岩体力学课件01

1、岩体力学 又称岩石力学 工程地质学及岩土工程勘察的基础课程,参考书 蔡美峰等，岩石力学与工程，科学出版社，2002 徐志英，岩石力学（第三版），中国水利水电出版社，2005 李世平等，岩石力学简明教程，中国矿业学院出版社，1986 沈明荣等，岩体力学，同济大学出版社，2006,2001年5月1日20点30分，重庆武隆县发生了一起基岩滑坡，造成79人死亡，摧毁9层楼房一幢。,岩体力学,2000年4月6日武汉烽火村乔木湾发生地面塌陷，4小时内发生大小陷坑19处，2栋楼房塌进陷坑，16栋楼房不同程度开裂、破损，为1977年来武汉市内发生的6起塌陷中规模最大的一次。,岩体力学,1980年6月3日5点3

2、5分，湖北远安盐池河磷矿发生岩崩，摧毁整个盐池河矿务局，死亡284人。,岩体力学,1985年6月12日3点52分，由于后部岩崩加载，导致新滩滑坡复活。所幸的是由于预报准确，新滩镇全镇1371人全部安全转移。,岩体力学,在兵书宝剑峡出口，新滩的对面是链子崖危岩体，近于直立的陡崖为与长江近乎平行的十几条裂缝所切割，导致岩体“摇摇欲坠”，对长江航道构成严重威胁。,岩体力学,岩体力学,。 。 。,。 。 。,。 。 。,国 防 军 事,能 源 开 采,城 建 工 程,水 利 工 程,交 通 工 程,各岩石(体)工程中的问题常用岩体力学加以解决。,三峡工程,岩体力学,如果有科学的利用和开发，地球可以成为

3、我们生活的美丽家园；如果不善加保护和利用，地球也可以成为埋葬人类的坟墓。 地球表层为岩体、土体所覆盖，人类生活所依托的几乎为地壳表层的岩土体。要想科学的利用、开发、保护地球，必须首先掌握岩土体的性质，尤其是它们的力学性质，因此就有了,岩体力学,岩体力学,一、岩石与岩体 1.岩石 岩石（Rock）是经过地质作用而天然形成的(一种或多种)矿物集合体。地壳的绝大部分都是由岩石构成的。岩石通常按照其成因可分为三类：岩浆岩、沉积岩和变质岩。不同成因类型的岩石的物理力学性质是不同的。 2.结构面 结构面（Structural Plane）是指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度

4、相对较小的地质界面或带。,第一章 绪 论,岩体力学,3.岩块 岩块（Rock block或Rock）指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。 4.岩体 岩体（Rock Mass）是在一定工程范围内的自然地质体，在地质历史过程中形成，由岩块和结构面网络组成，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中。,第一章 绪 论,岩体力学,5.岩石与岩体的关系 岩石是完整的块体（故又称为岩块），其中可包含细微的结构面和孔隙，是组成岩体的基本单元； 岩体是由岩块组成的包含了宏观结构面的地质体。 岩体的强度远低于岩块；岩石(体)工程稳定性主要取决于岩体强度。,第一章 绪 论,岩

5、体力学,岩石与岩体的关系,二、岩体力学的定义与分支学科 1.定义 岩体力学(Rockmass Mechanics) 是固体力学的一个分支学科，是研究岩石和岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。 又称岩石力学(Rock Mechanics) 国际岩石力学学会（ISRM） 中国岩石力学与工程学会（CSRME）,第一章 绪 论,岩体力学,工程岩体力学为各类建筑工程及采矿工程等服务的岩体力学，重点是研究工程活动引起的岩体重分布应力以及在这种应力场作用下工程岩体(如边坡岩体、地基岩体和地下洞室围岩等)的变形和稳定性。 构造岩体力学为构造地质学、找矿及地震预报等

6、服务的岩体力学，重点是探索地壳深部岩体的变形与断裂机理，为此需研究高温高压下岩石的变形与破坏规律以及与时间效应有关的流变特征。 破碎岩石力学为掘进、钻井及爆破工程服务的岩体力学，主要是研究岩石的切割和破碎理论以及岩体动力学特性。,2.分支学科,第一章 绪 论,岩体力学,（1）学科属性 岩石属于固体，岩石力学应属于固体力学的范畴。一般从宏观的意义上，把固体看作连续介质。但是，岩体不但有微观的裂隙，而且有层理、片理、节理以至于断层等不连续面。岩体不是连续介质，而且常表现为各向异性或非均质。岩石中若含水，它又表现为两相或三相体。因此，岩石力学又是固体力学与地质科学交叉渗透而形成的边缘科学。 （2）岩

7、体力学的特点 岩石材料全部赋存于地质环境中，其自然特征取决于其成因及后期地质作用。遭受多次应力变动的岩体，其性能决定于完整岩石材料的力学性质以及岩体中地质构造的不连续面的数量和性质。在这两类控制岩体力学特性的因素中，每类因素的相对重要程度主要决定于工程的规模与不连续面数量的关系和两者之间的相对方位关系。在一些情况下，岩体不连续面的影响是非常显著的，在某些情况下，岩体的性能又较多地决定于岩石本身的性质。 岩体力学是解决岩石工程（与岩石有关的工程）技术问题的理论基础。,3学科属性与特点,第一章 绪 论,岩体力学,三、研究内容与研究方法,1.研究内容 以边坡为例,第一章 绪 论,岩体力学,边坡岩体力

