岩体力学1.ppt

岩体力学 王李管 中南大学 资源与安全工程学院 摘要幻灯片 续论（3~14） ； 第一章：岩石的物理水理性（15~23） ； 第二章：第一节 岩石材料（24~31） ； 第二章：第二节 岩石的变形特征（32~49）。 1.1 推动力： 应岩体工程建设的需要而产生和发展。 (1)岩体工程规模的扩大 古代：道路、石桥、采矿； 近代和现代：采矿工程正规化；采深逐渐加大，目前已达3000米。 公路、铁路建筑：高速公路，双轨铁路隧道。水利水电事业的发展：坝高200～250米，将来300～500米。我国100米以上大坝20余座地下建筑：目前跨度30～40米，墙高50～60米今后跨度60～70米。 (2)事故教训： 59年：法国马尔帕塞大坝左肩沿弱面滑动溃坝； 63年：意大利瓦扬坝上游山体滑坡，击起250米高浪涌漫过坝顶，下游3000余人死亡； 67年：我国盘古山钨矿6个中段夹墙倒塌，破坏373个采埸，损失钨金属4000余吨，埋掉设备价值200万元，停产达三年。 1.2 来源 相关学科的发展：材力、弹力、断力、工程地质、地质力学； 经验上升为理论：主要是工程经验。 科学研究对岩体认识的深化。 1.3 现状 从以相关学科为基础发展成一个独立的分支。 1.4 发展阶段：三个阶段 材料力学阶段：对结构面的力学作用没有认识，用岩块的力学效应代替岩体的力学效应，用经典力学解决岩体工程的力学问题。 裂隙岩体力学阶段：认识到结构面、尤其是不连续面的重要性，米勒主编的岩体力学文集是这一时期的代表作。这是岩体力学的第一次突破，但还没有认识到岩体的结构效应。 岩体结构力学阶段：认识到了岩体结构的力学效应，并进而提出了“结构控制论” 的思想，这是岩体力学开始走向成熟的标志。今天，理论分析、数值计算、模拟试验、现埸测试等都无例外地考虑岩体结构的影响。 2.1 研究内容 可分为三大部分: 岩石力学； 岩体结构力学(不涉及岩体工程)； 岩体工程结构力学。 2.1.1 岩石力学 a．岩石的物理、水理性质. b．岩石的力学性质：变形特征、强度特征，它们与岩石的水理性质和岩石的结构构造和岩性有关。 c．岩石的强度理论和破坏准则。 2.1.2 岩体结构力学 a．岩体结构； b．岩体结构的力学效应； c．岩体结构调查及岩体分类； d．岩体结构单元的赤平极射投影和实体比例投影。 2.1.3 岩体工程结构力学 a．岩体初始应力； b．岩体边坡工程—边坡工程结构； c．铁路隧道和矿山巷道—坑道工程结构； d．竖井； e．地下采埸结构； f．模拟试验原理和现埸测试技术。 2.2 研究方法 室内试验：岩石物理力学性质测定、不连续面力学性质测定； 模拟试验：相似材料模拟，光弹模拟； 现埸量测：变形和强度参数测定、岩体应力测定、围岩变形移动观测、岩体破坏监测预报、喷锚支护测试； 理论分析与计算：破坏机理和强度理论、变形理论(本构关系)、岩层控制理论、工程稳定性分析与计算(包括数值模拟)。 关系 材料力学、弹塑性力学、流变力学—纵向联系 工程地质、构造地质、地质力学—横向联系 岩体工程学科—服务对象。 特点 工程位置选择性小—不可避免地要处理复杂地质条件下的力学问题； 工程布局服务于采矿，受矿体赋存条件限制，形状复杂，暴露面积和影响范围大—要处理大范围内岩体的稳定及岩层控制问题; 采区坑硐密集，岩体削弱严重，工程之间相互影响大—在空间上和时间上都必须考虑工程之间的相互兼顾； 爆破频繁，动荷载影响大—必须考虑爆破对岩体工程围岩的振动和破坏作用。 最后，岩体力学还很年青，现有的理论还有些不太成熟，还有大量的问题有待进一步探索。 位置 是采矿工程的基础理论课； 岩体力学研究是采矿设计的先导，并贯穿于始终； 是安全经、经济科学采矿的前提。 主要内容 物理性质：重量、孔隙性 水理性质：吸水性、软化性、抗冻性、 透水性。 岩石的重量 岩石是由固体、水、空气三相组成，具有比重、容重、等指标。 岩石的重量指标是选择建材料，计算岩体应力和分析岩体工程稳定性等所必须的计算指标: G—岩石的重量， — 岩石的固体部分（不包括孔隙）的体积， 岩石的容重 干容重： 湿容重： 式中 --烘干后重量. 取决于矿物成分、孔隙裂隙发育程度，致密孔隙裂隙少的岩石； 还与含水量有关。 空隙的概念 空隙：孔隙与裂隙的总称。 大开型：在大气压下水能进入； 小开型：在150个大气压下或在真空 中水才能进入。 闭型空隙：与外界不通。 孔隙率 空隙率：空隙