3 岩石动力学基础
岩石力学 d第三章 岩石变形特性及动力学基础
岩石达到应力峰值 （peak stress ）以后 的特征可分为两种类型：
一类称为稳定破裂 传播型，特点是：当载 荷超过岩石试件承载能力的峰值后，试件中所储存的应变 能，还不足以使破裂继续扩展 ；
Tutuncn和Sharma在室内对饱和低渗透砂岩进行三轴应 力下的动、静态同步测试得出：Ed大于Es，纯砂岩中Ed与 Es差别大，而泥质砂岩差别较小。粉砂岩和泥岩动静态弹 性模量的转换系数为0.68，白云岩质的粉砂岩为0.73，灰 岩和白云岩为0.79。
Tutuncn和Sharma综合各种岩性的实验数据后得到了包 括各种岩性的岩石的动静态弹性模量转换关系：
缩短 L ，直径增加 d ，则静态泊松比（ ）表
示为：
d d
L L
设有一个各向同性材料的方块体或圆柱体在单向受 压情况下沿轴向方向缩短，则沿径向方向变长，则其泊 松系数为：
radial axial
理想的不可压缩材料的泊松系数等于0.5，实际材料 的泊松系数小于0.5。
3.体积模量 一弹性体受到附加的静压力增量∆P的作用时会引起 体积应变Q，静压力增量与体积应变的比值为体积模量。
第三章 岩石的力学性质及其影响因素
第一节 岩石力学实验研究基础 第二节 围压对岩石力学性质的影响 第三节 温度对岩石力学性质的影响 第四节 孔隙、孔隙压力对岩石力学性质的影响 第五节 应变率对岩石力学性质的影响
第三章 岩石的力学性质及其影响因素
岩石力学性质主要是指岩石的变形(deformation ) 特征及岩石的强度(strength )。
（四）岩石的体积应变特性
V
V V
1 2 3
扩容现象： 岩石在压力下， 发生非线性体积膨胀。
(4) ＣＤ曲线 岩石试件在刚性压力机 作用下，应力应变曲线达到 C点，已有宏观破裂面形成， 但尚未完全破裂成几块，岩 石内部尚有部分联结，仍能承受一部分载荷，但其承载 能力越来越小。 从C点开始曲线逐渐下降。
《岩石动力学基础》课件
岩石的破裂机制
总结词
解释岩石破裂的机理和过程。
详细描述
岩石的破裂机制包括脆性断裂和韧性断裂两种类型，其破裂过程与岩石内部的微裂纹扩展、应力集中和能量释放 等密切相关。
岩石的动态特性
总结词
描述岩石在动态载荷下的力学行为。
2023
REPORTING
《岩石动力学基础》 ppt课件
2023
目录
• 岩石动力学概述 • 岩石的力学性质 • 岩石动力学的基本理论 • 岩石动力学的应用 • 岩石动力学的研究方法与技术 • 未来岩石动力学的研究方向与挑战
2023
PART 01
岩石动力学概述
REPORTING
定义与特点
定义
岩石动力学是一门研究岩石在应力作用下的变形、破裂和流动行为的科学。
总结词
深入研究岩石动力学的基本原理、本构关系、破坏准则等基础理论，为解决复杂岩石工程问题提供理 论支持。
详细描述
岩石动力学是一门研究岩石在应力、应变、温度等作用下的动态行为的学科。未来，需要进一步深化 对岩石动力学基本理论的研究，包括岩石的本构关系、破坏准则、能量耗散机制等方面的研究，以揭 示岩石动态行为的内在规律。
力学行为。
边界元法
利用边界元分析方法，对岩石结 构进行边界离散化，通过建立数 学模型和求解方程组，模拟岩石
的动力学行为。
离散元法
利用离散元分析方法，将岩石视 为离散颗粒的集合体，通过建立 颗粒间的相互作用模型和求解运 动方程，模拟岩石的动力学行为
。
理论分析方法
弹性力学理论
基于弹性力学的基本原理，建立岩石的应力-应变关系、弹性常 数等动力学参数，研究岩石的动态响应。
岩石力学基础教程 作者 侯公羽 第3章 岩石的基本力学性质
《岩石力学》
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3.1 岩石的强度性质
3.1.3 岩石的抗剪强度
岩块抵抗剪切破坏的最大剪应力，称为抗剪强度 (shear strength)。岩块的抗剪强度是由内聚力和内 摩擦阻力两部分组成的。当岩石某一截面上的剪应力 大于上述两者的和时，岩石沿该截面产生剪切破坏。 岩石抗剪强度可通过直剪试验和变角板剪切试
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《岩石力学》
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3.1 岩石的强度性质
3.1.2 岩石的抗拉强度