8、学研究框图,边坡岩体地质特征（地层、岩性、结构面特征及分布、地下水等）,岩块、结构面力学性质（室内试验：求变形、强度参数）,应力条件（建筑物作用力、天然应力、水压力、地震力等）,地质模型建立 （平、剖面图）,岩体力学性质，力学参数（现场试验、模拟试验）,开挖后的重分布应力、大小,力学模型建立（介质模型、应力、岩体力学参数、变形破坏机理.）,稳定性分析计算（刚体极限平衡理论、有限元.）,综合评价,工程设计要求,工程设计,处理方案或修改角,施工,安全系数,稳定、合理,不稳定、不合理,工程地质研究方法,试验法,数学、力学分析法,综合评价法,岩体的地质特征 岩块、结构面的力学性质 岩体的力学性质 岩体

9、中天然应力 岩体中重分布应力 稳定性计算与评价 工程处理与加固,研 究 内 容,第一章 绪 论,岩体力学,2.研究方法 工程地质研究法 研究岩块和岩体的地质与结构特征，为岩体力学的进一步研究提供地质模型和地质资料 试验法 为岩体变形和稳定性分析计算提供必要的物理力学参数；模拟与验证岩体工程 数学力学分析法 通过建立岩体力学模型和利用适当的分析方法，预测岩体在各种力场作用下的变形与稳定性，为设计和施工提供定量依据 综合分析法 采用多种方法考虑各种因素(包括工程的、地质的及施工的等)进行综合分析和综合评价，得出符合实际情况的正确结论,第一章 绪 论,岩体力学,三、岩体力学的形成与发展,1.形成历史

10、 1951年，在奥地利创建了地质力学研究组，并形成了独具一格的奥地利学派。 同年，国际大坝会议设立了岩石力学分会。 1956年，美国召开了第一次岩石力学讨论会。 1957年，第一本岩石力学专著出版。 1959年，法国马尔帕塞坝溃决，引起岩体力学工作者的关注和研究。岩石力学演变为岩体力学 1962年，成立国际岩石力学学会(ISRM)。 1966年，第一届国际岩石力学大会在葡萄牙的里斯本召开。,第一章 绪 论,岩体力学,2.发展动态 岩体结构与结构面的仿真模拟、力学表述及其力学 机理问题 裂隙化岩体的强度、破坏机理及破坏判据问题 岩体与工程结构的相互作用与稳定性评价问题 软岩的力学特性及其岩体力学

11、问题 水-岩-应力耦合作用及岩体工程稳定性问题 高地应力岩体力学问题 岩体结构整体综合仿真反馈系统与优化技术 岩体动力学、水力学与热力学问题 岩体流变与长期强度问题 岩体工程计算机辅助设计与图像自动生成处理。,第一章 绪 论,岩体力学,3.岩体力学主要学派介绍 （1）“奥地利学派”简介： 岩石力学与经济建设很多部分有关，因而各个国家都投入了一定的人力、物力进行广泛的研究。再欧洲值得介绍的是奥地利岩石力学学派，或称之为Salzburg学派，新奥法隧道施工就是这个学派取得的成就之一。过去进行岩石工程设计施工时，工程地质人员所做的地质描述，只能给工程设计人员提供定性的概念，很少能提供用于实际计算的数

12、据。因而，工程地质有从定性描述向定量方向发展的迫切要求。奥地利工程地质学家J.Stini一再强调，应该对岩体的结构面，如断层、节理和裂隙等进行观测和考察，研究它们的作用及其对岩体力学性质的影响，并做好定性的研究，更要提出定量的数据。1951年他和L.Mller等人一起联合有关学者和工程师，在奥地利的Salzburg发起和举行了以岩体力学为主题的第一次国际岩石力学讨论会，为把工程地质与力学相结合，建立岩石力学这个边缘学科跨出了重要的一步，并创办了地质与土木工程（Geologie und Bauwesen）杂志发表他们的研究成果，形成了Salzburg学派。他们反对把岩石当作连续介质，简单地利用固

13、体力学的原理进行岩体力学特性的分析，而是强调必须考虑节理、裂隙、断层等地质结构构造来进行研究。地下水的作用也必须同时考虑。1962年地质与土木工程改名为岩石力学与岩石工程（Rock Mechanics & Rock Engineering）继续出版。Stini逝世后，Mller领导前联邦德国卡尔斯鲁厄（Karlsruhe）大学的土力学岩石力学研究所，继续坚持他们的研究。,第一章 绪 论,岩体力学,（2） “工程地质力学”简介： 以中国科学院地质研究所谷德振教授为首的一些学者，从1960年代到1970年代初，形成并提出了“工程地质力学”的观点。认为岩体与一般岩石的差别在于它是受结构面纵横切割的多裂隙体，岩体内部结构面控制着岩体变形、破坏机制及力学法则。因此必须重视结构面力学效应的研究。在研究结构面力学特性时，必须以地质成因为基础对结构面自然特性做细致的研究，掌握结构面的地质特点来指导岩体力学研究工作是岩体基本力学特性研究的基础。在此基础上，他们把岩体分为块裂结构、完整结构、碎裂结构和散体结构，按照岩体结构不同类型分别研究其力学特性。,第一章 绪 论,岩体力学,四、岩体力学与其它学科的关系,1.与工程地质学的关系 岩石力学与地质尤其与工程地质关系十分密切。因为与工程有关的岩石或岩体处于一定的地质环境中，岩石或岩体的力学性状受地质环境的