岩体力学第1章

1、第一讲第一讲岩石圈岩石圈/research/structure/CrustalStructure/ 1.1.1 1.1.1 矿物的基本概念矿物的基本概念 Kuboos Granite, Pan-African anorogenic suite, North-West Cape Province, South Africa Lusterous 1 - 2 cm cubes of pyrite encased in a very fine-grained sedimentary marlstone (clay and calcite). Navajun

2、-(La Rioja)-Spain.Photo by Dave Barthelmy http:/ pyrite grains in the matrix of a quartz pebble conglomerate, Ventersdorp Contact Reef.http:/www.uct.ac.za/depts/geolsci/dlr/rocks.html 常见造岩矿物常见造岩矿物 http:/ 北京北京http:/ of Mica http:/ 非晶质：相对于晶质而言，原子和离子没有规则的排列。非晶质：相对于晶质而言，原子和离子没有规则的排列。 云南红粘土云南红粘土微观形态粘土矿物是

3、一种微小的晶体，科学家们发现，粘土矿物晶体中存在一种有趣的缺粘土矿物是一种微小的晶体，科学家们发现，粘土矿物晶体中存在一种有趣的缺陷结构，这种结构可能保存相当多的信息，从而决定晶体生长的取向和构型。因陷结构，这种结构可能保存相当多的信息，从而决定晶体生长的取向和构型。因此，对于诸如属于此，对于诸如属于“低技术低技术”的催化剂和膜等原始控制结构来说，这些无机晶体的催化剂和膜等原始控制结构来说，这些无机晶体作为一种构造物质要比大的有机分子更为合适得多。作为一种构造物质要比大的有机分子更为合适得多。 Photograph by J. Kauahikaua;27 September 2002 Clos

4、e view of skylight above lava tube for Mothers Day flow, located on southwest flank of Puu Oo. HVO scientists dubbed this the cookie monster skylight. Edifice around skylight was built by spatter tossed from lava in tube. This tube supplies all lava downstream in Mothers Day flow. Basalt lava (glowi

5、ng rock) oozes over basalt lava flow/Products/Pglossary/basalt.htmlHazards and Mud Volcanoes in RomaniaSecond view of mud volcano cones in Berca Anticline Mud volcano cones in the Berca Anticline Depression of the Curvature Subcarpathians. Photograph Credit: Dr. Dan Balteanu,

6、 Romanian Academy. Columnar Jointing, Devils Postpile, CA /cgi-bin/seg/m2h?seg/haz_volume3.men+Volcanic+Rocks+,I&4Photograph by S.R. Brantley on 27 September 2000/Imgs/Jpg/Lassen/20000927-Andesite-SRB_caption.html 蜻蛉河普渡河小江西昌西昌 栏江牛横江攀枝花攀枝花 东川东川 昆明昆明

7、宜宾宜宾 安宁河雅雅砻砻江江江江沙沙金金大大渡渡河河乐山乐山 岷岷江江沱沱江江涪涪江江嘉嘉陵陵江江江江渠渠江江乌乌合川合川 重庆重庆 涪陵涪陵 成都成都 松潘松潘 略阳略阳 万县万县 奉节奉节 宜昌宜昌 赤水河南充南充 绵阳绵阳 万源万源 达县达县1500年平均输砂模数年平均输砂模数（t/km2）沉积作用沉积作用物理沉积作用物理沉积作用化学沉积作用化学沉积作用生物沉积作用生物沉积作用复合沉积作用复合沉积作用具有斜层理的第四系半胶结砾岩金沙江水富段成岩作用：沉积物从沉积下来的那一成岩作用：沉积物从沉积下来的那一刻起，一直到变质或风化之前，在其刻起，一直到变质或风化之前，在其表面或内部发生的一切作

8、用，总称为表面或内部发生的一切作用，总称为成岩作用。成岩作用。压实和压溶作用压实和压溶作用胶结作用胶结作用溶蚀、交代作用溶蚀、交代作用重结晶作用重结晶作用水平层理水平层理砾岩砾岩-金沙江攀枝花段金沙江攀枝花段-2004/11/28砾岩砾岩-金沙江攀枝花段金沙江攀枝花段-2004/11/28泥质粉砂岩泥质粉砂岩A small slate sample showing slatey cleavage Intensely foliated micaceous phyllites of the Malmesbury Group, Cogmans Kloof Pass http:/www.uct.ac.

