中矿岩石力学-第二章PPT课件
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精品课程《岩石力学》ppt课件(全)
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。
.
11
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．
岩石力学第2章岩石的基本物理力学性质PPT课件
格里菲斯强度理论
格里菲斯强度理论认为岩石的强度是由其内部微裂纹或弱面的能量释放率决定的。当这些 微裂纹或弱面受到外力作用时，它们会扩展并释放能量，当能量释放率达到一定值时，岩 石就会发生破裂。
岩石的破坏准则
最大应力准则
该准则认为当岩石受到的最大应力达到其单轴抗压强度时， 岩石就会发生破裂。该准则适用于脆性破坏和延性破坏。
表示岩石抵抗弹性变形的能力， 是衡量材料刚度的指标。
泊松比
表示岩石在单向受拉或受压时， 横向变形与纵向变形之比。
抗拉强度和抗压强度
抗拉强度
岩石在单向拉伸时所能承受的最大拉 应力。
抗压强度
岩石在单向压缩时所能承受的最大压 应力。
抗剪强度和摩擦角
抗剪强度
岩石在剪切力作用下所能承受的最大剪应力。
摩擦角
表示岩石在剪切力作用下，剪切面上的摩擦力与垂直剪切力之间的角度。
流变性质
蠕变
岩石在持续应力作用下发生的缓慢变形。
松弛
岩石在持续应变作用下，应力随时间逐渐减小的现象。
04
岩石的变形特性
弹性变形
02
01
03
弹性模量
表示岩石抵抗弹性变形的能力，是衡量岩石刚度的指 标。
泊松比
描述岩石横向变形的性质，与材料的弹性模量相关。
中区域形成并扩展导致的。
02
延性破坏
与脆性破坏不同，延性破坏是指岩石在受到外力作用时，会经历较大的
塑性变形，然后才发生破裂。这种破坏形式通常是由于岩石中的微裂纹
或弱面在应力作用下逐渐扩展和连接形成的。
03
疲劳破坏
疲劳破坏是指岩石在循环或反复加载过程中，由于应力水平的波动，导
致微裂纹的形成和扩展，最终导致岩石破裂。这种破坏形式通常发生在
格里菲斯强度理论认为岩石的强度是由其内部微裂纹或弱面的能量释放率决定的。当这些 微裂纹或弱面受到外力作用时，它们会扩展并释放能量，当能量释放率达到一定值时，岩 石就会发生破裂。
岩石的破坏准则
最大应力准则
该准则认为当岩石受到的最大应力达到其单轴抗压强度时， 岩石就会发生破裂。该准则适用于脆性破坏和延性破坏。
表示岩石抵抗弹性变形的能力， 是衡量材料刚度的指标。
泊松比
表示岩石在单向受拉或受压时， 横向变形与纵向变形之比。
抗拉强度和抗压强度
抗拉强度
岩石在单向拉伸时所能承受的最大拉 应力。
抗压强度
岩石在单向压缩时所能承受的最大压 应力。
抗剪强度和摩擦角
抗剪强度
岩石在剪切力作用下所能承受的最大剪应力。
摩擦角
表示岩石在剪切力作用下，剪切面上的摩擦力与垂直剪切力之间的角度。
流变性质
蠕变
岩石在持续应力作用下发生的缓慢变形。
松弛
岩石在持续应变作用下，应力随时间逐渐减小的现象。
04
岩石的变形特性
弹性变形
02
01
03
弹性模量
表示岩石抵抗弹性变形的能力，是衡量岩石刚度的指 标。
泊松比
描述岩石横向变形的性质，与材料的弹性模量相关。
中区域形成并扩展导致的。
02
延性破坏
与脆性破坏不同，延性破坏是指岩石在受到外力作用时，会经历较大的
塑性变形，然后才发生破裂。这种破坏形式通常是由于岩石中的微裂纹
或弱面在应力作用下逐渐扩展和连接形成的。
03
疲劳破坏
疲劳破坏是指岩石在循环或反复加载过程中，由于应力水平的波动，导
致微裂纹的形成和扩展，最终导致岩石破裂。这种破坏形式通常发生在
最新2019-CH2第二章岩石力学-PPT课件
ss s 1 3 m 2 in C j f3 /1 ( f2 f)
用图解法亦可得该结论
（3）多节理的力学效应 （叠加）
两组以上的节理同样处理，分三种情况： A仅有一组节理符合 12条件时，沿该节理破坏；
B两组节理最符合 12 时，考察 s1 s3 大小，沿应力圆直
2218 02j 21
s 22j si 1n (m cjcoj)tsin j
t
m
结论
• 1 或 2
岩体强度取决于岩石强度，而与节理面的存在无关
• 12
岩体会首先沿着节理破坏，岩体强度取决于结构面 强度ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三、结构面的力学效应
对结构面表面光滑平整和 表面粗糙两种情形，则显 然，表面光滑时较容易发 生滑坡；表面粗糙时则边 坡稳定性显著提高，不容 易发生滑坡。 因此，结构面表面的粗糙 度，对这类工程的稳定性， 有显著影响。
粗糙度大——抗滑力大
3、结构面的延展尺度和规模
延展尺度： 主要指结构面本身的长度。可分为 1. 细小——延展尺度＜1米； 2. 中等——延展尺度 1米 – 10米； 3. 巨大——延展尺度＞10米.
