岩石力学-第一章01
合集下载
岩石力学
岩石力学绪论1.岩石：它是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而成的自然体。
2.岩石与岩体的区别：岩体是非均质各向异性体；岩体内部存在着初始应力场；岩体内部含各种各样的裂隙系统，处于地下环境，受地下水等因素的影响。
3.岩石结构：岩石矿物颗粒的大小、形状、表面特征、颗粒相互关系、脉结类型等。
4.岩石构造：岩石的组成部分在空间排列的情况，如岩石的层面构造、层理构造等。
第1章1.影响岩石物理力学性质的因素矿物成分，结构构造，成岩条件2.岩石的物理性质密度：单位体积的岩石的质量 ρ=m/v容重：单位体积的岩石的重量 γ＝ρg测定岩体密度可采用三种方法：（1）量积法凡能制备成规则试样的岩石可采用此法。
（2）水中称重法适用于水理性不明显的岩石试样（阿基米德原理）。
（3）蜡封法适用于有水理性的岩石。
孔隙：岩石中孔隙和裂隙的总称。
孔隙度：指岩石的裂隙和孔隙发育程度，其衡量指标为孔隙率(n)或孔隙比（e ）。
孔隙比：指岩石试件内孔隙的体积（V )与岩石试件内固体矿物颗粒的体积（Vs)之比。
3.岩石的水理性质(1)岩石的吸水性 岩石的吸水性指标有吸水率、饱水率和饱水系数。
(2)岩石的软化性 岩石在饱水状态下其强度相对于干燥状态下降低的性能，可用软化系数η表示。
c cbc σση=（3）岩石的膨胀性 岩石浸水后体积增大的性质 膨胀力 膨胀率 测定方法是平衡加压法（4）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。
耐崩解指数 Id2 干湿循环试验确定 岩石的崩解性指数反映了岩石在浸水和温度变化的环境下抵抗风化作用的能力（5）岩石的抗冻性 是指岩石抵抗冻融破坏的性能，是评价岩石抗风化稳定性的重要指标。
抗冻系数Cf 越小，岩石抗冻融破坏的能力越强（6）岩石的透水性 岩石的渗透系数一般是在钻孔中进行抽水或压水试验而测定的（7）岩石的碎胀性（8）岩石的溶蚀性4.岩石的变形：弹性塑性粘性岩石的破坏：脆性延性5.岩石的强度：岩石抵抗外力作用的能力，岩石破坏时能够承受的最大应力。
岩石力学——精选推荐
岩⽯⼒学第⼀章绪论第⼀节岩⽯与岩体的基本概念1、岩⽯：组成地壳的基本物质，他是由矿物或岩屑在地质作⽤下按⼀定规律凝聚⽽形成的⾃然地质体。
岩⽯分⼴义和狭义岩⽯，⼴义岩⽯即岩体，狭义岩⽯是岩块。
2、岩块：不含显著弱⾯的较均质的岩⽯块体，把岩块看成连续的、均质的、各项同性的弹性体。
有⾃然和⼈⼯之分。
3、岩体：⼀定范围内的⾃然地质体。
由岩块和各种不连续⾯组成的。
4、岩体特征：1>边界根据⼯程情况确定、2>岩体经地质作⽤内部保留了各种永久变形和各种地质构。
3>⾄今还受到地应⼒、⽔、温度等影响。
5、岩体存在不连续⾯是岩体和岩块的重要区别。
6、岩体特征、属性是：⾮连续的、⾮均质的、各向异性的⾮弹性体。
7、、岩体结构是指：岩体中结构⾯和结构体的排列组合特征，他包括两个要素和结构单元，即结构⾯和结构体。
结构⾯：在岩体内形成的具有⼀定延伸⽅向和长度，厚度相对较⼩的地质界⾯或带，即强度低、易变性的⼆维⾯，即弱⾯。
主要包括物质分异⾯和不连续⾯。
8、结构体：指有结构⾯在岩体中切割⽽成的⼏何体。
9、岩体结构分类：依据岩⼟⼯程勘探规范将岩体结构分为整体状结构、层状结构、块状结构、破碎状结构和散体状结构。
反映岩体的不连续性和不均⼀性特征。
7、岩⽯⼒学：研究岩⽯或岩体在⼒的作⽤下发⽣的变形、破坏、移动规律的理论及实际应⽤的学科。
8、岩⽯⼒学的⽤途、分⽀：1>⼯程岩⽯⼒学。
采矿，建筑等。
2>构造岩⽯⼒学。
找矿、地震预报。
3>破碎岩⽯⼒学。
9、⼯程岩⽯⼒学的⽬的、任务：准确预测岩体的变形和稳定，进⾏正确的⼯程设计，保证良好的⼯程质量，以达到⼯程的经济、安全的正常运营。
