矿山岩体力学[1]课程资料
矿山岩石力学
（1） 初始阶段(19世纪末--20世纪初) 岩体力学最早起源于采矿工程，在这个阶段， 开采规模小，采深近于地表，开采空间不大，岩 石力学的问题主要是巷道顶板冒落和地下开采所 引起的地表移动。 在该阶段，岩石力学处于萌芽时期，产生了 初步理论以解决岩体开挖的力学计算问题。例如， 1912年海姆(A．Heim)提出了静水压力的理 论．他认为地下岩石处于一种静水压力状态。
安徽理工大学能源与安全学院
矿山岩石力学
主讲：高明中 教授 赵光明 副教授 博士
教材及参考书
1. 矿山岩体力学（主要教材） 高延法，张庆松主编.徐州:中国 矿业大学出版社，2000
2. 矿山岩石力学（主要教材、作业） 李通林等编著 重庆大学出 版社 1991年1月第1版 3. 岩石力学基础 耶格、库克 高教出版社 4. 矿山岩体力学 郑永学编著 冶金工业出版社 1988年10月第1版 5. 岩体力学，王文星编著 中南大学出版社 2004年10月第1版 6. 岩石力学与工程 蔡美峰主编 科学出版社 2004年8月第1版 7. 岩体力学 沈明荣主编 同济大学出版社 1999年3月第1版 8. 矿山岩体力学 高磊等编著 冶金工业出版社 1979年7 月第1版 9. 矿山岩石力学 华安增编著 煤炭工业出版社 1980年5月第1版
岩体力学形成历史
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。
同年，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，引起岩体力学工作 者的关注和研究。
•岩体结构整体综合仿真反馈系统与优化技术
岩体力学-第一章 岩石的力学特性.PPT
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
矿山岩石力学(1)
矿山岩石力学(1)
1.岩体力学研究的内容：
• 岩体的地质特征 • 岩块、结构面的力学性质 • 岩体的力学性质 • 岩体中天然应力 • 岩体中重分布应力 • 地下硐室围岩稳定性计算与评价 • 工程处理与加固
矿山岩石力学(1)
六、岩体力学与其他学科的关系
1、岩体力学与材料力学、弹塑性力学和流变力学等有着纵 向联系。人们运用这些理论使岩体力学得到发展。 2、岩体工程的围岩赋存在一定的地质环境之中。因此，岩 体力学与工程地质学、构造地质学和地质力学有着十分密 切的联系。 3.岩体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，岩体力学是各1)
2.岩体力学的研究方法
•工程地质研究法 研究岩块和岩体的地质与结构特征, 为岩体力学的进一步研究提供地质模型和地质资料。
•试验法 为岩体变形和稳定性分析计算提供必要的物理 力学参数。
•数学力学分析法 通过建立岩体力学模型和利用适当的 分析方法, 预测岩体在各种力场作用下的变形与稳定性, 为设计和施工提供定量依据 。
矿山岩石力学(1)
二、岩体的特征
岩体既不是理想的弹性体, 也不是典型的塑 性体, 既不是连续介质, 又不是松散介质, 而是 一种特殊的复杂的地质体, 这就造成了研究它的 困难性和复杂性。因此, 只用一般的固体力学理 论尚不能完善解决岩体工程中的所有问题。
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三、岩体力学的研究内容与研究方法
在此阶段更加深入地研究岩石的破坏机理。
矿山岩石力学(1)
岩石力学课程PPT学习教案
大理岩
100~ 250
板岩
60~ 200
安山岩
100~ 250
片麻岩
50~ 200
千枚岩、片岩
10~ 100
白云岩
80~ 250
灰岩
20~ 200
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§3.3 岩石的单轴抗压强度
3.3.2 岩石的单轴抗压强度
影响岩石抗压强度的因素
矿
物
成
分
结晶
程度
及颗
粒大
小
生
成
条
件
胶
结
情
况
风
化
作
用
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构面将岩体分割成各种形状和
大小不同的岩块。岩体的强度
决定于这些岩块的强度和结构
面的强度。当然，岩块本身也
有一些微结构面，但这些微结
构面甚小，肉眼不易觉察，一
般不影响供室内外试验用的完
整岩石的试件。
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§3.1 概述
复杂性
岩石的强度包括岩
块的强度和结构面的
强度，以及耦合效应
＋地质环境因素影响