散体结构
（1）整体结构
岩性单一，节理不发育，无软弱结构面或夹泥， 层面 结合良好，渗流对岩体特性影响不大，结构尺 寸大于工程尺寸。
完整性系数 > 0.75 结构面间距 > 1.0 m 岩土工程特征：整体性强度高，岩体稳定，可视为 均质、各向同性的连续介质。
（2）块状结构
节理发育，有若干软弱夹层或贯通微张裂隙将岩体切割成柱 状、块状或菱形等结构体。工程范围内，有两组以上节理明显 发育，构成影响工程稳定性的可能危险岩块，其尺寸小于工程 几何尺寸。
岩石力学课件---2.岩石的基本物理力学性质
0A段：压密阶段，微裂隙压密极 限σA。 AB段：线弹性阶段，σB 为弹性 极限。 BC段：σC为屈服极限。 CD段：破坏阶段，σD为强度极限， 即单轴抗压强度。 DE段：即破坏后阶段,σE为残余 强度。
§2－2 岩石的力学性质
一 、岩石的变形特性
（一）岩石在单轴压缩状态下的力学特性 2、刚性压力机与全应力－应变曲线及破坏后的性态
各类岩石的 c =0.45～0.9之间。 c >0.75，岩石软化性弱、抗水、抗风化 能力强； c <0.75，岩石的工程地质性质较差。
Rcw c Rc
3、岩石的膨胀性
岩石的膨胀性:指岩石浸水后体积增大的特性。岩石 的膨胀性大小一般用膨胀力和膨胀率指标表示。测 定方法是平衡加压法。 试验中通过不断加压，进而保持 体积不变，所测得的最大压力即 为岩石的最大膨胀力；然后逐级 卸载至零，测定其最大膨胀变形
岩石的比重：指岩石固体的质量与同体 积水的质量之比值。岩石固体体积，就是指 不包括孔隙体积在内的体积。岩石的比重可 在实验室进行测定，其计算公式为：
Wd Vs w
式中：Δ—岩石的比重； Wd —干燥岩石体积为Vs时的质量，g； Vs —岩石固体体积，cm3； ΔW — 40C时水的密度。
三、岩石的孔隙性（空隙性）
VV n 100% V
(2)大开空隙率nb:即岩石试件内大开型空隙的 体积（Vnb)占试件总体积(V)的百分比。
Vnb nb 100% V
(3)小开空隙率nl:即岩石试件内小开型空隙的 体积（Vnl)占试件总体积(V)的百分比。
Vnl nl 100% V
(4)总开空隙率（孔隙率）n0:即岩石试件内开型空隙 的总体积（Vn0)占试件总体积（V）的百分比。
岩石力学第二章 岩体力学性质ppt课件
存于一定地应力环境中的岩体来说，地应 力对岩体构成的围压越大，其承载才干越 大。
②、地应力影响岩体的变形和破坏机制， 许多低围压下呈脆性破坏的岩石在高围压 下呈剪塑性变形，这种变形和破坏机制的 变化阐明岩体赋存的条件不同，岩体的本 构关系也不同。
岩石力学
六、地应力的影响
③、地应力影响岩体中的应力传播的法 那么，严厉来说岩体是非延续介质，但由于 岩块间存在摩擦作用，赋存于高应力地域的 岩体，在地应力围压的作用下那么变为具有 延续介质特征的岩体，即地应力可以使不延 续变形的岩体转化为延续变形的岩体。
特别是水和地应力的作用。
岩石力学
一、岩石与岩体的概念
岩体内存在各种地质界面，它包括 物质分异面和不延续面，如断层、层 理、节理、片理、假整合、不整合和 褶皱等。
这些不同成因、不同特性的地质界 面统称为构造面(弱面)。
岩石力学
一、岩石与岩体的概念
构造面(弱面) 在横向延展上具有面的 几何特性，常充填有一定物质、具有一定 厚度。
