矿山岩石力学
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岩体力学按其发展进程可划分四个阶段：
（1） 初始阶段(19世纪末--20世纪初) 岩体力学最早起源于采矿工程，在这个阶段， 开采规模小，采深近于地表，开采空间不大，岩 石力学的问题主要是巷道顶板冒落和地下开采所 引起的地表移动。 在该阶段，岩石力学处于萌芽时期，产生了 初步理论以解决岩体开挖的力学计算问题。例如， 1912年海姆(A．Heim)提出了静水压力的理 论．他认为地下岩石处于一种静水压力状态。
安徽理工大学能源与安全学院
矿山岩石力学
主讲：高明中 教授 赵光明 副教授 博士
教材及参考书
1. 矿山岩体力学（主要教材） 高延法，张庆松主编.徐州:中国 矿业大学出版社，2000
2. 矿山岩石力学（主要教材、作业） 李通林等编著 重庆大学出 版社 1991年1月第1版 3. 岩石力学基础 耶格、库克 高教出版社 4. 矿山岩体力学 郑永学编著 冶金工业出版社 1988年10月第1版 5. 岩体力学，王文星编著 中南大学出版社 2004年10月第1版 6. 岩石力学与工程 蔡美峰主编 科学出版社 2004年8月第1版 7. 岩体力学 沈明荣主编 同济大学出版社 1999年3月第1版 8. 矿山岩体力学 高磊等编著 冶金工业出版社 1979年7 月第1版 9. 矿山岩石力学 华安增编著 煤炭工业出版社 1980年5月第1版
岩体力学形成历史
1951年，在奥地利创建了地质力学研究组，并形成 了独具一格的奥地利学派。
同年，国际大坝会议设立了岩石力学分会。
1956年，美国召开了第一次岩石力学讨论会。 1957年，第一本《岩石力学》专著出版。
1959年，法国马尔帕塞坝溃决，引起岩体力学工作 者的关注和研究。
•岩体结构整体综合仿真反馈系统与优化技术
•岩体动力学、水力学与热力学问题 •岩体流变与长期强度问题 •岩体工程计算机辅助设计与图像自动生成处理。
五、采矿工程中岩体力学的特点
1、采矿工程结构多处于地下较深处，而其它地下工程多
在距地表较近（几十米）的范围内；
2、对矿山构筑物，只要求在开采期间不破坏，在采后能维
在此阶段更加深入地研究岩石的破坏机理。
（3）经典理论阶段（20世纪30年代～60年代）
该阶段是岩石力学学科形成的重要阶段，岩
石力学以弹塑性理论为基础，将岩体视为弹塑性
介质，应用弹塑性力学方法来研究岩体的应力、
应变和位移，确定了一些经典计算公式，形成围 岩和支护共同作用的理论。结构面对岩体力学性
质的影响受到重视。在弹塑性分析的基础上引入
四、岩体力学的产生及其发展
岩体力学是伴随着采矿、土木、水利、交通等岩石工
程的建设和数学力学等学科的进步而逐步发展形成的一门 新兴学科和边缘学科，是一门应用性和实践性很强的应用 基础学科。它的应用范围涉及采矿、土木建筑、水利水电、 铁道、公路、地质、地震、石油、地下工程、海洋工程等 众多的与岩石工程相关的工程领域。一方面，岩体力学是 上述工程领域的理论基础；另一方面，正是上述工程领域 的实践促使了岩体力学的诞生和发展。
岩体是个地质体，它包括岩石和各种地质构造形迹，
二、岩体的特征
1、岩体是非均质各向异性的材料。
2、岩体内存在着原始应力场。
主要包括重力和地质构造力，重力场是以铅垂应力为 主，构造应力场通常是以水平应力为主。 3、岩体内存在着一个裂隙系统。 岩体既是断裂的又是连续的，岩体是断裂与连续的统 一体,可称之为裂隙介质或准连续介质。当岩体应力超过 其强度时，就会使原有断裂进一步扩展，形成新的断裂。 而旧断裂的扩展与新断裂的形成，又均会导致岩体内的应 力重新分布。