岩石试件在单向拉伸时能承受的最大拉应力，称 为单轴抗拉强度(uniaxial tensile strength)，简 称抗拉强度 具体测试方法为： 1．直接拉伸法 2．抗弯法 3．劈裂法(巴西法) 4．点荷载法
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《岩石力学》
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3.1 岩石的强度性质
岩石介质破坏时所能承受的极限应力称为岩石强 度。岩石的破坏形式如下： ① 拉伸破坏：图 3.1(a)为直接拉坏的情况；图 3.1(b) 为劈裂破坏； ② 剪切破坏：截面剪应力达到某一极限值时，岩石在 此截面被剪断，如图3.1(c)所示； ③ 塑性流动：岩石在剪应力作用下产生塑性变形，其 线应变达到10%时就算塑性破坏，如图3.1(d)所示
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《岩石力学》
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3.2 岩石的变形性质
3.2.1 岩石在单轴压缩状态下的应力-应变曲线
岩石的典型应力-应变全过程曲线
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《岩石力学》
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3.2 岩石的变形性质
3.2.2 反复加载与卸载条件下岩石的变形特性
对于弹塑性岩石，在反复多次加载与卸载循环时，所 得的应力-应变曲线具有以下特点： （1）卸载应力水平一定时，每次循环中的塑性应变增量逐 渐减小，加、卸载循环次数足够多后，塑性应变增量将趋于零 。因此，可以认为所经历的加、卸载循环次数愈多，岩石则愈 接近弹性变形，如下图所示。 （2）加卸载循环次数足够多时，卸载曲线与其后一次再加 载曲线之间所形成的滞回环的面积将愈变愈小，且愈靠拢而又 愈趋于平行，如下图所示。这表明加、卸载曲线的斜率愈接近 。 （3）如果多次反复加载、卸载循环，每次施加的最大荷载 比前一次循环的最大荷载要大，则可得所示的曲线。
《岩石力学》课件(完整版)-第三章岩石动力学基础
能量吸收是指岩石在冲 击或振动载荷作用下吸 收能量的能力，与岩石 的破碎和变形有关。
疲劳是指岩石在循环载 荷作用下发生损伤和破 坏的现象，对地下工程 和边坡工程的稳定性有 重要影响。
03
岩石动力学的基本理论
弹性力学基础
01
弹性力学基本概念
弹性力学是研究弹性物体在外力作用下的应力、应变和位移的学科。它
理论分析方法。这些方法可用于求解各种复杂弹性力学问题。
塑性力学基础
塑性力学基本概念
塑性力学是研究塑性物体在外力作用下的应力、应变和位移的学科。塑性物体在达到屈服 点后会发生不可逆的变形，其应力-应变关系不再满足胡克定律。
塑性力学的基本方程
包括屈服准则、流动法则、增量理论和边界条件等。这些方程描述了塑性物体内部的应力 、应变和位移之间的关系，以及物体与周围介质之间的相互作用。
有限元法是一种将连续介质离 散化为有限个小的单元体，并 对每个单元体进行力学分析的 方法。
有限元法是一种将连续介质离 散化为有限个小的单元体，并 对每个单元体进行力学分析的 方法。
有限元法是一种将连续介质离 散化为有限个小的单元体，并 对每个单元体进行力学分析的 方法。
离散元法
离散元法是一种将连续介质离散化为一系列刚性或弹性 单元体的方法。
数据分析
对实验获取的大量数据进行处理和分 析，提取岩石的动力学特性，如阻尼 比、质量放大系数等。
结果解释
根据实验结果，解释岩石在动态载荷 作用下的破坏机制和演化过程，为工 程设计和安全评估提供依据。
实验研究的挑战与展望
挑战
岩石动力学实验技术难度大，需要克服实验条件苛刻、测量精度要求高等问题。 同时，岩石材料的非线性、各向异性等特性也给实验结果分析带来困难。
岩石力学基础
岩石力学基础
岩石力学是研究岩石在受力作用下的变形和破坏规律的科学。
它是岩土工程学、地质学、矿山工程学、地震学等领域的重要基础学科，也是岩土工程设计和施工的基础之一。
岩石力学的研究对象是岩石体系，包括岩石、岩层、岩体等。
岩石体系在受到外部力的作用下会发生变形和破坏，因此，岩石力学的研究内容主要包括岩石变形和破坏的机理、规律和特征，以及岩石结构和性质等方面。