断层泥主要是由糜棱岩风化而成而糜棱岩主要为压力愈合连结当压力卸去后又转化为糜棱岩粉糜棱岩体风化后便转化为断岩石力学中国科学研究院地质研究所岩体结构分类名称结构面间距cm完整性系数i主要结主要结构面类型主要结压强度mpa散体结构020节理密集呈无序状分布表现为泥包块或020无实际意岩石力学岩体结构类型岩体完整性主要结构面及其抗剪特性压强度10pa结构面间距cm完整性系数i主要结构面摩擦系数f代号名称代号名称整体块状结构整体结构100075存在刚性结构面060600块状结构10050075035级为主刚性结构面局部为破碎结构面0406300般大于600层状结构层状结构50300603级为主刚性结构面柔性结构面0305300薄层状结构30040级显著柔软结构面030o40300100碎裂结构镶嵌结构50036密集刚性结构面破碎结构面040060600层状碎裂结构50骨架岩层中较大040均发育泥化结构面020040300骨架岩层在300上下碎裂结构50030破碎结构面016040300散体结构020节理密集呈无序状分布表现为020无实际意义岩石力学岩体结构类型岩体完整性主要结构面及其抗剪特性压强度10pa结构面间距cm完整性系数i主要结构面摩擦系数f代号名称代号名称整体块状结构整体结构100075存在刚性结构面060600块状结构10050075035级为主刚性结构面局部为破碎结构面0406300般大于600层状结构层状结构50300603级为主刚性结构面柔性结构面0305300薄层状结构30040级显著柔软结构面030o40300100碎裂结构镶嵌结构50036密集刚性结构面破碎结构面040060600层状碎裂结构50骨架岩层中较大040均发育泥化结构面020040300骨架岩层在300上下碎裂结构50030破碎结构面016040300散体结构020节理密集呈无序状分布表现为020无实际意义岩石力学四岩体结构的相对性工程岩体结构的唯一性岩体结构分类的最终目的在于为岩石工程的建设服务对于工程岩体而言由于工程规模和尺寸的变化岩体结构也发生相对变化具有相对性
②、地应力影响岩体的变形和破坏机制， 许多低围压下呈脆性破坏的岩石在高围压 下呈剪塑性变形，这种变形和破坏机制的 变化阐明岩体赋存的条件不同，岩体的本 构关系也不同。
岩石力学
六、地应力的影响
③、地应力影响岩体中的应力传播的法 那么，严厉来说岩体是非延续介质，但由于 岩块间存在摩擦作用，赋存于高应力地域的 岩体，在地应力围压的作用下那么变为具有 延续介质特征的岩体，即地应力可以使不延 续变形的岩体转化为延续变形的岩体。
特别是水和地应力的作用。
岩石力学
一、岩石与岩体的概念
岩体内存在各种地质界面，它包括 物质分异面和不延续面，如断层、层 理、节理、片理、假整合、不整合和 褶皱等。
这些不同成因、不同特性的地质界 面统称为构造面(弱面)。
岩石力学
一、岩石与岩体的概念
构造面(弱面) 在横向延展上具有面的 几何特性，常充填有一定物质、具有一定 厚度。
断层泥主要是由糜棱岩风化而成而糜棱岩主要为压力愈合连结当压力卸去后又转化为糜棱岩粉糜棱岩体风化后便转化为断岩石力学中国科学研究院地质研究所岩体结构分类名称结构面间距cm完整性系数i主要结主要结构面类型主要结压强度mpa散体结构020节理密集呈无序状分布表现为泥包块或020无实际意岩石力学岩体结构类型岩体完整性主要结构面及其抗剪特性压强度10pa结构面间距cm完整性系数i主要结构面摩擦系数f代号名称代号名称整体块状结构整体结构100075存在刚性结构面060600块状结构10050075035级为主刚性结构面局部为破碎结构面0406300般大于600层状结构层状结构50300603级为主刚性结构面柔性结构面0305300薄层状结构30040级显著柔软结构面030o40300100碎裂结构镶嵌结构50036密集刚性结构面破碎结构面040060600层状碎裂结构50骨架岩层中较大040均发育泥化结构面020040300骨架岩层在300上下碎裂结构50030破碎结构面016040300散体结构020节理密集呈无序状分布表现为020无实际意义岩石力学岩体结构类型岩体完整性主要结构面及其抗剪特性压强度10pa结构面间距cm完整性系数i主要结构面摩擦系数f代号名称代号名称整体块状结构整体结构100075存在刚性结构面060