构造岩体力学 —— 为构造地质学、找矿及地震预报等服
务的岩体力学，重点是探索地壳深部岩体的变形与断裂 机理，为此需研究高温高压下岩石的变形与破坏规律以 及与时间效应有关的流变特征。
破碎岩石力学 —— 为掘进、钻井及爆破工程服务的岩体
力学，主要是研究岩石的切割和破碎理论以及岩体动力 学特性。
授课计划
总 学 时：
38 学时
其 中：
理论学时： 32 学时
实验学时：
6 学时
授 课 内 容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 绪论 岩石的物理力学性质 结构面的力学性质 岩体力学性质及其分类 原岩应力及测量 巷道围岩应力分布及稳定性分析 井巷地压 井巷维护原则与锚喷支护
3、岩体力学是为解决岩体工程中的力学问题服务的，这些 工程学科包括：采矿和其它地下空间工程、交通工程、水 电工程和基础工程等。因此，岩体力学是各种岩体工程学 科的专业理论基础。
岩体力学的分支学科
工程岩体力学 —— 为各类建筑工程及采矿工程等服务的
岩体力学，重点是研究工程活动引起的岩体重分布应力 以及在这种应力场作用下工程岩体(如边坡岩体、地基岩 体和地下洞室围岩等)的变形和稳定性。
二、岩体的特征
岩体既不是理想的弹性体，也不是典型的塑 性体，既不是连续介质，又不是松散介质，而是 一种特殊的复杂的地质体，这就造成了研究它的 困难性和复杂性。因此，只用一般的固体力学理 论尚不能完善解决岩体工程中的所有问题。
三、岩体力学的研究内容与研究方法
岩体力学研究的主要对象是岩体，研 究岩体在力场作用下，所发生的变形、破 坏和移动规律的理论及其实际应用的科学， 是一门应用型基础学科。
（2）经验理论阶段（20世纪初～20世纪30年代） 该阶段为岩石力学发展的第二阶段。在这个
阶段出现力根据生产经验提出的地压理论，并开
始用材料力学和结构力学的方法分析地下工程的 支护问题。松散介质学派（例如普氏理论）占主 导地位，他们借助土力学理论解决岩石力学问题， 提出巷道地压计算原理和采场地压假说。
持平衡状态不影响地表安全即可。因此，其计算精度、安全
系数及加固等方面均低于国防、水利工程的标准； 3、矿山地质条件复杂，又受矿床赋存条件的限制，因此， 采矿工程结构物的位置选择性不大，同时，采掘工作面不断 变化，因而，采矿工程岩石力学具有复杂性的特点。
六、岩体力学与其他学科的关系
1、岩体力学与材料力学、弹塑性力学和流变力学等有着纵 向联系。人们运用这些理论使岩体力学得到发展。 2、岩体工程的围岩赋存在一定的地质环境之中。因此，岩 体力学与工程地质学、构造地质学和地质力学有着十分密 切• 岩体的地质特征
•
•
岩块、结构面的力学性质
岩体的力学性质
•
•
岩体中天然应力
岩体中重分布应力
•
•
地下硐室围岩稳定性计算与评价
工程处理与加固
2、岩体力学的研究方法
•工程地质研究法 研究岩块和岩体的地质与结构特征， 为岩体力学的进一步研究提供地质模型和地质资料。 •试验法 为岩体变形和稳定性分析计算提供必要的物 理力学参数。 •数学力学分析法 通过建立岩体力学模型和利用适当 的分析方法，预测岩体在各种力场作用下的变形与稳定 性，为设计和施工提供定量依据 。 •综合分析法 采用多种方法考虑各种因素(包括工程的、 地质的及施工的等)进行综合分析和综合评价，得出符 合实际情况的正确结论。
2、了解岩体力学的发展简史以及岩体力学在其他学科中 的地位。
一、岩石和岩体
岩石是在一定的生成条件下，具有一定的矿物成分
和一定的结构、构造特征的地壳的组成材料或物质。是
