高等岩石力学12章PPT课件
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岩石力学课程(课堂PPT)
上节回顾－Review
岩石力学研究的对象及特点 岩石力学研究的主要内容 岩石力学的研究方法
本节内容——Next
我们将进入岩石力学的重要内容 ——岩石的物理性质的学习中… …
1
岩石/岩体性质
物理性质
包括密度、容重、 含水率、抗冻等性 质
力学性质
包括弹性/变形模 量、抗拉、抗压、 抗剪强度等
2
第二章 岩石的物理性状（性质） Chapter 2 Physical Properties of Rock
14
§2.1 岩体的结构特性
岩体结构面的特征 结构面的成因类型
成因类型
地质类型
沉积结 构面
1层理层面 2软弱夹层 3不整合面、假整合面 4沉积间断面
原
生 结 构
岩浆岩 结构面
1侵入体与围岩接触面 2岩脉岩墙接触面 3原生冷凝节理
面
产状
一般与岩层产状 一致，为层间结 构面
岩脉受构造结构 面控制，而原生 节理受岩体接触 面控制
岩体结构面的特征 结构面的规模
Ⅰ级——指大断层或区域性断层。控制工程建设地区的地壳稳定性，
直接影响工程岩体稳定性；
Ⅱ级
Ⅱ、Ⅲ级结构面控制着工程岩体力学 ——作指用延的伸边长界而宽条度件不和大破的区坏域方性式地，质它界面们。的组合
Ⅲ级 ——往指往长构度成数可十米能至滑数移百岩米的体断的层边、界区面域性，节直理接、威延伸较好的层
27
§2.3 岩石的物理性质指标
在前面说到，岩石力学问题的研究首先 应从岩石的基本物理力学性质研究入手，本 节介绍岩石（块）的基本物理性质的主要指 标及测试方法。
散体状 结构
构造影响剧烈的断 层破碎带，强风化 带，全风化带
岩石力学研究的对象及特点 岩石力学研究的主要内容 岩石力学的研究方法
本节内容——Next
我们将进入岩石力学的重要内容 ——岩石的物理性质的学习中… …
1
岩石/岩体性质
物理性质
包括密度、容重、 含水率、抗冻等性 质
力学性质
包括弹性/变形模 量、抗拉、抗压、 抗剪强度等
2
第二章 岩石的物理性状（性质） Chapter 2 Physical Properties of Rock
14
§2.1 岩体的结构特性
岩体结构面的特征 结构面的成因类型
成因类型
地质类型
沉积结 构面
1层理层面 2软弱夹层 3不整合面、假整合面 4沉积间断面
原
生 结 构
岩浆岩 结构面
1侵入体与围岩接触面 2岩脉岩墙接触面 3原生冷凝节理
面
产状
一般与岩层产状 一致，为层间结 构面
岩脉受构造结构 面控制，而原生 节理受岩体接触 面控制
岩体结构面的特征 结构面的规模
Ⅰ级——指大断层或区域性断层。控制工程建设地区的地壳稳定性，
直接影响工程岩体稳定性；
Ⅱ级
Ⅱ、Ⅲ级结构面控制着工程岩体力学 ——作指用延的伸边长界而宽条度件不和大破的区坏域方性式地，质它界面们。的组合
Ⅲ级 ——往指往长构度成数可十米能至滑数移百岩米的体断的层边、界区面域性，节直理接、威延伸较好的层
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§2.3 岩石的物理性质指标
在前面说到，岩石力学问题的研究首先 应从岩石的基本物理力学性质研究入手，本 节介绍岩石（块）的基本物理性质的主要指 标及测试方法。
散体状 结构
构造影响剧烈的断 层破碎带，强风化 带，全风化带
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．
岩石力学课件共81页
d M s/V
2021/8/18
Ms——岩石烘岩干石力学后的质量，kg。
14
（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 M s V V V W
(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
（一）孔隙比 eVV/Vs
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)
2021/8/18
岩石力学
返回 7
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 S/V (C W )
VC——岩石实体部分(不包含孔隙）的体积岩石力学
返回 15
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。
2021/8/18
岩石力学
返回
4
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
《高等岩石力学》课件
用于模拟岩石在三轴压力下的力学行为，包括应力应变关系、破裂模式等。
