岩体工程地质动力学基本原理 张树才 黄常青
岩石工程地质力学原理-院士讲座系列
工程地质力学的基本原理
6）地质体的工程力学特性主要取决于它的结构性，是主导 的内在因素 这是通过结构的力学效应反映出来的。地质结构面的影响最 关键，它造成地质体的不连续性，因而使它区别于理想的连 续介质。地质体中结构面的不同组合，一方面影响到应力的 传递，造成应力的局部集中和不均匀分布，另一方面，从根 本上影响到地质体的变形和强度特性，造成其各向异性和不 均一性。 地质体的应力应变关系很是复杂的，往往包括节理的压密段 (表现为硬化)、线性变形段，以及屈服点以后的强化段和峰 值后的应变软化。因此，应以非线性本构关系来表征。地质 体变形的时间效应，往往很明显，应作为结构流变体来描述。 地质体的本构性质取决于结构类型，因而它也有类型划分。 不同的介质结构所具有的不同力学介质特性，可采用不同的 本构关系或力学模型来表征和分析。
概述
研究工作转入到更广泛的实践和深入的应用，撰写 了系统的专著，如地下工程稳定分析（王思敬、杨 志法等，1984），边坡岩体稳定分析（孙玉科等， 1985），岩体结构力学（孙广忠，1985），坝基稳 定分析（王思敬，1990），区域稳定性研究（李兴 唐、许兵等，1987）。所有这些成果构成了岩体工 程地质力学的理论体系和工作方法。
工程地质力学的基本原理
2）地质体结构由结构面和结构体组合构成 上部地壳中各级地质体的结构，可以用结构面、结 构体组合模式来描述和分析。地质体中的各种断裂 和界面形成了结构面系统，而结构面组合围限则形 成结构体。结构面和结构体的有规律组合，规定着 地质体的结构特性，决定着地质体的工程力学特性 和工程地质条件。
概述
在掌握地质体结构和力学特性的基础上，考虑地壳 应力状态和水文地质条件进行工程地质体的稳定性 评价和变形破坏规律预测，为工程建设的规划、设 计、施工和运营，以及工程减灾服务。
岩体力学-绪论(成都理工大学)优秀PPT
岩体力学
主讲：林 锋
理论学时：32（2.5个学分） 参考教材：岩体力学（第二版）,课件 教材编著：肖淑芳，杨淑碧 推荐阅读：岩体力学基础（孙广忠）
岩体结构012学年第一学期
1
岩体力学
0. 绪论
0.1 岩体及岩体力学 0.2 岩体力学的发展 0.3 岩体力学与生产实践 0.4 岩体力学研究的主要内容 0.5 新世纪中国岩体力学与工程发展的新
使命、新方向、新途径
2
0.1 岩体及岩体力学
0.1.1 岩石和岩体
• 1、岩石（rock）
• [岩石]是组成地壳及上地幔的基本物质，由各种造岩矿 物或岩屑在地质作用下按照一定规律组合而成的。
•
矿物：地壳中具有一定化学成分和物理性质的天然元素
或化合物，称为矿物。或者，矿物是天然产出的均匀固体，
具有规则的原子构造和一定的化学成分或在规定的范围间变
4
0.1 岩体及岩体力学
0.1.1 岩石和岩体
• 2、地质体（geologic body ）
• [地质体] 是地质工作中经常使用的涵义不严格的一个术 语，通常是指地壳内占有一定的空间和有其固有成分并可以
与周围物质相区别的地质作用的产物。不论其大小范围如何， 大到一个岩体，小到一个包裹体，都可称为地质体。
岩体力学（Rockmass Mechanics）：是研究岩体在各种 力场作用下变形和破坏规律的一门应用性学科（教材）。 • 可见： • （1）研究对象是岩体。岩体主要由岩石组成，是岩石改 造的结果。 “岩石力学” 的提法也很普遍。 • （2）研究内容：岩体在各种力场作用下变形和破坏规律。 （什么样的力场？力场如何形成及演化？ 什么样的变形破 坏规律？如何进行分析和描述？如何应用于工程？） • （3）定位：应用性学科；应用在何处？
《岩石动力学基础》课件
岩石的破裂机制
总结词
解释岩石破裂的机理和过程。
详细描述
岩石的破裂机制包括脆性断裂和韧性断裂两种类型，其破裂过程与岩石内部的微裂纹扩展、应力集中和能量释放 等密切相关。
岩石的动态特性
总结词
描述岩石在动态载荷下的力学行为。
2023
REPORTING
《岩石动力学基础》 ppt课件
2023
目录
• 岩石动力学概述 • 岩石的力学性质 • 岩石动力学的基本理论 • 岩石动力学的应用 • 岩石动力学的研究方法与技术 • 未来岩石动力学的研究方向与挑战
2023
PART 01
岩石动力学概述
