岩石力学及其工程应用讲义T51

愿本课程带您进入岩石力学的世界岩石力学RockMechanics本课程的教学内容

Contents第一章绪论第二章岩石的物理性状（性质）第三章岩石的强度第四章岩石的变形第五章岩体天然应力与洞室围岩的应力分布第六章矿山压力与围岩稳定性第七章岩基应力及稳定分析第八章岩坡稳定分析本节内容——Next岩石力学研究的对象及特点岩石力学研究的主要内容岩石力学的研究方法

同时，我们将通过一个大型水电工程宣传片，使同学们对岩石力学与水电工程的关系有一个较为形象的认识。第一章绪论

Chapter1Introduction

对象：岩石—对象—岩石材料—地壳中坚硬的部分；方法：力学的观点、理论、方法

综合：岩石力学就是用力学的理论，观点和方法去研究岩石材料的力学行为及其工程应用的学科。（实际上也称为“岩体力学”，是水利学科的一个重要分支学科）1.1.1岩石力学的概念§1.1岩石力学研究的对象及特点

作为力学的一个分支，岩石力学主要解决水利、土木工程等建设中的岩石工程问题，它是一门新兴的,与有关学科相互交叉的工程学科,需要应用数学、固体力学、流体力学、地质学、土力学、土木工程学等知识，并与这些学科相互渗透。a、既古老，又年轻

1.1.2岩石力学的特点

1）研究的广泛性

古老：旧石器时期(岩石作为生产工具)，利用石器生活场所及宗教建筑等(洞穴、房屋、桥梁<赵州桥>、都江堰、埃及金字塔、巴比伦人的“空中花园”等)；§1.1岩石力学研究的对象及特点

