岩体力学浅谈
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岩体力学:是介于地学和力学两门学科之间的一门边缘学科,是研究岩体在各种力场作用下变形和破坏的一门应用性和实践性很强的学科。
岩体:地质过程形成的,被各种地质界面(不整合、褶皱、断层;层理、片理、劈理和节理)切割而成的,有一定地质结构的地质体。
通常将在一定工程范围内的自然地质体称为岩体。
岩石:矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体。
岩石有其自身的矿物成分、结构与构造。
岩体的基本特征:不连续性。
岩体的不连续性主要受结构面对岩体结构的隔断性质所控制,因而岩体多数是属不连续介质,而岩石块本身则可作为连续介质看待。
各向异性。
由于岩体中结构面有优先位向排列的趋势,随着受力岩体的结构取向不同,其力学性质也各异。
实验表明,岩体的强度和变形都是与岩体结构的方向性有关。
因而岩体力学的性质通常具有各向异性的特征。
不均匀性。
岩体中结构面的方向、分布、密度、及被结构面切割成的岩石块单元体(结构体)的大小、形状和镶嵌情况等各部位都很不一致,造成许多岩体具有不均匀性的特征。
岩石块单元体的可移动性。
岩体是由具有不同连结程度的岩石块单元体所镶嵌排列而组成。
岩体的变形破坏往往取决于组成岩体的岩石块单元体的移动的影响,它与岩石块本身的变形破坏共同组成岩体的变形破坏。
赋存地质因子的特性。
岩体是处于一定的地质环境中,使岩体赋存有不同于自重应力场的地应力场、水、气、温度以及地质历史遗留的形迹等。
这些地质因子都会对岩体有一定的作用。
岩石的含水量:岩石孔隙中含水的质量与固体质量之比的百分数 。
岩石的吸水率:岩石吸入水的质量与试件固体的质量之比 。
岩石的渗透性 :岩石在一定的水压力作用下,水穿透岩石的能力。
软化系数 :指岩石饱和的单轴抗压强度和干燥状态下单轴抗强度的比值。
岩石耐崩解性指数:通过岩石试件进行烘干,浸水循环试验所得的指数。
它直接反映了岩石在浸水和温度变化的环境下抵抗风化作用的能力。
岩石的膨胀性:含有粘性矿物的岩石,遇水后会发生膨胀现象。
岩体的力学特征嘿,朋友们!今天咱就来唠唠岩体的力学特征。
你说这岩体啊,就像一个脾气有点怪的大汉。
有时候它可结实了,硬邦邦的,能撑起一大片天地;有时候呢,又好像有点“脆弱”,轻轻一碰就可能出点小状况。
咱先说说岩体的强度。
这就好比一个人的力气大小,有的岩体那强度,杠杠的,怎么折腾都没事,就像大力士一样。
可有的岩体呢,就没那么厉害了,稍微给点压力可能就扛不住啦。
你想想看,要是盖房子的时候遇到强度不行的岩体,那房子还不得摇摇晃晃的呀,多吓人!还有岩体的变形特性呢,这就跟面团似的。
有的面团好揉,能变出各种形状;有的就比较难搞。
岩体也一样,有些岩体容易变形,在压力下会慢慢改变形状;而有些就比较倔强,不怎么愿意变形。
这要是在工程建设中不搞清楚,那可容易出问题咯!比如修条路,路下面的岩体变形太厉害,那路不就变得坑坑洼洼了嘛。
再讲讲岩体的断裂韧性。
这就好像一根绳子的结实程度,有的岩体就像很结实的绳子,很难弄断;有的就像质量不太好的绳子,稍微一拉就断了。
在一些地质活动或者工程施工中,如果岩体的断裂韧性不够,那不是很容易就出现裂缝甚至崩塌吗?岩体的各向异性也很有意思哦。
就像人有不同的性格侧面一样,岩体在不同方向上的力学性质也可能不一样。
这边硬一点,那边可能就软一点。
这可不能小瞧啊,要是不注意,按照一个标准去对待,那不就得出错嘛。
你说咱生活中的好多事儿不都跟岩体的力学特征有关系嘛。
就好比爬山的时候,那些陡峭的山崖,不就是岩体嘛,它们的力学特征决定了我们能不能安全地爬上去呀。
还有挖矿的时候,得搞清楚岩体的情况,不然怎么能安全地把矿石挖出来呢?所以啊,咱可得好好研究研究岩体的力学特征,这可不是闹着玩的。
只有把它搞清楚了,我们才能更好地和它打交道,利用它或者避开它可能带来的问题。
别小看了这些石头,它们的脾气可不小呢!咱得小心伺候着,才能让它们为我们服务,而不是给我们找麻烦,对吧?总之,岩体的力学特征那是相当重要,咱可不能马虎对待呀!原创不易,请尊重原创,谢谢!。
1)岩体力学: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。
2)岩体力学的研究对象,不是一般的人工材料,而是在天然地质作用下形成的地质体。
3)研究方法:1工程地质研究法;2实验法;3数学力学分析法;4综合分析法.第二章1)岩块:指不含显著结构面的岩石块体,是构成岩体的最小岩石单元体。
