当前岩石力学研究中若干关键问题的思考与认识

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“岩石力学”课程思政建设与教育教学改革探析

2022年2月第6期Feb. 2022No.6教育教学论坛EDUCATION AND TEACHING FORUM“岩石力学”课程思政建设与教育教学改革探析陈祥胜（华东交通大学土木建筑学院，江西南昌 330013）［摘要］ “岩石力学”课程思政建设是落实立德树人的基本方向，突出针对性和实践性教学是“岩石力学”课程教育改革的基本特色。

基于现阶段课程教学现状思考与分析，分别针对教育角色、教学内容及授课方式提出了适用可行的改革措施，旨在优化“岩石力学”课程教学体系、突出学科特色和提升育人效果。

此外，思想政治元素与党史事迹的融入，不仅提升了学科的广度和维度，还增强了学生的国家和民族认同感，达到了为党育才、为国育才、育有用人才的根本目的。

［关键词］岩石力学；课程思政；教育教学改革；教学分析［基金项目］ 2020年度江西省高等学校教学改革研究课题“产教融合背景下中部地区高校土木大类专业课程体系改革研究”（JXJG-20-5-1）［作者简介］陈祥胜（1994—），男，江西九江人，工学博士，华东交通大学土木建筑学院讲师，主要从事地下能源储备岩石力学与流固耦合渗流研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2022）06-0057-04 ［收稿日期］ 2021-05-27引言随着全国高校思想政治工作会议的召开，课程思政被逐渐纳入教育教学，它是高校以落实立德树人根本任务的重要抓手，同时也是专业课程教育教学改革的基本要求［1］。

