岩石力学课件：岩石地下工程
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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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1
2
2.5
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h/d
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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
5.第五章岩石地下工程_岩石力学
古典弹性理论
平面应变
圆形洞室围岩中的应力分布
5
第5章 G.Kirsch基尔西解答
岩石地下工程
P a2 P a2 a4 r (1 )(1 2 ) (1 )(1 4 2 3 4 ) cos 2 2 r 2 r r
P a2 P a4 (1 )(1 2 ) (1 )(1 3 4 ) cos 2 2 2 r r
大于支 护极限 小于支 护极限
计算围岩压力 人工稳定
3
第5章
岩石地下工程
5.3.1 圆形地下工程围岩应力
地下工程围岩应力重分布的特点主要取决于地下工程的 形状和岩体的初始应力状态。 原岩应力
+ + + + + +
围岩应力集中系数
开巷后应力 重分布应力 k 开巷前应力 原岩应力
+ + + + + +
22
第5章 §5.4 地下工程围岩体的破坏机理
1 3 mRc 3 sRc2
岩石地下工程
5.4.1 拉伸破坏机理
3 Rt
Rc (m m2 4s ) 强度 ＝ 应力（拉伸） 2 3
拉伸破坏的破坏角 等于零，裂缝在平行于最大主应力 1 的方向上扩展
5.4.2 剪切破坏机理
1
tan 1 2 r /( r )
1 2
6
（1）当 ＝1 时，围岩处于静水应力状态，式（5-3）简化为：
第5章
岩石地下工程
a2 r P(1 2 ) r a2 P(1 2 ) r
(5-5)
时， r ＝0， ＝2P；当
蔡美峰--岩石力学与工程PPT优秀课件
北京科技大学
ROCK MECHANICS AND ENGINEERING
第一节 地应力的基本概念及地应力测量的重要性
第一节 地应力的基本概念及地应力 测量的重要性
BASIC CONCEPTS AND IMPORTANCE OF IN-SITU STRESS MEASUREMENT
北京科技大学
ROCK MECHANICS AND ENGINEERING
当前的应力状态主要由最近一次的构造运动所控制，但也与历史上的构造运 动有关。
亿万年来，地球经历了无数次大大小小的构造运动，各次构造运动的应力场 也经过多次的叠加、牵引和改造，造成了地应力状态的复杂性和多变性。
即使在同一工程区域，不同点地应力的状态也可能是很不相同的，因此，地 应力的大小和方向不可能通过数学计算或模型分析的方法来获得。
要了解一个地区的地应力状态，唯一的方法就是进行地应力测量。
北京科技大学
1.2 地应力测量的重要性
ROCK MECHANICS AND ENGINEERING
1.2.2 地应力对采矿工程的重要性
传统的采矿及其它岩土工程的开挖设计和施工是根据经验来进 行的（查手册）。当开挖活动是在小规模范围内和接近地表的 深度上进行的时候，经验类比的方法往往是有效的，但是随着 开挖规模的不断扩大和不断向深部发展，经验类比法已越来越 失去其作用。
等也可引起相应的应力场。
北京科技大学
1.1 地应力的成 ENGINEERING
