岩石力学第一章

建议的定义由于岩石力学性质不确定性和复杂性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。研究岩石力学的目的地下工程事故中，约1/3—1/2是由于支护不当或支护不及时造成的；井巷工程成本中，支护及维护费用约占40—60%；目的：科学、合理、安全地维护井巷的稳定性，降低维护成本，减少支护事故。

2023/5/231《岩石力学》目前一页\总数三十五页\编于二十点1.2岩石力学的发展和概貌初级阶段（19世纪末~20世纪初）海姆净水压力假说朗金假说金尼克假说经验理论阶段（20世纪初~20世纪30年代）普氏理论太沙基理论经典理论阶段连续介质理论不足：忽视地应力的作用

忽视施工过程（时变性）

过于追求“精确”2023/5/232《岩石力学》目前二页\总数三十五页\编于二十点地质力学理论 不足：过分强调节理、裂隙作用 过分依赖经验、忽视理论现代发展阶段(20世纪60年代~现在)复杂多样的力学模型；各种理论、方法的应用，特别是非线性理论的应用；建立了自己的分析原理和计算方法 损伤力学 离散元 DDA法 流形法 扰动状态概念理论不确定性分析研究方法和理论体系系统科学2023/5/233《岩石力学》目前三页\总数三十五页\编于二十点1.3岩石力学的研究范畴和内容、研究方法研究范畴和内容岩体的地质力学模型及其特征岩石与岩体的物理力学性质研究岩体起始应力状态以获取地下结构及围岩稳定性分析所必须的外荷载条件岩体中开挖卸载引起岩体应力状态的重分布及围岩应力集中的计算理论、计算方法，围岩稳定性的评价、预测以及由此引起的支护原理、支护方式、方法，支护结构体系的设计计算理论和方法施工工艺、施工方法、施工过程对岩体工程稳定性的影响及其优化2023/5/234《岩石力学》目前四页\总数三十五页\编于二十点岩石力学在岩体工程中的应用地下硐室围岩的稳定性研究

应力分布 围岩变形

围岩压力 围岩加固岩坡的稳定性研究

稳定性 应力分布、变形和破坏

岩坡的失稳岩基的稳定性研究

应力 变形

承载力 稳定性2023/5/235《岩石力学》目前五页\总数三十五页\编于二十点研究方法工程地质研究方法科学实验方法数学力学分析方法 力学模型

分析方法⊙数值分析方法⊙模糊聚类和概率分析 ⊙模拟分析整体综合分析方法 采用多种方法并考虑多种因素

采用确定性分析方法与不确定性研究方法2023/5/236《岩石力学》目前六页\总数三十五页\编于二十点1.4地下工程的特点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；地下工程是先受力(原岩应力)，后挖洞(开巷)；深埋巷道属于无限城问题，影响圈内自重可以忽略；大部分较长巷道可作为平面应变问题处理；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；地下工程结构容许超负荷时具有可缩性；地下工程结构在一定条件下出现围岩抗力；几何不稳定结构在地下可以是稳定的；2023/5/237《岩石力学》目前七页\总数三十五页\编于二十点1.5影响因素与约定影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素矿物：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；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；构造：组成成分的空间分布及其相互间排列关系；约定岩石为不分“岩体”和“岩块”时的统称；岩体=岩块+弱面岩体中由弱面分割包围的即是岩块；

2023/5/238《岩石力学》目前八页\总数三十五页\编于二十点主要参考书[1]《岩石力学与工程》，蔡美峰主编，科学出版社，2002[2]《高等岩石力学》，周维垣主编，中国水利水电出版社，1990[3]《岩石力学基础》，张清、杜静编著，中国铁道出版社，1997[4]《岩石力学简明教程》，李世平等编．北京：煤炭工业出版社，1996[5]《岩体力学》，沈明荣主编．上海：同济大学出版社，1999[6]《矿山岩体力学》，高延法、张庆松编著，中国矿业大学出版社，2000[7]《岩石力学基础教程》，侯公羽主编，机械工业出版社，2011、1[8]《EngineeringRockMechanics》，上、下卷（中译本）J.A.Hudson;J.P.Harrison

