《岩石力学》课件(完整版)

1、第一章介绍，岩石：由地质作用下的矿物或锯屑按照一定规律聚合而成的自然物体。影响岩石力学性能和物理性质的三个重要因素。结构：组件的空间分布和相互排列关系、岩石力学：研究岩体在各种应力状态下变形和破坏规律的研究。第一节岩石和岩石，矿物：具有地壳中存在的特定化学成分和物理特性的自然元素和化合物。结构：构成岩石的物质组成，粒子大小和形状，如果它们相互结合。岩石分类，岩石=岩石结构面，变质岩：不稳定性与变质程度和烃源岩性质有关，岩浆岩：强度高，同质性好，沉积岩：强度不稳定，各向异性，1.2岩石力学的研究课题和内容，不连续性；各向异性；不均匀性；岩石块单位的移动性；地质因子特性(水、气、热、初始应力)。(

2、1)岩体力学特性，(2)工作，基本原理方面(建模和参数识别)；测试侧(测试方法)仪器、信息处理、室内、室外、移动、静态；现场测试实用应用，城市化：我国1989年不到20%，2000年35.7%，2010年45%，为了减少地面占用，正在开发地下空间。人口密度：拥有的限制2万/km2，自下而上的4万/km2(局部16万/km2)，北京达到2万7千/km2。绿化指标：1990年全国城市绿化面积3.9m2/人，上海0.9m2/人(国家要求2m2/人)。联合国建议：40m2/人(莫斯科44m2/人；伦敦22.8m2/人；巴黎25平方米/人)。交通：北京路面积4.4m2/人；东京11.3m2/人；伦敦21

3、.3m2/人。(4)相关工作，1.3岩石力学研究方法，研究方法：实验，理论分析和工程应用，实验，室内场，岩石块(拉伸，压力，剪切)模拟，位移应力，收敛(表面位移)(3)工程岩石力学学派，法国塔罗布尔(J.Talober)，1951年岩石力学的第一部代表作。1963年意大利怀昂水库岩炮滑动1966年在里斯举行的第一届国际岩石力学会议(第一届/第四年)全国岩石力学和工程学术会议，2000年第六届，第一届/第一年。美国，全欧洲。简单地说，是材料力学、连续力学、结构力学三个阶段。力学(固体力学分支)，地质学，岩土工程，1.5岩石力学的简单历史，回归，第二章岩石的基本物理力学性质，岩石的基本物理力学性质

4、是岩体最基本、最重要的特性之一，是岩石力学领域最早、最完整的内容之一。第一节基本物理特性1，岩石的质量指标(1)密度和比重1，岩石的密度：单位体积内岩石的质量。含有岩石：固相、液相、气相。三相比不同，密度不同。(2)饱和密度：岩石的孔隙被水填满时的单一体积质量(在水中48小时)，(1)自然密度：自然状态下的单位体积质量，g岩石的总质量；v总体积。VV孔隙体积，(3)干密度：岩体间隙水全部蒸发后的单位体积质量(108烘焙24h)，2，岩石比重：岩石固体质量(G1)等体积水的质量比VC固体体积大4点；水的比重，G1岩石固体的质量。，(KN/m3)，其次，岩石的极性：指示裂纹发生程度的指标，(1)空

5、隙率，VV空隙率(汞填充方法)，(2)孔隙率，V=VC VV，en关系，岩石的裂缝反映了它们相互连接的程度。大多数渗透性可以用达西(Darcy)定律来解释：(m3/s)，水头变化率；在x方向流动的qx水流；h头高度；a垂直x方向的截面面积；k渗透系数。四、岩石抗风化指数(类别3)、(1)软化系数(指示抗风化能力的指标)、Rcc干单轴抗压强度、Rcd饱和单轴抗压强度；()越小，表示岩石受水的影响越大。我的崩矿指数是通过岩石试件的干燥、浸水循环试验得出的指标。测试时干燥的试块分为约500克，10块，放在有筛网的气缸内，让气缸在水槽中以20rs的速度连续旋转10分钟，然后取出气缸内剩下的石块，测量干