2)岩石:是由具有一定结构构造的矿物(含结晶和非结晶的)集合体组成的。
3)岩石的粒间连结分结晶连结与胶结连结两类。
4)胶结类型:基底式胶结(强度最高);空隙式胶结(次之);接触式胶结(最低)5)国家<岩土工程勘察规范>提出用风化岩块的纵波速度,波速比和风化系数等指标来评价岩块的风化程度。
6)结构面:指地质历史发展过程中,在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度,厚度相对较小的地质界面或带。
它包括物质分异面和不连续面,如层面,不整合面,节理面,断层,片理面等。
7)根据地质成因的不同,可将结构面划分为原生结构面,构造结构面和次生结构面三类。
8)结构面的规模大小不仅影响岩体的力学性质,而且影响工程岩体力学作用及其稳定性。
9)结构面可分为5级(P13);1,2级结构面又称为软弱结构面;3级结构面多数也为软弱结构面;4,5级结构面为硬性结构面。
4级结构面主要控制着岩体的结构,完整性和物理力学性质,是岩体结构研究的重点。
10)结构面特征及其对岩体性质的影响:1产状;2连续性;3密度;4张开度;5形态;6冲天胶结特征;7结构面的组合关系。
11)岩体:是指在地质历史过程中形成的,由岩石单元体(或岩块)和结构面网络组成的,具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。
12)岩体是由结构网络及其所围限的岩石块体所组成。
岩石块体或岩石单元体被称为结构体,它的大小,形态及其活动性取决于结构面的密度,连续性及其组合关系。
13)迪尔和米勒提出以岩块的单轴抗压强度和模量比作为分类指标。
第三章 岩体结构与岩体力学性质第一节 概述成岩之初岩体是连续的,以后由于构造运动的影响,在岩体中形成各种地质界面,因此被各种结构面切割是岩体的主要特征。
岩石是构成岩体的物质,岩体是由结构面和结构体(被结构面包围的岩块)两个基本单元组成。
岩体的物理力学性质取决于结构面和结构体的力学性质,从总体上说,岩体具有以下几个主要特征:(1)、岩体是预应力体,在进行开挖工程前,岩体中已存在初始应力场。
开挖岩体形成的应力集中势必迭加到初始应力场上。
(2)、岩体是一种含有多种介质的裂体。
有两个极端情况,一种是弱面极少或几乎没有的整体性质,可视为连续介质。
另一种是弱面充分发育的松散体,在这两种情况之间有松散体—弱面体—连续体的一个系列。
将这由连续到不连续的系列划分为几种力学介质,如连续介质、块体介质、松散介质等。
岩体中的结构面:断层、节理、裂隙、片理等不连续面; 假整合、不整合、充填物等物质分界面。
结构面有厚度、有充填物、结构面是弱面 岩体被结构面切割成岩块岩体破坏可沿结构面发生成追踪开裂 结构体和结构面是构成岩体结构的要素概念:岩体结构——不同类型的岩体结构单元在岩体内的排列、组合形式,称为岩体结构。
基本的岩体结构单元有两类四种岩体力学性质取决于岩体大小尺度和赋存条件(地质环境)。
影响因素有结构体力学性质、结构面力学性质、岩体结构力学效应(实际是结构形式)、地质环境(尤其是水和地应力)。
当岩体强度很高时,结构面的力学性质控制了岩体的力学性质;反之则岩块的力学性质控制了结构体的力学性质。
岩体结构的力学效应主要体现在:爬坡角、尺寸效应和各向异性 地壳中的岩体本身是受载体,周围岩体施于它的应力是地应力。
围压对岩体力学性能的影响主要有: 1、围压越大,承载能力或者强度越大; 2、低围压下呈脆性,高围压下呈塑性; 3、围压越大波传播的衰减越小。
岩体结构单元 结构面结构体坚硬结构面(干净的) 软弱结构面(夹泥的、夹层) 块状结构体板状结构体(长厚比大于15)地下水对岩体力学性质有明显影响研究岩体力学性质要从岩性、结构面、岩体结构型式、应力环境和地下水几个方面参考。
岩体:是位于一定地质环境中,在各种宏观地质界面分割下形成的有一定结构的地质体。
结构体:被结构面切割成的岩石块体。
结构面:是指地质历史发展过程中,在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度,厚度相对较小的地质界面或带。
岩体复杂性表现:一.不连续性,二.非均质性,三.各向异性,四.岩体中存在着不同于自重应力场的天然应力场,五.岩体赋存于一定地质环境中,对岩体影响较大。
岩石的变形性状:1.塑性。
2.弹性。
3.粘性。
弹性:指材料在外力作用下产生变形,而撤去外力后立即恢复到它原有的形状和尺寸的性质。