10、⼯程岩⽯⼒学分：地⾯⼯程和地下⼯程。
第⼆章岩⽯的物理⼒学性质1、岩⽯的成分：影响岩⽯⼒学性质主要之⼀2、五⼤造岩类岩⽯：1>氧化性岩⽯，⽯英。
2>硅酸岩类：⾓闪⽯，辉⽯，云母。
⼒学性质好。
3>碳酸岩类：⽅解⽯，⽩云母，⼒学性质较好。
岩体力学-第一章 岩石的力学特性.PPT
第一章 岩石的力学特性
本章内容：
岩石的应力－应变关系(静力学瞬时和长期荷载荷载作用下); 岩石弹性参数确定;岩石的本构关系;岩石的破坏准则; 以及介绍影响岩石力学性质因素，常见岩石试验方法。
本章重点与难点：强度与变形特征 １.１ 静力学特性 １.２ 流变特性 １.３ 影响岩石力学性质的因素 １.４ 破坏判据
c c1 0.778 0.222 h
d
1
2
2.5
3
h/d
13
点荷载强度指标(point load strength index)：
P D2 c ——为h/d为2的试件单轴抗压强度
c 24 I s I s
I s ——点荷载强度指标，
普通材料试验机： 柔性试验机； 刚度较小； 不能控制荷载和变形； 只能做出岩石受力在达 到极限强度以前的变形 特征。
类型Ⅰ弹性的
类型Ⅱ 弹塑性的
类型Ⅲ 塑弹性的
类型Ⅳ 塑－弹－塑性的
类型Ⅴ 塑－弹－塑的
类型Ⅵ 弹－塑－蠕变的
4
类型Ⅰ：直线型； 包括玄武岩，石英岩，辉绿岩，白云岩和非常坚硬的石灰岩 类型Ⅱ：直线＋弯曲下降； 石灰岩，粉砂岩，凝灰岩等致密但岩性较软的岩石 类型Ⅲ：下凹＋直线 ； 花岗岩和砂岩等具有孔隙和微裂隙坚硬岩石 类型Ⅳ：Ｓ型直线陡且长，曲线较短 坚硬致密的变质岩，如大理岩，片麻岩等 类型Ⅴ：Ｓ型直线平且短，曲线长； 压缩性较高的岩石，片岩在垂直片理方向受压 类型Ⅵ：直线＋弯曲； 盐岩
2P d2 d 2a
0.8 0.7 0.6 0.5
抛物线型压力分布 均匀压力分布 常位移条件压力分布 光弹试验
t
2P dh
P t 0.3 0.2 A
本章内容：
岩石的应力－应变关系(静力学瞬时和长期荷载荷载作用下); 岩石弹性参数确定;岩石的本构关系;岩石的破坏准则; 以及介绍影响岩石力学性质因素，常见岩石试验方法。
本章重点与难点：强度与变形特征 １.１ 静力学特性 １.２ 流变特性 １.３ 影响岩石力学性质的因素 １.４ 破坏判据
c c1 0.778 0.222 h
d
1
2
2.5
3
h/d
13
点荷载强度指标(point load strength index)：
P D2 c ——为h/d为2的试件单轴抗压强度
c 24 I s I s
I s ——点荷载强度指标，
普通材料试验机： 柔性试验机； 刚度较小； 不能控制荷载和变形； 只能做出岩石受力在达 到极限强度以前的变形 特征。
类型Ⅰ弹性的
类型Ⅱ 弹塑性的
类型Ⅲ 塑弹性的
类型Ⅳ 塑－弹－塑性的
类型Ⅴ 塑－弹－塑的
类型Ⅵ 弹－塑－蠕变的
4
类型Ⅰ：直线型； 包括玄武岩，石英岩，辉绿岩，白云岩和非常坚硬的石灰岩 类型Ⅱ：直线＋弯曲下降； 石灰岩，粉砂岩，凝灰岩等致密但岩性较软的岩石 类型Ⅲ：下凹＋直线 ； 花岗岩和砂岩等具有孔隙和微裂隙坚硬岩石 类型Ⅳ：Ｓ型直线陡且长，曲线较短 坚硬致密的变质岩，如大理岩，片麻岩等 类型Ⅴ：Ｓ型直线平且短，曲线长； 压缩性较高的岩石，片岩在垂直片理方向受压 类型Ⅵ：直线＋弯曲； 盐岩
2P d2 d 2a
0.8 0.7 0.6 0.5
抛物线型压力分布 均匀压力分布 常位移条件压力分布 光弹试验
t
2P dh
P t 0.3 0.2 A
岩石力学_第一章
霍布斯〔Hobbs〕对一组煤系地层中的岩石〔如粉 砂岩、页岩、泥岩、石灰岩〕和强度为61-206MPa 的砂岩做了蠕变试验，得出第一、二阶段蠕变经验 公式
g, K, f——分 别为常数。
(t )
Ec
g f t K log(t 1)
平均增量 模量
