第 8 章 岩石流体力学
• • • • • 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 概论 岩石流体力学特性 岩石流体力学基础 岩体---液体耦合力学模型及解法 岩体--液体耦合力学模型及解法 岩体---气体耦合力学模型及解法 岩体--气体耦合力学模型及解法
第 8 章 岩石流体力学
8.1 概述
• 岩石流体力学 (固流耦合）(Rock 固流耦合）
第 8 章 岩石流体力学
8.1 概述
• 社会实践推动了相关科学研究的发展 • • • • • • 1）石油、天然气、煤层气开采 石油、天然气、 环境工程：核废料、 2）环境工程：核废料、高污染化学废料 3）地震科学： 地震科学： 水利、 4）水利、水电工程 煤矿开采：瓦斯问题， 5）煤矿开采：瓦斯问题，水突出问题 地热开采：常规地热、 6）地热开采：常规地热、高温岩体地热 HDR） （HDR）
第 8 章 岩石流体力学
8.2 岩石流体力学特性
8.2.1 流体与骨架的性质
• 1) 流体的基本性质 • A) 密度: 定义为流体单位体积的质量.随压力 密度: 定义为流体单位体积的质量. (p)热力学温度(T)变化 热力学温度(T)变化. (p)热力学温度(T)变化. • 状态方程: ρ= ρ(p,T) 或 f(ρ,p,T)=0 状态方程: f(ρ • 单位:物理单位制: ML-3 单位:物理单位制: • 工程单位制: FT2L-4 工程单位制: • 真实气体: ρ= p/Z(p,T)RT 真实气体: • 理想气体: ρ= p/RT 理想气体:
第 8 章 岩石流体力学
8.2.1 流体与骨架的性质
• 1) 流体的基本性质 • 流体的压缩系数:压缩系数就是当物质承受法向 流体的压缩系数: 压力或法向张力变化时,其体积(和密度) 压力或法向张力变化时,其体积(和密度)变化的 度量. 度量. • 压缩系数的倒数称为弹性模量. 压缩系数的倒数称为弹性模量.
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流体
8.2.1 流体与骨架的性质 • 1 流 体 的 基 本 性 质 ) ) ) )
第 8 章 岩石流体力学
8.2.1 流体与骨架的性质
• • • • • • • 1) 流体的基本性质 重率γ 定义为流体单位体积的重量。 重率γ: 定义为流体单位体积的重量。 γ =ρg 单位: 物理单位制(M,L,T), 的量纲ML 单位: 物理单位制(M,L,T), γ 的量纲ML-2T-2 工程单位制(F,L,T) 的量纲FL 工程单位制(F,L,T) ρ的量纲FL-3 比重或相对密度: 比重或相对密度: 液体比重为4 时液体密度与纯水密度之比. 液体比重为4°C时液体密度与纯水密度之比. 气体规定温度下气体密度与氢气或空气密度之 比. • 单位:cm.g.s制中,密度单位:g/cm3 重率 单位:cm.g.s制中,密度单位:g/cm :cm.g.s制中 dyn/cm3
第 8 章 岩石流体力学
8.2.1 流体与骨架的性质
• • • • • • 1) 流体的基本性质 黏度的单位: 黏度的单位 运动黏度 ν=µ/ρ µρ 量纲:L 量纲 2T-1, 或 FL-2T 厘米克秒制中单位:厘米 秒 厘米克秒制中单位 厘米2/秒=cm2/s 1 cm2/s称为 斯托克斯 常用单位为厘斯托克斯 称为1斯托克斯 常用单位为厘斯托克斯. 称为 斯托克斯,常用单位为厘斯托克斯
