岩体力学第六章-第一节到第六节

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。

第六章 岩体的初始应力状态第一节 初始应力状态的概念与意义岩体的初始应力，是指岩体在天然状态下所存在的内在应力，在地质学中，通常又称它为地应力。

岩体的初始应力主要是由岩体的自重和地质构造运动所引起的。

岩体的地质构造应力是与岩体的特性(例如，岩体中的裂隙发育密度与方向，岩体的弹性、塑性、粘性等)有密切关系，也与正在发生过程中的地质构造运动以及与历次构造运动所形成的各种地质构造现象(例如，断层、褶皱等)有密切关系。

因此，岩体中每一单元的初始应力状态随该单元的位置不同而有所变化。

此外，影响岩体初始应力状态的因素还有地形、地质构造形态、水、温度等，但这些因素大多是次要的，只是在特定的情况下才需考虑。

对于岩体工程来说，主要考虑自重应力和构造应力，二者叠加起来构成岩体的初始应力场。

地面和地下工程的稳定状态与岩体的初始应力状态密切相关。

岩体的初始应力状态可以指在没有进行任何地面或地下工程之前，在岩体中各个位置及各个方向所存在的应力的空间分布状态，它是不取决于人类开挖活动的自然应力场。

在岩体中进行开挖以后，改变了岩体的初始应力状态，使岩体中的应力重新分布，引起岩体变形，甚至破坏。

在高地应力地区，开挖后常会出现岩爆、洞壁剥离、钻孔缩径等地质灾害。

对于地下洞室工程来讲，我们把与洞室本身稳定密切相关的周围岩体称为围岩。

洞室的开挖引起围岩的应力重分布和变形，这不仅会影响洞室本身的稳定状态，而且为了维持围岩的稳定，需施作一定的支护结构或衬砌。

合理地设计支护结构，确定经济合理的衬砌尺寸，是与岩体的初始应力状态紧密相关。

所以，研究岩体的初始应力状态，就是为了正确地确定开挖过程中岩体的应力变化，合理地设计岩体工程的支护结构和措施。

第二节 组成岩体初始应力状态的各种应力场及其计算一、岩体自重应力场及计算地心对岩体的引力，使原岩体处于受力状态，由此而引起的岩体应力称为重力应力。

它可以通过计算获得，其计算理论一般是建立在假定岩体为均匀连续介质的基础之上的。

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。

第六章岩体的力学性质第一节概述岩体的力学性质与岩块有显著的差别。

一般情况下，岩体比岩块易于变形，其强度也显著低于岩块的强度。

造成这种差别的根本原因在于岩体中存在各种类型不同、规模不等的结构面，并受到天然应力和地下水等环境因素的影响。

正因为如此，岩体在外力的作用下其力学属性往往表现出非均质、非连续、各向异性和非弹性。

所以，无论在什么情况下，都不能把岩体和岩块两个概念等同起来。

另外，人类的工程活动都是在岩体表面或岩体内部进行的。

因此，研究岩体的力学性质比研究岩块力学性质更重要、更具有实际意义。

岩体的力学性质，一方面取决于它的受力条件，另一方面还受岩体的地质特征及其赋存环境条件的影响。

其影响因素主要包括：组成岩体的岩石材料性质；结构面的发育特征及其性质和岩体的地质环境条件，尤其是天然应力及地下水条件。

其中结构面的影响是岩体的力学性质不同于岩块力学性质的本质原因。

实践表明：研究岩体的变形与强度性质是岩体力学的根本任务之一。

因此，本章将主要讲述岩体的变形与强度性质，同时对岩体的动力学性质及水力学性质也作一简要介绍。

第二节岩体的变形性质岩体变形是评价工程岩体稳定性的重要指标，也是岩体工程设计的基本准则之一。

例如在修建拱坝和有压隧洞时，除研究岩体的强度外，还必须研究岩体的变形性能。

当岩体中各部分岩体的变形性能差别较大时，将会在建筑物结构中引起附加应力；或者虽然各部分岩体变形性质差别不大，但如果岩体软弱抗变形性能差时，将会使建筑物产生过量的变形等。

这些都会导致工程建筑物破坏或无法使用。

由于岩体中存在有大量的结构面，结构面中还往往有各种充填物。

因此，在受力条件改变时岩体的变形是岩块材料变形和结构变形的总和，而结构变形通常包括结构面闭合、充填物压密及结构体转动和滑动等变形。

在一般情况下，岩体的结构变形起着控制作用。

目前，岩体的变形性质主要通过原位岩体变形试验进行研究。

一、岩体变形试验及其变形参数确定原位岩体变形试验，按其原理和方法不同可分为静力法和动力法两种。

《岩体力学》教学大纲课程编号：0801201524课程名称：岩体力学课程英文名称：Rock Mass Mechanics课程类别：必修课课程性质：专业课学时(理论+实验)：56 (48+8)学分：3开课学期：第六学期选用教材：《岩体力学》齐伟编，地质出版社，2011年7月主要参考书：1、《岩体力学》肖树芳、杨淑碧编，地质出版社。

2、《岩体力学》中国地质大学出版社。

3、《岩体力学》沈明荣主编，同济大学出版社。

4、《矿山岩体力学》郑永学主编，冶金工业出版社。

5、《岩石力学》重庆大学出版社。

6、《岩石力学》徐志英编，中国水利水电出版社。

7、《岩石力学与工程》蔡美峰主编，科学出版社。

8、《岩体力学基础》孙广忠著，地质出版社。

一、中英文课程简介：岩体力学是土木工程及勘察技术与工程专业的专业理论基础课程之一。

岩体力学是研究岩体在各种力场作用下变形及破坏规律以及强度和稳定性问题的一门应用型理论学科，它具有较完善的理论体系，同时又具有广泛的应用领域，在隧道与地下工程、边坡工程和地基工程等方面拥有广泛大量的研究课题，因此可以说该学科具有广阔的开展前景和旺盛的生命力。

岩体力学是一门正处于开展中的年轻学科，它仅有40年左右的开展历史，这说明该学科正处于快速的开展期，在人类社会高速开展以及我国经济快速开展的今天，各类岩体工程大量涌现，提出了越来越多的岩体力学问题，又由于现代科学技术的飞速开展，许多新技术和新方法不断涌现，为岩体力学注入了许多新的内容，使学科开展开辟了许多新的增长点。

岩体力学的研究内容是相当广泛的，首先，岩体力学的研究对象——岩体作为地质体的地质特征是岩体力学研究的基础内容，包括岩体的物质组成、地质体的开展演化历史、岩体中结构面及结构特征的研究，岩体赋存的地质环境特征的研究，如地应力、地下水等。

岩石及岩体力学性质的研究，包括岩石（体）的变形、破坏的规律及本质，以及强度的研究，岩石（体）强度理论的研究等。

另外，还有大量岩体力学的应用课题研究，如地下及隧道工程中围岩应力及围岩压力的研究，边坡工程中斜坡岩体的稳定性及加固技术问题研究，以及地基工程中的岩体稳定性研究等，都有大量的研究课题和内容。