弹性变形:外力撤去后能够恢复的变形。
如应力—应变关系呈直线关系,称线弹性,不呈直线关系称非线弹性。
塑性:指材料受力后,在应力超过屈服应力时仍能继续变形而不即行断裂,撤去外力后变形又不能完全恢复的性质。
不能恢复的变形,称塑性变形。
应变硬化:在屈服点之后,应力—应变关系呈上升曲线,说明晶粒滑到新位置后,导致粒间相嵌、挤紧和晶粒增大,如使之继续滑动,要相应增大应力的现象。
粘性:指材料受力后变形不能在瞬间完成,且应变的速率随应力的大小而改变的性质。
流动变形:应变速率随应力而变化的变形。
峰值前变形机理:1.以裂纹行为为主导的变形。
2.以弹性变形为主的变形。
3.以塑性变形为主的变形。
轴向应力—应变曲线:直线型(弹),下凹型(弹—塑),上凹形(塑—弹),S型(塑—弹—塑)。
扩容:随着裂纹的继续发生和扩展,岩石体积应变增量由压缩专为膨胀的力学过程。
弹性模量:E是指单轴压缩条件下轴向压应力与轴向应变之比。
有效弹性模量:包含裂纹的弹性模量。
固有弹性模量:E未受裂纹的存在所影响的岩石弹性模量。
刚性压力机:用岩石试件的变形作为控制变量,并用着一信号的反噬来控制机器压板的位移速率或加速速率的压力机。
单调加载:岩石在峰值前承受的荷载一直增加。
它可分为等加载速率加载和等应变速率加载两种方式。
循环加载:逐级循环加载:指在试验过程中,当荷载加到一定值时,将荷载全部卸除,然后又加载至比原来卸载点高的压力值,再卸载,如此不断循环的加载方式。
对岩石力学的认识和看法
岩石力学是地质学中的重要分支,它研究岩石在地壳中受力变形的规律。
在我的看法中,岩石力学是地球科学中非常重要的一门学科,具有广泛的应用价值。
首先,岩石力学对于地质灾害的预测和防治非常关键。
例如,地震、滑坡、泥石流等地质灾害都与岩石力学有着密切的联系。
通过研究岩石的受力变形规律,可以预测地震的发生时间和地点,从而采取相应的防护措施;可以通过分析岩体的稳定性,预防和治理滑坡和泥石流等灾害。
其次,岩石力学在建筑工程和地质勘探方面也具有重要的应用。
在建筑工程中,需要对土壤和岩石的力学性质进行研究,以确定建筑物的基础设计和施工方案。
在地质勘探中,岩石力学可以帮助我们识别不同的岩层类型和性质,从而确定地质储层的位置和规模。
最后,岩石力学在矿产资源开发和环境保护方面也有重要作用。
在矿产资源开发中,需要对矿山岩石的力学性质进行研究,以确定采矿的方法和技术;在环境保护方面,岩石力学可以帮助我们评估和治理地下水和土地污染等环境问题。
综上所述,岩石力学是一门非常重要的学科,它对于地球科学、建筑工程、地质勘探、矿产资源开发和环境保护等方面都有重要的应用价值。
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浅谈岩土力学的发展摘要:岩体力学是近代发展较快的科学分支,岩体力学是在岩体结构控制论的基础上,对岩体的力学性状及其变形、位移及破坏过程和规律的研究岩土力学的理论与方法又是学习专业课程与从事土木工程技术上所必需的基础知识关键词:岩土力学;工程;应力工程地质学是研究与工程建设有关的地质问题的科学。
它的研究对象是地质环境与工程建筑两者相互制约、相互作用的关系,以及由此而产生的地质问题,包括对工程建筑有影响的工程地质问题,和对地质环境有影响的环境地质问题它的任务是为各类工程建筑的规划、设计、施工提供地质依据,以便从地质上保证工程建筑的安全司靠、经济合理、使用方便、运行顺利。
而工程地质学与岩土力学是将岩土作为建筑物的地基材料或介质来研究的一门学科,主要研究土的工程性质及土在荷载作用下的应力,变形和强度问题,为设计与施工提供土的工程性质指标与评论方法,土的工程问题的分析计算原理,是土木工程技术专业的技术基础。
一、岩土力学的发展过程18世纪以前,许多土力学问题只凭借经验解决。
1773-1776年,法国库仑(coulomb )根据试验,提山了土的抗剪强度和土压力和滑动土锲理论,土力学进入古典理论时期1857年,朗肯(rankine)从塑性应力场出发建立了新的土压力理论。
1885年,法国辛纳斯克求得半无限空间弹性体在竖向集中力作用下,全部6个应力分量和3个形变分量的理论解,为以后计算地基变形建立了理论基础。
达西(darcy,1856年)通过水在砂中的渗流试验,建立达西公式,为以后研究渗流和固结理论打下了基础。
1922年瑞典费伦纽斯( fclkmins)在处理铁路滑坡问题时,提出了土坡稳定分析力法。