岩石声波测试仪
用于测量岩石的声波速度，评估岩石的完整性、孔隙 度和弹性参数。
岩石CT扫描仪
通过X射线扫描岩石，获取岩石内部的结构和孔隙分 布信息。
岩石力学实验方法
直接拉伸试验
测量岩石在拉伸载荷下 的应力-应变关系，了解 岩石的抗拉强度和变形 特性。
《高等岩石力学》ppt课件
目 录
• 岩石力学基础 • 岩石力学性质 • 岩石力学实验 • 岩石工程稳定性分析 • 岩石工程防护与加固 • 高等岩石力学应用案例
01
岩石力学基础
岩石力学定义
总结词：基本概念
详细描述：岩石力学是一门研究岩石在各种外力作用下的变形、破裂、破坏和流 动等行为的科学。它涉及到岩石的物理性质、力学行为和地质环境等多个方面。
单轴压缩试验
测量岩石在单轴压缩下 的应力-应变关系，了解 岩石的抗压强度和变形 特性。
三轴压缩试验
模拟岩石在实际地质环 境中的受力状态，测量 岩石在三轴压力下的应 力-应变关系。
岩石力学实验结果分析
强度分析
根据实验结果，分析岩石的抗压、抗拉和抗剪 强度，评估岩石的稳定性。
变形特性分析
分析岩石的应力-应变曲线，了解岩石的弹性、 塑性 Nhomakorabea破裂特性。
地下水监测
通过监测地下水的变化情况，评估地下水对岩体的影响和破坏程 度。
06
高等岩石力学应用案 例
岩石工程设计案例
总结词 详细描述 详细描述 详细描述
通过实际案例分析，展示高等岩石力学在岩石工程设计中的应 用。
介绍某大型水电站岩石高边坡设计，如何运用高等岩石力学的 理论和方法，对边坡稳定性进行评估，并设计出合理的支护结
岩石声波测试仪
用于测量岩石的声波速度，评估岩石的完整性、孔隙 度和弹性参数。
岩石CT扫描仪
通过X射线扫描岩石，获取岩石内部的结构和孔隙分 布信息。
岩石力学实验方法
直接拉伸试验
测量岩石在拉伸载荷下 的应力-应变关系，了解 岩石的抗拉强度和变形 特性。
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目 录
• 岩石力学基础 • 岩石力学性质 • 岩石力学实验 • 岩石工程稳定性分析 • 岩石工程防护与加固 • 高等岩石力学应用案例
01
岩石力学基础
岩石力学定义
总结词：基本概念
详细描述：岩石力学是一门研究岩石在各种外力作用下的变形、破裂、破坏和流 动等行为的科学。它涉及到岩石的物理性质、力学行为和地质环境等多个方面。
单轴压缩试验
测量岩石在单轴压缩下 的应力-应变关系，了解 岩石的抗压强度和变形 特性。
三轴压缩试验
模拟岩石在实际地质环 境中的受力状态，测量 岩石在三轴压力下的应 力-应变关系。
岩石力学实验结果分析
强度分析
根据实验结果，分析岩石的抗压、抗拉和抗剪 强度，评估岩石的稳定性。
变形特性分析
分析岩石的应力-应变曲线，了解岩石的弹性、 塑性 Nhomakorabea破裂特性。
地下水监测
通过监测地下水的变化情况，评估地下水对岩体的影响和破坏程 度。
06
高等岩石力学应用案 例
岩石工程设计案例
总结词 详细描述 详细描述 详细描述
通过实际案例分析，展示高等岩石力学在岩石工程设计中的应 用。
介绍某大型水电站岩石高边坡设计，如何运用高等岩石力学的 理论和方法，对边坡稳定性进行评估，并设计出合理的支护结
《岩石物理力学性质》PPT课件
▪ 矿物的解理就是矿物晶体受应力作用超过 弹性限度,沿结晶学方向破裂成光滑的平面 的现象.
微裂隙
▪ 白云质灰岩晶间微裂隙
▪ 粒间空隙
粒间空隙
晶格
▪ 晶格边界、晶格缺陷
▪ 微构造面对岩石工程性质的影响 ▪ 大大降低岩石的强度 ▪ 导致岩石的各向异性 ▪ 增大岩石的变形、改变弹性波速、电阻率
和热传导率等
▪ 岩石是构成岩体的根本单元。
1.2.1 岩石的根本构成
▪ 岩石的根本构成是由组成岩石的物质成分和构造 两方面决定。
▪ 组成岩石的矿物称为造岩矿物。矿物是地壳中天 然生成的自然元素或化合物，它具有一定的物理 性质、化学成分和形态。
▪ 主要造岩矿物：最主要的造岩矿物只有30多种， 如石英、长石、辉石、角闪石、云母、方解石、 高岭石、绿泥石、石膏、赤铁矿、黄铁矿等。
基性和超基性岩石主要是由易于风化的矿物组成，非常容易风化 ；
酸性岩石主要由较难风化的矿物组成，抗风化能力比起同样构造的基性 岩要高 ；
沉积岩主要由风化产物组成，大多数为原来岩石中较难风化的碎屑物或 是在风化和沉积过程中新生成的化学沉积物，稳定性一般都较高；
1.2.1.2 常见的岩石构造类型
▪ 岩石的构造是指岩石中矿物〔及岩屑〕颗 粒相互之间的关系，包括颗粒的大小、形 状、排列、构造连结特点及岩石中的微构 造面。
1.2.1.1 岩石的主要物质成分
按照生成条件划分，矿物可分为： 原生矿物——由岩浆岩冷凝生成，如石英、长石、辉石、角闪石、 云母等； 次生矿物——由原生矿物经风化作用直接生成，如由长石风化而成 的高岭石、由辉石或角闪石风化而成的绿泥石等，或 在水溶液中析出生成，如石膏、方解石。
