课程《岩石力学》课件（全）

岩石力学欢迎来到《岩石力学》精品课程。本课程将深入探讨岩石的力学性质、应力分析和工程应用，为您打开地球科学的奥秘之门。课程教学目标理论知识掌握深入理解岩石力学基本概念和理论，为后续学习奠定基础。实验技能培养熟练掌握岩石力学试验方法，提高实践操作能力。工程应用能力培养学生解决实际岩石工程问题的能力，为未来职业发展做准备。课程内容大纲1基础知识岩石概念、特性、组成与结构2力学性质应力应变、弹性塑性行为、破坏准则3工程应用稳定性分析、支护设计、开挖工程等4实践案例工程案例分析、岩土结构设计岩石的概念与特性定义岩石是组成地球固体圈的天然矿物集合体，具有特定的物理化学性质。形成过程岩石通过火成、沉积和变质作用形成，决定了其独特的结构和性质。主要特性岩石具有非均质性、各向异性、不连续性和时效性等特点。岩石的组成与结构矿物组成岩石由各种矿物颗粒组成，常见矿物包括石英、长石、云母等。结构类型岩石结构分为晶质结构、碎屑结构和非晶质结构等。构造特征岩石构造包括层理、节理、裂隙等，影响岩石的力学性质。岩石的力学性质强度岩石抵抗外力破坏的能力，包括抗压强度、抗拉强度等。弹性岩石在外力作用下发生变形并能恢复的性质。塑性岩石在外力作用下产生永久变形的性质。破裂性岩石在外力作用下产生裂纹并最终破坏的性质。应力与应变应力定义单位面积上的作用力，表示为σ。应变定义物体在外力作用下的相对变形，表示为ε。应力-应变关系反映岩石在外力作用下的力学行为。岩石的弹性行为1胡克定律2弹性模量3泊松比4体积模量岩石的弹性行为遵循胡克定律，通过弹性模量、泊松比和体积模量等参数来描述。岩石的塑性行为1屈服点2塑性变形3应力松弛4蠕变岩石的塑性行为包括屈服、塑性变形、应力松弛和蠕变等现象，是岩石工程中的重要考虑因素。岩石破坏准则1最大主应力理论当最大主应力达到岩石抗拉强度时，岩石发生破坏。2莫尔-库仑准则考虑剪应力和正应力的综合作用。3霍克-布朗准则针对完整岩石和岩体的经验性破坏准则。4格里菲斯理论基于能量平衡的岩石断裂理论。岩石力学试验单轴压缩试验测定岩石的抗压强度和弹性模量。三轴压缩试验研究岩石在三维应力状态下的力学性质。直接剪切试验测定岩石的抗剪强度和内摩擦角。岩石的可变性物理可变性岩石在温度、湿度等物理因素作用下的性质变化。化学可变性岩石与水、空气等介质发生化学反应导致的性质变化。力学可变性岩石在长期应力作用下的强度和变形特性变化。应力状态分析主应力三个互相垂直的主应力方向，分别为σ1、σ2和σ3。应力椭球描述三维应力状态的几何表示方法。莫尔圆用于分析平面应力状态的图解方法。应力不变量与坐标系选择无关的应力状态描述参数。应力测量方法钻孔法通过测量钻孔变形来推算岩体应力。水压破裂法利用高压水使岩石破裂来测定应力。声发射法分析岩石声发射信号来评估应力状态。应变释放法测量岩石切割后的应变来反推原始应力。应力场分析1数据收集收集地质、地形和工程条件等相关数据。2模型建立建立反映实际情况的地质力学模型。3计算分析使用有限元等数值方法进行应力场计算。4结果评估分析计算结果，评估工程影响和风险。应力-应变关系弹性阶段应力与应变呈线性关系，遵循胡克定律。屈服阶段应力增加，应变增长加快，开始出现永久变形。塑性阶段应变迅速增加，岩石内部结构发生改变。破坏阶段应力达到极限值，岩石发生破坏。稳定性分析1安全系数法2极限平衡法3数值模拟法4概率统计法岩石工程稳定性分析常用方法包括安全系数法、极限平衡法、数值模拟法和概率统计法等。支护设计理论围岩分级根据岩石质量评价系统对围岩进行分级。支护选型根据围岩级别选择适当的支护类型和参数。受力分析分析支护结构的受力情况和变形特征。优化设计通过数值分析和现场监测优化支护方案。开挖工程分析开挖方法包括钻爆法、机械开挖和新奥法等，根据岩石特性选择。应力重分布分析开挖引起的围岩应力重分布，预测变形和破坏。稳定控制采取支护、锚固等措施确保开挖过程和后期稳定性。注浆加固理论1浆液配制2注浆工艺3扩散机理4加固效果注浆加固是提高岩体强度和整体性的重要方法，涉及浆液配制、注浆工艺、扩散机理和加固效果评估等方面。爆破施工分析炸药选择根据岩石特性和环境要求选择合适的炸药。钻孔布置设计最优的钻孔参数和布置方案。起爆顺序确定合理的起爆顺序，控制爆破效果。震动控制分析和控制爆破引起的地震效应。岩体勘查与评价1地质调查收集区域地质资料，进行现场地质调查。2钻探取芯进行钻探取芯，获取岩石样品和地质信息。3物探测试利用地球物理方法探测岩体结构和性质。4室内试验对岩石样品进行各种力学性质试验。工程案例分析三峡工程分析大坝基础岩体稳定性和渗流控制。港珠澳大桥研究海底隧道段岩土工程问题。青藏铁路探讨高原冻土地区岩石工程特殊性。开采工艺选择露天开采适用于浅层矿床，考虑边坡稳定性和台阶参数设计。地下开采适用于深层矿床，重点分析顶板稳定性和支护设计。溶浸开采适用于特定矿种，分析岩体渗透性和环境影响。海底开采新兴领域，研究海底岩石力学特性和开采技术。基坑及边坡设计稳定性分析评估基坑和边坡的整体稳定性，计算安全系数。支护方案设计锚杆、抗滑桩等支护结构，确保施工安全。监测系统布置位移、应力等监测设备，实时掌握工程状态。地下洞室设计1形状优化设计合理的洞室断面形状，减少应力集中。2围岩分级评估围岩质量，确定支护参数。3支护设计采用锚杆、喷射混凝土等支护措施。4监测方案制定长期监测计划，保障洞室安全。软弱围岩处理注浆加固通过注浆提高软弱岩体的强度和整体性。冻结法利用人工冻结技术暂时增强软弱岩体强度。疏干降水降低地下水位，改善软弱岩体工程性质。加强支护采用更强支护措施，如管棚、超前小导管等。岩土结构破坏1破坏模式2诱发因素3预警机制4防治措施分析岩土结构破坏的模式、诱发因素，建立预警机制，并制定有效的防治措施是岩石工程中的重要内容。地应力测试技术水压破裂法通过高压水压裂岩石，测量地应力大小和方向。应变释放法测量岩芯回收后的应变，反推原地应力状态。声发射法分析岩石