岩体工程地质动力学基本原理

图6.1 岩体的压力--变形曲线第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质包括岩体的变形性质、强度性质、动力学性质和水力学性质等方面。

岩体在外力作用下的力学属性表现出非均质性、非连续、各向异性和非弹性。

岩体的力学性质取决于两个方面： 1）受力条件；2）岩体的地质特征及其赋存环境条件。

其中地质特征包括岩石材料性质、结构面的发育情况及性质（影响岩体的力学性质不同于岩块的本质原因）；赋存环境条件包括天然应力和地下水。

第一节 岩体的变形性质一、 岩体变形试验及其变形参数确定变形参数包括变形模量和弹性模量。

按静力法得到静E ，动力法得到动E 。

⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧法波地震声波法动力法轴压缩试验法双单水压洞室法钻孔变形法扁千斤顶法狭缝法承压板法静力法按原理和方法分原位岩体变形试验)()()( )(1．承压板法刚性承压板法和柔性承压板法 各级压力P －W （岩体变形值）曲线 按布西涅斯克公式计算岩体的变形模量E m （Mpa ）和弹性模量E me （Mpa ）。

⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=-=e m mem m W W PD E W W PD E )1()1(22μμ式中：P —承压板单位面积上的压力（Mpa ）； D —承压板的直径或边长（cm ）；W，W e—为相应P下的总变形和弹性变形；ω—与承压板形状、刚度有关系数，圆形板ω=0.785，方形板ω=0.886。

μm—岩体的泊松比。

★定义：岩体变形模量（E m）：岩体在无侧限受压条件下的应力与总应变之比值。

岩体弹性模量（E me）：岩体在无侧限受压条件下的应力与弹性应变之比值。

图6.2 钻孔变形试验装置示意图②可以在地下水位以下笔图6.3 狭缝法试验装置如图6.3所示。

二、岩体变形参数估算现场原位试验费用昂贵，周期长，一般只在重要的或大型工程中进行，因此，岩体变形参数的很多情况下必须进行估算。

两种方法：① 现场地质调查→建立适当的岩体地质力学模型→室内小试件试验资料→进行估算； ② 岩体质量评价和大量试验资料→建立岩体分类指标与变形参数间的经验关系→进行估算。

岩体的动力学性质岩体的动力学性质是岩体在动荷载作用下所表现出来的性质，包括岩体中弹性波的传播规律及岩体动力变形与强度性质。

一、岩体中弹性波的传播规律1、弹性波在介质中的传播速度仅与介质密度ρ及其动力变形参数Ed ，μd有关。

因此可以通过测定岩体中的弹性波速来确定岩体的动力变形参数。

2、影响弹性波在岩体中的传播速度的因素:（1）岩性：不同岩性岩体中弹性波速度不同，岩体愈致密坚硬，波速愈大，反之，则愈小。

（2）结构面：沿结构面传播的速度大于垂直结构面传播的速度。

（3）应力：在压应力作用下，波速随应力增加而增加，波幅衰减少；反之，在拉应力作用下，则波速降低，衰减增大。

（4）含水量：随岩体中含水量的增加导致弹性波速增加。

（5）温度：岩体处于正温时，波速随温度增高而降低，处于负温时则相反。

二、岩体中弹性波速度的测定可以采用地震法、声波法来测试弹性波速，下面就介绍常用的声波法。

声波法测试步骤：（1）选择代表性测线，布置测点和安装声波仪，见下图。

（2）发生正弦脉冲，向岩体内发射声波。

声波法测弹性波原理图1.发射换能器；2.接收换能器；3.放大器；4.声波发射仪；5.计时装置（3）记录纵、横波在岩体中传播的时间。

（4）根据下面的公式计算波速。

三、岩体的动力变形与强度参数1、动力变形参数动力变形参数有：动弹性模量和动泊松比及动剪切模量。

可通过声波测试确定。

优点：不扰动被测岩体的天然结构和应力状态；测定方法简便，省时省力；能在岩体中各个部位广泛进行。

计算公式：岩体与岩块的动弹性模量都普遍大于静弹性模量。

坚硬完整岩体E d/E me约为1.2～2.0 ，风化、裂隙发育的岩体和软弱岩体E d/E me约为1.5～10.0左右，大者可超过20.0。

原因如下：①静力法采用的最大应力大部分在1.0～10.0MPa，少数则更大，变形量常以mm计，而动力法的作用应力约为10-4MPa量级，引起的变形量很微小。

因此静力法会测得较大的不可逆变形，而动力法则测不到这种变形。

岩体工程地质动力学基本原理摘要:工程地质学是地质科学研究学科实施应用的方法之一，应作为其学科发展的主要方向进行研究。

作为一门学科，工程地质学的发展已经有百年的历史，在大量的工程实践当中逐步发展出了自己的学派与理论，并随时代科技的进展，实践手段的日趋成熟，工程地质理论的研究也在不断进步。