教育教学首先需将立德放在人才培养的首位，引导学生树立正确的人生观和价值观；其次才是专业知识的授业解惑，提升学生专业知识素养，以实现中国梦为光荣使命。

从发展方面看，课程思政是对新时代教师育人职责的深化和拓展；从理论方面看，课程思政是对教育理念的发展和创新。

在江西省教育厅的指导下，华东交通大学积极开展专业课程思政建设与教育教学改革，坚持以立德树人根本任务为学校建设的办学之基和立身之本。

采矿过程中的岩石力学问题

采矿过程中的岩石力学问题在采矿行业，岩石力学是一个关键的领域，它涉及到矿山开采中的安全和效率。

岩石力学的研究可以帮助工程师理解岩石的力学特性，预测和解决采矿过程中可能出现的问题。

本文将探讨在采矿过程中可能遇到的岩石力学问题，并讨论相应的解决方法。

1. 岩层破裂和塌方采矿过程中，地下岩层会承受来自地面上的自重、采掘操作和地下水的压力。

当这些力超过岩石的强度极限时，岩层可能会发生破裂和塌方。

为了解决这个问题，工程师可以采取以下措施：- 选择合适的爆破技术和爆破参数，以减小岩层破裂的可能性。

- 加固岩层，使用锚杆、注浆等技术来增强岩石的稳定性。

- 控制地下水位，降低地下水对岩层稳定性的影响。

2. 岩石的变形和应力集中在采矿过程中，采掘机械的挖掘和震动会导致岩石发生变形和应力集中。

这可能导致岩石的破裂和支护结构的损坏。

为了解决这个问题，工程师可以采取以下措施：- 控制采掘机械的振动幅度和频率，减小对岩石的影响。

- 合理设计支护结构，使其能够承受岩石的变形和应力集中。

- 使用数值模拟软件对岩石的变形进行预测和分析，以指导采矿过程中的操作。

3. 地震和地震引起的地下水涌出地震是一种常见的自然灾害，它可能对采矿过程产生严重影响。

地震能够使岩石产生剪切和断裂，导致矿井坍塌和地下水涌出。

为了应对这个问题，工程师可以采取以下措施：- 对采矿区域进行地震风险评估，合理选择采矿区域。

- 加强岩石的支护结构，以减少地震引起的岩石破坏。

- 控制地下水位，减少地震引起的地下水涌出。

4. 岩层的固结和沉降采矿过程中，岩层的固结和沉降是常见的问题。

岩层在采矿后会回缩或下沉，导致地表下陷。

为了解决这个问题，工程师可以采取以下措施：- 合理规划矿山的开采顺序和速度，减小地表下陷的风险。

- 使用地表压缩和填充技术来填补岩层回缩空隙。

- 监测地表下陷情况，及时采取补救措施。

综上所述，岩石力学在采矿过程中起着重要的作用。

了解和解决采矿过程中可能出现的岩石力学问题对于确保采矿的安全和高效至关重要。

采矿工程中的岩石力学问题探讨与解决方案

采矿工程中的岩石力学问题探讨与解决方案引言：采矿工程中，岩石力学是一门关键的学科，它研究岩石的强度、变形性质和破坏机理等方面的问题。

岩石力学问题的解决对于确保采矿工程的顺利进行至关重要。

本文将就采矿工程中常见的岩石力学问题进行探讨，并提出相应的解决方案。

1.岩石强度分析与评估在采矿工程中，岩石强度分析与评估是保证工程安全运行的基础。

首先，需要对岩石样本进行采集，并通过试验手段测定其强度参数。

然后，基于实测数据，进行岩石强度参数的统计分析，确定岩石的强度分布特征。

最后，结合采矿工程的实际情况，进行岩石强度评估，并制定相应的支护方案。

2.岩石变形性质研究在采矿工程中，岩石的变形性质对于工程的稳定性和安全性具有重要影响。

因此，需要开展岩石的变形特性研究，包括岩石的弹性模量、剪切模量、压缩模量等参数的确定。

这可以通过采取野外观测、试验室试验以及数值模拟等方法进行。

研究结果可以为采矿工程的设计和管理提供科学依据。

3.岩石力学模型建立建立适用于采矿工程的岩石力学模型是解决岩石力学问题的重要步骤。

根据岩石的物理性质和实测数据，可以选择合适的力学模型，并进行参数拟合。

常用的岩石力学模型包括弹性模型、弹塑性模型和粘弹塑性模型等。

建立准确可靠的力学模型有助于预测岩石的强度和变形，为采矿工程提供科学的指导。

4.岩石破坏机理研究研究岩石的破坏机理是为采矿工程提供有效的支护措施的重要前提。

通过对岩石的破坏过程进行分析，可以确定岩石发生破坏的主要因素和机制。

常见的岩石破坏机理包括岩石断裂、滑动、剥落等。

研究岩石的破坏机理可以为制定合理的支护措施和采矿方案提供科学依据。

5.岩石支护措施设计根据岩石力学问题的分析结果，设计有效的支护措施是确保采矿工程安全运行的关键。

支护措施可以根据实际情况选择，常见的支护方式包括开挖法支护、钢支撑、锚索支护等。

通过合理设计和施工，可以增强岩石的稳定性，保证采矿工程的正常进行。

总结：采矿工程中的岩石力学问题是影响工程安全运行的重要因素。

采矿工程中的岩石力学问题探究

