《岩石力学(含实验)》课程教学大纲

1、岩石力学课程教学大纲课程英文名称：Rock Mechanics课程编号： 133992160课程类别：学科基础课/专业课课程性质：必修课学 分： 3学 时：48（其中：讲课42学时： 实验6学时）适用专业： 采矿工程、安全工程开课部门： 环境与资源学院一、课程教学目的和课程性质岩石力学是高等学校采矿工程专业、安全工程专业本科学生的一门必修的专业技术基础课程。它是应用必要的力学知识研究岩体的力学特性以及工程岩体的变形和稳定性问题，其基本知识、基本理论和基本技术是从事岩石工程施工、设计和研究的工程技术人员所必修掌握的。 通过本课程的学习，应使学生熟练掌握岩石的基本物理力学性质与岩石的强度理论；掌握

2、结构面的力学特性与岩体的力学性质；掌握地下工程围岩应力、应变与位移的分布规律，如采场、隧道地压和位移的计算以及稳定性分析；掌握岩石与岩体的力学试验方法、理论依据和基本知识；了解冲击地压、岩体的各向异性等概念；了解原岩应力测定方法和设备；具有利用岩石力学知识建立岩体工程问题的力学模型，分析和解决岩体工程实际问题的能力。二、本课程与相关课程的关系本课程的先行课程：高等数学、理论力学、材料力学、弹性力学基础、地质学与矿山地质学等，学有余力的学生可先行选修结构力学、断裂力学、塑性力学、流变力学、流体力学基础、土力学等课程。本课程的后续课程：爆破工程、井巷工程、矿床地下开采、矿床露天开采、岩体测试技术、

3、矿山机械、边坡工程、采煤概论、矿山安全与评价、数字化矿山技术、选矿概论、矿山环境保护欲复垦等课程。岩体边坡稳定性分析，安排在边坡工程课程中讲授，本课程不包括该项内容。三、课程的主要内容及基本要求（一）理论学时部分第1单元 绪论 （1学时）知 识 点岩石与岩体的界定；岩体力学的研究任务与内容；岩石和岩体力学的研究方法；岩体力学在其他学科中的地位；岩体力学的发展简史。 基本要求1、识 记：岩石、岩体等 2、领 会：岩石和岩体力学的研究方法。3、简单应用：一点（单元体）的应力表达。第2单元 岩石的基本物理力学性质 （6学时）知 识 点岩石的基本物理性质（岩石的密度、岩石的孔隙性、岩石的水理性、岩石的

4、透水性、岩石的碎胀性）岩石的静力学特性（岩石的强度特性、岩石的变形特性）岩石的流变性（岩石的力学性能的时效性、粘性）岩石的各向异性影响岩石力学性质的因素。重 点岩石单轴压缩变形特性，全应力应变曲线及工程意义；岩石的抗压、抗拉、抗剪强度及其实验室测定方法；岩石的流变性（微分模型原件构成，Maxwell模型与Kelvin模型的蠕变、卸载与应力松弛特性）；影响岩石力学性质的因素。难 点岩石在三轴压缩条件下的力学特性；岩石和岩体的流变性；岩体强度的各向异性。基本要求1、识 记：密度、重度、岩石的孔隙性、孔隙率、孔隙比、岩石的水理性、吸水率、饱水率、饱水系数、岩石的透水性、渗透系数、岩石的抗冻性、岩石的

5、碎胀性、碎胀系数、岩石的软化性、软化系数、脆性、韧性、弹性、塑性、延性、粘性（流变性）、蠕变、松弛、弹性后效、扩容、岩石的强度、抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、峰值强度、长期强度、残余强度、真三轴试验、常规三轴试验、极限莫尔圆、莫尔圆包络线、点荷载强度、单调加载、循环加载、岩石的变形、全应力应变曲线、各向同性、各向异性、正交各向异性、横观各向同性、岩石的结构、岩体的构造、刚性试验机等。 2、领 会：岩石单轴压缩变形特性，岩石三轴压缩变形特性，全应力应变曲线及工程意义；影响岩石力学性质的因素（尤其是水对于岩石强度的影响）；岩石强度的各向异性等。3、简单应用：岩石的抗压、抗拉、抗剪强度与力学参数的实