罗伯逊(Roberstson)根据凯尔文模型通过实际试验 曲线校正，得出岩石在恒定荷载下的蠕变半经验公 瞬时弹性 蠕变 式： 应变
系数
(t ) e A ln t
A的取值：①在单轴压缩时
A E
nc
②在三轴压缩时
3 A 1 2G
nc
蠕变指数， 在低应力时 为1～2，在 高应力时为 2～3
3.指数函数
伊文思〔Evans〕对花岗岩、砂岩、板岩的研究得出
n 0 .4
例如，牛 顿流体
根据岩石的变形与破坏关系，还可以将岩石 性质划分为脆性和延性。
脆性是指物体受力后，变形很小时就发生破裂的性 质
破坏前总应变小，应力－应变 曲线上负坡较陡反之为延性
工程上一般以5％为标准进行划分， 总应变小于5％者为脆性材料反之为 延性材料
延性是指物体能承受较大变形而不丧失其承载力 的性质。
0
eG
0
O
0
e
0
G
0
O
t0
T
t
t
K体蠕变曲线〔应变与时间关系〕
3．粘弹性体 或称伯格(J.K.Burgers)体，简称Bu体
Bu M K (H N ) (H N )
K M K M
K M
K G2 K 2 K
岩石力学第1章 绪论.ppt
二、岩体的特征 1、岩体是非均质各向异性的材料
2、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。
3、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。
当岩体应力超过其强度时，就会使原有断裂进一步扩 展，形成新的断裂。而旧断裂的扩展与新断裂的形成，又 均会导致岩体内的应力重新分布。
而计算机的发展使用有限元、边界元、离散元等解算岩石力学 问题得以实现。
20世纪70年代以后岩石力学发展比较迅速，岩石力学测试技术 不断完善，应力解除法可测试深部岩体应力。
刚性压力机的出现，可测试应力－应变全过程曲线，从而更深 刻的揭示了岩石的力学特性。
岩石力学已逐渐形成完整的科学体系作为力学的一个分枝，成 为一门独立的力学学科，服务于岩体工程。
岩石力学形成历史
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。
1951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，引起岩石力学界的关注和研究。 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。
3、岩石力学与工程的联系
岩石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，岩石力学是各种岩体工程学科的专业理论基础。
岩石力学的分支学科
工程岩体力学
------为各类建筑工程及采矿工程等服务的岩石力学，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。
岩体力学ppt课件01
第一章 绪 论
2.分支学科
岩 体 力 学
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。
第一章 绪 论
岩 体 力 学
四、岩体力学与其它学科的关系
1.与工程地质学的关系
岩石力学与地质尤其与工程地质关系十分密切。因为与工程 有关的岩石或岩体处于一定的地质环境中，岩石或岩体的力 学性状受地质环境的制约和影响，岩石或岩体的力学特性的 宏观判断离不开工程地质条件的认识。事实上，世界上很多 岩体工程的失事，大都不是由于计算错误，而是由于对工程 地质条件、岩体条件的判断失误所造成的，如上述的意大利 瓦依昂水库的滑坡。同样，从事工程地质工作也需要有岩石 力学的基本理论和知识来指导，使工程地质更好地为工程建 设服务。 2.与其它学科的关系 岩石力学与数学、物理、工程力学、弹性力学的关系很密切， 需要用到这些方面的理论和知识。
岩 体 力 学