矿物的外表形态： 结晶体——大多呈现规那么的几何形状； 非结晶体——呈现不规那么的形状。
微裂隙
▪ 白云质灰岩晶间微裂隙
▪ 粒间空隙
粒间空隙
晶格
▪ 晶格边界、晶格缺陷
▪ 微构造面对岩石工程性质的影响 ▪ 大大降低岩石的强度 ▪ 导致岩石的各向异性 ▪ 增大岩石的变形、改变弹性波速、电阻率
和热传导率等
▪ 岩石是构成岩体的根本单元。
1.2.1 岩石的根本构成
▪ 岩石的根本构成是由组成岩石的物质成分和构造 两方面决定。
▪ 组成岩石的矿物称为造岩矿物。矿物是地壳中天 然生成的自然元素或化合物，它具有一定的物理 性质、化学成分和形态。
▪ 主要造岩矿物：最主要的造岩矿物只有30多种， 如石英、长石、辉石、角闪石、云母、方解石、 高岭石、绿泥石、石膏、赤铁矿、黄铁矿等。
基性和超基性岩石主要是由易于风化的矿物组成，非常容易风化 ；
酸性岩石主要由较难风化的矿物组成，抗风化能力比起同样构造的基性 岩要高 ；
沉积岩主要由风化产物组成，大多数为原来岩石中较难风化的碎屑物或 是在风化和沉积过程中新生成的化学沉积物，稳定性一般都较高；
1.2.1.2 常见的岩石构造类型
▪ 岩石的构造是指岩石中矿物〔及岩屑〕颗 粒相互之间的关系，包括颗粒的大小、形 状、排列、构造连结特点及岩石中的微构 造面。
1.2.1.1 岩石的主要物质成分
按照生成条件划分，矿物可分为： 原生矿物——由岩浆岩冷凝生成，如石英、长石、辉石、角闪石、 云母等； 次生矿物——由原生矿物经风化作用直接生成，如由长石风化而成 的高岭石、由辉石或角闪石风化而成的绿泥石等，或 在水溶液中析出生成，如石膏、方解石。
矿物的外表形态： 结晶体——大多呈现规那么的几何形状； 非结晶体——呈现不规那么的形状。
《岩石力学性质》PPT课件
▪ 但由于有了侧向压力，其加载上时的端部效应比单轴加载 时要轻微得多。
▪ 应力状态： σ1>σ2=σ3
精选ppt
26
▪ 三轴压缩试验加载示意图
▪ 真三轴
▪ σ1>σ2> σ3
▪ 假三轴
▪ σ1>σ2=σ3
精选ppt
27
▪ 3)假三轴试验装置图：
▪ 由于试件侧表面已被加压油缸的橡皮套包住，液压油不会 在试件表面造成摩擦力，因而侧向压力可以均匀施加到试 件中。其试验装置示意图如下。
线与σ轴夹角为内摩擦角，外切线及其延长线与τ
轴相交之截距即为C。
▪ 实践中采用第一种方法的人数多。
精选ppt
31
精选ppt
20
▪ 5) Hoek直剪仪试验装置
精选ppt
21
▪ 6）角模压剪试验及受力分析示意图
▪ 在压力P的作用下，剪切面上可分解为沿剪切面 的剪力Psinα/A和垂直剪切面的正应力Pcosα/A， 如图所示。
精选ppt
22
▪ 7）限制性剪切强度试验结果及其分析
▪ ①试验结果：剪切面上正应力越大，试件被剪破坏前所 能承受的剪应力也越大。
▪ a.直线形：τ轴的截距称为岩石的粘结力（或称内
聚力），记为C（MPa），与σ轴的夹角称为岩
石的内摩擦角，记为φ（度）。
▪ b.曲线形：
▪ ①一种方法是将包络线和τ轴的截距定为C，将包
络线与τ轴相交点的包络线外切线与σ轴夹角定为
内摩擦角。
▪ ②另一种方法建议根据实际应力状态在莫尔包络 线上找到相应点，在该点作包络线外切线，外切
▪ 非限制性剪切试验在剪切面上只有剪应力存在， 没有正应力存在；限制性剪切试验在剪切面上除 了存在剪应力外，还存在正应力。
▪ 应力状态： σ1>σ2=σ3
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26
▪ 三轴压缩试验加载示意图
▪ 真三轴
▪ σ1>σ2> σ3
▪ 假三轴
▪ σ1>σ2=σ3
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27
▪ 3)假三轴试验装置图：
▪ 由于试件侧表面已被加压油缸的橡皮套包住，液压油不会 在试件表面造成摩擦力，因而侧向压力可以均匀施加到试 件中。其试验装置示意图如下。
线与σ轴夹角为内摩擦角，外切线及其延长线与τ
轴相交之截距即为C。
▪ 实践中采用第一种方法的人数多。
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31
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20
▪ 5) Hoek直剪仪试验装置
精选ppt
21
▪ 6）角模压剪试验及受力分析示意图
▪ 在压力P的作用下，剪切面上可分解为沿剪切面 的剪力Psinα/A和垂直剪切面的正应力Pcosα/A， 如图所示。
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22
