岩石力学与工程.ppt

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1、岩石力学与工程ROCKMECHANICSANDENGINEERING主讲人：李长洪0绪论0.1课程性质和任务性质：土木工程专业技术基础必修课程任务：学习岩石的基本力学性质、实验研究方法、岩体的质量评价方法及其分类理论、地应力及其测量理论和方法、岩石的流变理论和强度理论。在此基础上学习岩石地下工程和边坡工程中岩体稳定性的分析评价及加固处理理论和方法。先修课程：材料力学、理论力学、工程地质学等后续课程：隧道工程、地铁工程、道路边坡工程等适用专业：土木工程课程设置：课内总学时:36，实验学时:8，学分:4课程考核：平时作业、上课纪律：20分实验及实验报告：20分期终考试（闭卷）：60分0.

2、2课程教学基本要求1)．课程重点：岩石的基本力学性质及其实验研究方法、岩体的质量评价及其分类理论方法、地应力及其测量理论和方法、岩石的流变理论和强度理论、岩石地下工程、岩石边坡工程。2)．课程难点：岩石的流变理论和强度理论、节理面的力学性质，岩体工程分析评价理论和方法。3)．能力培养要求：岩石力学的实验技能，岩石力学的研究方法，地下工程和边坡工程中岩体稳定性的分析评价及加固处理理论和方法。0.3岩石力学发展历史概貌（1）初始阶段（19世纪末~20世纪初）：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。1912年瑞典地质学家海姆(A.Heim)提出了静水压力的理论。1926年苏联

3、学者金尼克(A.H.Динник)基于弹性力学理论提出了只有垂直压力等于H，而水平压力应为H乘一个侧压系数，即λH。由于当时地下岩石工程埋藏深度不大，因而曾一度认为这些理论是正确的。但随着开挖深度的增加，越来越多的人认识到上述理论是不准确的。（2）经验理论阶段(20世纪初~30年代)：经验散体地压理论该阶段出现了用材料力学和结构力学的方法分析地下工程的支护问题。最有代表性的理论就是苏联学者普罗托吉雅柯诺夫（Μ.Μ.Протодьяконов）提出的自然平衡拱学说，即普氏理论。太沙基（K.Terzahi）也提出相同的理论，只是他认为塌落拱的形状是矩形，而不是抛物线型。普氏理论是相

4、应于当时的支护型式和施工水平发展起来的。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。（3）经典理论阶段（20世纪30年代~60年代）这是岩石力学学科形成的重要阶段，弹性力学和塑性力学被引入岩石力学，形成围岩和支护共同作用的理论。标志岩石力学已经形成了一门独立的学科。在经典理论发展阶段，形成了“连续介质理论”和“地质力学理论”两大学派。连续介质理论是以固体力学作为基础，从材料的基本力学性质出发来认识岩石工程的稳定问题。20世纪30年代，萨文（Ρ.Η.САΒИН）就用无限大平板孔附近应力集中的弹性解析解来计算分析岩石工程的围岩应力分布问题。20世纪50年代，鲁滨湟特（Κ.Β.

5、Ρуппененит）运用连续介质理论写出了求解岩石力学领域问题的系统著作。20世纪60年代，引入有限元、有限差分等数值计算。强调地应力作用。连续介质理论存在的问题：1）边界加载－远处的位移大，而开挖体内边缘位移小。2）传统连续介质理论过分注重对岩石“材料”的研究，追求准而又准的“本构关系”。3）连续介质理论的计算方法只适用于圆形巷道。（3）经典理论阶段（20世纪30年代~60年代）－续地质力学理论注重研究地层结构与力学和岩石工程稳定性的关系。20世纪20年代由德国人克罗斯（H.Cloos）创立起来的。该理论观点：1）反对把岩体当作连续介质简单地利用固体力学的原理进行分析；2）强调要

6、重视对岩体节理、裂隙的研究，重视岩体结构面对岩石工程稳定性的影响和控制作用。1951年6月在奥地利成立了以斯梯尼（J.Stini）和米勒(L.Müller)为首的“地质力学研究组”，在萨尔茨堡举行了第一届地质力学讨论会，形成了“奥地利学派”。最重要贡献：1）必须了解地应力，2）开挖后岩体的力学强度变化，3）节理裂隙对岩石工程稳定性的影响，4）重视岩石工程施工过程中应力、位移和稳定性状态的监测，这是现代信息岩石力学的雏形，5）重视支护与围岩的共同作用，提出了著名的“新奥法”，该方法特别符合现代岩石力学理论，至今仍被国内外广泛应用。3）经典理论阶段（20世纪30年代~60年代）－续196

7、2年10月，在第13届地质力学讨论会上成立了国际岩石力学学会，米勒担任第一任主席。1966.9葡萄牙里斯本（1）；1970.9贝尔格莱德（2）；1974.9美国丹佛（3）；1979.9瑞士盟特诺（4）我国第一次参加；1983澳大利亚墨尔本（5）……2003.9南非约翰内斯堡（10）；2007.7葡萄牙Lisbon(11)；2011中国北京（12）地质力学理论的缺陷：1）是过分强调节理、裂隙的作用，过分依赖经验，而忽视理论的指导作用。2）该理论完全反对把岩体