本文通过对工程地质中岩体动力学的基本原理进行阐述分析，希望对相关工程技术人员有所启迪、帮助。

关键词：岩体；工程地质动力学；基本原理工程地质学当前的主旋律是通过地质科学与工程科学相结合，有效解决工程建设及资源开发当中的工程地质问题。

下面，进一步对岩体工程地质动力学的基本原理分几点进行阐述分析。

一、岩体工程地质动力学的出现与发展在工程地质理论思想的形成源起于前苏联。

在我国上世纪60年代，在北京地质学院中，学者专家对国内外的工程地质学研究成果进行了汇总，编著了我国的第一部工程地质学的专项研究教材。

在这之后，经过我国工程地质学研究专家与相关工作者的不断理论研究与工程实践，在此领域发展的规模盛况空前，有数百本专项论著问世，数以万计的课题研究论文，对我国工程地质学研究理论体系的创建与完善起到了不可估量的重要作用。

张倬元在著述中表达的岩体工程地质的成因演化论思想，王思敬等人对工程地质的衍化、发展做出的进一步阐述分析，都对我国岩体工程地质动力学的研究起着重要的奠基作用。

经过不断的发展，当前对岩体工程地质的衍化理论的基本思想已经趋向于成熟，大致定位两个基本内容，包括成因决定论与演化改造论两项。

其核心思想大致为：第一，地球因受其内外动力地质作用的影响，岩体工程地质条件随之形成，且还会在内外地质动力的不断作用下继续演变。

第二，内外地质动力的契合作用掌握着工程地质的条件与问题。

内动力将牵动着外动力的地质作用的基础条件，外动力同样影响着内动力的作用结果。

这种契合，让工程地质条件形成了复杂化的局面，也同样造成了诸多工程地质问题。

二、岩体结构控制理论及工程地质动力学的结合研究岩体工程地质动力学是对工程地质力学的延伸，以其为基础建立的对岩体进行的专项行为科学，是我国本土发展的岩体工程地质理论学说。

《岩石力学》课程标准一、课程性质与任务《岩石力学》是工程地质专业一门重要的专业基础课，主要研究岩石和岩体的力学行为及其与工程实践的关系。

通过本课程的学习，学生将掌握岩石力学的基本原理、方法和技术，为今后从事与岩石工程相关的设计、施工、监测和科研工作打下基础。

二、课程目标1. 知识目标：掌握岩石力学的基本概念、原理和方法，了解岩石和岩体的基本性质及其与工程实践的关系。

2. 能力目标：培养学生运用岩石力学知识解决实际问题的能力，包括岩石工程设计、施工、监测等方面的技能。

3. 素质目标：培养学生良好的工程素养，提高学生的创新意识、实践能力和团队协作精神。

三、课程教学内容与要求1. 岩石力学基本概念与原理（8学时）岩石力学定义、研究内容及发展概况岩石和岩体的基本性质：物理性质、水理性、热学性质、变形与强度特性等岩石力学中的基本概念：应力、应变、强度准则等岩石力学中的基本原理：静力学原理、动力学原理等2. 岩石的应力状态与变形（12学时）岩石的应力状态分析：应力测量、应力分布规律等岩石的变形分析：弹性变形、塑性变形、流变等岩石的强度准则：库仑-莫尔强度准则、格里菲斯强度准则等3. 岩体的应力场与位移场（10学时）岩体的应力场分析：岩体中的应力分布规律、岩体中的应力集中与松弛等岩体的位移场分析：岩体中的位移规律、岩体中的位移变化等4. 岩石工程设计与施工（16学时）岩石工程的类型与特点岩石工程设计：结构设计、稳定性分析等岩石工程施工：施工方法与技术、施工监测等5. 岩石工程监测与加固（8学时）岩石工程监测：监测方法与技术、监测数据处理与分析等岩石工程加固：加固方法与技术、加固效果评价等四、课程实施与评价1. 教学组织形式：采用课堂教学与实验教学相结合的方式，注重培养学生的实践能力和创新精神。

2. 教学方法：采用讲授法、讨论法、案例分析法等多种教学方法，引导学生主动参与教学过程，提高教学效果。

3. 教学评价：采用平时成绩与期末考试成绩相结合的方式进行评价，平时成绩占40%，期末考试成绩占60%。

工程地质分析原理第一章地壳岩体结构特征的工程地质分析岩体（rockmass）：通常指地质体中与工程建设有关的那一部分岩石，它处于一定的地质环境、被各种结构面所分割。

