遍。 • （2）研究内容：岩体在各种力场作用下变形和破坏规律。 （什么样的力场？力场如何形成及演化？ 什么样的变形破 坏规律？如何进行分析和描述？如何应用于工程？） • （3）定位：应用性学科；应用在何处？
岩体力学
主讲：林 锋
理论学时：32（2.5个学分） 参考教材：岩体力学（第二版）,课件 教材编著：肖淑芳，杨淑碧 推荐阅读：岩体力学基础（孙广忠）
岩体结构012学年第一学期
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岩体力学
0. 绪论
0.1 岩体及岩体力学 0.2 岩体力学的发展 0.3 岩体力学与生产实践 0.4 岩体力学研究的主要内容 0.5 新世纪中国岩体力学与工程发展的新
使命、新方向、新途径
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0.1 岩体及岩体力学
0.1.1 岩石和岩体
• 1、岩石（rock）
• [岩石]是组成地壳及上地幔的基本物质，由各种造岩矿 物或岩屑在地质作用下按照一定规律组合而成的。
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矿物：地壳中具有一定化学成分和物理性质的天然元素
或化合物，称为矿物。或者，矿物是天然产出的均匀固体，
具有规则的原子构造和一定的化学成分或在规定的范围间变
4
0.1 岩体及岩体力学
0.1.1 岩石和岩体
• 2、地质体（geologic body ）
• [地质体] 是地质工作中经常使用的涵义不严格的一个术 语，通常是指地壳内占有一定的空间和有其固有成分并可以
与周围物质相区别的地质作用的产物。不论其大小范围如何， 大到一个岩体，小到一个包裹体，都可称为地质体。
岩体力学（Rockmass Mechanics）：是研究岩体在各种 力场作用下变形和破坏规律的一门应用性学科（教材）。 • 可见： • （1）研究对象是岩体。岩体主要由岩石组成，是岩石改 造的结果。 “岩石力学” 的提法也很普遍。 • （2）研究内容：岩体在各种力场作用下变形和破坏规律。 （什么样的力场？力场如何形成及演化？ 什么样的变形破 坏规律？如何进行分析和描述？如何应用于工程？） • （3）定位：应用性学科；应用在何处？
精品课程《岩石力学》ppt课件(全)
具体而言，研究岩石在荷载作用下的应力、变形和破坏 规律以及工程稳定性等问题。
上述定义是把“岩石”看成固体力学中的一种材料，然而
岩石材料不同于一般的人工制造的固体材料，它是
一种典型的“连续介质”，具有复杂的地质构造和赋
存条件的天然地质体。
.
11
三、岩石力学理论的发展简史
1. 初始阶段(19世纪末~20世纪初)
.
8
（2）60年代初意大利Vajont大坝水库高边坡的崩溃 意大利Vajont拱坝，坝高262m，
于1959年建成，是当时世界上 最高的拱坝。1963年10月9日 夜，由于大坝上游山体突然滑 坡，约2.5亿立方的山体瞬时涌 入水库，涌浪摧毁上游及下游 一个小镇与邻近几个村庄，造 成约2500人死亡，整个灾害的 持续时间仅仅5分钟。
.
3
一、引言
1. 人类活动与岩石工程（Rock Engineering）
岩石圈是人类赖以生存的主要载体，人类的大部分活动都 是在岩石圈上进行的：
远古
约4700年前 公元1600年
19世纪
石器，穴居 金字塔（146.5m) 火药采矿 铁路隧道技术
20世纪 大型水电工程
岩基、边坡，地下 洞室，隧道工程等
普罗托吉雅柯诺夫提出的自然平衡拱学说，即普氏理论．
围岩开挖后自然塌落成抛物线拱形，作用在支架上的压力等于 冒落拱内岩石的重量，仅是上覆岩石重量的一部分．
太沙基(K．Terzahi)理论 围岩塌落成矩形，而不是抛物线型．
优点与缺点
上述理论在一定历史时期和一定条件下还是发挥了一定作用的， 但是围岩的塌落并不是形成围岩压力的惟一来源，也不是所有 的地下空间都存在塌落拱．围岩和支护之间并不完全是荷载和 结构的关系问题，在很多情况下围岩和支护形成一个共同承载 系统，而且维持岩石工程的稳定最根本的还是要发挥围岩的作 用．