各种裂隙切割而成的岩块，又称结构体。
如节理、裂隙、褶皱等结构面。岩体就是岩石和这些结 构面的统一体。 岩石和岩体是既有区别又互相联系的两个概念。岩 石是岩体的组成物质，岩体是岩石和结构面的统一体。
第一章
本章内容：
一、 岩石和岩体 二、 岩体的特征
绪 论
三、 岩体力学的研究内容和研究方法
四、 岩体力学的产生及其发展
五、 采矿工程中岩体力学的特点
六、 岩体力学与其他学科的关系
第一章
授课学时：1学时 本章的重点：
绪 论
1、岩石与岩体的界定；
2、岩体力学的研究任务与内容，岩体力学的研究方法。 关键术语：岩石；岩体；岩体工程；稳定性 要求： 1、必须掌握本课程重点内容；
1962年，成立国际岩石力学学会(ISRM)。
1966年，第一届国际岩石力学大会在葡萄牙的里斯 本召开。
岩体力学发展动态
•岩体结构与结构面的仿真模拟、力学表述及其力学 机理问题 •裂隙化岩体的强度、破坏机理及破坏判据问题 •岩体与工程结构的相互作用与稳定性评价问题 •软岩的力学特性及其岩体力学问题 •水-岩-应力耦合作用及岩体工程稳定性问题 •高地应力岩体力学问题
流变理论，将某些岩体视为带粘性的介质，考虑 时间因素对岩体应力、应变和位移的影响。
（4）现代发展阶段（20世纪60年代～现在）
用更为复杂的多种多样的力学模型来分析岩体力学问题， 把力学、物理学、系统工程、现代数理科学、现代信息技术 等最新成果引入了岩体力学。而计算机的发展使用有限元、 边界元、离散元等解算岩体力学问题得以实现。 20 世纪 70 年代以后岩石力学发展比较迅速，岩体力学测 试技术不断完善，应力解除法可测试深部岩体应力。刚性压 力机的出现，可测试应力－应变全过程曲线，从而更深刻的 揭示了岩石的力学特性。 岩体力学已逐渐形成完整的科学体系作为力学的一个分 枝，成为一门独立的力学学科，服务于岩体工程。
（1） 初始阶段(19世纪末--20世纪初) 岩体力学最早起源于采矿工程，在这个阶段， 开采规模小，采深近于地表，开采空间不大，岩 石力学的问题主要是巷道顶板冒落和地下开采所 引起的地表移动。 在该阶段，岩石力学处于萌芽时期，产生了 初步理论以解决岩体开挖的力学计算问题。例如， 1912年海姆(A．Heim)提出了静水压力的理 论．他认为地下岩石处于一种静水压力状态。
安徽理工大学能源与安全学院
矿山岩石力学
主讲：高明中 教授 赵光明 副教授 博士
教材及参考书
1. 矿山岩体力学（主要教材） 高延法，张庆松主编.徐州:中国 矿业大学出版社，2000
2. 矿山岩石力学（主要教材、作业） 李通林等编著 重庆大学出 版社 1991年1月第1版 3. 岩石力学基础 耶格、库克 高教出版社 4. 矿山岩体力学 郑永学编著 冶金工业出版社 1988年10月第1版 5. 岩体力学，王文星编著 中南大学出版社 2004年10月第1版 6. 岩石力学与工程 蔡美峰主编 科学出版社 2004年8月第1版 7. 岩体力学 沈明荣主编 同济大学出版社 1999年3月第1版 8. 矿山岩体力学 高磊等编著 冶金工业出版社 1979年7 月第1版 9. 矿山岩石力学 华安增编著 煤炭工业出版社 1980年5月第1版
岩体力学形成历史
1951年，在奥地利创建了地质力学研究组，并形成 了独具一格的奥地利学派。
同年，国际大坝会议设立了岩石力学分会。
1956年，美国召开了第一次岩石力学讨论会。 1957年，第一本《岩石力学》专著出版。
1959年，法国马尔帕塞坝溃决，引起岩体力学工作 者的关注和研究。
•岩体结构整体综合仿真反馈系统与优化技术
