《岩石力学》课件(完整版)
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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．
岩石力学课件
2. 拉伸试验方法
拉 伸
直接拉伸法 （不易成功）
试
验
方 法
间接拉伸法
巴西劈裂法
2021/1/1
点荷载法
岩石力学
计 算 公 式 不 同
33
直接拉伸试验方法 Rt P/ A
高强度水泥
应力集中
两端破坏（强度)
夹持力，联结力不足
从中拔出
应力集中 两者变形？
高强度树脂
两者胶结力 变形是否协调
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在压应力条件下裂隙开裂及扩展方向带椭圆孔薄板的孔边应力集中问题示意图201332767数学式2arccos213121????????griffth准则几何表示?????????????????tt?8?????3??3003123131331时时最有利破裂的方向角3griffth张拉准则在坐标下当时即压拉强度比为831???03??t?8?1?201332768griffh准则是针对玻璃等脆性材料提出来的材料的破坏机理是拉伸破坏因而只适用于脆性岩石的破坏对于一般岩石材料莫尔库仑准则更适用
D——直径
Rcw/Rc
Rcw——饱和单轴抗压强度； Rc——干燥单轴抗压强度；
η （η≤1）越小，表示岩石受水的影响越大(见表2-2）。
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岩石力学
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岩石力学
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(五) 耐崩解性
耐崩解性指数是通过对岩石试件进行烘干，浸水循环 试验所得的指标。 试验时，将烘干的试块，约500g，分成10份，放入带有 筛孔(2mm)的圆筒内，使圆筒在水槽中以20r／min速度 连续转10分钟，然后将留在圆筒内的石块取出烘干称重。 如此反复进行两次，按下式计算耐崩解性指数：
《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
岩石力学性质-PPT课件
岩石具有非常缓慢的流动性。
粘度是衡量地球动力学的一个重要参数。
近代，人们把物体所有这些力学性质概括为物质的流变 性（rheological properties），并形成一门新兴学科 －流变学（rheology）
流变学是研究固体物质流动的科学。因此，从近代地球 科学观念来看，地球物质具有流变性。把研究地球物质 流动性质和规律的科学，称为“地球流变学（Rheology of Earth Materials）”。
时间对岩石蠕变和松弛的影响
蠕变是在恒定应力作用下，应变随时间持续增加的变形。 蠕变的结果在低于岩石弹性极限的情况下使岩石产生永
久变形。 松弛是在恒定变形情况下，岩石中应力随时间增长不断
减小。 松弛的结果：使部分弹性变形转化为永久变形，相当于
降低了岩石的弹性极限。 蠕变和松弛现象是岩石变形表现的两方面，都表现出时
（1）改写为
（3）
（4）
（1）、（3）式称为线性粘性定律（牛顿粘性定律），服从牛顿粘性定律的 材料称为牛顿流体（或线粘性流体）。具牛顿粘性变形称为粘性流体变形。
理想粘性材料的力学行为
弹塑性变形—指有些物体同时具有弹性和塑性的性 能。在弹塑性变形中，有一部分是弹性，其余为塑 性变形。
理想弹性体的变形是可逆过程，它的应力与应变 之间有一个确定的单值关系，符合虎克定律：
σ=Ee
其中E为杨氏弹性模量。
岩石变形的应力－应变曲线
非理想弹性体的变形：受力不立即产生全部弹性 变形，而是随着时间的延长逐渐增大弹性变形到 应有的值；当撤除外力后，也不立即恢复原状， 而是随时间延长逐渐恢复原状。这种现象称为弹 性后效（即滞弹性）。
流体沿着x方向流动的n个不同流层。它们的流速ů是y的函数，ů在y轴方向的 变化率称为速度梯度，dů/dy。同一位置上的剪应力（摩擦阻力）与速度梯度 呈正比关系
粘度是衡量地球动力学的一个重要参数。
近代，人们把物体所有这些力学性质概括为物质的流变 性（rheological properties），并形成一门新兴学科 －流变学（rheology）
流变学是研究固体物质流动的科学。因此，从近代地球 科学观念来看，地球物质具有流变性。把研究地球物质 流动性质和规律的科学，称为“地球流变学（Rheology of Earth Materials）”。
