巖體力學(xué)01-緒論

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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本

2、樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,巖體力學(xué),Rock Mechanics,教材,沈明榮等，巖體力學(xué)，同濟(jì)大學(xué)出版社，,2006,參考書,蔡美峰等，巖石力學(xué)與工程，科學(xué)出版社，,2002,徐志英，巖石力學(xué)（第三版），中國水

3、利水電出版社，,2005,李世平等，巖石力學(xué)簡明教程，中國礦業(yè)學(xué)院出版社，,1986,教材與參考書,2001,年,5,月,1,日,20,點(diǎn),30,分，重慶武隆縣發(fā)生了一起基巖滑坡，造成,79,人死亡，摧毀,9,層樓房一幢。,2000,年,4,月,6,日武漢烽火村喬木灣發(fā)生地面塌陷，,4,小時內(nèi)發(fā)生大小陷坑,19,處，,2,棟樓房塌進(jìn)陷坑，,16,棟樓房不同程度開裂、破損，為,1977,年來武漢市內(nèi)發(fā)生的,6,起塌陷中規(guī)模最大的一次。,1980,年,6,月,3,日,5,點(diǎn),35,分，湖北遠(yuǎn)安鹽池河磷礦發(fā)生巖崩，摧毀整個鹽池河礦務(wù)局，死亡,284,人。,1985,年,6,月,12,日,3,點(diǎn),52

4、,分，由于后部巖崩加載，導(dǎo)致新灘滑坡復(fù)活。所幸的是由于預(yù)報準(zhǔn)確，新灘鎮(zhèn)全鎮(zhèn),1371,人全部安全轉(zhuǎn)移。,在兵書寶劍峽出口，新灘的對面是,鏈子崖危巖體,，近于直立的陡崖為與長江近乎平行的十幾條裂縫所切割，導(dǎo)致巖體“搖搖欲墜”，對長江航道構(gòu)成嚴(yán)重威脅。,國,防,軍,事,交,通,工,程,地,質(zhì),開,采,采,礦,工,程,水,利,工,程,土,木,工,程,各巖石,(,體,),工程中的問題常用巖體力學(xué)加以解決。,。,。,。,三峽工程,如果有科學(xué)的利用和開發(fā)，地球可以成為我們生活的美麗家園；如果不善加保護(hù)和利用，地球也可以成為埋葬人類的墳?zāi)埂?地球表層為巖體、土體所覆蓋，人類生活所依托的幾乎為地殼表層的巖土體

5、。要想科學(xué)的利用、開發(fā)、保護(hù)地球，必須首先掌握巖土體的性質(zhì)，尤其是它們的力學(xué)性質(zhì)，因此就有了,巖體力學(xué),和,土力學(xué),第一章 緒論,一、巖石與巖體,1.,巖石,（,Rock,）,是,經(jīng)過地質(zhì)作用而天然形成的,(,一種或多種,),礦物集合體。,巖石通常按照其成因可分為三類：巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。不同成因類型巖石具有不同的物理力學(xué)性質(zhì)。,2.,結(jié)構(gòu)面,（,Structural Plane,）,是指,地質(zhì)歷史發(fā)展過程中，在巖體內(nèi)形成的具有一定延伸方向和長度，厚度相對較小的地質(zhì)界面或帶,。,3.,巖塊,（,Rock block,或,Rock,）,指,不含顯著結(jié)構(gòu)面的巖石塊體，是構(gòu)成巖體的最小巖石單元體

6、,。,4.,巖體,（,Rock Mass,）,是在一定工程影響范圍內(nèi)的自然地質(zhì)體，在地質(zhì)歷史過程中形成，由巖塊和結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)組成，具有一定的結(jié)構(gòu)并賦存于一定的天然應(yīng)力狀態(tài)和地下水等地質(zhì)環(huán)境中,。,5.,巖石與巖體的關(guān)系,巖石是,完整的塊體（又稱巖塊），其中可包含細(xì)微的結(jié)構(gòu)面和孔隙，是組成巖體的基本單元,；,巖體是,由巖塊組成的包含了宏觀結(jié)構(gòu)面的地質(zhì)體,。,巖體的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于巖塊；巖石,(,體,),工程穩(wěn)定性主要取決于巖體強(qiáng)度。,6.,巖體與工程的關(guān)系,二、巖體力學(xué)的定義與分支學(xué)科,1.,定義,巖體力學(xué),(Rock mass Mechanics),是一門介于地學(xué)與力學(xué)兩門學(xué)科之間的邊緣學(xué)科，,是研究