中国大陆板块受到印度洋板块和太平洋板块的推挤，同时受到了 西伯利亚板块和菲律宾板块的约束，产生水平受压应力场。印度 洋板块和太平洋板块的移动促成了中国山脉的形成，控制了我国 地震的分布。
第一节 地应力的基本概念及地应力测量的重要 性
ROCK MECHANICS AND ENGINEERING
第一节 地应力的基本概念及地应力测量的重要性
第一节 地应力的基本概念及地应力 测量的重要性
BASIC CONCEPTS AND IMPORTANCE OF IN-SITU STRESS MEASUREMENT
北京科技大学
ROCK MECHANICS AND ENGINEERING
当前的应力状态主要由最近一次的构造运动所控制，但也与历史上的构造运 动有关。
亿万年来，地球经历了无数次大大小小的构造运动，各次构造运动的应力场 也经过多次的叠加、牵引和改造，造成了地应力状态的复杂性和多变性。
即使在同一工程区域，不同点地应力的状态也可能是很不相同的，因此，地 应力的大小和方向不可能通过数学计算或模型分析的方法来获得。
要了解一个地区的地应力状态，唯一的方法就是进行地应力测量。
北京科技大学
1.2 地应力测量的重要性
ROCK MECHANICS AND ENGINEERING
1.2.2 地应力对采矿工程的重要性
传统的采矿及其它岩土工程的开挖设计和施工是根据经验来进 行的（查手册）。当开挖活动是在小规模范围内和接近地表的 深度上进行的时候，经验类比的方法往往是有效的，但是随着 开挖规模的不断扩大和不断向深部发展，经验类比法已越来越 失去其作用。
等也可引起相应的应力场。
北京科技大学
1.1 地应力的成 ENGINEERING
中国大陆板块受到印度洋板块和太平洋板块的推挤，同时受到了 西伯利亚板块和菲律宾板块的约束，产生水平受压应力场。印度 洋板块和太平洋板块的移动促成了中国山脉的形成，控制了我国 地震的分布。
第一节 地应力的基本概念及地应力测量的重要 性
岩石力学-第六章-岩石地下工程
（2）情况Ⅱ的解：
边界条件，对于内边界，r=R0，σr=τrθ=0 对于外边界，应用莫尔圆应力关系，有
r
1
3
2
1
3
2
cos 2
r
1 3
2
sin 2
1 p 3 p
90
r 时
r p cos 2 r psin 2
外边界条件
21
岩石力学
三、深埋圆形巷道一般压力下弹性分析
m 2
1
( 1) 应照顾顶点 ( 1) 应照顾两帮中点
33
岩石力学
五、非圆形巷道周边弹性应力状态
地下工程中的非圆形巷道主要有梯形、拱顶直 墙、椭圆等。
1、基本解题方法 原则上，地下工程比较常用的单孔非圆巷道围 岩的平面问题弹性应力分布，都可用弹性力学的 复变函数方法解决。
34
岩石力学
五、非圆形巷道周边弹性应力状态
次生应力或诱发应力：经应力重分布形成的新的 平衡应力。
6
岩石力学
一、基本概念
地下岩石工程稳定的条件：
max S
umax U
式中，S和U为围岩或支护体所允许的最大应力(极限强 度)和最大位移(极限位移)。
7
岩石力学
一、基本概念
岩石地下工程根据埋入的深浅： 浅埋地下工程的工程影响范围可达到地表，因而 在力学处理上要考虑地表界面的影响。 深埋地下工程可处理为无限体问题，即在远离岩 石地下工程的无穷远处，仍为原岩体。
R02 r
4(1 )(1 )
R02 r
cos 2
(1
)
R04 r3
cos
2
]
（3）其他巷道无通式。
39
岩石力学
《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。
《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