600块状结构10050075035级为主刚性结构面局部为破碎结构面0406300般大于600层状结构层状结构50300603级为主刚性结构面柔性结构面0305300薄层状结构30040级显著柔软结构面030o40300100碎裂结构镶嵌结构50036密集刚性结构面破碎结构面040060600层状碎裂结构50骨架岩层中较大040均发育泥化结构面020040300骨架岩层在300上下碎裂结构50030破碎结构面016040300散体结构020节理密集呈无序状分布表现为020无实际意义岩石力学四岩体结构的相对性工程岩体结构的唯一性岩体结构分类的最终目的在于为岩石工程的建设服务对于工程岩体而言由于工程规模和尺寸的变化岩体结构也发生相对变化具有相对性
岩体力学第二章岩石的基本物理力学性质PPT课件
岩石的强度和破坏
强度
岩石抵抗外力破坏的能力， 通常分为抗压、抗拉和抗 剪强度。
破裂准则
描述岩石在不同应力状态 下从弹性到破坏的过渡规 律。
破裂模式
岩石破坏时的形态和方式， 如脆性、延性、剪切等。
04
岩石的物理力学性质与岩体力学应用
岩石的物理力学性质在岩体工程设计中的应用
岩石的物理性质在岩体工程设计中具有重要影响， 如密度、孔隙率、含水率等参数，决定了岩体的承 载能力和稳定性。
岩石的物理力学性质在岩体工程治理中的应用
在岩体工程治理中，需要根据岩石的 物理力学性质制定相应的治理方案。
在治理过程中，还需要根据岩石的变形和 破坏模式，采取相应的监测和预警措施， 以确保工程治理的有效性和安全性。
如对于软弱岩体，可以采用加固、注浆等措 施提高其承载能力和稳定性；对于破碎岩体 ，可以采用锚固、支撑等措施防止其崩塌和 滑移。
弹性波速
表示岩石中弹性波传播速度， 与岩石的密度和弹性模量等有 关。
岩石的塑性和流变
01
02
03
塑性
当应力超过岩石的屈服点 时，岩石会发生塑性变形， 不再完全恢复到原始状态。
流变
在长期应力作用下，岩石 的变形不仅与当前应力状 态有关，还与应力历史有 关。
蠕变
在恒定应力作用下，岩石 变形随时间逐渐增加的现 象。
岩体力学第二章岩石的基本物 理力学性质ppt课件
目
CONTENCT
录
• 引言 • 岩石的物理性质 • 岩石的力学性质 • 岩石的物理力学性质与岩体力学应
用 • 结论
01
引言
岩石的基本物理力学性质在岩体力学中的重要性
岩石的基本物理力学性质是岩体力学研究的基础，对于理解岩体 的变形、破坏和稳定性至关重要。
《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》PPT课件 (2)
43
精选ppt
浇筑混凝土
44
精选ppt
导墙浇筑完毕要注意养护，中间要架设木支撑或者砖支撑
45
精选ppt
成槽开挖
46
精选ppt
成槽开挖
47
精选ppt
钢筋笼子制作
48
精选ppt
钢筋笼平台及钢筋对焊
49
精选ppt
钢筋龙起吊，这是一个难题
50
精选ppt
钢筋龙起吊
51
精选ppt
混凝土浇筑
52
34
精选ppt
3米桩钢筋笼吊
装。长度约22米
。原计划整个桩
(4米6部分和3米Leabharlann 部分的钢筋)整体吊装，考虑吊
装中钢筋笼的变
形和起重机位置
。决定分别吊。
35
精选ppt
钢筋笼 就位。 上部钢 筋笼将 在混凝 土浇筑 到-9米 标高时 吊入。
36
精选ppt
桩身混凝土浇筑。连续浇筑。
37
精选ppt
6.5.2 地下连续墙
概念： 优点： 特点(临时性、永久性结构) 常用于高层建筑、船坞工程及多样地下结构。
38
精选ppt
施工程序：
1、修筑导墙 2、槽段开挖 3、泥浆护壁 4、分段与接头 5、钢筋笼制作与吊放 6、混凝土浇筑
39
精选ppt
导墙放线
40
精选ppt
导墙开挖
41
精选ppt
钢筋绑扎
42
精选ppt