岩石力学的基础理论包括弹性力学、塑性力学、断裂力学等。
其中，弹性力学是岩石力学的基础，它描述了岩石在受到外部力作用下的弹性变形规律。
塑性力学则描述了岩石在超过一定应力时发生的塑性变形规律。
断裂力学则描述了岩石在超过其强度极限时发生的断裂和破坏规律。
除了基础理论外，岩石力学还包括实验方法和数值模拟方法。
实验方法主要是通过模拟实验来研究岩石体系的变形和破坏规律。
数值模拟方法则是利用计算机模拟岩石体系的受力变形和破坏过程。
岩石力学在工程领域中有着广泛的应用。
在岩土工程中，岩石力学可以用于分析岩土体系的稳定性、设计隧道和地下工程等。
在地震学中，岩石力学可以用于分析地震波在不同介质中传播的规律。
在矿山工程中，岩石力学可以用于分析采矿过程中的岩体稳定性等。
总之，岩石力学是一门重要的基础学科，它对于各个领域的工程设计和施工都有着重要的意义。
随着科技的不断发展，我们相信岩石力学一定会有更加广泛和深入的应用。
《岩石动力学基础》课件
数值模拟应用：岩土工程、 地质灾害、石油工程等领域
数值模拟结果分析：应力、 应变、位移、破坏模式等
优点：能够模拟复杂地质条件下的岩石力学行为，为工程设计提供依据 缺点：计算量大，需要高性能计算机，计算结果可能存在误差 未来发展方向：提高计算效率，降低计算误差，开发更先进的数值模拟软件 应用前景：在工程地质、地震预测、资源勘探等领域具有广泛应用前景
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数据预处理：对数据进行清洗、去 噪、归一化等处理
数据可视化：使用图表、图形等方 式将分析结果可视化展示
实验目的：研究岩石的动力学特性
实验方法：采用动态加载和应变测量技术
实验结果：岩石在不同应力状态下的变形和破坏特性
结论：岩石的动力学特性与应力状态、应变速率等因素有关，对工程设计和施工具有 重要意义。
学行为
研究方法：实 验、数值模拟、
理论分析等
实验方法：室 内试验、现场 试验、模拟试
验等
数值模拟方法： 理论分析方法：
有限元法、边 弹性力学、塑
界元法、离散 性力学、断裂
元法等
力学等
研究目的：为 工程设计和施 工提供科学依 据，保障工程
安全
岩石动力学的起源：19世纪末，地质学和力学的结合
岩石动力学的发展：20世纪初，岩石力学的兴起，逐渐发展ห้องสมุดไป่ตู้岩石动力学
岩石的强度：包括 抗压强度、抗拉强 度、抗剪强度等
岩石的破坏机理： 包括脆性破坏、塑 性破坏、剪切破坏 等
影响岩石强度的因 素：包括岩石的矿 物成分、结构、孔 隙率等
岩石的破坏过程： 包括应力集中、裂 纹扩展、断裂等
岩石的弹性模量：描述岩石抵抗变形的能力 岩石的泊松比：描述岩石在受力时体积变化的程度 岩石的剪切模量：描述岩石抵抗剪切变形的能力 岩石的抗拉强度：描述岩石抵抗拉伸变形的能力 岩石的抗压强度：描述岩石抵抗压缩变形的能力 岩石的抗剪强度：描述岩石抵抗剪切变形的能力
岩石动力学特征、含损伤本构模型及破坏机理研究
岩石动力学特征、含损伤本构模型及破坏机理研究一、引言岩石是地球地壳的重要组成部分，其力学性质和破坏机理对地质工程和岩土工程具有重要影响。
岩石动力学特征、含损伤本构模型及破坏机理的研究，不仅对工程设计和施工具有指导意义，也对地质灾害预测和防治具有重要意义。
本文将从岩石的动力学特征入手，探讨其损伤本构模型和破坏机理，为岩石力学的研究提供一些思路和方法。
二、岩石的动力学特征1.岩石的基本性质岩石作为地壳的固态材料，具有一定的物理性质和化学成分。
其物理性质包括密度、孔隙度、饱和度等，化学成分则影响岩石的力学性质和破坏特征。
同时，岩石的结构、晶体排列和裂纹分布也是其动力学特征的重要组成部分。
2.岩石的动力学参数岩石在受力作用下会产生应力和应变，这些动力学参数对岩石的力学性质和破坏机理具有重要影响。
岩石的弹性模量、剪切模量、泊松比等参数是其动力学特征的重要指标，通过实验测试和数值模拟可以获得这些参数，为岩石力学研究提供了基础数据。
三、含损伤本构模型1.损伤本构模型的概念损伤本构模型是描述岩石在受力过程中损伤演化和力学行为的数学模型。
其基本思想是将岩石的承载能力随损伤参数的增加而减小，从而描述岩石的破坏过程。
损伤本构模型是岩石力学研究的重要理论工具，为分析岩石的变形和破坏提供了重要思路。
2.典型的损伤本构模型目前常用的损伤本构模型包括Mohr-Coulomb损伤模型、Drucker-Prager损伤模型、Hoek-Brown损伤模型等。