年轻：从20世纪40年代开始（美国，法国，意大利、中国修建了大量的岩体工程）。1.1.2岩石力学的特点§1.1岩石力学研究的对象及特点人类最早接触和最早使用的材料：旧、中、新石器时代的标志是人类使用岩土材料的水平；土与文化：几大古文明中人类起源的传说：不约而同地认为人是上帝（神）用土创造的；表土与人类文明：人类的几大古文明的发生与衰落;土地与农业：“普天之下，莫非王土”－权力与财富；朝代的更替；农民战争农业文明－土与水目前名川大河的中下游，土层深厚—形成农业、经济、文化、政治中心海洋文化：三角洲文明（交通与信息）岩土与哲学的天然联系。岩土与哲学的关系§1.1岩石力学研究的对象及特点§1.1岩石力学研究的对象及特点20世纪下半叶发生了3次震惊水利水电工程界的重大工程事故：法国Malpasset双曲拱坝溃坝；意大利Vajout双曲拱坝近坝库区左岸发生2.5亿m3的大滑坡；美国Teton土坝在岩基坝段溃决。大大促进了岩石力学的发展。§1.1岩石力学研究的对象及特点§1.1岩石力学研研究的对象象及特点§1.1岩石力学研研究的对象象及特点在我国：1958年，三峡岩岩基组成立立并着手开开始三峡坝坝区岩石力力学的研究究；1970年，万里长长江第一坝坝——葛洲坝水电电站修建时时，成立的的专门的岩岩石力学研研究机构；；…………………近年来，随随着大量矿矿山、交通通、国防、、水电工程程的修建，，从事岩石石力学研究究的科技人人员大幅增增加，大大大促进了岩岩石力学学学科的发展展，我国的的岩石力学学工作者在在世界岩石石力学领域域也逐渐占占有一席之之地，如我我国的冯夏夏庭教授。。1979年，中国（（CRSM）加入国际际岩石力学学学会ISRM；1.1.2岩石力学的的特点1）研究的广广泛性水电——三峡、二滩滩、溪洛渡渡、锦屏、、龙滩；（（图示）铁道——长隧道、大大型桥梁、、边坡；公路——隧道、路堤堤等；冶金——矿山开采；；建筑——大跨度地下下商业中心心，建筑物物基础，城城市地铁；；b、跨行业§1.1岩石力学研研究的对象象及特点NEXT§1.1岩石力学研研究的对象象及特点§1.1岩石力学研研究的对象象及特点中国第二大大水电站，，坝高278m§1.1岩石力学研研究的对象象及特点世界上最高高的混凝土土双曲拱坝坝，最大坝坝高305m§1.1岩石力学研研究的对象象及特点§1.1岩石力学研研究的对象象及特点§1.1岩石力学研研究的对象象及特点§1.1岩石力学研研究的对象象及特点§1.1岩石力学研研究的对象象及特点§1.1岩石力学研研究的对象象及特点中国第三大大水电站，，三项世界界之最——1、规模最大大的地下厂厂房。厂房房长３８８８.５m，宽宽２２８８.５m，高高７７６６.４m。2、最最高高的的碾碾压压混混凝凝土土大大坝坝。。最最大大坝坝高高２２１１６６.５m，坝坝顶顶长长８８３３２２m，坝坝体体混混凝凝土土方方量量７７３３６６万万立立方方米米。。3、提提升升高高度度最最高高的的升升船船机机。。全全长长１１８８００００多多m，最最大大提提升升高高度度１１７７９９m。§1.1岩石石力力学学研研究究的的对对象象及及特特点点伊泰普Itaipu大坝（巴西和巴拉圭）原世世界界第第一一，，现现世世界界第第二二大大水水电电站站！！§1.1岩石石力力学学研研究究的的对对象象及及特特点点美国胡佛大坝（HooverDam）美国大古力GrandCoulee电站Return1.1.2岩石石力力学学的的特特点点2）研研究究对对象象的的复复杂杂性性a、组组成成岩石石———地质质体体（（单单独独的的力力学学性性质质+耦合合效效应应））；；岩岩块块、、结结构构面面→→组组合合形形成成；；块块状状结结构构、、破破碎碎结结构构、、离离散散结结构构RockandRockMassb、背背景景地质质力力学学环环境境的的复复杂杂性性（（地地应应力力、、地地下下水水、、物物理理、、化化学学作作用用等等））§1.1岩石石力力学学研研究究的的对对象象及及特特点点1.1.2岩石石力力学学的的特特点点3）工工程程应应用用性性（（实实践践性性））非非常常强强4）社社会会经经济济效效益益显显著著如：：““七七五五””攻攻关关期期间间，，四四川川大大学学、、成成勘勘院院、、清清华华大大学学联联合合开开展展““二二滩滩坝坝基基可可利利用用岩岩体体研研究究””，，节节约约投投资资7000多万万；；获获得得了了国国家家科科技技进进步步一一等等奖奖；；§1.1岩石石力力学学研研究究的的对对象象及及特特点点岩石石力力学学是是伴伴随随工工程程的的应应用用而而发发展展起起来来的的，，没没有有实实际际的的工工程程就就没没有有岩岩石石力力学学发发展展的的社社会会需需求求，，反反过过来来，，岩岩石石力力学学理理论论的的发发展展又又进进一一步步提提高高了了工工程程的的科科技技含含量量，，促促进进了了工工程程的的安安全全性性，，经经济济型型等等§1.2岩石石力力学学的的基基本本内内容容水电电工工程程中中的的三三大大应应用用：：基础（坝基、、坝肩）工程程、边坡工程程（天然、工工程开挖）、地下洞室（隧隧洞、厂房等等）、基本理论材料实验工程应用三大部分岩体地应力岩体的强度岩体的变形裂隙水力学§1.3岩石力学的研研究方法物理模拟→数学模型→理论分析→岩石物理力学学性质常规实实验，地质力力学模型试验验；如：有限元FEM、离散元DEM、边界元BEM等数值模拟分析；用新的力学分分支，理论研研究岩石力学学问题(分形力学、神神经网络、遗遗传算法、耦耦合分析等)；§1.3岩石力学的研研究方法§1.3岩石力学的研研究方法§1.3岩石力学的研研究方法§1.4现代岩石力学学研究及发展展趋势一、应用岩石石力学——环境安全和控控制1、环境保护（（环境岩土工工程）2、存贮和弃置置§1.4现代岩石力学学研究及发展展趋势一、应用岩石石力学——环境安全和控控制3、天然岩质边边坡的稳定性性岩体表面开开挖§1.4现代岩石力学学研究及发展展趋势一、应用岩石石力学——环境安全和控控制4、隧道工程§1.4现代岩石力学学研究及发展展趋势一、应用岩石石力学——环境安全和控控制5、采矿工程§1.4现代岩石力学学研究及发展展趋势一、应用岩石石力学——环境安全和控控制6、地下洞室§1.4现代岩石力学学研究及发展展趋势一、应用岩石石力学——环境安全和控控制7、石油工程8、岩基工程§1.4现代岩石力学学研究及发展展趋势二、力学现象象与温度、水水力和化学现现象的耦合1、室内实验——压缩2、室内实验——抗剪§1.4现代岩石力学学研究及发展展趋势二、力学现象象与温度、水水力和化学现现象的耦合3、岩体水力特特性与力学耦耦合现象的实实验§1.4现代岩石力学学研究及发展展趋势二、力学现象象与温度、水水力和化学现现象的耦合4、岩体行为模模拟5、其它§1.4现代岩石力学学研究及发展展趋势三、岩石动力力学和抗震技技术1、天然地震和和诱发地震2、岩爆§1.4现代岩石力学学研究及发展展趋势三、岩石动力力学和技术3、地应力4、岩石爆破§1.4现代岩石力学学研究及发展展趋势三、岩石动力力学和技术5、岩石切割和和钻孔6、岩石爆破§1.4现代岩石力学学研究及发展展趋势四、野外实验验和测量与监监测1、实验技术§1.4现代岩石力学学研究及发展展趋势四、野外实验验和测量与监监测2、岩石和岩体体性质的测定定§1.4现代岩石力学学研究及发展展趋势3、监测、长期期测量和风险险评价4、岩