巖體力學01-緒論

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1、,單擊此處編輯母版標題樣式,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,Rock Mechanics,教材,沈明榮等，巖體力學，同濟大學出版社，,2006,參考書,蔡美峰等，巖石力學與工程，科學出版社，,2002,徐志英，巖石力學（第三版），中國水

3、利水電出版社，,2005,李世平等，巖石力學簡明教程，中國礦業(yè)學院出版社，,1986,教材與參考書,2001,年,5,月,1,日,20,點,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,35,分，湖北遠安鹽池河磷礦發(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,52

4、,分，由于后部巖崩加載，導致新灘滑坡復活。所幸的是由于預報準確，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，導致巖體“搖搖欲墜”，對長江航道構(gòu)成嚴重威脅。,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加以解決。,。,。,。,三峽工程,如果有科學的利用和開發(fā)，地球可以成為我們生活的美麗家園；如果不善加保護和利用，地球也可以成為埋葬人類的墳墓。,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、。要想科學的利用、開發(fā)、保護地球，必須首先掌握巖土體的性質(zhì)，尤其是它們的力學性質(zhì)，因此就有了,巖體力學,和,土力學,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,。,巖體的強度遠低于巖塊；巖石,(,體,),工程穩(wěn)定性主要取決于巖體強度。,6.,巖體與工程的關(guān)系,二、巖體力學的定義與分支學科,1.,定義,巖體力學,(Rock mass Mechanics),是一門介于地學與力學兩門學科之間的邊緣學科，,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)生變化后作出響應的一門力學分支學科。,是一門應用型基礎(chǔ)學科。,又稱,巖石力學,(Rock Mechanics),國際巖石力學學會（,ISRM,）,中國巖石力學與工程學會（,CSRME,）,2.,分支學科,工程巖體力學,為各類建筑工程及采礦工程等服務(wù)的巖體力學，重點是研究工程活動引起的巖體重分布應力以及在這種應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,為構(gòu)造地質(zhì)學、找礦及地震預報等服務(wù)的巖體力學，重點是探索地殼深部巖體的變形與斷裂機理，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、應有關(guān)的流變特征。,破碎巖石力學,為掘進、鉆井及爆破工程服務(wù)的巖體力學，主要是研究巖石的切割和破碎理論以及巖體動力學特性。,3.,學科屬性與特點,（,1,）學科屬性,屬于固體力學的范疇,巖石力學又是固體力學與地學交叉滲透而形成的邊緣科學,（,2,）巖體力學的特點,巖石自然特征取決于其成因及后期地質(zhì)作用,巖體的力學性能取決于巖石的力學性質(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),巖體力學是解決巖石工程技術(shù)問題的理論基礎(chǔ),三、巖體力學的研究任務(wù)和內(nèi)容,1,、巖體的力學特性,（,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、地應力場、地質(zhì)遺跡（如褶皺等）等,2.,巖體力學的研究任務(wù),（,1,）基礎(chǔ)理論,力學模型與本構(gòu)規(guī)律；連續(xù)介質(zhì)與不連續(xù)介質(zhì)力學原理；變形、破壞等機理及力學原理；力學計算,（,2,）試驗研究,室內(nèi)、現(xiàn)場試驗的力學原理、內(nèi)容與方法；模擬試驗；荷載作用下的力學響應；力學性質(zhì)指標的統(tǒng)計分析；試驗設(shè)備與技術(shù),（,3,）實際應用,分析、解決巖體工程實際問題,（,4,）監(jiān)測預測,量測應力、應變、蠕變、斷裂、損傷、承載力、穩(wěn)定性等及隨時間的變化；預測力學數(shù)據(jù),3.,巖體力學的研究內(nèi)容,（,1,）巖體的地質(zhì)力學模型及其特征研究,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,巖體在自重應力、構(gòu)造應力、工程應力作用下的力學響應及其對巖體力學特性的影響,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性質(zhì)研究,物理性質(zhì)、力學性質(zhì),通過室內(nèi)、現(xiàn)場試驗研究巖石與結(jié)構(gòu)面的力學特性及其本構(gòu)關(guān)系,物理、力學性質(zhì)參數(shù)的試驗測定,試驗方法與試驗技術(shù),荷載作用下巖石與巖體力學特性的變化規(guī)律,（,3,）各類工程中的應用,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)測與預測預報,巖體力學的新理論、新方法,四、巖體力學的研究方法,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，為巖體力學的進一步研究提供