REPORTING
定义与特点
定义
岩石动力学是一门研究岩石在应力作用下的变形、破裂和流动行为的科学。
总结词
深入研究岩石动力学的基本原理、本构关系、破坏准则等基础理论，为解决复杂岩石工程问题提供理 论支持。
详细描述
岩石动力学是一门研究岩石在应力、应变、温度等作用下的动态行为的学科。未来，需要进一步深化 对岩石动力学基本理论的研究，包括岩石的本构关系、破坏准则、能量耗散机制等方面的研究，以揭 示岩石动态行为的内在规律。
力学行为。
边界元法
利用边界元分析方法，对岩石结 构进行边界离散化，通过建立数 学模型和求解方程组，模拟岩石
的动力学行为。
离散元法
利用离散元分析方法，将岩石视 为离散颗粒的集合体，通过建立 颗粒间的相互作用模型和求解运 动方程，模拟岩石的动力学行为
。
理论分析方法
弹性力学理论
基于弹性力学的基本原理，建立岩石的应力-应变关系、弹性常 数等动力学参数，研究岩石的动态响应。
矿山岩石力学(1)
矿山岩石力学(1)
1.岩体力学研究的内容：
• 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
矿山岩石力学(1)
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 切的联系。 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1)
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 。
矿山岩石力学(1)
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。
矿山岩石力学(1)
三、岩体力学的研究内容与研究方法
在此阶段更加深入地研究岩石的破坏机理。
矿山岩石力学(1)
《江畔独步寻花》PPT
在进行边坡稳定性评价时，需要充分了解边坡所 处的地质环境、岩石的物理力学性质、地质构造 等因素，以便为后续的工程设计和施工提供科学 依据。
极限平衡分析也是边坡稳定性评价的常用方法之 一，它基于极限平衡理论，通过分析边坡中的应 力分布和破坏模式，计算边坡的稳定性和安全系 数，为工程设计和施工提供依据。
05
CATALOGUE
工程岩体加固与防护技术
锚固技术
01
02
03
锚杆加固
在岩体中钻孔并注入锚杆 ，通过粘结剂将锚杆固定 在岩体中，提高岩体的整 体性和稳定性。
锚索加固
通过钻孔将锚索植入岩体 中，对岩体进行深层加固 ，常用于大型工程和地质 灾害防治工程中。
锚固技术适用范围
适用于各种岩石工程中， 如隧道、边坡、桥梁等， 可提高岩体的稳定性和安 全性。
岩体工程地质力学
汇报人：
日期:
CATALOGUE
目 录
• 绪论 • 岩体的物理性质与力学行为 • 岩体工程地质力学基础 • 工程岩体稳定性评价 • 工程岩体加固与防护技术 • 工程实例分析
01
CATALOGUE
绪论
岩体工程地质力学的定义与内涵
岩体工程地质力学的定义
岩体工程地质力学是一门研究岩体在工程地质环境下的力学 行为、岩体工程地质特征、岩体稳定性及其控制的理论和技 术的学科。
岩石的弹性、塑性和脆性
弹性是指岩石在受力后可以恢复原来的形状，塑性是指岩石在受力 后可以变形，脆性是指岩石在受力后容易破裂。
岩体的力学行为
岩石的强度和硬度
强度是指岩石抵抗外力的能力，硬度是指岩石抵抗其他物体侵入的能力。
岩石的各向异性和各向同性
各向异性是指岩石在不同方向上的物理和力学性质不同，各向同性是指岩石在 不同方向上的物理和力学性质相同。
岩石工程地质力学原理-王思敬院士讲座系列2
岩体结构面及其力学属性
结构面类型及其工程地质特性
（2）有些结构面延展性较强，在一定工程范围内切 割整个岩体，对稳定性影响较大,常作为确定性结构面 处理。而另一些结构面比较短小，互相不连贯，岩体 强度育一部分仍受岩石强度控制，可作为随机性结构 面处理。 （3）当结构面密集程度很高，成带分布，有较大宽 度时，常作为软弱结构带处理。
岩体结构面及其力学属性
结构面及其成因类型
（3）变质结构面 变质结构面是区域变质作用所形成结构面如片理、板 理、剥理及其它片麻状结构，以及由于原岩物质组成 不均一或变形过程流动分异而造成的软弱夹层，如云 母片岩、绿泥石片岩、滑石片岩等。
