地质力学的岩石力学学派

1、岩石力学定义:研究岩石的力学性状（behaviour）的一门理论科学，同时也是应用科学；是力学的一个分支；研究岩石对于各种物理环境的力场所产生的效应。

初期阶段（地应力）：海姆静水压力假说，朗金假说，金尼克假说：经验理论阶段：普世理论，太沙基理论。

2、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).深埋巷道属于无限城问题，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.3、影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素：1).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;2).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；3).构造：组成成分的空间分布及其相互间排列关系。

4、岩石力学是固体力学的一个分支。

在固体力学的基本方程中，平衡方程和几何方程都与材料性质无关，而本构方程（物理方程/物性方程）和强度准则因材料而异。

岩石的基本力学性质主要包括2大类，即岩石的变形性质和岩石的强度性质。

5、研究岩石变形性质的目的，是建立岩石自身特有的本构关系或本构方程(constitutive law or equation)，并确定相关参数。

研究岩石强度性质的目的，是建立适应岩石特点的强度准则，并确定相关参数。

6、岩石强度：岩石介质破坏时所能承受的极限应力；单轴抗压强度、单轴抗拉强度、多轴强度、抗剪强度。

7、研究岩石强度的意义：1）.岩石分类、分级中的重要数量指标；2).作为强度准则判别：当前计算点处于全应力应变曲线哪个区；3).计算处或测定处的岩土工程是否稳定；4).在简单地下工程条件下，可作为极限平衡条件(塑性条件)，求解弹塑性问题的塑性区范围，以及弹性区和塑性区的应力与位移.8、岩石的破坏形式:1).拉伸破坏: (a)为直接拉伸，(b)为劈裂破坏2).剪切破坏3)塑性流动4).拉剪组合9、岩石单轴强度定义:岩石试件在无侧限和单轴压力作用下抵抗破坏的极限能力；公式: σc=P/A 式中，σc——单轴抗压强度，MPa，也称无侧限强度；P——无侧限条件下岩石试件的轴向破坏荷载; A ——试件的截面面积。