11、地質(zhì)模型和地質(zhì)資料,試驗法,為巖體變形和穩(wěn)定性分析計算提供必要的物理力學參數(shù)；模擬與驗證巖體工程,數(shù)學力學分析法,通過建立巖體力學模型和利用適當?shù)姆治龇椒?，預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,),進行綜合分析和綜合評價，得出符合實際情況的正確結(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,巖石巖體力學性質(zhì)室內(nèi)、現(xiàn)場試驗,巖體賦存條件分析,初始應力場,結(jié)構(gòu)面幾何特征,介質(zhì)的模型化,物理,數(shù)學,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,物理模擬,相似模擬,經(jīng)驗判據(jù),正演、反

12、演,巖體工程設(shè)計,加固措施,施工,長期監(jiān)測,巖體力學研究步驟：,邊坡巖體力學研究框圖,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)面力學性質(zhì)（室內(nèi)試驗：求變形、強度參數(shù)）,應力條件（建筑物作用力、天然應力、水壓力、地震力等）,地質(zhì)模型建立,（平、剖面圖）,巖體力學性質(zhì)，力學參數(shù)（現(xiàn)場試驗、模擬試驗）,開挖后的重分布應力、大小,力學模型建立（介質(zhì)模型、應力、巖體力學參數(shù)、變形破壞機理,.,）,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,試驗法,數(shù)

13、學、力學分析法,綜合評價法,五、巖體力學與其它學科的關(guān)系,1.,與地質(zhì)學的關(guān)系,巖體力學與地質(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，巖石或巖體的力學性狀受地質(zhì)環(huán)境的制約和影響，巖石或巖體的力學特性的宏觀判斷離不開工程地質(zhì)條件的認識。,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的基本理論和知識來指導，使工程地質(zhì)更好地為工程建設(shè)服務(wù)。,2.,與其它學科的關(guān)系,巖石力學與數(shù)學、物理、理論力學、材料力學、彈性力學、塑性力學、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)力學研究組，并形成了獨具一格的奧地利學派。,同年，國際大壩會議設(shè)立了巖石力學分會。,1956,年，美國召開了第一次巖石力學討論會。,1957,年，第一本,巖石力學,專著出版。,1959,年，法國馬爾帕塞壩潰決，引起巖體力學工作者的關(guān)注和研究。,巖石力學演變?yōu)閹r體力學,1962,年，成立國際巖石力學學會,(ISRM),。,1966,年，第一屆國際巖石力學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、力學表述及其力學機理問題,裂隙化巖體的強度、破壞機理及破壞判據(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,軟巖的力學特性及其巖體力學問題,水,-,巖,-,應力耦合作用及巖體工程穩(wěn)定性問題,高地應力巖體力學問題,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、水力學與熱力學問題,巖體流變與長期強度問題,巖體工程計算機輔助設(shè)計與圖像自動生成處理。,3.,巖體力學主要學派介紹,（,1,）“奧地利學派”（,Salzburg,學派）簡介：,代表人物：,J.Stini,、,L.Mller,觀點：,巖石與巖體嚴格區(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；,巖體的力學性質(zhì)應通過現(xiàn)場試

16、驗而不是小巖塊試驗獲得；,工程地質(zhì)人員應進行定量的地質(zhì)描述，對巖體的結(jié)構(gòu)面如斷層、節(jié)理和裂隙等進行觀測和考察，研究它們的作用及其對巖體力學性質(zhì)的影響，既要提供定性的概念，還應提供用于實際計算的定量數(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為主題的國際研討會，為把工程地質(zhì)與力學相結(jié)合，建立巖石力學這個邊緣學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,學派。,1962,年,地質(zhì)與土木工程,改名為,巖石力學與巖石工程,（,Rock Mechanics&Rock Engineering,）繼續(xù)出版,提出“新奧地利隧道掘進法（新奧法）”隧道施工方法,（,2,）“工程地質(zhì)力學”簡介：,代表人物,：谷德振教授,觀點,：認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、破壞機制及力學法則。因此必須重視結(jié)構(gòu)面力學效應的研究。,方法,：在研究結(jié)構(gòu)面力學特性時，必須以地質(zhì)成因為基礎(chǔ)對結(jié)構(gòu)面自然特性做細致的研究，掌握結(jié)構(gòu)面的地質(zhì)特點來