第1讲-岩石力学-绪论
岩石力学的历史
1997年在黄荣樽教授的倡议下，中国岩石力学与 工程学会成立了以石油工程为主要研究对象的深层岩 石力学专业委员会，黄荣樽教授任首届主任委员， 2001年后由陈勉教授担任主任委员。
岩石力学的历史
在与石油工程有关的岩石力学研究中，所涉及的地 层深度大多在1000-8000米范围内，研究对象以沉积岩 层为主体，岩石处于较高的围压（可达200MPa）、较高 的温度（可达200℃）和较高的孔隙压力（可达200MPa ）作用下。
学在国民经济建设中有广泛的应用，如水利建设（三峡大坝岩 石基础的稳定性等）、民用建筑（世贸大厦岩土地基的稳定性 等）、采矿工程（边坡稳定性、洞室围岩的稳定性）、核能工 业（核废料的长期保存等）、石油工程（破岩、井稳、出砂、 水力压裂等）等领域，历史证明不重视岩石力学研究将造成巨 大生命财产损失。
提纲
岩石力学的历史
90年代以后
油藏工程 岩石力学
1996 80年代
采油工程 岩石力学
1992
钻井工程 岩石力学
70年代前
1985
钻井工程 岩石力学 岩石破碎 力学
岩石破碎 力学
岩石破碎 力学
岩石力学的历史
• • • • • • • 深层岩石力学参数预测、监测、检测与精度控制 高温高压下岩石变形、破坏微-细-宏观力学理论 高温高应力强水敏地层井壁围岩稳定控制技术 非平面水力裂缝扩展与控制理论 储层出砂预测与防砂评价 全生命周期井筒完整性设计 多重孔隙介质多场多相流油藏数值模拟技术
人类与岩石的交往也许起源于70—20万年前，“ 北京猿人”所生活的周口店龙骨山岩石洞穴。人类对 岩石最早的认识也许不过是抛掷石块射杀猎物，或做 成锐器砍剁动物骨肉。
岩石力学的历史
《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。
0 岩石力学绪论
▪ 20世纪20年代由德国人 克罗斯（H.Cloos）创立起来的。该 理论观点：1）反对把岩体当作连续介质简单地利用固体力学 的原理进行分析；2）强调要重视对岩体节理、裂隙的研究， 重视岩体结构面对岩石工程稳定性的影响和控制作用。
▪ 1951年6月在奥地利成立了以斯梯尼（J.Stini）和米勒 (L.Müller)为首的“地质力学研究组”，在萨尔茨堡举行了第 一届地质力学讨论会，形成了“奥地利学派”。
▪ 0.2 课程教学基本要求
▪ 1)．课程重点：
▪ 岩石的基本力学性质及其实验研究方法、岩体 的质量评价及其分类理论方法、地应力及其测 量理论和方法、岩石的流变理论和强度理论、 岩石地下工程、岩石边坡工程。
▪ 2)．课程难点：
▪ 岩石的流变理论和强度理论、节理面的力学性 质，岩体工程分析评价理论和方法。
▪ 最重要贡献：1）必须了解地应力，2）开挖后岩体 的力学强度变化，3）节理裂隙对岩石工程稳定性的 影响，4）重视岩石工程施工过程中应力、位移和稳 定性状态的监测，这是现代信息岩石力学的雏形，5） 重视支护与围岩的共同作用，提出了著名的“新奥 法”，该方法特别符合现代岩石力学理论，至今仍被 国内外广泛应用。
▪ （5）石油工程：①岩石应力与岩石渗透性；②岩石力学与地球物理 勘探综合研究；③钻探技术与井壁稳定性；④岩石力学与采油技术 （水压致裂、水平钻孔）；⑤油层压缩及地表沉陷；⑥石油、天然气 运输、储存工程及环境影响。
▪ （6）海洋勘探与开发工程。 ▪ （7）核电站建设中核废料处理技术。 ▪ （8）地层热能资源开发技术问题。 ▪ （9）地震预报中的岩石力学问题。 ▪ 以上只是一些主要方面，随着岩石工程建设的发展，还会有新问题不
▪ 岩石力学的研究思路和研究方法与以研究“外荷载作用”为特征的材 料力学、结构力学等有本质的不同。
▪ 1951年6月在奥地利成立了以斯梯尼（J.Stini）和米勒 (L.Müller)为首的“地质力学研究组”，在萨尔茨堡举行了第 一届地质力学讨论会，形成了“奥地利学派”。
▪ 0.2 课程教学基本要求
▪ 1)．课程重点：
▪ 岩石的基本力学性质及其实验研究方法、岩体 的质量评价及其分类理论方法、地应力及其测 量理论和方法、岩石的流变理论和强度理论、 岩石地下工程、岩石边坡工程。