5岩石地下工程
48
英法海底隧道
从英吉利海峡最窄处即英国的多佛尔到法国的加来，同时修建两条直径7.3米、长50000米的铁路隧道。其中 37000米在海底。两条隧道之间相距30米，在其中间线再修一条直径为4.5米的辅助隧道，每隔375米与两侧主 隧道连通，供通风、维修使用。当主隧道因故列车不能通行时，辅助隧道还可作为应急的通道。全部工程耗 资为530亿法朗（约合70亿美元）。隧道于1987年动工，1994年竣工并投入使用。坐时速260公里的高速火 车，穿越隧道只用26分钟。
■ 上海南站地下综合体：上海南站站域地
下除了设有三条轨道交通线的三个车站，总开发 面积约90000m2，开发深度达15m。较好地解决了 铁路、轨道交通和公交的换乘。
■ 人民广场地下综合体：人民广场站地处
上海的文化、旅游和商业中心。结合地铁1、2号 线换乘站形成了一个总建筑面积50000m2，包括2 座地铁车站、2座地下商场、一座地下停车场和 一座地下变电站的大型地下综合体。
项目 地 质 条 件
力 学 分 析 与 设 计 方 法
实 施
工程类别
5.1 概述
地下工程与地面建筑工程的对比
地下工程
地面建筑工程
特点
复杂多变，意外情况较多
简单明确
对工程的影响
较地面建筑影响更大
决定基础的设计与施工
受力结构
材料特性
外载条件
计算参数 计算误差 设计方法
施工 造价
（1）在岩体中开挖，围岩与支护共同组成 承载体，受力结构不明确 （2）几何不稳定的结构在地下工程中可能 稳定
（1）主要结构材料一般是人造的 （2）材料均质、连续，正常荷载 下表现为线弹性，流变性可忽略
（1）结构承载包括恒载（如结构 自重、永久承重等）、活载（如风 载、楼面活荷载、移动承载物重量） 等 （2）结构承载是确知的
英法海底隧道
从英吉利海峡最窄处即英国的多佛尔到法国的加来，同时修建两条直径7.3米、长50000米的铁路隧道。其中 37000米在海底。两条隧道之间相距30米，在其中间线再修一条直径为4.5米的辅助隧道，每隔375米与两侧主 隧道连通，供通风、维修使用。当主隧道因故列车不能通行时，辅助隧道还可作为应急的通道。全部工程耗 资为530亿法朗（约合70亿美元）。隧道于1987年动工，1994年竣工并投入使用。坐时速260公里的高速火 车，穿越隧道只用26分钟。
■ 上海南站地下综合体：上海南站站域地
下除了设有三条轨道交通线的三个车站，总开发 面积约90000m2，开发深度达15m。较好地解决了 铁路、轨道交通和公交的换乘。
■ 人民广场地下综合体：人民广场站地处
上海的文化、旅游和商业中心。结合地铁1、2号 线换乘站形成了一个总建筑面积50000m2，包括2 座地铁车站、2座地下商场、一座地下停车场和 一座地下变电站的大型地下综合体。
项目 地 质 条 件
力 学 分 析 与 设 计 方 法
实 施
工程类别
5.1 概述
地下工程与地面建筑工程的对比
地下工程
地面建筑工程
特点
复杂多变，意外情况较多
简单明确
对工程的影响
较地面建筑影响更大
决定基础的设计与施工
受力结构
材料特性
外载条件
计算参数 计算误差 设计方法
施工 造价
（1）在岩体中开挖，围岩与支护共同组成 承载体，受力结构不明确 （2）几何不稳定的结构在地下工程中可能 稳定
（1）主要结构材料一般是人造的 （2）材料均质、连续，正常荷载 下表现为线弹性，流变性可忽略
（1）结构承载包括恒载（如结构 自重、永久承重等）、活载（如风 载、楼面活荷载、移动承载物重量） 等 （2）结构承载是确知的
岩土力学课件
冰川沉积土
• 未经水流搬运，直接从冰层中搁置下来的 冰碛土。