1925年,美国土力学家太沙基的”土力学”出版,土力学进入了一个新的时期,使土力学成为一门独立的学科为了总结和交流世界各国的理论和经验,1936年国际土力学基础工程学会成立,之后何4年召开一次国际土力学和基础工程会议,推动了这门学科在世界范围的发展。
岩体力学岩体结构面性质岩体力学是研究岩石和地壳构造中岩石体的力学性质以及其变形、破裂和破碎特性的一门学科。
岩体结构面是岩石中天然的或由于应力作用而形成的裂隙或断裂面。
通过对岩体结构面性质的研究,可以更好地了解和预测岩体的力学行为,对岩石工程和地质灾害等领域具有重要的实际应用价值。
岩体结构面性质可以分为以下几个方面来进行描述和研究:1.结构面的存在形式:岩体中的结构面有多种形式,如裂隙、节理、层理等。
裂隙是岩石中的一种空隙或线裂缝,不同类型的裂隙对岩体的力学性质有不同的影响。
节理是岩层中的一种局部平行于岩层面的裂隙,节理的存在对岩石体的强度和变形特性有重要影响。
而层理则是沉积岩中分层承载着特定的结构面,影响岩石体的力学行为。
2.结构面的排列方式:结构面通常有一定的排列方式,包括平行、正交、斜交等。
不同排列方式下的结构面对岩体的强度和变形特性会有不同的影响。
比如,平行结构面会导致相对容易的岩层剥离,而正交结构面则会使岩体更容易发生坍塌。
3.结构面的纹理特征:结构面通常会具有一定的纹理特征,如面状、短柱状、笔直等。
不同的纹理特征会影响结构面的强度和破裂特性。
比如,面状结构面相对较脆弱,容易发生破裂和断裂。
4.结构面的物理性质:结构面的物理性质包括强度、硬度、粗糙度等。
强度是结构面所能承受的最大应力,硬度则是结构面的抗切割能力。
粗糙度则是指结构面表面的粗糙程度,对岩体的摩擦力和稳定性有重要影响。
5.结构面的扩展性和连通性:结构面的扩展性指的是结构面在空间上的延伸范围,连通性指的是结构面之间的连通程度。
结构面的扩展性决定了岩体的整体稳定性,连通性则影响了结构面的水和气体的扩散性。
综上所述,岩体结构面性质对于岩体力学行为的研究有着重要的作用。
了解岩体结构面性质的特点,可以帮助我们更好地预测和控制岩体的力学行为,为岩石工程和地质灾害防治提供科学的依据。
因此,对于岩体结构面性质的研究是岩体力学领域的重要研究方向之一。
浅析岩石力学在采矿工程中的应用及问题探讨摘要:现如今,随着我国国民经济的飞速发展,人们在生产生活之中对于矿物的需求量也在逐渐的增加,现今,物产丰富的中国已经成了世界的采矿业的重头。
而采矿工程在社会建设发展中的地位也越来越凸显,成为人们十分热衷的话题。
而在具体的采矿工程中离不开对岩石力学的应用,其作为地质学和力学之间的一门边缘学科,其应用已经比较广泛。
本文就将对我国岩石力学在非金属矿山采矿工程中的应用进行分析探讨。
关键词:岩石力学;采矿;问题;措施在矿山的开采中对于岩石力学的应用是非常普遍的,其主要来源于大规模的工程实践。
由于采矿工程一般规模比较大、施工条件复杂,不管是地下还是露天的采矿工程,都是以具有地质构造的岩石为对象,这也就决定了岩石力学的问题将贯穿于整个采矿工程的实际。
在采矿工程中的岩石力学,主要包括岩石的稳定性以及强度等,它是会随着矿山中岩石内部的结构发生不同的变化。
与此同时,因为采矿工程是一个动态的过程,所以在这其中岩石的力学性质会随着矿山工程的进展发生变化,还有就是自然环境也对其有一定的影响。
这就决定了在矿山工程中的岩石力学应用手段必须多样化。
1、岩石力学研究的目的和内容岩石力学研究的目的是对矿区内不同类型岩体的地质结构、岩石组成及其强度和应力的资料给以解释,按岩石力学的要求对矿、岩体进行分类,以便根据其自然崩落性选择合适的开拓方式和采矿方法,从而为制定采矿试验计划和编制采矿设计提出推荐意见。
岩石力学研究的主要内容有:断层和破碎带的位置、形态和相对运动;不同类型岩石及其夹层的抗压、抗张、抗剪强度;微裂隙的类型及系统;区域残余应力的大小、方向和变化;应力释放的方法;在一段时间内岩石的应力集中及其移动的性态,坑内井巷工程不同支护方法的效果;使应力影响减少到最小的井巷工程的位置及方向等等。
2、背景研究2.1、采矿工程的力学背景采矿工程的力学背景,主要指的是在推翻原有平衡关系的基础之上建立起新的平衡结构,它具有一定的时代特色。
叙述岩体力学的定义岩体力学是研究岩石在地壳内的应力、变形和破裂等力学性质的学科。
岩体力学的研究对象是地壳中的岩石体,包括单一岩石、岩石体和岩石体系。
岩体力学主要研究岩石的强度、变形、破裂和力学行为,以及与地下工程、地震活动、岩石稳定性等的关系。
岩体力学的研究内容主要包括弹性力学、塑性力学、粘塑性力学、损伤力学、断裂力学等。
