岩石材料特性与分析---杨庆.ppt

高等工程材料与结构分析课程安排 岩石材料特性与分析 1. 岩石力学的研究内容与方法 2. 岩石材料的特性 3. 地应力 4. 工程岩体分类 5. 地下工程围岩稳定性 6. 边坡工程 7. 数值分析方法简介 1. 岩石力学的研究内容与方法 1.1 岩石和岩体 1.2 岩石力学的研究对象 1.3 岩石力学的研究方法 1.4 岩石力学与其他学科的关系 1.1 岩石和岩体 岩石是在一定的生成条件下，具有一定的矿物成分和一定的结构、构造特征的地壳的组成材料或物质。是各种裂隙切割而成的岩块，又称结构体。 岩体是个地质体，它包括岩石和各种地质构造 形迹，如节理、裂隙、褶皱等结构面。岩体就是岩 石和这些结构面的统一体。 岩石和岩体是既有区别又互相联系的两个概念。岩石是岩体的组成物质，岩体是岩石和结构面的统一体。  1、岩体是非均质各向异性的材料。 2、岩体内存在着原始应力场。 主要包括重力和地质构造力，重力场是以铅垂应力为主，构造应力场通常是以水平应力为主。 3、岩体内存在着一个裂隙系统。 岩体既是断裂的又是连续的，岩体是断裂与连续的统一体，可称之为裂隙介质或准连续介质。 可见，岩体既不是理想的弹性体，也不是典型的塑性体，既不是连续介质，又不是松散介质，而是一种特殊的复杂的地质体，这就造成了研究它的困难性和复杂性。因此，只用一般的固体力学理论尚不能完善解决岩体工程中的所有问题。 1.2 岩石力学的研究对象 岩石力学研究的主要对象是岩体，研究岩体在力场作用下，所发生的变形、破坏和移动的规律 。岩体力学研究的内容可分为三大部分：岩石、岩体、岩体工程。 岩体工程包括岩基和岩体中各种半地下或地下坑洞，主要有岩石边坡、地下坑洞和岩基三大类。 1.2 岩石力学的研究对象 （1）岩体物理状态(如裂隙、风化性、透水性等)的研究； （2）建立适应岩石特点的强度理论； （3）测定岩体的基本力学参数（弹性模量、泊松比、强度 等）； （4）岩体变形、破坏和移动规律的研究； （5）关于岩体稳定性的研究，特别是结构面对岩体稳定性 的影响； （6）岩体中应力状态的研究； 1.2 岩石力学的研究对象 （7）围岩与支架相互作用的问题； （8）高应力状态下岩石特性的研究； （9）岩体的动力特性； （10）模拟试验理论(相似理论)的研究； （11）弹性波在岩体中传播的规律； （12）岩体的分类等等。 岩体力学的研究方法包括三方面：室内试验、现场量测、理论分析与计算。 1、室内试验包括： （1）岩石的物理、水理性质、热学性质和力学性质的测定； （2）不连续面的力学性质测定； （3）模型试验，即光弹模型试验和相似材料模型试验。 2、现场量测包括： （1）岩体变形和强度参数测定； （2）岩体应力测定； （3）围岩对支护压力测定； （4）围岩应力、变形、移动和岩体破坏的监测和预 报，包括支护结构的监测。 3、理论分析与计算包括： （1）建立岩石、岩体的破坏机理和破坏准则； （2）岩石、岩体的变形特性研究，以及岩体强度和变形参数的估算； （3）岩体工程稳定性分析与计算； （4）岩体变形破坏的控制。 1、岩石力学与材料力学、弹塑性力学和流变力学等有着 纵向联系。人们运用这些理论使岩体力学得到发展。 2、岩体工程的围岩赋存在一定的地质环境之中。因此， 岩石力学与工程地质学、构造地质学和地质力学有着 十分密切的联系。 3、岩石力学是为解决岩体工程中的力学问题服务的，这 些工程学科包括：采矿和其它地下空间工程、交通工 程、水电工程和基础工程等。因此，岩石力学是各种 岩体工程学科的专业理论基础。 重要事件 1925年泰沙基（Terzaghi）《建筑土力学》 地质力学的岩石力学学派（奥地利学派（萨尔茨堡学派）缪勒L.Miiller）否认小岩块试件的力学试验。 工程岩石力学学派，法国塔洛布尔（J.Talober） 1963年意大利瓦依昂水库岩坡滑动 1966年在里斯召开第一届国际岩石力学大会（一届/4年 ） 2. 岩石材料的特性 2.1 岩石的变形特性 2.2 岩石的强度特性 2.3 岩石的流变特性 孔隙水压力对岩石三向压缩强度的影响 孔隙水压力使有效应力（围压）减小 强度降低 2.3 岩石的流变性（时效性、粘性） 1、弹性模型 2、理想塑性