高等岩石力学1-5章
- 格式:ppt
- 大小:2.68 MB
- 文档页数:45
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。
第一章绪论第一节岩体力学与工程实践岩体力学(rockmass mechanics)是力学的一个分支学科,是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学,是一门应用型基础学科。
岩体力学的研究对象是各类岩体,而服务对象则涉及到许多领域和学科。
如水利水电工程、采矿工程、道路交通工程、国防工程、海洋工程、重要工厂(如核电站、大型发电厂及大型钢铁厂等)以及地震地质学、地球物理学和构造地质学等地学学科都应用到岩体力学的理论和方法。
但不同的领域和学科对岩体力学的要求和研究重点是不同的。
概括起来,可分为三个方面:①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。
②为掘进、钻井及爆破工程服务的岩体力学,主要是研究岩石的切割和破碎理论以及岩体动力学特性。
③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。
以上三方面的研究虽各有侧重点,但对岩石及岩体基本物理力学性质的研究却是共同的。
本书主要是以各类建筑工程和采矿工程为服务对象编写的,因此,也可称为工程岩体力学。
在岩体表面或其内部进行任何工程活动,都必须符合安全、经济和正常运营的原则。
以露天采矿边坡坡角选择为例,坡角选择过陡,会使边坡不稳定,无法正常采矿作业,坡角选择过缓,又会加大其剥采量,增加其采矿成本。
然而,要使岩体工程既安全稳定又经济合理,必须通过准确地预测工程岩体的变形与稳定性、正确的工程设计和良好的施工质量等来保证。
其中,准确地预测岩体在各种应力场作用下的变形与稳定性,进而从岩体力学观点出发,选择相对优良的工程场址,防止重大事故,为合理的工程设计提供岩体力学依据,是工程岩体力学研究的根本目的和任务。
岩体力学的发展是和人类工程实践分不开的。
《高等岩体力学》全面阐述岩石静力学、动力学、流变学及水力学基本内容和研究前景,并把损伤力学,断裂力学、块体力学的基本原理和研究方法引入到岩石力学中,构建了岩石力学的基本理论框架。
分形理论、块体理论和流形单元法等典型新理论和新方法在岩石力学中的应用。
1.预修课程工程地质学,材料力学,弹性力学,塑性力学,有限元方法等2.课程性质岩体力学是介于地学与力学之间的一门新兴的边缘学科,是一门认识和控制岩石工程系统的力学行为和功能的科学。
在地质、采矿工程、土木建筑、水利水电、铁路、公路、地震、石油、地下工程、海洋工程,以及国防工程等部门都广泛地应用这门学科的理论和知识,岩石力学在这些工程领域中起着重要的作用。
本课程开设于水利工程、岩土工程专业的硕士研究生。
3.课程的主要内容第一章绪论(岩石力学的简单回顾,岩石力学与工程发展展望)第二章岩石的基本物理力学特性及其实验岩石力学性质的室内常规测试单轴压缩试验(单轴抗压强度,弹性模量,泊松比)三轴压缩试验抗拉试验(直接拉伸,间接拉伸)剪切试验点荷载试验岩体力学性质试验研究(现场岩体变形试验,现场岩体强度试验-混凝土与岩体接触面直剪,结构面直剪,软弱结构面剪切流变,岩体抗剪强度,岩体压缩强度试验等)测试新技术,如电液伺服试验机和刚性试验机,声发射测试,红外辐射测试等。
第三章岩石的本构关系与强度理论本构关系指岩石在受载过程中的应力应变关系。
强度理论是考察岩石在极限破坏时的应力或应变满足的条件。
第四章岩石流变力学岩石流变理论及长期强度,岩石流变问题的解析解方法等第五章岩体天然应力状态及其测试技术应力解除法及恢复法原理,表面应力测试,孔内应力测试,水压致裂法(地壳深部应力测量),Kaisai效应等第六章岩石的动力学行为岩石与岩体的基本动力学特性,岩石动力试验技术与方法,应力波在岩石地层中的传播,岩体声发射观测原理及工程应用第七章岩石水力学(岩体裂隙渗流特点,裂隙岩体渗流理论,岩体渗流参数的确定等)第八章岩石力学的数值模拟(几种流行的方法,有限元,有限差分FLAC,边界元,离散元,流行元,无单元等)有限元方法的基本方程,非线性问题的基本解法,非线性弹性问题的有限元解法,弹塑性问题的有限元解法,流变问题的有限元分析。
《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。
3、岩石的工程特性4、影响岩石的工程性质的因素包括矿物成分、结构、构造、水、风化等因素。
第一章岩石的物理力学性质1,岩体:位于一定地质环境中,在各种宏观地质界面(断层、节理、破碎带等)分割下形成的有一定结构的地质体。
由结构面与结构体组成的地质体。
2,岩石:是经过地质作用而天然形成的一种或多种矿物的集合体。
具有一定结构构造的矿物(含结晶和非结晶)集合体。
3,岩体(石)力学:是力学的一个分支学科,是研究岩(体)石在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的一门基础学科。
4,结构面:指在地质历史发展过程中,岩体内形成的具有一定延伸方向和长度,厚度相对较小的宏观地质界面或带。
5,岩石质量指标(RQD):是指大于10cm的岩心累计长度与钻孔进尺长度之比的百分数。
6,空隙指数:指在0.1Mpa压力条件下,干燥岩石吸入水的重量与岩石干重量的比值。
7,软化性:是指岩石浸水饱和后强度降低的性质。
8,软化系数:是指岩石试件的饱水状态的抗压强度与自然风干状态抗压强度的比值。
9,膨胀性:是指岩石浸水后体积增大的性质。
10,岩石的比重:是岩石固体部分的重量和4℃时同体积纯水重量的比值。
11,岩石的容重:岩石单位体积(包括岩石内孔隙体积)的重量。
表示为R=W/V12,岩石的饱和吸水率(饱水率):是岩石在强制状态(高压或真空,煮沸)下,岩石吸水的质量与岩样烘干质量的比值。
13,岩石的抗冻系数:是指岩样在±25℃的温度区间内,反复降温、冻结、升温、溶解,其抗压强度有所下降,岩样抗压强度的下降值与冻融前的抗压强度的比值。
14,岩石的单轴抗压强度:岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应力。
15,岩石的三轴抗压强度: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。
16,岩石的抗拉强度:岩石在单轴拉伸荷载作用下,达到破坏时所能承受的最大拉应力。
17,岩石的抗剪切强度: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。
18,形状效应:在岩石试验中,由于岩石试件形状的不同,得到的岩石强度指标也就有所差异,这种由于形状的不同而影响其强度的现象。