时间对岩石蠕变和松弛的影响
蠕变是在恒定应力作用下，应变随时间持续增加的变形。 蠕变的结果在低于岩石弹性极限的情况下使岩石产生永
久变形。 松弛是在恒定变形情况下，岩石中应力随时间增长不断
减小。 松弛的结果：使部分弹性变形转化为永久变形，相当于
降低了岩石的弹性极限。 蠕变和松弛现象是岩石变形表现的两方面，都表现出时
（1）改写为
（3）
（4）
（1）、（3）式称为线性粘性定律（牛顿粘性定律），服从牛顿粘性定律的 材料称为牛顿流体（或线粘性流体）。具牛顿粘性变形称为粘性流体变形。
理想粘性材料的力学行为
弹塑性变形—指有些物体同时具有弹性和塑性的性 能。在弹塑性变形中，有一部分是弹性，其余为塑 性变形。
理想弹性体的变形是可逆过程，它的应力与应变 之间有一个确定的单值关系，符合虎克定律：
σ=Ee
其中E为杨氏弹性模量。
岩石变形的应力－应变曲线
非理想弹性体的变形：受力不立即产生全部弹性 变形，而是随着时间的延长逐渐增大弹性变形到 应有的值；当撤除外力后，也不立即恢复原状， 而是随时间延长逐渐恢复原状。这种现象称为弹 性后效（即滞弹性）。
流体沿着x方向流动的n个不同流层。它们的流速ů是y的函数，ů在y轴方向的 变化率称为速度梯度，dů/dy。同一位置上的剪应力（摩擦阻力）与速度梯度 呈正比关系
岩石力学课件
岩石力学课件 第一节岩石力学试验机一、试验机及岩样变形分析 1．刚度刚度：产生单位位移需要的力。
lP K ∆=l∆——沿P 方向的位移。
岩石试件的刚度：设其高度为l r 、横截面为F r 、弹模为E r ，则岩石试件刚度为:rr r rr rr l F E l Pl P K ===∆=......ε；通常：标准的岩石试件K r >0.5MN/mm 。
试验机的刚度：等效为类似于岩石试件的金属构件：设其高度为l m 、横截面为F m 、弹模为E m ，则试验机刚度为：mm m mm mm l F E l Pl P K ===∆=......ε。
通常：普通试验机K m =0.15~0.20MN/m ；K m <K r岩石强度试验中，荷载达到峰值后岩石突然全面崩溃，峰值后岩石应力应变曲线不容易得到（采矿工程中，峰后岩石承载普遍存在）。
1943年，惠特尼Whithey 首次正确解释了岩石试件达到峰值后突然崩溃的机理。
破裂原因：岩石材料刚度大于试验机刚度。
当岩石达到强度极限后，因刚度下降无法再抵抗极限荷载，导致试验机中积聚的弹性变形能急剧释放，使岩石失控而立即崩溃。
2．岩石加载过程能量积聚试验机蓄积的变形能：m m m m K PK P P P E 2212121===μ；试件蓄积的变形能：rrr r K PK P PP E 2212121===μ。
试验过程中试验机与岩石试件变形能之比：m r r m K K E E ：：=显然，试验机刚度越低，其积聚的变形能越多。
3．岩石弱化过程能量释放峰值后岩石试件的能量释放：峰值后，试件将发生破裂，岩石试件刚度降低，试件中的应变能将转化为各种能量（裂缝扩展、声响、震动、热能）而释放。
注意：岩石继续变形仍需能量，试件平稳变形所需能量（r K '为峰值后弱化段刚度，图中梯形面积）：r r K u u P E '∆-∆=∆221峰值后试验机的能量释放：mm K u u P E 221∆-∆=∆由于普通试验机：rmE E ∆>∆，试验机释放的能量超过试件平稳变形所需能量，因此，试件必然瞬间崩溃。
岩石力学.ppt
2019/11/25
岩石力学
21
漏失实验过程：关井，用水泥车通过钻杆泵入泥 浆，记录压力和时间或泵入量。当压力偏离直线时， 停泵。
典型的漏失实验曲线如下图所示：
2019/11/25
岩石力学
22
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岩石力学
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如果想从漏失实验中获取更多的地层信息，实验
过程应如图9-4所示：
2019/11/25
服垂直裂缝面的地应力。
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岩石力学
31
在以上假设的前提条件下，Eaton得到破裂压力 预测模式为：
Eaton法适用于地层沉积较新，受构造影响小的连 续沉积盆地。面对于地层年代较老，构造运动影响大
的区域，其预测效果欠佳。
2019/11/25
岩石力学
32
2、Stephtn法（1982）
当井眼压力足够高时，井壁会劈开一条裂缝，这 一过程称为水力压裂。
