岩石力学与工程：第1章 绪论

1、岩石力学与工程ROCK MECHANICS AND ROCK ENGINEERING今日授课内容注意事项课程介绍绪论岩石的基本构成1、注意事项 三条课堂纪律：不得缺课提前5分钟到课堂课堂上关闭手机 严格执行学校本科生院关于学生平时到课记录和考试成绩评定要求的规定。2、课程介绍2.1 课程性质、目的和任务性质：土木工程专业基础必修课程目的：掌握岩石工程稳定性分析评价、开挖支护（加固）设计和施工的理论和方法2.1 课程性质和任务学习任务：岩石的力学性质及实验研究方法、岩体的质量评价方法及其分类理论、地应力及其测试理论和方法、岩石的本构关系和强度理论。岩石地下工程、边坡工程、地基工程中岩体稳定性的分

2、析评价、支护加固设计和施工的理论与方法。先修课程：理论力学、材料力学、弹性力学、工程地质等后续课程：隧道工程、边坡工程 等课程设置：总学时42，课堂34，实验 8， 学分22.2 课程教学基本要求1）课程重点岩石的力学性质及其实验研究方法、岩体质量评价及其分类方法、地应力及其测量理论和方法、岩石本构关系和强度理论、岩石地下工程、岩石边坡工程。2）课程难点岩石本构关系和强度理论、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分析评价及支护加固理论和方法。2.3 课程教学方法1）课堂讲授2）课后作业3）文献阅读指导

3、4）课堂讨论5）实验 2.4 课程考核平时作业、上课纪律：20分文献报告和讨论： 10分实验课、实验报告： 10分期终考试（闭卷）： 60分课程内容讲课讨论实验合计绪论2岩石的物理力学性质54岩体的力学性质与质量评价6地应力及其测量4岩石本构关系与强度理论4岩石地下工程6岩石边坡工程32岩石地基工程2合计3228402.5 课程教学内容与学时分配章节内容绪论（2学时）岩石与岩体的界定岩石力学的研究任务、研究内容、研究方法岩石力学与其他学科的交叉岩石力学发展简史第1章 岩石的物理力学性质（5学时）岩石的物理性质 （岩石的密度、孔隙性、水理性、透水性、碎胀性）岩石的强度性质及其实验测定方法岩石的变

4、形性质影响岩石力学性质的主要因素岩石的流变性质章节内容第2章 岩体力学性质及质量评价（6学时）岩体结构结构面的几何性质与力学性质岩体的强度性质岩体的变形性质工程岩体质量评价及其分类第3章 地应力及其测量（4学时）地应力及其成因 （初始地应力状态， 岩体自重应力， 岩体构造应力）岩体初始应力分布规律岩体初始应力的几种测定方法 （重点掌握应力解除法和水压致裂法）章节内容第4章 岩石本构关系与强度理论（4学时）岩石的本构关系（弹性本构关系、弹塑性本构关系）岩石的流变理论岩石的强度理论与破坏准则章节内容第6章 岩石地下工程（6学时）地下隧洞围岩次生应力及其计算 （弹性力学分析方法 弹塑性力学分析方法

5、块体平衡理论分析法 松散体力学分析法 普氏平衡拱理论 太沙基理论）围岩压力与控制岩石地下工程稳定性监测软岩工程章节内容第7章 岩石边坡工程（5学时，含讨论2学时）边坡的破坏形式及其影响因素边坡的稳定性分析滑坡的防治与监测第8章 岩石地基工程（2学时）地基承载力的确定建筑物岩石地基岩石路基水工构筑物的岩石地基实验教学实验课内容（8学时）实验一 岩石单轴压缩变形与单轴抗压强度测定；实验二 岩石三轴压缩变形与三轴抗压强度测定；实验三 岩石直剪变形与抗剪强度测定实验四 巴西劈裂试验：岩石拉伸强度测定实验课安排：课堂讲述实验目的和方案试验过程观察、记录课后试验数据处理和试验报告编写课程教材与参考书教材岩

6、石力学与工程（第二版）蔡美峰主编，科学出版社，2013参考书1、岩石力学，黄醒春主编，高等教育出版社，20052、工程实用岩石力学，张忠亭、景锋、杨和礼编著，中国水利水电出版社，20093、岩体力学，沈明荣主编，同济大学出版社，19994、岩体力学，凌贤长主编，哈尔滨工业大学出版社，2002第一章 绪论1.1 岩石与岩体的界定什么是岩石？狭义概念：岩块（材料）广义概念：岩体（结构）岩体天然地质体：地质结构（岩块+结构面） 赋存条件（地应力、地下水、温度场等）工程岩体：工程开挖和构筑过程引起应力变化，人地系统复杂性：非连续性、非均匀性、各向异性、岩石块体结构的可移动性、模型和参数的不确定性什么是