验是采用同直剪试验一
样的方法制备试件；垂
压强度。
通常把抗压强度与抗拉强度的比值称为脆性度，用以表征岩石
的脆性程度。
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§3.5 岩石的抗剪强度
3.5.1 基本概念
岩石的抗剪强度就是岩石抵抗剪切滑动
的能力，它是岩石力学中需要研究的最重要
指标之一，往往比抗压和抗拉强度更有意义
。
意义：反映岩块的力学性质的重要指标
；用来估算岩体力学参数及建立强度判据。
3.4.1 试验方法
2020年矿山岩体力学知识点
2020年矿山岩石力学知识要点1 Rock mechanics and mining engineering(1)岩石力学定义/definition of rock mechanics ：(P1)(2)岩石力学固有复杂/inherent complexities in rock mechanics ：(P2-4)rock structure/岩石内部普遍存在岩石结构面，size effect ，tensile strength ，effect of groundwater ，weathering(3)岩石力学项目实施过程/implementation of a rock mechanics program ：(P7-9)(Fig ．1．3)通常按照下列五个方面依次进行，即Site characterization/，mine model formulation ，design analysis ，rock performance monitoring ，retrospective analysis ，而基于现场实测的反分析结果又进一步指导进行必要的、新的Site characterisation ，mine model formulation 和designanalysis ，改善实施效果。
2 Stress and infinitesimal strain(1)应力/stress ：(P10)the intensity of internal forces set up in a body under the influence of a set of applied surface forces ．(2)正应力/normal stress component ：(P11)应力在其作用截面的法线方向的分量。
(3)剪应力/shear stress component ：(P11)应力在其作用截面的切线方向的分量。
中国矿业大学矿山岩体力学终极版2012级重点.概要
《岩石力学》课程知识要点一、基本概念1.岩石力学及特点：岩石力学是研究岩石的力学性状的一门理论和应用科学，它是力学的一个分支，是探讨岩石对周围物理环境中力场的反应。
主要特点：1）岩体是非均质各向异性体；2）岩体内存在着初始应力场（原岩应力场）。
3）岩体内存在着裂隙系统。
岩体既不是理想的弹性体，又不是典型的塑性体；既不是连续介质，又不是松散介质，而是一种特殊的、复杂的地质体，这就造成了研究它的困难性和复杂性。
2.应力：单位面积上的内力称为“应力”，它是反映物体一点处受力程度的力学量3.正应力/normal stress component ：应力在其作用截面的法线方向的分量。
4.剪应力/shear stress component ：应力在其作用截面的切线方向的分量。
5.体力：分布在物体体积内的力。
典型的体力有重力、惯性力、电磁力等。
6.面力：分布在物体表面上的力。
典型的面力如风力、流体压力、两物体间的接触力等。
7.内力：物体本身不同部分之间相互作用的力。
8.正面：外法线沿着坐标轴的正方向的截面。
正面上的应力分量与坐标轴方向一致为正，反之为负。
9.负面：外法线是沿着坐标轴的负方向的截面。
负面上的应力分量与坐标轴方向相反为正，反之为负。
10.应力变换公式()2222()+()()l x x y y z z x y xy y z yz z x zx lm x x x y y y z z z x y y x xy y z z y yz x z z x zxl l l l l l l l l l m l m l m l m l m l m l m l m l m σσσσττττσσστττ=+++++=+++++++()2222()+()()m x x y y z z x y xy y z yz z x zx mn x x x y y y z z z x y y x xy y z z y yz x z z x zx m m m m m m m m m m n m n m n m n m n m n m n m n m n σσσσττττσσστττ=+++++=+++++++()2222()()()n x x y y z z x y xy y z yz z x zx ln x x x y y y z z z x y y x xy y z z y yz x z z x zxn n n n n n n n n l n l n l n l n l n l n l n l n l n σσσσττττσσστττ=+++++=++++++++11.主平面：单元体剪应力等于零的截面。