这些模型都是基于损伤力学和弹塑性理论发展而来，通过引入损伤参数描述岩石的力学性质和破坏行为，为工程实践和科学研究提供了重要的参考。
四、岩石的破坏机理1.岩石的破坏形式岩石在受到外力作用下会出现不同形式的破坏，包括拉裂破坏、压碎破坏、剪切破坏等。
不同形式的破坏对岩石的力学性质和稳定性具有不同影响，因此破坏形式的研究是岩石力学研究的重要内容。
2.破坏机理的研究岩石的破坏机理是岩石力学研究的核心问题，不同的岩石类型和受力条件下会出现不同的破坏机理。
3 岩石动力学基础
∂θ ∂y
+
Gd
∇2v
=
ρ
∂2v ∂t 2
⎪ ⎬ ⎪
(λ
43; Gd ∇2w
=
ρ
∂
2
w
⎪ ⎪
∂t 2 ⎭
第二节岩体中应力波类型及传播
将上式中的三式分别对x, y, z求偏导，并 相加，得
ρ
∂ 2θ ∂t 2
= (λ + 2Gd )∇2θ
上式即为体积应变的波动方程。为表示弹性体 膨胀、收缩状态的物理量。
巷道、大坝、核电站、地下军事 设施及建筑物的稳定性； 9 列车飞速奔驰与铁轨、路基振动 荷载； 9 振动桩与岩土的相互作用。
第一节 概 述
岩体的动力学性质是岩体在动荷载作用 下所表现出来的性质，包括岩体中弹性 波的传播规律及岩体动力变形与强度性 质。
岩体的动力学性质在岩体工程动力稳定 性评价中具有重要意义，还可为岩体各 种物理力学参数的动测法提供理论依据。
在松动圈内，由于岩体破碎且属低 应力区，因而波速较小，当进入松 动圈边界完整岩体区域，应力较 高，波速达到最大，之后波速又逐 渐减小至一定值。
根据波速随深度变化 曲线，可确定松动圈 厚度，其边界在波速 最大值深度附近。
第三节 影响岩体波速的因素
方法：沿洞室纵向在洞壁 钻一对平行的钻孔，同 步移动发射和接收换能 器，测不同深度岩体的 波速。
纵向
洞室围岩
5
第三节 影响岩体波速的因素
某巷道工程测点布置图
1.5m
围岩内纵波速度与深度的关系 1—I号测点；2—II号测点；3—III号测点
6
径向换能器
平面换能器
电能
声波能
第二节岩体中应力波类型及传播
03岩石动力学基础
3.当岩石种类 不同，纵波波 速不同。但基 本规律相同， 即在低应力区 纵波波速增长 很快，随着应 力的增大，增 长减慢，趋于 常值。如图3 －18所示
返回
第三节 岩体的其它动力学特性
一、用弹性波速度求岩体的泊松比
岩石的泊松比可以通过在加压过程中，量 测纵向应变 1 和横向应变 2 而获得。
动弹性模量与静弹性模量的比值 • 一般来说，岩体越坚硬越完整，则差 值越小，否则，差值就越大。 • 根据对比资料的统计，动弹性模量比 静弹性模量高百分之几至几十倍，如 图3－4所示。 • 从动弹性模量的数字来看，多集中 在 15103 50103 MPa 之间。
图 3-4
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第二节
影响岩体波速的因素 （5方面因素）
但用上述方法求取十分困难。通过弹性波的 测试，测得岩体中的纵波波速Vp和横波波速Vs, 则可以按下述公式求得岩体的泊松比：
v 2v
2 p 2 p
2(v v )
2 s 2 s
用弹性波求出的岩体的泊松比，见表3－9
二、岩石强度与加载速率的关系
岩石（体）受动力荷载作用其强度会有什 么影响？主要反映在岩石强度与加载速度的影 响，有人用红砂岩做过试验，见图3－19
平行层面波速/垂直岩层波速＝各向异性系数C C=1.08-2.28；多数：C=1.67 相当一部分：c=1.10
表3－6
2.平行岩层面的动弹模大于垂直岩层的动弹模 各向异性系数数值在1.01－2.72之间；绝大 部分小于1.30
3.压力愈大，纵波波速各向异性系数愈小
由表可见，所有系数均大于1；其最大系数在0.1MPa
（一）岩块声波传播速度室内测定
测定时，把声源和接收器放在岩块试件得两端，通 常用超声波，其频率为1000Hz－2MHz。（示波见图3－1）
岩石力学知识点总结归纳
岩石力学知识点总结归纳
岩石力学是研究岩石在不同应力下的力学性质和变形行为的科学。
以下是岩石力学的一些重要知识点总结归纳：
1. 岩石的力学性质：
- 抗压强度：指岩石抵抗压缩破坏的能力。
- 抗拉强度：指岩石抵抗拉伸破坏的能力。
- 剪切强度：指岩石抵抗剪切破坏的能力。
2. 岩石的应力和应变：
- 应力：指岩石内部受到的力的分布状态。
- 压缩应变：指岩石在受到压力作用下发生的变形。
- 拉伸应变：指岩石在受到拉力作用下发生的变形。