2019/11/25
岩石力学
12
二、水力压裂裂缝扩展规律
裂缝总是沿着最有利的方向扩展和传播，一般的 情况下裂缝沿垂直于最小主地应力的方向扩展。由于 最小主地应力一般都是水平方向，因此裂缝一般是垂 直缝，对于直井，裂缝如下图所示。
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张开，形成高渗透性地油流通道，如图9-2所示。
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岩石力学
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岩石力学
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3、利用水力压裂进行地应力现场测量 分析水力压裂过程可获得许多地层的力学信息，
尤其是地应力的大小与方向。
2019/11/25
岩石力学
20
第二节 钻井过程中的地层破裂压力
一、漏失试验
岩石力学-全部课件
22
1.5 岩石和岩体的基本概念
1.绪论
岩石和岩体是岩石力学的直接研究对象，因此学习和研究岩石
力学，首先要建立岩石（或岩块）和岩体的基本概念。
几个基本概念
●岩石（Rock）：矿物、岩屑的集合体。 ●结构面（Structural
Plane）： 指地质历史发展过程中，在岩体内形成的 具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。 ●岩块（Rock block 或 Rock）：指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩 体的最小岩石单元体。 ●岩体（Rockmass）：指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组 成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环 境中的地质体。 ●岩体结构（Rockmass Structure）：指岩体中结构面与结构体的排列组合 关系。其包括两个基本要素，即结构面和结构体。
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。
沉积岩由颗粒和胶结物组成，各有不同的成分。
沉积岩的物理力学性质不仅与颗粒有关，还与胶结物有很大
23
1.5.1岩石和岩体
1.绪论 岩石
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自然地质体。
岩石可由单种矿物组成。 ●如：纯洁的大理石由方解石组成。 多数的岩石则是由两种以上的矿物组成。 ●如：花岗岩主要由石英、长石、云母三种矿物组成。 按照成因，岩石可分为三大类：岩浆岩、沉积岩和
14
1.4 岩石力学发展简况
1.5 岩石和岩体的基本概念
1.绪论
岩石和岩体是岩石力学的直接研究对象，因此学习和研究岩石
力学，首先要建立岩石（或岩块）和岩体的基本概念。
几个基本概念
●岩石（Rock）：矿物、岩屑的集合体。 ●结构面（Structural
Plane）： 指地质历史发展过程中，在岩体内形成的 具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。 ●岩块（Rock block 或 Rock）：指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩 体的最小岩石单元体。 ●岩体（Rockmass）：指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组 成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环 境中的地质体。 ●岩体结构（Rockmass Structure）：指岩体中结构面与结构体的排列组合 关系。其包括两个基本要素，即结构面和结构体。
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。
沉积岩由颗粒和胶结物组成，各有不同的成分。
沉积岩的物理力学性质不仅与颗粒有关，还与胶结物有很大
23
1.5.1岩石和岩体
1.绪论 岩石
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自然地质体。
岩石可由单种矿物组成。 ●如：纯洁的大理石由方解石组成。 多数的岩石则是由两种以上的矿物组成。 ●如：花岗岩主要由石英、长石、云母三种矿物组成。 按照成因，岩石可分为三大类：岩浆岩、沉积岩和