第 8 章 岩石流体力学
8.2.1 流体与骨架的性质
• 1) 流体的基本性质 • B)黏度 牛顿流体 黏度: 黏度 牛顿流体:
τ xy = µ ∂u/ ∂ y
第 8 章 岩石流体力学
8.2.1 流体与骨架的性质
• 非牛顿流体:不服从方程(1)的流体都是非牛顿 非牛顿流体:不服从方程(1)的流体都是非牛顿 (1) 流体.所有气体及其简单液体都是非牛顿流体. 流体.所有气体及其简单液体都是非牛顿流体. • A)Bingham塑性流体 A)Bingham塑性流体 • B)假塑性流体 B)假塑性流体 • C)胀流性流体 C)胀流性流体 • D)触变性流体 D)触变性流体 • E)流变性流体 E)流变性流体
qx kxx kxy kxzJx qy = kyx kyy kyzJy q k k k J z zx zy zz z
第 8 章 岩石流体力学
8.2.2 岩体渗流物性方程
• • • • • • • • 1) 线性渗流的物性方程 Darcy定律的适用范围 雷诺数表示: 定律的适用范围: Darcy定律的适用范围: 雷诺数表示:Re=qd/ν ν 层流区:1--10 层流区 低流速,粘滞力 低流速 粘滞力 过渡区:<100 过渡区 惯性力起主要 作用 紊流区
1 du 1 dρ = β =u dp ρ dp
第 8 章 岩石流体力学
8.2.1 流体与骨架的性质
• 2) 孔隙岩体的基本性质 • 孔隙率与有效孔隙率: 孔隙率与有效孔隙率: • 有效孔隙率定义为介质中相互连通的孔隙(即有 有效孔隙率定义为介质中相互连通的孔隙( 效孔隙)的体积与介质总体积比值. 效孔隙)的体积与介质总体积比值. • ne=(Uv)e/Ub, (Uv)e+(Uv)ne=Uv
[(1cm /s)/cm ] •1cP 1d = 1atm/cm
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• 对于摄氏20度的水,可做如下换算 对于摄氏20度的水, 20度的水 • 1d=9.8697×10-9CM2=9.613 ×10-4CM/S 1d=9.8697× • 许多情况下用md, 许多情况下用md, 1md=10-3d
第 8 章 岩石流体力学
8.2.2 岩体渗流物性方程
• 2) 非线性渗流规律(水) 非线性渗流规律( • Jones(1975)提出碳酸钙岩石裂隙渗透系数公式: Jones(1975)提出碳酸钙岩石裂隙渗透系数公式: 提出碳酸钙岩石裂隙渗透系数公式
K = K 0 [log(Ph /P)]
• Louis
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Peuga(1976)提出应力对渗透系数的影响: Peuga(1976)提出应力对渗透系数的影响: 提出应力对渗透系数的影响 K = K 0 exp( ασ ) σ = γ H - p • 赵阳升等: K = aexp(-b Θ + cp) Θ = σ 1 + σ 2 + σ 3 赵阳升等: • 式中:a,b,c为常数.p为平均孔隙压,MPa, K的单 式中:a,b,c为常数.p为平均孔隙压,MPa, K的单 :a,b,c为常数.p为平均孔隙压 位取cm/s,或对于水可换算为md. cm/s,或对于水可换算为 位取cm/s,或对于水可换算为md.