地质力学与岩石力学研究地质力学和岩石力学是研究地球内部岩石的性质、变形和破坏机理的学科。

它们为地质灾害的预测和防治、矿产资源的勘探和开发、岩土工程工程设计和建设提供了重要的理论和方法支撑。

本文将介绍地质力学与岩石力学的研究内容以及其在实际应用中的重要性。

一、地质力学的研究内容地质力学是研究地球内部岩石变形和岩石力学性质的学科。

它主要包括三个方面的研究内容：岩石力学性质、岩石变形机制和岩石力学实验。

1. 岩石力学性质岩石的力学性质是指岩石在受力作用下的力学响应规律。

包括岩石的强度、弹性模量、变形特性等。

了解岩石的力学性质对于地质勘探、矿产资源的开发和利用以及岩土工程的设计和施工都具有重要意义。

2. 岩石变形机制岩石变形机制是研究岩石变形的原因和规律。

包括岩石的应力、应变、应力-应变关系和岩石变形的机理。

了解岩石的变形机制对于地质灾害的预测和防治、地质勘探和岩土工程的设计和施工都有重要的指导意义。

3. 岩石力学实验岩石力学实验是通过实验手段对岩石的力学性质和变形机制进行研究和验证的方法。

包括岩石抗压实验、岩石抗拉实验、岩石弹性模量实验等。

岩石力学实验可以通过模拟实际工程环境来研究和验证岩石的力学性质和变形机制，为实际工程应用提供科学依据。

二、岩石力学的研究内容岩石力学是研究岩石力学性质、岩石变形规律和岩石破坏机理的学科。

它主要包括三个方面的研究内容：岩石力学参数、岩石力学模型和岩石破坏机制。

1. 岩石力学参数岩石力学参数是研究岩石力学特性的重要参数。

包括岩石的抗压强度、抗拉强度、抗折强度等。

了解岩石的力学参数对于岩石的力学性质和变形机制的研究具有重要意义。

2. 岩石力学模型岩石力学模型是将复杂的岩石力学问题简化为数学模型的方法。

通过建立岩石力学模型可以对岩石的力学性质和变形机制进行分析和计算。

岩石力学模型是研究岩石力学的重要工具。

3. 岩石破坏机制岩石破坏机制是研究岩石在受力作用下发生破坏的过程和规律。

教学大纲第一章概论§1.1岩石力学的基本概念——什么是岩石力学？传统的概念和理论美国科学院岩石力学委员会定义岩石力学固体力学和其他力学学科的本质区别岩石力学的重新定义§1.2岩石力学的应用——岩石力学服务于哪些工程领域采矿工程水利水电工程隧道和公路建设工程土木建筑工程石油工程海洋勘探与开发工程核电站建设与核废料处理工程地热开发工程地震监测与预报工程§1.3岩石力学与工程研究的特点力学荷载条件的特殊性和多因素性研究对象的复杂性和不确定性研究内容的广泛性和工程实用性研究方法的多样性、系统性和综合性第二章岩石的物理力学性质§2.1岩石的物理性质孔隙度密度，容重渗透性声波速度（在岩石中的传播速度）§2.2岩石力学性质的试验和研究非限制性压缩强度试验点荷载强度试验三轴压缩强度试验拉伸强度试验剪切强度试验全应力—应变曲线及破坏后强度试验第三章岩石与岩体分类§3.1按地质组成分类具有结晶组织的岩石具有碎屑组织的岩石非常细颗粒的岩石有机岩石§3.2按力学效应分类均质连续体弱面体散体§3.3按岩体结构分类完整块状结构层状结构碎裂结构散体结构§3.4 CSIR岩体质量分级CSIR岩体质量分级指标体系RMR岩体质量评分标准§3.5 NG1隧道岩体质量分级NG1岩体质量分级指标体系Q岩体质量评分标准第四章岩石强度理论（破坏准则）§4.1莫尔—库仑破坏准则§4.2经验破坏准则§4.3格里菲斯破坏准则§4.4各向异性岩体的破坏第五章岩石流变理论§5.1岩石流变的基本概念§5.2 流变模型三个流变元件模型圣维南(St. Venant)体马克斯威尔Maxwell体开尔文（Kelvin）体广义开尔文（Modified Kelvin）体饱依丁—汤姆逊体（Poyting-Thomson）理想粘塑性体（Ideal viscous-plastic material）宾汉姆（Bingham）体伯格模型（Burger）体第一章概论1.1岩石力学的基本概念－什么是岩石力学？●岩石力学是近代发展起来的一门新兴学科和边缘学科，是一门应用性和实践性很强的应用基础学科。

地质五大学派
1地质力学
地质力学是李四光（1889—1971）创立，是地质学的一门分支学科。

运用力学原理研究地壳构造和地壳运动规律及其起因的学科。

认为大陆上海水的进退，不仅是海面的升降，可能还有由赤道向两极，反过来由
两极向赤道的方向性的运动。

据此,他推断大陆运动也可能有这种方向。

2波浪状镶嵌构造
波浪状镶嵌构造是张伯声教授提出的。

他认为波浪运动是物质运动的普遍
方式，地壳也是作波浪运动的。

有三种波，反映其垂直运动的蚕行波，反
映其拉张挤压运动的蠕行波和反映其水平扭动的蛇行波。

3地洼学说
陈国达根据自己长期实地考察研究结果得知，造山作用所形成的盆岭相间的格局，是
地貌标志特征，其中的山脉叫地穹，盆地叫地洼。

故又称它为地洼区。

4多旋回构造运动说
20世纪40年代﹐德国地质学家施蒂勒﹐W.H.认为一个地槽系的发生﹑发展到结束﹐不只经历一个而是若干个构造旋回（即多旋回）﹐才逐步转化成褶皱系的。