弹性力学主要研究岩石在小应变下的力学性质,包括弹性模量、泊松比、应力-应变关系等。
塑性力学主要研究岩石在大应变下的力学性质,包括岩石的屈服强度、塑性应变等。
粘塑性力学主要研究岩石的粘塑性变形特性,包括岩石的黏滞性、塑性流动等。
损伤力学主要研究岩石的损伤与破裂行为,包括岩石的损伤演化、破裂韧度等。
断裂力学主要研究岩石的断裂行为,包括岩石的断裂韧度、断裂模式等。
岩体力学的研究方法主要包括实验研究和理论分析两种。
实验研究是通过岩石力学试验来获取岩石的力学性质,如强度试验、变形试验、破裂试验等。
实验研究可以直接观测和测量岩石的力学性能,为岩体力学的理论研究提供实验数据。
理论分析是通过数学模型和力学理论来研究岩石的力学行为。
理论分析可以通过建立岩石的力学方程和力学模型,预测岩石的应力、变形和破裂等力学性质。
岩体力学的研究应用广泛,对地下工程、地震活动、岩石稳定性等具有重要意义。
在地下工程中,岩体力学可以用于评价岩石的稳定性和承载力,指导岩石的开挖和加固。
在地震活动中,岩体力学可以用于研究地震波的传播和地震破裂的机制,预测地震的强度和破坏范围。
在岩石稳定性方面,岩体力学可以用于评估岩石的稳定性和岩体的破裂概率,预测岩体的滑坡、崩塌和岩体崩溃等。
岩体力学的发展有助于提高地下工程的安全性和效率,预测地震的强度和破坏范围,评估岩石的稳定性和岩体的破裂概率。
随着科学技术的不断进步,岩体力学的研究方法和应用将进一步发展,为地下工程、地震活动和岩石稳定性等领域提供更好的支持和指导。
岩体力学是研究岩石在地壳内的应力、变形和破裂等力学性质的学科。
岩体力学的研究方法一、岩体力学研究方法的重要性。
1.1 岩体力学可不简单呐,它就像一把神奇的钥匙,能打开理解岩石和岩体在各种力作用下行为的大门。
研究方法要是不对头,那可就像盲人摸象,只能了解到局部,没法掌握全貌。
这对于工程建设、地质灾害防治等有着至关重要的意义。
要是在修建大坝或者隧道的时候,不把岩体力学研究透了,那可能就会捅出大娄子,到时候补救都来不及。
1.2 岩体力学研究方法的好坏直接关系到我们对岩体的认识深度。
这就好比打仗,你得有正确的战略战术,不然只能是瞎折腾。
好的研究方法能让我们准确预测岩体在荷载下的变形、破坏,就像诸葛亮能掐会算一样。
二、现场调查与监测。
2.1 现场调查那是必不可少的。
咱得像个侦探一样,到实地去查看岩体的情况。
看看岩石的种类、结构面的分布,这就如同了解一个人的外貌特征一样。
不能走马观花,得细致入微。
比如说有的岩石表面看起来很坚固,但是内部可能有很多裂隙,这就像外表强壮但内里虚弱的人一样,不仔细调查可发现不了。
2.2 监测也是个关键环节。
这就像给岩体装上了眼睛,时刻盯着它的一举一动。
可以用各种仪器监测岩体的位移、应力变化等。
一旦发现有什么风吹草动,就像听到了警报声,我们就能及时采取措施。
就好比在地震多发区,监测岩体的微小变化可能就能提前预测到地震的来临,这可关系到千千万万人的生命财产安全呢。
三、室内试验。
3.1 室内试验就像是在实验室里给岩体做个体检。
我们可以进行岩石的单轴抗压强度试验、三轴试验等。
这就像医生给病人做各种检查一样,通过这些试验来了解岩石的力学性质。
比如说单轴抗压强度试验,能告诉我们这块岩石能承受多大的压力,就像知道一个人的极限耐力一样。
3.2 不过呢,室内试验也有它的局限性。
毕竟实验室里的环境和实际的岩体环境还是有差别的。
这就像在温室里培育的花朵和在野外生长的花朵不一样。
所以我们不能完全依赖室内试验的结果,还得结合现场调查和监测的数据才行。
四、理论分析。
4.1 理论分析是岩体力学研究的大脑。
岩体力学部分1、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、岩石是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体。
3、岩体是由岩石块或各种各样的结构面共同组成的综合体。
4、岩体内存在各种各样的节理裂隙称之为结构面,所谓的结构面是指具有极低或没有抗拉强度的不连续面,包括一切地质分离面。
结构面是岩体的的主要组成单元,岩体的好坏,与结构面的分布、性质和力学特性有密切联系5、岩石的密度:①天然密度:天然密度(ρ)是指岩石在自然条件下,单位体积的质量。
ρ=mV(g/cm3) 式中m——岩石试件的总质量;V——该试件的总体积②饱和密度错误!未指定书签。
:饱和密度(ρsa)是指岩石中的孔隙都被水填充时单位体积的质量。