7、巖石和巖體在其周圍物理環(huán)境（力場、溫度場、地下水等）發(fā)生變化后作出響應(yīng)的一門力學(xué)分支學(xué)科。,是一門應(yīng)用型基礎(chǔ)學(xué)科。,又稱,巖石力學(xué),(Rock Mechanics),國際巖石力學(xué)學(xué)會（,ISRM,）,中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會（,CSRME,）,2.,分支學(xué)科,工程巖體力學(xué),為各類建筑工程及采礦工程等服務(wù)的巖體力學(xué)，重點(diǎn)是研究工程活動引起的巖體重分布應(yīng)力以及在這種應(yīng)力場作用下工程巖體,(,如邊坡巖體、地基巖體和地下洞室圍巖等,),的變形和穩(wěn)定性。,構(gòu)造巖體力學(xué),為構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、找礦及地震預(yù)報等服務(wù)的巖體力學(xué)，重點(diǎn)是探索地殼深部巖體的變形與斷裂機(jī)理，為此需研究高溫高壓下巖石的變形與破壞規(guī)律以及與時間效

8、應(yīng)有關(guān)的流變特征。,破碎巖石力學(xué),為掘進(jìn)、鉆井及爆破工程服務(wù)的巖體力學(xué)，主要是研究巖石的切割和破碎理論以及巖體動力學(xué)特性。,3.,學(xué)科屬性與特點(diǎn),（,1,）學(xué)科屬性,屬于固體力學(xué)的范疇,巖石力學(xué)又是固體力學(xué)與地學(xué)交叉滲透而形成的邊緣科學(xué),（,2,）巖體力學(xué)的特點(diǎn),巖石自然特征取決于其成因及后期地質(zhì)作用,巖體的力學(xué)性能取決于巖石的力學(xué)性質(zhì)和不連續(xù)面的數(shù)量和性質(zhì)。一般受控于不連續(xù)面；但有時又較多地取決于巖石本身的性質(zhì),巖體力學(xué)是解決巖石工程技術(shù)問題的理論基礎(chǔ),三、巖體力學(xué)的研究任務(wù)和內(nèi)容,1,、巖體的力學(xué)特性,（,1,）不連續(xù)性,結(jié)構(gòu)面切割,（,2,）各向異性,結(jié)構(gòu)面的方向性,（,3,）不均勻性,

9、結(jié)構(gòu)面的分布、結(jié)構(gòu)體的大小,（,4,）賦存地質(zhì)因子的特性,地下水、溫度、氣體、地應(yīng)力場、地質(zhì)遺跡（如褶皺等）等,2.,巖體力學(xué)的研究任務(wù),（,1,）基礎(chǔ)理論,力學(xué)模型與本構(gòu)規(guī)律；連續(xù)介質(zhì)與不連續(xù)介質(zhì)力學(xué)原理；變形、破壞等機(jī)理及力學(xué)原理；力學(xué)計算,（,2,）試驗(yàn)研究,室內(nèi)、現(xiàn)場試驗(yàn)的力學(xué)原理、內(nèi)容與方法；模擬試驗(yàn)；荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)；力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的統(tǒng)計分析；試驗(yàn)設(shè)備與技術(shù),（,3,）實(shí)際應(yīng)用,分析、解決巖體工程實(shí)際問題,（,4,）監(jiān)測預(yù)測,量測應(yīng)力、應(yīng)變、蠕變、斷裂、損傷、承載力、穩(wěn)定性等及隨時間的變化；預(yù)測力學(xué)數(shù)據(jù),3.,巖體力學(xué)的研究內(nèi)容,（,1,）巖體的地質(zhì)力學(xué)模型及其特征研究,巖石與巖