▪ 2)．课程难点：
▪ 岩石的流变理论和强度理论、节理面的力学性 质，岩体工程分析评价理论和方法。
▪ 最重要贡献：1）必须了解地应力，2）开挖后岩体 的力学强度变化，3）节理裂隙对岩石工程稳定性的 影响，4）重视岩石工程施工过程中应力、位移和稳 定性状态的监测，这是现代信息岩石力学的雏形，5） 重视支护与围岩的共同作用，提出了著名的“新奥 法”，该方法特别符合现代岩石力学理论，至今仍被 国内外广泛应用。
▪ （5）石油工程：①岩石应力与岩石渗透性；②岩石力学与地球物理 勘探综合研究；③钻探技术与井壁稳定性；④岩石力学与采油技术 （水压致裂、水平钻孔）；⑤油层压缩及地表沉陷；⑥石油、天然气 运输、储存工程及环境影响。
▪ （6）海洋勘探与开发工程。 ▪ （7）核电站建设中核废料处理技术。 ▪ （8）地层热能资源开发技术问题。 ▪ （9）地震预报中的岩石力学问题。 ▪ 以上只是一些主要方面，随着岩石工程建设的发展，还会有新问题不
▪ 岩石力学的研究思路和研究方法与以研究“外荷载作用”为特征的材 料力学、结构力学等有本质的不同。
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。
岩石力学绪论
岩石力学
轴向活塞 加压舱 孔隙流体出口 岩样 围压流体入口
筛网 岩样
孔隙流体入口 轴向力传感器
绪论
第一节 岩石力学的定义
• 岩石力学是近代发展起来的一门新兴学科 和边缘学科，是一门应用性和实践性很强 的应用基础学科。 • 岩石属于固体，岩石力学应属于固体力学 的范畴。一般从宏观的意义上，把固体看 做连续介质。
（3）经典理论阶段 （20世纪30年代～20世纪60年代）
• 同时认识到，运用共同作用理论解决实际问题， 必须以原岩应力（即地应力）作为前提条件进 行理论分析，才能把围岩和支护的共同变形与 支护的作用力、支护设臵时间、支护刚度等关 系正确地联系起来。否则，使用假设的外荷载 条件计算，就失去它的真实性和实际应用价值。 • 这一认识促进了中国早期的地应力测量工作的 开展。
• 地质力学理论注重研究地层结构和力学性质与岩 石工程稳定性的关系，它是20世纪20年代由德国 人克罗斯创立起来的。该理论反对把岩体当作连 续介质简单地利用固体力学的原理进行岩石力学 特性的分析；强调要重视对岩体、节理、裂隙的 研究，重视岩体结构面对岩石工程稳定性的影响 和控制作用。
（3）经典理论阶段 （20世纪30年代～20世纪60年代）
• 该理论对岩石工程的最重要贡献是提出了“研 究工程围岩的稳定性必须了解原岩应力和开挖 后岩体的力学强度变化”以及“节理裂隙对岩 石工程稳定性的影响”等观点。该理论同时重 视岩石工程施工过程中应力、位移和稳定性状 态的监测，这是现代信息岩石力学的雏形。
（3）经典理论阶段 （20世纪30年代～20世纪60年代）
（3）经典理论阶段 （20世纪30年代～20世纪60年代）
• 但是，早期的连续介质理论忽视了对地应力作用的正确认识， 忽视了开挖的概念和施工因素的影响。正如一开始就指出的， 地应力是一种内应力，由于开挖形成的“释放荷载”才是引 起围岩变形和破坏的根本作用力。 • 而传统连续介质理论采用固体力学或结构力学的外边界加载 方式，往往得出远离开挖体处的位移大，而开挖体内边缘位 移小的计算结果，这显然与事实不符。多数的岩石工程不是 一次开挖完成的，而是多次开挖完成的。
轴向活塞 加压舱 孔隙流体出口 岩样 围压流体入口
筛网 岩样
孔隙流体入口 轴向力传感器
绪论
第一节 岩石力学的定义
• 岩石力学是近代发展起来的一门新兴学科 和边缘学科，是一门应用性和实践性很强 的应用基础学科。 • 岩石属于固体，岩石力学应属于固体力学 的范畴。一般从宏观的意义上，把固体看 做连续介质。
（3）经典理论阶段 （20世纪30年代～20世纪60年代）
