《岩体力学与工程》课程教学大纲

《岩体力学与工程》课程教学大纲课程名称：岩体力学与工程RockMechanicsandEngineering课程编号：020012010课程性质：R必修□选修课程类别：□通识课程R专业课程£实践教学适用专业：采矿工程专业（卓越工程师）课程学时：48学时（理论42学时，实验6学时）课程学分：3学分应开课学期：第五学期先修课程：高等数学、材料力学、煤矿地质学等任课学院、系部：能源科学与工程学院采矿工程系一、课程简介《岩体力学与工程》是采矿工程专业（卓越工程师）的一门专业基础课程，课程性质为必修课。课程主要讲授岩石在外界因素作用下的应力、应变、破坏、稳定性及加固技术，涉及采矿、土木、水利、交通、地质、能源、海洋等众多岩石工程相关的工程应用领域。通过该课程的学习，学生能够掌握岩石与岩体的基本物理性质、岩石的强度测试方法、岩石的动力学性质、地应力测试方法等；学会利用岩体力学理论分析地下洞室、地基工程、边坡工程等中存在的问题。本课程具有应用广泛和多行业背景的显著特点，属于典型的跨学科、跨行业的通用课程，有助于培养基础扎实、知识面宽、综合素质高、实践能力强的复合型专业人才，为进一步学习《井巷工程》、《采矿学》、《矿山压力与岩层控制》等专业课提供基础。二、课程教学的目标及与毕业要求的关系（一）课程目标课程总目标：学习、掌握岩石的基本性质、力学特性及岩石力学在岩石工程中的应用，扩展学习岩石动力学、流固耦合、数值计算等，培养基础扎实、知识面宽、适应新时代国家和工程要求的人才。课程目标1：了解岩石力学学科的发展历史；学习岩石力学的主要研究内容；掌握四种主要的岩石力学研究方法；课程目标2：了解岩石工程地质环境的基本概念和结构面、地应力、孔隙流体、温度等地质要素对岩体性质的影响；掌握结构面的成因与分类；初步掌握地应力测量和估算方法；课程目标3：掌握岩石的基本物理性质、单轴和常规三轴压缩岩石强度与变形特性，以及相应的试验方法；理解岩石的流变概念和岩石力学性质的影响因素；课程目标4：掌握结构面自然特征及结构面、岩体的切向和法向变形规律；了解结构面及岩体力学性质三者之间的关联性；基本掌握原位测试技术，学会采用我国的试验规范进行原位测试；课程目标5：掌握岩体的工程分类方法，能够使用我国工程岩体分级标准对岩体进行分类，提出工程设计参考方法；课程目标6：掌握二次应力和围岩压力的概念，理解新奥法、新意法、挪威法的思想进行巷道控制，了解地下工程、地基工程和边坡工程的加固措施；了解岩石动力学概念；（二）课程目标与毕业要求的对应关系本课程目标支持的主要毕业要求如下表：课程目标毕业要求指标点1.了解岩石力学学科的发展历史；学习岩石力学的主要研究内容；掌握四种主要的岩石力学研究方法；毕业要求1：工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于采矿工程（含智能开采），并能解决较复杂工程问题。毕业要求2：问题分析：能够运用专业技能识别、表达、并通过文献研究分析采矿工程与智能开采技术中的实际问题，以获得有效结论。指标点1.1：掌握用于解决复杂采矿工程（含智能开采）问题所需的数学、力学知识指标点2.1：具有运用数学和力学知识分析采矿工程与智能开采中模型建立、解析及数据分析等问题的能力2.了解岩石工程地质环境的基本概念和结构面、地应力、孔隙流体、温度等地质要素对岩体性质的影响；掌握结构面的成因与分类；初步掌握地应力测量和估算方法；毕业要求2：问题分析：能够运用专业技能识别、表达、并通过文献研究分析采矿工程与智能开采技术中的实际问题，以获得有效结论。指标点2.2：具有运用自然科学知识进行采矿工程与智能开采相关物理力学变量测定、数据采集与分析等能力。3.掌握岩石的基本物理性质、单轴和常规三轴压缩岩石强度与变形特性，以及相应的试验方法；理解岩石的流变概念和岩石力学性质的影响因素；毕业要求2：问题分析：能够运用专业技能识别、表达、并通过文献研究分析采矿工程与智能开采技术中的实际问题，以获得有效结论。指标点2.2：具有运用自然科学知识进行采矿工程与智能开采相关物理力学变量测定、数据采集与分析等能力。