▪ 7）限制性剪切强度试验结果及其分析
▪ ①试验结果：剪切面上正应力越大，试件被剪破坏前所 能承受的剪应力也越大。
▪ a.直线形：τ轴的截距称为岩石的粘结力（或称内
聚力），记为C（MPa），与σ轴的夹角称为岩
石的内摩擦角，记为φ（度）。
▪ b.曲线形：
▪ ①一种方法是将包络线和τ轴的截距定为C，将包
络线与τ轴相交点的包络线外切线与σ轴夹角定为
内摩擦角。
▪ ②另一种方法建议根据实际应力状态在莫尔包络 线上找到相应点，在该点作包络线外切线，外切
▪ 非限制性剪切试验在剪切面上只有剪应力存在， 没有正应力存在；限制性剪切试验在剪切面上除 了存在剪应力外，还存在正应力。
精品课程《岩石力学》PPT课件
四、岩石力学中的几个基本概念
1. 岩石 (Rock)
定义：岩石是组成地壳的基本物质，它是由矿 物或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的天 然地质体。 岩石按照其成因可分为三类：岩浆岩，沉积岩 和变质岩，不同成因类型的岩石具有不同的物理 力学性质（自学、了解）。
2. 岩块
自然地质体的小块岩石称为岩块。我们平时所称的岩
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。
（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
(7) 工程岩体的稳定性
在开挖作用下的应力和位移分布特 征、变形破坏特征、稳定性分析与评价
(8) 岩石工程稳定性维护技术
包括岩体性质的改善与加固技术等
(9) 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、模拟试验及原位监测技术
数值模型模拟 物理模型模拟 原位监测可检验岩体变形与稳定性分析成果的正确性
六、岩石力学的研究方法
高等岩石力学-PPT精品
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6
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1/1-3 2/3-4 3/1-6 3/7-9 4/1-5 4/6 5/1-7 5/8 6/1-7
教学目的、香港边坡稳定性安全系统、万 梁高速公路成果
关键技术问题研究、高陡边坡失稳预测与 防灾治理技术研究
地球科学研究内容及地球科学的基本方法、 地震及灾害图片
目
*土木工程研究生系列教材 联系电话（010）68326294
网址cmpbook
备
介绍当今国内外大型科学分析软件技术、科学研究成果和工程示例。
注
要求研究生阅读并参考计算力学、连续介质力学、疲劳力学、断裂力学、非线性力学等。
教学日历
月 日 周／星期 章／节
教学内容
5
8
11/2
5
9
11/3
5
15
12/2
地球科学概论 地震及灾害危害
地质学基础 工程物探主要方法 道路交通工程防灾减灾技术 岩石、岩体变形与破坏规律 岩石、岩体工程问题 斜坡岩体、边坡稳定性分析
作业 课内 课外
布
时
时
置
数
ห้องสมุดไป่ตู้
数
备 注
2
2
1
2
1
2
1
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1
2
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2
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1
2
2
教学日历
月 日 周／星期 章／节
教学内容
6
6
15/3
6
12
岩石力学-全部课件
பைடு நூலகம்
1.3 岩石力学的研究方法
1.绪论
由于岩石力学是一门边缘交叉学科，研究的内容
广泛，对象复杂，这就决定了岩石力学研究方法 的多样性。
根据所采用的研究手段或所依据的基础理论所属
学科领域的不同，岩石力学的研究方法大概可 归纳为以下四种：
●工程地质研究方法；
●科学实验方法； ●数学力学分析方法； ●整体综合分析方法。
下诞生的：
●二战后，各国急于医治战争
创伤，大力发展经济建设； ●水电、矿山等能源、资源的 开发，导致工程规模越来越大； ●工程条件却越来越差，经常 发生滑坡、顶板冒落等严重 事故； ●迫使人们研究失事原因，开始 从岩石力学着手探索。 ●特别是两起震惊世界的特大工 程灾害， 给人们敲响了警钟， 从而催化了岩石力学的萌芽。
同时，第一次开展了水 压法测定隧洞围岩抗力 系数的大型现场试验和 抗剪强度现场试验。
19
1.4 岩石力学发展简况
1.绪论
起步阶段
（1958年～70年代初）
1958年10月成立三峡岩基专题研究组。