2000年4月6日武汉烽火村乔木湾发生地面塌陷， 4小时内发生大小陷坑19处，2栋楼房塌进陷坑， 16栋楼房不同程度开裂、破损，为1977年来武汉 市内发生的6起塌陷中规模最大的一次。
岩 体 力 学
1980年6月3日5点35分，湖北远安盐池河磷 矿发生岩崩，摧毁整个盐池河矿务局，死亡 284人。
第一章 绪 论
岩 体 力 学
三、研究内容与研究方法
1.研究内容 以边坡为例
《岩石力学》课件
岩石坚固性系数(普氏系数)f：
f c
10
P
P
裂纹扩展示意图
大理石
1—端面有摩擦； 2—端面有插入物； 3—端面有润滑。
粗砂岩
P P
试件尺寸对完整岩石强度的影响
试件相对含水率对岩石抗压强度的影响 P
P
石英质页岩
石英质砂岩
岩石抗拉强度
P
直接拉伸法
t
P A
10
式中：σt——岩石抗拉强度，MPa； P——试件拉伸破坏载荷，kN； A——试件横截面积，cm2。
加工精度：GB/T23561.13—2010 《煤岩物理力学性质测定方法》
岩石的基本物理性质指标 岩石视密度：沉积岩ρ视=2500~2700(kg/m3)，通常为2600(kg/m3)；
煤层ρ视=1200~1400(kg/m3)，通常为1300(kg/m3)。
单轴压缩下岩石的变形性质
P
岩石的模量
——岩石内摩擦角， (°)。
岩石抗剪强度试验
1——正压力；2——测力计；3——粘接剂；4——球形接头；5——剪力
岩石试件三轴压力室结构图 von Karman曲线，1911
Tennessee大理石三轴试验的应力应变曲线
1 1
P
有效应力定律： 2 2
3 3
μ—孔隙压力
P
1:σ3=34.5MPa; μ=6.9MPa。
斜截面上的应力
单元体的应力状态和Mohr应力圆
1 2
x
y
1 2
x
y
c os 2
1 2
x y
sin 2
OC
CD cos2
1 2
x
y
1 2
岩石力学课程本175页PPT
→ G Ss sws v
s G s
→
n(1(4c s )Gs)10000
• 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)
w ws
10000
(wwnws)
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
岩石力学-第一章01
2013-4-24
《岩石力学》
5
岩石力学在岩体工程中的应用
地下硐室围岩的稳定性研究
应 • 力分布 围 • 岩变形 围 • 岩压力 围 • 岩加固 岩坡的稳定性研究 稳 • 定性 应 • 力分布、变形和破坏 岩 • 坡的失稳 岩基的稳定性研究 应 •力 变 •形 承 • 载力 稳 • 定性
21
常见岩石和矿物
安山质凝灰岩
角砾岩
流纹岩
22
流纹岩
常见岩石和矿物
片麻岩
礁灰岩
玄武岩
23
浮石
常见岩石和矿物
白云母
方解石
黑云母
24
黄铁矿
常见岩石和矿物
黄铜矿
石英
石墨
25
石盐
常见岩石和矿物
石膏
萤石
辉锑矿
26
自然硫
岩浆岩、沉积岩和变质岩的地质特征表
岩
地质特征
类
岩浆岩
沉积岩
变质岩
除具有变质前原来岩石的矿 物，如石英、长石、云母、 角闪石、辉石、方解石、白 云石、高岭石等外，尚有经 变质作用产生的矿物，如石 榴子石、滑石、绿泥石、蛇 纹石等
19
矿物的基本概念
解理、断口——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。 极完全解理：极易裂开成薄片，解理面大而完整、平滑光亮，如云母。 完全解理：常沿解理方向开裂成小块，解理面平整光亮，如方解石。 中等解理：既有解理面，又有断口，如正长石。 不完全解理：常出现断口，解理面很难出现，如磷灰石。
主要矿物 成分