10、體的地質(zhì)特征及分類,結(jié)構(gòu)面的空間分布規(guī)律及其地質(zhì)概化模型,巖體在自重應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力、工程應(yīng)力作用下的力學(xué)響應(yīng)及其對巖體力學(xué)特性的影響,各類賦存地質(zhì)因子的相互耦合作用,（,2,）巖石與巖體的物理力學(xué)性質(zhì)研究,物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì),通過室內(nèi)、現(xiàn)場試驗(yàn)研究巖石與結(jié)構(gòu)面的力學(xué)特性及其本構(gòu)關(guān)系,物理、力學(xué)性質(zhì)參數(shù)的試驗(yàn)測定,試驗(yàn)方法與試驗(yàn)技術(shù),荷載作用下巖石與巖體力學(xué)特性的變化規(guī)律,（,3,）各類工程中的應(yīng)用,地下硐室圍巖的穩(wěn)定性,巖石地基的穩(wěn)定性,巖石邊坡的穩(wěn)定性,監(jiān)測與預(yù)測預(yù)報,巖體力學(xué)的新理論、新方法,四、巖體力學(xué)的研究方法,工程地質(zhì)研究法,研究巖塊和巖體的地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征，為巖體力學(xué)的進(jìn)一步研究提供

11、地質(zhì)模型和地質(zhì)資料,試驗(yàn)法,為巖體變形和穩(wěn)定性分析計算提供必要的物理力學(xué)參數(shù)；模擬與驗(yàn)證巖體工程,數(shù)學(xué)力學(xué)分析法,通過建立巖體力學(xué)模型和利用適當(dāng)?shù)姆治龇椒?，預(yù)測巖體在各種力場作用下的變形與穩(wěn)定性，為設(shè)計和施工提供定量依據(jù),綜合分析法,采用多種方法考慮各種因素,(,包括工程的、地質(zhì)的及施工的等,),進(jìn)行綜合分析和綜合評價，得出符合實(shí)際情況的正確結(jié)論,地質(zhì)調(diào)查,工程地質(zhì)分區(qū),巖體結(jié)構(gòu)的劃分,巖石巖體力學(xué)性質(zhì)室內(nèi)、現(xiàn)場試驗(yàn),巖體賦存條件分析,初始應(yīng)力場,結(jié)構(gòu)面幾何特征,介質(zhì)的模型化,物理,數(shù)學(xué),計算,經(jīng)典解析法,數(shù)值計算法,分類、確定巖體的質(zhì)量、等級,模擬試驗(yàn),物理模擬,相似模擬,經(jīng)驗(yàn)判據(jù),正演、反

12、演,巖體工程設(shè)計,加固措施,施工,長期監(jiān)測,巖體力學(xué)研究步驟：,邊坡巖體力學(xué)研究框圖,邊坡巖體地質(zhì)特征（,地層、巖性、結(jié)構(gòu)面特征及分布、地下水等,）,巖塊、結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)（室內(nèi)試驗(yàn)：求變形、強(qiáng)度參數(shù)）,應(yīng)力條件（建筑物作用力、天然應(yīng)力、水壓力、地震力等）,地質(zhì)模型建立,（平、剖面圖）,巖體力學(xué)性質(zhì)，力學(xué)參數(shù)（現(xiàn)場試驗(yàn)、模擬試驗(yàn)）,開挖后的重分布應(yīng)力、大小,力學(xué)模型建立（介質(zhì)模型、應(yīng)力、巖體力學(xué)參數(shù)、變形破壞機(jī)理,.,）,穩(wěn)定性分析計算（剛體極限平衡理論、有限元,.,）,綜合評價,工程設(shè)計要求,工程設(shè)計,處理方案或修改,角,施工,安全系數(shù),穩(wěn)定、合理,不穩(wěn)定、不合理,工程地質(zhì)研究方法,試驗(yàn)法,數(shù)

13、學(xué)、力學(xué)分析法,綜合評價法,五、巖體力學(xué)與其它學(xué)科的關(guān)系,1.,與地質(zhì)學(xué)的關(guān)系,巖體力學(xué)與地質(zhì)尤其與工程地質(zhì)關(guān)系密切。與工程有關(guān)的巖石或巖體處于一定的地質(zhì)環(huán)境中，巖石或巖體的力學(xué)性狀受地質(zhì)環(huán)境的制約和影響，巖石或巖體的力學(xué)特性的宏觀判斷離不開工程地質(zhì)條件的認(rèn)識。,世界上很多巖體工程的失事，大都是由于對工程地質(zhì)條件、巖體條件的判斷失誤所造成的，如意大利瓦依昂水庫的滑坡。,從事工程地質(zhì)工作也需要有巖石力學(xué)的基本理論和知識來指導(dǎo)，使工程地質(zhì)更好地為工程建設(shè)服務(wù)。,2.,與其它學(xué)科的關(guān)系,巖石力學(xué)與數(shù)學(xué)、物理、理論力學(xué)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、流變理論等關(guān)系很密切，需要用到這些方面的理論和知識。

