矿大考研岩石力学内部资料

矿山岩体力学教材蔡美峰,何满朝,刘东燕.岩石力学与工程.北京:科学出版社,2002主要参考书[1]徐芝纶.弹性力学简明教程(第三版).北京:高等教育出版社,2002[2]王作棠,周华强,谢耀社.矿山岩体力学.徐州:中国矿业大学出版社,2007[3]谢和平,陈忠辉.岩石力学.北京:科学出版社,2004[4]沈明荣.岩体力学.上海：同济大学出版社，20051

概论1岩石力学定义2岩石力学特点3岩石力学主要研究问题4岩石力学发展简史5岩石力学主要研究内容6岩石力学基本研究方法7本课程主要学习内容岩体力学（RockMassMechanics):研究岩石和岩体力学性能的一门理论和应用科学，它是力学的一个分支，是探讨岩体对周围物理环境中力场的反应。（1964年美国岩石力学委员会）矿物结构构造

存在于地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物

组成岩石最主要的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情况

组成成分的空间分布及其相互间的排列、组合关系

岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体岩体力学的定义1998年，中国科学院院士王思敬教授在中国岩石力学与工程大会上提出岩石力学新定义：岩石力学是一门认识和控制岩石系统的力学行为和工程功能的科学。岩石力学的研究思路和研究方法与以研究“外荷载作用”为特征的材料力学、结构力学等有本质的不同。岩体：岩体则是指在一定的地质条件下,含有诸如节理,裂隙,层理和断层等地质结构面的复杂地质体由岩块和各种各样的结构面共同组成的综合体岩块：在钻孔中获取的岩芯或是在工程中用爆破以及其它方法所获得的自然地质体中间的岩石小块结构面:具有极低的或没有抗拉强度的不连续面，包括一切地质分离面（断层、层理、片理和节理等）广义的岩石是指岩块和岩体的泛称，狭义的岩石则专指岩块。特征岩石岩体物质组成由结晶矿物、非晶质基质、碎屑颗粒、胶结物质分别组合构成。由一种或一种以上的岩石组合而成，是岩块的集合体，即由结构面和结构体共同组成。结构根据成分及矿物颗粒性质不同可分为结晶结构，碎屑结构及生物化学和胶体化学沉积的致密结构。根据结构面、结构体性质不同，大体分为整体结构，层状结构，块状结构，碎裂结构及散体结构。完整性除受构造影响而有一些隐微裂隙外，一般完整性好，不易分散解体。由于结构面发育程度不同，结构体形态，大小不一，其完整性悬殊。均质性绝大多数岩石致密均质，可看作均匀介质。由于岩石组合不同，结构面和结构体特征不同，呈明显的非均质性各向异性岩石内包含层面时具各向异性特点，同一层面内则显示各向同性。一般块状岩石为各向同性体。不论岩石组合状况如何，由于结构面方位、发育程度及充填情况不一，岩体有明显的各向异性。连续性矿物颗粒一般接触紧密，其间空隙充填胶结较好，可认为是连续体。多裂隙岩体由于各种结构面发育，一般属于非连续体。强度特征是由微小结构起控制作用，其整体强度较为均一，峰值强度比岩体大。主要受软弱结构面及岩石组合控制。由于结构面，结构体的特性不同，其整体强度悬殊很大。具有明显的强度不均一性。峰值强度及残余强度比岩石小。破坏机理岩石在单向受压时以剪切破坏为主，有时出现拉断破坏，在围压状态下基本上是剪切破坏。多裂隙岩体为无拉伸强度材料，受拉极易开裂，受压时常沿软弱结构面产生破坏。

