岩石力学

两相体。
岩石力学是固体力学与地质工程的边缘科学。
源自文库
1.1 岩石力学的基本概念
岩石材料与岩石力学
材料 钢铁 材料特征 单项 均匀 各向同性 力学研究内容 变形及破坏 力学表征 弹塑性力学 断裂力学 损伤力学
岩石
多孔介质 非均匀 各向异性
变形及破坏
岩石力学（弹塑性力学、断裂 力学、损伤力学流变力学、孔 隙弹性力学）
如中科院岩土力学研究所等。
1966年以前只有少数产业部门比较重视岩石力学的研究工
作，例如水电、煤炭、冶金等。随着工程实践所取得的经验和 教训，使得更多部门（如建筑、铁道、石油、国防、人防等） 的有关技术人员认识到：必须充分了解岩石的力学性质，才能 解决好岩石工程的技术问题。
1.3
我国岩石力学的发展
1976 年以后，国内许多学术团体恢复活动并新建了一些有关岩
石力学的学术组织。
1974年国际岩石力学第四次会议在瑞士召开，我国首次派出代表
团参加了会议。 1981年成立了中国岩石力学与工程学会筹备组，随后成立了国际
岩石力学中国小组。
1985年我国正式成立了中国岩石力学与工程学会，揭开了我国 岩石力学研究的新序幕。


3
2
•即用1 代表最大主应力，用3 代表最小主应力，而
则表示中等主应力。
1.1 岩石力学的基本概念
岩石属于固体，岩石力学应属于固体力学的范畴。一
般从宏观的意义上，把固体看做连续介质。但是，岩体 不但有微观的裂隙，而且有层理、片理、节理以及断层 等不连续面。岩体不是连续介质，而且表现为各向异性 （anisotropy）或非均质。岩石中若含水，它又表现为
1.6岩石力学在石油工程中的应用
1.1 岩石力学的基本概念
1.1 岩石力学（ Rock mechanics）的基本概念
岩石力学是研究岩石或岩体在外力作用下的应力
状态（stress state） 、应变状态（strain state） 和破坏条件（failure criterion ）等力学特性的学 科，它是解决岩石工程(即与岩石有关的工程)技术问 题的理论基础。
随着国内岩石力学学科技术的发展，我国在世界岩石力学界的地
位正在逐渐提高。
1.3
我国岩石力学的发展
在石油工程领域，岩石力学的科研工作开展的较晚， 1977年以后才开始筹建岩石力学实验室，且国内只有华
东石油学院（石油大学前身）开发系（现石油工程学院）
一家。 该实验室在六五期间开展了地层破裂压力预报技术 的研究。七五期间开展了套管损坏机理及防治和复合盐 膏层流变规律等一系列研究。
岩石材料的特点：多相孔隙介质 非均匀、各向异性 环境相关性、尺度相关性、加载频率相关性
1.2
岩石力学的发展历史
岩石力学是伴随着采矿、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，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） 这是岩石力学的萌芽时期，产生了初步理论，以解决岩 体开挖的力学计算问题。
1.2
岩石力学的发展历史
（2）经验理论阶段（20世纪初～30年代）
该阶段出现了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。 （3）经典理论阶段（20世纪30年代～60年代）
这是岩石力学学科形成的重要阶段，弹性力学和塑性力
学被引入岩石力学，确立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，岩石力学文献和专著的出版，实验方法的完善，岩体工 程技术问题的解决。
1.3
我国岩石力学的发展
八五期间，开展了更为广泛的研究工作，如地应
力（in site stresses ）确定技术、井壁稳定 （borehole stability ）技术、出砂机理（sand production prediction）、水力压裂（hydraulic fracture ）等研究。
目前在石油行业研究岩石力学的机构也正在不断
增加，如中石油集团公司的勘探开发研究院、胜利油田 钻井研究院等。
1.4 研究内容与研究方法
1.4
研究内容与研究方法
1) 研究内容
（1）岩石、岩体的地质特征
内容包括： ①岩石的物质组成和结构特征； ②结构面特征及其对岩体力学性质的影响； ③岩体结构及其力学特征；
工程、现代数理科学、现代信息技术等方面的最新成果引入了岩石力学。 而电子计算机的广泛应用为流变学、断裂力学、非连续介质力学、数值方
法、灰色理论、人工智能、非线性理论等在岩石力学与工程中的应用也提
供了可能。
1.3
1.3
我国岩石力学的发展
我国岩石力学的发展
建国以后，我国陆续建立了一些研究岩石力学的研究机构，
④岩体工程分类。
1.4 研究内容与研究方法
1.2
岩石力学的发展历史
岩石力学发展到该阶段已经成为一门独立的学科。 在经典理论发展阶段，形成了“连续介质理论”和“地质力学理论” 两大学派。
（4）现代发展阶段（20世纪60年代～现在）
此阶段是岩石力学理论和实践的新进展阶段，其主要特点是，用更为
复杂的多种多样的力学模型来分析岩石力学问题，把力学、物理学、系统
1.1 岩石力学的基本概念
应力和应力状态的描述 1） 正应力与剪应力 应力
F A
1.1 岩石力学的基本概念
•作用力与平面的关系
可以呈任意方向，如果 力是沿着面的法向作用， 它就称为法向力 （normal force）。如
果它与法向垂直，即与
面平行，它就称为剪切 力或剪力
1.1 岩石力学的基本概念
岩石力学
目录
第1章 绪论
第2章 岩石的物理性质及工程分类
第3章 岩石的力学性质
第4章 岩石的本构关系和强度准则
第5章 岩石的蠕变
第6章 地应力测量及计算
第1章 绪论
1.1 岩石力学的基本概念
1.2 岩石力学的发展历史
1.3 我国岩石力学的发展
1.4 研究内容与研究方法
1.5 岩石力学固有的复杂性
2）应力方向的规定
压应力 +
拉应力 -
1.1 岩石力学的基本概念
剪应力 +
剪应力 -
1.1 岩石力学的基本概念
3）一点的应力状态
z zx zy y yz yx 3
2
x xz xy
1 1 > 2 > 3
1.1 岩石力学的基本概念
•在岩石力学中，我们总是规定:1 2