岩体结构面及其力学属性
结构面及其成因类型
（4）构造结构面 构造结构面受构造应力作用在岩体中所产生的破裂 面或破碎带，包括节理、 断层及层间错动面等统称 为构造结构面。它们的工程地质性质与力学成因、规 模、多次活动及次生变化有密切关系，而共产状，分 布主要取决于构造应力场条件。 劈理是在岩层褶皱变形及断裂错动中产生的密集剪 切破裂面。
岩体结构面及其力学属性
结构面类型及其工程地质特性
就节理统计的结果而言，上限值和下限值相比，由 于波状起伏而带来摩擦系数 ∆tgϕ 的增加达0.38；而 由于粗糙度引起的c值增加(△c)达185kPa。可见， 对于破裂结构面可以通过少量实测数据，按起伏差 和粗糙度，选择适合原位特性的剪切强度参数。
a
岩体结构面及其力学属性
结构面类型及其工程地质特性
考虑上述几方面因素的综合作用，可将结构面划分为 4种地质力学类型： （一）破裂结构面 破裂结构面为岩体中的破裂面或物质分异的不连续面， 包括节理、片理、劈理及坚硬岩体的层面等，在法向 应力作用下很易密合，从而呈刚性接触，属于硬性结 构面，其剪切变形可以呈滑动型，也可以是剪断型。 这类结构面的抗剪强度取决于它的平整度和粗糙度。
地质精英谱
地质精英谱
周树人先生早年毕业于矿业学堂，他在<<中国地质略论>>中第一次向国人宣传了地质学知识，并且说地壳深部的岩石是难以知道的。
在上世纪二三十年代，学成回国的丁文江先生是中国地质调查第一人。
对于中国西部地貌的研究，李春昱先生提出了“四川运动”。
对于“波浪状镶嵌构造”，张伯声先生提出了“燕山运动”。
黄汲清先生提出了“多旋回构造”理论。
张文佑先生提出了“断块构造”理论，将“地质力学”具体化。
上世纪六十年代，侯德封先生提出了“核子地质学”理论。
陈国达先生提出的“地洼说”在国际上与“地台活化”通用，主要内容是说“大地构造与成矿”具有方向性！
王德滋院士发现了“自碎二长花岗斑岩的隐爆成因”！
区域地质学家李廷栋院士提出了“内陆俯冲、分层加厚、均衡调整”的青藏高原隆升模式。
叶大年院士专心于光性矿物学的研究。
1996年，在北京召开的30届全球地质大会上张海亭先生提出了“铁镁质橄榄岩和菱镁矿的陨落成因”，指出了“板块运动”的片面性和局限性，是陨落地质学创始人！
杜乐天先生提出了石油无机成因说。
李德威先生提出了层流构造假说。
附：陨落地质学理论
收藏举报。
岩体工程地质动力学基本原理
岩体工程地质动力学基本原理摘要:工程地质学是地质科学研究学科实施应用的方法之一，应作为其学科发展的主要方向进行研究。
作为一门学科，工程地质学的发展已经有百年的历史，在大量的工程实践当中逐步发展出了自己的学派与理论，并随时代科技的进展，实践手段的日趋成熟，工程地质理论的研究也在不断进步。
本文通过对工程地质中岩体动力学的基本原理进行阐述分析，希望对相关工程技术人员有所启迪、帮助。
关键词：岩体；工程地质动力学；基本原理工程地质学当前的主旋律是通过地质科学与工程科学相结合，有效解决工程建设及资源开发当中的工程地质问题。
下面，进一步对岩体工程地质动力学的基本原理分几点进行阐述分析。
一、岩体工程地质动力学的出现与发展在工程地质理论思想的形成源起于前苏联。
在我国上世纪60年代，在北京地质学院中，学者专家对国内外的工程地质学研究成果进行了汇总，编著了我国的第一部工程地质学的专项研究教材。
在这之后，经过我国工程地质学研究专家与相关工作者的不断理论研究与工程实践，在此领域发展的规模盛况空前，有数百本专项论著问世，数以万计的课题研究论文，对我国工程地质学研究理论体系的创建与完善起到了不可估量的重要作用。
张倬元在著述中表达的岩体工程地质的成因演化论思想，王思敬等人对工程地质的衍化、发展做出的进一步阐述分析，都对我国岩体工程地质动力学的研究起着重要的奠基作用。
经过不断的发展，当前对岩体工程地质的衍化理论的基本思想已经趋向于成熟，大致定位两个基本内容，包括成因决定论与演化改造论两项。
其核心思想大致为：第一，地球因受其内外动力地质作用的影响，岩体工程地质条件随之形成，且还会在内外地质动力的不断作用下继续演变。
第二，内外地质动力的契合作用掌握着工程地质的条件与问题。
内动力将牵动着外动力的地质作用的基础条件，外动力同样影响着内动力的作用结果。
这种契合，让工程地质条件形成了复杂化的局面，也同样造成了诸多工程地质问题。