模板支设
72
精选ppt
履 带 吊 移 动 钢 筋 笼
73
精选ppt
注浆管安装
74
精选ppt
钢筋笼下放
岩石力学ppt课件
浅成岩中细晶质和隐晶质结构的岩石透水性小、抗风化性能较深成岩强，但斑状结构岩石 的透水性和力学强度变化较大，特别是脉岩类，岩体小。
喷出岩常具有气孔构造、流纹构造和原生裂隙，透水性较大。此外，喷出岩多呈岩流状产 出，岩体厚度小，岩相变化大，对地基的均一性和整体稳定性影响较大。
4
第二章 岩石的物理性质及工程分类
所以：
x y xy z yz
xz zx yx zy
中，实际上独立的应力分量只有6个。
11
第4章 岩石的本构关系和强度准则
应力平衡微分方程
根据微分单元体x方向平衡，∑Fx=0，则
12
第4章 岩石的本构关系和强度准则
4.2 应变及应变状态分析 应变的概念 由于载荷作用或者温度变化等外界因素等影响，物体内各点在空间的位置将发 生变化，即产生位移。
岩石力学基础 复习指导
课程主要内容
31
岩石的结构和组织
2
岩石的物理性质及工程分类
3
岩石的力学性质
4
本构关系和强度准则
35
岩石的蠕变
6
地应力测量及计算
37
测井解释及井壁稳定
1
第1章 岩石的结构和组织特点
▪ 岩石的结构和分类 ▪ 岩石的微观结构 ▪ 岩石的宏观结构
成岩旋回图
2
第二章 岩石的物理性质及工程分类
2）沉积岩的性质 碎屑岩的工程地质性质一般较好，但其胶结物的成分和胶结类型影响显著。此外，碎
屑的成分、粒度、级配对工程性质也有一定的影响。 粘土岩和页岩的性质相近，抗压强度和抗剪强度低，受力后变形量大，浸水后易软化
和泥化。若含蒙脱石成分，还具有较大的膨胀性。这两种岩石对水工建筑物地基和建筑场 地边坡的稳定都极为不利，但其透水性小，可作为隔水层和防渗层。
喷出岩常具有气孔构造、流纹构造和原生裂隙，透水性较大。此外，喷出岩多呈岩流状产 出，岩体厚度小，岩相变化大，对地基的均一性和整体稳定性影响较大。
4
第二章 岩石的物理性质及工程分类
所以：
x y xy z yz
xz zx yx zy
中，实际上独立的应力分量只有6个。
11
第4章 岩石的本构关系和强度准则
应力平衡微分方程
根据微分单元体x方向平衡，∑Fx=0，则
12
第4章 岩石的本构关系和强度准则
4.2 应变及应变状态分析 应变的概念 由于载荷作用或者温度变化等外界因素等影响，物体内各点在空间的位置将发 生变化，即产生位移。
岩石力学基础 复习指导
课程主要内容
31
岩石的结构和组织
2
岩石的物理性质及工程分类
3
岩石的力学性质
4
本构关系和强度准则
35
岩石的蠕变
6
地应力测量及计算
37
测井解释及井壁稳定
1
第1章 岩石的结构和组织特点
▪ 岩石的结构和分类 ▪ 岩石的微观结构 ▪ 岩石的宏观结构
成岩旋回图
2
第二章 岩石的物理性质及工程分类
2）沉积岩的性质 碎屑岩的工程地质性质一般较好，但其胶结物的成分和胶结类型影响显著。此外，碎
屑的成分、粒度、级配对工程性质也有一定的影响。 粘土岩和页岩的性质相近，抗压强度和抗剪强度低，受力后变形量大，浸水后易软化
和泥化。若含蒙脱石成分，还具有较大的膨胀性。这两种岩石对水工建筑物地基和建筑场 地边坡的稳定都极为不利，但其透水性小，可作为隔水层和防渗层。
精品课程岩石力学-ppt课件
连续介质理论
特点：以固体力学作为基础，从材料的基本力学性质 出发来认识岩石工程的稳定问题。
30年代，萨文(P. H. Савин)采用无限大板孔应力集中的弹性解分析围岩 的应力分布； 50年代，弹塑性理论应用于围岩稳定性研究； R. Fenner－J. Talobre公式和 H. Kastner 公式； 应用流变理论对隧洞围岩的进行粘弹性分析； S. Serta公式