6、燥重量。重复这样两次，按内崩指数：(2)岩石内崩指数，试验前试干质量。气缸内剩余试样的干燥质量，1，自由膨胀率：无限制，浸没后膨胀变形和原始大小的比例轴向自由膨胀(%) H试样高度径向自由膨胀(%) D直径，返回，(c)岩石的膨胀性，膨胀性岩石工程的稳定性评价。第三章岩石力学基础，定义：波是一种扰动，或特定运动参数或状态参数(如应力、变形、振动、温度、电磁场强度等)的更改在介质中传播。应力波是固体介质中的应力传播。(第4类)弹性波：在应力应变关系遵循霍克定律的介质中传播的波。第一节岩石的波动特性，第一，固体的应力波类型，弹性波在非线性弹性体中传播的波，此波除了弹性变形引起的弹性应力外，还产生摩

7、擦应力或粘性应力。超出弹性极限的塑性波应力波。如果冲击波固体介质的变形特性能产生比小扰动的传播速度大得多的传播速度，那么在介质中，波头会突然形成用超声波传播的冲击波。岩石受到扰动时，主要在岩体中传播弹性波。声波和冲击波只能在振源中看到。3 .可以在固体中传播的弹性波可分为两类(1)体波。即，在岩体内部传播的波(2类)(a类)纵波(1-to-波，Primary wave)粒子振动方向与传播方向一致的波产生压缩或拉伸变形。(b)剪切波(也称为二次波，二次波)粒子振动方向和传播方向垂直的波产生剪切变形。(2)面波：仅传播到岩石表面。粒子运动的轨迹是长轴垂直于曲面的椭圆形，这种面波也称为瑞利波。面波速

8、度小于体波，但传播距离大。根据波前形状，应力波分为平面波、球面波和圆柱波。波前介质的粒子具有相同的速度、加速度、位移、应力和变形。最前面的波面称为波前、波头和波阵。第二，从各向同性岩体中导出纵波传播速度的固体中弹性波传播拉梅运动方程(不考虑体力)，各向同性岩体中剪切波传播速度：各向同性岩体中剪切波传播速度：上，上：已知侧，上，下弹性系数和东线传输比，即：注：划分0.25点，1.73各方面的考试验证结果，一般在1.61.7之间。第三，测量岩体的弹性波速，(a)在室内测量岩体的声波传播速度时，将声源和接收器放在岩石块试样的两端，一般以1000Hz2MHz的频率使用超声波。(见图31)，传感器传输，

9、耦合，传感器接收，测量，注：由于纵波比横波晚到达，横波易受干扰，难以区分，因此准确测量横波很重要。中国科学院地面力学研究所使用：(1)用横波交换器刺激横向振动的PZT压电芯片(图32a)(2)使用固体和固体的自由边表面生成反射剪切波(图32b)(3)用水浸出法生成试样的剪切波(图32c)，(2)岩石声波弹性波速度的现场测量方法如图(3-3)所示。图33中的D1或D2测量了声音源和接收器之间的距离，计算了弹性波速度Vp和Vs，(3)岩石弹性波测量结果，岩石质量的弹性波速度经过室内外测量和推导，得到了结果之间的表31。从表中可以看出，基岩的纵波速度是由多种因素引起的，变化很大。一般来说，岩石速度大

10、于岩石波速。新鲜完整的岩石波速；裂缝发育和风化的破碎岩石的波速越小。根据实验结果整理的岩床的动态弹性系数显示在表32中，动态弹性系数与静态弹性系数的比率通常越紧越完整，差异越小，差异越大。比较数据显示，动态弹性系数比静态弹性系数高几倍到几十倍，如图34所示。从动态弹性系数的数值来看，很多集中在其间。图3-4，返回，第二节影响岩石速度的因素(5个方面因素)，第一，岩石弹性波速度与岩石类型、岩石密度和生成年代有关1。岩石的密度和完整性越高，波速就越大2。岩石密度越大，弹性波速度就相应地表示了各种岩石的弹性速度与岩石种类的关系。图35显示了示例性统计中各种岩石的弹性波速度和密度之间的关系。第二，岩石