全部为从岩浆中析出的原生 次生矿物占主要地位，成分 矿物，成分复杂，但较稳定。单一，一般多不固定。常见 浅色的矿物有石英、长石、 的有石英、长石、白云母、 白云母等；深色的矿物有黑 方解石、白云石、高岭石等 云母、角闪石，辉石、橄榄 石等
《岩石力学》
5
岩石力学在岩体工程中的应用
地下硐室围岩的稳定性研究
应 • 力分布 围 • 岩变形 围 • 岩压力 围 • 岩加固 岩坡的稳定性研究 稳 • 定性 应 • 力分布、变形和破坏 岩 • 坡的失稳 岩基的稳定性研究 应 •力 变 •形 承 • 载力 稳 • 定性
21
常见岩石和矿物
安山质凝灰岩
角砾岩
流纹岩
22
流纹岩
常见岩石和矿物
片麻岩
礁灰岩
玄武岩
23
浮石
常见岩石和矿物
白云母
方解石
黑云母
24
黄铁矿
常见岩石和矿物
黄铜矿
石英
石墨
25
石盐
常见岩石和矿物
石膏
萤石
辉锑矿
26
自然硫
岩浆岩、沉积岩和变质岩的地质特征表
岩
地质特征
类
岩浆岩
沉积岩
变质岩
除具有变质前原来岩石的矿 物，如石英、长石、云母、 角闪石、辉石、方解石、白 云石、高岭石等外，尚有经 变质作用产生的矿物，如石 榴子石、滑石、绿泥石、蛇 纹石等
19
矿物的基本概念
解理、断口——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。 极完全解理：极易裂开成薄片，解理面大而完整、平滑光亮，如云母。 完全解理：常沿解理方向开裂成小块，解理面平整光亮，如方解石。 中等解理：既有解理面，又有断口，如正长石。 不完全解理：常出现断口，解理面很难出现，如磷灰石。
主要矿物 成分
全部为从岩浆中析出的原生 次生矿物占主要地位，成分 矿物，成分复杂，但较稳定。单一，一般多不固定。常见 浅色的矿物有石英、长石、 的有石英、长石、白云母、 白云母等；深色的矿物有黑 方解石、白云石、高岭石等 云母、角闪石，辉石、橄榄 石等
岩石力学-岩石物理力学性质
（1）承压板端部的摩擦力及其刚度（加垫块的依据） （2）试件的形状和尺寸
形状：圆形试件不易产生应力集中，好加工 尺寸：大于矿物颗粒的10倍； φ50的依据 高径比：研究表明；h/d≥(2－3)较合理 （3）加载速度 加载速度越大，表现强度越高 我国规定加载速度为0.5 －1.0MPa/s （4）环境 含水量：含水量越大强度越低；岩石越软越明显，对泥岩、 粘土等软弱岩体，干燥强度是饱和强度的2－3倍。 温度度：180℃以下部明显：大于180℃，湿度越高强度越 小。
计算公式：由弹性力学Boursinesq公式
σt
=
2P πdt
劈裂破坏时最大压力 岩石圆盘试件厚度
岩石圆盘试件直径
①荷载沿轴向均匀分布 要求
②破坏面必须通过试件的直径 注：①端部效应 ②并非完全单向应力
由巴西人Hondros提出
抗弯法（梁的三点弯曲试验）
梁边缘到中性轴的距离
σ t = MC / I 梁截面绕中性轴的惯性矩
岩石单轴抗压强度
试验施加的围压
S ''' c
=
Sc
+
1+ 1−
sin sin
ϕ ϕ
σa
岩石三轴抗压强度
岩石内摩擦角
粘聚力 内摩擦角
Mohr’s strength envelop
1.4.1.4点荷载强度指标(point load strength index)
是上世纪发展起来的一种简便的现场试验方法。 试件：任何形状，尺寸大致5cm，不做任何加工。 试验：在直接带到现场的点荷载仪上，加载劈裂破坏。
岩石三向压缩强度的影响因素
（1）侧压力的影响 围压越大，轴向压力越大
(2)加载途径对岩石三向压缩强度影响(下图)
形状：圆形试件不易产生应力集中，好加工 尺寸：大于矿物颗粒的10倍； φ50的依据 高径比：研究表明；h/d≥(2－3)较合理 （3）加载速度 加载速度越大，表现强度越高 我国规定加载速度为0.5 －1.0MPa/s （4）环境 含水量：含水量越大强度越低；岩石越软越明显，对泥岩、 粘土等软弱岩体，干燥强度是饱和强度的2－3倍。 温度度：180℃以下部明显：大于180℃，湿度越高强度越 小。