6、验室测定方法。4、综合应用：岩石力学性能的综合讨论（综合所有影响因素）。第3单元 岩体的力学性质（6学时）知 识 点岩体结构基本类型；岩体结构面；结构面的力学性质；岩体的变形特征；岩体的强度特征；岩体的水力学性质；岩体质量评价及其分类。重 点岩体结构；结构面的力学特征；岩体的强度特征；岩体的破坏机理；岩体的分类。难 点结构面的力学特征；岩体的强度特征；岩体的破坏机理。基本要求1、识 记：岩石、岩体、结构面、结构体、岩体结构、完整结构、块裂结构、板裂结构岩体、碎裂结构岩体、断续结构岩体、散体结构、原生结构面、沉积结构面、火成结构面、变质结构面、构造结构面、次生结构面、结构面的产状、结构面的形态、

7、结构面的延展度、结构面的密集度、岩体的裂隙度、岩体的切割度、JRC、剪胀、岩体强度、准岩体强度、岩体变形、岩石RQD质量指标、完整性系数、岩石坚固性系数等 。2、领 会：结构面充填情况对于力学性能的影响，结构面的分类与分级，岩体结构面力学特征及其意义，岩体的强度特征，岩体的破坏机理，岩体分类方法与工程应用情况等。3、简单应用：单一结构面对于岩体强度的影响，多组结构面对于岩体强度的影响。 4、综合应用：结合工程特点，对于岩体进行综合评价或分级。 第4单元 地应力及其测量 （6学时）知 识 点基本概念；岩体自重应力；岩体构造应力；岩体初始应力场测定；岩体初始应力分布状态。重 点岩体初始应力场（自重

8、应力与构造应力场的叠加）的构成；岩体初始应力场测定；岩体初始应力分布状态。难 点应力解除法与水压致裂法测定岩体初始应力场；岩体初始应力分布状态。基本要求1、识 记：原岩、原岩应力、围岩、围岩应力、次生应力、自重应力、构造应力、应力场、应力解除法、应变花、水压致裂法、关闭压力、凯塞声发射法等。2、领 会：岩体自重应力与构造应力各自产生的原因与鉴别等。3、简单应用：岩体自重应力的计算。 4、综合应用：应力解除法（孔底应力解除法、孔径变形法、孔壁应变法）与水压致裂法测试原岩应力的基本原理与工艺过程。 第5单元 岩体的本构关系与强度理论 （6学时）知 识 点弹性体的本构关系；塑性体本构关系简介；粘性体

9、的本构关系；岩石的强度理论。重 点弹性体的本构关系；岩石的强度理论。难 点塑性体本构关系简介；粘性体的本构关系。基本要求识 记：弹性本构关系（物理方程、广义虎克定律）、塑性本构关系（Levy-Mises本构关系、Prandtl-Reuss本构关系、Hencky-伊柳辛本构关系）、粘性（流变）本构关系（Maxwell本构关系、Kelvin本构关系）、蠕变、应力松弛、弹性后效、稳定蠕变、非稳定蠕变、长期强度、流变模型、摩擦块、阻尼器、最大伸长应变强度理论、Coulomb强度理论、强度曲线、Coulomb-Mohr强度理论、Griffith强度理论、裂纹扩展、Teresca屈服准则、Mises屈服准

10、则、Drucker-Prager屈服准则等。领 会：弹性本构关系，简单流变（粘性）本构关系，各个强度理论与屈服准则的基本观点；了解塑性本构关系和复杂的粘性本构关系。简单应用：最大伸长应变强度理论，Coulomb强度理论，Coulomb-Mohr强度理论，Griffith强度理论公式记忆与语言描述。综合应用：用最大伸长应变强度理论，Coulomb-Mohr强度理论或Griffith强度理论分析判定岩石或岩体的稳定性。 第6单元 岩石地下工程 （11学时）知 识 点地下工程围岩应力分析；巷道围岩稳定性分析与压力计算；巷道围岩位移；围岩压力计算；竖井围岩应力计算及稳定性分析。重 点圆形、椭圆形、矩形

11、巷道围岩应力分布规律；巷道围岩稳定性分析与压力计算；支架位移与地压关系，支架特性曲线，围岩与支架共同作用原理；变形地压、块体位移地压与松散体地压；竖井围岩应力计算及稳定性分析，临界深度的确定。难 点巷道围岩稳定性分析与压力计算；支架位移与地压关系，支架特性曲线，围岩与支架共同作用原理；变形地压、块体位移地压与松散体地压。基本要求1、识 记：原岩应力、围岩应力、侧压系数、应力集中、轴比、等应力轴比、脆性破坏、塑性破坏、剪切滑移体、岩性区、塑性区、松弛区、围岩压力、广义地压、狭义地压、围岩位移、围岩变形、支架变形、支架特性曲线、似内摩擦角、自然平衡拱、竖井临界深度等。2、领 会：变形地压的计算，石