- 剪切应变：指岩石在受到剪切力作用下发生的变形。
3. 岩石的变形特征：
- 弹性变形：指岩石受到外力作用后发生弹性恢复的变形。
- 塑性变形：指岩石受到外力作用后发生不可逆的变形。
- 蠕变变形：指岩石在长时间作用下由于内部结构的改变而发生的变形。
4. 岩石的断裂：
- 抗拉断裂：指岩石受到拉伸力作用下发生的断裂。
- 抗剪断裂：指岩石受到剪切力作用下发生的断裂。
5. 岩石的变形机制：
- 塑性变形机制：指岩石在受到足够大的应力作用下，其晶体结构发生可塑性变形。
- 蠕变变形机制：指岩石在长时间作用下，其内部结构发生改变导致变形。
以上是关于岩石力学的一些重要知识点的总结归纳。
希望对您有所帮助！。
第三章岩石动力学基础
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山东科技大学
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➢ 四、各向异性对波速影响
平行于层面的波速 VP
垂直于层面的波速 VP
波速段各向异性系数 VP /VP 1.67
见表3-6 表3-7 表3-8
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岩石
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（3-4）
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➢ 三、岩体弹性波速的测定
（一）室内
图3-2 横波检验方法
图3-3 现场实测
（二）现场 自学
（三）岩体弹性波测定结果
1．声波 见表3－1 见表3－2
1）变化大 1300～7500 m/s（纵波）。
2）数量级 103 m/s。
3）岩块 Vp＞岩体。 4）新鲜岩体Vp大。
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✓ 在动载荷作用下，固体介质中各个微元全处于随时间变化 的动态过程中，载荷可在极短时间间隔（ms、纳秒级）内 达到很高数值（1010、1011、甚至1012秒-1量级），应变量 高达102～107秒-1量级。微元的惯性和载荷同等重要，应力 和应变等扰动以有限速度传播，当应力波到达材料的界面 时发生反射和透射现象。随后在材料中发生入射波和反射 波间复杂的相互作用。介质的运动过程就是应力波传播， 反射和相互作用的过程，这个过程的特点主要取决于材料
纵波速度 （m/s）
6700 6200
5200~6700
范围(一般)
3000~6500 4400~5100
范围(一般)
3000~7500 4500~6000
《岩石力学》课件(完整版)
（m3/s）
dh
dx ——水头变化率； qx——沿x方向水的流量；h——水头高度； A——垂直x方向的截面面积；k——渗透系数。
四、岩石的抗风化指标（3类）
(1)软化系数（表示抗风化能力的指标）
Rcc——干燥单轴抗压强度、 Rcd——饱和单轴抗压强度；
Rcc / Rcd
（ 1 ）越小，表示
1.频率越低，跨越裂隙宽度俞大，反之俞小
图3-7
2. 裂隙数目越多，则纵波速度愈小
3.岩体的风化程度愈高弹性波的速度亦小
4.夹层厚度愈大弹性波纵波速度愈
三、岩体波速与岩体的有效孔隙率n及吸水 率 W f 有关
一些岩浆岩，沉积 岩和变质岩的纵 波速度与有效孔 隙率n之间的关系 见图3－9所示。
静泊松比代替）求 Ed ，则
Vp
/ Vs
[
2(1
)
]
1 2
1 2
• 若 ＝0.25时，
• 经过各方面试验验证， 之间。
Vp /Vs ＝1.73
Vp /Vs 一般在1.6～1.7
三、岩体弹性波速得测定
（一）岩块声波传播速度室内测定
测定时，把声源和接收器放在岩块试件得两端，通 常用超声波，其频率为1000Hz－2MHz。（示波见图3－1）
表3－1表示了各类岩石的弹性波速与岩石种 类之间的关系。 图3－5从实例统计的角度，表示了各类岩 石的弹性波速及密度之间的关系。
VP 0.35 1.88
二、岩体波速与岩体中裂隙或夹层的关系
弹性波在岩体中传播时，遇到裂隙，则视
充填物而异。若裂隙中充填物为空气，则弹 性波不能通过，而是绕过裂隙断点传播。在 裂隙充水的情况下，声能有5％可以通过， 若充填物为其他液体或固体物质，则弹性波 可部分或完全通过。弹性波跨越裂隙宽度的 能力与弹性波的频率和振幅有关.