岩体既不是理想的弹性体，又不是典型的塑性体；既不是连续介质，又不是松散介质，而是一种特殊的、复杂的地质体，这就造成了研究它的困难性和复杂性。因此，若只用一般的固体力学理论尚不能完善地解决岩体工程中的所有问题。岩体特征非均质各向异性体初始应力场由许多不同种类的岩石构成，每种岩石所包含的矿物成分又各不相同，矿物颗粒的形状与大小及其空间排列方式也有很大的差异岩体在形成过程中和形成以后，由于受各种地质构造作用的影响，在岩体内存在有构造应力。又因岩体本身受地心吸引而形成重力存在着裂隙系统赋存地质特性水、气、温度等其他环境因素产生了一系列层理节理、裂隙和断层。这些弱面将岩体切割成岩块，使岩体的完整性和均匀性遭受破坏。岩体既是断裂的，又是连续的，是断裂与连续的统一体。为什么岩石力学能够成为一门学科？

岩石是一种天然地质体，是一种典型的不连续介质，不是固体力学中的一种材料。

岩石工程的变形和破坏是因为开挖引起的地应力（地质构造应力、重力）以变形能形式释放，不是外载荷作用。

无论岩体结构，还是其赋存状况、赋存条件均存在大量不确定性，不宜采用确定性研究方法。工程岩体是人地系统，其行为与施工因素密切相关。2岩石力学特点（1）新兴学科：

1934：第一部岩石力学专著问世（前苏联巴列维奇）；1952：成立国际岩石力学学会（InternationalSocietyforRockMechanics，ISRM）；

1962：出版“RockMechanicsandRockEngineering”杂志；

1966：国际岩石力学学会开始召开四年一次的国际岩石力学大会；1985：中国岩石力学与工程学会成立。2岩石力学特点

（2）多学科共同的应用基础：地下硐室围岩的稳定性研究——巷道、隧道开挖及加固等岩基的稳定性研究岩坡的稳定性研究岩体力学的新理论新方法研究——反演分析、数值计算、学科交叉发展

岩石力学采矿工程土木建筑水利水电海洋工程地下工程石油工程地震工程地质工程公路工程铁道工程3岩石力学研究的主要问题

（采矿工程方面）（1）露天采矿边坡设计及稳定加固；（2）井工开采巷道和采场围岩控制，特别是软岩巷道和深部开采矿压控制；（3）矿井突水预测与防治；（4）冲击地压、煤与瓦斯突出防治；（5）采空区处理与地表开采沉陷控制；（6）岩石破碎。3岩石力学研究的主要问题

（水利水电方面）（1）坝基及坝肩稳定性、防渗加固理论与技术；（2）有压和无压引水隧道设计、施工及加固理论技术；（3）大跨度高边墙地下厂房的围岩稳定及加固技术；（4）高速水流冲刷的岩石力学问题；（5）水库诱发地震的预报问题；（6）库岸稳定与加固方法。3岩石力学研究的主要问题

（铁道与公路方面）（1）线路边坡稳定性分析；（2）隧道设计和施工技术；（3）隧道施工前的地质超前预报及处理；（4）高地应力区的岩爆理论及处理；（5）地铁施工技术；（6）隧道入口施工技术及洞脸边坡角的确定与加固措施。3岩石力学研究的主要问题

（土木工程方面）（1）高层建筑地基处理与加固技术；（2）大型地下硐室、地下建筑空间设计、施工与加固措施；（3）地面建造物沉降、倾斜控制和纠偏技术；（4）山城或山坡及临坡建筑物基础滑坡监测预报与防治技术。3岩石力学研究的主要问题