ρsa=ms+VvρwV(g/cm3) 式中ms——岩石中固体的质量; VV——孔隙的体积;ρw——水的密度。
③干密度:干密度(ρd)是指岩石孔隙中的液体全部被蒸发,试件中仅有固体和气体的状态下,其单位体积的质量。
ρd =msV(g/cm3)④重力密度:重力密度(γ)是指单位体积中的岩石的重量,简称重度。
6、岩石的颗粒密度:岩石的颗粒密度(ρs )是指岩石固体物质的质量(ms)与固体的体积之比值。
ρs =msVS式中,VS为固体的体积。
7、岩石的孔隙性:是反映了岩石中微裂隙发育程度的指标。
(课本P10)8、岩石的含水率(ω)是指岩石孔隙中含水的质量mW与固体质量之比的百分数,即ω=mWms*100(%).9、岩石的吸水率:是指岩石吸入水的质量与试件固体的质量之比。
10、软化系数(η)是指岩石饱和单轴抗压强度RCC与干燥状态下的单轴抗压强度RCd的比值。
11、岩石的单轴抗压强度是指岩石试件再无侧限条件下,受轴向力作用破坏时单位面积上所承受的荷载。
12、单轴抗压强度的影响因素:承压板、岩石试件尺寸及形状、加载速率、环境。
岩体力学土力学岩石力学以岩体力学、土力学和岩石力学为题,在本文中将分别介绍这三个领域的基本概念和应用。
一、岩体力学岩体力学是研究岩石体力学性质及其力学行为的学科。
岩体力学的研究对象是岩石体,它主要关注岩石的强度、变形特性和破坏机理。
岩体力学广泛应用于岩土工程、矿山工程、地下工程等领域。
岩体力学的研究内容包括岩石的物理性质、力学性质和变形特性。
岩石的物理性质包括密度、孔隙度、饱和度等;力学性质包括岩石的强度、弹性模量、泊松比等;变形特性包括岩石的压缩性、剪切性、蠕变性等。
岩体力学的应用十分广泛。
在岩土工程中,岩体力学用于分析岩土体的稳定性和承载力,以确定合理的工程设计和施工方案。
在矿山工程中,岩体力学用于评估岩石的稳定性和矿山开采的安全性。
在地下工程中,岩体力学用于分析岩石的变形和破坏,以确保地下工程的安全运行。
二、土力学土力学是研究土体力学性质及其力学行为的学科。
土力学的研究对象是土体,它主要关注土体的强度、变形特性和稳定性。
土力学广泛应用于土木工程、水利工程、交通工程等领域。
土力学的研究内容包括土体的物理性质、力学性质和变形特性。
土体的物理性质包括密度、含水量、孔隙比等;力学性质包括土体的强度、弹性模量、剪切强度等;变形特性包括土体的压缩性、剪切性、蠕变性等。
土力学的应用也非常广泛。
在土木工程中,土力学用于分析土体的承载力和变形特性,以确定合理的工程设计和施工方案。
在水利工程中,土力学用于评估土体的稳定性和水工结构的安全性。
在交通工程中,土力学用于分析土体的变形和沉降,以确保交通工程的安全运行。
三、岩石力学岩石力学是研究岩石力学性质及其力学行为的学科。
岩石力学主要关注岩石的强度、变形和破坏机理,以及岩石与工程结构之间的相互作用。
岩石力学广泛应用于地质工程、岩土工程、矿山工程等领域。
岩石力学的研究内容包括岩石的物理性质、力学性质和变形特性。
岩石的物理性质包括密度、孔隙度、饱和度等;力学性质包括岩石的强度、弹性模量、泊松比等;变形特性包括岩石的压缩性、剪切性、蠕变性等。
黑龙江工业学院结课论文《岩体力学》姓名:邢海滨学号:07071101009年级:安全技术管理班学科专业:安全技术管理专业二级院系:安全与环境工程系日期:2012-2013年第二学期《岩体力学》科目考查卷专业:安全技术管理班级:安全技术管理任课教师:吴祥业姓名:邢海滨学号:07071101009 成绩:岩体力学浅谈摘要:岩体力学是一门新兴的,与有关学科相互交叉的工程学科,需要应用数学、固体力学、流体力学、地质学、土力学、土木工程学等知识,并与这些学科相互渗透。
研究内容岩体力学的内容分为基础理论和工程应用两个方面。
土力学,研究土体在力的作用下的应力-应变或应力-应变-时间关系和强度的应用学科。
工程力学的一个分支。
为工程地质学研究土体中可能发生的地质作用提供定量研究的理论基础和方法。
关键词:岩体力学概念、研究对象、土力学、岩体力学实验、渗流、破坏、稳定一、与土力学概念与性质的区别1、岩体力学的概念研究岩体在外界因素(如荷载、水流、温度变化等)作用下的应力、应变、破坏、稳定性及加固的学科。
又称岩体力学,是力学的一个分支。
研究目的在于解决水利、土木工程等建设中的岩体工程问题。
岩体力学是研究岩体的力学性态的理论和应用的科学,是探讨岩体对其周围物理环境中力场反应的学科,是一门应用型基础学科。
通过对岩体力学性态的理论和实验研究,解决岩土工程领域的破坏和稳定问题。