岩石力学基础知识培训
岩石力学在工程中的应用
岩石力学在岩土工程设计中具有重要地位，是确保工程安全性和稳定性的关键因素之一。
在进行岩土工程设计时，需要考虑岩石的力学性质、地质构造、地下水等因素，以确保工程的安全性和稳定性。
岩石力学理论和方法的应用，可以帮助工程师更好地理解和预测岩石的力学行为，从而优化设计方案。
在岩土工程施工过程中，岩石力学是指导施工的重要依据。
要点一
要点二
详细描述
岩石的工程分级是岩石力学中的重要内容之一。根据岩石的工程地质条件、岩性、岩体结构特征等因素，可以将岩石分为不同的等级，如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等。不同等级的岩石具有不同的工程地质特征和力学性质，对工程建筑物的稳定性和安全性有重要影响。了解和掌握岩石的工程分级，可以更好地指导工程设计和施工，确保工程的安全性和稳定性。
岩土工程监测是确保工程安全性和稳定性的重要手段，而岩石力学则是监测和加固的重要理论基础。
案例分析
总结词：隧道工程中岩石力学问题主要涉及隧道掘进、支护结构设计和稳定性分析。详细描述：在隧道工程中，岩石力学问题主要涉及隧道掘进过程中对围岩的扰动、支护结构设计以及隧道稳定性分析。隧道掘进过程中，需考虑围岩的应力分布和变形特性，采取合理的掘进方案和支护措施，确保隧道施工安全。支护结构设计时，需根据围岩的力学性质和隧道跨度等因素，选择合适的支护结构形式和材料，以满足隧道稳定性和安全性的要求。隧道稳定性分析是评估隧道施工期和运营期的安全性，通过监测围岩的位移、应力和变形等参数，及时发现潜在的安全隐患，采取相应的措施进行加固和修复。
总结词
岩石的孔隙性是指岩石中孔隙和裂缝的发育程度，对岩石的渗透性、压缩性和强度等性质有重要影响。
详细描述
岩石的孔隙性取决于其形成环境和地质历史，包括沉积岩中的孔隙、火成岩中的气孔和变质岩中的片理等。孔隙性对岩石的工程性质具有显著影响，例如在石油和天然气勘探中，孔隙性是评估储层质量的重要参数。
岩石动力学基础与应用
岩石动力学基础与应用嘿，各位小伙伴，今儿咱们来聊聊一个听起来挺高大上，但实际上跟咱们生活息息相关的话题——岩石动力学基础与应用。
想象一下，你站在巍峨的山脚下，抬头仰望那陡峭的岩壁，心里是不是会琢磨：这些大石头是怎么站得这么稳，风吹雨打都不怕的呢？这背后的学问，可大了去了，咱们就慢慢揭开它的神秘面纱。
首先，咱们得知道，岩石这家伙，可不是死气沉沉的。
它们里头藏着不少“小秘密”，这些小秘密就是岩石的动力学特性。
简单来说，就是岩石在遇到外力的时候，会咋样反应，是硬扛到底，还是稍微妥协一下？这事儿，关系到咱们盖房子、修路、挖矿等等好多大事儿呢。
想象一下，你手里有块石头，你轻轻一捏，它可能纹丝不动，这就是岩石的“硬度”。
但你要是用锤子砸呢？嘿，说不定就能砸出个小坑来。
这时候，岩石的“韧性”就体现出来了，有的石头能扛住好几下，有的则一敲就碎。
这就像咱们平时说的，有的人是“铜墙铁壁”，有的人则是“豆腐渣工程”。
再来说说岩石的“弹性”。
你踢一脚足球，它会飞出去，然后弹回来，这就是弹性。
岩石也一样，你给它施加个压力，它会稍微变形，等压力一撤，它又能恢复原状。
不过啊，岩石的弹性可不是无限的，要是压力太大，超过了它的极限，那可就得“崩溃”了，咱们常说的“压垮骆驼的最后一根稻草”，就是这个道理。
岩石动力学里，还有个挺重要的概念，叫“应力”。
你可以把它想象成是岩石里面的“内力”，就像咱们平时说的“心里有气儿”，只不过这里的“气儿”是物理上的力。
岩石里头，应力分布不均，就会导致各种“矛盾”爆发，比如岩石会裂开，或者突然垮塌。
这就像咱们有时候心里压力大，就容易发脾气或者崩溃一样。
说了这么多理论，咱们来看看实际应用吧。
咱们修桥铺路，得挖地基吧？这时候，就得考虑岩石的动力学特性了。
地基要是选在“硬骨头”上，那当然稳如泰山；但要是选在“软柿子”上，那可就得小心了，说不定哪天就塌了。
还有啊，咱们挖矿的时候，也得知道岩石的脾气，不然一不小心，就可能引发“山体滑坡”或者“矿井塌陷”，那可就是大事儿了。
岩石力学基础参考资料.