• 其特点是：不成层，性质一般不均匀，可 作为土石坝的不透水材料，而化学胶结的 冰碛土具有很高的密实性，常常是极好的 建筑物地基。
• 冰水冲积土：由冰川融化水搬运、堆积在 冰层外围的冲积土，具有与河流冲积土类 似的性质，是优良的透水材料和混凝土骨 料
弹塑性模型分析法
Байду номын сангаас
3 地下水电站建设中的岩土工程
• 地下洞室的稳定判据：以岩体的屈服、变 形、状态作为判据
• 喷锚支护加固地下结构：锚杆、锚索、喷 射砼等
• 洞室群的施工优化：从全局出发，找出有 利于围岩稳定而且经济的优化施工方案
作用三：铁路建设中的岩土工程
• 铁路建设中的岩土工程包括岩土工程勘探、 路基、桥梁基础工程、隧道工程。
科学试验与理论分析相结合的方法
岩土力学的发展简史
• 岩土力学是一门既古老、 又新兴的学科，人类很早 就懂得广泛利用土进行工 程建设（我国的长城、南 北大运河）直到十八世纪 中叶，人类对土在工程建 设方面的特性，尚停留在 感性认识阶段。
土力学的发展简史
• 十八世纪产业革命后，提出了大量与土力 学有关的问题和不少成功的经验，特别是 一些工程事故的教训，迫切促使人们去寻 求理论的解释，并要求永通过实践检验的 理论来直到以后的工程实践。
• 岩体是受到各种性质的软弱面切割而成的 自然地质综合体。
• 岩体结构：包括结构面和结构体。
岩土力学研究的内容
• 对工程地质定性成果进行定量分析和计算 • 岩土体物力性质研究 • 岩土体的稳定性参数测试方法研究、现场大型力
学试验、应力和应变监测技术 • 岩土体中应力和应变的分布规律及岩土体和工程
岩石力学课件-第六章岩石强度破坏准则
蠕变方程
描述蠕变行为的数学方程，通常 包括应变、应力、时间和温度等
参数。
岩石蠕变特征
02
01
03
岩石蠕变类型
包括瞬时蠕变、减速蠕变、稳定蠕变和加速蠕变等阶 段。
岩石蠕变影响因素
围压、温度、应力水平、岩石类型和含水量等。
岩石蠕变破坏
长时间蠕变可能导致岩石破裂或失稳。
蠕变过程中能量变化
能量耗散
蠕变过程中，岩石内部微观结构的变化导致能量耗散，表现为热 量或声发射等形式。
强化准则
描述材料在塑性变形过程中，后继 屈服面在应力空间中的变化规律， 反映材料在塑性变形过程中的硬化 或软化特性。
岩石塑性变形特征
岩石的塑性变形主要表现为晶内滑移、位错运动、 颗粒边界滑动等微观机制。
岩石的塑性变形具有明显的时间效应，即变形速率 与时间的密切关系。
温度对岩石的塑性变形有显著影响，高温下岩石的 塑性增强，易于发生蠕变。
脆性断裂力学基本原理
01
02
03
应力强度因子
描述裂纹尖端应力场强度 的参数，与裂纹长度、形 状及加载方式有关。
断裂韧性
表征材料抵抗裂纹扩展的 能力，是材料的固有属性。
脆性断裂判据
当应力强度因子达到或超 过材料的断裂韧性时，裂 纹将失稳扩展，导致脆性 断裂。
岩石脆性断裂特征
裂纹快速扩展
脆性断裂时，裂纹一旦失 稳扩展，将以极快的速度 进行，直至完全断裂。
岩石强度定义
岩石在外力作用下抵抗破坏的能 力，通常用应力来表示。
岩石强度分类
根据外力作用方式不同，岩石强 度可分为抗压强度、抗拉强度和 抗剪强度等。
破坏准则概念及意义
破坏准则概念
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-岩石地下工程的监测
（1）围岩压力大变形量也大，此时应加强支护， 以限制围岩变形和控制围岩压力的增长；
（2）围岩压力大，但变形量并不很大，这表明 支护时机和支护的封底时间可能过早或支护尺寸及 刚度太大，这时应作适当修正支护设计参数。
（3）围岩压力很小，但其变形量却很大时，则 围岩将会失去稳定，此时应立即停止开挖，加强围 岩支护和采取辅助施工措施进行加固处理。