(5) 石油工程 岩石应力与渗透性及采油技术 钻探技术与井壁稳定性 岩石力学与地球物理勘探综合研究 石油、天然气运输与储存工程对环境的影响
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）。
结构体：被结构面所包围的完整岩石或隐蔽裂隙的岩石，由
不同产状的结构面组合切割而形成的岩石块体。
结构面对岩体结构类型的划分常起着主导作用。 在研究结构面时，一方面要注意结构面的强度、 密度及其延展性，另一方面还需注意结构面的规 模大小和它们之间的组合关系。
岩体结构：由结构面的发育程度和组
合关系或结构体的规模及排列形式决定 的。岩体结构类型的划分反映出岩体的 不连续性和不均一性特征。
模拟分析：光弹应力分析、相似材料模型试验、离 心模型试验
(4) 整体综合分析方法
《岩石力学》(完整版)PPT课件
1.平行层面纵波波速大于垂直层面波速
平行层面波速/垂直岩层波速＝各向异性系数C C=1.08-2.28；多数：C=1.67 相当一部分：c=1.10
.
43
表3－6
.
44
•交通方面 ：北京道路面积4.4m2/人；东京11.3m2/ 人；伦敦21.3m2/人。
.
4
1.3 岩体力学的研究方法
研究方法：实验、理论分析与工程应用相结合
实验 理论
室内
岩块（拉、压、剪…） 模拟 收敛（表面位移）
野外 位移 应力
应变 绝对位移、相对位移（内部）
压力 连介
非连介
有限元
数值方法 离散元
VP0.3 51.88
.
34
.
35
二、岩体波速与岩体中裂隙或夹层的关系
弹性波在岩体中传播时，遇到裂隙，则视
充填物而异。若裂隙中充填物为空气，则弹 性波不能通过，而是绕过裂隙断点传播。在 裂隙充水的情况下，声能有5％可以通过， 若充填物为其他液体或固体物质，则弹性波 可部分或完全通过。弹性波跨越裂隙宽度的 能力与弹性波的频率和振幅有关.
.
29
.
30
根据实验结果整理的岩体动弹性模量见表（3－2）
.
31
动弹性模量与静弹性模量的比值
• 一般来说，岩体越坚硬越完整，则差 值越小，否则，差值就越大。
• 根据对比资料的统计，动弹性模量比 静弹性模量高百分之几至几十倍，如 图3－4所示。
• 从动弹性模量的数字来看，多集中 在 1 51305 0130MP之a间。
.
12
（二）渗透性
在一定的水压作用下，水穿透岩石的能力。反映 了岩石中裂隙向相互连通的程度，大多渗透性可用达 西（Darcy）定律描述：
平行层面波速/垂直岩层波速＝各向异性系数C C=1.08-2.28；多数：C=1.67 相当一部分：c=1.10
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表3－6
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•交通方面 ：北京道路面积4.4m2/人；东京11.3m2/ 人；伦敦21.3m2/人。
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1.3 岩体力学的研究方法
研究方法：实验、理论分析与工程应用相结合
实验 理论
室内
岩块（拉、压、剪…） 模拟 收敛（表面位移）
野外 位移 应力
应变 绝对位移、相对位移（内部）
压力 连介
非连介
有限元
数值方法 离散元
VP0.3 51.88
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二、岩体波速与岩体中裂隙或夹层的关系
弹性波在岩体中传播时，遇到裂隙，则视
充填物而异。若裂隙中充填物为空气，则弹 性波不能通过，而是绕过裂隙断点传播。在 裂隙充水的情况下，声能有5％可以通过， 若充填物为其他液体或固体物质，则弹性波 可部分或完全通过。弹性波跨越裂隙宽度的 能力与弹性波的频率和振幅有关.