结构面：是指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸（或具有一定厚度）的地质界面（或带）。

如岩层层面、软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。

工程地质之所以要将岩体的结构特征作为重要研究对象，意义如下：⑴岩体中的结构面是岩体力学强度相对薄弱的部位，它导致岩体力学性能的不连续性、不均一性和各向异性。

只有掌握岩体的结构特征，才有可能阐明岩体不同荷载下内部的应力分布和应力状况。

⑵岩体的结构特征对岩体在一定荷载条件下的变形破坏方式和强度特征起着重要的控制作用。

岩体中的软弱结构面，常常成为决定岩体稳定性的控制面，各结构面分别为确定坝肩岩体抗滑稳定的分割面和滑移控制面。

⑶靠近地表的岩体，其结构特征在很大程度上确定了外营力对岩体的改造进程。

这是由于结构面往往是风化、地下水等各种外营力较活动的部位，也常常是这些营力的改造作用能深入岩体内部的重要通道，往往发展为重要的控制面。

总之，对岩体的结构特征的研究，是分析评价区域稳定性和岩体稳定性的重要依据。

结构面的成因分类：原生结构面、构造结构面及浅表生结构面结构面的工程地质分级：断层型或充填型结构面、裂隙型或非充填型结构面、断续延伸的非贯通型岩体结构面，它们分别对应于I级、U级、川级结构面岩体结构分类: 按建造特征可将岩体划分为块体状（或整体状）结构、块状结构、层状结构、碎块状结构和散体状结构等类型。

按岩体的改变程度可划分为完整的、块裂化或板裂化，碎裂化、散体化的等四个等级。

第二章地壳岩体的天然应力状态地壳岩体内的天然应力状态，是指未经人为扰动的，主要是在重力场和构造应力场的综合作用下，有时也在岩体的物理、化学变化及岩浆侵入等的作用下所形成的应力状态，常称为天然应力或初始应力。

研究岩体天然应力状态的意义：（1）岩体天然应力状态或地应力场是工程岩体存在的基本环境条件之一。

岩石动力学特征、含损伤本构模型及破坏机理研究一、引言岩石是地球地壳的重要组成部分，其力学性质和破坏机理对地质工程和岩土工程具有重要影响。

岩石动力学特征、含损伤本构模型及破坏机理的研究，不仅对工程设计和施工具有指导意义，也对地质灾害预测和防治具有重要意义。

本文将从岩石的动力学特征入手，探讨其损伤本构模型和破坏机理，为岩石力学的研究提供一些思路和方法。

二、岩石的动力学特征1.岩石的基本性质岩石作为地壳的固态材料，具有一定的物理性质和化学成分。

其物理性质包括密度、孔隙度、饱和度等，化学成分则影响岩石的力学性质和破坏特征。

同时，岩石的结构、晶体排列和裂纹分布也是其动力学特征的重要组成部分。

2.岩石的动力学参数岩石在受力作用下会产生应力和应变，这些动力学参数对岩石的力学性质和破坏机理具有重要影响。

岩石的弹性模量、剪切模量、泊松比等参数是其动力学特征的重要指标，通过实验测试和数值模拟可以获得这些参数，为岩石力学研究提供了基础数据。

三、含损伤本构模型1.损伤本构模型的概念损伤本构模型是描述岩石在受力过程中损伤演化和力学行为的数学模型。

其基本思想是将岩石的承载能力随损伤参数的增加而减小，从而描述岩石的破坏过程。

损伤本构模型是岩石力学研究的重要理论工具，为分析岩石的变形和破坏提供了重要思路。

2.典型的损伤本构模型目前常用的损伤本构模型包括Mohr-Coulomb损伤模型、Drucker-Prager损伤模型、Hoek-Brown损伤模型等。

这些模型都是基于损伤力学和弹塑性理论发展而来，通过引入损伤参数描述岩石的力学性质和破坏行为，为工程实践和科学研究提供了重要的参考。

四、岩石的破坏机理1.岩石的破坏形式岩石在受到外力作用下会出现不同形式的破坏，包括拉裂破坏、压碎破坏、剪切破坏等。

不同形式的破坏对岩石的力学性质和稳定性具有不同影响，因此破坏形式的研究是岩石力学研究的重要内容。

2.破坏机理的研究岩石的破坏机理是岩石力学研究的核心问题，不同的岩石类型和受力条件下会出现不同的破坏机理。