Hn
(H0
H1n
H
n 2
)
(H0
H1n1
H
n1 2
)
n
H Hi i0
然后采用以下的负指数方程进行非线性回归，
u a bekt
以上回归采用Origin 6.0软件完成。 根据以下的边值条件，可推断得出初测前的累
计位移u0和时间趋向无穷时的最大位移 umax
u0 a bekt t0 0
围岩表面监测预警可按极限位移与极限位移速度值予 以预报。
前一种方法是当围岩表面位移达到极限位移值时立即 预警；后一种方法的实例是：围岩的位移使顶板下沉速度 报警仪的齿轮机构旋转，使终端的光电转盘获得较大的转 速，并将转速变换为电脉冲信号，该信号的频率反映了围 岩顶板下沉的速度，当此速度达到极限值时实现自身报警。
虚作无源联接，联接部件价格较贵，
修复较复杂
易于联接与修复，费用低廉
易于作大范围联网监测，无需作前 置放大或中继放大，并可作分布式 监测
大于200m的信号传输需作前置放大， 远距离传输需作中继放大
体积小易于隐藏，元件损坏难于修
复
设备需要空间较大，故障易于排除
服务年限 监测费用
>10年
在同一精度与测试量程内，为电磁 法的1/2~1/3
（2）围岩压力大，但变形量并不很大，这表明 支护时机和支护的封底时间可能过早或支护尺寸及 刚度太大，这时应作适当修正支护设计参数。
（3）围岩压力很小，但其变形量却很大时，则 围岩将会失去稳定，此时应立即停止开挖，加强围 岩支护和采取辅助施工措施进行加固处理。
Hn
(H0
H1n
H
n 2
)
(H0
H1n1
H
n1 2
)
n
H Hi i0
然后采用以下的负指数方程进行非线性回归，
u a bekt
以上回归采用Origin 6.0软件完成。 根据以下的边值条件，可推断得出初测前的累
计位移u0和时间趋向无穷时的最大位移 umax
u0 a bekt t0 0
围岩表面监测预警可按极限位移与极限位移速度值予 以预报。
前一种方法是当围岩表面位移达到极限位移值时立即 预警；后一种方法的实例是：围岩的位移使顶板下沉速度 报警仪的齿轮机构旋转，使终端的光电转盘获得较大的转 速，并将转速变换为电脉冲信号，该信号的频率反映了围 岩顶板下沉的速度，当此速度达到极限值时实现自身报警。
虚作无源联接，联接部件价格较贵，
修复较复杂
易于联接与修复，费用低廉
易于作大范围联网监测，无需作前 置放大或中继放大，并可作分布式 监测
大于200m的信号传输需作前置放大， 远距离传输需作中继放大
体积小易于隐藏，元件损坏难于修
复
设备需要空间较大，故障易于排除
服务年限 监测费用
>10年
在同一精度与测试量程内，为电磁 法的1/2~1/3
《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。
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第8章 岩石地下工程
§8.1 概 述
地下工程：为各种目的修建在地层之内的中空巷道
或中空洞室，其共同特点是在岩体内开挖出具有 一定横断面积和尺寸的洞室。
不同的分类方式有不同的分类 方法
按所处的地质条件
土质隧道 岩质隧道
按所处的地理位置
山岭隧道 水底隧道 城市隧道
交通类隧道
水工隧道
市政隧道 矿山隧道 人防隧道
公路隧道
2005年2月15日歌乐山打通，工程分左右两条隧洞，共要挖出100万 方土石。其中，每条隧洞长3900米，单向双车道。
湖南邵怀高速 隧道内的“人造天空”
全长18.02公里，总投资31.93亿元 断层、涌水、岩爆
照明、通风、消防、通信、救援、 交通安全控制、供配电、监控
铁路隧道
