巖體力學(xué)-第1講-緒論.ppt

1、第1章 緒 論俞 縉,巖體力學(xué),課程總體安排,緒論 巖石力學(xué)基礎(chǔ)理論（18學(xué)時(shí)） 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 巖體的力學(xué)特性 巖體地應(yīng)力及其測量方法 巖石工程（21學(xué)時(shí)） 巖石地下工程 巖石邊坡工程 巖石地基工程 共39學(xué)時(shí),主要參考教材,張永興.巖石力學(xué).中國建筑工業(yè)出版社 蔡美峰等.巖石力學(xué)與工程.科學(xué)出版社 沈明榮等.巖體力學(xué).同濟(jì)大學(xué)出版社 劉佑榮等.巖體力學(xué).中國地質(zhì)大學(xué)出版社 謝和平等.巖石力學(xué).科學(xué)出版社 張清等.巖石力學(xué)基礎(chǔ).中國鐵道出版社,國 內(nèi)： 1 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) 2 巖土工程學(xué)報(bào) 3 巖土力學(xué) 4 土木工程學(xué)報(bào) 5 煤炭學(xué)報(bào) 6 水利學(xué)報(bào) 7 中國公路學(xué)報(bào) 8 鐵道學(xué)報(bào),巖

2、石力學(xué)學(xué)術(shù)期刊,9 固體力學(xué)學(xué)報(bào) 10 地球物理學(xué)報(bào) 11 地質(zhì)學(xué)報(bào) 12 工程力學(xué) 13 地震學(xué)報(bào) 14 地質(zhì)論評 15 中國有色金屬學(xué)報(bào) 16 水力發(fā)電學(xué)報(bào),國 外： International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences Rock Mechanics and Rock Engineering Tunnel and Tunnelling Tunnel and Underground Space Technology Geomechanics Abstract International Journal of Engineeri

3、ng Science,主要內(nèi)容,巖石與巖體的基本概念 巖石力學(xué)的基本內(nèi)容與研究方法 巖石力學(xué)研究的主要問題及工程應(yīng)用 巖石力學(xué)與工程發(fā)展前景展望,1.巖石（intact rock）,巖石：由礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律聚集而形成的自然物體 。 礦物：存在地殼中的具有一定化學(xué)成分和物理性質(zhì)的自然元素和化合物。 結(jié)構(gòu)：組成巖石的物質(zhì)成分、顆粒大小和形狀以及其相互結(jié)合的情況。 構(gòu)造: 組成成分的空間分布及其相互間排列關(guān)系 這是影響巖石力學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)的三個(gè)重要因素 。,礦物即天然生成的自然元素或化合物；已發(fā)現(xiàn)的礦物3000多種，主要造巖礦物30多種。 其中最主要造巖礦物 石英、長石、輝石、角閃

4、石、云母、方解石、高嶺石、綠泥石、石膏、赤鐵礦、黃鐵礦等。 巖石可由單個(gè)礦物組成（例如，純潔的大理石由方解石組成），而多數(shù)的巖石則是由兩種以上的礦物組成，例如，花崗巖主要由石英、長石和云母三種礦物組成。,結(jié)構(gòu)是指造巖礦物的排列方式和連接形式，也包括礦物顆粒的大小、形狀及巖石中的微結(jié)構(gòu)面。常見有結(jié)晶連接，膠結(jié)連接。,巖體結(jié)構(gòu)類型,塊狀結(jié)構(gòu) 鑲嵌結(jié)構(gòu) 碎裂結(jié)構(gòu) 層狀結(jié)構(gòu) 層狀碎裂結(jié)構(gòu) 松散結(jié)構(gòu),按照巖石的形成原因劃分 (1) 巖漿巖 (2) 沉積巖 (3) 變質(zhì)巖 不同成因類型的巖石的物理力學(xué)性質(zhì)是不同的。,2.巖體（rock mass）,巖體是由巖石、地質(zhì)不連續(xù)面（結(jié)構(gòu)面）和不連續(xù)面內(nèi)充填物組成

5、的天然地質(zhì)體。 地質(zhì)不連續(xù)面（結(jié)構(gòu)面）是巖體經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代，經(jīng)受各種不同構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造和風(fēng)化次生作用演化產(chǎn)生的結(jié)果。,巖體中的結(jié)構(gòu)面主要包括：,沉積巖中的層面、層理、假整合面、不整合面等； 巖漿巖的流層、流紋、冷卻收縮而形成的張裂隙等； 變質(zhì)巖中的片理、板理、剝理等； 劈理、節(jié)理、斷層、層間破碎夾層等構(gòu)造結(jié)構(gòu)面； 風(fēng)化裂隙、卸荷裂隙、泥化夾層等次生結(jié)構(gòu)面。 結(jié)構(gòu)面為一種不連續(xù)界面，因此，也稱為不連續(xù)面(discontinuity),巖體的特點(diǎn)：,不連續(xù)介質(zhì)；,各向異性材料；,非均質(zhì)材料；,巖體的性質(zhì)取決于巖石和結(jié)構(gòu)面的性質(zhì) 及其結(jié)構(gòu)面 的分布狀態(tài),巖石與巖體的關(guān)系,巖體 =巖石（結(jié)構(gòu)體）+

