岩石力学教案

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1、岩石力学(rockmechenics)备课讲稿绪论一岩石力学的研究对象:岩体中由于地质构造，重力地热等作用而形成的内应力（地应力）由于岩石工程的开挖而以变形位移等方式重新分布，从而引起岩石工程发生变形，失稳及破坏，对这一过程进行研究，构成岩石力学的研究对象。二岩石力学的发展状况:（1）初始阶段（19世纪末-----20世纪初）三向应力相等，皆为γH。（2）经验理论阶段（20世纪初----20世纪30年代）自然平衡理论，并开始利用材料力学和结构力学方法分析支护结构。（3）经典理论阶段（20世纪30年代——20世纪60年代）弹力和塑性力学初步引入岩石力学

2、，认为围岩和支护共同形成稳定机制，并开始考虑机构面对岩体力学稳定的影响，形成两大学派：连续介质理论和地质力学理论。（4）现代发展阶段（20世纪60年代——现在）流变力学，断裂力学，模糊数学，计算机技术，人工智能等现代数学力学理论引入岩石力学。三岩石力学的基本研究内容和研究方法1研究内容：岩石和岩体；岩石物质组成和结构特征，岩石的物理、水理、热力学性质，岩石的基本力学性质；岩体的力学性质及现场测试技术；原岩应力的分布规律及测量技术；岩体机构面的力学性质；岩体的工程分类；岩体的稳定性的研究。2理论，实验及工程经验总结相结合的方法①工程地质研究方法②室内实

3、验和现场实验的方法③数学力学分析方法④综合系统分析方法四岩石力学研究的主要问题按工程分类①水利水电工程②采矿工程③交通工程（公路和铁路）④土木建筑工程⑤石油，海洋勘探，地震预报第一章岩石物理力学性质1.1岩石的主要物质成分及对岩石抗风化性能的影响（见P13表）1.2岩石的主要结构类型。结晶结构：主要发生在火成岩，变质岩及部分沉积岩中，强度较大，一般晶粒愈细，愈均匀，则强度愈高。胶结结构：主要发生于部分沉积岩中，像灰岩，粘土岩等。1.1岩石的容重（γ）一般而言，容重愈大，强度愈高，质量愈好。1.2岩石的孔隙率（n）1.3岩石的含水率(w)w=1.4岩石

4、的吸水率（）=1.5岩石的透水性：用透水系数定量衡量，见P29表。1.6岩石的强度（1）岩石单轴抗压强度，岩石单轴抗拉强度，岩石抗剪强度，岩石三轴抗压强度，点载荷强度指标。（2）影响岩石强度的因素：试件尺寸，形状，加载速度，湿度，宽高比；试件形状一般为圆形，D50mmL:D2.5~3,取样试件要完整，不含节理和裂隙。（3）单轴抗压强度及破坏形式P33=破坏形式:（4）单轴抗压强度试验装置（P34,图1-5）及试验注意事项：试件与加压板之间应保持润滑油以减少端面磨擦力（5）三轴抗压强度：1.真三轴抗压强度：对实验设备要求高，且6个面均有摩擦力，很少做。

5、2.伪三轴抗压强度：圆形，D25~150mmL:D=2~3,施压方式见P35~36莫尔强度曲线：内聚力c和内摩擦角Φ（将莫尔曲线近似看直线）（6）点载荷强度指标（Is）：用简单便携的设备施压试件破坏后，Is=p/y2y的含义见P39图（为施压压力头之间的距离）Is与的关系：=24Is(50)50为50mm的圆柱体径向点荷载试验。（7）单轴抗拉强度=Pt/A由于抗拉试验难度较大，常通过间接的劈裂试验（P42）获得：=2P/dt（8）抗剪强度(So)：常通过P44的4种非限制剪切强度和4种限制性剪切试验之一获得。单面剪切试验：So=/A双面剪切试验：So

6、=/2A冲击剪切试验：So=/2ra扭转剪切试验：So=16Mc/(9)残余强度：1.9岩石的变形性质①岩石变形的种类:弹性变形(包括线弹性和非线弹性),塑性变形,粘性变形②单轴压缩条件下岩石变形特征:O—A空隙压密阶段，A--B弹性变形阶段，B--C微破裂稳定发展阶段，C--D非稳定，D--破裂后阶段上述应力应变曲线只是一般性概括,随着岩石种类的不同,其应力应变曲线有明显特点,大体可有6种类型,见P54图③循环荷载作用下的岩石变形特征:疲劳强度④三轴压缩条件下的岩石变形特征:见P58图a.随着б2=б3(围压)的增加,岩石抗压强度显箸增加b.随着б

7、2=б3(围压)的增加,岩石的变形显箸增加c.随着б2=б3(围压)的增加,岩石的弹性极限显箸增加d.随着б2=б3(围压)的增加,岩石的性质由弹脆性向弹塑性转变⑤岩石的变形指标:定量描叙变形特征的参数.弹性摸量（Et）,变形摸量（Es）泊松比(γ)γ=在弹性变形范围内，γ通常是一常数屈服点１.１０　岩石的扩容：指岩石在荷载作用下体积出现增大的性质．１.１１　岩石的各向异性：指岩石的力学性质随方向的不同而不同的性质．产生的原因有两点：非均质，不连续．１.１２　影响岩石力学性质的主要因素：水，围压，风化．a.水对岩石力学性质的影响：使岩石的强度降低，见

8、Ｐ69表．b.围压对岩石力学性质的影响：使岩石的强度提高．c.风化对岩石力学性质的影响：降低岩石的强度．d.