精品课程《岩石力学》课件
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37年，首部岩石力学专著 (秦巴列维奇)《岩石力学》
岩石力学的定义（Rock Mechanics)
1964年5月美国地质学会岩石力学专业委员会所下的定 义为：“岩石力学是研究岩石的力学性状（behavior） 的一门理论和应用的科学，它是固体力学的一个分支， 是探讨岩石对其周围物理环境中力场反应的学科。”
精品课程
岩石力学
二、岩石力学学科的形成及定义
1951年，J. Stini 和 L. Müller等在 Salzburg发起和举行了以岩体力 学为主题的第一次国际岩石力学讨论会，为把工程地质与力 学相结合、为建立岩石力学这门边缘学科跨出了重要的一步， 并创办了《Geologie und Bauwesen》，1962年改名为《Rock Mechanics & Rock Engineering》
连续介质理论
特点：以固体力学作为基础，从材料的基本力学性质 出发来认识岩石工程的稳定问题。
30年代，萨文(P. H. Савин)采用无限大板孔应力集中的弹性解分析围岩 的应力分布； 50年代，弹塑性理论应用于围岩稳定性研究； R. Fenner－J. Talobre公式和 H. Kastner 公式； 应用流变理论对隧洞围岩的进行粘弹性分析； S. Serta公式
从“材料”概念到“不连续介质概念”是现代岩石力 学的第一步突破； 进入计算力学阶段是第二步突破；
有限元、边界元、离散元、位移非连续法（DDA)和流行法
非线性理论、不确定性理论和系统科学理论进入实用 阶段，则是岩石力学理论研究及工程应用的第三步意 义更为重大的突破．
耗散结构论、协同学、分叉和混沌理论，模糊数学、人工智能、 灰色理论
四、岩石力学中的几个基本概念
1. 岩石 (Rock)
定义：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天然 地质体。
岩石按照其成因可分为三类：岩浆岩，沉积岩和 变质岩，不同成因类型的岩石具有不同的物理力 学性质（自学、了解）。
2. 岩块
自然地质体的小块岩石称为岩块。我们平时所称的岩 石，在一定程度上都是指岩块。
不足：过分强调节理、裂隙的作用，过分依赖经验，
而忽视理论的指导作用
4. 现代发展阶段(20世纪60年代－现在)
特点：用更为复杂多样的力学模型分析岩石力学问题；把物
理学、力学、系统工程、现代数理科学、现代信息技术等最新 成果引入了岩石力学； 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提供了可能．
1956年4月，在美国的科罗拉多矿业学院举行的一次专业会议上， 开始使用“岩石力学”这一名词，并由该学院汇编了“岩石 力学论文集”。在论文集的序言中说：“它是与过去作为一 门学科而发展起来的土力学，有着相似的概念的一门学科， 对这种有关岩石的力学方面的学科，现取名为岩石力学”。
1957年在巴黎出版的塔洛布尔（J. Talobre）的专著“岩石力学”是 这方面较早的一本较系统的著作。其后，开始形成了不同的 岩石力学学派（如法国学派，偏重于从弹塑性理论方面来研 究；奥地利学派，偏重于地质构造方面来研究）。
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。
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)
岩石力学的萌芽时期
A. Heim(1912)提Baidu Nhomakorabea了静水压力的理论
W. J. M. Rankine（朗肯）和A.H.ДИННИΚ(金尼 克)地层压力的修正理论，即
v h
H H
tg 2 ( )
42
或 1-
2. 经验理论阶段(20世纪初~20世纪30年代)
该阶段根据生产经验提出了经典的地压理论，具有代表性的理论有：
不足：解析方法仅适合平面的圆形巷道，不能模拟开 挖过程；由于岩体中节理、裂隙的存在，围岩力学性 质参数和准确的本构关系难以确定。
地质力学理论
特点：，强调对岩体节理、裂隙的研究，重视岩体
结构面对岩石工程稳定性的影响和控制作用。
20年代，由德国人 H. Cloos 创立 51年，J. Stini 和 L. Müller 创立了“奥地利学派”： 在理论方面，指出工程围岩稳定性与原岩应力和开挖后岩体 的力学强度变化密切相关，重视岩石工程施工过程中应力、 位移和稳定性状态的监测，重视支护与围岩的共同作用，特 别重视利用围岩自身的强度维持岩石工程的稳定性 在施工方面，提出了“新奥法”，符合现代岩石力学理论
实验室通常用的岩石试件是由钻孔获取岩芯或在工程 范围内用爆破或其他方法获得的岩石碎块加工而成。
岩石试件通常是不包含有显著弱面的、较均质的岩石 块体，可看作连续介质及均质体。
3. 岩体 (Rock Mass)
岩体是指在一定地质条件下，含有诸如节理、断层、裂 隙、层理、劈理等不连续结构面的复杂地质体。
3. 经典理论阶段(20世纪30年代~20世纪60年
代)
岩石力学学科形成的重要阶段
弹性、塑性力学被引入，提出一些经典的解析计算公式 重视结构面对岩体力学性质的影响 形成围岩与支护共同作用理论 实验方法的完善 一系列岩石力学文献和专著的出版
岩体工程问题的解决形成了“连续介质理论” 和“地质力学理论”两大学派