14
1.4 岩石力学发展简况
岩石力学-全部课件
பைடு நூலகம்
1.3 岩石力学的研究方法
1.绪论
由于岩石力学是一门边缘交叉学科，研究的内容
广泛，对象复杂，这就决定了岩石力学研究方法 的多样性。
根据所采用的研究手段或所依据的基础理论所属
学科领域的不同，岩石力学的研究方法大概可 归纳为以下四种：
●工程地质研究方法；
●科学实验方法； ●数学力学分析方法； ●整体综合分析方法。
下诞生的：
●二战后，各国急于医治战争
创伤，大力发展经济建设； ●水电、矿山等能源、资源的 开发，导致工程规模越来越大； ●工程条件却越来越差，经常 发生滑坡、顶板冒落等严重 事故； ●迫使人们研究失事原因，开始 从岩石力学着手探索。 ●特别是两起震惊世界的特大工 程灾害， 给人们敲响了警钟， 从而催化了岩石力学的萌芽。
同时，第一次开展了水 压法测定隧洞围岩抗力 系数的大型现场试验和 抗剪强度现场试验。
19
1.4 岩石力学发展简况
1.绪论
起步阶段
（1958年～70年代初）
1958年10月成立三峡岩基专题研究组。
此期间我国开始具体建立机构和结合工程开发室内和
现场试验。
该阶段试验做得不少，但如何结合工程实际，认识还
12
1.4 岩石力学发展简况
国际方面： ●岩石力学形成背景 ●两大著名工程灾害 ●两个里程碑事件
●萨茨堡学派
1.绪论
国内方面： ●发展的四个阶段及其主要标志
13
1.4 岩石力学发展简况
一般认为，岩石力学作为一门
1.绪论
岩石力学形成背景
独立的学科存在， 大概在 上世纪50年代。
岩石力学是在这样的背景
绪论数值分析方法有限差分法有限差分法不确定性和系统分析法随机分析随机分析极限平衡法在边坡稳定性在边坡稳定性分析中常用数学力学分析方法11有限元法边界元法无界元法流形元法不连续变形分析法块体力学反演分析法等可靠度分析灵敏度分析趋势分析时间序列分析灰色系统理论等整体综合分析方法?就整个工程进行多种方法并以系统工程为基础的综合分析
1.3 岩石力学的研究方法
1.绪论
由于岩石力学是一门边缘交叉学科，研究的内容
广泛，对象复杂，这就决定了岩石力学研究方法 的多样性。
根据所采用的研究手段或所依据的基础理论所属
学科领域的不同，岩石力学的研究方法大概可 归纳为以下四种：
●工程地质研究方法；
●科学实验方法； ●数学力学分析方法； ●整体综合分析方法。
下诞生的：
●二战后，各国急于医治战争
创伤，大力发展经济建设； ●水电、矿山等能源、资源的 开发，导致工程规模越来越大； ●工程条件却越来越差，经常 发生滑坡、顶板冒落等严重 事故； ●迫使人们研究失事原因，开始 从岩石力学着手探索。 ●特别是两起震惊世界的特大工 程灾害， 给人们敲响了警钟， 从而催化了岩石力学的萌芽。
同时，第一次开展了水 压法测定隧洞围岩抗力 系数的大型现场试验和 抗剪强度现场试验。
19
1.4 岩石力学发展简况
1.绪论
起步阶段
（1958年～70年代初）
1958年10月成立三峡岩基专题研究组。
此期间我国开始具体建立机构和结合工程开发室内和
现场试验。
该阶段试验做得不少，但如何结合工程实际，认识还
12
1.4 岩石力学发展简况
国际方面： ●岩石力学形成背景 ●两大著名工程灾害 ●两个里程碑事件
●萨茨堡学派
1.绪论
国内方面： ●发展的四个阶段及其主要标志
13
1.4 岩石力学发展简况
一般认为，岩石力学作为一门
1.绪论
岩石力学形成背景
独立的学科存在， 大概在 上世纪50年代。
岩石力学是在这样的背景
绪论数值分析方法有限差分法有限差分法不确定性和系统分析法随机分析随机分析极限平衡法在边坡稳定性在边坡稳定性分析中常用数学力学分析方法11有限元法边界元法无界元法流形元法不连续变形分析法块体力学反演分析法等可靠度分析灵敏度分析趋势分析时间序列分析灰色系统理论等整体综合分析方法?就整个工程进行多种方法并以系统工程为基础的综合分析
《岩石力学》(完整版)PPT课件
1.平行层面纵波波速大于垂直层面波速
平行层面波速/垂直岩层波速＝各向异性系数C C=1.08-2.28；多数：C=1.67 相当一部分：c=1.10
.
43
表3－6
.
44
•交通方面 ：北京道路面积4.4m2/人；东京11.3m2/ 人；伦敦21.3m2/人。
.
4
1.3 岩体力学的研究方法
研究方法：实验、理论分析与工程应用相结合
实验 理论
室内
岩块（拉、压、剪…） 模拟 收敛（表面位移）
野外 位移 应力
应变 绝对位移、相对位移（内部）
压力 连介
非连介
有限元
数值方法 离散元
VP0.3 51.88
.