二、岩体结构控制理论及工程地质动力学的结合研究岩体工程地质动力学是对工程地质力学的延伸，以其为基础建立的对岩体进行的专项行为科学，是我国本土发展的岩体工程地质理论学说。
岩土力学绪论
聚集而形成的自然物体 。 岩石
岩浆岩 沉积岩 变质岩
岩浆岩:强度高、均质性好
沉积岩:强度不稳定，各向异性
性变
质 有
质
关岩
:
与 变 质 程 度 和 原
矿物：存在地壳中的具有一定化学成分和物理性 质的自然元素和化合物。
结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及 其相互结合的情况。
被结构面分割而成的岩块，四周均被结构 面所包围，由不同产状的结构面组合切割 而形成的单元体称为结构体。
岩体质量的好坏与结构面的性质密切相关。
岩石是岩体的组成物质，岩体是岩石（结 构体）和结构面的统一体。
岩体结构是由结构面的发育程度和组合关 系，或结构体的规模及排列形式决定的。 岩体结构类型的划分反映出岩体的不连续 性和不均一性特征。中科院地质研究所， 从岩体的结构角度提出了岩体结构分类。
地质作用（如分析采矿而地表下沉、解释 地球的构造理论、预估地震与控制地震） 等问题的研究。
二、岩石力学的研究方法
工程地质研究法 研究岩块和岩体的地质特 征，为岩石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。
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，所以 比较困难和复杂。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。
第二节岩石力学的应用范围
岩石力学在建筑、矿山、水工、铁路和国 防等领域得到日益广泛的应用与深入研究。
033013(030027)《岩体力学》同济大学教学大纲(含教学内容,使用课本等)
《岩体力学/实验》课程教学大纲课程编号：0330137 学分：3 总学时：51+13(0.75周)实验：大纲执笔人：沈明荣大纲审核人：石振明本课程有配套实验课030027《岩体力学实验》，0学分，13（0.75周）学时。
一、课程性质与目的本课程属地质工程专业的专业基础课程，为限定选修课。
本课程的主要教学目的是：使学生掌握有关岩石、岩体的基本力学性能，了解岩石的动力学特性，熟练掌握有关的强度理论，岩体分类的基本方法，岩体初始应力状态及其规律，了解初始应力状态的测定方法，并在此基础上，熟练掌握岩体力学在峒室工程、边坡工程、岩基工程中的应用。
二、课程基本要求要求学生能够熟练地掌握有关岩石、结构面、岩体的力学特性，能够熟练应用岩石、结构面、岩体的强度理论，对其进行评价，并应用这些基本理论，评价峒室的二次应力状态和掌握围岩压力理论及其围岩的松动压力、形变压力的计算，初步了解新奥法的基本概念，了解边坡的破坏机理和稳定性评价的基本方法，熟悉岩基的破坏模式及其承载力的计算方法。
三、课程基本内容（一）绪言介绍岩体力学的定义及其不关的基本概念、简介目前常用的岩体分类方法，并根据岩体力学自身所具有的特性，要求掌握学习、研究岩体力学的方法。
（二）岩石的基本物理力学性质介绍岩石的基本物理、水理性质。
岩石在拉伸、单向压缩、剪切、三向压缩应力作用下的强度和变形特性以及有关岩石常用的几种强度理论，简单叙述在各种应力作用下的试验方法及其相应各参数的求解方法。
（三）岩体的基本力学性能介绍描述结构面的方法，结构面在正应力、剪应力作用下的变形特性、常用的评价规则、不规则齿形结构面的抗剪强度理论及其正确地运用这些强度理论，评价具有结构面的岩体强度、以及由于结构面的存在，对岩体强度的影响。
（四）岩石的动力学基础简单介绍波动方程和超声波波速及其影响因素。
（五）工程岩体分类介绍工程岩体分类的基本原则以及分类的基本方法，熟悉几个简单的分类和我国的分类标准。
岩土力学课件
评价 工程设计要求
综合评价
法
稳定、合理
不稳定、不合理
工程设计 处理方案或修改α角
施工
边坡岩体力学研究框图
我国岩石力学的发展
第一阶段（上世纪50年代至60年代中期）
在一些中小型岩体工程的推动下，进行了岩石力学的试验研究工 作。1958年三峡基岩组的成立，开始了岩石力学系统规划与实施。 处于萌芽阶段。
基本理论
总学时：30学时 作业： 4-5 次