• 同时认识到，运用共同作用理论解决实际问题， 必须以原岩应力（即地应力）作为前提条件进 行理论分析，才能把围岩和支护的共同变形与 支护的作用力、支护设臵时间、支护刚度等关 系正确地联系起来。否则，使用假设的外荷载 条件计算，就失去它的真实性和实际应用价值。 • 这一认识促进了中国早期的地应力测量工作的 开展。
• 地质力学理论注重研究地层结构和力学性质与岩 石工程稳定性的关系，它是20世纪20年代由德国 人克罗斯创立起来的。该理论反对把岩体当作连 续介质简单地利用固体力学的原理进行岩石力学 特性的分析；强调要重视对岩体、节理、裂隙的 研究，重视岩体结构面对岩石工程稳定性的影响 和控制作用。
（3）经典理论阶段 （20世纪30年代～20世纪60年代）
• 该理论对岩石工程的最重要贡献是提出了“研 究工程围岩的稳定性必须了解原岩应力和开挖 后岩体的力学强度变化”以及“节理裂隙对岩 石工程稳定性的影响”等观点。该理论同时重 视岩石工程施工过程中应力、位移和稳定性状 态的监测，这是现代信息岩石力学的雏形。
（3）经典理论阶段 （20世纪30年代～20世纪60年代）
（3）经典理论阶段 （20世纪30年代～20世纪60年代）
• 但是，早期的连续介质理论忽视了对地应力作用的正确认识， 忽视了开挖的概念和施工因素的影响。正如一开始就指出的， 地应力是一种内应力，由于开挖形成的“释放荷载”才是引 起围岩变形和破坏的根本作用力。 • 而传统连续介质理论采用固体力学或结构力学的外边界加载 方式，往往得出远离开挖体处的位移大，而开挖体内边缘位 移小的计算结果，这显然与事实不符。多数的岩石工程不是 一次开挖完成的，而是多次开挖完成的。
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矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而成的自然体。
4、土：土是地壳表面岩石风化后的产物，它是由固体颗粒、水和
气体组成的三相体，土粒多为各种矿物颗粒或矿物集合体组成的。
岩石与岩体1
1、岩块：取自地质体中间的岩石小块，如标本或岩芯，代表相应
的岩石，用作鉴定或试验。
2、岩石的结构与构造：
结构：岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小和形状以及彼此之间的 组合方式叫岩石的结构，如岩浆岩的等粒结构、斑状结构、隐晶 质结构、玻璃质结构，沉积岩的碎屑结构、结晶结构 构造：岩石中矿物集合体之间或矿物集合体与岩石的其它部分之 间的排列方式以及充填方式叫岩石的构造，如岩浆岩大多是块状 构造，沉积岩多具层状构造，变质岩具片理状构造。
A、岩石力学的基本概念与研究对象
1、岩石（岩体）力学：研究岩石（岩体）在不同受力状 态下变形和破坏的规律的理论和应用的科学，是探讨 岩石（岩体）对其周围物理环境中力场反映的学科， 即研究岩石（岩体）在荷载作用下的应力、变形和破 坏规律以及工程稳定性问题（如地下洞室稳定、边坡 稳定、基础稳定）的技术应用学科。 2、本构关系：描述物质质点的力学状态（应力、应变状 态）、过程（应力、应变路径）之间的关系及其与时 间关系的数学表达式。 3、岩石力学的基础：
岩体结构（岩块与结构面）
从岩块到岩体的示意图
岩石与岩体3
1、结构面按成因分类：
沉积结构面、岩浆结构面、变质结构面、构造结构面、 次生结构面等，结构面的强度取决于它的粗糙度和填 充物的性质。
2、结构体类型：
块状结构、镶嵌结构、层状结构、碎裂结构、层状 碎裂结构、松散结构等
3、岩体强度：
强度：物体抵抗破坏的能力。 岩体结构的强度，它是包含结构体强度与结构面强度 的一个综合指标，岩体强度通常需要现场原位测定。
水利水电工程专业
ROCK MECHANICS
土木学院岩土工程研究所
岩石力学
教学安排
总课时 ：32学时
其中：授课26
习题课：4学时
答疑:2学时
课程学习的目的、任务与基本要求
掌握岩石力学的基本概念
掌握岩石力学研究的基本原理 熟悉岩石力学的相关试验和实验方法 掌握岩石力学的基本理论与计算方法 理解岩石力学在工程实践中的基本应用情况 了解本课程与其它专业课之间的关系
岩石力学的基本概念
岩石力学的定义与研究对象 矿物与岩石 岩石、岩体、岩体结构的基本概念 岩体的特征