主要的研究方法围绕工程地质研究方法、数学和力学分析法以及综合评价法展开,衍生出各种应用手段和实验方法,较好的解决了岩土工程中所遇到的相关问题。
2、土力学的概念土力学是研究土体在力的作用下的应力-应变或应力-应变-时间关系和强度的应用学科。
工程力学的一个分支。
为工程地质学研究土体中可能发生的地质作用提供定量研究的理论基础和方法。
主要用于土木、交通、水利等工程。
3、土力学与岩体力学的相异性可见,土力学与岩体力学研究的根本不同在于土和岩体性质的不同。
岩石:是经过地质作用天然形成的(一种或多种)矿物集合体;按成因可分为三类:岩浆岩、沉积岩和变质岩。
岩体:是指在一定地质条件下,含有裂隙、节理、层理、断层等不连续的结构面组成的现场岩体,它是一个复杂的地质体。
土体:是岩体经过风化后的生成的堆积物。
从产生的来源上看,土与岩体有天然紧密的联系。
岩体力学是一门新兴的,与有关学科相互交叉的工程学科,需要应用数学、固体力学、流体力学、地质学、土力学、土木工程学等知识,并与这些学科相互渗透。
研究内容岩体力学的内容分为基础理论和工程应用两个方面。
土力学,研究土体在力的作用下的应力-应变或应力-应变-时间关系和强度的应用学科。
工程力学的一个分支。
为工程地质学研究土体中可能发生的地质作用提供定量研究的理论基础和方法。
二、岩体力学的基础理论1、岩体力学的研究对象①岩体应力,包括岩体内应力的来源、初始应力(构造应力、自重应力等)、二次应力、附加应力等。
初始应力由现场量测决定,常用钻孔应力解除法和水压致裂法,有时也用应力恢复法。
二次应力和附加应力的计算常用固体力学经典公式,复杂情况下采用数值方法。
②岩体强度,包括抗压、抗拉、抗剪(断)强度及岩体破坏、断裂的机理和强度准则。
室内用压力机、直剪仪、扭转仪及三轴仪,现场做直剪试验和三轴试验,以确定强度参数(凝聚力和内摩擦角)。
强度准则大多采用库伦-纳维准则。
这个准则假定对破坏面起作用的正应力会增加岩体的抗剪强度,其增加量与正(压)应力的大小成正比。
其次采用莫尔准则,也可采用格里菲思准则和修正的格里菲思准则。
③岩体变形,包括单向和三向条件下的变形曲线特性、弹性和塑性变形、流变(应力-应变-时间关系)和扩容。
岩体流变主要包括蠕变和松弛。
在应力不等时岩体的变形随时间不断增长的现象称为蠕变。
在应变不变时岩体中的应力随时间减少的现象称为松弛。
岩体扩容是指在偏应力作用下,当应力达到某一定值时岩体的体积随偏应力的增大而增大的现象。
研究岩体变形在室内常用单轴或三轴压缩方法、流变试验和动力试验等,多数试验往往结合强度研究进行。
为了测定岩体应力达到峰值后的应力与应变关系,必须应用伺服控制刚性压力机。
野外试验有承压板法、水压法、钻孔膨胀计法和动力法等。
根据室内外试验可获得应力与应变关系和应力-应变-时间关系以及相应的变形参数,如弹性模量、变形模量、泊松比、弹性抗力系数、流变常数等。
④岩体渗流,包括渗透性、渗流理论、渗流应力状态和渗流控制等。
对大多数岩体假定岩体中的水流为层流,流速与水力梯度呈线性关系,遵循达西定律。
岩体渗透性用渗透系数表示,该系数在室内用渗透仪测定,在野外用压水和抽水试验测定。
渗流理论借流体力学原理进行研究。
稳定渗流满足拉普拉斯方程。
多数岩体内的孔隙(裂隙)水压力可用K.泰尔扎吉有效应力定律计算。
为了减小大坝底面渗透压力、提高大坝的稳定性,应当采取渗流控制措施,如抽水、排水、设置灌浆帷幕以延长渗流途径等。
⑤岩体动力性状,研究爆炸、爆破、地震、冲击等动力作用下岩体的力学特性、应力波在岩体内的传播规律、地面振动与损害等。
动力特性在室内用动三轴试验研究,野外用地球物理性、爆炸冲击波试验等技术进行研究,波的传播规律借固体力学的理论进行研究。
2、土力学的研究对象土力学,从研究对象上看,主要包括以下方面﹕研究土体的应力-应变和应力-应变-时间的本构关系﹐以及强度准则和理论﹔研究在均布荷载或偏心荷载以及在各种形式基础的作用下﹐基础与地基土体接触面上的和地基土体中的应力分布﹐地基的压缩变形及其与时间的关系﹐以及地基的承载能力和稳定性﹔根据极限平衡原理用稳定性系数评价天然土坡的稳定性和进行人工土坡的设计﹔计算在自重和建筑物附加荷载作用下土体的侧向压力﹐为设计挡土结构物提供依据﹔改进和研制为进行上述研究所必需的技术﹑方法和仪器设备。
3、岩体力学的工程应用岩体力学工程应用主要研究以下五个方面:①地上工程建筑物的岩体地基,例如研究高坝、高层建筑、核电站以及输电线路塔等地基的稳定、变形及处理的问题。