考核方式： 笔试70％＋作业15％＋平时 考评15％
工程实际
岩块与岩体地质特征 §2
岩石的物理力学性质 §3 §4
岩石的变形强度性质
结构面变形与强度性质 §5
岩体的力学性质 §6
岩体中的天然应力 §7
地下洞室围岩稳定性 分析 §8
边坡岩体稳定性 §9
地基岩体稳定性 §10
20世纪60年代～70年代末： 意识到被结构面切割的岩体性质与完整的小岩块性质 有本质区别，奥地利学派起了很大的推动作用。
20世纪80年代初～： 认识到岩体结构的实质，认为岩体的变形与稳定性主 要受控于岩体结构及结构面的力学性质，因此必须重 视岩体结构和结构面二者的力学性质及其联系。
7
研究趋势
1.5研究方法
岩
体
•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
力
资料 •试验法 为岩体变形和稳定性分析计算提供必要的
学
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KMASS MECHANICS 苏永华
湖南大学土木工程学院
岩体工程地质动力学基本原理
Ａ ｓｒｃ Ｔ ｉ ｐｐ ｒ ｎｒｄ ｃｓ ｈ ｒ ｃ ｌｓ ｆ ｎｉｅｒ ｇｇｏｏｉ ｌ ｙ ａ ｉｓ ｆ ｏｋ ｓ（ Ｇ Ｒ） Ｉ ｐｉｔ ｂｔａ ｔ ｈｓ ａ ｅ ｉｔ ｕｅ ｅｐ ｎ ｉ ｅ ｇ ｅ ｎ ｅｌ ｃ ｎ ｍ ｃ ｃｍａｓ Ｅ Ｄ ．ｔ ｏ ｓ ｏ ｔ ｉ ｐ ｏｅ ｎ ｉ ｇ ａｄ ｏｒ ｎ
本文简要介绍 了岩体工程地质动力学 的基本原理 。文章认为岩体工程地质动力 学的任务是揭示 岩体与各类工程地
质动力因素的作用规律 ， 主要研究 内容包括 ： 其 岩体物质和结构的动力学成 因与特性 ， 岩体 赋存的地壳动力学 环境 ， 岩体 的动 力学行为与过程 ， 以及岩体工程 防灾原理等 。岩体工程地质动力学 的基本观点包 括 ： 岩体 及其特性是地球 动力学作用结果 的 “ 动力成 因观” 岩体的工程行 为是岩体与动力学环境相互作用结果 的“ 、 动力作用 观” 以及工程地质防灾的基本途径是调节 岩 ， 体与环境的相互作 用过程 的“ 过程调节观” 。 文章在动力作用观的框架下 ， 系统阐述 了岩体 的动 力学成 因与特性 ， 岩体赋存 的地壳动 力学环境 特征 ， 岩体 的基本力 学
第九次课 岩体的动力、水力性质
三、试验法测定岩体渗透系数源自抽水试验 压水试验 岩体单位吸水量是指 单位试验压力下、单 位长度试段在单位时 间内的岩体的吸水量。
Q W Lp
aL K 0.525W lg r0
四、地下水渗流对岩体的影响
岩体与地下水的相互作用，一方面水改变着岩体的物 理、化学及力学性质，另一方面岩石也改变着地下水 自身的物理、力学性质及化学组份。 物理作用 化学作用 力学作用
岩体渗流性大小取决于岩体结构面性质和岩块的岩性 岩体渗流裂隙导水，微裂隙和岩石空隙蓄水
裂隙网络渗流具有定向性 一般将岩体看做非连续介质 岩体渗流具有“偏流效应” 岩体渗流具有高度的非均匀性和各向异性
大部分岩体渗流均符合达西渗流定律
岩体渗流受应力场影响明显 岩体的空隙是地下水赋存场所和运移通道
岩体间隙结构及相关介质
多孔连续介质
裂隙网络介质 狭义双重介质 广义双重介质 连通裂隙网络 非连通裂隙网络
岩溶管道网络介质
溶隙-管道介质
裂隙岩体的水力特性
一、单个结构面的水力特征 二、裂隙岩体的水力特征 三、试验法测定岩体渗透系数 四、地下水渗流对岩体的影响 五、岩体应力对岩体渗透性能的影响
一、单个结构面的水力特征
二、岩体中弹性波速度的测定
地震波法 声波法 超声波法
•选择代表性测线，布置 测点和安装声波仪 •发生正弦脉冲，向岩体 内发射声波 •记录纵、横波在岩体中 传播的时间
D2 vmp t p
vms
D2 t s
动力检测法的优缺点
优点 对岩体的破坏和扰动小 不受自然条件限制 效率高，成本低
岩体的动力学、水力学性质
§4.5 岩体的动力学性质 §4.6 岩体的水力学性质
《岩体力学》课程教学大纲
《岩体力学》教学大纲课程编号：0801201524课程名称：岩体力学课程英文名称：Rock Mass Mechanics课程类别：必修课课程性质：专业课学时(理论+实验)：56 (48+8)学分：3开课学期：第六学期选用教材：《岩体力学》齐伟编，地质出版社，2011年7月主要参考书：1、《岩体力学》肖树芳、杨淑碧编，地质出版社。