此期间我国开始具体建立机构和结合工程开发室内和
现场试验。
该阶段试验做得不少，但如何结合工程实际，认识还
12
1.4 岩石力学发展简况
国际方面： ●岩石力学形成背景 ●两大著名工程灾害 ●两个里程碑事件
●萨茨堡学派
1.绪论
国内方面： ●发展的四个阶段及其主要标志
13
1.4 岩石力学发展简况
一般认为，岩石力学作为一门
1.绪论
岩石力学形成背景
独立的学科存在， 大概在 上世纪50年代。
岩石力学是在这样的背景
绪论数值分析方法有限差分法有限差分法不确定性和系统分析法随机分析随机分析极限平衡法在边坡稳定性在边坡稳定性分析中常用数学力学分析方法11有限元法边界元法无界元法流形元法不连续变形分析法块体力学反演分析法等可靠度分析灵敏度分析趋势分析时间序列分析灰色系统理论等整体综合分析方法?就整个工程进行多种方法并以系统工程为基础的综合分析
1.3 岩石力学的研究方法
1.绪论
由于岩石力学是一门边缘交叉学科，研究的内容
广泛，对象复杂，这就决定了岩石力学研究方法 的多样性。
根据所采用的研究手段或所依据的基础理论所属
学科领域的不同，岩石力学的研究方法大概可 归纳为以下四种：
●工程地质研究方法；
●科学实验方法； ●数学力学分析方法； ●整体综合分析方法。
下诞生的：
●二战后，各国急于医治战争
创伤，大力发展经济建设； ●水电、矿山等能源、资源的 开发，导致工程规模越来越大； ●工程条件却越来越差，经常 发生滑坡、顶板冒落等严重 事故； ●迫使人们研究失事原因，开始 从岩石力学着手探索。 ●特别是两起震惊世界的特大工 程灾害， 给人们敲响了警钟， 从而催化了岩石力学的萌芽。
同时，第一次开展了水 压法测定隧洞围岩抗力 系数的大型现场试验和 抗剪强度现场试验。
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1.4 岩石力学发展简况
1.绪论
起步阶段
（1958年～70年代初）
1958年10月成立三峡岩基专题研究组。
此期间我国开始具体建立机构和结合工程开发室内和
现场试验。
该阶段试验做得不少，但如何结合工程实际，认识还
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1.4 岩石力学发展简况
国际方面： ●岩石力学形成背景 ●两大著名工程灾害 ●两个里程碑事件
●萨茨堡学派
1.绪论
国内方面： ●发展的四个阶段及其主要标志
13
1.4 岩石力学发展简况
一般认为，岩石力学作为一门
1.绪论
岩石力学形成背景
独立的学科存在， 大概在 上世纪50年代。
岩石力学是在这样的背景
绪论数值分析方法有限差分法有限差分法不确定性和系统分析法随机分析随机分析极限平衡法在边坡稳定性在边坡稳定性分析中常用数学力学分析方法11有限元法边界元法无界元法流形元法不连续变形分析法块体力学反演分析法等可靠度分析灵敏度分析趋势分析时间序列分析灰色系统理论等整体综合分析方法?就整个工程进行多种方法并以系统工程为基础的综合分析
岩石力学教案PPT课件
岩石的应力-应变关系
应力
指作用在岩石上的外力，包括压、 拉、剪等。
应变
指岩石在应力作用下发生的形变。
应力-应变曲线
描述岩石在受力过程中应力与应变 的关系曲线，通常呈现非线性的特 点。
岩石的破裂机制与强度准则
破裂机制
描述岩石在受力过程中如何达到破坏 状态的过程。
强度准则
用于预测岩石在不同应力状态下是否 会发生破坏的准则，如莫尔圆准则等 。
岩土体加固、滑坡治理等。
岩石力学的发展历程
19世纪初
20世纪80年代以来
岩石力学作为一门独立的学科开始形 成，最初的研究主要集中在岩石的强 度和变形特性方面。
数值计算和计算机技术的快速发展为岩 石力学提供了新的研究手段，推动了岩 石力学在理论和应用方面的深入研究。
20世纪50年代
随着工程建设的快速发展，岩石力学的 研究范围不断扩大，开始涉及到岩体的 稳定性分析、岩土工程设计等方面。
总结词
介绍岩石的变形和弹性模量，以及它们 对岩石力学性质的影响。
VS
详细描述
岩石的变形是指在外力作用下岩石发生的 形状变化，而弹性模量则表示岩石在受到 外力作用时抵抗变形的能力。变形和弹性 模量是衡量岩石力学性质的重要参数。一 般来说，变形较小、弹性模量较大的岩石 具有更好的承载能力和稳定性。
03 岩石的力学性质
岩石的强度准则是指岩石在 不同受力状态下的破坏准则 ，如库仑-纳维准则、莫尔库仑准则等。
能量守恒定律是自然界的基 本定律之一，它指出能量不 能凭空产生也不能凭空消失 ，只能从一种形式转化为另 一种形式。在岩石力学中， 能量守恒定律可以用来分析 岩石的破裂和变形过程。
05 岩石力学实验与案例分析
《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
.
