《岩石力学》课件(完整版)
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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）
Vp
[
Ed (1 d )
1
]2
(1 d )(1 2d )
Vs
[ Ed
(1 d
1
]2 )
若已知 ,Vp ,Vs ，侧可根据上两式推出求动弹性模量
和动泊松比 Ed ，即：d
Ed
Vs2 (3Vp2
4Vs2
)
/(V
2 p
Vs2 )
d
1 2
(V
2 p
2Vs2 ) /(Vp2
Vs2 )
注：若 Vs 分辨不清，则可用 ,Vp , （一般可用
（1）岩体的力学特征
①不连续； ②各向异性； ③不均匀性； ④岩块单元的可移动性； ⑤地质因子特性（水、气、热、初应力）。 （2）任务
①基本原理方面（建模与参数辨别）； ②试验方面（试验方法）仪器、信息处理、室内、
外、动、静； ③现场测试 ； ④实际应用
(4)相关任务
•城市化：我国1989年不到20%，2000年为35.7%， 2010达45%，为减少占用地面土地，发展地下空间。
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
（m3/s）
dh
dx ——水头变化率； qx——沿x方向水的流量；h——水头高度； A——垂直x方向的截面面积；k——渗透系数。
四、岩石的抗风化指标（3类）
(1)软化系数（表示抗风化能力的指标）
Rcc——干燥单轴抗压强度、 Rcd——饱和单轴抗压强度；
Rcc / Rcd
（ 1 ）越小，表示
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。
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：
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。
•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）。
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
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。
• 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 15103 50103 MPa 之间。
图 3-4
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第二节 影响岩体波速的因素 （5方面因素）
一、岩体弹性波速与岩体种类、岩石密度和 生成年代有关
1.岩石的密度和完整性越高，波速越大 2.岩石密度越大，弹性波的速度也相应增加
（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。
接收传感器 耦合济
发射传感器
测出tP tS
岩
石 试
l
件
声波仪
VP l / tP VS l / tS
注：由于纵波比横波较后到达，因此横波易受干扰，难
于分辨，所以准确得测出横波时很重要的。中国科学院 岩土力学研究所建议用下述方法：
（1）用激发横向振动的PZT型压电晶片作横波换能 器（图3－2a） （2）利用固体与固体的自由边表面产生反射横波 （图3－2b） （3）利用水浸法量测试件的横波（图3－2c）
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：
第一章 绪论
岩石力学（Rock Mechanics）：研究岩体在各种 不同受力状态下产生变形和破坏规律的学科。
第一节 岩石与岩体
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 。
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。
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
• 指数：
I d 2 mr / ms %
试验前的试件烘干质量 mr ；残留在筒内的试件烘
•
干质量 ms
（三）岩石的膨胀性
评价膨胀性岩体工程的稳定。
1、自由膨胀率：无约束条件下，浸水后胀 变形与原尺寸 之比
轴向自由膨胀 VH H / H （%）
H——试件高度
径向自由膨胀 VD D / D （%）
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）
•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）
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
数值方法
有限元 离散元 DDA
• 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.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。
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.
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
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
• 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
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（水银充填法求出）
（二）孔隙率
n VV / V
来自百度文库
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
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
构造: 组成成分的空间分布及其相互间排列关系
这是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素 。
岩浆岩：强度高、均质性好
岩石分类 沉积岩：强度不稳定，各向异性 变质岩：不稳定与变质程度和原 岩性质有关
岩体=岩块+结构面
岩体
结构 面
岩块
不连续面： 包括节理、 裂隙、孔 隙、断面、 孔洞、层 面
1.2 岩体力学的研究任务与内容
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）
Vp
[
Ed (1 d )
1
]2
(1 d )(1 2d )
Vs
[ Ed
(1 d
1
]2 )
若已知 ,Vp ,Vs ，侧可根据上两式推出求动弹性模量
和动泊松比 Ed ，即：d
Ed
Vs2 (3Vp2
4Vs2
)
/(V
2 p
Vs2 )
d
1 2
(V
2 p
2Vs2 ) /(Vp2
Vs2 )
注：若 Vs 分辨不清，则可用 ,Vp , （一般可用
（1）岩体的力学特征
①不连续； ②各向异性； ③不均匀性； ④岩块单元的可移动性； ⑤地质因子特性（水、气、热、初应力）。 （2）任务
①基本原理方面（建模与参数辨别）； ②试验方面（试验方法）仪器、信息处理、室内、
外、动、静； ③现场测试 ； ④实际应用
(4)相关任务
•城市化：我国1989年不到20%，2000年为35.7%， 2010达45%，为减少占用地面土地，发展地下空间。
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
（m3/s）
dh
dx ——水头变化率； qx——沿x方向水的流量；h——水头高度； A——垂直x方向的截面面积；k——渗透系数。
四、岩石的抗风化指标（3类）
(1)软化系数（表示抗风化能力的指标）
Rcc——干燥单轴抗压强度、 Rcd——饱和单轴抗压强度；
Rcc / Rcd
（ 1 ）越小，表示
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。
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：
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。
•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）。
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
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。
• 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 15103 50103 MPa 之间。
图 3-4
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第二节 影响岩体波速的因素 （5方面因素）
一、岩体弹性波速与岩体种类、岩石密度和 生成年代有关
1.岩石的密度和完整性越高，波速越大 2.岩石密度越大，弹性波的速度也相应增加
（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。
接收传感器 耦合济
发射传感器
测出tP tS
岩
石 试
l
件
声波仪
VP l / tP VS l / tS
注：由于纵波比横波较后到达，因此横波易受干扰，难
于分辨，所以准确得测出横波时很重要的。中国科学院 岩土力学研究所建议用下述方法：
（1）用激发横向振动的PZT型压电晶片作横波换能 器（图3－2a） （2）利用固体与固体的自由边表面产生反射横波 （图3－2b） （3）利用水浸法量测试件的横波（图3－2c）
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：
第一章 绪论
岩石力学（Rock Mechanics）：研究岩体在各种 不同受力状态下产生变形和破坏规律的学科。
第一节 岩石与岩体
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 。
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。
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
• 指数：
I d 2 mr / ms %
试验前的试件烘干质量 mr ；残留在筒内的试件烘
•
干质量 ms
（三）岩石的膨胀性
评价膨胀性岩体工程的稳定。
1、自由膨胀率：无约束条件下，浸水后胀 变形与原尺寸 之比
轴向自由膨胀 VH H / H （%）
H——试件高度
径向自由膨胀 VD D / D （%）
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）
•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）
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
数值方法
有限元 离散元 DDA
• 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.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。
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.
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
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
• 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
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（水银充填法求出）
（二）孔隙率
n VV / V
来自百度文库
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
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
构造: 组成成分的空间分布及其相互间排列关系
这是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素 。
岩浆岩：强度高、均质性好
岩石分类 沉积岩：强度不稳定，各向异性 变质岩：不稳定与变质程度和原 岩性质有关
岩体=岩块+结构面
岩体
结构 面
岩块
不连续面： 包括节理、 裂隙、孔 隙、断面、 孔洞、层 面
1.2 岩体力学的研究任务与内容