2、《岩体力学》中国地质大学出版社。
3、《岩体力学》沈明荣主编，同济大学出版社。
4、《矿山岩体力学》郑永学主编，冶金工业出版社。
5、《岩石力学》重庆大学出版社。
6、《岩石力学》徐志英编，中国水利水电出版社。
7、《岩石力学与工程》蔡美峰主编，科学出版社。
8、《岩体力学基础》孙广忠著，地质出版社。
一、中英文课程简介：岩体力学是土木工程及勘察技术与工程专业的专业理论基础课程之一。
岩体力学是研究岩体在各种力场作用下变形及破坏规律以及强度和稳定性问题的一门应用型理论学科，它具有较完善的理论体系，同时又具有广泛的应用领域，在隧道与地下工程、边坡工程和地基工程等方面拥有广泛大量的研究课题，因此可以说该学科具有广阔的开展前景和旺盛的生命力。
岩体力学是一门正处于开展中的年轻学科，它仅有40年左右的开展历史，这说明该学科正处于快速的开展期，在人类社会高速开展以及我国经济快速开展的今天，各类岩体工程大量涌现，提出了越来越多的岩体力学问题，又由于现代科学技术的飞速开展，许多新技术和新方法不断涌现，为岩体力学注入了许多新的内容，使学科开展开辟了许多新的增长点。
岩体力学的研究内容是相当广泛的，首先，岩体力学的研究对象——岩体作为地质体的地质特征是岩体力学研究的基础内容，包括岩体的物质组成、地质体的开展演化历史、岩体中结构面及结构特征的研究，岩体赋存的地质环境特征的研究，如地应力、地下水等。
岩石及岩体力学性质的研究，包括岩石（体）的变形、破坏的规律及本质，以及强度的研究，岩石（体）强度理论的研究等。
另外，还有大量岩体力学的应用课题研究，如地下及隧道工程中围岩应力及围岩压力的研究，边坡工程中斜坡岩体的稳定性及加固技术问题研究，以及地基工程中的岩体稳定性研究等，都有大量的研究课题和内容。
岩石力学课本
第一章绪论第一节岩体力学与工程实践岩体力学(rockmass mechanics)是力学的一个分支学科，是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。
岩体力学的研究对象是各类岩体，而服务对象则涉及到许多领域和学科。
如水利水电工程、采矿工程、道路交通工程、国防工程、海洋工程、重要工厂(如核电站、大型发电厂及大型钢铁厂等)以及地震地质学、地球物理学和构造地质学等地学学科都应用到岩体力学的理论和方法。
但不同的领域和学科对岩体力学的要求和研究重点是不同的。
概括起来，可分为三个方面：①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。
②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。
③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。
以上三方面的研究虽各有侧重点，但对岩石及岩体基本物理力学性质的研究却是共同的。
本书主要是以各类建筑工程和采矿工程为服务对象编写的，因此，也可称为工程岩体力学。
在岩体表面或其内部进行任何工程活动，都必须符合安全、经济和正常运营的原则。
以露天采矿边坡坡角选择为例，坡角选择过陡，会使边坡不稳定，无法正常采矿作业，坡角选择过缓，又会加大其剥采量，增加其采矿成本。
然而，要使岩体工程既安全稳定又经济合理，必须通过准确地预测工程岩体的变形与稳定性、正确的工程设计和良好的施工质量等来保证。
其中，准确地预测岩体在各种应力场作用下的变形与稳定性，进而从岩体力学观点出发，选择相对优良的工程场址，防止重大事故，为合理的工程设计提供岩体力学依据，是工程岩体力学研究的根本目的和任务。
岩体力学的发展是和人类工程实践分不开的。
岩石力学
所投入的力量和为工程进行的试验工作量为 世界之最。
奠基人——陈宗基教授
大体可分为四个阶段：
●萌芽阶段 ●起步阶段 ●成长阶段 ●发展阶段
20
1.4 岩石力学发展简况
萌芽阶段
（上世纪50年代）
1.绪论
50年代，北京水科院将
岩石力学作为土力学的 分支开始着手研究，并 起草了《岩石力学（实 验室）试验操作规程》 （初稿）；
沉积岩
1.绪论
沉积岩是由母岩（岩浆岩、变质岩或早已形成的沉积岩）在地表
经风化剥蚀而产生的物质，通过搬运、沉积和固结作用而形成的 岩石。