中国自行设计和施工的第一座 越岭隧道，位于（北）京包 （头）铁路青龙桥车站附近。 这座单线隧道全长1091米，由 我国杰出的工程师詹天佑亲自 规划督造，1907年开工，在中 国技术人员和工人的努力下， 仅用18个月，于1908年竣工。
铁路隧道 公路隧道 地下铁道 人行通道 引水隧道 尾水隧道 导流隧道 泄洪隧道 给水隧道 排水隧道
管路隧道（煤气、暖气、电力等） 采矿巷道
运输巷道
深埋隧道（地下工程自身影响达不到地表）
浅埋隧道
Hp(2.0~2.5)hq
hq q/
深埋地下工 程（50m） 的特点：
✓ 可视为无限体中的孔洞问题，孔洞各方向无穷远处，仍为原岩应力；
深圳罗湖口岸及火车站地区：该综 合体地下地上各三层，该项目于2006年7 月获城市土地学会亚太区卓越奖。
深圳华强北地下商业街：以疏通人 流为主，兼顾商业和旅游观光的地下商 业通道。设计停车泊位1000个。地下人 行系统在三个十字路口处分别向东西方 向的道路下方延伸，扩展为三个大厅。 地下商业面积3.2万m2。
中国目前已开通运营的海拔道:
位于京广铁路广东省粤北瑶山山区的坪石至乐昌间， 全长14295米。隧道埋深70至910米，推行了国外最 先进的设计和施工的方法——“新奥法”。采用八十 年代国内外最先进的大型机械，实现了主要工序— —钻爆、支护、装运三条机械化作业线。
断面为16×20米的瀑布沟水电站泄洪洞 四川紫坪铺水利枢纽导流隧洞工程
地下水电站
采矿巷道
海底储气工程
汕头LPG工程，1997年10月开工， 1999年12月建成
人防隧道
广州地铁二号线 【赤～鹭区间隧道】
盾构工程
隧道内路面施工
临江门车站 较场口车站 大坪车站
重庆轻轨二号线（较场口-新山村） 18公里，投资43亿（2000-2005年）
南京 结合地铁1、2号线新街口换乘站建设， 形成地下空间网络，总建筑面积超过了40 万m2，基本形成了地下城。
平壤地铁1968年开建，1987年开通，全长35公里。最深处达120 米，号称是世界上最深的地铁。
在四川省境内的大渡河畔， 有一条古老凉山分裂成的 长达几里的大裂缝，名叫 老昌沟。1964年修建成昆 铁路时，桥梁建设者们在 这里修建了一座中国跨度 最大的铁路石拱桥。
关角隧道位于青藏铁路西 （宁）格（尔木）段的青海省 天峻县内，全长4000米。洞内 轨面最高处海拔3692米。由于 地处高海拔地区，气候寒冷， 空气稀薄，年平均气温0℃， 最低温度为零下37.5℃。关角 隧道的施工前后历时30多年， 除停工的13年外，正式开挖建 设5年半，而整治病害耗时9年 多，可见隧道地质构造之复 杂、气候条件的恶劣和病害的 严重。
世界高原多年冻土区第一长大隧道：
昆仑山隧道位于青藏铁路青海境内，全长 1686米，于2001年9月开工，2002年9月26日 胜利贯通。
世界海拔第一高的铁路隧道：
位于青藏铁路青海境内青藏高原可可西里“无人 区”边缘，全长1338米，轨面海拔4905米，是世界 上海拔最高的隧道，年均气温零下7℃，寒季最低 气温达零下41℃，空气中氧气含量只有内地的50％ 左右。隧道冻土层最厚达150米、覆盖层最薄处仅 有８米，施工稍有不慎，就会导致大塌方，工程难 度之大前所未遇。 2001年10月18日开工建设， 2002年10月19日胜利贯通。
课后自己上网看看CCTV10的纪录片
穿越梦想
—宜万铁路(沪蓉西高速铁路)
城市地下空间开发利用已经成为提高城市容量、缓解 城市交通、改善城市环境的重要手段，正在成为建设 资源节约型、环境友好型城市的重要途径。
核心区地下城，以波浪文化城（100000 m2）和地铁1、2 号线 换乘站为骨干，形成地下城，地下空间总量达到200万m2。