采矿工程中的岩石力学问题探究岩石力学是指研究岩石在外力作用下的力学性质和变形规律的学科。

在采矿工程中，岩石力学问题的探究对于确保矿山安全和提高采矿效率至关重要。

本文将探讨一些采矿工程中常见的岩石力学问题，包括地应力、岩体稳定性、岩爆和岩层冲击等。

首先要了解的是地应力。

地应力是指地下岩体中由于地球重力和地震等原因引起的应力分布。

在采矿过程中，地应力的大小和方向对于岩石的稳定性和采矿工作的安全性有着重要影响。

通过岩石力学实验和数值模拟等方法，可以测定和预测地应力的大小和方向。

合理地应用这些信息可以提高采矿工作的安全性，并且可以优化采矿方法，减少岩石的破碎和变形。

其次，岩体稳定性是采矿工程中常见的问题之一。

岩体的稳定与否直接关系到矿山的安全性。

在采矿过程中，岩体可能受到地震、地下水、采矿震动和地表荷载等因素的作用而发生破裂和塌陷。

通过岩石力学的理论分析和实际勘察，可以评估和预测岩体的稳定性，并采取相应的支护措施来保证矿山的安全。

支护措施包括钢支撑、锚杆索网、喷射混凝土等。

岩爆问题也是采矿工程中需要关注的一个重要问题。

岩爆是指岩石在受到瞬时或持续的应力作用下，发生剧烈的破碎和释放巨大的能量，造成矿石片段飞射和岩层位移。

岩爆的发生将严重危及采矿工人的安全。

研究岩石的力学性质、强度和破裂机制是理解和预测岩爆的关键。

通过选用合适的支护和爆破技术，可以减少岩爆的发生。

岩层冲击是指地下采矿过程中，岩层在爆破、掘进和回采等作业过程中发生的瞬间破碎和塌陷。

岩层冲击不仅影响采矿工作的效率，还影响矿山的开采成本和环境保护。

研究岩层的力学性质，包括压缩性、扩散性和渗透性等，是有效控制岩层冲击的关键。

合理选择和优化采矿方法，减少冲击和振动对岩层的影响，可以提高采矿效率和降低开采成本。

在采矿工程中，岩石力学问题的探究是不可或缺的。

通过深入研究岩石力学原理，结合实际采矿工作中的观测和数据，可以预测和评估岩石的稳定性、岩爆、岩层冲击等问题，并制定相应的采矿方案和支护措施。

我国岩石力学的研究现状及其进展

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岩石力学与工程课后习题与思考解答

岩石力学与工程课后习题与思考解答(总19页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除第一章岩石物理力学性质3.常见岩石的结构连接类型有哪几种各有什么特点答：岩石中结构连接的类型主要有两种，分别是结晶连接和胶结连接。

结晶连接指矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起。

这类连接使晶体颗粒之间紧密接触，故岩石强度一般较大，抗风化能力强；胶结连接指岩石矿物颗粒与颗粒之间通过胶结物连接在一起，这种连接的岩石，其强度主要取决于胶结物及胶结类型。

7.岩石破坏有几种形式？对各种破坏的原因作出解释。

答：岩石在单轴压缩载荷作用下，破坏形式包含三种：X状共轭面剪切破坏、单斜面剪切破坏和拉伸破坏。

前两类破坏形式主要是因为轴向主应力因起破坏面的剪应力超过岩石最大剪应力而导致的破坏；后一类破坏主要是因为轴向主应力引起破坏面横向拉应力超过岩石最大拉应力而导致的破坏。

9.什么是全应力-应变曲线，为什么普通材料试验机得不出全应力-应变曲线？答：能全面反映岩石受压破坏过程中的应力、应变特征，特别是岩石破坏后的强度与力学性质变化规律的应力应变曲线就叫全应力-应变曲线。

普通试验机只能得出半程应力-应变曲线不能得出全应力-应变曲线的原因是由于试验机的刚性不足，在岩石压缩过程中，试件受压，试验机框架受拉，随着岩样不断被压缩，试验机发生的弹性变形以应变能形式存于机器中，当施加压力超过岩石抗压强度，试件破坏，此时，试验机迅速回弹，被存于试验机中的应变能瞬间释放到岩石试件中，引起岩石的激烈破坏和崩解，因而造成无法获得岩石在超过峰值破坏强度后受压的应力应变曲线。

10.如何根据全应力-应变曲线预测岩石的岩爆、流变和反复加、卸载作用下的破坏？答：（1）如下图示全应力应变曲线：左半部A的面积代表，达到峰值强度时，积累在试件内部的应变能，右半部B 代表试件从破裂到破坏所消耗的能量。

若A＞B，说明岩石破坏后尚余一部分能量，这部分能量突然释放就会产生岩爆，若A＜B，则说明应变能在破坏过程中全部消耗掉，因而不会产生岩爆。

浅述岩体力学研究的前沿问题及热点

浅述岩体力学研究的前沿问题及热点浅述岩体力学研究的前沿问题及热点侯兰杰陈廷方摘要:当前岩石力学基本理论研究的热点问题包括:宏微观、多层次、变尺度研究;多因素耦合分析;岩石力学参数的状态相关性研究;非线性动力学与综合智能分析;新的算法与程序。