计算公式：由弹性力学Boursinesq公式
σt
=
2P πdt
劈裂破坏时最大压力 岩石圆盘试件厚度
岩石圆盘试件直径
①荷载沿轴向均匀分布 要求
②破坏面必须通过试件的直径 注：①端部效应 ②并非完全单向应力
由巴西人Hondros提出
抗弯法（梁的三点弯曲试验）
梁边缘到中性轴的距离
σ t = MC / I 梁截面绕中性轴的惯性矩
岩石单轴抗压强度
试验施加的围压
S ''' c
=
Sc
+
1+ 1−
sin sin
ϕ ϕ
σa
岩石三轴抗压强度
岩石内摩擦角
粘聚力 内摩擦角
Mohr’s strength envelop
1.4.1.4点荷载强度指标(point load strength index)
是上世纪发展起来的一种简便的现场试验方法。 试件：任何形状，尺寸大致5cm，不做任何加工。 试验：在直接带到现场的点荷载仪上，加载劈裂破坏。
岩石三向压缩强度的影响因素
（1）侧压力的影响 围压越大，轴向压力越大
(2)加载途径对岩石三向压缩强度影响(下图)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
•过于追求“精确”
2020/4/4
《岩石力学》
3
➢ 地质力学理论
不足：•过分强调节理、裂隙作用
•过分依赖经验、忽视理论
现代发展阶段(20世纪60年代~现在)
➢ 复杂多样的力学模型；
➢ 各种理论、方法的应用，特别是非线性理论的应用；
➢ 建立了自己的分析原理和计算方法
•损伤力学
•离散元
•DDA法
•流形法
14
1.6 岩土的成因类型及其工程地质特征
地壳 地球，赤道半径（6378.140km），两极半径（6356.779km）。 大约有70.8%的面积海域，有29.2％的面积为陆地。 由地壳、地幔、地核组成。
地球内部构造
1-地壳；2-地幔；3-地核；4-液态外部地核； 51-固5 态内部地核；6-软流圈；7-岩石圈
2020/4/4
《岩石力学》
6
研究方法
➢ 工程地质研究方法 ➢ 科学实验方法 ➢ 数学力学分析方法
•力学模型 •分析方法
⊙数值分析方法 ⊙模糊聚类和概率分析
⊙模拟分析 ➢ 整体综合分析方法
•采用多种方法并考虑多种因素 •采用确定性分析方法与不确定性研究方法
2020/4/4
《岩石力学》
7
1.4 地下工程的特点
第一章 绪论
1.1岩石力学定义 岩石力学的学科性质
➢ 新兴学科 ➢ 边缘学科 ➢ 应用性和实践性很强的应用基础学科
岩石力学应用范围
➢ 与岩石工程相关的工程领域
岩石力学定义
➢ 研究岩石的力学性状（behaviour）的一门理论科学， 同时也是应用科学；
➢ 是力学的一个分支； ➢ 研究岩石对于各种物理环境的力场所产生的效应；
•扰动状态概念理论
➢ 不确定性分析研究方法和理论体系
➢ 系统科学
2020/4/4
《岩石力学》
4
1.3岩石力学的研究范畴和内容、研究方法
研究范畴和内容
➢ 岩体的地质力学模型及其特征
➢ 岩石与岩体的物理力学性质
➢ 研究岩体起始应力状态以获取地下结构及围岩稳定 性分析所必须的外荷载条件
➢ 岩体中开挖卸载引起岩体应力状态的重分布及围岩 应力集中的计算理论、计算方法，围岩稳定性的评 价、预测以及由此引起的支护原理、支护方式、方 法，支护结构体系的设计计算理论和方法
地下工程结构在一定条件下出现围岩抗力；
几何不稳定结构在地下可以是稳定的；
2020/4/4
《岩石力学》
8
1.5 影响因素与约定
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；
2000 [7] 《岩石力学基础教程》，侯公羽 主编，机械工业出版社，2011、1 [8] 《Engineering Rock Mechanics》，上、下卷（中译本）J.A.