6、不連續(xù)面（結(jié)構(gòu)面）+充填物,3. 巖石力學(xué)(Rock Mechanics) 定義,巖石力學(xué)是研究巖石力學(xué)性能的理論和應(yīng)用的科學(xué)，是探討巖石對其周圍物理環(huán)境中力場的反映的力學(xué)分支 。 具體而言，是研究巖石或巖體在外力作用下的應(yīng)力狀態(tài)、變形狀態(tài)和破壞條件等力學(xué)性質(zhì)的學(xué)科，它是解決所有巖石工程技術(shù)問題的理論基礎(chǔ)。,3. 巖石力學(xué)(Rock Mechanics) 定義,巖石力學(xué)屬于固體力學(xué)的范疇 。由于巖石力學(xué)中的許多研究對象是巖體， 所以也有人把巖石力學(xué)叫巖體力學(xué)。 若巖石中含有水，它又表現(xiàn)為兩相體，從這些方面來看，巖石力學(xué)又是固體力學(xué)與地質(zhì)科學(xué)的邊緣科學(xué)。,巖石力學(xué)在其他學(xué)科中的地位,一、地質(zhì)學(xué)科

7、在在巖體力學(xué)中的作用 巖石力學(xué)與工程地質(zhì)學(xué)緊密聯(lián)系。 二、力學(xué)學(xué)科在巖體力學(xué)中的作用 巖石力學(xué)學(xué)科中的一個(gè)分支，屬固體力學(xué)范疇。,主要內(nèi)容,巖石與巖體的基本概念 巖石力學(xué)的基本內(nèi)容與研究方法 巖石力學(xué)研究的主要問題及工程應(yīng)用 巖石力學(xué)與工程發(fā)展前景展望,研究基本內(nèi)容,巖石、巖體的地質(zhì)特征 巖石的物理、水理和熱力學(xué)性質(zhì) 巖石的基本力學(xué)性質(zhì)：變形和強(qiáng)度 結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì) 巖體力學(xué)性質(zhì) 原巖應(yīng)力及測量 工程巖體穩(wěn)定性 巖石工程加固和改良技術(shù) 工程巖體模型試驗(yàn)和數(shù)值仿真 新技術(shù)、新方法和新理論的應(yīng)用,研究方法,工程地質(zhì)研究方法 科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法 數(shù)學(xué)力學(xué)分析方法 整體綜合分析方法,科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法,數(shù)學(xué)

8、力學(xué)分析方法,分析試驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)出一般規(guī)律；或?qū)⑵渌腆w力學(xué)原理應(yīng)用于巖石或巖體，形成巖石力學(xué)的特定原理，用于指導(dǎo)巖石工程的設(shè)計(jì)和施工管理 。 電子計(jì)算機(jī)和數(shù)值計(jì)算方法使巖石力學(xué)的另一個(gè)重要研究手段； 有關(guān)工程地質(zhì)和地質(zhì)力學(xué)方面的專業(yè)知識(shí)必不可少。,研究方法：實(shí)驗(yàn)、理論分析與工程應(yīng)用相結(jié)合,實(shí)驗(yàn),室內(nèi) 野外,巖塊（拉、壓、剪） 模擬,位移 應(yīng)力 壓力,收斂（表面位移） 應(yīng)變 絕對位移、相對位移（內(nèi)部）,理論,連介 非連介 數(shù)值方法,有限元 離散元 DDA,巖石力學(xué)研究的主要任務(wù),熟悉地質(zhì)因素，對工程地質(zhì)所得的定性研究成果的分析應(yīng)用； 巖石和巖體的物理、力學(xué)性質(zhì)的研究； 為研究巖體穩(wěn)定性所需要的

9、各種測試方法的研究，包括巖石的物理、力學(xué)性性能測試，現(xiàn)場巖體的大型力學(xué)試驗(yàn)，巖體中應(yīng)力和應(yīng)變的量測技術(shù)， 模型模擬試驗(yàn)以及巖體穩(wěn)定性的長期觀測等各方面；,巖石力學(xué)研究的主要任務(wù),在不同的力作用下，巖體中應(yīng)力與應(yīng)變的分布規(guī)律以及巖體與工程建筑物相互作用的研究； 影響巖體穩(wěn)定性的各種因素和作用力，定量評價(jià)巖體穩(wěn)定性的理論以及現(xiàn)代化計(jì)算方法的研究； 關(guān)于加固巖體的工程措施與處理技術(shù)的研究。,主要內(nèi)容,巖石與巖體的基本概念 巖石力學(xué)的基本內(nèi)容與研究方法 巖石力學(xué)研究的主要問題及工程應(yīng)用 巖石力學(xué)與工程發(fā)展前景展望,壩基及壩尖穩(wěn)定性、防滲加固理論和技術(shù)； 有壓和無壓引水隧道設(shè)計(jì)、施工及加固理論技術(shù)； 大