◆ 引言 经典案例
HoHai University
河海大学
Geotechnical Institute
河海岩土所
意大利瓦依昂(Vajont)水库 混凝土双曲拱坝 坝高270m 岩坡崩坍
3、岩体结构的基本概念：
岩体结构包括两个方面：结构面和结构体，岩体中结构面与结构 体的排列组合方式称为岩体结构。 结构面：即地质弱面，指岩体内具有一定方向、延伸较长、厚度 较小的二维地质界面，包括物质的分界面和不连续面，如断层、 节理、破碎带、接触带、片理等。 结构体：被结构面分割所包围的完整岩石单元。
教程
* 岩体结构力学 孙广忠，岩体结构力学 * 信息环境岩石力学 ！？
Informatic environment rock mechanics 面向21世纪的岩石力学
学科性质
以地质为基础 力学为手段 工程为对象 实用为目的 生态为导向
矿物与岩石
1、矿物：地壳中的化学元素在各种地质作用下形成的、具有一定
工程地质论证 数值分析与物理模拟 人工智能及人工生命 监测 反分析及反馈设计
岩石力学教学和学习方法
教学内容和教材
学习方法
关键在于正确的概念 研究性的学习 重实践 坚实的地质基础+良好的数理修养+清晰的工程概念 多读书、勤读书、读好书
五、岩石力学的发展与前景展望
1、采矿工业的需要 2、岩石工程的设计与施工 3、力学的应用、定量化的要求 4、各国的研究情况
1、岩体的概念：岩体是在一定范围内的自然地质体，经历了漫
长的自然历史过程，经受了各种地质作用，并在地应力的长期作 用下，在其内部保留了各种永久变形的现象和地质构造形迹。
2、岩块与岩体的联系与区别：
岩块是组成岩体的基本单元；岩体指在天然条件下由岩块与弱面 组成的复杂地质体。岩体强度由于弱面的存在远低于岩块强度。
工程岩土学：研究土和岩石的工程地质性质及其形成与变化规 律 工程地质学：研究人类工程活动与地质环境相互作用、相互制 约 力学基础：工程力学、弹塑性力学等 多学科的合作、协同研究
岩石力学的阶段划分
发展里程 * 岩块材料岩石力学 J.C.耶格，岩石力学基础 * 裂隙岩石力学 L.Miiller ，岩石力学， CISM165 号
下游的郞加朗市镇遭到毁 灭性的破坏，数百人死亡。
此时整个区域都处于运动中， 运动速度为每天只有若干个 1/10mm到10mm以上。在1963 年10月9日夜晚，岸坡发生突 然的崩坍，在一分多钟时间内 约有2.5亿m3岩石崩入水库， 造成150~250m的水浪。
HoHai University
岩石力学的研究3
③铁路建设工程、交通桥梁工程 隧洞稳定性、超前地质预报、岩爆 边坡稳定性（线路边坡、隧洞出入口边坡） ④核废料处理 ⑤石油钻井工程：井损、采空区地面变形 ⑥ 山区城市建设、高层建筑物地基等
总结为：
① 地下：隧洞、洞室、采场等 ② 边坡：开挖边坡、坝肩边坡、库岸边坡 ③ 基础：坝基、路基、桥基、建筑物地基 ④ 滑坡及地质灾害防治、地质环境保护 ⑤ 地学研究：地壳变形、地震、找矿、 ⑥岩石切割与破碎研究：掘进、钻探、爆破等
四、岩石力学的研究2
3、岩石力学研究的主要问题
①水利水电建设： 坝基、坝肩稳定性、防渗加固理论与技术 工程边坡稳定性 有压或无压引水隧洞 地下厂房洞室群稳定性 高速水流冲刷、水库诱发地震、库岸稳定 ②采矿工程 露天矿边坡设计、稳定性研究与加固技术 井下巷道稳定性、采场围岩稳定性、 矿柱稳定性、采场结构优 化、 矿井突水、岩爆、煤与瓦斯突出 采空区处理与地表沉降、岩石破碎问题
岩 体 结 构 类 型 的 划 分
岩体的复杂性与基本特征
1、岩体为非均质的各向异性体，组成岩体的矿物成分各 不相同，矿物颗粒大小及空间排列方式有很大差异。 2、岩体内存在一个裂隙系统，使岩体的完整性和均匀性 遭到破坏，不连续但也不是散体。
3、岩体一般不严格服从虎克定律，力学性质复杂多变， 弹塑性并存，有时又表现为脆性
4、岩体内存在初始应力场
5、岩体赋存在一定的地质环境中，岩体中的水、温度、 应力场对岩体性质有较大影响。碎 Fra bibliotek 岩 体 结 构
三、岩石力学的产生与发展