5断块构造学
中国地质学家张文佑于1974年提出的一种阐述大地构造规律的学说。

认为岩石圈被断裂分割成大小不等、深浅不一和发展历史不同的断裂块体，由此构成岩石圈的多层、多级和多次发展的断块构造。

中国五大地质构造学派来源：李胜斌的日志大地构造是地球科学的一个分支学科。

它主要研究地球的构造、演化及其运动变形和发展规律等问题的学科，是研究地球科学的基础理论之一，不仅对深入认识地球发展史和地壳、岩石圈运动史有重要的理论意义，而且对研究成矿条件、地表成因及预测矿产资源等都具有重要的实际意义。

中国地处环太平洋构造带和特提斯构造带的丁字接合处，具有中国特色的大地构造特征。

“波浪状镶嵌构造学说”、“地质力学”、“多旋回构造”、“地洼说”和“断块构造说”是老一辈地质学家对我国大地构造特征的总结，被称为“中国五大地质构造学派”。

一、波浪状镶嵌构造学说——张伯声二、地质力学——李四光三、多旋回构造运动说——黄汲清四、断块构造学说——张文佑五、地洼说——陈国达“波浪状镶嵌构造”学说的创始人张伯声院士是我校已故的中国乃至全世界著名地质科学家之一，为我国的地质科研和教育事业做出了卓越贡献。

因此“波浪状镶嵌构造”学说是本节的重点。

一、“波浪状镶嵌构造” 学说（一）“波浪状镶嵌构造”学说创始人张伯声院士生平简介张伯声院士，1903 年6月23日出生于河南省荥阳县乔楼村，1994年4月4日下午5时在西安逝世。

1926年毕业于北京清华学校，以优异成绩被保送赴美留学，先后在威斯康辛大学和芝加哥大学化学系学习，192 8年获芝加哥大学化学系学士学位，后又在芝加哥大学和斯坦福大学地质系研究部攻读地质学。

1930年回国，先后在焦作工学院、交通大学、唐山工学院、河南大学和北洋工学院任地质学和岩矿学教授。

1937年抗日战争爆发，张伯声教授随同北洋工学院从天津迁到陕西，先后在西安临时大学、西北联合大学，西北工学院和西北大学任教。

抗战胜利后，原北洋工学院的教师纷纷返回天津，但他则认为，秦岭需要他，西北需要他，毅然跟随西北大学迁回西安，出任西北大学地质系主任。

解放后，张伯声院士以极大的热情投入新中国的社会主义建设事业。

1956年光荣地加入中国共产党。

在经典理论发展阶段，形成了“连续介质理论”和“地质力学理论”两大学派。

岩石的物理性质是指由岩石固有的物质组成和结构特征所决定的比重，容重，孔隙率等基本属性。

水理性：岩石与水相互作用时所表现的性质称为岩石的水理性。

包括岩石的吸水性，透水性，软化性和抗冻性。

天然含水率：天然状态下岩石中水的质量与岩石的烘干质量的比值，称为岩石的天然含水率。

吸水性：岩石在一定条件下吸收水分的性能称为岩石的吸水性。

岩石的软化性：岩石浸水后强度降低的性能称为岩石的软化性。

岩石的软化性常用软化系数来衡量。

软化系数：是岩样饱水状态的单轴抗压强度与自然风干状态抗压强度的比值。

岩石的强度：岩石在各种载荷作用下达到破坏时所能承受的最大应力称为岩石的强度。

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称为岩石的单轴抗压强度。

岩石破坏有几种形式？对各种破坏的原因作出解释。

答：试件在单轴压缩载荷作用破坏时，在试件中可产生四种破坏形式:(1)X状共轭斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。

