中矿岩石力学-第一章

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1、二、岩石力学学科的形成及定义1951年，J.Stini和L.Müller等在Salzburg发起和举行了以岩体力学为主题的第一次国际岩石力学讨论会，为把工程地质与力学相结合、为建立岩石力学这门边缘学科跨出了重要的一步，并创办了《GeologieundBauwesen》，1962年改名为《RockMechanics&RockEngineering》1956年4月，在美国的科罗拉多矿业学院举行的一次专业会议上，开始使用“岩石力学”这一名词，并由该学院汇编了“岩石力学论文集”。在论文集的序言中说：“它

2、是与过去作为一门学科而发展起来的土力学，有着相似的概念的一门学科，对这种有关岩石的力学方面的学科，现取名为岩石力学”。1957年在巴黎出版的塔洛布尔（J.Talobre）的专著“岩石力学”是这方面较早的一本较系统的著作。其后，开始形成了不同的岩石力学学派（如法国学派，偏重于从弹塑性理论方面来研究；奥地利学派，偏重于地质构造方面来研究）。37年，首部岩石力学专著(秦巴列维奇)《岩石力学》具体而言，研究岩石在荷载作用下的应力、变形和破坏规律以及工程稳定性等问题。上述定义是把“岩石”看成固体力学中的一

3、种材料，然而岩石材料不同于一般的人工制造的固体材料，它是一种典型的“连续介质”，具有复杂的地质构造和赋存条件的天然地质体。岩石力学的定义（RockMechanics)1964年5月美国地质学会岩石力学专业委员会所下的定义为：“岩石力学是研究岩石的力学性状（behavior）的一门理论和应用的科学，它是固体力学的一个分支，是探讨岩石对其周围物理环境中力场反应的学科。”三、岩石力学理论的发展简史初始阶段(19世纪末~20世纪初)岩石力学的萌芽时期A.Heim(1912)提出了静水压力的理论W.J.M

4、.Rankine（朗肯）和A.H.ДИННИΚ(金尼克)地层压力的修正理论，即经验理论阶段(20世纪初~20世纪30年代)该阶段根据生产经验提出了经典的地压理论，具有代表性的理论有：普罗托吉雅柯诺夫提出的自然平衡拱学说，即普氏理论．围岩开挖后自然塌落成抛物线拱形，作用在支架上的压力等于冒落拱内岩石的重量，仅是上覆岩石重量的一部分．太沙基(K．Terzahi)理论围岩塌落成矩形，而不是抛物线型．优点与缺点上述理论在一定历史时期和一定条件下还是发挥了一定作用的，但是围岩的塌落并不是形成围岩压力的惟一

5、来源，也不是所有的地下空间都存在塌落拱．围岩和支护之间并不完全是荷载和结构的关系问题，在很多情况下围岩和支护形成一个共同承载系统，而且维持岩石工程的稳定最根本的还是要发挥围岩的作用．经典理论阶段(20世纪30年代~20世纪60年代)岩石力学学科形成的重要阶段弹性、塑性力学被引入，提出一些经典的解析计算公式重视结构面对岩体力学性质的影响形成围岩与支护共同作用理论实验方法的完善一系列岩石力学文献和专著的出版岩体工程问题的解决形成了“连续介质理论”和“地质力学理论”两大学派连续介质理论特点：以固体力学

6、作为基础，从材料的基本力学性质出发来认识岩石工程的稳定问题。30年代，萨文(P.H.Савин)采用无限大板孔应力集中的弹性解分析围岩的应力分布；50年代，弹塑性理论应用于围岩稳定性研究；R.Fenner－J.Talobre公式和H.Kastner公式；应用流变理论对隧洞围岩的进行粘弹性分析；S.Serta公式不足：解析方法仅适合平面的圆形巷道，不能模拟开挖过程；由于岩体中节理、裂隙的存在，围岩力学性质参数和准确的本构关系难以确定。地质力学理论特点：，强调对岩体节理、裂隙的研究，重视岩体结构面对

7、岩石工程稳定性的影响和控制作用。20年代，由德国人H.Cloos创立51年，J.Stini和L.Müller创立了“奥地利学派”：在理论方面，指出工程围岩稳定性与原岩应力和开挖后岩体的力学强度变化密切相关，重视岩石工程施工过程中应力、位移和稳定性状态的监测，重视支护与围岩的共同作用，特别重视利用围岩自身的强度维持岩石工程的稳定性在施工方面，提出了“新奥法”，符合现代岩石力学理论不足：过分强调节理、裂隙的作用，过分依赖经验，而忽视理论的指导作用现代发展阶段(20世纪60年代－现在)特点：用更为复杂

8、多样的力学模型分析岩石力学问题；把物理学、力学、系统工程、现代数理科学、现代信息技术等最新成果引入了岩石力学；电子计算机的广泛应用为流变学、断裂力学、非连续介质力学、数值方法、灰色理论、人工智能、非线性理论等在岩石力学与工程中的应用提供了可能．从“材料”概念到“不连续介质概念”是现代岩石力学的第一步突破；进入计算力学阶段是第二步突破；有限元、边界元、离散元、位移非连续法（DDA)和流行法非线性理论、不确定性理论和系统科学理论进入实用阶段，则是岩石力学理论研究及工程应用的第三步意义更为重大的突破．