4.掌握结构面自然特征及结构面、岩体的切向和法向变形规律；了解结构面及岩体力学性质三者之间的关联性；基本掌握原位测试技术，学会采用我国的试验规范进行原位测试；毕业要求4：研究：能够基于科学原理，采用科学方法对采矿工程、智能开采中的工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。指标点4.1掌握自然科学、力学以及工程基础实验的基本原理与方法5.掌握岩体的工程分类方法，能够使用我国工程岩体分级标准对岩体进行分类，提出工程设计参考方法；毕业要求4：研究：能够基于科学原理，采用科学方法对采矿工程、智能开采中的工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。指标点4.1掌握自然科学、力学以及工程基础实验的基本原理与方法6.掌握二次应力和围岩压力的概念，理解新奥法、新意法、挪威法的思想进行巷道控制，了解地下工程、地基工程和边坡工程的加固措施；了解岩石动力学概念；毕业要求2：问题分析：能够运用专业技能识别、表达、并通过文献研究分析采矿工程与智能开采技术中的实际问题，以获得有效结论。毕业要求4：研究：能够基于科学原理，采用科学方法对采矿工程、智能开采中的工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。指标点2.3：能够应用工程科学的基本原理，识别、表达、分析复杂采矿工程与智能开采问题，以获得有效结论指标点4.1掌握自然科学、力学以及工程基础实验的基本原理与方法三、课程教学的基本内容及教学安排（一）课程教学的内容及学时安排知识单元知识点学时数课程目标线下授课线上授课实验/实践1.绪论知识点1.1：岩石力学学科发展简史；知识点1.2：岩石力学研究内容与关键问题；知识点1.3：岩石力学主要研究方法；知识点1.3：岩石工程与学科发展；4课程目标12.岩石工程地质环境知识点2.1：岩石工程的特殊性；知识点2.2：影响岩体性质的地质要素；知识点2.3：岩石的矿物成分与地质成因；2课程目标23.岩石物理力学性质知识点3.1：岩石的物理力学性质；知识点3.2：岩石的强度特性；知识点3.3：岩石的变形特性；知识点3.4：影响岩石力学性质的因素；66课程目标34.结构面与岩体力学性质知识点4.1：结构面自然特征与参数采集；知识点4.2：结构面力学性质；知识点4.3：结构面与岩体力学性质；6课程目标45.工程岩体分级知识点5.1：工程岩体分级；知识点5.2：岩体地质力学分级(RMR)；4课程目标56.岩体强度理论知识点6.1：岩土介质与理想材料的差异；知识点6.2：岩石强度理论发展历程；知识点6.3：屈服和破坏的基本概念；知识点6.4：莫尔-库仑强度准则；4课程目标67.岩石的本构关系知识点6.1：岩石弹性本构关系；知识点6.2：流变本构关系；2课程目标68.岩体地下工程知识点7.1：围岩二次应力状态分析；知识点7.2：围岩压力计算；知识点7.3：地下结构设计方法；知识点7.4：地下硐室主要支护与加固技术；4课程目标69.深部岩体工程知识点9.1：岩石开挖力学响应与影响要素；知识点9.2：深部岩体工程的赋存环境与力学特性；2课程目标610.岩石地基工程知识点10.1：岩石地基与基础结构形式；知识点10.2：岩石地基的沉降变形；2课程目标611.岩石边坡工程知识点11.1：岩石地基的沉降变形；知识点11.2：岩石边坡工程的行业特征及设计要求；2课程目标612.岩石动力学知识点12.1：岩石动力学概述；知识点12.2：岩石动力学试验方法；知识点12.3：岩石动力学在工程中应用；4课程目标6合计426（二）课堂实验/实践教学内容及要求序号项目名称内容、要求学时实验/实践类别实验/实践类型每组人数必做/选做课程目标1岩石单轴压缩实验掌握岩石单轴压缩实验方法，掌握岩石单轴抗压强度、弹性模量和泊松比的计算方法；了解岩石单轴压缩过程变形特征和破坏类型2专业操作型15必做课程目标32岩石常规三轴压缩实验掌握岩石常规三轴实验方法，依据岩石三轴实验结果学会计算出岩石的内摩擦角Φ与粘结力C，绘制出岩石的强度曲线，进一步理解岩石的强度准则。