第 8 章 岩石流体力学
8.2.1 流体与骨架的性质
• 2) 孔隙岩体的基本性质 • 比面: 多孔介质的比面(M)定义为单位体积多 (M)定义为单位体积多 比面: 多孔介质的比面(M) 孔介质(Ub)内所有颗粒的总表面积(As): 孔介质(U 内所有颗粒的总表面积(A • M=As/Ub, [M]=L-1 • 基本特征:细粒的表面比粗粒的大的多.砂岩的 基本特征:细粒的表面比粗粒的大的多. 比面为1500cm 无烟煤最大为287m 比面为1500cm2/cm3, 无烟煤最大为287m2/g. • 比面的测定方法: 统计法; 吸附法; 湿热法 比面的测定方法: 统计法; 吸附法; • 比面特征的模拟:门杰海绵,席尔宾斯基地毯 比面特征的模拟:门杰海绵,
第 8 章 岩石流体力学
8.2.2 岩体渗流物性方程
• 1) 线性渗流的物性方程 • 水力传导系数与渗透率 • Darcy定律中的比例系数K称为水力传导系数或渗 Darcy定律中的比例系数K 定律中的比例系数 透系数。在各向同性介质中， 透系数。在各向同性介质中，水力传导系数定义 为单位水力梯度的比流量， 为单位水力梯度的比流量，它是一个表示多孔介 质输运流体能力的标量(量纲L/T 质输运流体能力的标量(量纲L/T)。 • 特征：与流体及骨架的性质有关。流体性质为密 特征：与流体及骨架的性质有关。 动力黏度或运动粘度；骨架性质为粒径分布， 度，动力黏度或运动粘度；骨架性质为粒径分布， 颗粒、形状、比表面、弯曲率、孔隙率等。 颗粒、形状、比表面、弯曲率、孔隙率等。 • 水力传导系数 K=kγ/µ=kg/ν K=kγ =kg/ν • k（量纲L2）叫多孔骨架的渗透率或内在渗透率， 量纲L 叫多孔骨架的渗透率或内在渗透率， 仅与骨8.2.2 岩体渗流物性方程
• 2) 非线性渗流规律
第 8 章 岩石流体力学
8.2.2 岩体渗流物性方程
3D应力下 应力下, 2) 非线性渗流规律 3D应力下,孔隙裂纹气体 渗流规律
第 8 章 岩石流体力学
8.2.1 流体与骨架的性质
• • • • • • • • • 1) 流体的基本性质 黏度的单位: 黏度的单位 动力黏度µ量纲:ML-1T-1, 或 FL-2T 动力黏度µ量纲 厘米克秒制中: 厘米克秒制中: 1泊(P)=1达因秒 厘米2 达因秒/厘米 泊 达因秒 =(克厘米 秒2)*(秒/厘米 克厘米-1秒-1 克厘米/秒 秒 厘米 厘米)=克厘米 克厘米 1厘泊 厘泊(cP)=0.01P, 20 °C水的动力黏度为1cP. 水的动力黏度为1cP. 厘泊 国际标准单位:帕斯卡. 国际标准单位:帕斯卡.秒(Pa.s), 换算关系 1P=0.1Pa.s
第 8 章 岩石流体力学
8.2.2 岩体渗流物性方程
• 1) 线性渗流的物性方程 • 水力传导系数与渗透率单位 • 在米制单位中：渗透率单位cm2或m2，对于摄氏 在米制单位中：渗透率单位cm 20度的水 度的水， 相当于： 20度的水，K=1cm/s 相当于：k=1.02*10-5cm2 • 工程中：渗透率单位达西（d） 工程中：渗透率单位达西（ • 公式：k=（Q/A） µ/(△p/△x) 公式：k=（Q/A） /(△p/△
Fluid mechanics) [Louis C. 1974 提 出岩石水力学, 出岩石水力学, Rock Hydraulics)
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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。
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岩石力学
二、岩石力学学科的形成及定义
1951年，J. Stini 和 L. Müller等在 Salzburg发起和举行了以岩体力 学为主题的第一次国际岩石力学讨论会，为把工程地质与力 学相结合、为建立岩石力学这门边缘学科跨出了重要的一步， 并创办了《Geologie und Bauwesen》，1962年改名为《Rock Mechanics & Rock Engineering》 1956年4月，在美国的科罗拉多矿业学院举行的一次专业会议上， 开始使用“岩石力学”这一名词，并由该学院汇编了“岩石 力学论文集”。在论文集的序言中说：“它是与过去作为一 门学科而发展起来的土力学，有着相似的概念的一门学科， 对这种有关岩石的力学方面的学科，现取名为岩石力学”。 1957年在巴黎出版的塔洛布尔（J. Talobre）的专著“岩石力学”是 这方面较早的一本较系统的著作。其后，开始形成了不同的 岩石力学学派（如法国学派，偏重于从弹塑性理论方面来研 究；奥地利学派，偏重于地质构造方面来研究）。
断层 （Fault）
褶皱 (Drape)
层理 (Lamina)
岩石和岩体的重要区别就是岩体包含若干不连续面。由 于不连续面的存在，岩体的强度远低于岩石的强度。
4. 岩体结构
岩体结构：包括结构面和结构体两个基本要素。
结构面：岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状
地质界面，包括物质的分界面和不连续面。
（3）数学力学分析方法
力学模型：刚体、弹性、塑性、流变、细观、损伤、 断裂、块体力学 数值分析：有限差分法、有限元法、边界元法、离 散元法、无单元法、流形元法、不连续变形分析、 和反演分析法等 模糊聚类和概率分析：随机分析、可靠度分析、灵 敏度分析、趋势分析、时间序列分析和灰色系统分 析等 模拟分析：光弹应力分析、相似材料模型试验、离 心模型试验
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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。
.