●颗粒包括各种不同形状和大小的岩屑及不同矿物。 ●胶结物常见的有钙质、硅质、铁质、泥质等。
6
1.2 岩石力学的主要研究问题
1.绪论
在水利水电、交通设施、城镇建设等国民经济建设的
诸多领域，有许多问题需要应用岩石力学的理论和方法 进行研究和加以解决。
在采矿工程中，主要研究问题有： (1)露天采矿边坡设计及稳定加固技术； (2)巷道和采场围岩稳定性问题（特别是软岩巷道和深开采）； (3)矿柱稳定性及采场结构优化设计问题； (4)矿井突水预测、预报及预处理理论和技术； (5)煤与瓦斯突出预测及处理理论和技术； (6)岩爆、岩爆预报及预处理理论和技术； (7)采空区处理及地面沉降问题； (8)岩石破碎问题。等等。 7
是关于岩石的力学性态理论和应用的科学，它是与岩石性态对物 理环境的力场反应有关的力学 分支。”（美国地质协会岩石力学 委员会，1966）
岩石力学与一般固体力学的两大显著区别：
●岩石（或岩体）具有非均质、非连续、非线性和各向异性特征。 ●岩石（或岩体）不是简单的固体，而常常是“水—固—气”三相介质。 ●岩石中存在地应力，很多情况下岩石是：“卸载”破坏而不是“加载”破
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
岩体工程地质动力学基本原理张树才黄常青
发表时间：2018-03-05T11:11:29.827Z 来源：《基层建设》2017年第33期作者：张树才黄常青
[导读] 摘要：通过岩体工程的地质动力学可以对岩体及工程的地质动力因素进行研究，而岩体工程地质动力的形成原因、具体特点、强度大小动、力学行为以及结构变形控制等方面正是研究的具体内容。
云南地质工程第二勘察院
摘要：通过岩体工程的地质动力学可以对岩体及工程的地质动力因素进行研究，而岩体工程地质动力的形成原因、具体特点、强度大小动、力学行为以及结构变形控制等方面正是研究的具体内容。
本文以动力作用学作为基础，对岩体工程地质动力的形成原因、行为、特征及岩体结构控制进行讨论，并加以描述。
关键词：岩体工程；地质动力学；基本原理
工程地质学属于基本的应用科学，而项目工程建设当中的地质环境问题正是它的主要研究内容，从20世纪开始，我国的科研工作者经过对工程地质动力学的理论研究和工程实践，逐渐总结出了有关工程地质学方面的重要理论和工作方式，且该工作方式分别以动力学分析、地质学研究、地质评价、实地勘察作为工作的条件、重点、目标和方法。
而其中的岩体工程地质学这是工程地质学的重要组成部分，当前阶段，国际范围内承认的岩体工程地质学理论有两部分内容，分别是岩体工程的动力学原理及其形成原因的演化论。
一、岩体工程地质动力的形成原因和具体特征
从根本上来讲，岩体形成的过程就是岩体特性表现的基础，受力状态不同形成的岩体也不尽相同，会在组成物质成分和物质结构方面存在一定的差异性，且物质的强度和密度也有所不同，所以，会在工程地质特性方面出现差异，比如，岩浆岩和沉积岩，不但在物质结构方面存在差异，两者的形成结构和具体形状同样存在差异，而物质块状和层状的特性正是作用力差异的具体表现。
本文对几种岩体动力学的形成原因和地质特性加以描述，对岩体形成的动力学原因和地质特性进行总结：第一，岩浆岩，岩浆岩属于原生矿物的构成岩体，具体表现为块状，而这种岩体是通过地球内力作用当中的高温、高压活动造成的，而较强的抗变形能力和较高的强度正是该岩体力学特性的具体表现；第二，沉积岩，该类岩体主要是由内外动力形成联合作用力产生的结果，且在联合动力当中以内动力为主，它的结构主要为互层状和层状，其形成物质包括化学凝结物和原生矿物的碎屑，而这种岩体的力学特性与其形成的胶结物和矿物具有密切的关系；第三，变质岩，变质岩的力学特性有两种表现，分别是片状和块状，片状蚀变能力较弱，块状具有良好的抗变形能力和强度，而经过构造挤压以及高压、高温等地球内动力的作用正是该岩石的动力学形成原因；第四，断层岩，这种岩石的形成主要是通过地球的构造力和内动力活动实现的，其变形能力和强度都比较弱；第五风化岩，这种岩石的动力学因素是以外动力因素为主，它的风化程度会影响原岩的弱化程度；第六，松动岩，该岩体主要是通过内外力的耦合作用形成的，各向异性及渗透性增强，力学性能弱化是该岩体的主要力学特性。