1、土力学的产生与发展
产业革命的需要：建筑物与铁路路基、土坡。 1773年库仑的砂土抗剪强度定律和土压力滑楔理论，1856 年达西的土的渗透理论，1857年的土压力理论，1885年的土的 应力应变理论，1922年的圆弧滑动面法的土坡稳定性计算， 1925年太沙基的土力学专著 等
3、岩石分类：按成因分为：岩浆岩、沉积岩、变质岩
岩浆岩：岩浆冷却凝结而形成，占地壳总重量的95%。 沉积岩：母岩在地表经风化剥蚀、搬运、沉积和硬结成岩作用而 形成的岩石。占地壳总重量的5%，占地表分布的75%。 变质岩：岩石在地壳中受到高温高压及化学浸入发生变质形成。
岩石试件
岩石与岩体图片
岩石与岩体2
服务工程
二滩大坝与水库
坝肩开挖
坝肩开挖
开挖后的大坝基础
库区霸王山滑坡全貌
金龙山谷坡地貌
金龙山谷坡与金龙沟
地下矿开采的井巷系统
地下采矿的深度超过3000m
地 下 采 矿 的 分 中 段 逐 步 进 行
地下采 矿过程 中既涉 及岩体 稳定， 也涉及 岩体破 碎，还 涉及散 体的运 动，如 放矿。
2、 岩石力学的产生与发展与生产实践
岩石力学落后于土力学，其发展为采矿的需要， 第一阶段：20世纪前，经验总结，处入萌芽阶段 第二阶段：20世纪50年代前，引入土力学研究岩石岩体 第三阶段：50年代以后，采矿、水利水电、土木工程、铁路交 通、国防建设要求岩石力学研究应作到安全可靠、经济合理、对 岩体稳定的定量分析。1957年第一本岩石力学专著发表。其发 展 表现为对地质结构的更科学理解和力学及其它手段的充分应用。
工程地质勘测技术方法研究； 监测技术方法研究； 物理模拟及数值模拟研究； 治理改造技术方法研究； 设计施工技术方法研究； 反馈设计研究； 可视化研究； 环境工程防灾减灾新技术新方法研究
岩石力学
工程实践应用
已有典型工程案例回馈类比 工程设计准则研究 工程施工岩石力学研究
岩石力学研究方法
河海大学
HoHai University
◆ 引言
Geotechnical Institute
河海岩土所
水库的岸坡由分层的石灰岩 组成。水库蓄水后在1960年 10月发现上坡附近有主要裂 隙，同时直接在沿河的陡坡 上曾经发生过一次较小滑坡。
废料储存 石油开采
岩石力学与工程
基本理论研究
成生地质基础及地质背景研究 区域分布发育规律研究 地质模型及地质结构研究 赋存地质环境研究 变形破坏机理研究 稳定性评价理论研究 环境的协调研究 治理机理研究
岩石力学与工程
技术方法研究
化学成分和物理性质的自然均质体，它是岩石的基本单元。 地壳中的主要化学元素包括：氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、 镁
2、主要的造岩矿物：
长石：正长石、斜长石（钙长石、钠长石），占地壳的50% 石英：SiO2， 占地壳的12.6% 云母：白云母、金云母、黑云母 方解石：CaCO3 橄榄石、辉石、角闪石等
4、土：土是地壳表面岩石风化后的产物，它是由固体颗粒、水和
气体组成的三相体，土粒多为各种矿物颗粒或矿物集合体组成的。
岩石与岩体1
1、岩块：取自地质体中间的岩石小块，如标本或岩芯，代表相应
的岩石，用作鉴定或试验。
2、岩石的结构与构造：
结构：岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小和形状以及彼此之间的 组合方式叫岩石的结构，如岩浆岩的等粒结构、斑状结构、隐晶 质结构、玻璃质结构，沉积岩的碎屑结构、结晶结构 构造：岩石中矿物集合体之间或矿物集合体与岩石的其它部分之 间的排列方式以及充填方式叫岩石的构造，如岩浆岩大多是块状 构造，沉积岩多具层状构造，变质岩具片理状构造。
A、岩石力学的基本概念与研究对象
1、岩石（岩体）力学：研究岩石（岩体）在不同受力状 态下变形和破坏的规律的理论和应用的科学，是探讨 岩石（岩体）对其周围物理环境中力场反映的学科， 即研究岩石（岩体）在荷载作用下的应力、变形和破 坏规律以及工程稳定性问题（如地下洞室稳定、边坡 稳定、基础稳定）的技术应用学科。 2、本构关系：描述物质质点的力学状态（应力、应变状 态）、过程（应力、应变路径）之间的关系及其与时 间关系的数学表达式。 3、岩石力学的基础：