关键词:岩石力学学科前沿热点问题20 世纪末到现在,由于人类环境保护以及资源永续利用意识的不断提高,联合国和世界各国可持续发展战略的制定,人们对地球只有一个,人类生活空间的有限性、大多数天然资源不可再生性的认识的不断深化,推动人们对岩石力学与工程的认识进入了一个更高阶段。

这个阶段的特征是:保护资源环境及可持续发展,岩石力学与岩石工程(包括地面、边坡、地下工程)以环境友好工程的姿态出现在人们面前。

这一点可以说是人们对新世纪岩石力学与工程认识的一个飞跃。

我国的三峡工程以及西南水电能源开发、青藏铁路、南水北调、西电东送、西气东输等西部大开发战略中的重大工程的实施,对岩石力学与工程提出了严峻的挑战,也为岩石力学和工程学科的发展提供了绝好的发展机遇。

岩石力学基本理论方面的研究热点体现在[1～12 ]:宏微观、多层次和变尺度研究,多因素耦合分析,岩石力学参数的状态相关性研究,非线性动力学与综合智能分析,以及新的算法和程序的开发等方面。

(1)岩石力学与工程岩体稳定性研究的新进展,则体现在计算机技术与现代数学(如模糊数学、拓扑学、分形理论、优化理论等)和岩体力学相结合,形成了前所未有的强大的数值仿真方法和新的研究方法,例如东北大学唐春安教授所开发的岩石破裂数值仿真和冯夏亭教授提出的智能岩石力学方法。