•岩体动力学、水力学与热力学问题 •岩体流变与长期强度问题 •岩体工程计算机辅助设计与图像自动生成处理。
五、采矿工程中岩体力学的特点
1、采矿工程结构多处于地下较深处，而其它地下工程多
在距地表较近（几十米）的范围内；
2、对矿山构筑物，只要求在开采期间不破坏，在采后能维
在此阶段更加深入地研究岩石的破坏机理。
（3）经典理论阶段（20世纪30年代～60年代）
该阶段是岩石力学学科形成的重要阶段，岩
石力学以弹塑性理论为基础，将岩体视为弹塑性
介质，应用弹塑性力学方法来研究岩体的应力、
应变和位移，确定了一些经典计算公式，形成围 岩和支护共同作用的理论。结构面对岩体力学性
质的影响受到重视。在弹塑性分析的基础上引入
四、岩体力学的产生及其发展
岩体力学是伴随着采矿、土木、水利、交通等岩石工
程的建设和数学力学等学科的进步而逐步发展形成的一门 新兴学科和边缘学科，是一门应用性和实践性很强的应用 基础学科。它的应用范围涉及采矿、土木建筑、水利水电、 铁道、公路、地质、地震、石油、地下工程、海洋工程等 众多的与岩石工程相关的工程领域。一方面，岩体力学是 上述工程领域的理论基础；另一方面，正是上述工程领域 的实践促使了岩体力学的诞生和发展。
岩体是个地质体，它包括岩石和各种地质构造形迹，
二、岩体的特征
1、岩体是非均质各向异性的材料。
2、岩体内存在着原始应力场。
主要包括重力和地质构造力，重力场是以铅垂应力为 主，构造应力场通常是以水平应力为主。 3、岩体内存在着一个裂隙系统。 岩体既是断裂的又是连续的，岩体是断裂与连续的统 一体,可称之为裂隙介质或准连续介质。当岩体应力超过 其强度时，就会使原有断裂进一步扩展，形成新的断裂。 而旧断裂的扩展与新断裂的形成，又均会导致岩体内的应 力重新分布。
构造岩体力学 —— 为构造地质学、找矿及地震预报等服
务的岩体力学，重点是探索地壳深部岩体的变形与断裂 机理，为此需研究高温高压下岩石的变形与破坏规律以 及与时间效应有关的流变特征。
破碎岩石力学 —— 为掘进、钻井及爆破工程服务的岩体
力学，主要是研究岩石的切割和破碎理论以及岩体动力 学特性。
授课计划
总 学 时：
38 学时
其 中：
理论学时： 32 学时
实验学时：
6 学时
授 课 内 容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 绪论 岩石的物理力学性质 结构面的力学性质 岩体力学性质及其分类 原岩应力及测量 巷道围岩应力分布及稳定性分析 井巷地压 井巷维护原则与锚喷支护
3、岩体力学是为解决岩体工程中的力学问题服务的，这些 工程学科包括：采矿和其它地下空间工程、交通工程、水 电工程和基础工程等。因此，岩体力学是各种岩体工程学 科的专业理论基础。
岩体力学的分支学科
工程岩体力学 —— 为各类建筑工程及采矿工程等服务的
岩体力学，重点是研究工程活动引起的岩体重分布应力 以及在这种应力场作用下工程岩体(如边坡岩体、地基岩 体和地下洞室围岩等)的变形和稳定性。
二、岩体的特征
岩体既不是理想的弹性体，也不是典型的塑 性体，既不是连续介质，又不是松散介质，而是 一种特殊的复杂的地质体，这就造成了研究它的 困难性和复杂性。因此，只用一般的固体力学理 论尚不能完善解决岩体工程中的所有问题。
三、岩体力学的研究内容与研究方法
岩体力学研究的主要对象是岩体，研 究岩体在力场作用下，所发生的变形、破 坏和移动规律的理论及其实际应用的科学， 是一门应用型基础学科。
（2）经验理论阶段（20世纪初～20世纪30年代） 该阶段为岩石力学发展的第二阶段。在这个