14、,六、巖體力學(xué)的形成與發(fā)展,1.,形成歷史,1951,年，在奧地利創(chuàng)建了地質(zhì)力學(xué)研究組，并形成了獨(dú)具一格的奧地利學(xué)派。,同年，國際大壩會議設(shè)立了巖石力學(xué)分會。,1956,年，美國召開了第一次巖石力學(xué)討論會。,1957,年，第一本,巖石力學(xué),專著出版。,1959,年，法國馬爾帕塞壩潰決，引起巖體力學(xué)工作者的關(guān)注和研究。,巖石力學(xué)演變?yōu)閹r體力學(xué),1962,年，成立國際巖石力學(xué)學(xué)會,(ISRM),。,1966,年，第一屆國際巖石力學(xué)大會在葡萄牙的里斯本召開。,2.,發(fā)展動態(tài),巖體結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)面的仿真模擬、力學(xué)表述及其力學(xué)機(jī)理問題,裂隙化巖體的強(qiáng)度、破壞機(jī)理及破壞判據(jù)問題,巖體與工程結(jié)構(gòu)的相互作用與穩(wěn)定

15、性評價問題,軟巖的力學(xué)特性及其巖體力學(xué)問題,水,-,巖,-,應(yīng)力耦合作用及巖體工程穩(wěn)定性問題,高地應(yīng)力巖體力學(xué)問題,巖體結(jié)構(gòu)整體綜合仿真反饋系統(tǒng)與優(yōu)化技術(shù),巖體動力學(xué)、水力學(xué)與熱力學(xué)問題,巖體流變與長期強(qiáng)度問題,巖體工程計算機(jī)輔助設(shè)計與圖像自動生成處理。,3.,巖體力學(xué)主要學(xué)派介紹,（,1,）“奧地利學(xué)派”（,Salzburg,學(xué)派）簡介：,代表人物：,J.Stini,、,L.Mller,觀點(diǎn)：,巖石與巖體嚴(yán)格區(qū)分，巖體是不連續(xù)介質(zhì)，不能簡單地利用固體力學(xué)來研究，而必須考慮節(jié)理、裂隙、斷層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及地下水的作用；,巖體的變形不是巖石的變形，而是巖塊移動所致；,巖體的力學(xué)性質(zhì)應(yīng)通過現(xiàn)場試

16、驗(yàn)而不是小巖塊試驗(yàn)獲得；,工程地質(zhì)人員應(yīng)進(jìn)行定量的地質(zhì)描述，對巖體的結(jié)構(gòu)面如斷層、節(jié)理和裂隙等進(jìn)行觀測和考察，研究它們的作用及其對巖體力學(xué)性質(zhì)的影響，既要提供定性的概念，還應(yīng)提供用于實(shí)際計算的定量數(shù)據(jù)。,成果：,1951,年在奧地利的,Salzburg,發(fā)起和舉辦了以巖體力學(xué)為主題的國際研討會，為把工程地質(zhì)與力學(xué)相結(jié)合，建立巖石力學(xué)這個邊緣學(xué)科跨出了重要的一步,創(chuàng)辦了,地質(zhì)與土木工程,（,Geologie und Bauwesen,）雜志發(fā)表他們的研究成果，形成了,Salzburg,學(xué)派。,1962,年,地質(zhì)與土木工程,改名為,巖石力學(xué)與巖石工程,（,Rock Mechanics&Rock Engineering,）繼續(xù)出版,提出“新奧地利隧道掘進(jìn)法（新奧法）”隧道施工方法,（,2,）“工程地質(zhì)力學(xué)”簡介：,代表人物,：谷德振教授,觀點(diǎn),：認(rèn)為巖體與一般巖石的差別在于它是受結(jié)構(gòu)面縱橫切割的多裂隙體，巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)面控制著巖體變形、破壞機(jī)制及力學(xué)法則。因此必須重視結(jié)構(gòu)面力學(xué)效應(yīng)的研究。,方法,：在研究結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性時，必須以地質(zhì)成因?yàn)榛A(chǔ)對結(jié)構(gòu)面自然特性做細(xì)致的研究，掌握結(jié)構(gòu)面的地質(zhì)特點(diǎn)來