岩石力学与工程的挑战与机遇：探索未知的边界

岩石力学与工程的挑战与机遇：探索未知的边界在人类与自然界的斗争中，岩石力学与工程问题始终是一个古老而又崭新的课题。

随着工程实践的不断深入，我们面临的岩石工程问题越来越复杂，挑战也日益严峻。

本文旨在探讨岩石力学与工程领域的最新研究进展，并对其未来的发展方向进行展望。

1. 岩石力学的古老与新生岩石力学，作为一门古老的学科，其历史源远流长。

然而，随着人类工程活动的不断拓展，新的工程问题和挑战不断涌现，使得这一领域又焕发出新的活力。

在解决这些复杂问题的过程中，人们发现传统的力学理论往往难以给出满意的解释和解决方案。

因此，国内外的专家们积极地将最新的研究成果贡献给这一领域，以期形成对复杂岩石工程问题的统一认识和先进解决方案。

2. 岩石力学与工程的创新研究在《Energies》期刊上发表的一系列论文中，我们可以看到岩石力学与工程领域的最新研究成果。

这些研究不仅涵盖了岩石的变形特性、力学性质，还包括了地震波在斜坡地形中的传播特性、岩石-断层接触系统的非线性动态模拟方法等。

这些研究不仅为岩石力学的理论发展提供了新的视角，也为实际工程问题的解决提供了新的思路。

3. 岩石力学与工程的实践意义尽管岩石力学与工程是一个广泛的领域，但这些研究成果的集合无疑将激发学术界对当前研究的进一步发展。

我们相信，这些论文将对岩石力学与工程领域的未来发展具有实际意义。

同时，我们也感谢所有为这一领域做出贡献的作者。

4. 岩石力学与工程的未来展望随着科技的不断进步，岩石力学与工程领域的研究方法和手段也在不断更新。

未来，我们期待能够通过更先进的技术手段，如人工智能、大数据分析等，来解决岩石力学中的复杂问题。

同时，我们也期待能够有更多的跨学科合作，将岩石力学与地质学、材料科学等领域相结合，以期在更广泛的领域内取得突破。

结语岩石力学与工程领域的发展是一个不断探索和创新的过程。

随着人类对自然界的了解越来越深入，我们面临的挑战也将越来越复杂。

然而，正是这些挑战激发了我们的创造力和探索精神，推动了岩石力学与工程领域的不断进步。

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以二滩水电工程坝区地应力实测结果为例 ( 见图 5)。说明在山脚河谷附近会产生一个地应力高峰
(a) 方案 I 洞室开挖塑性区分布
区。
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岩石力学与工程学报
2015 年
性圈。各圈的能量和变形量如何计算？加锚后锚杆又能吸收多少能量？等有一定难度的问题。最好是能先让围岩有一定变形，释放一部分位能。然后。再用强力锚杆或支架加以支护。用最少的支护代价取得较好的效益。是一个效益优化问题。 2.4 硬岩工程中的危害主要是岩爆问题、围岩劈裂破坏问题。 (1) 岩爆问题。国内不少学者已做了大量工作。在实验室研究中。如何满潮院士[4]、顾金才院士等……都有专门的实验室模拟装置，得到很好的岩爆产生模拟效果。在实际工程中，如冯夏庭[5]教授、唐春安[6]教授等都做了大量研究。但在隧道开挖中，岩爆往往不在开挖面附近发生，而在其后方一定的距离处发生。说明存在滞后效应。作者的看法，今后还应在围岩能量积聚过程和流变断裂方面进一步做研究，可能需在其中列入时间效应的因子。 (2) 围岩劈裂破坏和空腔性变形先以日本学者 Hibino[7]和 Yoshida[8]等的研究来说。他们主要是通过几种现场测试手段，得到不少实测资料。得到的结果说明裂隙张开位移，对火成岩可占
第 34 卷第 4 期 2015 年 4 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.34 No.4 April，2015
当前岩石力学研究中若干关键问题的思考与认识
朱维申，赵成龙，周浩，李邦翔
(山东大学岩土与结构工程研究中心，山东济南 250061)
SOME CONSIDERATION AND RECOGNITION ON SEVERAL KEY ISSUES OF PRESENT STUDY OF ROCK MECHANICS
ZHU Weishen，ZHAO Chenglong，ZHOU Hao，LI Bangxiang，
( Geotechnical and Structural Engineering Research Center，Shandong University，Jinan，Shandong 250061，China)
Abstract：In this paper，the author puts forward its own views and suggestions in view of the several current key problems in the development of rock mechanics. First ， this paper involves the stability problem of soft surrounding rock and hard rock mass related to high ground stress. Second，it studies jointed and fractured rock masses， some nonlinear weak surrounding rock and support， which deals with the fracture mechanism of complex rock mass and the influence of construction process. Third，the role of model test method is discussed，and the model test should be mainly applied in the problems，where the numerical analysis effect is not good. Fourth，the problems existing in the numerical analysis method are discussed，giving respectively applicable conditions，the existence question and the possible solutions，especially the solving thoughts that the current discontinuous analysis method