矿大岩力学-1-1-绪论ppt课件

1、2021/2/2,1,矿山岩体力学,高文蛟 TELE-mail: 华北科技学院 安全工程学院,第一节 岩体力学的含义 岩体力学(Rock mass Mechanics) 岩石力学(Rock Mechanics) 国际岩石力学学会（ISRM） 中国岩石力学与工程学会（CSRME,绪 论,岩石力学定义 （1966年美国科学院岩石力学委员会） 研究岩石的力学性状（behaviour）的一门理论科学，同时也是应用科学； 是力学的一个分支； 研究岩石对于各种物理环境力场所产生的效应,2021/2/2,4,王思敏院士建议的定义 由于岩石力学性质不确定性和复杂性 岩石力学是一门认识

2、和控制岩石系统的力学行为和工程功能的科学。 研究岩石力学的目的 地下工程事故中，约1/31/2是由于支护不当或支护不及时造成的； 井巷工程成本中，支护及维护费用约占4060%； 目的：科学、合理、安全地维护井巷的稳定性，降低维护成本，减少支护事故,服务对象：涉及到国民经济的各方面，如,采矿、土木建筑、铁路、公路、地质灾害治理 地震预测、石油开采、地下工程、港口工程、 水利水电、军事、文物保护等工程建设,1、工程岩体力学为各类采矿工程及土木工程等服务的岩体力学,绪 论,2）岩体力学的分支学科,3、破碎岩石力学为掘进、钻井及爆破工程服务的岩体力学,2、构造岩体力学为构造地质学、找矿及地震预报等服务

3、的岩体力学,举 例,为各类采矿工程及土木工程服务，目的是保障各类工程 安全稳定和经济合理,工程岩体力学,工程实例,中国经济的高速发展带来了建设领域的繁荣：南水北调,长江三峡工程,青藏铁路,地球表层为岩体、土体所覆盖，人类生活所依托的几乎为地壳表层的岩土体。要想科学的利用、开发、保护地球，我们必须首先掌握岩土体的性质，尤其是它们的力学性质，因此我们就有了,岩体力学,2021/2/2,17,1.2 岩石力学的发展历史和概貌 （1）初级阶段（19世纪末20世纪初） 海姆净水压力假说 朗金假说 金尼克假说 （2）经验理论阶段（20世纪初30年代） 普氏理论 太沙基理论,3）经典理论阶段 连续介质理论

4、不足：忽视地应力的作用 忽视施工过程（时变性） 过于追求“精确” 地质力学理论 不足：过分强调节理、裂隙作用 过分依赖经验、忽视理论,2021/2/2,19,4）现代发展阶段(20世纪60年代现在) 复杂多样的力学模型； 各种理论方法的应用，非线性理论的应用； 建立了自己的分析原理和计算方法 损伤力学 离散元 DDA法 流形法 扰动状态概念理论 不确定性分析研究方法和理论体系 系统科学,纵观岩石力学的发展史共进行三步突破。 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次突破； 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

5、程应用的第三步突破,2021/2/2,20,第三节 岩体力学的研究任务与内容,非连续性； 各向异性； 非均质性,1）岩体的特征,2）任务,基本原理方面（建模与参数辨别） 试验方面（试验方法）仪器、信息处理、室内、外、动、静； 现场测试 实际应用,3)岩体力学研究的内容,岩体的地质特征; 岩块、结构面力学性质; 岩体的力学性质; 岩体中天然应力; 岩体中重分布应力; 稳定性计算与评价; 工程处理与加固,4)岩体力学的研究方法,工程地质研究法 试验法 数学力学分析法 综合分析法,第四节 岩体力学在其它学科中的地位,岩体力学涉及到两大学科地质学科、力学学科（固体力学分支,一、地质学科在岩体力学中作用

6、,二、力学学科在岩体力学中应用,力学 （固体力学分支）、地质学、岩土工程,第五节 岩体力学的形成与发展,岩石力学与人类的生产活动紧密相关。 早在远古时代，出现过“石器时代”。 公元前2700年左右，古代埃及的劳动人民修建了金字塔。 公元前221-206年在北部山区修建了万里长城。 在20世纪初，杰出的工程师詹天佑先生主持建成了北京-张家口铁路上一座长约1公里的八达岭隧道,第五节 岩体力学的形成与发展,在修建这些工程的过程中，不可避免地要运用一些岩石力学方面的基本知识。作为一门学科，岩石力学研究是从20世纪50年代前后才开始的。当时世界各国正处于第二次世界大战以后的经济恢复时期，大规模的基础建设