34
.
35
二、岩体波速与岩体中裂隙或夹层的关系
弹性波在岩体中传播时，遇到裂隙，则视
充填物而异。若裂隙中充填物为空气，则弹 性波不能通过，而是绕过裂隙断点传播。在 裂隙充水的情况下，声能有5％可以通过， 若充填物为其他液体或固体物质，则弹性波 可部分或完全通过。弹性波跨越裂隙宽度的 能力与弹性波的频率和振幅有关.
.
29
.
30
根据实验结果整理的岩体动弹性模量见表（3－2）
.
31
动弹性模量与静弹性模量的比值
• 一般来说，岩体越坚硬越完整，则差 值越小，否则，差值就越大。
• 根据对比资料的统计，动弹性模量比 静弹性模量高百分之几至几十倍，如 图3－4所示。
• 从动弹性模量的数字来看，多集中 在 1 51305 0130MP之a间。
.
12
（二）渗透性
在一定的水压作用下，水穿透岩石的能力。反映 了岩石中裂隙向相互连通的程度，大多渗透性可用达 西（Darcy）定律描述：
平行层面波速/垂直岩层波速＝各向异性系数C C=1.08-2.28；多数：C=1.67 相当一部分：c=1.10
.
43
表3－6
.
44
•交通方面 ：北京道路面积4.4m2/人；东京11.3m2/ 人；伦敦21.3m2/人。
.
4
1.3 岩体力学的研究方法
研究方法：实验、理论分析与工程应用相结合
实验 理论
室内
岩块（拉、压、剪…） 模拟 收敛（表面位移）
野外 位移 应力
应变 绝对位移、相对位移（内部）
压力 连介
非连介
有限元
数值方法 离散元
VP0.3 51.88
.
34
.
35
二、岩体波速与岩体中裂隙或夹层的关系
弹性波在岩体中传播时，遇到裂隙，则视
充填物而异。若裂隙中充填物为空气，则弹 性波不能通过，而是绕过裂隙断点传播。在 裂隙充水的情况下，声能有5％可以通过， 若充填物为其他液体或固体物质，则弹性波 可部分或完全通过。弹性波跨越裂隙宽度的 能力与弹性波的频率和振幅有关.
.
29
.
30
根据实验结果整理的岩体动弹性模量见表（3－2）
.
31
动弹性模量与静弹性模量的比值
• 一般来说，岩体越坚硬越完整，则差 值越小，否则，差值就越大。
• 根据对比资料的统计，动弹性模量比 静弹性模量高百分之几至几十倍，如 图3－4所示。
• 从动弹性模量的数字来看，多集中 在 1 51305 0130MP之a间。
.
12
（二）渗透性
在一定的水压作用下，水穿透岩石的能力。反映 了岩石中裂隙向相互连通的程度，大多渗透性可用达 西（Darcy）定律描述：
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• 粘弹性波 在非线性弹性体中传播的波， 这种波，除弹性变形产生的弹性应力外， 还产生又摩擦应力或粘滞应力。
• 塑性波 应力超过弹性极限的波。 • 冲击波 如果固体介质的变形性质能使
大扰动的传播速度远比小扰动的传播速 度大，在介质中就会形成波头陡峭的、 以超声波传播的冲击波。
岩石在受到扰动时在岩体中主要传播的是弹
从图中可以看出：
1.随着有效孔隙率的增 加，纵波波速则急剧下 降
图3－10表示了纵波波 速与吸水率之间的关 系。
从图中可以看出：
2.随着吸水率的 增加，纵波波速 急剧的下降
四、岩体波速与各向异性性质有关
岩体因成岩条件、结构面和地应力等 原因而具有各向异性，因而弹性波在岩体 中的传播、岩体动弹性模量等也具有各向 异性。表3－6看出：
静泊松比代替）求 Ed ，则
Vp
/ Vs
[
2(1
)
]
1 2
1 2
• 若 ＝0.25时，
• 经过各方面试验验证， 之间。
Vp /Vs ＝1.73
Vp /Vs 一般在1.6～1.7
三、岩体弹性波速得测定
（一）岩块声波传播速度室内测定
测定时，把声源和接收器放在岩块试件得两端，通 常用超声波，其频率为1000Hz－2MHz。（示波见图3－1）
（二）岩体声波传播速度的现场测定