对上述岩石的力学特性和动力学的形成原因进行总结，可以将岩体动力形成原因分为两种，分别是内力作用以及以内力作用为主导的内外合力作用，受内力作用影响形成的岩体主要是由结晶类矿物质经过高温高压作用构成的，这种类型的岩体大多密度较高，其结构主要以块状或排列为主，而以内力作用为主导形成的内外合力作用，通常会形成风化岩或者是原岩矿物质，作用力的不同形成的岩体结构和密度也会存在差异。
二、岩体工程地质动力学行为
（一）岩体结构的变形控制
如果岩体所处应力环境正常，那么它的变形会将介质的影响表现出来，会受到结构面的控制，呈现不连续性，还会表现出一定的力学效应，其中包括结构面的产状、尺度以及密度等效益。
岩体最基本的力学行为就是变形，而常应力和高应力的影响使得岩体的变形也存在较大的差异性，岩体的变形性质可以通过泊松比和弹性模量体现出来，岩体弹性模量为：
其中岩体的泊松比和弹性模量分别是v和E（MPa）；结构面的组数为m，该公式是岩体结构当中的各类力学及其它因素作用关系的表现，力学效应造成的影响主要是通过岩体的泊松比来表现的。
而E总是大于或等于该公式的，因此，在常应力作用下，岩体的本身的抗变形能力会受到结构面的影响而出现下降变化，该结论就是岩体结构面密度的产状效应及尺度效应[1]。
（二）岩体的动力学行为
对于岩体力学而言，对岩体外力作用下的应力状态及稳定方法进行研究，即是它的主要研究内容。
在岩体内或岩体之上进行工程建造时，会对岩体的应力状态和稳定性造成一定的影响，对这种变化进行研究，主要是为了对岩体的破坏及变形发展展开预测，明确岩体当中容易被破坏的薄弱环节，实现工程的科学设计，或针对问题采取有效措施加以解决[2]。
如图1，为岩体挤压断裂现象。
图1
理论基础：对岩体应力应变问题进行研究需要通过连续介质力学的原理来实现，包括弹性力学、粘弹性力学以及塑性力学等，在对岩体的破坏或稳定问题进行研究时，一般会对块体的动力学理论或块体极限平衡等理论加以应用。
在使用连续介质力学的理论对岩石力学的问题进行解决时，必须要满足以下几点：第一，岩体本身的边界条件，其中包括岩体边界的原岩应力和表面力等；第二，力学的平衡条件，具体考虑的力包括重力、惯性力、原岩应力以及地下水的作用力等；第三，变形协调方程，极限平衡理论对于岩体的变形不加考虑，只对岩体的静力平衡进行研究，块体动力学主要按照动力学的原理对块体的运动和受力条件进行研究[3]。
工作程序：岩体力学分析程序。
第一，对工程地质进行勘察，明确岩体的力学性质及地质结构条件，对原岩应力、低热变化以及地下水情况进行收集；第二，对相关的工程地质资料进行分析，制作岩体力学的研究模型；第三，充分结合工程边界条件和力学模型，对力学的分析方法进行选择并加以计算；第四，在工程进行的过程中，要对工程结构及岩体受力的情况进行检测；第五，通过反演分析的方法对岩体的参数进行分析，结合工程的具体情况对工程的设计进行修改，确保工程设计的指导作用。
在岩体结构力学的行为方面，共有两种分析方法，分别是岩体经验的分级分类方法以及结构面力学的效应分析方法。
结构面力学方面的分析方法主要是对结构面的摩擦和力学测试进行分析，但这种分析方法不能将岩体结构的产状组织、尺度以及密度等很好的表现出来，其先进性和完善性略有不足，而岩体分级分类的方法同样存在一些缺陷，无法将结构不连续造成的各项异性反映出来[4]。
结语
随着岩体工程动力学的发展和深入，该地质学理论针对岩体工程方面的力学特性和力学效应进行了细致的研究和分类，岩体工程力学对于研究来说具有理论支撑的作用，它以工程力学为基础，对其中的地质学理论及方法加以应用，实现岩体力学特性和动力形成原因的研究，岩体形成的过程就是岩体特性的具体表现，受力状况不同形成的岩体也不尽相同，包括组成成分、物质结构、强度、密度等因素都会存在一定的差异性，当然，我们还需针对这方面的内容进行深入的研究，通过不断的实践，探寻岩体工程的地质变化规律，从而将相关理论体系推向成熟，以便更好的服务人类的生产、生活。
参考文献：
[1]杨国镁，华云.岩体工程地质动力学基本原理[J].建材与装饰，2016，2（51）：204-205.
[2]才永军，赵晓明.分析岩体工程地质动力学基本原理[J].知识经济，2014，4（15）：180-180.
[3]吴英.岩体工程地质动力学基本原理[J].城市建设理论研究（电子版），2012，3（35）.
[4]伍法权.岩体工程地质动力学基本原理[J].工程地质学报，2013，19（3）：304-316.。