岩体结构（岩块与结构面）
从岩块到岩体的示意图
岩石与岩体3
1、结构面按成因分类：
沉积结构面、岩浆结构面、变质结构面、构造结构面、 次生结构面等，结构面的强度取决于它的粗糙度和填 充物的性质。
2、结构体类型：
块状结构、镶嵌结构、层状结构、碎裂结构、层状 碎裂结构、松散结构等
3、岩体强度：
强度：物体抵抗破坏的能力。 岩体结构的强度，它是包含结构体强度与结构面强度 的一个综合指标，岩体强度通常需要现场原位测定。
水利水电工程专业
ROCK MECHANICS
土木学院岩土工程研究所
岩石力学
教学安排
总课时 ：32学时
其中：授课26
习题课：4学时
答疑:2学时
课程学习的目的、任务与基本要求
掌握岩石力学的基本概念
掌握岩石力学研究的基本原理 熟悉岩石力学的相关试验和实验方法 掌握岩石力学的基本理论与计算方法 理解岩石力学在工程实践中的基本应用情况 了解本课程与其它专业课之间的关系
岩石力学的基本概念
岩石力学的定义与研究对象 矿物与岩石 岩石、岩体、岩体结构的基本概念 岩体的特征
◆ 引言 经典案例
HoHai University
河海大学
Geotechnical Institute
河海岩土所
意大利瓦依昂(Vajont)水库 混凝土双曲拱坝 坝高270m 岩坡崩坍
3、岩体结构的基本概念：
岩体结构包括两个方面：结构面和结构体，岩体中结构面与结构 体的排列组合方式称为岩体结构。 结构面：即地质弱面，指岩体内具有一定方向、延伸较长、厚度 较小的二维地质界面，包括物质的分界面和不连续面，如断层、 节理、破碎带、接触带、片理等。 结构体：被结构面分割所包围的完整岩石单元。
教程
* 岩体结构力学 孙广忠，岩体结构力学 * 信息环境岩石力学 ！？
Informatic environment rock mechanics 面向21世纪的岩石力学
学科性质
以地质为基础 力学为手段 工程为对象 实用为目的 生态为导向
矿物与岩石
1、矿物：地壳中的化学元素在各种地质作用下形成的、具有一定
工程地质论证 数值分析与物理模拟 人工智能及人工生命 监测 反分析及反馈设计
岩石力学教学和学习方法
教学内容和教材
学习方法
关键在于正确的概念 研究性的学习 重实践 坚实的地质基础+良好的数理修养+清晰的工程概念 多读书、勤读书、读好书
五、岩石力学的发展与前景展望
1、采矿工业的需要 2、岩石工程的设计与施工 3、力学的应用、定量化的要求 4、各国的研究情况
1、岩体的概念：岩体是在一定范围内的自然地质体，经历了漫
长的自然历史过程，经受了各种地质作用，并在地应力的长期作 用下，在其内部保留了各种永久变形的现象和地质构造形迹。
2、岩块与岩体的联系与区别：
岩块是组成岩体的基本单元；岩体指在天然条件下由岩块与弱面 组成的复杂地质体。岩体强度由于弱面的存在远低于岩块强度。
工程岩土学：研究土和岩石的工程地质性质及其形成与变化规 律 工程地质学：研究人类工程活动与地质环境相互作用、相互制 约 力学基础：工程力学、弹塑性力学等 多学科的合作、协同研究
岩石力学的阶段划分
发展里程 * 岩块材料岩石力学 J.C.耶格，岩石力学基础 * 裂隙岩石力学 L.Miiller ，岩石力学， CISM165 号
下游的郞加朗市镇遭到毁 灭性的破坏，数百人死亡。
此时整个区域都处于运动中， 运动速度为每天只有若干个 1/10mm到10mm以上。在1963 年10月9日夜晚，岸坡发生突 然的崩坍，在一分多钟时间内 约有2.5亿m3岩石崩入水库， 造成150~250m的水浪。
HoHai University
岩石力学的研究3
③铁路建设工程、交通桥梁工程 隧洞稳定性、超前地质预报、岩爆 边坡稳定性（线路边坡、隧洞出入口边坡） ④核废料处理 ⑤石油钻井工程：井损、采空区地面变形 ⑥ 山区城市建设、高层建筑物地基等
总结为：
① 地下：隧洞、洞室、采场等 ② 边坡：开挖边坡、坝肩边坡、库岸边坡 ③ 基础：坝基、路基、桥基、建筑物地基 ④ 滑坡及地质灾害防治、地质环境保护 ⑤ 地学研究：地壳变形、地震、找矿、 ⑥岩石切割与破碎研究：掘进、钻探、爆破等
