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第一章 绪论

岩石力学 是一门研究岩石在外界因素（如荷载、水流、温度变化等）作用下的

应力、应变、破坏、稳定性及加固的学科。又称岩体力学，是力学的一个分支。

研究目的在于解决水利、土木工程等建设中的岩石工程问题。它是一门新兴的，

与有关学科相互交叉的工程学科，需要应用数学、固体力学、流体力学、地质学、

土力学、土木工程学等知识，并与这些学科相互渗透。应用： 水利水电 道路

建设 采矿工程 等

煤与瓦斯突出预测及处理理论和技术 铁路隧道设计和施工技术 水库诱发地

震的预报问题 地震预报中的岩石力学问题

岩体力学的研究对象： 岩石 由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而

形成的自然物体

岩体力学的发展历程：

20世纪以前萌芽阶段 宋应星《天工开物》 古德恩维地表移动范围

20世纪初到20世纪50年代第二阶段 松散介质学派 卡曼型三轴试验机 三下

开采

20世纪50年代到现在现代阶段 弹塑性理论 流变理论

百花齐放 世界各国成立岩石力学学会 论文的发表 数值模拟方法

矿山岩体力学的特点及其研究范围

采深大 计算精度低 位置受限 不断移动

由于大面积开采还会引起采空区上方大量岩层移动和破坏，研究这些岩层的

运动、破坏和平衡规律及其控制方法，是矿山岩石力学的重要课题，这也是区别

于其他应用性岩石力学学科的重要内容。

矿山岩体力学的研究目的和方法

在安全、经济、高强度、高指标的原则下最大限度地开采地下资源。

矿山岩石力学的研究方法是科学实践和理论分析相结合，二者互相联系，互相

促进。

岩石的物理性质

密度、视密度、孔隙性、碎胀性和压实性、吸水性、透水性、软化性、膨胀性和

崩解性 密度是指单位体积的岩石（包括空隙）的质量

容重是指单位体积的岩石（包括空隙）的重量 通常，岩石的容重愈大则它的

性质就愈好

孔隙度是岩石中各种孔洞、裂隙体积的总和与岩石总体积之比，

故也称为孔隙率 通常根据岩石的密度和干视密度经计算而求得 碎胀性是岩石破碎以后的体积将比整体状态下增大的性质

吸水性是指遇水不崩解的岩石在一定的试验条件下(规定的试样尺寸和试验压力)

吸入水分的能力，通常以岩石的自然吸水率和强制吸水率表示。岩石的自然吸水

率是试件在大气压力作用下吸入水分的质量与试件的干质量之比

透水性是岩石能被水透过的性能。达西定律可知Q=KAI

软化系数是指水饱和岩石试件的单向抗压强度与干燥岩石试件单向抗压强度之

比

33

2.710kg/m ⨯

膨胀性和崩解性主要取决于其胶结程度及造岩矿物的亲水性，一般含有大量粘土矿物(如蒙脱石、高岭土和水云母等)的软岩遇水后极易产生膨胀和崩解。岩石的膨胀性可用膨胀应力和膨胀率来表示。岩石与水进行物理化学反应后，随时间变化会产生体积增大现象，这时使试件体积保持不变所需要的压力称为岩石的膨胀应力，而增大后的体积与原体积的比率称为岩石的膨胀率。

岩石的崩解性是用耐崩解性指数表示，它是指岩样在承受干燥和湿润两个标准循环之后，岩样对软化和崩解作用所表现出的抵抗能力。

第二章

岩石的强度：岩石抵抗外力作用的能力，岩石破坏时能够承受的最大应力。a.单向抗压强度b.单向抗拉强度c.剪切强度d.三轴抗压强度

a.单向压缩变形

b.反复加载变形

c.三轴压缩变形

d.剪切变形

●单轴抗压强度：岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压

应力称为岩石的单轴抗压强度

●单轴抗拉强度：岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能承受的最大拉

应力

●抗剪切强度：岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力

●三轴抗压强度：岩石在三向压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大

压应力

端部效应其消除方法：润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部）加长试件

岩石的变形：岩石在外力作用下发生形态（形状、体积）变化。

岩石变形过程中表现出弹性、塑性、粘性、脆性和延性等性质

弹性：物体在受外力作用的瞬间即产生全部变形，而去除外力(卸载)后又能立即恢复其原有形状和尺寸的性质称为弹性。

塑性（plasticity）：物体受力后产生变形，在外力去除（卸载）后变形不能完全恢复的性质，称为塑性。在外力作用下只发生塑性变形的物体，称为理想塑性体

▪理想塑性体的应力－应变关系:

▪当σ <σs 时，ε=0

▪当σ ≥σs 时，ε－＞∞

黏性(viscosity): 物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质，称为粘性

脆性(brittle): 物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质。5%

岩石的延性与脆性是相对的，在一定的条件下可以相互转化

延性(ductile): 物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质，称为延性单轴压缩条件岩石应力－应变曲线6种类型

类型Ⅰ弹性岩石。例如：玄武岩、石英岩、白云岩以及极坚固的石灰岩

类型Ⅱ弹—塑性岩石。例如：较弱的石灰岩、泥岩以及凝灰岩

类型Ⅲ塑—弹性岩石。例如：砂岩、花岗岩、片理平行于压力方向的片岩以及某些辉绿岩

类型Ⅳ塑—弹—塑性岩石。例如：大多数为变质岩

类型Ⅴ与类型Ⅳ相同一般发生在压缩性较高的岩石中。应力垂直于片理的片岩具有这种性质

类型Ⅵ弹—粘性岩石。例如：岩盐、某些软弱岩石

名词解释（已知）

1、弹性模量：直线的斜率,也即应力（σ）与应变（ε）的比率被称为岩石的弹性模量，记为E

线弹性岩石应力—应变曲线具有近似直线的形式

完全弹性岩石岩石的应力—应变关系不是直线，而是曲线

弹性岩石岩石的应力—应变关系不是直线，而是曲线，且卸载曲线不沿原加载路径返回原点O 滞回效应

弹塑性岩石岩石的应力—应变关系不是直线，而是曲线，卸载曲线不沿原加载路径返回，且应变也不能恢复到原点O 塑性滞回环：加载曲线与卸载曲线所组成的环，叫做塑性滞回环

弹塑性岩石等荷载循环加载变形特征

①等荷载循环加载：如果多次反复加载与卸载，且每次施加的最大荷载与第一次施加的最大荷载一样。

②塑性滞回环：则每次加、卸载曲线都形成一个塑性滞回环。这些塑性滞回环随着加、卸载的次数增加而愈来愈狭窄，并且彼此愈来愈近，岩石愈来愈接近弹性变形，一直到某次循环没有塑性变形为止，如图中的HH‘环。

③临界应力：当循环应力峰值小于某一数值时，循环次数即使很多，也不会导致试件破坏；而超过这一数值岩石将在某次循环中发生破坏（疲劳破坏），这一数值称为临界应力。此时，给定的应力称为疲劳强度。

弹塑性岩石增荷载循环加载变形特征

▪①增荷载循环加载：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为大。

▪②塑性滞回环：每次加、卸载曲线都形成一个塑性滞回环。随着循环次数的增加，塑性滞回环的面积也有所扩大，卸载曲线的斜率（它代表着岩石的弹性模量）也逐次略有增加，表明卸载应力下的岩石材料弹性有所增强。

▪③岩石的记忆性：每次卸载后再加载，在荷载超过上一次循环的最大荷载