岩体声波的传播速度可以在巷道帮面或 平坦的岩面上测定。现场量测弹性波速度 的方法如图（3-3）所示。 • 量出声源与接收器之间的距离如图3－3
中的D1或D2 • 测出P波和S波传播的时间 tP tS • 计算弹性波速度Vp和Vs
（三）岩体弹性波测定结果
岩体中弹性波速经过室内外测定与归纳， 得结果间表3－1。
由表可见，岩体纵波波速变化范围较大， 受各种因素影响。一般来说， • 岩块波速要大于岩体波速； • 新鲜完整得岩体波速大； • 裂隙越发育和风化破碎岩体的波速越小。
根据实验结果整理的岩体动弹性模量见表（3－2）
动弹性模量与静弹性模量的比值
• 一般来说，岩体越坚硬越完整，则差 值越小，否则，差值就越大。
表3－1表示了各类岩石的弹性波速与岩石种 类之间的关系。 图3－5从实例统计的角度，表示了各类岩 石的弹性波速及密度之间的关系。
VP 0.35 1.88
二、岩体波速与岩体中裂隙或夹层的关系
弹性波在岩体中传播时，遇到裂隙，则视
充填物而异。若裂隙中充填物为空气，则弹 性波不能通过，而是绕过裂隙断点传播。在 裂隙充水的情况下，声能有5％可以通过， 若充填物为其他液体或固体物质，则弹性波 可部分或完全通过。弹性波跨越裂隙宽度的 能力与弹性波的频率和振幅有关.
拉梅运动方程 (不计体力)
(
Gd
)
y
G 2 v
u 2 t 2
(
Gd
)
z
G2w
u 2
t 2
由上方程导出纵波在各向同性岩体中的传播速度：
C
Vp
(
2Gd
1
)2
横波在各向同性岩体中的传播速度：
Vs
( Gd
1
)2
将
Ed d
，G Ed 代入
(1 d )(1 2d )
1 d
上两式，得：
二、岩石的孔隙性：反映裂隙发育程度的指标
（一）孔隙比
e VV /VC
VV——孔隙体积（ V
V=VC+VV
e~n关系
VV
e VV VV / V
V
VC
VC / V
V VV
V
n 1 c / G W
n 1 n
三、岩石的水理性质
（一）含水性
1、含水量：岩石孔隙中含水量GW与 固体质量之比的百分数
1.4 岩体力学在其它学科中的地位
力学 （固体力学分支）、地质学、岩土工程
1.5 岩石力学的发展简史
（1）1925年泰沙基（Terzaghi）《建筑土力学》
（2）地质力学的岩石力学学派（奥地利学派（萨尔茨堡 学派）缪勒<L.Miiller>）否认小岩块试件的力学试验。
（3）工程岩石力学学派，法国塔洛布尔（J.Talober）
岩 石 工 岩岩 地 程 体体 质 地 结力 调 质 构学 查 分 划性 区 分质 试 验
初始应力 岩体赋存条件分析
结构面几
何特征
介质的模型化 物理
数学
经典解析法 正反
计算 数值计算法
分析
岩 体
加 固
施
工措
程 设
施
工
长 期 监 测
分类确定岩体的质量等级
计
物理模拟 模拟试验
相似材料
反馈分析
经验判据
图1-1 岩石力学研究步骤的框图
• 产生剪切变形。
• （2）面波：仅在岩石表面传播。
• 质点运动的轨迹为一椭圆，其长轴垂
• 按波面形状，应力波又区分为平面波、球面波和和柱面波。 • 波面上介质的质点具有相同的速度、加速度、位移、应力
和变形。 • 最前方的波面称为波前、波头和波阵面。
二、弹性波在固体中的传播
(
Gd
)
x
G2u
u 2 t 2
1.平行层面纵波波速大于垂直层面波速
平行层面波速/垂直岩层波速＝各向异性系数C C=1.08-2.28；多数：C=1.67 相当一部分：c=1.10
表3－6
2.平行岩层面的动弹模大于垂直岩层的动弹模
各向异性系数数值在1.01－2.72之间；绝大 部分小于1.30
3.压力愈大，纵波波速各向异性系数愈小
第一节 基本物理性质
一、岩石的质量指标 （一）密度和比重
1、岩石的密度：单位体积内岩石的质量。 岩石含：固相、液相、气相。
三相比例不同而密度不同。
（1）天然密度：自然状态下，单位体积质量