43
表3－6
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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
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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。
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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：
《岩石力学》课件(完整版)
（m3/s）
dh
dx ——水头变化率； qx——沿x方向水的流量；h——水头高度； A——垂直x方向的截面面积；k——渗透系数。
四、岩石的抗风化指标（3类）
(1)软化系数（表示抗风化能力的指标）
Rcc——干燥单轴抗压强度、 Rcd——饱和单轴抗压强度；
Rcc / Rcd
（ 1 ）越小，表示
1.频率越低，跨越裂隙宽度俞大，反之俞小
图3-7
2. 裂隙数目越多，则纵波速度愈小
3.岩体的风化程度愈高弹性波的速度亦小
4.夹层厚度愈大弹性波纵波速度愈
三、岩体波速与岩体的有效孔隙率n及吸水 率 W f 有关
一些岩浆岩，沉积 岩和变质岩的纵 波速度与有效孔 隙率n之间的关系 见图3－9所示。
静泊松比代替）求 Ed ，则
Vp
/ Vs
[
2(1
)
]
1 2
1 2
• 若 ＝0.25时，
• 经过各方面试验验证， 之间。
Vp /Vs ＝1.73
Vp /Vs 一般在1.6～1.7
三、岩体弹性波速得测定
（一）岩块声波传播速度室内测定
测定时，把声源和接收器放在岩块试件得两端，通 常用超声波，其频率为1000Hz－2MHz。（示波见图3－1）
表3－1表示了各类岩石的弹性波速与岩石种 类之间的关系。 图3－5从实例统计的角度，表示了各类岩 石的弹性波速及密度之间的关系。
VP 0.35 1.88
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.
高等岩石力学12章
3. 岩体裂隙网络渗流具有定向性；
4. 岩体一般被视为非连续介质；
5. 岩体的渗流具有高度的非均质性和各向异性；
6. 一般岩体中的渗流符合达西定律，但岩溶管道流 一般属紊流，不符合达西定律；
7. 岩体渗流受应力场影响明显；
8. 复杂裂隙系统中的渗流，在裂隙交叉处具有“偏 流效应”
岩体空隙的结构类型
qi
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
12.2 基本定义
渗透率permeability k ij
qi
kij
P x j
qi
is the specific discharge,
P xj is the pressure gradient causing flow,
is the fluid viscosity and
k ij
k()b3Sexp()
岩体裂隙介质，考虑异常温度，渗透系数为
K ( ,T ) k ( )( T )g /( T )
12.6 地下水渗流对岩体的影响
地下水对岩体的物理作用
1. 润滑作用：不连续面上摩阻力减小，岩体 的摩擦角减小
2. 软化和泥化作用：对岩体结构面中充填物 的物理性状的改变，内聚力和摩擦角都减 小
K fk
The most basic form, and for the case of laminar flow, links the water flow rate to the pressure gradient is:
达西定律（Darcy’s law）
Q KAi
Q the flow rate(单位时间的流量) A the cross-sectional area of the flow i the hydraulic gradient, h l
4. 岩体一般被视为非连续介质；
5. 岩体的渗流具有高度的非均质性和各向异性；
6. 一般岩体中的渗流符合达西定律，但岩溶管道流 一般属紊流，不符合达西定律；
7. 岩体渗流受应力场影响明显；
8. 复杂裂隙系统中的渗流，在裂隙交叉处具有“偏 流效应”
岩体空隙的结构类型
qi
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
12.2 基本定义
渗透率permeability k ij
qi
kij
P x j
qi
is the specific discharge,
P xj is the pressure gradient causing flow,
is the fluid viscosity and
k ij
k()b3Sexp()
岩体裂隙介质，考虑异常温度，渗透系数为
K ( ,T ) k ( )( T )g /( T )
12.6 地下水渗流对岩体的影响
地下水对岩体的物理作用
1. 润滑作用：不连续面上摩阻力减小，岩体 的摩擦角减小