岩体的分区破裂分区破裂化的定义：钱七虎院士将分区破裂化定义为在深部岩体中开挖洞室或者巷道时，在其两侧和工作面前的围岩中，会产生交替的破裂区和不破裂区，称这种象为分区破裂化。
岩石分区碎裂化现象：是伴随深部矿山开采以及深部地下空间的开发利用出现的特殊工程响应问题之一，与传统的岩石力学理论即认为洞室开挖后围岩中依次出现破裂区、塑性区、弹性区发生了矛盾。
分区破裂化现场监测的主要手段：钻孔法、井下电测法、超声波透视、电阻率仪法、多点位移计监测围岩变形。
分区破裂化现象产生的一般条件：①深部；②动力条件。
分区破裂化的一般规律：①围岩中的分区破裂化现象大致发生在深部岩体围岩中的初始垂直地应力σ地大于岩体单轴压缩强度极限Rc的情况下; ②分区破裂化现象中破裂区的数量取决于比值σ地 /Rc，比值越大，破裂区越多，反之则越少; ③分区破裂化现象既发生在巷道钻爆法施工时的情况下，也发生在巷道机械化掘进时的情况下; ④巷道机械法掘进时开始发生分区破裂化现象时的岩体初始地应力σ地一般高于钻爆法掘进时开始发生分区破裂化现象时的相应地应力σ地。
⑤遇自由表面时，缓慢的卸载波会引起分区破裂。
分区破裂化机制：（1）定性分析：1）劈裂观点：当应力值达到格里菲斯强度σs 时，裂纹将向最大主应力方向扩展，这一现象解释了岩石试件在单轴压力作用下的纵向劈裂现象，同时也解释了矩形地下洞室围岩的板裂现象。
对于圆形洞室，与此现象类似，当应力状态与围岩力学参数满足一定关系时，次生裂纹将沿着最大主应力方向扩展，即围岩切向应力σθ方向发展。
在应力值足够大的情况下，该裂纹将最终贯通，形成环状拉破坏断裂，即分区破裂现象的第一层断裂。
环状断裂形成后，导致围岩卸荷及应力重分布，从而产生下一个塑性区边界，该边界上的应力峰值使第二层环状断裂出现。
该过程循环进行，便形成了多个破裂区间隔分布的分区破裂现象。
其中，第二层破裂区半径/第一层破裂区半径=第一层破裂区半径/开挖洞室半径。
岩石力学第三章岩石的力学特性及强度准则精品PPT课件
C－粘聚力
－内摩擦角
写在最后
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密度是试验指标，只有通过试验才能得到具体数值,而 孔隙度和孔隙比是计算指标。
（二）岩石的水理性质
1.吸水性：在常压条件下，岩石浸人水中充分吸 水，被吸收的水质量与干燥岩石质量之比为吸 水率—岩石的容水性（已介绍）
2.透水性：是指岩石容许水透过的能力，用渗透 系数表示（已介绍）
3.软化性：岩石浸水后强度降低的性能称软化性。 软化性用软化系数表示，它是指岩石饱和状态 下与天然风干状态下单轴抗压强度之比。
岩石名称 泥岩 泥灰岩 石灰岩 片 麻岩
石英片岩、角闪片岩 云母片岩、 绿泥石片岩 千枚岩 硅质板岩 泥质板岩 石英岩
软化系数 0.40～0.60 0.44～0.54 0.70～0.94 0.75～0.97 0.44～0.84
0.53～0.69 0.67～0.96 0.75～0.79 0.39～0.52 0.94～0.96
研究生课程：石油工程岩石力学 第三章：岩石的力学特性及强度准则
第一节：岩石的力学性质
岩浆岩、沉积岩和变质岩是岩石的成因 分类，它主要讨论岩石的结构、构造和 矿物成分等地质特性。
对于工程技术人员，更应关注的是直接 用于工程设计的岩石工程性质：岩石的 物理性质、水理性质和力学性质。
一、岩石的工程性质
常 见 岩 石 的 软 化 系 数
岩石名称 花岗岩 闪长岩 辉绿岩 流纹岩 安山岩