7、，有力地促进了岩石力学的研究与实践,1.形成历史 1951年，在奥地利创建了地质力学研究组，并形成了独具一格的奥地利学派。 同年，国际大坝会议设立了岩石力学分会。 1956年，美国召开了第一次岩石力学讨论会。 1957年，第一本岩石力学专著出版。 1959年，法国马尔帕塞坝溃决，引起岩体力学工作者的关注和研究。 1962年，成立国际岩石力学学会(ISRM)。 1966年，第一届国际岩石力学大会在葡萄牙的里斯本召开。四年召开一次,第五节 岩体力学的形成与发展,国际岩石力学学会有三个专业组织(InterestGroups)： 采矿组织 放射性废料处理组织 石油组织 1978年，我国正式成立了国际岩

8、石力学学会中国小组,并以团体会员名义加入国际岩石力学学会。 1985年，成立中国岩石力学与工程学会,2.发展动态 岩体结构与结构面的仿真模拟、力学表述及其力学 机理问题 裂隙化岩体的强度、破坏机理及破坏判据问题 岩体与工程结构的相互作用与稳定性评价问题 软岩的力学特性及其岩体力学问题 水-岩-应力耦合作用及岩体工程稳定性问题 岩体结构整体综合仿真反馈系统与优化技术 岩体动力学、水力学与热力学问题 岩体流变与长期强度问题 岩体工程计算机辅助设计与图像自动生成处理,第五节 岩体力学的形成与发展,第六节 岩体实践力学与工程实践,巨大岩石工程建设为岩石力学提出日益繁重的任务： 1）采高400m的大型露

9、天矿边坡增减1，影响投资数千万、上亿元；边坡失稳造成资源和经济损失。 2）水电建设：大型电站坝高300m；地下厂房进墙高达50m。常遇到复杂的地基、软弱岩层、地下水发育、大的喀斯特溶洞和高应力 3）地下工程建设遇到大型群洞室 4）能源建设如石油、天然气、核电站建设会遇到岩石稳定性问题,拓展21世纪面临的新问题,1.信息技术 1998年美国副总统戈尔提出了“数字地球”这一新概念之后，在全球又掀起了一个新高潮。 岩石力学方面，美国于1994年率先提出了“岩石网络”（“Rock Net”），1997年又提出了“岩石数字化信息网络”（“Cyber Rock”）。 我国在“数字地球”方面，有一定的基础。

10、但在岩石力学领域，尚处于发展中阶段,拓展21世纪面临的新问题,2. 环境问题 最突出的例子是前苏联从20世纪30年代起，在伏尔加河上修建了一批梯级水电站。建成后，固然带来巨大的经济效益，也带来难以收拾的环境问题，如地表下降、河口渔业衰退、黑海水位下降等。 近40年来，由于巨型水库的蓄水量不断增加，（已超过1万亿m3），而且主要是集中在较高的地理纬度上，所以导致地球的极点发生偏移，自转速度加快,3. 能源、资源开发利用 1）水电、水利资源； 2）煤炭。世界上最丰富的化石能源是煤炭,我国煤炭产量居世界第一，在煤炭开采中，今后需要进行研究的还有：采动地压分布及诱发围岩破坏移动,地表沉陷,边坡失稳,巷

11、道破坏及支护,煤层突水、瓦斯突出. 3）煤层气； 4）石油、天然气； 5）天然气水合物(Natural gas hydrate) 6）核能； 7）潮汐能 8）热干岩（HDR，Hot Dry Rock）发电技术,21世纪面临的新问题,4. 地下工程 人口爆炸、资源短缺、环境恶化、土地衰退、物种减少，人类赖以生存的地球表面已不堪重负。 虽然有的科学家提出了21世纪在海上、空中建造大城市，实现人类海市蜃楼的梦想，但比较可行的还是“入地”。近几十年来，岩石力学的研究重点日益转向地下，不但注意人工洞室的开挖，而且注意利用天然洞室或废旧矿井做地下工程,21世纪面临的新问题,4. 地下工程 国际上一种非常普

12、遍的观点是：“19世纪是桥的世纪，20世纪是高层建筑的世纪，未来的21世纪则是人类开发地下空间的世纪”。号召人们“往深处想”（“Think Deep”） 在一些发达国家，大城市的地下铁道网络已基本形成。在日本新宿已建成一个地下城市的雏型，美国堪萨斯市利用矿山采空区建立了一个30万平方英尺的商业、工业中心。 据估计，到21世纪末，人类约有1/3将重新“穴居地下,21世纪面临的新问题,5. 城市化问题 近200年来，全球城市人口已从3000万增加到目前的60多亿。我国人口城市化水平在2000年是36.9%，预测到2020年，这个数字将达到50%。 为了建设新型的生态城市需要解决一系列问题：如地下空间开发，快速交通网络，地下储能、储水，城市垃圾处理，水资源合理利用，水土流失及其它极