专业前沿技术讲座

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1、岩体力学在矿业工程中的应用这是紧接上学期专业前沿技术讲座后的乂一次授课，***教授为我们讲解了岩体力学在矿业工程屮的应用。首先，从岩体的概念讲起，岩体通常是与指人类生活相关的地壳部分。地壳岩石组成：玄武岩基底之上的花岗岩类岩浆岩、沉积岩和变质岩。岩体复杂的结构和状态是由于内营力、外营力共同作用下的结果。受地壳赋存应力及多次地质构造运动影响，地壳内应力变化复杂，破坏岩体的完整性和连续性，产生许多裂隙、节理和断层。对沉积岩与沉积岩变质的变质岩，还有层理和层面。岩体是由许多这样的结构面和被其切割的最小岩块（岩石）组成的岩体结构。最小岩块也是具有一定结构的集合体，岩石

2、单元。岩体力学的性质就是岩体结构的力学性质的综合反映。岩石力学是以地质学为基础，运用力学和物理学的原理，研究岩石在外力作用下的物理力学性状的理论和应用的一门科学。在于充分认识岩石的固有特性，从而更好（经济和安全）地利用它、改造它，为人类的工程实践服务，同时籍以解释和解决国民经济建设中岩石工程提出的实际问题。美国地质协会岩石力学委员会认为：岩石力学是关于岩石的力学性态理论和应用的科学；它与岩石性态对物理环境的力场反应有关的力学分支。岩石力学作为一门独立的学科已经有50多年的历史了。在1951年6月成立的地质力学研究组，明确主张，研究岩石力学与工程问题耍用地质力学

3、的观点。主要观点有：岩石是由各种造岩矿物的晶体或非晶休颗粒组成的集合体；岩体是固相和液相的多相介质，是具有不连续性和齐向异性的节理岩体。岩体力学的性质受节理控制；天然岩体中赋存地应力，由于多次地质作用和超载的结果，现有的岩体强度是残余强度，岩体的强度远低于岩块的强度并取决于节理的空间方位，而变形则大于岩块。确定岩体的承载能力，应了解岩体的受力方向、应力条件及岩休的内部结构。同时要考虑水对岩体强度和变形影响的重要性；岩石力学是运用地质力学的方法研究节理岩体在工程建设中的力学性状。岩体的技术性质取决于其内部的分离系统；岩石力学来源与工程实践。理论必须得到实践的检验

4、；解决工程问题必须从工程结构与地质岩体共同构成的一个物理体系的整体性观点出发，深入现场，加强合作。上世纪70年代，计算机技术和伺服刚性试验机的问世，给岩石力学的发展增添了新的活力。具体反映在反应岩石破坏过程的真实应力应变曲线;岩石破坏后具有一定的残余强度；加载速率影响岩石破坏性状；各种数值分析方法一一有限元、离散元、边界元等方法的出现等。上世纪80年代以来，岩石力学进入了快速发展及应用的阶段一一岩石力学进入了成熟发展期。大量岩土工程、水电工程、城市建设等工程的发展，对岩石力学的发展提出了新的要求，极大的促进了岩石力学的发展。如：葛洲坝、三峡等大型水利、水电站等

5、的建设要求，促进了我国开展大型岩休原位直剪试验及大型岩体力学分析方法的发展；青藏铁路等兴建，促使对高寒地区岩右力学的重视和研究；深部开采的要求，对深部岩体的高压问题（岩爆）、高温问题的研究和探讨等。在岩土工程的发展过程中，经历了连续介质理论和非连续介质力学两个阶段。非连续介质力学理论强调：节理、裂隙、断裂面等的力学作用，提出不连续、不均匀、各向异性是岩体的重要特征，注意到尺寸效应等现彖。当前工程界及学术界在以卜几个方面开展了大量的工作：1、研究不连续介质力学的分析理论和方法；2、研究结构力学的方法和理论在岩体力学研究屮的应用；3、研究运用岩体变形观测、反分析与

6、岩体改造措施相结合的适用岩休力学问题；4、研究岩体力学宏观特性及复杂影响因素的分析理论和方法等。波兰学者李特维尼屮于1954年首先建立了岩石介质力学。我国学者刘宝琛院士多年从事“三下”开采的理论和实践，把随机介质理论和方法发展应用于岩土工程，取得了令人瞩口的成就。随机介质理论假设：岩体大范围水平成层，水平方向各向同性；覆岩在移动过程中体积不变；地表移动呈现止态函数分布；岩体下沉由口重应力占主导。该理论在近地表水平岩层开采中，能较好的预计在自重应力作用下的水平（或倾斜）开采时地表的变形规律。地应力状态、岩体结构血产状等有关釆矿基础信息的获取是进行金厲矿山采矿设让

7、优化的前提条件，应力、位移等多手段现场监测则是实现金属矿山采矿设计优化的保证。岩石力学有关测试技术及其计算、分析方法内容十分丰富。作为光测弹性力学的一种应力分析手段的光弹性应力计（简称光应力计）是监测矿岩体应力变化的一种简便实用的方法，它是一种测量应力的刚性包体应力计，该方法由M.M.Frocht提出，后经平松良雄、Bsrron>Roberts及Dh让等人的努力，使其在理论和实践上得到进一步发展。实际应用屮，光弹应力计可作为围岩应力的一种转换器，能显示出明显的应力条纹（等差线图），用光弹仪进行观测。与其他应力电测方法相比，光应力具有价格便宜、观测方便等优点，且

8、不受井下恶劣环境条件影响，能够进行长期