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29
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根据实验结果整理的岩体动弹性模量见表（3－2）
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动弹性模量与静弹性模量的比值
• 一般来说，岩体越坚硬越完整，则差 值越小，否则，差值就越大。
• 根据对比资料的统计，动弹性模量比 静弹性模量高百分之几至几十倍，如 图3－4所示。
• 从动弹性模量的数字来看，多集中 在 1 51305 0130MP之a间。
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（二）渗透性
在一定的水压作用下，水穿透岩石的能力。反映 了岩石中裂隙向相互连通的程度，大多渗透性可用达 西（Darcy）定律描述：
岩石力学ppt课件第2章 岩石的基本物理力学性质
d Ms /V
2020/6/15
Ms——岩石烘干后的质量，kg。
13
（3）饱和密度：岩石中的孔隙被水充填时的单 位体积质量（水中浸48小时）
sa t MsVVVW
(kg/m3)
VV——孔隙体积 ρW:一个大气压下4℃时水的密度
测定方法及适用条件：量积法、水中称重法、蜡封法。
2、岩石的比重：岩石固体烘干重量（WS）与4℃时 同体积纯水的重量比
3.三轴压缩试验的破坏类型
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具体破坏形式的多样化
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4.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
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（2）加载途径对岩石三向压缩强度影响
A、B、C三条虚线是三个不同的加载途径，加载途径对岩石的 最终三轴压缩强度影响不大（？）。
W S/(VCW)
VC——岩石实体部分(不包含孔隙）的体积；
——W 一个大气压下4℃时水的重度
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一 岩石的单轴抗压强度
1. 定义：指岩石试件在单轴压力作用下（无围压，只受
轴向压力）所能承受的最大压应力，也即是岩石在达到破 坏时承受的最大轴向荷载P除以试件的横截面积A。
Rc P/ A
Ws：在105-110°C温度下烘干24小时的重量(kN)
2、吸水率：干燥岩石试样在一个大气压和室温条件 下吸入水的重量与岩石烘干重量之比
a W W W S W0W SWS 10% 0
W0－烘干岩样浸水48h后的湿重(kN)
2020/6/15 吸水率是一个间接反映岩石内孔隙多少的指标
7
（二）渗透性
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cf
Rc Rcf 10% 0 Rc
Cf—岩石的抗冻系数；
Rcf—岩石冻融后的抗压强度(kPa)
返回
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密度
四、岩石的质量指标
比重
1、岩石的密度：单位体积内岩石的质量。
（1）天然密度：自然状态下，单位体积质量
M/V
M——岩石总质量，kg；V——总体积，m3。
（2）烘24h）
Ws：在105-110°C温度下烘干24小时的重量(kN)
2、吸水率：干燥岩石试样在一个大气压和室温条件 下吸入水的重量与岩石烘干重量之比
a W W W S W0W SWS 10% 0
W0－烘干岩样浸水48h后的湿重(kN)
2020/11/24 吸水率是一个间接反映岩石内孔隙多少的指标
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（二）渗透性
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返回
3
岩石的强度性质
工程师对材料提出两个问题 1. 最大承载力——许用应力[σ] ？ 2. 最大允许变形—— 许用应变[ε]？
本节讨论[σ]问题
岩石强度: 岩石材料受力破坏时所能承受的最大荷载应力
一、岩石的单轴抗压强度
二、岩石的三轴抗压强度
试 验
三、岩石的抗剪强度
方
四、岩石的抗拉强度
（1）单斜面剪切破坏：最常见的破坏方式 （2）圆锥形破坏
原因：压板两端存在摩擦力，箍作用（又称端部效应）， 在工程中也会出现。
（3）柱状劈裂破坏 岩石单向压缩破坏的真实反映（消除了端部效应）
产生的是张拉破坏（∵岩石的抗拉强度远小于抗压强度）
消除端部约束方法： 磨平端部、润滑试件 端部（如垫云母片；涂黄 油在端部）、加长试件
主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节
基本物理性质 岩石的强度特性 岩石的变形特性 岩石的强度理论
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基本物理性质
岩石含：固相、液相、气相（孔隙）。
三相比例不同，物理性质指标也有所不同。