2专业操作型15必做课程目标33岩石抗拉强度测定掌握采用巴西劈裂法测定岩石抗拉强度的方法，并与岩石抗压强度进行比较，从而了解脆性岩石材料的强度特点。2专业操作型15必做课程目标3基本要求1．熟悉实验设备及基本功能；2．熟悉实验过程及实验数据整理；3．独立完成实验报告；注：实验/实践类别：专业、上机等实验/实践类型：操作型、验证型、演示型、综合型等。四、本课程与其他课程的联系本课程的先修课程有高等数学、材料力学、煤矿地质学等，同时为后续《井巷工程》、《采矿学》、《矿山压力与岩层控制》等专业课的基础课。五、教材与其他教学资源（含教学参考书或在线资源）（一）建议教材吴顺川.岩石力学[M].北京：高等教育出版社，2021.09其他教学资源吴顺川.岩石力学教材数字资源./1261091。蔡美峰.岩石力学与工程(第2版)[M].北京：科学出版社，2013.09。布雷迪(澳)布朗//(英)，译者：余诗刚，朱万成，赵文，卢应发，董陇军等。4.地下采矿岩石力学(第3版)(精)[M].北京：科学出版社，2011.07。5.徐芝纶.弹性力学简明教程（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2013.06。6.沈明荣.陈建峰.岩体力学（第2版）[M].上海：同济大学出版社，2015.08。六、教学方法与学习建议授课方式：《岩体力学与工程》课程以“岩石和岩体力学基本原理、力学试验、岩体工程实际工程应用和加固”为主线，结合学生个性特点，因材施教。主要以讲授、讨论、课程综合设计为主，以课堂测验、课外作业、试验环节为辅。课堂教学将充分利用网络辅助教学，结合教材图、文、影、音多维度展示，调动学习积极性，提高教学效率。重点掌握：本课程的重点是岩石的研究内容和方法、岩石物理力学性质、结构面与岩体的力学性质、工程岩体分级和强度理论、岩石地下工程（围岩二次应力、支护和加固技术）。难点：岩石的强度理论、围岩二次应力状态分析、岩石的动力学性质。自主学习建议：课后可结合教材数字资源配套的PPT和视频，回顾章节主要内容，观看视频加深岩体力学与工程课程相关内容的理解。亦可针对某一具体知识可通过文献检索获取国内外相关资料展开学习。七、课程考核及成绩评定方式（一）课程考核基于《岩体力学与工程》教学内容与毕业要求指标点的关联性，制定本课程质量评价方法。课程考试考核总成绩由平时学习表现占20%、过程考核成绩占30%和结课考试成绩占50%三部分组成，这种考核方式可大大促进学生对日常教学环节中知识积累和掌握的重视程度，促进学生的学习产出。本门课程的所有环节均要求学生参与并签到，不得缺勤；结课考试成绩不满卷面成绩50%，课程考核不合格，具体考核方式见下表。课程目标考核环节权重合计平时表现过程考核结课考试课程目标110%10%20%课程目标25%10%15%课程目标310%10%20%课程目标45%10%15%课程目标55%10%5%20%课程目标65%5%10%合计20%30%50%100%（二）课程目标与考核内容的关系课程具体目标与知识单元和考试内容的关系如下：课程目标知识单元考试内容1.了解岩石力学学科的发展历史；学习岩石力学的主要研究内容；掌握四种主要的岩石力学研究方法；绪论岩石力学研究内容与关键问题；岩石力学主要研究方法。2.了解岩石工程地质环境的基本概念和结构面、地应力、孔隙流体、温度等地质要素对岩体性质的影响；掌握结构面的成因与分类；初步掌握地应力测量和估算方法；岩石工程地质环境结构面自然特征与参数采集；结构面力学性质；结构面与岩体力学性质。3.掌握岩石的基本物理性质、单轴和常规三轴压缩岩石强度与变形特性，以及相应的试验方法；理解岩石的流变概念和岩石力学性质的影响因素；岩石物理力学性质岩石的强度特性；岩石的变形特性；影响岩石力学性质的因素。4.掌握结构面自然特征及结构面、岩体的切向和法向变形规律；了解结构面及岩体力学性质三者之间的关联性；基本掌握原位测试技术，学会采用我国的试验规范进行原