四、岩石力学的研究2
3、岩石力学研究的主要问题
①水利水电建设： 坝基、坝肩稳定性、防渗加固理论与技术 工程边坡稳定性 有压或无压引水隧洞 地下厂房洞室群稳定性 高速水流冲刷、水库诱发地震、库岸稳定 ②采矿工程 露天矿边坡设计、稳定性研究与加固技术 井下巷道稳定性、采场围岩稳定性、 矿柱稳定性、采场结构优 化、 矿井突水、岩爆、煤与瓦斯突出 采空区处理与地表沉降、岩石破碎问题
岩 体 结 构 类 型 的 划 分
岩体的复杂性与基本特征
1、岩体为非均质的各向异性体，组成岩体的矿物成分各 不相同，矿物颗粒大小及空间排列方式有很大差异。 2、岩体内存在一个裂隙系统，使岩体的完整性和均匀性 遭到破坏，不连续但也不是散体。
3、岩体一般不严格服从虎克定律，力学性质复杂多变， 弹塑性并存，有时又表现为脆性
4、岩体内存在初始应力场
5、岩体赋存在一定的地质环境中，岩体中的水、温度、 应力场对岩体性质有较大影响。碎 Fra bibliotek 岩 体 结 构
三、岩石力学的产生与发展
1、土力学的产生与发展
产业革命的需要：建筑物与铁路路基、土坡。 1773年库仑的砂土抗剪强度定律和土压力滑楔理论，1856 年达西的土的渗透理论，1857年的土压力理论，1885年的土的 应力应变理论，1922年的圆弧滑动面法的土坡稳定性计算， 1925年太沙基的土力学专著 等
3、岩石分类：按成因分为：岩浆岩、沉积岩、变质岩
岩浆岩：岩浆冷却凝结而形成，占地壳总重量的95%。 沉积岩：母岩在地表经风化剥蚀、搬运、沉积和硬结成岩作用而 形成的岩石。占地壳总重量的5%，占地表分布的75%。 变质岩：岩石在地壳中受到高温高压及化学浸入发生变质形成。
岩石试件
岩石与岩体图片
岩石与岩体2
服务工程
二滩大坝与水库
坝肩开挖
坝肩开挖
开挖后的大坝基础
库区霸王山滑坡全貌
金龙山谷坡地貌
金龙山谷坡与金龙沟
地下矿开采的井巷系统
地下采矿的深度超过3000m
地 下 采 矿 的 分 中 段 逐 步 进 行
地下采 矿过程 中既涉 及岩体 稳定， 也涉及 岩体破 碎，还 涉及散 体的运 动，如 放矿。
2、 岩石力学的产生与发展与生产实践
岩石力学落后于土力学，其发展为采矿的需要， 第一阶段：20世纪前，经验总结，处入萌芽阶段 第二阶段：20世纪50年代前，引入土力学研究岩石岩体 第三阶段：50年代以后，采矿、水利水电、土木工程、铁路交 通、国防建设要求岩石力学研究应作到安全可靠、经济合理、对 岩体稳定的定量分析。1957年第一本岩石力学专著发表。其发 展 表现为对地质结构的更科学理解和力学及其它手段的充分应用。
工程地质勘测技术方法研究； 监测技术方法研究； 物理模拟及数值模拟研究； 治理改造技术方法研究； 设计施工技术方法研究； 反馈设计研究； 可视化研究； 环境工程防灾减灾新技术新方法研究
岩石力学
工程实践应用
已有典型工程案例回馈类比 工程设计准则研究 工程施工岩石力学研究
岩石力学研究方法
河海大学
HoHai University
◆ 引言
Geotechnical Institute
河海岩土所
水库的岸坡由分层的石灰岩 组成。水库蓄水后在1960年 10月发现上坡附近有主要裂 隙，同时直接在沿河的陡坡 上曾经发生过一次较小滑坡。
废料储存 石油开采
岩石力学与工程
基本理论研究
成生地质基础及地质背景研究 区域分布发育规律研究 地质模型及地质结构研究 赋存地质环境研究 变形破坏机理研究 稳定性评价理论研究 环境的协调研究 治理机理研究
岩石力学与工程
技术方法研究
化学成分和物理性质的自然均质体，它是岩石的基本单元。 地壳中的主要化学元素包括：氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、 镁
2、主要的造岩矿物：
长石：正长石、斜长石（钙长石、钠长石），占地壳的50% 石英：SiO2， 占地壳的12.6% 云母：白云母、金云母、黑云母 方解石：CaCO3 橄榄石、辉石、角闪石等