9、za/depts/geolsci/dlr/4day2001/index.html#4day片岩 Devils Postpile, CA. This is an excellent example of columnar basalt. It is an old lava flow that developed these joints as it cooled. At the base of the slope is talus weathered from the cliff. /gwhite/pgwhome/GEOMsyll/GEOMsyll.htmGi

10、ants Causeway, Northern Ireland. Another example of columnar basalt in an old lava flow. Cooling shrinkage led to formation of hexagonal columns. /gwhite/pgwhome/GEOMsyll/GEOMsyll.htmSoutheastern Iceland. Columnar basalt is seen here in the exposed sides of an old lava flow. The fl

11、ow has been modified by frost weathering. /gwhite/pgwhome/GEOMsyll/GEOMsyll.htmCambria, California. This sandstone outcrop is along a sea cliff adjacent to the coast. Joints in the rock contain salt crystals growing out of the salt water from storm waves. These crystals exert physi

12、cal pressure on the rock, eventually breaking it down. /gwhite/pgwhome/GEOMsyll/GEOMweather/GEOMweather.html http:/icdp.gfz-potsdam.de/sites/corinth/images/coring14.jpgThe core run shows the platy limestone of the Olonos Pindos Nappe Unit. They are often intercalated with dark grey

13、 and greenish marland marlstone. (Photo D. Rettenmaier) Quartz fibers in sigmoidal tension gashes in slate. Sigmoidal shape of fractures indicates overall dextral shear Iceland. Frost weathering has fractured this cobble /gwhite/pgwhome/GEOMsyll/GEOMweather/GEOMweather.html风化裂隙：风化裂

14、隙：物理风化物理风化卸荷裂隙-四川珙县某山崩塌 岩体卸荷带是伴随河谷下切过程或边坡开挖过程中，由于应力岩体卸荷带是伴随河谷下切过程或边坡开挖过程中，由于应力释放，岩体向临空面方向发生卸荷回弹变形，能量的释放导致斜坡释放，岩体向临空面方向发生卸荷回弹变形，能量的释放导致斜坡浅表一定范围岩体内应力的调整，浅表部位应力降低，而坡体更深浅表一定范围岩体内应力的调整，浅表部位应力降低，而坡体更深部位产生更大程度的应力集中。由于表部应力降低导致岩体回弹膨部位产生更大程度的应力集中。由于表部应力降低导致岩体回弹膨胀、结构松弛，破坏岩体的完整性，并在集中应力和残余应力作用胀、结构松弛，破坏岩体的完整性，并在集

15、中应力和残余应力作用下产生卸荷裂隙。下产生卸荷裂隙。 针对卸荷裂隙，在岩土工程中，预应力地锚是较好的处治方案。针对卸荷裂隙，在岩土工程中，预应力地锚是较好的处治方案。 重力裂隙重力裂隙卸荷裂隙重庆卸荷裂隙重庆卸荷裂隙重庆卸荷裂隙重庆卸荷裂隙四川宜宾卸荷裂隙四川宜宾Cross section of the scarp. 卸荷裂隙美国华盛顿州卸荷裂隙美国华盛顿州Exfoliation Joints -also called unloading joints or sheeting joints, these joints form by unloading of bedrock through e

16、rosion. Consequently, they form parallel to topography. Exfoliaton joints in granitic rock. Yosemite NP. Note how the joints dip towards the creek on both sides 这是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素这是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素 。构造构造: : 组成成分的空间分布及其相互间排列关系组成成分的空间分布及其相互间排列关系 1.6 岩石与岩体岩石与岩体矿物：存在地壳中的具有一定化学成分和物理性矿物：存在地壳中的具有一定

17、化学成分和物理性 质的自然元素和化合物。质的自然元素和化合物。结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及 其相互结合的情况。其相互结合的情况。岩石分类岩石分类岩体岩体= =岩块岩块+ +结构面结构面变质岩：不稳定与变质程度和原变质岩：不稳定与变质程度和原 岩性质有关岩性质有关岩浆岩：强度高、均质性好岩浆岩：强度高、均质性好沉积岩：强度不稳定，各向异性沉积岩：强度不稳定，各向异性结构结构面面岩块岩块不连续面：不连续面：包括节理、包括节理、裂隙、孔裂隙、孔隙、断面、隙、断面、孔洞、层孔洞、层面面（1）岩体的力学特征岩体的力学特征 （2）任务任务 基本原

18、理方面（建模与参数辨别）；基本原理方面（建模与参数辨别）； 试验方面（试验方法）仪器、信息处理、室内、试验方面（试验方法）仪器、信息处理、室内、 外、动、静；外、动、静； 现场测试；现场测试； 实际应用实际应用. .(3)(3)内容内容(4)(4)岩体力学在岩体工程中的应用岩体力学在岩体工程中的应用(5)(5)岩体力学的研究方法岩体力学的研究方法 研究方法：研究方法：实验、理论分析与工程应用相结合实验、理论分析与工程应用相结合室内室内野外野外岩块（拉、压、剪岩块（拉、压、剪）模拟模拟位移位移应力应力压力压力收敛（表面位移）收敛（表面位移）应变应变绝对位移、相对位移（内部）绝对位移、相对位移（内部）实验实验理论理论连续介质连续介质非连介非连介数值方法数值方法有限元有限元离散元离散元DDADDA长期监测长期监测图图1-1 1-1 岩石力学研究步骤的框图岩石力学研究步骤的框图地质调查地质调查工