10、跨度高邊墻地下廠房的圍巖穩(wěn)定及加固技術(shù)； 高速水流沖刷的巖石力學(xué)問題； 水庫誘發(fā)地震的預(yù)報(bào)問題； 庫岸邊坡穩(wěn)定及加固方法；,水利水電工程,露天采礦邊坡設(shè)計(jì)及穩(wěn)定加固技術(shù)； 地下采礦中巷道和采場圍巖穩(wěn)定性問題，特別是軟巖巷道和深部開采地壓控制問題； 采場穩(wěn)定性及開采優(yōu)化設(shè)計(jì)問題； 礦井突水預(yù)測、預(yù)報(bào)及預(yù)處理理論和技術(shù)； 巖爆、煤與瓦斯突出預(yù)測及預(yù)加固理論和技術(shù)； 采空區(qū)處理和地面沉降問題； 巖石破碎問題；,采礦工程：,線路邊坡穩(wěn)定性分析； 隧道設(shè)計(jì)和施工技術(shù)； 隧道施工中的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)及處理； 高地應(yīng)力區(qū)的巖爆理論及處理； 隧道入口施工技術(shù)及洞臉邊坡角的確定和加固措施； 地鐵施工技術(shù)；,鐵路和公

11、路建設(shè)問題：,高層建筑地基處理與加固技術(shù)； 大型地下峒室、地下建筑空間設(shè)計(jì)、施工與加固理論技術(shù)； 地面建筑物沉降、傾斜控制和糾偏技術(shù)； 山城或山坡及鄰坡建筑物基礎(chǔ)滑坡監(jiān)測預(yù)報(bào)與防治技術(shù)；,土木建筑工程：,巖石應(yīng)力與巖石滲透性； 巖石力學(xué)與地球物理勘探綜合研究； 鉆探技術(shù)與井壁穩(wěn)定性； 巖石力學(xué)與采油技術(shù)（水壓致裂、水平鉆孔）； 油層壓縮及地表沉陷； 石油、天然氣運(yùn)輸、儲(chǔ)存工程及環(huán)境影響； 海洋石油開發(fā)工程。,石油工程：,核電站建設(shè)中核廢料處理技術(shù)； 地?zé)豳Y源開發(fā)利用技術(shù)問題； 地震預(yù)報(bào)中的巖石力學(xué)問題。,其它工程：,主要內(nèi)容,巖石與巖體的基本概念 巖石力學(xué)的基本內(nèi)容與研究方法 巖石力學(xué)研究的主

12、要問題及工程應(yīng)用 巖石力學(xué)與工程發(fā)展前景展望,巖石力學(xué)的發(fā)展簡史,自有人類以來，人們的各項(xiàng)生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)就與巖石密不可分。 巖石力學(xué)是一門新興學(xué)科。巖石力學(xué)成為一門技術(shù)科學(xué)，只有四十幾年的歷史，它比土力學(xué)的發(fā)展要遲三十年。 到目前為止，巖石力學(xué)尚未形成一套獨(dú)立的、完整的理論。因此仍處于不斷完善、不斷發(fā)展的過程之中。,1950年，前蘇聯(lián)巖石力學(xué)專家（魯別其別特）. 出版“巖石力學(xué)導(dǎo)論”是這一領(lǐng)域最早專著。,1951年，在奧地利Salzburg，J.Stini和L.Muller等人聯(lián)合有關(guān)學(xué)科的學(xué)者和工程師舉行了第一次巖石力學(xué)國際討論會(huì) 。,1956年4月，在美國的科羅拉多礦業(yè)學(xué)院舉行了第一次全美巖

13、石力學(xué)會(huì)議，之后每年舉行一次 。伊利諾斯大學(xué)D.Deere和加州大學(xué)伯克萊分校R.E.Goodman是代表性人物,1957年在巴黎出版的塔洛布爾（J.Talobre）的專著“巖石力學(xué)”是這方面最早的一本較系統(tǒng)的著作。,1959年法國Malpassat壩失事以及1963年意大利Vajont水庫巖坡的大規(guī)?；拢鹆耸澜绺鲊鴰r石力學(xué)研究者的關(guān)注，進(jìn)一步促進(jìn)了巖石力學(xué)研究的發(fā)展，,1963年，在奧地利薩爾茨堡成立了“國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)” (International Society for Rock Mechanics，簡稱ISRM) ,第一屆國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)主席M.Rocha。,1966年在里斯本召開了第一屆國際巖石力學(xué)會(huì)議，從此每四年召開一次，迄今已開了九次。,英國、南斯拉夫、瑞典、挪威、葡萄牙、意大利、加拿大、南非、日本、印度自50年代到70年代相繼成立巖石力學(xué)專門研究機(jī)構(gòu),1974年我國首次組團(tuán)參加在瑞士Montreux召開的第4次國際巖石力學(xué)大會(huì)；1981年成立中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)籌備組； 1985年中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)正式成立。 第一任理事長陳宗基院士 第二任理事長潘家錚院士 第三任理事長孫鈞院士 第