11、波速与岩体裂隙或夹层的关系，弹性波在岩体中传播时遇到裂缝，则取决于充填物。如果裂纹中的填充物是空气，弹性波就不能通过，而是以裂纹停止点为中心传播。如果裂缝充满水，则声能5可以通过，如果填充物是其他液体或固体物质，则弹性波可以部分或完全通过。弹性波跨越弹性波的裂缝宽度的频率和振幅为1。频率越低，穿越裂缝宽度的油价就越大，相反，油价越小，图3-7，2。裂缝数越多，纵波速度越小，3 .岩体风化程度高的弹性波的速度也变小，4 .中间层厚度较大的弹性波纵波速度越高，岩石速度越高，岩石有效孔隙率n和吸收率相关，部分岩浆岩、沉积岩和变质岩纵波速度与有效孔隙率n的关系如图39所示。1.随着有效孔隙率的增加，纵

12、波速度急剧下降，图310表示纵波速度和吸收率之间的关系。如图所示：2。随着吸收率的增加，纵波速度急剧下降，4，岩体波速与理性特性有关，由于岩体条件、构造面和地应力等原因，在岩石中弹性波的传播、岩体的动态弹性模量等方面也存在各向异性。表36显示1 .平行水平纵波速度为垂直水平波速度平行水平波速度/垂直岩石波速度各向异性系数C C C=1.08-2.28；显示大于。大部分：C=1.67相应部分：c=1.10，表36，2。平行岩石级别的移动模式大于垂直岩石的移动模式各向异性系数值介于1.012.72之间。绝大多数小于1.30，3 .压力越大，纵波速度各向异性系数在表中越小，所有系数均大于1。最大系数

13、0.1MPa，5，岩石压缩应力对弹性波传播的影响(a)内部测试结果岩石对压缩应力下弹性波的速度和动态弹性系数有一定的影响，力状态可分为静态水压缩、三向压缩和单向压缩，测量可分为平行或垂直最大应力。1.载荷方法对声波速度的影响在单向压缩和垂直应力方向测试岩石的波速时，对测量的波速有更大的影响。其他载荷方法对正在测量的波速影响不大。图311、12、均匀压缩、单向压缩、环形压缩、2。从图中可以看出，压力应力越大，波速就越高。随着压力的增加，纵波的波速也增加。纵波增加的波速，在开始阶段更快，越来越小，最终可能不会增加。3.在水平发育的沉积岩石中，垂直于水平施加载荷时，在低应力阶段，波速迅速随着应力的增

14、加而增加，波速超过平行水平方向的波后生长速度减慢。如图313所示，4 .岩石单向压缩后测量的波速取决于方向，与压缩应力方向相同的纵波速度，在低应力阶段快速增长，达到一定水平后增长迟缓，压力应力和垂直方向的纵波速度，随应力的增加而减少(波驱动方向的拉伸应力)，(2)现场测量结果，如果测量一个项目中道路两个坑道的应力变化对声波速度的影响，则可以推断松动圈的范围图316，1。在巷道壁钻测试声波速度松散的区域，岩体破碎，低应力区域导致波速小。高应力区，岩体完整，波速达到最大速度。原岩应力区，波速正常。根据沿孔深度波速的变换曲线确定这三个区域的范围。2 .测试结果可以推测出三个总测量线的趋势约为1.5米

15、，最大波速，此处松散的圆范围，如图所示。此外，曲线1在1.5米深度处的波速更大，这可能是道路纵横交错，应力更复杂的地方。岩石类型不同，纵波速度不同。但是基本定律是，在低应力区的纵波速度增长很快，随着应力的增加，增长速度减慢，趋向于成为常数值。如图318所示，第四章岩床的基本力学性质，4.1岩床的构造面分析1，构造面：断层、连接、褶皱统称岩床的构造面影响，完整性良好连续介质力学方法非常破碎的土壤力学方法之间的裂缝体力学方法，岩床的不连续性，各向异性反映区域地质结构，降低岩床的强度，如图节物理和化学岩石：节理，岩石强度=岩石强度节理强度，第二，结构表面分类，根据项目要求，分类1绝对分类2相对分类工程分类表4-1中列出。3根据机械观点分类，中间结构面110米巨型结构面10米，小型结构面延伸1米，破坏表面破坏带行之间，非填充，见表42，表41结构面相对分类，图42根据机械观点对破坏表面和破坏区域分类，单个连接，连接组，连接组，羽毛单一集接头，D180cm整体结构d=30180块结构d30破裂结构d6.5极破裂结构K=01/m稀疏接头K=110/m高密度接头K