大连理工岩石力学课件——绪论.ppt

岩 石 力 学 Rock Mechanics 岩土工程研究所 张金利 jlzhang@dlut.edu.cn * 教材及参考书 《岩石力学》徐志英主编，水利电力出版社 《岩体力学》沈明荣主编，同济大学出版 《岩体力学》王文星主编，中南大学出版社 《岩石力学与工程》蔡美峰主编，科学出版社 岩 石 力 学 * 第1章 绪论 第2章 岩石的基本物理力学性质 第3章 结构面的力学性质 第4章 岩体的力学性质 第5章 岩体综合调查及岩体分类 第6章 岩体初始应力 第7章 岩石边坡 第8章 地下坑硐 岩 石 力 学 * 第一章 绪 论 一、岩石和岩体 二、岩石力学的研究对象 三、岩体的特征 四、岩石力学的产生及其发展 五、岩石力学需要解决的基础理论问题 六、岩石力学的研究方法 七、岩石力学与其他学科的关系 * 一、岩石与岩体 岩石是地壳基本物质，它是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体。岩石分为岩浆岩、变质岩、沉积岩。岩石一般由多种矿物组成。完整岩石被各种结构面切割而成的岩块，又称结构体。 岩体是指一定工程范围内的自然地质体，经历漫长的自然历史过程，经历各种地质作用，并在地应力长期作用下，保留了永久变形和各种构造痕迹，如不整合面、褶皱、断层、节理裂隙、层理等不连续面。 岩石和岩体的主要区别为： 岩体包含若干宏观不连续面。岩体强度远低于岩石强度。 * 岩石力学是研究岩石及岩体在不同受力状态下的变形、破坏规律 ，并在工程地质定性分析基础上定量分析岩体稳定性的一门学科。 岩体力学研究的内容，大致可归纳为以下三个方面： 1，基本原理： 岩石破坏、断裂、蠕变及岩石应力、应变理论等； 2，实验室试验和现场原位测试： 静力、动力方法，确定岩块、岩体的力学性状及岩体内 初始应力等； 3，工程应用：岩石地基的稳定和变形问题；岩石边坡稳定 性问题；地下洞室围岩稳定、变形、加固问 题；岩石破碎、岩石爆破等问题。 二、岩石力学的研究对象 * 1、岩体是非均质各向异性材料。 2、岩体内存在着初始应力场。 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。当岩体应力超过其强度时，就会使原有断裂进一步扩展，形成新的断裂。而旧断裂的扩展与新断裂的形成，又均会导致岩体内的应力重新分布。 岩体：非理想弹性体，非典型塑性体，非连续介质，非松散介质，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全解决岩体工程中的所有问题。 三、岩体的特征 * 岩石力学是伴随着采矿、土木、水利、交通等岩石工程的建设和数学力学等学科的进步而逐步发展形成的一门新兴学科和边缘学科，是一门应用性和实践性很强的应用基础学科。它广泛应用于采矿、土木、水利水电、铁路、公路、地质、地震、石油、地下工程、海洋工程等众多的与岩石工程相关的工程领域。一方面，岩体力学是上述工程领域的理论基础；另一方面，正是上述工程领域的实践促使了岩体力学的诞生和发展。 岩石力学按其发展进程可划分四个阶段： 四、岩石力学的产生及其发展 * (1)初始阶段(19世纪末～20世纪初) 岩石力学最早起源于采矿工程，在这个阶段，开采规模小，巷道接近地表，开采空间不大，岩石力学的问题主要是巷道顶板冒落和地下开采所引起的地表沉陷。 这是岩石力学的萌芽时期，产生了初步理论以解决岩体开挖的力学计算问题。例如，1912年海姆(A．Heim)提出了静水压力的理论。他认为地下岩石处于一种静水压力状态。 * (2)经验理论阶段(20世纪初～20世纪30年代) 该阶段为岩石力学发展的第二阶段。在这个阶段出现了根据生产经验提出的地压理论，并开始用材料力学和结构力学的方法分析地下工程的支护问题。松散介质学派（例如普氏理论）占主导地位，他们借助土力学理论解决岩石力学问题，提出巷道地压计算原理和采场地压假说。 在此阶段更加深入地研究了岩石的破坏机理。 * 基于弹塑性理论、流变理论研究岩体的应力～应变关系 该阶段是岩石力学学科形成