7、岩石力学？认识和控制岩石系统的力学行为和工程功能的科学。研究岩石系统的力学行为和岩石工程稳定性（分析方法、控制理论和技术）的一门学科。1.2 岩石力学的研究任务、内容与方法1.2 岩石力学的研究任务、内容与方法岩石力学的应用范围及主要研究问题土木建筑工程：建筑物岩石地基 ；大型地下洞室、地下空间工程 ；建筑边坡交通工程：路堑边坡；山岭隧道；水底隧道；城市地铁隧道水利水电工程：坝基；输水隧洞（有压和无压）；地下厂房洞室群（大跨度高边墙）；库岸边坡采矿工程：露天采矿边坡；井工开采巷道和采场；矿井突水、岩爆；采空区处理及地面沉降；岩石破碎问题。1.2 岩石力学的研究任务、内容与方法岩石力学的应用范围

8、及主要研究问题石油工程：页岩气开采（水力压裂）；钻井工程（破岩、井壁稳定）； 油气储存工程（洞库建设）核电：核废料地质处置地热资源开发：干热岩体水压致裂地震预报中的岩石力学问题地下工程（洞）、边坡工程（坡）、地基工程（基）稳定性（分析与控制）1.3 岩石力学与其它学科的交叉（1）地质学 理解岩石的矿物组成及其对物理力学性质的影响、岩体结构及赋存条件（2）力学 提供分析方法 属于固体力学范畴，与渗流力学密切相关（3）计算机科学 必不可少的分析计算工具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

9、力理论：v= h =H。朗肯（W. J. M. Rankine）和金尼克(A. H. ) 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H 由于当时地下工程埋深不大，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的局限性。 1.4 岩石力学发展简史一、发展阶段2、经验理论阶段(20世纪初1930S)：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：最有代表性的理论是苏联学者普罗托吉雅柯诺夫（.）提出的自然平衡拱学说，即普氏理论。太沙基（K.Terzaghi）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

10、氏理论是相应于当时的支护型式和施工水平发展起来的。上述理论在当时的条件下发挥了一定作用。并非所有的地下工程都出现冒落拱，围岩和支护间并非完全的荷载和结构的关系，多数情况下围岩和支护共同承载1.4 岩石力学发展简史 一、发展阶段3、经典理论阶段（1930S1960S） 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结构面对岩体力学性质的影响受到重视岩石力学形成了一门独立的学科形成了两大学派：连续介质理论和地质力学理论1.4 岩石力学发展简史 一、发展阶段连续介质力学理论1.4 岩石力学发展简史 一、发展阶段以固体力学作为基础，从材料的基本力学性质出发来认

11、识岩石工程的稳定问题。 萨文（ . ）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。 鲁滨湟特（.）运用连续介质理论写出了求解岩石力学问题的系统著作。 运用弹塑性理论研究围岩稳定，导出著名的芬纳公式、喀斯特纳公式；用流变模型进行隧道围岩的粘弹性分析。 引入有限元、有限差分 等数值计算。强调地应力作用。存在的问题：1）边界加载，远处位移大，开挖体内边缘位移小；没有考虑开挖支护施工过程的力学效应。2）过分注重对岩石“材料”的研究，追求准而又准的“本构关系”，没有重视本构模型和参数的不确定性。地质力学理论1.4 岩石力学发展简史 一、发展阶段注重研究地层结构和力学性质与岩石

12、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。主要观点：1）反对把岩体当作连续介质，简单地利用固体力学原理进行分析 2）重视岩体结构面对岩石工程稳定性的影响和控制作用。以斯梯尼（J.Stini）和缪勒(L.Mller)代表，形成了“奥地利学派”和“新奥法”学说。 地质力学理论的主要贡献： 1）必须了解地应力和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控制作用； 4）重视工程施工过程中应力、位移和稳定状态的监测，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，利用围岩自身强度维持工程稳定。地质力学理论的缺陷： 1）过分依赖经验，而忽视理论的指导作用。 2）完全反对把岩体作为连续介质看待，这种认识阻碍现代数学力学理论在岩石工程中的应用。1.4 岩石力学发展简史 一、发展阶段4、现代岩石力学发展阶段（1960S现在）现代岩石力学理论认为：岩石工程是一个“人地”系统，用系统论的方法来进行岩石力学与工程的研究。用更为复杂多样的力学模型来分析岩石力学问题，多学科交叉，把力学、物理学、现代数学、系统工程、现代信息技术等的最新成果引入岩石力学从“材料”概念到“不连续介质概念”是现代岩石力学的第一步飞