史晓杰岩石力学结课论文.doc

分类号 编 号 华北水利水电学院 North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power 结 课 论 文科目 岩石力学 专 业 地质工程 姓 名 史晓杰 学 号 201210215102 指导教师 王安明 成 绩 2013年 3月 20日在理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学的基础铺垫之后，我们开始接触到了更多的实践性科目，岩石力学作为工程力学专业的专业选修课之一，向我们介绍了继土力学之后更加深入的岩土分析方法和技巧。我们首先学习了岩石的物理性质，知道了岩石是构成地壳的基本材料，是经过地质作用而天然形成的（一种或多种）矿物集合体。岩石通常按地质成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩等三种类型。岩浆岩是岩浆冷凝而形成的岩石， 绝大多数岩浆岩是由结晶矿物所组成，由于组成它的各种矿物化学成分和物理性质较为稳定，它们之间的联结是牢固的，因此岩浆岩通常具有较高的力学强度和均质性。工程中常遇到的岩浆岩有花岗岩、玄武岩等。沉积岩是母岩（岩浆岩、变质岩和早已形成的沉积岩）经风化剥蚀而产生的物质在地表经搬运沉积和硬结成岩作用而形成的岩石组成。沉积岩的主要物质成分为颗粒和胶结构。颗粒包括各种不同形状及大小的岩屑及某些矿物；胶结物常见的成分有钙质、硅质、铁质以及泥质等。沉积岩的物理力学性质不仅与矿物和岩屑有关，而且也与胶结物性质有关。沉积岩具有层理构造，这使得它的物理力学性质具有方向性。工程建设中常见的沉积岩有灰岩、砂岩、页岩等。变质岩是由岩浆岩、沉积岩甚至变质岩在地壳中受到高温、高压及化学活动性流体的影响下发生变质而形成的岩石。它在矿物成份、结构构造上具有变质过程中产生的特征，也常常残留有原岩的某些特点。因此，变质岩的物理力学性质不仅与原岩的性质有关，而且与变质作用的性质及变质程度有关。工程建设中常见的变质岩类有大理岩、片麻岩、板岩等。 岩石是自然历史的产物，由于它们的生成条件及在生成以后的漫长地质历史时期中，形成了许多各式各样的结构面，例如岩浆侵入岩与围岩接触面，不同侵入岩体彼此的接触面、冷凝裂隙，喷出岩和沉积岩的层理、不整合面，变质岩的片理、片麻理，组成各种岩石的矿物晶体的各种优势定向排列面以及由于地质构造运动、风化、重力和卸荷等各种不同动力的作用而产生的断层、节理、裂隙等。它们严重地破坏了岩石的完整性。在这种情况下，对岩体工程的安危起主要控制作用的，通常不再是被各种结构面分割的岩石块体，而主要是岩体中存在的结构面，或者是由岩石和结构面共同控制。在岩石力学中常用到“岩块”、“岩体”、“岩石”等术语，一般地被结构面切割成的岩石块体或从地壳岩层中切取出来的无显著软弱面的岩石块体称为岩块，而把自然埋藏条件下的大范围分布的由岩块和各种结构面（软弱面）网络组成的地质体称为岩体。岩石则是“岩块”和“岩体”的统称。 之后学习了岩石的强度、变形和应力分布的问题，岩石的变形是指岩石在任何物理因素作用下形状和大小的变化。工程上最常研究的变形是由于荷载变化引起的。例如在岩石上建造大坝(相当于对基岩加载)或在岩石中开挖(相当于对岩石局部卸载)都会引起岩石变形。岩石的变形对工程建筑物的安全影响很大，因为当岩石产生变形时，建筑物的应力可能增加。例如，当大坝建造在多种岩石组成的岩基上，这些岩石的变形性质不同，则由于基岩在荷载(坝体重力)作用下的不均匀变形可以使坝体内的剪应力和主拉应力增长，造成开裂错位等不良后果，如果岩基中岩石的变形性质已知并且在岩基内这些性质的变化也已确定，那么在工程设计时或在施工中可以采取相应措施防止不均匀变形。在许多工程建设中，在设计时都要用到关于岩石变形的知识，因此，研究岩石的变形特性是岩石力学的重要研究内容之一。岩石的变形特性常用弹性模量E和泊松比两个常数来表示。如果把岩石当作弹性体，用E、来描述岩石的变形特性是足够的，因为根据弹性理论的知识，可以解决岩石力学的有关问题，但实际情况说明，仅仅用这些弹性常数来表征岩石的变形性质是不够的，因为许多岩石的变形是非弹性的，即荷载卸去后岩石变形并不能够完全恢复。特别是在现场条件下岩石有裂隙、破碎层理岩，粘土夹层等，大多数岩体不是完全弹性的，对于这类岩石为了表征岩石的总的变形，常用变形模量E0和侧胀系数0 。岩石的变形指标及应力-应变的关系可在实验室内测定，也可在现场测定。后来又学习了更加深入的山岩压力、有压隧洞、岩基应力和岩坡稳定的相关内容，应用了大量材料力学的知识。例如，在很多工程建设中，会遇到岩石边坡，公路或铁路的路堑边坡，露天开采的矿山边坡，水利水电工程中的库岸边坡，渠道边坡，隧洞进出口边坡等等。众所周知，岩体常被各种方位的地质结构面切割成不同形状的块体。因此，工程实践中所遇到的岩坡，多为岩块所组成。在一般情况下，结构面的强度远低于完整岩体的强度，岩坡中结构面的规模、性质及其组合方式在很大程度上决定着岩坡失稳时的破坏形式。结构面的形状或性质稍有改变，则岩坡的稳定性将会受到显著的影响。岩坡的失稳情况，按其破坏方式主要可分为崩塌与滑坡两种。崩塌是指块状岩体与岩坡分离向前翻滚而下，其特点是，在崩塌过程中，岩体中无明显滑移面，同时下落岩块或未经阻挡而直接坠落于坡脚。或于斜坡上滚翻，滑移，碰撞，最后堆积于坡脚。滑坡是指岩体在重力作用下，沿坡内软弱结构面产生整体滑动，其滑动