cannot solve large engineering problems. Also for complex constitutive relation of rock mass，the research idea in the future are proposed. Finally，the author puts forward his own idea and suggestions on several other hot and difficult problems，including the idea nondeterministic analysis method as the criterial rock stability and discontinuous analysis method of seepage problems for the true stress-water couple model of jointed
收稿日期：2014–12–23；修回日期：2014–12–23 基金项目：教育部博士点专项基金(20130131110033)，国家自然科学基金面上项目(41072234) 作者简介：朱维申(1932–)，男，博士生导师，1962 年毕业于波兰克拉科夫矿冶系，获工学博士学位，现为山东大学二级岗教授，主要从事岩石力学和地下工程围岩稳定性方面工作，E-mail： zhuw@。通讯作者简介：赵成龙(1976–)，男，博士研究生，2006 年毕业于山东师范大学数学与系统科学学院，讲师，主要从事岩土工程方面的教学科研工作，E-mail： jnchlzhao@ DOI：10.13722/ki.jrme.2015.04.000
Some large hydropower stations completed or to be
在我国的煤矿系统，800～1 000 m 以上埋深的开采已经相当常见。在水利工程中，埋深超过 2 000
第 34 卷第 4 期
朱维申等：当前岩石力学研究中若干关键问题的思考与认识
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应力的分布规律。结果表明，在山体坡角或坡面附近 100 至 200 m 范围内。其初始应力比想象的大很多。图 2， 3 和 4 说明了若山体坡度愈大则该效应越明显 ( 地应力侧压系数为 1.5 时 ) 。图 3 中定义
1 引
言
经建成和在建或处于规划中的海底隧道和海下石油储存库，也在不断增加。比如规划中的琼州海峡隧道和渤海湾隧道等 ( 后者将是全世界最长的海底隧道，也可能是最深的)。因此，我国岩石力学和岩石工程面临不断出现的、前所未有的新的研究热点、难点和挑战。由于作者所从事领域的局限性，先仅对其中某些关键性的难点问题谈些思考和认识。
N1 max / h ， max 为计算出的实际最大主应力，
而 h 则为用该处直接埋深算出的垂向地应力。
(b) 方案 II 洞室开挖塑性区分布
.
图2 Fig.2 不同山体坡度和洞室不同位置的剖面图图4 Fig.4
(c) 方案 III 洞室开挖塑性区分布
Geological section of different slope angles and 3 schemes of cavern location
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Байду номын сангаас
岩石力学与工程学报
2015 年
engineering rock mass should be developed. Key words：discipline development；key issues；initial stress；constitutive relation；physical and numerical simulation 余米的引水隧洞已经开建(锦屏二级引水隧洞)。已
2 作为工程荷载的高地应力问题
对地下工程，首要问题，要知道原岩应力的量级和特征。因为这是基本的工程荷载因素。 2.1 水平向地应力问题受到全球板块运动的影响，在中国，具体说主要是太平洋板块和印度洋板块的挤压作用的影响，根据我国在地学领域的统计资料，至少在 1 000 m 埋深以内。大部分地区水平向构造应力多大于垂力向应力。也即地应力侧压系数，大多在 k = 1.5～3 之间。对大型地下工程要认识到这点很重要。在工程设计阶段就要首先了解所在地的地应力量级和特征。埋深只是其中一个因素。比如大同煤矿的坚硬厚层顶板，放顶时难以垮落问题。当时(十余年之前) 煤炭系统还不大重视水平向地应力的作用问题。那时本文第一作者在武汉岩土力学所在的团队在该矿做了地应力测试，发现水平向地应力差不多是垂直埋深算得的垂直向应力的 2 倍之多。因此才认识到这乃是顶板难以放落的重要原因。 2.2 山坡坡脚处的工程我国山区多，许多大型水电地下厂房建在山谷旁，在山脚内不远处(大约为 100～400 m 水平向埋深长度 )。很多隧道开挖也开挖于河谷邻近的山体中。但其初始地应力不能只考虑工程的直接埋深。
图3
山体不同角度时 0 m 高程 N1/h 比值的变化
Fig.3 Value N1 VS. distance for elevation of 0 when slope having deferent angles
图5 Fig.5
二滩工程坝址区实测地应力分布图[2]
Distribution of in-situ stress measured in dam site of Er-Tan project[2]
摘要：本文作者对当前岩石力学发展中的若干关键问题提出了自己的看法和建议。其中首先涉及到高地应力对软弱围岩稳定性和硬质围岩的稳定性问题。第二方面涉及节理裂隙岩体和某些非线性软弱围岩及支护的研究。这其中涉及到复杂岩体的破裂机制和施工过程的影响。第三方面对模型试验方法的作用做了论述，并建议应着重在数值分析效果不佳的问题上采用模型试验。第四方面对于数值分析方法存在的问题作了评述，指出它们分别适用的条件、存在的问题和可能解决的途径。特别指出当前非连续介质分析法不能解算大工程问题的解决思路，还对复杂岩体的本构关系、今后研究的思路提出了建议。最后对其它几个热点和难点问题谈了认识和建议，包括工程岩体稳定性的判据、应发展非确定性方法作为围岩稳定性判据，及用非连续分析法分析节理岩体进行真正裂隙网络固流耦合模型的渗流问题研究等。关键词：学科发展；关键问题；地应力；本构关系；物理和数值模拟中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2015)04–0000–00