Hudson; J.P. Harrison 著，冯夏庭等译，科学出版社，2009 [9] 《岩体力学性质》，李先炜 编，煤炭工业出版社，1990
➢ 构造：组成成分的空间分布及其相互间排列关系；
约定
➢ 岩石为不分“岩体”和“岩块”时的统称； ➢ 岩体=岩块+弱面 ➢ 岩体中由弱面分割包围的即是岩块；
2020/4/4
《岩石力学》
9
主要参考书
[1] 《岩石力学与工程》，蔡美峰 主编，科学出版社，2002 [2] 《高等岩石力学》，周维垣主编，中国水利水电出版社，1990 [3] 《岩石力学基础》，张清、杜静编著，中国铁道出版社，1997 [4] 《岩石力学简明教程》，李世平等编．北京：煤炭 工业出版社，1996 [5] 《岩体力学》，沈明荣主编．上海：同济大学出版社，1999 [6] 《矿山岩体力学》，高延法、张庆松编著，中国矿业大学出版社，
➢ 施工工艺、施工方法、施工过程对岩体工程稳定性 的影响及其优化
2020/4/4
《岩石力学》
5
岩石力学在岩体工程中的应用
➢ 地下硐室围岩的稳定性研究
•应力分布
•围岩变形
•围岩压力
•围岩加固
➢ 岩坡的稳定性研究
•稳定性
•应力分布、变形和破坏
•岩坡的失稳
➢ 岩基的稳定性研究
•应力
•变形
•承载力 •稳定性
2020/4/4
《岩石力学》
1
Hale Waihona Puke 建议的定义➢ 由于岩石力学性质不确定性和复杂性 ➢ 岩石力学是一门认识和控制岩石系统的力学行为和
工程功能的科学。
研究岩石力学的目的
➢ 地下工程事故中，约1/3—1/2是由于支护不当或支护 不及时造成的；
➢ 井巷工程成本中，支护及维护费用约占40—60%； ➢ 目的：科学、合理、安全地维护井巷的稳定性，降
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；
地下工程是先受力(原岩应力)，后挖洞(开巷)； 深埋巷道属于无限城问题，影响圈内自重可以
忽略；
大部分较长巷道可作为平面应变问题处理；
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；
地下工程结构容许超负荷时具有可缩性；
低维护成本，减少支护事故。
2020/4/4
《岩石力学》
2
1.2岩石力学的发展和概貌
初级阶段（19世纪末~20世纪初）
➢ 海姆净水压力假说
➢ 朗金假说
➢ 金尼克假说
经验理论阶段（20世纪初~20世纪30年代）
➢ 普氏理论
➢ 太沙基理论
经典理论阶段
➢ 连续介质理论
不足：•忽视地应力的作用
•忽视施工过程（时变性）
10
11
12
13
国内、外有关岩石力学的主要杂志
（1）《国际岩石力学与采矿科学》（International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences）主编：Zimmeman，名誉主编： Hudson；Pergamon出版社和Elsevier Science出版社出版；SCI、EI收录 （2）《岩石力学与岩石工程》（Rock Mechanics and Rock Engineering） 主编：Kovari和Einstein；Springer—Verlag出版; SCI、EI收录 （3）《岩石力学与工程学报》中国岩石力学与工程学会主办，科学出版 社出版； EI收录 （4）《岩土力学》中科院武汉岩土力学研究所主办； EI收录 （5）《岩土工程学报》中国土木工程学会主办； EI收录 （6）《地下空间与工程学报》中国岩石力学与工程学会、重庆大学办；