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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．
岩石力学全
目录第一章岩石力学的研究进展 (3)第二章工程岩石的地质特性 (4)§2.1 基本概念 (4)§2.2 岩石的矿物学特性 (4)§2.3 岩体结构 (5)§2.4 岩体的天然应力 (5)§2.5 风化作用对岩体力学特征的影响 (6)§2.6 水对岩体特性的影响 (6)第三章工程岩体分级 (6)§3.1 概述 (6)§3.2 影响岩体工程性质的主要因素 (7)§3.3 岩体质量描述及其表达式 (8)第四章室内岩块试验分析 (11)§4.1 岩块的空隙性和水理性 (11)§4.2 岩块的单轴抗压试验 (12)§4.3 岩块三轴压缩试验 (13)第五章岩体天然应力及其测试原理与技术 (15)§5.1 概述 (15)§5.2 岩体天然地应力状态及高地应力现象 (15)§5.3 岩体天然地应力测试原理和方法 (16)第六章岩石的变形及其影响因素 (18)§6.1岩石的变形和强度特征及影响因素 (18)§6.2岩石的流变特性 (23)第七章岩体变形及强度.............................................................................. 错误！未定义书签。
§7.1 岩体变形测试................................................................................ 错误！未定义书签。
§7.2 岩体的强度.................................................................................... 错误！未定义书签。
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第一章 绪论岩石力学 是一门研究岩石在外界因素（如荷载、水流、温度变化等）作用下的应力、应变、破坏、稳定性及加固的学科。
又称岩体力学，是力学的一个分支。
研究目的在于解决水利、土木工程等建设中的岩石工程问题。
它是一门新兴的，与有关学科相互交叉的工程学科，需要应用数学、固体力学、流体力学、地质学、土力学、土木工程学等知识，并与这些学科相互渗透。
应用： 水利水电 道路建设 采矿工程 等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 三下开采20世纪50年代到现在现代阶段 弹塑性理论 流变理论百花齐放 世界各国成立岩石力学学会 论文的发表 数值模拟方法矿山岩体力学的特点及其研究范围采深大 计算精度低 位置受限 不断移动由于大面积开采还会引起采空区上方大量岩层移动和破坏，研究这些岩层的运动、破坏和平衡规律及其控制方法，是矿山岩石力学的重要课题，这也是区别于其他应用性岩石力学学科的重要内容。
矿山岩体力学的研究目的和方法在安全、经济、高强度、高指标的原则下最大限度地开采地下资源。
矿山岩石力学的研究方法是科学实践和理论分析相结合，二者互相联系，互相促进。
岩石的物理性质密度、视密度、孔隙性、碎胀性和压实性、吸水性、透水性、软化性、膨胀性和崩解性 密度是指单位体积的岩石（包括空隙）的质量容重是指单位体积的岩石（包括空隙）的重量 通常，岩石的容重愈大则它的性质就愈好孔隙度是岩石中各种孔洞、裂隙体积的总和与岩石总体积之比，故也称为孔隙率 通常根据岩石的密度和干视密度经计算而求得 碎胀性是岩石破碎以后的体积将比整体状态下增大的性质吸水性是指遇水不崩解的岩石在一定的试验条件下(规定的试样尺寸和试验压力)吸入水分的能力，通常以岩石的自然吸水率和强制吸水率表示。