阶段出现力根据生产经验提出的地压理论，并开
始用材料力学和结构力学的方法分析地下工程的 支护问题。松散介质学派（例如普氏理论）占主 导地位，他们借助土力学理论解决岩石力学问题， 提出巷道地压计算原理和采场地压假说。
持平衡状态不影响地表安全即可。因此，其计算精度、安全
系数及加固等方面均低于国防、水利工程的标准； 3、矿山地质条件复杂，又受矿床赋存条件的限制，因此， 采矿工程结构物的位置选择性不大，同时，采掘工作面不断 变化，因而，采矿工程岩石力学具有复杂性的特点。
六、岩体力学与其他学科的关系
1、岩体力学与材料力学、弹塑性力学和流变力学等有着纵 向联系。人们运用这些理论使岩体力学得到发展。 2、岩体工程的围岩赋存在一定的地质环境之中。因此，岩 体力学与工程地质学、构造地质学和地质力学有着十分密 切• 岩体的地质特征
•
•
岩块、结构面的力学性质
岩体的力学性质
•
•
岩体中天然应力
岩体中重分布应力
•
•
地下硐室围岩稳定性计算与评价
工程处理与加固
2、岩体力学的研究方法
•工程地质研究法 研究岩块和岩体的地质与结构特征， 为岩体力学的进一步研究提供地质模型和地质资料。 •试验法 为岩体变形和稳定性分析计算提供必要的物 理力学参数。 •数学力学分析法 通过建立岩体力学模型和利用适当 的分析方法，预测岩体在各种力场作用下的变形与稳定 性，为设计和施工提供定量依据 。 •综合分析法 采用多种方法考虑各种因素(包括工程的、 地质的及施工的等)进行综合分析和综合评价，得出符 合实际情况的正确结论。
2、了解岩体力学的发展简史以及岩体力学在其他学科中 的地位。
一、岩石和岩体
岩石是在一定的生成条件下，具有一定的矿物成分
和一定的结构、构造特征的地壳的组成材料或物质。是
各种裂隙切割而成的岩块，又称结构体。
如节理、裂隙、褶皱等结构面。岩体就是岩石和这些结 构面的统一体。 岩石和岩体是既有区别又互相联系的两个概念。岩 石是岩体的组成物质，岩体是岩石和结构面的统一体。
第一章
本章内容：
一、 岩石和岩体 二、 岩体的特征
绪 论
三、 岩体力学的研究内容和研究方法
四、 岩体力学的产生及其发展
五、 采矿工程中岩体力学的特点
六、 岩体力学与其他学科的关系
第一章
授课学时：1学时 本章的重点：
绪 论
1、岩石与岩体的界定；
2、岩体力学的研究任务与内容，岩体力学的研究方法。 关键术语：岩石；岩体；岩体工程；稳定性 要求： 1、必须掌握本课程重点内容；
1962年，成立国际岩石力学学会(ISRM)。
1966年，第一届国际岩石力学大会在葡萄牙的里斯 本召开。
岩体力学发展动态
•岩体结构与结构面的仿真模拟、力学表述及其力学 机理问题 •裂隙化岩体的强度、破坏机理及破坏判据问题 •岩体与工程结构的相互作用与稳定性评价问题 •软岩的力学特性及其岩体力学问题 •水-岩-应力耦合作用及岩体工程稳定性问题 •高地应力岩体力学问题
流变理论，将某些岩体视为带粘性的介质，考虑 时间因素对岩体应力、应变和位移的影响。
（4）现代发展阶段（20世纪60年代～现在）
用更为复杂的多种多样的力学模型来分析岩体力学问题， 把力学、物理学、系统工程、现代数理科学、现代信息技术 等最新成果引入了岩体力学。而计算机的发展使用有限元、 边界元、离散元等解算岩体力学问题得以实现。 20 世纪 70 年代以后岩石力学发展比较迅速，岩体力学测 试技术不断完善，应力解除法可测试深部岩体应力。刚性压 力机的出现，可测试应力－应变全过程曲线，从而更深刻的 揭示了岩石的力学特性。 岩体力学已逐渐形成完整的科学体系作为力学的一个分 枝，成为一门独立的力学学科，服务于岩体工程。