著，冯夏庭等译，科学出版社，2009[9]《岩体力学性质》，李先炜编，煤炭工业出版社，19909目前九页\总数三十五页\编于二十点10目前十页\总数三十五页\编于二十点11目前十一页\总数三十五页\编于二十点12目前十二页\总数三十五页\编于二十点（1）《国际岩石力学与采矿科学》（InternationalJournalofRockMechanicsandMiningSciences）主编：Zimmeman，名誉主编：Hudson；Pergamon出版社和ElsevierScience出版社出版；SCI、EI收录（2）《岩石力学与岩石工程》（RockMechanicsandRockEngineering）主编：Kovari和Einstein；Springer—Verlag出版;SCI、EI收录（3）《岩石力学与工程学报》中国岩石力学与工程学会主办，科学出版社出版；EI收录（4）《岩土力学》中科院武汉岩土力学研究所主办；EI收录（5）《岩土工程学报》中国土木工程学会主办；EI收录（6）《地下空间与工程学报》中国岩石力学与工程学会、重庆大学办；国内、外有关岩石力学的主要杂志13目前十三页\总数三十五页\编于二十点1.6岩土的成因类型及其工程地质特征

地壳地球，赤道半径（6378.140km），两极半径（6356.779km）。大约有70.8%的面积海域，有29.2％的面积为陆地。由地壳、地幔、地核组成。地球内部构造

1-地壳；2-地幔；3-地核；4-液态外部地核；5-固态内部地核；6-软流圈；7-岩石圈14目前十四页\总数三十五页\编于二十点

（1）内力地质作用：动力来自地球本身，并主要发生在地球内部，按其作用方式可分为四种：

①构造运动：指地壳的机械运动；发生水平方向构造运动常使岩层受到挤压产生褶皱，或使岩层拉张而破裂；垂直方向构造运动使地壳发生上升或下降，如青藏高原近数百万年以来隆升。②岩浆作用：指岩浆沿地壳软弱破裂地带上升造成火山喷发形成火山岩或是在地下深处冷凝形成侵入岩的过程。③变质作用：指构造运动与岩浆作用过程中，使原有岩石受温度、压力和化学性质活泼的流体作用，在固体状态下发生物质成分和特征改变，转变成新的岩石。④地震：接近地球表面岩层中构造运动以弹性波形式释放应变能而引起地壳的快速颤动和震动。

物理地质作用15目前十五页\总数三十五页\编于二十点

（2）外力地质作用

①风化作用：暴露于地表的岩石，在温度变化以及水、二氧化碳、氧气及生物等因素的长期作用下，发生化学分解和机械破碎。②剥蚀作用：河水、海水、湖水、冰川及风等在其运动过程中对地表岩石造成破坏，破坏产物随其运动而搬走，例如海岸、河岸因受海浪和流水的撞击、冲刷而发生后退；斜坡剥蚀作用是斜坡物质在重力以及其它外力因素作用下产生滑动和崩塌，又称块体运动。③搬运作用：风化与剥蚀造成的破坏产物被搬运到它处。④沉积作用：搬运物在适宜场所堆积。

⑤固结成岩作用：刚堆积的物质是松散多孔的并富含水分，被后来的沉积物覆盖埋藏后，在重压下排出水分，孔隙减小并被胶结，松散堆积物渐变为坚硬的岩石，即沉积岩。

物理地质作用16目前十六页\总数三十五页\编于二十点(a)(b)(c)(d)(a)(f)(g)(h)(i)

(e)

矿物的基本概念矿物形态(a)食盐晶体(b)石英晶体(c)金刚石晶体(d)绿柱石聚形晶体(e)石榴子石聚形晶体(f)板钛矿聚形晶体(g)红柱石放射状集合体(h)方解石钟乳状集合体(i)玛瑙晶腺17目前十七页\总数三十五页\编于二十点岩石硬度