12、根华块体平衡理论，普氏理论，太沙基理论，竖井临界深度等。3、简单应用：圆形巷道围岩应力计算，椭圆形巷道围岩应力计算，石根华块体平衡理论围岩压力计算、普氏理论围岩压力计算、太沙基理论围岩压力计算、竖井地压与临界深度确定计算。4、综合应用：矩形巷道围岩应力分布定性描述，支架特性曲线意义，支架与围岩的相互作用关系，支架与围岩相互作用关系，竖井围岩应力与临界深度的计算确定。第7单元 采场地压概论（4学时）知 识 点采场地压及围岩活动的一般规律；采场地压假说；开采空间极限跨度及矿柱、充填体的受力分析；采场地压的控制方法；冲击地压（岩爆）及其控制。重 点由于一些理论尚不甚成熟，故本单元并未确定重点教学内容

13、。难 点开采空间极限跨度及矿柱、充填体的受力分析；采场地压的控制方法；冲击地压（岩爆）及其控制。基本要求1、识 记：上盘围岩、下盘围岩、移动角、崩落角、变形地压、松动地压、膨胀地压、冲击地压（岩石弹射、岩爆）、充填、支撑、封堵、悬顶、控顶、放顶、矿柱、间柱、底柱、顶柱、拉应力区、卸压区、压缩区、冒落带、裂隙带、弯曲带、极限跨度等。 2、领 会：空区冒落与大地沉降的诱因与危害， 局部应力与采场整体的关系等。3、简单应用：采场局部地压显现的诱因与处理方案。4、综合应用：采场地压显现的综合处理方式讨论。第8单元 边坡稳定概述 （2学时）知 识 点边坡的破坏形式及其影响因素；边坡稳定性分析；滑坡的防治

14、与检测。重 点边坡的破坏形式及其影响因素；边坡稳定性分析。难 点1、边坡稳定性分析。基本要求1、识 记： 松动、蠕动、崩塌、滑坡、平面剪切滑动、旋转剪切滑动、滑塌、岩块流动、岩层曲折、稳定系数。2、领 会：边坡稳定系数的计算的理论依据。 3、简单应用：平面滑动稳定系数的计算。 4、综合应用：非平面滑动边坡稳定系数的计算。学时分配 知识单元理论学时1、绪论12、岩石的基本物理力学性质 63、岩体的力学性质64、地应力及其测量65、岩体的本构关系与强度理论66、岩石地下工程11采场地压概论4边坡稳定概论2合计42（二）实验学时部分实验教学环节作用及目的 为使学生巩固课堂所学岩石单轴抗压强度、岩石抗

15、拉强度、岩石剪切强度和岩石应力应变特性等基本概念，培养学生测试岩石各种强度指标与应力应变关系的基本技能，开设如下实验。实验教学环节培养学生能力标准 实验前对于试件的描述与尺寸测量；实验中掌握仪器设备的操作，记录实验数据；实验后数据处理；实验后试件描述，破坏机理分析；撰写实验报告。实验项目、内容、学时分配及实验类型1、必开实验序号实验项目实验内容学时实验类型(演示、验证、综合、设计研究)组数每组学生人数1岩石抗压强度试验熟悉万能材料试验机岩石单轴抗压强度测试2综合152岩石抗拉强度与剪切强度试验岩石抗拉强度测试岩石剪切强度测试2综合153岩石应力应变试验岩石单轴压缩状态下应力应变关系的测试2综合

16、152、选开实验序号实验项目实验内容学时实验类型(演示、验证、综合、设计研究)组数每组学生人数1数值试验直墙拱形巷道围岩应力分布规律2设计222岩石节理面剪切试验岩石节理面在一定正应力作用下剪切强度测试2设计153岩石声波测试试验声波测试岩石的波速2设计15主要仪器设备 万能材料试验机、电阻应变仪、RFPA数值计算软件、计算机、直剪仪、声波仪、其它辅助设备设施。四、教学方法与手段 理论课程以课堂教授为主，全面实施启发式教学，具体形式包括讨论式、案例式、设问设答式、设问不答式等；教学手段为PPT教学课件，辅助一定量的板书。五、考核要求、方式与成绩评定考核要求：考试内容需覆盖各章节全部教学内容，每单元的重点内容即为考核重