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第二节 影响岩体波速的因素
二 裂隙、风化程度或夹层的影响 (1)裂隙越多或宽度越大，波速越小。 (2)风化越严重，波速越小。 (3)夹层厚度越大，波速越小。 三 有效孔隙率和吸水率的影响 有效孔隙率或吸水率越大，波速越小。
第二节 影响岩体波速的因素
四 各向异性的影响 岩体的各向异性使弹性波速也表现出各 向异性。 平行结构面的波速（动弹模）总是大于 垂直结构面的波速，两者的比值 （vph/vpv）称为波速（动弹模）的各向异 性系数。
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第三章 岩石动力学基础
第一节 岩石的波动特性 第二节 影响岩体波速的因素 第三
一 固体中应力波的类型 1. 弹性波 2. 粘弹性波 3. 塑性波 4. 冲击波
三 岩体弹性波速度的测定
2. 岩体声波传播速度 的现场测定 测点可选择平洞、钻 孔、风钻孔或地表露 头。 声波激发方式：换能 器、锤击、电火花
三 岩体弹性波速度的测定
3. 岩体弹性波测定结果 (1)岩石的波速大于岩体波速。 (2)新鲜完整的岩体波速较大，而裂隙发 育和风化破碎的岩体波速较小。 (3)动弹模Ed要高于静弹模E 1～20倍，岩 体越完整，两者的差值越小，反之，越 大。
三 岩体弹性波速度的测定
1. 岩块声波传播速度 室内测定 (1)试件形状同单轴抗 压强度试验试件 (2)主要仪器和设备 岩石超声波仪， 纵、横波换能器。
三 岩体弹性波速度的测定
(3)成果整理
L vp = t p − t0
L vs = t s − t0
L－发射、接收换能器中心间的距离(m)； tp－纵波在试件中传播的时间(s); ts－横波在试件中传播的时间(s); t0－仪器系统的零延时(s);
纵波在各向同性的岩体中传播的速度
⎛ E d (1 − μ d ) ⎞ Vp = ⎜ ⎜ ρ(1 + μ )(1 − 2μ ) ⎟ ⎟ d d ⎠ ⎝ ⎛ ⎞ Ed Vs = ⎜ ⎜ 2ρ(1 + μ ) ⎟ ⎟ d ⎠ ⎝
1/ 2 1/ 2
式中 Vp、Vs－纵波、横波波速； Ed、μd－动弹性模量、动泊松比； ρ－介质密度。
第二节 影响岩体波速的因素
五 压应力的影响 总的趋势是，随着压 应力增大，波速增 大，且在开始阶段增 长较快，而后逐渐变 缓。
第二节 影响岩体波速的因素
利用应力和裂隙对波 速的影响，可以判断 洞室塑性圈（松动 圈）的半径。 方法：沿洞室纵向在 洞壁钻一对平行的钻 孔，同步移动发射和 接收换能器，测不同 深度岩体的波速。
第一节 岩石的波动特性
岩石受扰动后主要传播的是弹性波，而塑性波 和冲击波只有在振源处才能发生，当传播到一 定距离，由于能量损失，蜕变成弹性波。 弹性波分体波和面波。体波又分纵波(P波)和横 波(S波)，面波主要有瑞利波和勒夫波。 振源的形状有点状、面状和圆柱状，分别产生 球面波、平面波和柱面波。
二 弹性波在固体中的传播
第二节 影响岩体波速的因素
第三节 岩体的其他动力学特征
一 用弹性波求岩体的泊松比μ(≅μd)
μ= Vp2 − 2Vs2 2 Vp2 − Vs2
(
)
二 岩石强度与加荷速率的关系
第二节 影响岩体波速的因素
一 岩石种类、岩体密度和生成年代的影响 (1)密度和完整性越高，波速越大，反之就越小。 (2)岩浆岩和古生代及中生代沉积岩纵波波速一般 为5.0~5.5km/s，集中度很好；而新时代沉积岩波 速较小且离散。 (3)变质岩波速较岩浆岩和沉积岩稍大，也很集 中，可能是变质岩矿物成分比较致密。