《岩石力学》课件(完整版)-第三章岩石动力学基础
能量吸收是指岩石在冲 击或振动载荷作用下吸 收能量的能力，与岩石 的破碎和变形有关。
疲劳是指岩石在循环载 荷作用下发生损伤和破 坏的现象，对地下工程 和边坡工程的稳定性有 重要影响。
03
岩石动力学的基本理论
弹性力学基础
01
弹性力学基本概念
弹性力学是研究弹性物体在外力作用下的应力、应变和位移的学科。它
理论分析方法。这些方法可用于求解各种复杂弹性力学问题。
塑性力学基础
塑性力学基本概念
塑性力学是研究塑性物体在外力作用下的应力、应变和位移的学科。塑性物体在达到屈服 点后会发生不可逆的变形，其应力-应变关系不再满足胡克定律。
塑性力学的基本方程
包括屈服准则、流动法则、增量理论和边界条件等。这些方程描述了塑性物体内部的应力 、应变和位移之间的关系，以及物体与周围介质之间的相互作用。
有限元法是一种将连续介质离 散化为有限个小的单元体，并 对每个单元体进行力学分析的 方法。
有限元法是一种将连续介质离 散化为有限个小的单元体，并 对每个单元体进行力学分析的 方法。
有限元法是一种将连续介质离 散化为有限个小的单元体，并 对每个单元体进行力学分析的 方法。
离散元法
离散元法是一种将连续介质离散化为一系列刚性或弹性 单元体的方法。
数据分析
对实验获取的大量数据进行处理和分 析，提取岩石的动力学特性，如阻尼 比、质量放大系数等。
结果解释
根据实验结果，解释岩石在动态载荷 作用下的破坏机制和演化过程，为工 程设计和安全评估提供依据。
实验研究的挑战与展望
挑战
岩石动力学实验技术难度大，需要克服实验条件苛刻、测量精度要求高等问题。 同时，岩石材料的非线性、各向异性等特性也给实验结果分析带来困难。
《岩石力学》课件(完整版)第八章岩体力学在边坡工建中的应用
岩石崩塌
平移滑动 旋转滑移
岩块流动
岩层曲折
四、平移滑动的力学稳定性分析
1、单一连续滑致滑力
W sin
滑动面
W 滑动体
W cos
W cos tan
图8-8 平面剪切破坏
（1）滑动体的体积： W rH 2 sini 2 sin i sin
（2）滑移面AB上
总粘结力：C
4、存在裂隙水压力时
计算 K值公式中的Ni，Ti变成 Ni/和T/
其中：T/ --岩条单元重量引起的剪应力和
渗透力之和。
N
/ i
Ni
li
li和 --岩条单元滑动面长度和静水压力。
八、岩坡加固措施
岩坡失稳两方面因素
下滑力增加 抗滑力降低
措施：①排水②减荷③加固
挡墙 桩基 锚杆 注浆
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第八章 岩体力学在边坡工程中的应用
一、边坡中的应力分分析 现有方法：
（1）应力测量法； （2）室内光弹性和模拟实验法； （3）数值计法； （4）近似计算法
二、岩坡破坏形式与分类
1、岩石崩塌
从力学特性来 看分为五类
2、平移滑动 3、旋转滑移 4、岩块流动
5、岩层曲折
1、岩石崩塌(图8-6a)
原因：裂隙水压力、冻胀力致
2、平移滑动(图8-6b) 由于外界条件干扰（开挖、风化、震动）滑
移体沿弱面滑移
3、旋转滑动(图8-6c)
由于外界条件干扰，在均质页岩或泥岩中产生 新的圆弧破裂面，岩体沿此圆弧面产生滑移。
4、岩块流动(图8-6d)
高应力作用下，生产脆性破裂（破坏）面。 不规则。
5、岩层曲折(图8-6e) 在自重与裂隙水压力共同作用下岩层面发生
《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。
第8章岩石流体力学
第 8 章 岩石流体力学
8.2 岩石流体力学特性
8.2.1 流体与骨架的性质
• 1) 流体的基本性质
• A) 密度: 定义为流体单位体积的质量.随压力 (p)热力学温度(T)变化.