一、岩石的孔隙性 二、岩石的水理性 联 三、岩石的抗冻性 系 四、岩石的质量指标
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(五) 耐崩解性
耐崩解性指数是通过对岩石试件进行烘干，浸水循环 试验所得的指标。 试验时，将烘干的试块，约500g，分成10份，放入带有 筛孔(2mm)的圆筒内，使圆筒在水槽中以20r／min速度 连续转10分钟，然后将留在圆筒内的石块取出烘干称重。 如此反复进行两次，按下式计算耐崩解性指数：
法
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岩石的变形特性（弹，塑，粘）
一、岩石在单轴压缩作用下的变形特性
（1）普通试验机下的变形特性
（2）刚性试验机下的单向压缩的变形特性
二 岩石在三轴压应力下的变形特性
三、岩石的流变特性
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一、岩石的孔隙性：
——反映孔隙发育程度的指标
（一）孔隙比 eVV /Vs
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（三）岩石的膨胀性 自由膨胀率：无约束条件下，浸水后膨胀变形与原尺寸之比
轴向自由膨胀
径向自由膨胀
(四) 软化系数
VHH/H （%）
H——试件高度
VDD/D （%）
D——直径
Rcw/Rc
Rcw——饱和单轴抗压强度； Rc——干燥单轴抗压强度；
η （η≤1）越小，表示岩石受水的影响越大(见表2-2）。
第二章 岩石的基本物理力学性质
本章内容
岩石的基本物理性质；
岩石的强度特性；
岩石的变形特性；
岩石的强度理论。
基本要求 掌握岩石的基本物理性质，理解岩石的变形性质； 掌握岩石的强度特性； 掌握莫尔强度理论、库伦—莫尔强度理论； 了解格里菲斯理论；
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第二章 岩石的基本物理力学性质
2.试验方法： 试件标准：
圆柱形试件：Ф 4.8－5.2cm ，高H=（2－2.5)Ф 长方体试件：边长L= 4.8－5.2cm , 高H=（2－2.5)L
两端面垂直于轴线±0.25o 试件两端不平度0.05mm；
试验装置：
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3.单向压缩试件的常见破坏形态
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4. 单轴抗压强度的主要影响因素
岩石自身的因素： 矿物成分、结晶程度、颗粒大小及胶结情况、 风化程度、含水情况和周围环境（温度、湿度） 层理和裂隙的特性和方向等；
VV—孔隙体积(m3) Vs —岩石固体的体积(m3)
（二）孔隙率 nVV /V
V=VV+Vs
V—包含孔隙在内的岩石体积(m3)
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含水性 膨胀性
二、岩石的水理性质
软化性
（一）含水性
渗透性 耐崩解性
1、含水量：岩石孔隙中含水量(WW)与岩石烘干重量 (Ws)比值的百分率
w=Ww/Ws×100％
W S/(VCW)
VC——岩石实体部分(不包含孔隙）的体积；
——W 一个大气压下4℃时水的重度
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一 岩石的单轴抗压强度
1. 定义：指岩石试件在单轴压力作用下（无围压，只受
轴向压力）所能承受的最大压应力，也即是岩石在达到破 坏时承受的最大轴向荷载P除以试件的横截面积A。
Rc P/ A
d Ms /V
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Ms——岩石烘干后的质量，kg。
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（3）饱和密度：岩石中的孔隙被水充填时的单 位体积质量（水中浸48小时）
sa t MsVVVW
(kg/m3)
VV——孔隙体积 ρW:一个大气压下4℃时水的密度
测定方法及适用条件：量积法、水中称重法、蜡封法。
2、岩石的比重：岩石固体烘干重量（WS）与4℃时 同体积纯水的重量比
Id2 mR/mS(%)
残留在筒内的试件烘干质量mR
试验前的试件烘干质量(mS)
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三、岩石的抗冻性
抗冻性: 岩石抵抗冻（胀）融破坏的性能， 通常用抗冻系数表示。
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、融解，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之比：
渗透性：在一定的水压作用下，岩石的孔隙和裂隙透过
水的能力，可用渗透系数来衡量。
大多渗透性可用达西（Darcy）定律描述：
qx
k dh A dx
dh ——水头变化率； dx qx——沿x方向水的流量，m3/s ；h——水头高度，m； A——垂直x方向的截面面积，m2；k——渗透系数，m/s。
渗透系数是介质对某种特定流体的渗透能力，取决于岩体物理特 性和结构特征，如孔隙和裂隙大小，开闭程度以及连通情况等