(2)单斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。

(3)拉伸破坏，破坏面上的拉应力超过了该面的抗拉强度，导致岩石受拉伸破坏。

（4）塑性流动变形破坏。

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称为岩石的三轴抗压强度。

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称为岩石的单轴抗拉强度，简称抗拉强度。

在传统的压缩试验中，岩石达到其峰值强度后发生突发性破坏的根本原因是试验机的刚度不够大，这类试验机称为“软”性试验机。

什么是全应力-应变曲线？为什么普通材料实验机得不出全应力-应变曲线？全应力应变曲线：能显示岩石在受压破坏过程中的应力、变形特性，特别是破坏后的强度与力学性质的变化规律。

由于普通材料试验机的刚度小，在试件压缩时，其支柱上存在很大的变形和变形能，在试件快要破坏时，该变形能突然释放，加速试件破坏，从而得不出极限压力后的应力应变关系曲线。

1.岩体力学的定义：岩体力学主要是研究岩石和岩体力学性能的一门学科。

是探讨岩石和岩体在其周围物理环境（力场、温度场、地下水等）发生变化后，作出响应的一门力学分支。

2.岩石的定义：岩石是矿物或岩屑地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体。

3.岩体的定义：在岩体力学中，通常将在一定工程范围内的自然地质体称为岩体。

4.结构面的定义：所谓结构面，是指具有极低的或没有抗体强度的不连续面5.岩石的力学特征：1.不连续性.2.各向异性.3.不均匀性.4.赋存地质因子的特性.6.学派：1.地质力学的岩石力学派。

2.工程岩石力学派。

第二章1.岩石的基本物理性质：1.岩石的密度指标。

2.岩石的孔隙性。

3.岩石的水理性质。

4.岩石的抗风化指标。

5.岩石的其他特性。

2.岩石的强度特性：所谓强度，是指材料在荷载作用下，所能承受的最大的单位面积上的力。

通常研究岩石的单轴抗压强度（无侧限压缩强度）、抗拉强度、剪切强度、三轴压缩强度等。

在单向压缩荷载作用下试件的破坏形态：1.圆锥形破坏。

2.柱状劈裂破坏。

3.四种强度特性：1.岩石的单轴抗压强度。

2.岩石的抗拉强度。

3.岩石的抗剪强度。

4.岩石在三向压缩应力作用下的强度。

4.岩石三向压缩强度的影响因素：1.侧向压力的影响。

2.试件尺寸与加载速率的影响。

3.加载路径对岩石三向压缩强度的影响。

4.孔隙压力对岩石三向压缩强度的影响。

5.岩石应力应变全过程曲线（略）6.岩石的流变性包含着三部分的内容：岩石的蠕变、岩石的应力松弛、岩石的长期强度。

7.所谓的蠕变是指岩石在恒定的外力作用下，应变随时间的增长而增长的特性，也称作徐变。

8.典型蠕变曲线（略）。

9.影响岩石蠕变的主要因素：1.应力水平对蠕变的影响。

（不能太大也不能太小，中等应力水平（60%-90%）峰值）2.温度、湿度对蠕变的影响。

10.岩石介质力学模型：1.基本力学介质模型：弹性介质模型、塑性介质模型、粘性介质模型。

2.常用的岩石介质模型：弹塑性介质模型、粘弹性介质模型：马克斯韦尔模型、凯尔文模型。

地球科学大辞典地质力学地质力学总论【地质力学】geomechanics李四光创立，是地质学的一门分支学科。

地质力学最早把力学系统地引入地质学，是地质学与力学相结合的边缘科学，是用力学原理研究岩石圈变形和水圈运动的过程和方式，进而探讨地壳构造和地壳运动规律及其起因的科学。

1926年和1928年李四光先后发表《地球表面形象变迁之主因》及《晚古生代以后海水进退规程》等，从理论上探讨自水圈运动到岩石圈形变、自构造形迹到大陆构造运动等问题。

1929年提出构造体系这一重要概念，建立了一系列构造体系类型。

1941年他在演讲“南岭地质构造的地质力学分析”时正式提出“地质力学”一词。

1945年发表《地质力学之基础与方法》，1962年《地质力学概念》出版，对其理论和方法作了系统概括。

它从观察地质构造的现象(构造形迹)出发，分析地应力分布状况和岩石力学性质，追索力的作用，从力的作用方式进而追索地壳运动程式，并结合海水进退规程，探索地壳运动的规律和起源。