通常采用摩氏硬度，选十种矿物为标准，最软是一度，最硬十度。这十种矿物由软到硬依次为：

l-滑石；2-石膏；3-方解石；4-萤石；5-磷灰石；

6-正长石；7-石英；8-黄玉；9-刚玉；10-金刚石；岩石密度

矿物密度变化幅度很大，矿物的密度分为轻、中等和重三级，重的如方铅矿(7.4~7.6)，感到很重。大多数矿物密度中等，介于2.5~4之间。

矿物的基本概念18目前十八页\总数三十五页\编于二十点解理、断口——解理是指矿物受打击后，能沿一定方向裂开成光滑平面的性质，裂开的光滑平面称为解理面。极完全解理：极易裂开成薄片，解理面大而完整、平滑光亮，如云母。完全解理：常沿解理方向开裂成小块，解理面平整光亮，如方解石。中等解理：既有解理面，又有断口，如正长石。不完全解理：常出现断口，解理面很难出现，如磷灰石。（a）石盐的立方体完全解理（b）石英的贝壳状断口

矿物的基本概念19目前十九页\总数三十五页\编于二十点常见主要造岩矿物

自然界产出的矿物，已知有3000种左右。对于形成岩石具有普遍意义的矿物，即主要造岩矿物则不过数十种。常见矿物就其化学成分而言，绝大多数为硅酸盐，其余为氧化物、硫化物、卤化物、碳酸盐和硫酸盐等。如：黄铁矿，石英，方解石，白云石，石膏，橄榄，石辉石，正长石，白云石，白云母，高岭石，蒙脱石

矿物的基本概念20目前二十页\总数三十五页\编于二十点常见岩石和矿物安山质凝灰岩角砾岩流纹岩流纹岩21目前二十一页\总数三十五页\编于二十点片麻岩礁灰岩玄武岩浮石常见岩石和矿物22目前二十二页\总数三十五页\编于二十点白云母方解石黑云母黄铁矿常见岩石和矿物23目前二十三页\总数三十五页\编于二十点黄铜矿石英石墨石盐常见岩石和矿物24目前二十四页\总数三十五页\编于二十点石膏萤石辉锑矿自然硫常见岩石和矿物25目前二十五页\总数三十五页\编于二十点

岩类地质特征岩浆岩沉积岩变质岩主要矿物成分全部为从岩浆中析出的原生矿物，成分复杂，但较稳定。浅色的矿物有石英、长石、白云母等；深色的矿物有黑云母、角闪石，辉石、橄榄石等次生矿物占主要地位，成分单一，一般多不固定。常见的有石英、长石、白云母、方解石、白云石、高岭石等除具有变质前原来岩石的矿物，如石英、长石、云母、角闪石、辉石、方解石、白云石、高岭石等外，尚有经变质作用产生的矿物，如石榴子石、滑石、绿泥石、蛇纹石等结构以结晶粒状、斑状结构为特征以碎屑、泥质及生物碎屑结构为特征。部分为成分单一的结晶结构，但肉眼不易分辨以变晶结构等为特征构造具块状、流纹状、气孔状、杏仁状构造具层理构造多具片理构造成因直接由高温熔融的岩浆经岩浆作用而形成主要由先成岩石的风化产物，经压密、胶结、重结晶等成岩作用而形成由先成的岩浆岩、沉积岩和变质岩，经变质作用而形成岩浆岩、沉积岩和变质岩的地质特征表

26目前二十六页\总数三十五页\编于二十点

沉积岩的构造层理的基本形态a-水平层理b-斜层理c-交错层理根据交错层理确定岩层的顶面和底面层理构造

递变层理27目前二十七页\总数三十五页\编于二十点岩层形态a-顶面b-底面1-板状岩层2-变厚变薄3-尖灭4-透镜体波痕与泥裂构造波痕及其印模泥裂的示意立体图28目前二十八页\总数三十五页\编于二十点常见的岩浆岩花岗岩，闪长岩，辉长岩，流纹岩，安山岩，玄武岩，辉绿岩常见的沉积岩（1）碎屑岩类

①

火山碎屑岩：火山集块岩、火山角砾岩及凝灰岩

②

沉积碎屑岩：砾岩及角砾石、砂岩、粉砂岩

（2）粘土岩类：页岩、泥岩（3）化学及生物化学岩类：石灰岩、白云岩常见的变质岩（1）片理状岩类：片麻岩、片岩、千枚岩

（2）块状岩类：大理岩、石英岩29目前二十九页\总数三十五页\编