2. 软化和泥化作用：对岩体结构面中充填物 的物理性状的改变，内聚力和摩擦角都减 小
K fk
The most basic form, and for the case of laminar flow, links the water flow rate to the pressure gradient is:
达西定律（Darcy’s law）
Q KAi
Q the flow rate(单位时间的流量) A the cross-sectional area of the flow i the hydraulic gradient, h l
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2. 软化和泥化作用：对岩体结构面中充填物 的物理性状的改变，内聚力和摩擦角都减 小
3. 结合水的强化作用：非饱和岩体中的地下 水是结合水，按有效应力原理，此时的有 效应力大于岩体总应力，地下水的作用是 强化岩体的力学性能。
17
地下水对岩体的化学作用
1. 离子交换：岩土体颗粒上的离子和分子与地下水 的交换过程，此交换使得岩土体的结构改变，从 而影响岩土体的力学性状。
15
岩体及相关的渗透率（经验型与工程性）
k()cd2exp()
裂隙系统的岩体的等效渗透率
k()b3Sexp()
岩体裂隙介质，考虑异常温度，渗透系数为
K ( ,T ) k ( )( T )g /( T )
16
12.6 地下水渗流对岩体的影响
地下水对岩体的物理作用
1. 润滑作用：不连续面上摩阻力减小，岩体 的摩擦角减小
岩石渗流的决定因素
裂隙张开度 裂隙面的法向应力 距地面的深度
7
8
12.3 非连续面内的流动
➢ Hoek and Bray ➢ 达西定律 QcHL 其中 c ge 3
12 L
HL 两个截面水头差
9
非连续面组的流动情况
K ge 3 12
10
12.4 非连续面网络中的流动
连续性方程 Q 14 Q 24 Q 340
第12章 渗透性（permeability）
1
12.1 引言
The subject of permeability is concerned with fluid flow through a material, or rocks and rock masses in our current context, and is one of the most difficult topics facing the practising rock engineering.
11
Q ijci(jH iH j)ciH jiciH j j
H
j
cij Hi cij
采用伯努利方程
总水头 P z
12
12.5 岩体渗流与土体渗流的区别
土体结构疏松，以孔隙为主
1. 土体渗透性大小取决于粒径，颗粒越细， 渗透性越差；
2. 土体可视为多孔连续介质； 3. 土体的渗透性一般具有均质各向同性； 4. 土体渗流符合达西定律。
一般属紊流，不符合达西定律； 7. 岩体渗流受应力场影响明显； 8. 复杂裂隙系统中的渗流，在裂隙交叉处具有“偏
流效应”
14
岩体空隙的结构类型 岩体的空隙是地下水赋存场所和运
移通道，其分布形状、大小、连通性以 及空隙类型等，都影响着岩体的渗流特 性。
多孔介质质点与多孔连续介质 裂隙网络介质等 不同的划分方法：形成机理、空隙 的表现形式、结构面的连续性
21
2
qi
12.2 基本定义
渗透率permeability k ij
qi
kij
P x j
qi
is the specific discharge,
P xj is the pressure gradient causing flow,
is the fluid viscosity and
k ij
are the components of the permeablity tensor.
13
岩体以裂隙渗流为主
1. 岩体渗透性大小取决于岩体中不连续面的性质和 岩块的岩性；
2. 岩体渗流以裂隙导水、微裂隙和岩石孔隙储水为 其特点；
3. 岩体裂隙网络渗流具有定向性； 4. 岩体一般被视为非连续介质； 5. 岩体的渗流具有高度的非均质性和各向异性； 6. 一般岩体中的渗流符合达西定律，但岩溶 KAi
Q the flow rate(单位时间的流量) A the cross-sectional area of the flow i the hydraulic gradient, h l
6
12.2 主、次渗流
定义
Primary permeability, Secondary permeability rock matrix, rock mass
Rock mass contains discontinuities,and discontinuities are preferential flow paths.
The subject of permeability of rock mass can be studied in terms of the effective permeability of discontinuity networks.