（石油工程方面）（1）岩石应力与岩石渗透性；（2）岩石力学与地球物理勘探综合研究；（3）钻探技术与井壁稳定性；（4）岩石力学与采油技术（水压致裂、水平钻孔）；（5）油层压缩与地表沉陷；（6）石油、天然气运输、储存工程及环境影响。岩石力学的发展简史现代发展阶段（20世纪60年代~）经典理论阶段（20世纪30~50年代）经验理论阶段（20世纪前30年）初始阶段（20世纪初）岩石力学初始发展阶段特点（1）静水压力理论（海姆，1912）；（2）水平应力系数理论（朗金；金尼克）。岩石力学经验理论发展阶段特点（1）自然平衡拱理论（普罗托吉雅柯诺夫-抛物线拱）；普氏山压理论是1907年普罗托季亚科诺夫提出的山岩压力的一种计算方法。即用平衡拱理论来确定山岩压力。他假定岩体为不具黏聚力的松散体，硐室开挖之后就会形成压力拱。压力拱以上的岩体不受扰动，而压力拱以下的岩体则将松动，以致塌落。松动岩体作用于衬砌上的力即为山岩压力。其中侧压按朗金土压计算，顶压则需计算压拱下塌落岩体的质量。（2）泰沙基理论（矩形拱）岩石力学经典理论发展阶段特点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。连续介质理论是以固体力学作为基础，从材料的基本力学性质出发来认识岩石工程的稳定问题。地质力学理论注重研究地层结构与力学和岩石工程稳定性的关系。20世纪20年代由德国人克罗斯（H.Cloos）创立起来的。观点：1）反对把岩体当作连续介质简单地利用固体力学的原理进行分析；2）强调要重视对岩体节理、裂隙的研究，重视岩体结构面对岩石工程稳定性的影响和控制作用。（新奥法）岩石力学经典理论发展阶段（1）萨文岩石工程围岩应力分布（利用无限大平板孔附近应力集中的弹性解分析）；（2）鲁宾湟特-连续介质理论求解岩石力学问题。（3）芬纳、卡斯特纳、塔罗勃公式-弹塑性理论研究围岩的稳定问题；（4）塞拉塔利用流变模型进行隧硐围岩的粘弹性分析；（5）奥地利学派（以斯梯尼、米勒为首）-强调节理、裂隙等对岩石工程的影响。岩石力学现代发展阶段特点（1）系统论方法在岩石力学与工程中应用；（2）多种数值计算方法的发展与完善；（3）三维信息系统、人工智能、神经网络、专家系统、工程决策支持系统迅速发展；（4）非线性科学的应用（耗散结构论、协同论、分叉和混沌理论）；（5）不确定性理论的应用（模糊数学、灰色理论）。矿山岩体力学特点（1）采深大（2）采矿工程支护多为临时结构物（3）采矿地下工程位置受矿物埋藏点限制（4）采掘工作面不断移动（5）煤矿开采煤岩经常受瓦斯气体作用与影响

1969年顿巴斯加加林煤矿，突出煤量14000t，瓦斯25万m3。

1975年四川天府三汇坝一矿，突出煤量12780t，瓦斯140万m3。5岩石力学的基本研究内容1（1）岩石、岩体的地质特征：如，岩石物质组成和结构特征；结构面特征及其对岩体力学性质影响；岩体结构及其力学特征；岩体工程分类。（2）岩石的物理、水理与热力学性质。（3）岩石的基本力学性质：变形及强度特征以及力学指标；影响岩石力学性质的主要因素；岩石变形破坏机理及其破坏判据。（4）结构面力学性质：结构面变形特征及其参数；结构面剪切强度特征及其测试技术和方法。5岩石力学的基本研究内容2（5）岩体力学性质：变形与强度特征及其原位测试；岩体力学参数的弱化处理与经验估计；影响岩体力学性质的主要因素；岩体中地下水的赋存、运移规律及岩体的水力学特征。（6）原岩应力分布规律及其测量理论与方法。（7）工程岩体的稳定性。（8）岩石工程稳定性维护技术。（9）各种新技术、新方法和新理论在岩石力学中的应用。（10）工程岩体的模型、模拟试验与原位监测技术。岩石力学面临的发展机遇

1）我国大规模的基本建设高层建筑、隧道桥梁、城市地铁、其他基本设施等2）四大工程建设

三峡水电工程、南水北调工程、青藏铁路工程、西气东输工程3）资源开采

固体资源开采、液体资源开采、气体资源开采4）海底隧道建设

渤海海底隧道、台湾海峡海底隧道岩石力学的基本研究方法（1）工程地质研究方法：（2）科学实验研究方法：岩石力学参数的测定；模型试验；现场岩体原位试验与监测技术。（3）数学力学分析方法：力学模型分析方法、数值分析方法和模拟分析方法。（4）整体综合分析方法：岩体力学研究步骤1234岩石岩相、岩层特征岩体结构环境因素结构探测环境物理量测岩石物理化学性质测试力学