G/V
G——岩石总质量；V——总体积。
（2）饱和密度：岩石中的孔隙被水充填时的单 位体积质量（水中浸48小时）
天然状态下
W=GW/G1（%）
饱和状态下
2、吸水率：岩石吸入水的质量与固体质量之比
Wd= ( d ) / c （%）
吸水率是一个间接反映岩石内孔隙多少的指标
（二）渗透性
在一定的水压作用下，水穿透岩石的能力。反映 了岩石中裂隙向相互连通的程度，大多渗透性可用达 西（Darcy）定律描述：
qx
k dh A dx
d
G1 VV W
V
(KN / m3 )
VV——孔隙体积
（3）干密度：岩块中的孔隙水全部蒸发后的单位体 积质量（108℃烘24h）
c G1 / V （KN/m3）
G1——岩石固体的质量。
2、岩石的比重：岩石固体质量（G1）与同体积 水在4℃时的质量比
G1 /(VC W ) VC——固体积； W——水的比重
D——直径
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第三章 岩石动力学基础
第一节 岩石的波动特性 一、固体中应力波的种类
1. 定义：所谓波，就是某种扰动或某种运动参数 或状态参数（例如应力、变形、震动、温度、 电磁场强度等）的 变化在介质中的传播。应 力波就是应力在固体介质中的传播。
2. 分类：(4类）
• 弹性波: 在应力应变关系服从虎克定律的介质 中传播的波。
岩石受水的影响越大。
• (2)岩石耐崩解性指数
•
耐崩解性指数是通过对岩石试件进行烘干，浸水循
环试验所得的指标。试验时，将烘干的试块，约500g，
分成10份，放入带有筛孔的圆筒内，使圆筒在水槽中以
•
20r／s速度连续转10分钟，然后将留在圆筒内的石块取 出烘干称重。如此反复进行两次，按下式计算耐崩解性
•人口密度：拥人极限2万/km2，而上海达4万/km2(局 部16万/km2)，北京达2.7万/km2。
•绿化指标：1990年全国城市绿化面积3.9m2/人，上 海 0 . 9 m2/ 人 （ 国 家 要 求 2 m2/ 人 ） 。 联 合 国 建 议 ： 4 0 m2/ 人 （ 莫 斯 科 4 4 m2/ 人 ； 伦 敦 2 2 . 8 m2/ 人 ； 巴 黎 25m2/人）。
1.频率越低，跨越裂隙宽度俞大，反之俞小
图3-7
2. 裂隙数目越多，则纵波速度愈小
3.岩体的风化程度愈高弹性波的速度亦小
4.夹层厚度愈大弹性波纵波速度愈
三、岩体波速与岩体的有效孔隙率n及吸水 率 W f 有关
一些岩浆岩，沉积 岩和变质岩的纵 波速度与有效孔 隙率n之间的关系 见图3－9所示。
1951年《岩石力学》——最早的代表作。
1963年意大利瓦依昂水库岩坡滑动
1966年在里斯召开第一届国际岩石力学大会（一届/4年 ）
全国岩石力学与工程学术会，2000年开第6届，1届/1年。
全美,全欧。 总之三个阶段：材料力学、连介力学、构造力学。
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第二章 岩石的基本物理力学性质
岩石的基本物理力学性质是岩体最基本、最 重要的性质之一，也是岩石力学学科中研究最 早、最完善的内容之一。
性波，塑性波和冲击波只有在振源才可以看到。
• 3.在固体中可传播的弹性波可分为两类
• （1）体波：由岩体内部传播的波(2类）
•
（a）纵波（又称：初至波、
Primary波）
• 质点振动的方向和传播方向一致的波
• 它产生压缩或拉伸变形。
• （b）横波（又称次到波、Second波)
• 质点振动方向和传播方向垂直的波
•交通方面 ：北京道路面积4.4m2/人；东京11.3m2/ 人；伦敦21.3m2/人。
1.3 岩体力学的研究方法
研究方法：实验、理论分析与工程应用相结合
实验 理论
室内
岩块（拉、压、剪…） 模拟 收敛（表面位移）