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．
岩石力学的定义（Rock Mechanics)
1964年5月美国地质学会岩石力学专业委员会所下的定 义为：“岩石力学是研究岩石的力学性状（behavior） 的一门理论和应用的科学，它是固体力学的一个分支， 是探讨岩石对其周围物理环境中力场反应的学科。”
精品课程
岩石力学
二、岩石力学学科的形成及定义
1951年，J. Stini 和 L. Müller等在 Salzburg发起和举行了以岩体力 学为主题的第一次国际岩石力学讨论会，为把工程地质与力 学相结合、为建立岩石力学这门边缘学科跨出了重要的一步， 并创办了《Geologie und Bauwesen》，1962年改名为《Rock Mechanics & Rock Engineering》
连续介质理论
特点：以固体力学作为基础，从材料的基本力学性质 出发来认识岩石工程的稳定问题。
30年代，萨文(P. H. Савин)采用无限大板孔应力集中的弹性解分析围岩 的应力分布； 50年代，弹塑性理论应用于围岩稳定性研究； R. Fenner－J. Talobre公式和 H. Kastner 公式； 应用流变理论对隧洞围岩的进行粘弹性分析； S. Serta公式
从“材料”概念到“不连续介质概念”是现代岩石力 学的第一步突破； 进入计算力学阶段是第二步突破；
有限元、边界元、离散元、位移非连续法（DDA)和流行法
非线性理论、不确定性理论和系统科学理论进入实用 阶段，则是岩石力学理论研究及工程应用的第三步意 义更为重大的突破．
耗散结构论、协同学、分叉和混沌理论，模糊数学、人工智能、 灰色理论
四、岩石力学中的几个基本概念
1. 岩石 (Rock)
定义：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天然 地质体。
岩石按照其成因可分为三类：岩浆岩，沉积岩和 变质岩，不同成因类型的岩石具有不同的物理力 学性质（自学、了解）。
2. 岩块
自然地质体的小块岩石称为岩块。我们平时所称的岩 石，在一定程度上都是指岩块。
不足：过分强调节理、裂隙的作用，过分依赖经验，
而忽视理论的指导作用
4. 现代发展阶段(20世纪60年代－现在)
特点：用更为复杂多样的力学模型分析岩石力学问题；把物
理学、力学、系统工程、现代数理科学、现代信息技术等最新 成果引入了岩石力学； 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提供了可能．
1956年4月，在美国的科罗拉多矿业学院举行的一次专业会议上， 开始使用“岩石力学”这一名词，并由该学院汇编了“岩石 力学论文集”。在论文集的序言中说：“它是与过去作为一 门学科而发展起来的土力学，有着相似的概念的一门学科， 对这种有关岩石的力学方面的学科，现取名为岩石力学”。
1957年在巴黎出版的塔洛布尔（J. Talobre）的专著“岩石力学”是 这方面较早的一本较系统的著作。其后，开始形成了不同的 岩石力学学派（如法国学派，偏重于从弹塑性理论方面来研 究；奥地利学派，偏重于地质构造方面来研究）。
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。
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)
岩石力学的萌芽时期
A. Heim(1912)提Baidu Nhomakorabea了静水压力的理论
W. J. M. Rankine（朗肯）和A.H.ДИННИΚ(金尼 克)地层压力的修正理论，即
v h
H H
tg 2 ( )
42
或 1-
2. 经验理论阶段(20世纪初~20世纪30年代)
该阶段根据生产经验提出了经典的地压理论，具有代表性的理论有：
不足：解析方法仅适合平面的圆形巷道，不能模拟开 挖过程；由于岩体中节理、裂隙的存在，围岩力学性 质参数和准确的本构关系难以确定。
地质力学理论
特点：，强调对岩体节理、裂隙的研究，重视岩体
结构面对岩石工程稳定性的影响和控制作用。
20年代，由德国人 H. Cloos 创立 51年，J. Stini 和 L. Müller 创立了“奥地利学派”： 在理论方面，指出工程围岩稳定性与原岩应力和开挖后岩体 的力学强度变化密切相关，重视岩石工程施工过程中应力、 位移和稳定性状态的监测，重视支护与围岩的共同作用，特 别重视利用围岩自身的强度维持岩石工程的稳定性 在施工方面，提出了“新奥法”，符合现代岩石力学理论
实验室通常用的岩石试件是由钻孔获取岩芯或在工程 范围内用爆破或其他方法获得的岩石碎块加工而成。
岩石试件通常是不包含有显著弱面的、较均质的岩石 块体，可看作连续介质及均质体。
3. 岩体 (Rock Mass)
岩体是指在一定地质条件下，含有诸如节理、断层、裂 隙、层理、劈理等不连续结构面的复杂地质体。
3. 经典理论阶段(20世纪30年代~20世纪60年
代)
岩石力学学科形成的重要阶段
弹性、塑性力学被引入，提出一些经典的解析计算公式 重视结构面对岩体力学性质的影响 形成围岩与支护共同作用理论 实验方法的完善 一系列岩石力学文献和专著的出版
岩体工程问题的解决形成了“连续介质理论” 和“地质力学理论”两大学派
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．