2. 溶解作用与溶蚀作用：降水在经过岩土体时，溶 解大量的气体离子，增加了地下水的侵蚀性。这 些具有侵蚀性的地下水对可溶性岩石产生溶蚀作 用。溶蚀作用的结果是使岩体产生溶蚀裂隙、空 隙和溶洞。
3. 水化作用 4. 水解作用 5. 氧化还原作用
18
地下水对岩体的力学作用 空隙静水压力和空隙动水压力 空隙静水压力减小岩土体的有效应力， 降低岩土体的强度，同时引起裂隙的扩 容变形； 动水压力对岩土体产生切向的推力，降 低岩土体的抗剪强度；使岩土体细颗粒 物质产生移动，产生潜蚀即管涌；产生 裂隙面的法向和切向变形
19
20
12.7 工程应用：注浆和爆破 grouting and blasting
Reduce the permeability of a fractured rock mass:grouting
Blasting Stress wave create a large artificial discontinuity: pre-split blasting
3
4
q k P
x
岩石中一维水流方程：
K P q
f x
K，渗透系数coefficient of permeability(or hydraulic conductivity)
k K f
K fk
5
The most basic form, and for the case of laminar flow, links the water flow rate to the pressure gradient is:
3. 结合水的强化作用：非饱和岩体中的地下 水是结合水，按有效应力原理，此时的有 效应力大于岩体总应力，地下水的作用是 强化岩体的力学性能。
17
地下水对岩体的化学作用
1. 离子交换：岩土体颗粒上的离子和分子与地下水 的交换过程，此交换使得岩土体的结构改变，从 而影响岩土体的力学性状。
15
岩体及相关的渗透率（经验型与工程性）
k()cd2exp()
裂隙系统的岩体的等效渗透率
k()b3Sexp()
岩体裂隙介质，考虑异常温度，渗透系数为
K ( ,T ) k ( )( T )g /( T )
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12.6 地下水渗流对岩体的影响
地下水对岩体的物理作用
1. 润滑作用：不连续面上摩阻力减小，岩体 的摩擦角减小
岩石渗流的决定因素
裂隙张开度 裂隙面的法向应力 距地面的深度
7
8
12.3 非连续面内的流动
➢ Hoek and Bray ➢ 达西定律 QcHL 其中 c ge 3
12 L
HL 两个截面水头差
9
非连续面组的流动情况
K ge 3 12
10
12.4 非连续面网络中的流动
连续性方程 Q 14 Q 24 Q 340
第12章 渗透性（permeability）
1
12.1 引言
The subject of permeability is concerned with fluid flow through a material, or rocks and rock masses in our current context, and is one of the most difficult topics facing the practising rock engineering.
11
Q ijci(jH iH j)ciH jiciH j j
H
j
cij Hi cij
采用伯努利方程
总水头 P z
12
12.5 岩体渗流与土体渗流的区别
土体结构疏松，以孔隙为主
1. 土体渗透性大小取决于粒径，颗粒越细， 渗透性越差；
2. 土体可视为多孔连续介质； 3. 土体的渗透性一般具有均质各向同性； 4. 土体渗流符合达西定律。
一般属紊流，不符合达西定律； 7. 岩体渗流受应力场影响明显； 8. 复杂裂隙系统中的渗流，在裂隙交叉处具有“偏
流效应”
14
岩体空隙的结构类型 岩体的空隙是地下水赋存场所和运
移通道，其分布形状、大小、连通性以 及空隙类型等，都影响着岩体的渗流特 性。
多孔介质质点与多孔连续介质 裂隙网络介质等 不同的划分方法：形成机理、空隙 的表现形式、结构面的连续性
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qi
12.2 基本定义
渗透率permeability k ij
qi
kij
P x j
qi
is the specific discharge,
P xj is the pressure gradient causing flow,
is the fluid viscosity and
k ij
are the components of the permeablity tensor.
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岩体以裂隙渗流为主
1. 岩体渗透性大小取决于岩体中不连续面的性质和 岩块的岩性；
2. 岩体渗流以裂隙导水、微裂隙和岩石孔隙储水为 其特点；
3. 岩体裂隙网络渗流具有定向性； 4. 岩体一般被视为非连续介质； 5. 岩体的渗流具有高度的非均质性和各向异性； 6. 一般岩体中的渗流符合达西定律，但岩溶 KAi
Q the flow rate(单位时间的流量) A the cross-sectional area of the flow i the hydraulic gradient, h l
6
12.2 主、次渗流
定义
Primary permeability, Secondary permeability rock matrix, rock mass
Rock mass contains discontinuities,and discontinuities are preferential flow paths.
The subject of permeability of rock mass can be studied in terms of the effective permeability of discontinuity networks.
2. 溶解作用与溶蚀作用：降水在经过岩土体时，溶 解大量的气体离子，增加了地下水的侵蚀性。这 些具有侵蚀性的地下水对可溶性岩石产生溶蚀作 用。溶蚀作用的结果是使岩体产生溶蚀裂隙、空 隙和溶洞。
3. 水化作用 4. 水解作用 5. 氧化还原作用
18
地下水对岩体的力学作用 空隙静水压力和空隙动水压力 空隙静水压力减小岩土体的有效应力， 降低岩土体的强度，同时引起裂隙的扩 容变形； 动水压力对岩土体产生切向的推力，降 低岩土体的抗剪强度；使岩土体细颗粒 物质产生移动，产生潜蚀即管涌；产生 裂隙面的法向和切向变形
19
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12.7 工程应用：注浆和爆破 grouting and blasting
Reduce the permeability of a fractured rock mass:grouting
Blasting Stress wave create a large artificial discontinuity: pre-split blasting
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q k P
x
岩石中一维水流方程：
K P q
f x
K，渗透系数coefficient of permeability(or hydraulic conductivity)
k K f
K fk
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The most basic form, and for the case of laminar flow, links the water flow rate to the pressure gradient is: