岩体力学-第一章 岩石的力学特性.PPT.
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精品课程《岩石力学》ppt课件(全)
具体而言，研究岩石在荷载作用下的应力、变形和破坏 规律以及工程稳定性等问题。
上述定义是把“岩石”看成固体力学中的一种材料，然而
岩石材料不同于一般的人工制造的固体材料，它是
一种典型的“连续介质”，具有复杂的地质构造和赋
存条件的天然地质体。
.
11
三、岩石力学理论的发展简史
1. 初始阶段(19世纪末~20世纪初)
.
8
（2）60年代初意大利Vajont大坝水库高边坡的崩溃 意大利Vajont拱坝，坝高262m，
于1959年建成，是当时世界上 最高的拱坝。1963年10月9日 夜，由于大坝上游山体突然滑 坡，约2.5亿立方的山体瞬时涌 入水库，涌浪摧毁上游及下游 一个小镇与邻近几个村庄，造 成约2500人死亡，整个灾害的 持续时间仅仅5分钟。
.
3
一、引言
1. 人类活动与岩石工程（Rock Engineering）
岩石圈是人类赖以生存的主要载体，人类的大部分活动都 是在岩石圈上进行的：
远古
约4700年前 公元1600年
19世纪
石器，穴居 金字塔（146.5m) 火药采矿 铁路隧道技术
20世纪 大型水电工程
岩基、边坡，地下 洞室，隧道工程等
普罗托吉雅柯诺夫提出的自然平衡拱学说，即普氏理论．
围岩开挖后自然塌落成抛物线拱形，作用在支架上的压力等于 冒落拱内岩石的重量，仅是上覆岩石重量的一部分．
太沙基(K．Terzahi)理论 围岩塌落成矩形，而不是抛物线型．
优点与缺点
上述理论在一定历史时期和一定条件下还是发挥了一定作用的， 但是围岩的塌落并不是形成围岩压力的惟一来源，也不是所有 的地下空间都存在塌落拱．围岩和支护之间并不完全是荷载和 结构的关系问题，在很多情况下围岩和支护形成一个共同承载 系统，而且维持岩石工程的稳定最根本的还是要发挥围岩的作 用．
岩体力学-第一章 岩石的力学特性.PPT
第一章 岩石的力学特性
本章内容：
岩石的应力－应变关系(静力学瞬时和长期荷载荷载作用下); 岩石弹性参数确定;岩石的本构关系;岩石的破坏准则; 以及介绍影响岩石力学性质因素，常见岩石试验方法。
本章重点与难点：强度与变形特征 １.１ 静力学特性 １.２ 流变特性 １.３ 影响岩石力学性质的因素 １.４ 破坏判据
c c1 0.778 0.222 h
d
1
2
2.5
3
h/d
13
点荷载强度指标(point load strength index)：
P D2 c ——为h/d为2的试件单轴抗压强度
c 24 I s I s
I s ——点荷载强度指标，
普通材料试验机： 柔性试验机； 刚度较小； 不能控制荷载和变形； 只能做出岩石受力在达 到极限强度以前的变形 特征。
类型Ⅰ弹性的
类型Ⅱ 弹塑性的
类型Ⅲ 塑弹性的
类型Ⅳ 塑－弹－塑性的
类型Ⅴ 塑－弹－塑的
类型Ⅵ 弹－塑－蠕变的
4
类型Ⅰ：直线型； 包括玄武岩，石英岩，辉绿岩，白云岩和非常坚硬的石灰岩 类型Ⅱ：直线＋弯曲下降； 石灰岩，粉砂岩，凝灰岩等致密但岩性较软的岩石 类型Ⅲ：下凹＋直线 ； 花岗岩和砂岩等具有孔隙和微裂隙坚硬岩石 类型Ⅳ：Ｓ型直线陡且长，曲线较短 坚硬致密的变质岩，如大理岩，片麻岩等 类型Ⅴ：Ｓ型直线平且短，曲线长； 压缩性较高的岩石，片岩在垂直片理方向受压 类型Ⅵ：直线＋弯曲； 盐岩
2P d2 d 2a
0.8 0.7 0.6 0.5
抛物线型压力分布 均匀压力分布 常位移条件压力分布 光弹试验
t
2P dh
P t 0.3 0.2 A
本章内容：
岩石的应力－应变关系(静力学瞬时和长期荷载荷载作用下); 岩石弹性参数确定;岩石的本构关系;岩石的破坏准则; 以及介绍影响岩石力学性质因素，常见岩石试验方法。
本章重点与难点：强度与变形特征 １.１ 静力学特性 １.２ 流变特性 １.３ 影响岩石力学性质的因素 １.４ 破坏判据
c c1 0.778 0.222 h
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点荷载强度指标(point load strength index)：
P D2 c ——为h/d为2的试件单轴抗压强度
c 24 I s I s
I s ——点荷载强度指标，
普通材料试验机： 柔性试验机； 刚度较小； 不能控制荷载和变形； 只能做出岩石受力在达 到极限强度以前的变形 特征。
类型Ⅰ弹性的
类型Ⅱ 弹塑性的
类型Ⅲ 塑弹性的
类型Ⅳ 塑－弹－塑性的
类型Ⅴ 塑－弹－塑的
类型Ⅵ 弹－塑－蠕变的
4
类型Ⅰ：直线型； 包括玄武岩，石英岩，辉绿岩，白云岩和非常坚硬的石灰岩 类型Ⅱ：直线＋弯曲下降； 石灰岩，粉砂岩，凝灰岩等致密但岩性较软的岩石 类型Ⅲ：下凹＋直线 ； 花岗岩和砂岩等具有孔隙和微裂隙坚硬岩石 类型Ⅳ：Ｓ型直线陡且长，曲线较短 坚硬致密的变质岩，如大理岩，片麻岩等 类型Ⅴ：Ｓ型直线平且短，曲线长； 压缩性较高的岩石，片岩在垂直片理方向受压 类型Ⅵ：直线＋弯曲； 盐岩
2P d2 d 2a
0.8 0.7 0.6 0.5
抛物线型压力分布 均匀压力分布 常位移条件压力分布 光弹试验
t
2P dh
P t 0.3 0.2 A
《高等岩石力学》课件
用于模拟岩石在三轴压力下的力学行为，包括应力应变关系、破裂模式等。
岩石声波测试仪
用于测量岩石的声波速度，评估岩石的完整性、孔隙 度和弹性参数。
岩石CT扫描仪
通过X射线扫描岩石，获取岩石内部的结构和孔隙分 布信息。
岩石力学实验方法
直接拉伸试验
测量岩石在拉伸载荷下 的应力-应变关系，了解 岩石的抗拉强度和变形 特性。
《高等岩石力学》ppt课件
目 录
• 岩石力学基础 • 岩石力学性质 • 岩石力学实验 • 岩石工程稳定性分析 • 岩石工程防护与加固 • 高等岩石力学应用案例
01
岩石力学基础
岩石力学定义
总结词：基本概念
详细描述：岩石力学是一门研究岩石在各种外力作用下的变形、破裂、破坏和流 动等行为的科学。它涉及到岩石的物理性质、力学行为和地质环境等多个方面。
单轴压缩试验
测量岩石在单轴压缩下 的应力-应变关系，了解 岩石的抗压强度和变形 特性。
三轴压缩试验
模拟岩石在实际地质环 境中的受力状态，测量 岩石在三轴压力下的应 力-应变关系。
岩石力学实验结果分析
强度分析
根据实验结果，分析岩石的抗压、抗拉和抗剪 强度，评估岩石的稳定性。
变形特性分析
分析岩石的应力-应变曲线，了解岩石的弹性、 塑性 Nhomakorabea破裂特性。
地下水监测
通过监测地下水的变化情况，评估地下水对岩体的影响和破坏程 度。
06
高等岩石力学应用案 例
岩石工程设计案例
总结词 详细描述 详细描述 详细描述
通过实际案例分析，展示高等岩石力学在岩石工程设计中的应 用。
介绍某大型水电站岩石高边坡设计，如何运用高等岩石力学的 理论和方法，对边坡稳定性进行评估，并设计出合理的支护结
岩石声波测试仪
用于测量岩石的声波速度，评估岩石的完整性、孔隙 度和弹性参数。
岩石CT扫描仪
通过X射线扫描岩石，获取岩石内部的结构和孔隙分 布信息。
岩石力学实验方法
直接拉伸试验
测量岩石在拉伸载荷下 的应力-应变关系，了解 岩石的抗拉强度和变形 特性。
《高等岩石力学》ppt课件
目 录
• 岩石力学基础 • 岩石力学性质 • 岩石力学实验 • 岩石工程稳定性分析 • 岩石工程防护与加固 • 高等岩石力学应用案例
01
岩石力学基础
岩石力学定义
总结词：基本概念
详细描述：岩石力学是一门研究岩石在各种外力作用下的变形、破裂、破坏和流 动等行为的科学。它涉及到岩石的物理性质、力学行为和地质环境等多个方面。
单轴压缩试验
测量岩石在单轴压缩下 的应力-应变关系，了解 岩石的抗压强度和变形 特性。
三轴压缩试验
模拟岩石在实际地质环 境中的受力状态，测量 岩石在三轴压力下的应 力-应变关系。
岩石力学实验结果分析
强度分析
根据实验结果，分析岩石的抗压、抗拉和抗剪 强度，评估岩石的稳定性。
变形特性分析
分析岩石的应力-应变曲线，了解岩石的弹性、 塑性 Nhomakorabea破裂特性。
地下水监测
通过监测地下水的变化情况，评估地下水对岩体的影响和破坏程 度。
06
高等岩石力学应用案 例
岩石工程设计案例
总结词 详细描述 详细描述 详细描述
通过实际案例分析，展示高等岩石力学在岩石工程设计中的应 用。
介绍某大型水电站岩石高边坡设计，如何运用高等岩石力学的 理论和方法，对边坡稳定性进行评估，并设计出合理的支护结
岩石力学与工程岩体力学性质
岩石力学与工程岩体力学性质
2021/3/6
8
四、结构面对岩体强度的影响
结构面是通过结构面的产状、形态、延展尺度 等几何特征参数和密集度与充填物等状态，来 描述对岩体强度和工程稳定性影响的。
1.结构面的产状对岩体是否沿某一结构面滑动 起控制作用。
2.结构面形态决定结构面抗滑力的大小，当结 构面的粗糙度越高，其抗滑力就越大。
3.结构面的延展尺度在工程岩体范围内，延展 尺度大的结构面程岩体力学性质
2021/3/6
9
三、岩体破碎程度的指标(补充)
1.裂隙度
（1）定义 裂隙度K是指沿着取样线方向，单位长度上节理 的数量。
（2）计算
1）设某节理取样线长度为L，沿L内出现节理的数 量为n，则 Kn L
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岩石力学与工程岩体力学性质
划分依据 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构特征已消失 原生岩体结构特征已消失
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2）沿取样方向节理的平均间距d为
d 1 L Kn
岩石力学与工程岩体力学性质
2021/3/6
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2.切割度
（1）切割度
是指岩体被节理割裂、分离的程度。
（2）计算
1）仅含一个节理面的平直断面，节理面面积 a，平
直断面面积A，其切割度 X e 为
Xe
a A
2）当岩体被完全切割时，Xe 1 ；未被切割时，
级 序 结构类型
划分依据
Ⅰ Ⅰ1 块裂结构 多数软弱结构面切割，块 状结构体
Ⅰ2 板裂结构 一组软弱结构面切割，板 状结构体
岩石力学-全部课件
22
1.5 岩石和岩体的基本概念
1.绪论
岩石和岩体是岩石力学的直接研究对象，因此学习和研究岩石
力学，首先要建立岩石（或岩块）和岩体的基本概念。
几个基本概念
●岩石（Rock）：矿物、岩屑的集合体。 ●结构面（Structural
Plane）： 指地质历史发展过程中，在岩体内形成的 具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。 ●岩块（Rock block 或 Rock）：指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩 体的最小岩石单元体。 ●岩体（Rockmass）：指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组 成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环 境中的地质体。 ●岩体结构（Rockmass Structure）：指岩体中结构面与结构体的排列组合 关系。其包括两个基本要素，即结构面和结构体。
沉积岩
1.绪论
沉积岩是由母岩（岩浆岩、变质岩或早已形成的沉积岩）在地表
经风化剥蚀而产生的物质，通过搬运、沉积和固结作用而形成的 岩石。
●颗粒包括各种不同形状和大小的岩屑及不同矿物。 ●胶结物常见的有钙质、硅质、铁质、泥质等。
沉积岩由颗粒和胶结物组成，各有不同的成分。
沉积岩的物理力学性质不仅与颗粒有关，还与胶结物有很大
23
1.5.1岩石和岩体
1.绪论 岩石
岩石是组成地壳的基本物质，它是由矿物或岩屑在
地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体。
岩石可由单种矿物组成。 ●如：纯洁的大理石由方解石组成。 多数的岩石则是由两种以上的矿物组成。 ●如：花岗岩主要由石英、长石、云母三种矿物组成。 按照成因，岩石可分为三大类：岩浆岩、沉积岩和
14
1.4 岩石力学发展简况
1.5 岩石和岩体的基本概念
1.绪论
岩石和岩体是岩石力学的直接研究对象，因此学习和研究岩石
力学，首先要建立岩石（或岩块）和岩体的基本概念。
几个基本概念
●岩石（Rock）：矿物、岩屑的集合体。 ●结构面（Structural
Plane）： 指地质历史发展过程中，在岩体内形成的 具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。 ●岩块（Rock block 或 Rock）：指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩 体的最小岩石单元体。 ●岩体（Rockmass）：指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组 成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环 境中的地质体。 ●岩体结构（Rockmass Structure）：指岩体中结构面与结构体的排列组合 关系。其包括两个基本要素，即结构面和结构体。
沉积岩
1.绪论
沉积岩是由母岩（岩浆岩、变质岩或早已形成的沉积岩）在地表
经风化剥蚀而产生的物质，通过搬运、沉积和固结作用而形成的 岩石。
●颗粒包括各种不同形状和大小的岩屑及不同矿物。 ●胶结物常见的有钙质、硅质、铁质、泥质等。
沉积岩由颗粒和胶结物组成，各有不同的成分。
沉积岩的物理力学性质不仅与颗粒有关，还与胶结物有很大
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1.5.1岩石和岩体
1.绪论 岩石
岩石是组成地壳的基本物质，它是由矿物或岩屑在
地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体。
岩石可由单种矿物组成。 ●如：纯洁的大理石由方解石组成。 多数的岩石则是由两种以上的矿物组成。 ●如：花岗岩主要由石英、长石、云母三种矿物组成。 按照成因，岩石可分为三大类：岩浆岩、沉积岩和
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1.4 岩石力学发展简况
岩体力学-岩体的力学特性.PPT
Xe变化在0－1之间变化； Xe值愈大说明结构面的连续 性愈好； 当Xe=1时，结构面完全贯通。 当Xe=0时，岩体完整。
9
迹长：在岩体中沿结构面延展 迹线的长度。
岩体按切割度Xe的分类表 用结构面的迹长来描述和评 价结构面的连续性，并制订 了相应的分级标准 名称 切割度Xe
国际岩石力学学会(ISRM，1978)建议
III 级
IV 级
划分II类岩体结构 的基本依据 是岩体力学性质和 结构效应基础 坚硬结构面 破坏岩体的完整性， 与其他结构面形成 不同类型边坡破坏 方式。 16
结构面分级-4
级序 分级依据 地质类型 力学属性 影响岩体稳定性
分布随机，降低岩 块强度，是岩块力 学性质效应基础。 硬性结构面 若十分密集，又因 风化，形成松散介 质。
1.结构体的相对大小 2.结构体的块度 3.结构体的形状 板状结构体，柱状结构体，锥状结构体
19
2.2 岩体静力学特性：
包括剪切变形和抗剪强度，以及法向变形;以剪切试验为研 究手段。 不连续面在剪切试验，包括室内剪切试验和现场剪切试验， 试验装置和简图 填充物对结构面抗剪强度的影响 1 夹层厚度：随着厚度的增加迅速降低，与法向应力的 大小有关 2 矿物颗粒：随着颗粒直径增大而增大，超过30mm，变 化不大 3 含水量：含水量增大导致抗剪强度大幅度降低
K=n/L ， d’ =1/K=L/n 线密度Kd：若取样线垂直结构面，则裂隙度被称为线密度。 间距d：同一组结构面法线方向上结构面平均距离。 Kd=n/L ， d =1/Kd=L/n
11
多组结构面裂隙度K的计算： Ka=1/max =cosξa/da Kb=1/mbx =ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱosξb/db · · · · · · ， Kn=1/mnx =cosξn/dn K=Ka+Kb+· · · +Kn
1岩石力学-岩石物理力学性质
d
s
A h
式中，γd为岩石的干密度（g／cm3）；gs为被测岩样在 105℃一110℃的温度下烘干24 小时的质量（g）；A为被测 岩样的平均断面积（cm2）；h为被测岩样平均高度（cm）。
38
一、岩石的质量指标 岩石密度测定方法二：水中称重法 首先称量不规则岩样的质量（gs），再浸入水 中称其质量（gw） ，根据阿基米德原理计算出 不规则岩样的体积（V），即可计算出岩样密 度（γ）。 遇水崩解、溶解和干缩湿胀的岩石不能用此 法测其密度。
岩石力学
胶 结 连 结
二、岩石的常见结构类型
岩石中的微结构面，是指存在于矿物颗粒内 部或矿物颗粒及矿物集合体之间微小的弱面及 空隙。包括矿物的解理、晶格缺陷、晶粒边界、 粒间空隙、微裂隙等。 岩石中的微结构面一般是很小的，通常需在 显微镜下观察才能见到，但它们对岩石工程性 质的影响却是相当大的。 有些专家认为缺陷是影响岩石力学性质的决 定性因素。
岩石力学
岩 浆 岩
三、岩石的地质成因分类
沉积岩是由风化剥蚀作用或火山作用形成的物 质，在原地或被外力搬运，在适当条件下沉积下 来，经胶结和成岩作用而形成的，其矿物成分主 要是粘土矿物、碳酸盐和残余的石英长石等。
沉 积 岩
岩石力学
三、岩石的地质成因分类
岩石力学
三、岩石的地质成因分类
沉积岩具有层理构造，岩性 一般具有明显的各向异性。 沉 积 岩
变 质 岩
岩石力学
三、岩石的地质成因分类
3、区域变质岩 这类变质岩分布范围较广，岩石厚度较大， 变质程度较为均一，最常见的有片麻岩、片岩、 千枚岩、板岩、石英岩和大理岩，混合岩是介 于片麻岩与岩浆岩之间的一种岩石。
变 质 岩
岩石力学
岩石力学ppt课件
浅成岩中细晶质和隐晶质结构的岩石透水性小、抗风化性能较深成岩强，但斑状结构岩石 的透水性和力学强度变化较大，特别是脉岩类，岩体小。
喷出岩常具有气孔构造、流纹构造和原生裂隙，透水性较大。此外，喷出岩多呈岩流状产 出，岩体厚度小，岩相变化大，对地基的均一性和整体稳定性影响较大。
4
第二章 岩石的物理性质及工程分类
所以：
x y xy z yz
xz zx yx zy
中，实际上独立的应力分量只有6个。
11
第4章 岩石的本构关系和强度准则
应力平衡微分方程
根据微分单元体x方向平衡，∑Fx=0，则
12
第4章 岩石的本构关系和强度准则
4.2 应变及应变状态分析 应变的概念 由于载荷作用或者温度变化等外界因素等影响，物体内各点在空间的位置将发 生变化，即产生位移。
岩石力学基础 复习指导
课程主要内容
31
岩石的结构和组织
2
岩石的物理性质及工程分类
3
岩石的力学性质
4
本构关系和强度准则
35
岩石的蠕变
6
地应力测量及计算
37
测井解释及井壁稳定
1
第1章 岩石的结构和组织特点
▪ 岩石的结构和分类 ▪ 岩石的微观结构 ▪ 岩石的宏观结构
成岩旋回图
2
第二章 岩石的物理性质及工程分类
2）沉积岩的性质 碎屑岩的工程地质性质一般较好，但其胶结物的成分和胶结类型影响显著。此外，碎
屑的成分、粒度、级配对工程性质也有一定的影响。 粘土岩和页岩的性质相近，抗压强度和抗剪强度低，受力后变形量大，浸水后易软化
和泥化。若含蒙脱石成分，还具有较大的膨胀性。这两种岩石对水工建筑物地基和建筑场 地边坡的稳定都极为不利，但其透水性小，可作为隔水层和防渗层。
喷出岩常具有气孔构造、流纹构造和原生裂隙，透水性较大。此外，喷出岩多呈岩流状产 出，岩体厚度小，岩相变化大，对地基的均一性和整体稳定性影响较大。
4
第二章 岩石的物理性质及工程分类
所以：
x y xy z yz
xz zx yx zy
中，实际上独立的应力分量只有6个。
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第4章 岩石的本构关系和强度准则
应力平衡微分方程
根据微分单元体x方向平衡，∑Fx=0，则
12
第4章 岩石的本构关系和强度准则
4.2 应变及应变状态分析 应变的概念 由于载荷作用或者温度变化等外界因素等影响，物体内各点在空间的位置将发 生变化，即产生位移。
岩石力学基础 复习指导
课程主要内容
31
岩石的结构和组织
2
岩石的物理性质及工程分类
3
岩石的力学性质
4
本构关系和强度准则
35
岩石的蠕变
6
地应力测量及计算
37
测井解释及井壁稳定
1
第1章 岩石的结构和组织特点
▪ 岩石的结构和分类 ▪ 岩石的微观结构 ▪ 岩石的宏观结构
成岩旋回图
2
第二章 岩石的物理性质及工程分类
2）沉积岩的性质 碎屑岩的工程地质性质一般较好，但其胶结物的成分和胶结类型影响显著。此外，碎
屑的成分、粒度、级配对工程性质也有一定的影响。 粘土岩和页岩的性质相近，抗压强度和抗剪强度低，受力后变形量大，浸水后易软化
和泥化。若含蒙脱石成分，还具有较大的膨胀性。这两种岩石对水工建筑物地基和建筑场 地边坡的稳定都极为不利，但其透水性小，可作为隔水层和防渗层。
岩石力学与工程_2版(蔡美峰主编)PPT模板
03
5.3边界元法
04
5.4有限差分法
05
5.5离散单元法
06
5.6位移反分析 法
单击此处添加标题
单击此处添加文本具体内 容，简明扼要的阐述您的 观点。根据需要可酌情增 减文字，以便观者准确的 理解您传达的思想。
第5章岩石力学数 值分析方法
习题与思考题 参考文献
10
第6章岩石地下工程
第6章岩石地下工程
03
7.3边坡稳 定性分析
06
参考文献
12
第8章岩石地基工程
第8章岩石地 基工程
8.1概述
习题与思
01
考 题 06
8.2地基承 载力的确 02 定
8 . 5 水 工 05 构筑物的 岩石地基
04
8.4岩石路 基
03 8 . 3 建 筑 物岩石地 基
第8章岩 石地基工 程
参考文献
13
第9章岩石力学研究新进展
性
04
2.4结构面 的力学性质
2.3岩体
03
结构面及 其充填特
征
第2章岩体力学性 质
2.7岩体的水力学性质 2.8岩石质量评价及其分类 习题与思考题 参考文献
07
第3章地应力及其测量
第3章地应力及其 测量
3.1概论 3.2直接测量法 3.3间接测量法 习题与思考题 参考文献
08
第4章岩石本构关系与强度理论
6.1概述 6.3围岩压力与控制 6.5软岩工程
6.2岩石地下工程围岩 应力解析法分析
6.4岩石地下工程的监 测
习题与思考题
第6章岩 石地下工 程
参考文献
11
第7章岩石边坡工程
第7章岩石边坡工程
岩体力学性质
yx xy
1 3 1 3 cos 2 2 2 1 3 sin 2 2 2 ( 1 3 ) 2 ( 1 3 ) 2 2 2
10
•强度、刚度 岩 块 的 变 形 与 强 度 性 质 •变形弹性变形、塑性变形弹性、塑性 •破坏脆性破坏、塑性破坏脆性、塑性 •粘性 、延性
白云岩
80~250
灰岩
20~200
35
5.影响因素 （1）岩石自身的性质（ 矿物组成 、 粒间连接、 岩性、 结构特征 、颗粒大小及形状、风化程度 、微结构面） （2）实验条件 试件形状、尺寸及加工精度 断面形状：强度:圆形>六多边形>四边形>三边形试件 尺寸效应：尺寸越大，岩块强度越低。 试件的高径比h/D增大，岩块强度降低。 c 加工精度： c1 加荷速率 强度常随加荷速率增大而增高 温度、湿度 含水量越高,强度越低;温度越高，强度越低。
应力、应变 应力状态、摩尔应力圆
任 意 状 态 z y zy yz z y zx xz x x
σ x τ xy τ xz τ yx σ y τ yz τ τ σ zx zy z
主 应 力 状 态
σ 1 0 0 0 σ 0 2 0 0 σ 3
C 峰值 前变 形阶 段 峰 值 后 变 形 阶 D 段
•微裂隙稳定发展阶段(BC) d C点:屈服强度
•非稳定发展阶段(CD) D点:峰值强度
V
B
A
L
E
•破坏后阶段(DE) 全过程曲线前过程曲线
(-)
o
(+)
13
岩 块 的 变 形 与 强 度 性 质
14
岩石力学教案PPT课件
岩石的应力-应变关系
应力
指作用在岩石上的外力，包括压、 拉、剪等。
应变
指岩石在应力作用下发生的形变。
应力-应变曲线
描述岩石在受力过程中应力与应变 的关系曲线，通常呈现非线性的特 点。
岩石的破裂机制与强度准则
破裂机制
描述岩石在受力过程中如何达到破坏 状态的过程。
强度准则
用于预测岩石在不同应力状态下是否 会发生破坏的准则，如莫尔圆准则等 。
岩土体加固、滑坡治理等。
岩石力学的发展历程
19世纪初
20世纪80年代以来
岩石力学作为一门独立的学科开始形 成，最初的研究主要集中在岩石的强 度和变形特性方面。
数值计算和计算机技术的快速发展为岩 石力学提供了新的研究手段，推动了岩 石力学在理论和应用方面的深入研究。
20世纪50年代
随着工程建设的快速发展，岩石力学的 研究范围不断扩大，开始涉及到岩体的 稳定性分析、岩土工程设计等方面。
总结词
介绍岩石的变形和弹性模量，以及它们 对岩石力学性质的影响。
VS
详细描述
岩石的变形是指在外力作用下岩石发生的 形状变化，而弹性模量则表示岩石在受到 外力作用时抵抗变形的能力。变形和弹性 模量是衡量岩石力学性质的重要参数。一 般来说，变形较小、弹性模量较大的岩石 具有更好的承载能力和稳定性。
03 岩石的力学性质
岩石的强度准则是指岩石在 不同受力状态下的破坏准则 ，如库仑-纳维准则、莫尔库仑准则等。
能量守恒定律是自然界的基 本定律之一，它指出能量不 能凭空产生也不能凭空消失 ，只能从一种形式转化为另 一种形式。在岩石力学中， 能量守恒定律可以用来分析 岩石的破裂和变形过程。
05 岩石力学实验与案例分析
《岩石力学教案》课件
《岩石力学教案》PPT课件第一章：岩石力学概述1.1 岩石力学的定义岩石力学的定义和研究对象岩石力学的应用领域1.2 岩石的物理和力学性质岩石的物理性质岩石的力学性质1.3 岩石力学的研究方法实验研究理论分析和数值模拟第二章：岩石的力学行为2.1 岩石的弹性行为弹性模量和泊松比弹性应变和应力2.2 岩石的塑性行为塑性应变和应力岩石的屈服和破坏2.3 岩石的断裂行为断裂韧性和断裂强度断裂准则第三章：岩石的变形和强度3.1 岩石的变形线应变和切应变弹性变形和塑性变形3.2 岩石的强度压缩强度和拉伸强度剪切强度和抗弯强度3.3 岩石的流变行为粘弹性理论和流变模型岩石的长期强度和蠕变特性第四章：岩石力学实验4.1 岩石力学实验方法实验设备和原理实验步骤和数据采集4.2 岩石力学实验案例压缩实验剪切实验弯曲实验4.3 实验结果分析和讨论实验数据的处理和分析实验结果的可靠性和精度第五章：岩石力学在工程中的应用5.1 岩石工程中的岩石力学问题岩体支护和加固设计5.2 岩土工程中的岩石力学应用岩土工程的稳定性分析岩土工程的支护和加固技术5.3 采矿工程中的岩石力学应用矿山压力和岩层控制矿山支护和通风技术第六章：岩石力学数值模拟6.1 数值模拟方法概述有限元方法离散元方法有限差分方法6.2 岩石力学数值模型连续介质模型离散介质模型6.3 数值模拟案例分析岩体稳定性分析岩石破裂过程模拟第七章：岩石力学在地质工程中的应用7.1 地质工程中的岩石力学问题地质灾害防治7.2 地质工程中的岩石力学应用隧道工程基坑工程7.3 地球物理勘探中的岩石力学地震勘探地球物理测井第八章：岩石力学在土木工程中的应用8.1 土木工程中的岩石力学问题大坝和水库岩体稳定性道路和桥梁基础稳定性8.2 土木工程中的岩石力学应用岩体支护和加固岩体锚固技术8.3 地质灾害防治中的岩石力学滑坡防治岩体崩塌防治第九章：岩石力学在采矿工程中的应用9.1 采矿工程中的岩石力学问题矿山压力和岩层控制矿山支护和通风技术9.2 采矿工程中的岩石力学应用地下开采技术露天开采技术9.3 矿山安全与环境保护矿山安全评价矿山环境保护措施第十章：岩石力学的未来发展趋势10.1 岩石力学研究的新理论连续介质力学的发展非连续介质力学的研究10.2 岩石力学研究的新技术先进的测试技术数字图像分析技术10.3 岩石力学在可持续发展中的作用绿色岩石力学可持续岩石工程设计重点和难点解析重点环节1：岩石的物理和力学性质岩石的物理性质包括密度、孔隙度、渗透率等，这些性质对岩石的力学行为有重要影响。
北京交通大学高等岩石力学1 岩石与岩体的力学特性
(2) 第二种类型称为非稳定破裂型（第Ⅱ类岩石）
第Ⅰ类岩石
第Ⅱ类岩石
大理岩
花岗岩
(c)
凝灰岩
(d)
绿色凝灰岩
日本河津凝灰岩
日本秋芳大理岩
日本稻田花岗岩
秋芳大理岩
稻田花岗岩 河津凝灰岩
葛修润等人(1994)对此峰后曲线提出了不同的看 法，认为所谓的Ⅱ型曲线只不过是人为控制造成的， 实际上并不存在。
圆锥形破坏
柱状劈裂破坏
圆锥形破坏试件内应 力状态
【思考】：如果一个试件上
面软下面硬，在单轴压缩下
会出现什么样破坏。
软
硬
6 岩石的变形参数的确定 岩石的变形参数主要是弹性模量和泊松比。 若岩石为线弹性材料（满足虎克定律） 弹性模量
泊松比
岩石弹性模量的三种计算方法 （1）切线模量
0
（2）割线模量
2 测试内容
1. 轴向荷载；
2. 轴向变形； 符号规定： 3. 径向变形； 压 、缩—— ＋ 4. 轴向应变 ； 拉 、胀—— － 5. 径向应变 。
3 试验数据整理
——试件的轴向应力； P——试件的轴向荷载； D, H——试件的直径和高度。
P
x z
y
体积应变：
P
根据以上的试验测量结果，可以绘制岩石的轴 向应力——轴向应变关系曲线、轴向应力——径向 应变关系曲线、轴向应变——横向应变关系曲线以 及轴向应力——体积应变的关系曲线等 。
通常把岩石由脆性转化为延性的临界围压称为 转化压力。
7） 三轴压缩下的破坏特点
8） 三轴压缩实验资料整理
三轴压缩试验的最主要目的就是确定岩石的强度准 则，通常将同一批试件（5～7块）在不同围压下达到破 坏时的极限莫尔圆绘制在同一坐标系下，然后再绘出这 些莫尔圆的外包络线，即岩石的强度曲线。
第Ⅰ类岩石
第Ⅱ类岩石
大理岩
花岗岩
(c)
凝灰岩
(d)
绿色凝灰岩
日本河津凝灰岩
日本秋芳大理岩
日本稻田花岗岩
秋芳大理岩
稻田花岗岩 河津凝灰岩
葛修润等人(1994)对此峰后曲线提出了不同的看 法，认为所谓的Ⅱ型曲线只不过是人为控制造成的， 实际上并不存在。
圆锥形破坏
柱状劈裂破坏
圆锥形破坏试件内应 力状态
【思考】：如果一个试件上
面软下面硬，在单轴压缩下
会出现什么样破坏。
软
硬
6 岩石的变形参数的确定 岩石的变形参数主要是弹性模量和泊松比。 若岩石为线弹性材料（满足虎克定律） 弹性模量
泊松比
岩石弹性模量的三种计算方法 （1）切线模量
0
（2）割线模量
2 测试内容
1. 轴向荷载；
2. 轴向变形； 符号规定： 3. 径向变形； 压 、缩—— ＋ 4. 轴向应变 ； 拉 、胀—— － 5. 径向应变 。
3 试验数据整理
——试件的轴向应力； P——试件的轴向荷载； D, H——试件的直径和高度。
P
x z
y
体积应变：
P
根据以上的试验测量结果，可以绘制岩石的轴 向应力——轴向应变关系曲线、轴向应力——径向 应变关系曲线、轴向应变——横向应变关系曲线以 及轴向应力——体积应变的关系曲线等 。
通常把岩石由脆性转化为延性的临界围压称为 转化压力。
7） 三轴压缩下的破坏特点
8） 三轴压缩实验资料整理
三轴压缩试验的最主要目的就是确定岩石的强度准 则，通常将同一批试件（5～7块）在不同围压下达到破 坏时的极限莫尔圆绘制在同一坐标系下，然后再绘出这 些莫尔圆的外包络线，即岩石的强度曲线。
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DE段破坏后区
5. DE为试件破坏，微裂隙继续扩展，宏观破裂面 WAWER SIK研究宏观破坏后的形态，将其分为两类类型Ⅰ和类型Ⅱ １.类型Ⅰ：试件仍保留一定的强度，需要进一步做功，孔隙率大的 沉积岩和部分结晶岩； ２.类型Ⅱ：储存的弹性变形能足以使试件破坏，需要卸载，细粒结 晶岩石。
9
循环加载条件下全应力应变曲线
2
典型的低碳钢材应力－ 应变曲线（材料力学）
1.1 静力学特性
2.钢材单 轴压缩
3.脆性 材料(混 凝土、 铸铁)单 轴压缩
1.钢材单轴拉伸
3
1.1 静力学特性
1.1.1 岩石单轴压缩力学特性 (uniaxial compressive) 米勒用普通试验机做了28种岩石的单轴压缩试验，归给为以下六类
7
J
D
c
D C
Байду номын сангаасB
B
G I A E
E
F H K 全应力应变曲线
8
全应力应变曲线分为两大区段和5个阶段
(Complete Stress-Strain Curve)
OD段破坏前区
1.OA段上凹曲线，叫微裂隙压密段，A点为微裂隙严密极限； 2.AB段近于直线，弹性变形阶段，B点为弹性极限； 3.BC段微裂隙分枝和稳定发展阶段，C点为屈服极限； 4.CD段微裂隙不稳定扩展到破坏阶段，D为峰值强度
1
1.1 静力学特性
应力－应变的概念： N l 单轴应力和应变计算： ;
A l
1.弹性阶段Ob(Elastic range) A点称为比例极限(propertional limit )，b点称为弹性极限 (Elastic limit)。弹性极限表示材 料处于弹性变形状态范围内。 2.屈服阶段bc(Yield range) 屈服极限(Yield point)：屈服极 限表示材料进入塑性变形。 3.强化阶段cd(Hardening rang) 强度极限(Ultimate strength)： 强度极限表示材料抵抗 破坏的 能力。 4.颈缩阶段de(Necking range)
初始弹性模量(initial elastic modulus) Ei 泊松比(poisson's ratio)
泊松比是岩石单轴压缩条件下 横向应变和纵向应变比，其分 别取直线段的纵向应变和对应 横向应变。 由于结构构造的影响，岩石横 观各向同性。
c 2 c1 a 2 a1
普通材料试验机： 柔性试验机； 刚度较小； 不能控制荷载和变形； 只能做出岩石受力在达 到极限强度以前的变形 特征。
类型Ⅰ弹性的
类型Ⅱ 弹塑性的
类型Ⅲ 塑弹性的
类型Ⅳ 塑－弹－塑性的
类型Ⅴ 塑－弹－塑的
类型Ⅵ 弹－塑－蠕变的
4
类型Ⅰ：直线型； 包括玄武岩，石英岩，辉绿岩，白云岩和非常坚硬的石灰岩 类型Ⅱ：直线＋弯曲下降； 石灰岩，粉砂岩，凝灰岩等致密但岩性较软的岩石 类型Ⅲ：下凹＋直线 ； 花岗岩和砂岩等具有孔隙和微裂隙坚硬岩石 类型Ⅳ：Ｓ型直线陡且长，曲线较短 坚硬致密的变质岩，如大理岩，片麻岩等 类型Ⅴ：Ｓ型直线平且短，曲线长； 压缩性较高的岩石，片岩在垂直片理方向受压 类型Ⅵ：直线＋弯曲； 盐岩
第一章 岩石的力学特性
本章内容：
岩石的应力－应变关系(静力学瞬时和长期荷载荷载作用下); 岩石弹性参数确定;岩石的本构关系;岩石的破坏准则; 以及介绍影响岩石力学性质因素，常见岩石试验方法。
本章重点与难点：强度与变形特征 １.１ 静力学特性 １.２ 流变特性 １.３ 影响岩石力学性质的因素 １.４ 破坏判据
1. 弹性后效 (elastic after-effect):在加载或卸载时，应变不是瞬时达到其平
衡值，而是通过一种弛豫过程来完成其变化的。这种在弹性极限范围 内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象称为弹性后效或滞弹 性。 2.塑性滞环(plasticity hysteresis): 塑－弹性或塑－弹－塑性岩石，卸载曲线 和下一次加载曲线不重合，形成塑性滞环。随着循环次数增加，塑性 滞环面积越来越窄趋于消失。 3. 临界应力(critical stress): 当循环应力峰值超过某一数值时，岩石在某次 循环中发生破坏，该应力叫临界应力。
10
岩石弹性模量 泊松比
初始弹性模量反映岩石的微裂隙的多少； 切线弹性模量反映岩石的弹性变形特征； 割线弹性模量反映岩石的总体变形特征。
i i 1 切线弹性模量(tangent elastic modulus) Et 2 a 2 a1 j 割线弹性模量(secant elastic modulus) Es ; j c j 2
作业 P20 表中岩石应力-应变曲线类型？
5
刚性试验机或伺服控制试验机上的全应力－应变曲线
刚性试验机或 伺服控制试验机
刚度大； 能控制荷载和变形； 能反映岩石从受力开始 到静态破坏的全过程变 形特征
全应力－应变曲线作用 预测岩爆
液压伺服试验机 普通试验机
岩爆是在高地应力条件下,地下工程开挖工程中硬脆性围岩因开挖卸载导 致应力分异,从而使储存于岩体中的弹性应变能突然释放,产生爆裂、松脱、 剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害
预测蠕变破坏 预测循环加载条件下岩石破坏
6
普通试验机 刚性试验机
1. 刚度K是物体产生单位位移(总体变形)所需要的力(载荷)。 岩石试验机在其工作范围内总体的力学特性是弹性的，否则试验机不 能正常工作。 2. 试验机的刚度小于岩样的平均刚度，当岩样进入过过峰值强度后的 变形区，使岩样继续压缩所需要的载荷减小，试验机释放的能量超过 了使岩样继续变形所需要的能量，储存在试验机中弹性变形能突然释 放，对岩样产生冲击作用，导致岩石的突然破坏。无法得到岩样的应 力应变全过程曲线。反之，如果试验机的刚度更大，当岩样进入过峰 值强度后的变形区，岩样继续变形的过程中，试验机释放的弹性能小 于岩样继续压缩的变形能。试验机的载荷也小于岩样的载荷，必须外 界继续对试验系统作功，岩样才能继续压缩。刚度很大的试验机叫刚 性试验机 3. 现在有了更先进的伺服试验机能使试验机施于岩石的载荷与岩样强 度的衰减同步降低。