矿山岩石力学与地压控制课件.ppt

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1、余贤斌矿山岩石力学与地压控制第一部分岩石、岩体、岩体结构及其对矿山开采的影响岩石是人类最早与之打交道的材料之一。人类利用岩石已经有久远的历史——旧石器时代、新石器时代。人类进行的岩石工程的时间则要晚得多。进入铜器时代以后，人类就一直在从事矿山开采。可以说，没有岩石工程，就没有人类文明。古埃及金字塔吉萨大金字塔：230万块石头组成，每块重15吨意大利：古罗马竞技场意大利：罗马竞技场我国古代的科学技术，在世界上长期处于领先地位（美国中央情报局：TheWorldFactbook）。（ForcenturiesChinastoodasaleadingcivilization,outpacingt

2、herestoftheworldintheartsandsciences）在水利工程和矿山开采方面，有春秋时期修建的四川都江堰，以及湖北铜绿山的战国时期的矿山开采遗址。赵州桥和卢沟桥也都是岩石工程的范例。四川都江堰然而，古代的岩石工程都是建立在经验的基础上的，没有现代科学技术的指导。自近代工业革命以来，人类所开展的工程规模越来越大，古代那样凭经验办事的方式已经不能满足需要了。1960年，国际岩石力学学会第一届学术会议在葡萄牙里斯本召开，岩石力学作为一门边缘学科，正式宣告成立。Rosha优秀博士论文奖颁奖仪式岩石力学可包含：地学中的岩石力学——地球物理学，研究地球构造、地震等。工程中的岩

3、石力学——涉及矿山、水电、铁路公路、国防、能源（核废料处理等），等等部门。正在修建的二滩电站大坝位于四川雅龙江上的二滩电站：装机容量330万千瓦，总库容58亿m3，最大坝高240米。岩体工程明挖800万m3，地下工程开挖370万m3，混凝土及钢筋混凝土650万m3。埃及阿斯旺大坝和纳赛尔湖坝高110米，长3600米，土石坝，4300万m3，装机容量210万千瓦，水库蓄水量1640亿m3(三峡水库：坝高185米，水位为175米时蓄水量为393亿m3）。南非一水坝坝址水坝开始修建：基坑水坝正在修建正在浇灌混凝土工地现场工地现场这些水电工程规模巨大，投资巨大，一旦发生溃坝或其它灾害事故，所

4、产生的后果是人类难以承受的。意大利瓦杨水坝VajontDam坝高262米，底部厚度27米，顶部厚度3.4米1961年，瓦扬水坝完工。1963年，水坝附近山体发生滑坡。2.6亿m3岩石和土滑入水库，掀起250米高的巨浪。5000万m3水越过水坝。滑坡体滑动的最高速度达到110km/s大水摧毁了下游几个村镇，造成2000多人死亡1975年8月7日到8月8日，河南省驻马店地区因连降大雨，导致板桥、石漫滩两座大型水库、两座中型水库和数十座小型水库发生溃坝事故中国的经济大动脉京广铁路被毁102公里，中断通行18天，直接经济损失近百亿元。河南省29个县市、1700万亩农田遭灾，560万间房屋被毁，

5、1100万人遭灾。死难人数超过8万人。工程设计的主要任务使用公式smax≤[s]即，工程结构中的应力smax，应小于或等于材料的许用应力[s]。smax可由计算获得，[s]则在实验室获得材料的强度，强度与安全系数之比，就是许用应力[s]。例如，梁的smax可由下式计算：复杂的工程，可用有限单元法来计算其中的应力。岩石强度的测定：实验室试验——抗压强度测定抗压强度测定破坏后的试样破坏后的试样岩石拉伸试验岩石剪切试验——变角度剪切变角度剪切当剪切模具的角度为a的时候，作用在岩石试样上的正应力和剪应力分别用下式计算：式中A为剪切面积岩石三轴压缩试验由压缩和拉伸试验结果，可以获得岩石的抗

6、压和抗拉强度。根据剪切试验结果，用线性回归公式，就可以计算出岩石强度曲线的参数—内聚力C和内摩擦角f。试验结果如何使用？安全系数该取多大？奥地利岩石力学专家Müller的例子：花岗岩，室内试验的抗压强度为250MPa。根据边坡破坏情况反推的现场岩石的抗压强度：1.25MPa。原因：在工程现场，岩石中含有节理、裂隙、断层等软弱结构面。节理节理褶皱结构面对岩石工程稳定性的影响露天矿边坡滑坡露天破边坡滑坡——楔形滑坡露天矿边坡滑坡——平面滑坡因此，含有软弱结构面的岩体，与不含软弱结构面的小块岩石，有很大的不同。岩体的强度要低得多，变形特性也有很大不同。因此，实验室得岩石试验是必要的，但它不能

7、取代现场岩体力学试验。然而，现场岩体试验费工费时，成本高昂。地下矿山往往难于进行。即使进行了岩体力学试验，也因岩体力学指标的分散性，而难于确定“准确的”岩体参数。在实际的矿山工程中，通常只能根据室内岩块的试验结果，进行折减，得到岩体的强度、弹性模量等参数。水电工程中，岩体力学试验要投入大量经费。但最后使用的参数，仍然需要综合考虑各方面的因素，对试验结果进行折减。试验结果实际上只取到有限的参考作用。原因：安全系数要取得充分大。矿山工程面临的问题则