②地表挖掘的岩体工程问题,如水库边坡、高坝岸坡、渠道、运河、路堑、露天开采坑等天然和人工边坡的稳定、变形及加固问题。
③地下洞室,如研究地下电站、水工隧洞、交通隧道、采矿巷道、战备地道、石油产品库等的围岩的稳定和变形问题,地下开挖施工以及围岩的加固(如固结灌浆、锚喷、预应力锚固等)问题。
可见,岩体的研究较土的研究,更复杂得多。
土的工程研究,更多的是在地质构造简单的平原地区,而岩体的工程研究,更多的在水利工程,隧道工程,采矿工程等大型复杂工程。
三、土力学与岩体力学的研究方法土力学和岩体力学在某些研究方法上有很相似的地方。
下面取土的边坡稳定分析和岩坡的稳定分析为例给于比较。
土边坡稳定的主要研究方法有:1 瑞典圆弧法2 瑞典条分法3 简化Bishop法4 Janbu法岩体边坡稳定的主要研究方法:1 圆弧法岩坡稳定分析2 平面滑动岩坡稳定分析3 双平面滑动岩坡稳定分析4 力多边形岩坡稳定分析5 力的代数叠加法岩坡稳定分析6 楔形滑动岩坡稳定分析其中瑞典条分法和圆弧法岩坡稳定性分析是最具代表性的方法圆弧法岩坡稳定性分析基本假定:①破坏面是圆柱面②作为平面问题来分析③岩层抗剪力符合库仑理论④破坏面上每点发挥最大抗剪力⑤岩体分条上铅垂侧水平力不计⑥边坡简化为如图8-12应力状态瑞典圆弧滑动面条分法,是将假定滑动面以上的土体分成n 个垂直土条,对作用于各土条上的力进行力和力矩平衡分析,求出在极限平衡状态下土体稳定的安全系数。
该法由于忽略土条之间的相互作用力的影响,是条分法中最简单的一种方法。
土力学中的瑞典条分法与岩体力学中的圆弧法岩坡稳定分析原理一致。
所谓瑞典条分法,就是将滑动土体竖直分成若干个土条,把土条看成是刚体,分别求出作用于各个土条上的力对圆心的滑动力矩和抗滑力矩,然后按公式R s s M c AC R F M Wd ⋂⋅⋅===抗滑力矩滑动力矩求土坡的稳定安全系数。
把滑动土体分成若干个土条后,土条的两个侧面分别存在着条块间的作用力(图7-7)。
作用在条块i 上的力,除了重力Wi 外,条块侧面ac 和bd 上作用有法向力Pi 、Pi +1,切向力Hi 、Hi +1,法向力的作用点至滑动弧面的距离为hi 、hi +1。
滑弧段cd 的长度li ,其上作用着法向力Ni 和切向力Ti ,Ti 包括粘聚阻力ci ·li 和摩擦阻力Ni ·tg φi 。
考虑到条块的宽度不大,Wi 和Ni 可以看成是作用于cd 弧段的中点。
在所有的作用力中,Pi 、Hi 在分析前一土条时已经出现,可视为已知量,因此,待定的未知量有Pi +1、Hi +1、hi +1、Ni 和Ti5个。
每个土条可以建立三个静力平衡方程,即ΣFxi =0,ΣFzi =0和ΣMi =0和一个极限平衡方程Ti =(Ni ·tgφi +ci ·li )/ Fs 。
如果把滑动土体分成n 个条块,则n 个条块之间的分界面就有(n-1)个。
分界面上的未知量为3(n-1),滑动面上的未知量为2n 个,还有待求的安全系数Fs ,未知量总个数为(5n-2),可以建立的静力平衡方程和极限平衡方程为4n 个。
待求未知量与方程数之差为(n-2)。
而一般条分法中的n 在10以上。
因此,这是一个高次的超静定问题。
为使问题求解,必须进行简化计算。
瑞典条分法假定滑动面是一个圆弧面,并认为条块间的作用力对土坡的整体稳定性影响不大,故而忽略不计。
或者说,假定条块两侧的作用力大小相等,方向相反且作用于同一直线上。
图中取条块i 进行分析,由于不考虑条块间的作用力,根据径向力的静力平衡条件,有:N i =W i cos i θ根据滑动弧面上的极限平衡条件,有:T i =T fi /F s =(c i ·l i +N i ·tg ϕi )/ F s (1)式中:Tfi ——条块i 在滑动面上的抗剪强度;Fs ——滑动圆弧的稳定安全系数。
另外,按照滑动土体的整体力矩平衡条件,外力对圆心力矩之和为零。
在条块的三个作用力中,法向力N i 通过圆心不产生力矩。
重力W i 产生的滑动力矩为:∑Wi ·di =∑Wi ·R·sin θi (2)滑动面上抗滑力产生的抗滑力矩为:R F N l c R T i i i i ⋅+=∑∑s i tg φ (3)滑动土体的整体力矩平衡,即 ∑M=0,故有:∑Wi ·di =∑Ti ·R (4)将式(2)和式(3)代入式(4),并进行简化,得:∑∑+=ii i i i i i s W W l c F θφθsin )tg cos (四、岩体力学的主要前沿方向和研究前景1、边坡破坏在很多工程建设中,会遇到岩体边坡。