✓ 当埋深等于或大于巷道半径R0或其宽、高之半的20倍以上时，巷道影响 范围（3~5 R0 ）以内的岩体自重可以忽略不计；原岩水平应力可以简化 为均匀分布，通常误差不大（10％以下）；
✓ 深埋的水平巷道长度较大时，可作为平面应变问题处理。其它类型巷道 ，或作为空间问题，或作为全平面应变问题处理。
南水北调东线穿黄探洞工程，开创70米深处穿越黄河先例 甘肃引大入秦隧洞采用双护盾全断面掘进机进行掘进施工
中国最长的铁路隧道：秦岭隧道
秦岭隧道地质复杂、工程巨大,在设计、施工、运营安全和维修管理方面都有许 多技术难关，且Ⅰ线隧道采用掘进机施工，在我国铁路隧道施工尚属首次，为此 有六类24项部重点科研项目立项研究，均取得了不俗的成果。秦岭特长隧道的修 建，使我国隧道工程建设从整体上提高到一个新的技术水平。隧道1995年1月18 日正式开工，1999年9月6日全部贯通，2000年8月18日西康铁路开通运营。
穿越武夷山脉的长大越岭隧道:
中国最长的铁路隧道：
位于西（安）（安）康铁路青岔车站和营盘车站之间，由两座基本平行的单线隧 道组成，两线间距为30米，其中Ⅰ线隧道全长18460米；Ⅱ线隧道全长18456米。
中国最长的铁路隧道：秦岭隧道
隧道最大埋深约1600米，埋深超过1000米地段长约3.8公里。Ⅰ线(左线)隧道使用2 台8.8米敞开式掘进机（TBM）由隧道两端相向施工。Ⅱ线隧道(右线)，采用新奥法 施工，初期支护为锚喷，二次支护为马蹄型带仰拱的模筑混凝土复合衬砌。
§8.1 概 述
地下工程：为各种目的修建在地层之内的中空巷道
或中空洞室，其共同特点是在岩体内开挖出具有 一定横断面积和尺寸的洞室。
不同的分类方式有不同的分类 方法
按所处的地质条件
土质隧道 岩质隧道
按所处的地理位置
山岭隧道 水底隧道 城市隧道
交通类隧道
水工隧道
市政隧道 矿山隧道 人防隧道
公路隧道
2005年2月15日歌乐山打通，工程分左右两条隧洞，共要挖出100万 方土石。其中，每条隧洞长3900米，单向双车道。
湖南邵怀高速 隧道内的“人造天空”
全长18.02公里，总投资31.93亿元 断层、涌水、岩爆
照明、通风、消防、通信、救援、 交通安全控制、供配电、监控
铁路隧道
中国自行设计和施工的第一座 越岭隧道，位于（北）京包 （头）铁路青龙桥车站附近。 这座单线隧道全长1091米，由 我国杰出的工程师詹天佑亲自 规划督造，1907年开工，在中 国技术人员和工人的努力下， 仅用18个月，于1908年竣工。
铁路隧道 公路隧道 地下铁道 人行通道 引水隧道 尾水隧道 导流隧道 泄洪隧道 给水隧道 排水隧道
管路隧道（煤气、暖气、电力等） 采矿巷道
运输巷道
深埋隧道（地下工程自身影响达不到地表）
浅埋隧道
Hp(2.0~2.5)hq
hq q/
深埋地下工 程（50m） 的特点：
✓ 可视为无限体中的孔洞问题，孔洞各方向无穷远处，仍为原岩应力；
深圳罗湖口岸及火车站地区：该综 合体地下地上各三层，该项目于2006年7 月获城市土地学会亚太区卓越奖。
深圳华强北地下商业街：以疏通人 流为主，兼顾商业和旅游观光的地下商 业通道。设计停车泊位1000个。地下人 行系统在三个十字路口处分别向东西方 向的道路下方延伸，扩展为三个大厅。 地下商业面积3.2万m2。
中国目前已开通运营的海拔道:
位于京广铁路广东省粤北瑶山山区的坪石至乐昌间， 全长14295米。隧道埋深70至910米，推行了国外最 先进的设计和施工的方法——“新奥法”。采用八十 年代国内外最先进的大型机械，实现了主要工序— —钻爆、支护、装运三条机械化作业线。
断面为16×20米的瀑布沟水电站泄洪洞 四川紫坪铺水利枢纽导流隧洞工程
地下水电站
采矿巷道
海底储气工程