岩体力学复习参考资料完整版
名词解释：红色，加粗，楷体。
简答的题：蓝色，宋体，加粗。
填空的题：粉色，黑体，加粗。
选择的题：绿色，行楷，加粗。
第 0 章绪论一、地质体： 是指由岩石组成的块体及在结垢面切割下具有一定的结构和构造、 占据地球 上一定空间的实体，称为地质体。
（名-1） 二、勘察专业所研究的岩体力学问题为： 与工程活动有关的地壳浅表层岩体变形及稳定性问题：岩石边坡、岩石地 基及硐室围岩等。
第 1 章 岩体地质与结构特征1.1 概述一、岩体 1、概念： 岩体是指地质历史过程中形成的， 由岩块和结构面网络组成的， 具有一定的 结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。
是岩体力 学研究的对象。
（名-2） 2、岩体的组成由结构面网络及其所围限的岩石块体组成。
3、岩体的物理力学性质特征：非均匀、非连续、各向异性和多相性。
1.2 岩块及其特征一、概念：岩块指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元 体。
（名-3） 二、物质组成： 岩石是由具有一定结构构造的矿物集合体组成， 因此岩块的力学性质主要取 决于岩块的矿物成分及其相对含量。
三、岩块的结构与构造： 岩块的结构是指岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式及微结构面发育情 况与粒间连结方式等反映在岩块构成上的特征。
四、风化程度： 1、岩块的风化程度可用定性指标和某些定量指标表述。
2、判断岩块风化程度的定性指标主要有：颜色、矿物蚀变程度、破碎程度 及开挖锤击技术特征等。
3、判断岩块风化程度的定量指标主要有风化空隙率指标和波速指标等。
4、风化空隙率指标(Iw)是快速浸水后风化岩块吸入水的质量与干燥岩块质 量之比。
5、波速指标： （1）风化岩块纵波速度 （2）波速比：风化岩块与新鲜岩块的纵波速度比值； （3）风化系数：风化岩块与新鲜岩块的饱和单轴抗压强度比值。
1.3结构面特征一、概念：结构面（Structural Plane） 指地质历史发展过程中，在岩体 内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。
矿山岩体力学概论
5 岩石力学的基本研究内容2
（5） 岩体力学性质：变形与强度特征及其原位测试；岩 体力学参数的弱化处理与经验估计；影响岩体力学性 质的主要因素；岩体中地下水的赋存、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。 （7）工程岩体的稳定性。 （8）岩石工程稳定性维护技术。 （9）各种新技术、新方法和新理论在岩石力学中的应用。 （10）工程岩体的模型、模拟 试验与原位监测技术。
工程决策支持系统迅速发展； （4）非线性科学的应用（耗散结构论、协同论、分叉和 混沌理论）； （5）不确定性理论的应用（模糊数学、灰色理论）。
矿山岩体力学特点
（1）采深大
（2）采矿工程支护多为临时结构物 （3）采矿地下工程位置受矿物埋藏点限制
（4）采掘工作面不断移动
（5）煤矿开采煤岩经常受瓦斯气体作用与影响 1969年顿巴斯加加林煤矿，突出煤量14000 t，瓦斯25万m3。 1975年四川天府三汇坝一矿，突出煤量12780 t，瓦斯140万m3。
2 岩石力学特点
（2）多学科共同的应用基础：相关工程领域有
采矿工程 土木建筑 水利水电 铁道工程 公路工程 地质工程 地震工程 石油工程 地下工程 海洋工程。
3 岩石力学研究的主要问题
（采矿工程方面）
（1）露天采矿边坡设计及稳定加固； （2）井工开采巷道和采场围岩控制，特别是软岩巷道和
深部开采矿压控制；
of the mechanical behavior of rock and rock masses; it is that branch of mechanics concerned with the
response of rock and rock masses to the force fields of their physical environment. (美国岩石力学委员会, 1964，1974）