它研究地壳运动产生的各种形变的规律及其引起的物质变化规律，以及二者间的相互关系。

地质力学强调：①任何一种地壳构造运动的正确假说，都必须能够完满地说明客观地质现象，必须接受客观地质构造实际(和水圈变化)的严格检验，地质构造就成为探索地壳构造运动的主题；②各种地质构造大都是力作用的直接结果，它们都有一定的力学属性和力学本质，查明地质构造的力学性质就成为首要的基础性工作；③任何地质构造现象都不是孤立存在的，在它的发生和发展过程中，必有其不可分割的伴侣，成群成带相伴出现的地质构造现象的总体构成统一的构造体系。

每一类型的构造体系，均可当作一幅形变图像来看待，它反映一定方式的地壳运动。

上述论点是地质力学的三个主要立论依据及其三个基本特征，它们分别反映了地质力学实践的观点、本质的观点和联系的观点。

现已认识的构造体系，可划分为三大主要类型，即纬向构造体系、经向构造体系和扭动构造体系。

这些构造体系主要是地壳的水平运动(经向的和纬向的)造成的，而地球自转速率的变化是发动地壳水平运动的主因。

第一节岩体力学与工程实践一、岩体力学的概念（Rockmass mechanics）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基础学科。

（1）研究对象各类岩体（岩体：地质体的一部分，它位于一定的地质环境之中，是在各种宏观地质界面（断层节理、破碎带、接触带、片理等）分割下形成的有一定结构的地质体。

）（2）服务对象涉及许多领域和学科。

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岩体力学；（工程岩石力学）②为掘进、钻井及爆破工程服务的岩体力学；③为构造地质学、找矿及地震预报等服务岩体力学。

（3）（工程）岩体力学研究的根本目的和任务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。

（以露天采矿边坡坡角选择为例，符合''安全、经济和正常运营''的原则）二、工程实践（Engineering practices）岩体力学的发展是和人类工程实践分不开的。

（1）发展进程：最初，岩体工程数量少，规模也小，多凭经验解决工程中遇到的岩体力学问题。

因此，岩体力学20世纪50年代末（1957年法国的塔罗勃J.Talobre《岩石力学》的出版））的形成与发展要比土力学（18世纪七十年代（1773〜1776年）库仑Coulomb提出的土的抗剪强度和滑动土壤的土压力理论，标志着土力学进入古典理论时期）晚得多。

随着生产力水平及工程建筑事业的迅速发展，提出了大量的岩体力学问题。

对工程建设的安全性与经济性产生显着的影响，甚至带来严重的后果。

挪威工程院院士岩石力学
岩石力学是地质工程领域的一个重要分支，主要研究岩石的力学性质和行为。

挪威工程院院士是挪威工程院的成员，是在工程技术领域取得杰出成就的专家和学者。

挪威工程院院士在岩石力学领域的研究和贡献可能包括以下几个方面：
1. 岩石力学基础研究：挪威工程院院士可能在岩石强度、变形、断裂等方面进行了深入的基础研究，为岩石力学领域的发展做出了重要贡献。

2. 岩石力学应用研究：挪威工程院院士可能在岩石力学的应用研究方面进行了重要工作，例如在地质工程、矿山工程、隧道工程等领域中对岩石力学进行了实际应用和探索。

3. 技术创新和工程实践：挪威工程院院士可能在岩石力学领域的技术创新和工程实践方面有突出贡献，例如在岩石爆破、岩石固结等方面提出了新的理论和方法，并在实际工程中取得了显著的成果。

挪威工程院院士在岩石力学领域的研究和贡献可能涉及基础研究、应用研究、技术创新和工程实践等方面，为挪威和国际岩石力学领域的发展做出了重要贡献。