汕头LPG工程，1997年10月开工， 1999年12月建成
人防隧道
广州地铁二号线 【赤～鹭区间隧道】
盾构工程
隧道内路面施工
临江门车站 较场口车站 大坪车站
重庆轻轨二号线（较场口-新山村） 18公里，投资43亿（2000-2005年）
南京 结合地铁1、2号线新街口换乘站建设， 形成地下空间网络，总建筑面积超过了40 万m2，基本形成了地下城。
平壤地铁1968年开建，1987年开通，全长35公里。最深处达120 米，号称是世界上最深的地铁。
在四川省境内的大渡河畔， 有一条古老凉山分裂成的 长达几里的大裂缝，名叫 老昌沟。1964年修建成昆 铁路时，桥梁建设者们在 这里修建了一座中国跨度 最大的铁路石拱桥。
关角隧道位于青藏铁路西 （宁）格（尔木）段的青海省 天峻县内，全长4000米。洞内 轨面最高处海拔3692米。由于 地处高海拔地区，气候寒冷， 空气稀薄，年平均气温0℃， 最低温度为零下37.5℃。关角 隧道的施工前后历时30多年， 除停工的13年外，正式开挖建 设5年半，而整治病害耗时9年 多，可见隧道地质构造之复 杂、气候条件的恶劣和病害的 严重。
世界高原多年冻土区第一长大隧道：
昆仑山隧道位于青藏铁路青海境内，全长 1686米，于2001年9月开工，2002年9月26日 胜利贯通。
世界海拔第一高的铁路隧道：
位于青藏铁路青海境内青藏高原可可西里“无人 区”边缘，全长1338米，轨面海拔4905米，是世界 上海拔最高的隧道，年均气温零下7℃，寒季最低 气温达零下41℃，空气中氧气含量只有内地的50％ 左右。隧道冻土层最厚达150米、覆盖层最薄处仅 有８米，施工稍有不慎，就会导致大塌方，工程难 度之大前所未遇。 2001年10月18日开工建设， 2002年10月19日胜利贯通。
课后自己上网看看CCTV10的纪录片
穿越梦想
—宜万铁路(沪蓉西高速铁路)
城市地下空间开发利用已经成为提高城市容量、缓解 城市交通、改善城市环境的重要手段，正在成为建设 资源节约型、环境友好型城市的重要途径。
核心区地下城，以波浪文化城（100000 m2）和地铁1、2 号线 换乘站为骨干，形成地下城，地下空间总量达到200万m2。
✓ 当埋深等于或大于巷道半径R0或其宽、高之半的20倍以上时，巷道影响 范围（3~5 R0 ）以内的岩体自重可以忽略不计；原岩水平应力可以简化 为均匀分布，通常误差不大（10％以下）；
✓ 深埋的水平巷道长度较大时，可作为平面应变问题处理。其它类型巷道 ，或作为空间问题，或作为全平面应变问题处理。
南水北调东线穿黄探洞工程，开创70米深处穿越黄河先例 甘肃引大入秦隧洞采用双护盾全断面掘进机进行掘进施工
中国最长的铁路隧道：秦岭隧道
秦岭隧道地质复杂、工程巨大,在设计、施工、运营安全和维修管理方面都有许 多技术难关，且Ⅰ线隧道采用掘进机施工，在我国铁路隧道施工尚属首次，为此 有六类24项部重点科研项目立项研究，均取得了不俗的成果。秦岭特长隧道的修 建，使我国隧道工程建设从整体上提高到一个新的技术水平。隧道1995年1月18 日正式开工，1999年9月6日全部贯通，2000年8月18日西康铁路开通运营。
穿越武夷山脉的长大越岭隧道:
中国最长的铁路隧道：
位于西（安）（安）康铁路青岔车站和营盘车站之间，由两座基本平行的单线隧 道组成，两线间距为30米，其中Ⅰ线隧道全长18460米；Ⅱ线隧道全长18456米。
中国最长的铁路隧道：秦岭隧道
隧道最大埋深约1600米，埋深超过1000米地段长约3.8公里。Ⅰ线(左线)隧道使用2 台8.8米敞开式掘进机（TBM）由隧道两端相向施工。Ⅱ线隧道(右线)，采用新奥法 施工，初期支护为锚喷，二次支护为马蹄型带仰拱的模筑混凝土复合衬砌。