• 状态方程: = (p,T) 或 f(,p,T)=0
• 单位:物理单位制: ML-3
第 8 章 岩石流体力学
• 8.1 概论 • 8.2 岩石流体力学特性 • 8.3 岩石流体力学基础 • 8.4 岩体--液体耦合力学模型及解法 • 8.5 岩体--气体耦合力学模型及解法
8.1 概述
第 8 章 岩石流体力学
• 岩石流体力学 (固流耦合）(Rock
Fluid mechanics) [Louis C. 1974 提 出岩石水力学, Rock Hydraulics)
3.0
4.0
5.0
6.0
0.003926
0.003458 0.002648 0.002235 0.003064 0.002237 0.001926 0.001522 0.001333
0.003134 0.002422
0.002934
0.002772 0.002092 0.001726 0.001.479
• 3) 裂隙介质中的渗流物性方程
1) 单一裂缝水力学模型
等宽度裂隙模型: 对于壁面光滑的细小裂隙,运动
方程为:(Louis1974) q=KfJf (层流)
渗透系数为
Kf=gd2/12
对于裂隙面粗糙不平 Kf=gd2/12C
为连通系数,连通面积与总面积的比;
C为裂隙面相对粗糙度系数 C=1+8.8(△/2d)1.5
岩石力学基本教程 教学配套课件 侯公羽 第8章 岩石力学在边坡工程中的应用
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尚辅教学配套课件
图8.4 坚硬岩石组成的边破前缘 卸荷裂隙导致崩塌示意图
1—灰岩；2—砂页岩；3—石英岩
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图8.5 软硬岩性互层的陡坡 局部崩塌示意图
1—砂岩；2—页岩
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构造节理和成岩节理对崩塌的形成影响很大。 崩塌的形成又与地形直接相关。 风化作用也对崩塌的形成有一定影响。因为风化作用能使边 坡前缘各种成因的裂隙加深加宽，对崩塌的发生起催化作用。此 外，在干旱、半干旱气候区，由于物理风化强烈，导致岩石机械 破碎而发生崩塌；高寒山区的冰劈作用也有利于崩塌的形成。 在上述诸条件制约下，崩塌的发生还与短时的裂隙水压力以 及地震或爆破震动等触发因素有密切关系。尤其是强烈的地震， 常可引起大规模崩塌，造成严重灾祸。 湖北省远安县境内的盐池河磷矿灾难性山崩，是崩塌形成诸 条件制约的典型实例。该磷矿位于一峡谷中。岩层为上震旦统灯 影组(Zbdn)厚层块状白云岩及上震旦统陡山沱组(Zbd)含磷矿层 的薄至中厚层白云岩、白云质泥岩及砂质页岩。岩层中发育有两 组垂直节理，使山顶部的灯影组厚层白云岩三面临空。地下采矿 平巷使地表沿两组垂直节理追踪发展张裂缝。1980年6月8~10日 连续两天大雨的触发，使山体顶部前缘厚层白云岩沿层面滑出形 成崩塌，体积约100万m3，造成生命财产的严重损失(图8.6)。