《岩石力学》课件(完整版)
合集下载
岩石力学课程(课堂PPT)
上节回顾－Review
岩石力学研究的对象及特点 岩石力学研究的主要内容 岩石力学的研究方法
本节内容——Next
我们将进入岩石力学的重要内容 ——岩石的物理性质的学习中… …
1
岩石/岩体性质
物理性质
包括密度、容重、 含水率、抗冻等性 质
力学性质
包括弹性/变形模 量、抗拉、抗压、 抗剪强度等
2
第二章 岩石的物理性状（性质） Chapter 2 Physical Properties of Rock
14
§2.1 岩体的结构特性
岩体结构面的特征 结构面的成因类型
成因类型
地质类型
沉积结 构面
1层理层面 2软弱夹层 3不整合面、假整合面 4沉积间断面
原
生 结 构
岩浆岩 结构面
1侵入体与围岩接触面 2岩脉岩墙接触面 3原生冷凝节理
面
产状
一般与岩层产状 一致，为层间结 构面
岩脉受构造结构 面控制，而原生 节理受岩体接触 面控制
岩体结构面的特征 结构面的规模
Ⅰ级——指大断层或区域性断层。控制工程建设地区的地壳稳定性，
直接影响工程岩体稳定性；
Ⅱ级
Ⅱ、Ⅲ级结构面控制着工程岩体力学 ——作指用延的伸边长界而宽条度件不和大破的区坏域方性式地，质它界面们。的组合
Ⅲ级 ——往指往长构度成数可十米能至滑数移百岩米的体断的层边、界区面域性，节直理接、威延伸较好的层
27
§2.3 岩石的物理性质指标
在前面说到，岩石力学问题的研究首先 应从岩石的基本物理力学性质研究入手，本 节介绍岩石（块）的基本物理性质的主要指 标及测试方法。
散体状 结构
构造影响剧烈的断 层破碎带，强风化 带，全风化带
岩石力学研究的对象及特点 岩石力学研究的主要内容 岩石力学的研究方法
本节内容——Next
我们将进入岩石力学的重要内容 ——岩石的物理性质的学习中… …
1
岩石/岩体性质
物理性质
包括密度、容重、 含水率、抗冻等性 质
力学性质
包括弹性/变形模 量、抗拉、抗压、 抗剪强度等
2
第二章 岩石的物理性状（性质） Chapter 2 Physical Properties of Rock
14
§2.1 岩体的结构特性
岩体结构面的特征 结构面的成因类型
成因类型
地质类型
沉积结 构面
1层理层面 2软弱夹层 3不整合面、假整合面 4沉积间断面
原
生 结 构
岩浆岩 结构面
1侵入体与围岩接触面 2岩脉岩墙接触面 3原生冷凝节理
面
产状
一般与岩层产状 一致，为层间结 构面
岩脉受构造结构 面控制，而原生 节理受岩体接触 面控制
岩体结构面的特征 结构面的规模
Ⅰ级——指大断层或区域性断层。控制工程建设地区的地壳稳定性，
直接影响工程岩体稳定性；
Ⅱ级
Ⅱ、Ⅲ级结构面控制着工程岩体力学 ——作指用延的伸边长界而宽条度件不和大破的区坏域方性式地，质它界面们。的组合
Ⅲ级 ——往指往长构度成数可十米能至滑数移百岩米的体断的层边、界区面域性，节直理接、威延伸较好的层
27
§2.3 岩石的物理性质指标
在前面说到，岩石力学问题的研究首先 应从岩石的基本物理力学性质研究入手，本 节介绍岩石（块）的基本物理性质的主要指 标及测试方法。
散体状 结构
构造影响剧烈的断 层破碎带，强风化 带，全风化带
精品课程《岩石力学》ppt课件(全)
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(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。
岩石力学课件第一章 岩石物理力学性质
42
三 、岩石的水理性质
岩石与水相互作用时所表现的性质称为岩石的 水理性。包括岩石的吸水性、透水性、软化性和 抗冻性。
1.含水量W 岩石孔隙中含水的质量与岩石总质
量之比的百分数
wm w/m %
m w :孔隙中含水的质量
43
三 、岩石的水理性质
含水率
岩石孔隙中含水的质量与固相质量 之比的百分数
V s :固相的体积 w :4℃水的密度
30
一、岩石的质量指标
试验方法:
比重瓶法
步骤: 粉碎
0.25mm 105-110 ℃
过筛 烘干
50g
称重
放入比重瓶
排气 读数(计算)
31
一、岩石的质量指标
比重瓶
32
一、岩石的质量指标
Gs
ms
m1 ms
m2
0
m1—瓶和装满的试液质量 ms—岩粉质量 m2—瓶、试液、岩粉质量 γ0—试验温度下试液的密度
岩石力学
三、岩石的地质成因分类
1、深成岩
岩
深成岩颗粒均匀，多为粗—中粒状结构，
致密坚硬，孔隙很少，力学强度高，透水性 浆 较弱，抗水性较强，所以深成岩体的工程地
岩
质性质一般比较好。花岗岩、闪长岩、花岗 闪长岩、石英闪长岩等均属常见的深成岩体，
常被选作大型建筑场地。如举世瞩目的长江
三峡大坝的坝基就是坐落在花岗闪长岩体之
岩石含：固相、液相、气相。 三相比例不同而密度不同。
29
一、岩石的质量指标
1.比重 G s
岩石的比重是岩石固体部分的质量和4℃时同 体积纯水质量的比值（颗粒密度：岩石固相的质量与
固相体积之比。它不包括孔隙在内，因此其大小仅取决 于组成岩石的矿物密度及其含量）
岩石力学优秀课件
若应力圆(stress circle )与抗剪强度(shear strength )直 线相割，则表示岩石已产生破裂，而且沿剪切面已经产生了滑动。
极限应力圆与抗剪强度(shear strength )直线相切的两 点D1 、D1' 表示岩石内将出现一组共轭剪切破坏裂面的临界状态。
从图中可以看出，这一组剪切破裂面上的剪应力并非是 最大剪应力(maximum shear stress )。
f 0 f n
上式中： | f |：岩石剪切面的抗剪强度(shear strength )；
0 ：岩石固有剪切强度(inherent shear strength )，它与粘聚力
C相当；
f n ：剪切面上的摩擦阻力； n ：剪切面上的正应力；
f ：岩石内摩擦系数 f = tg 。
取、 为直角坐标系的横轴、纵轴，则上式为一直线
t
t
2
tg 1 c 3 2 t
这是双曲线型包络线形式下的剪切强度曲线方程。
第三节 软弱面或各向异性岩层 的破坏准则及稳定条件
岩石的破坏包括破裂（failure ）和摩擦滑动（slide ）两 种情况。
破裂是完整岩石中发生破坏的唯一机制。破裂的条件可以由 库 仑 准 则 给 出 。 倘 若 岩 石 中 预 先 就 存 在 着 软 弱 面 （ plane of weakness ），比如存在着断层，情况就变了，这时岩石发生破 坏的机制可能是沿断层面的摩擦滑动，也可能是穿过断层面的破 裂。究竟发生哪一种类型的破坏，要视岩石内部哪种情况首先满 足库仑准则。
图5-2 共扼剪裂面与主应力关系 图5-3 剪裂面上应力与主应力关系
三、库伦一纳维尔破坏准则的第二种表示方法
库伦一纳维尔破坏准则也可采用主应力 1 、 3 来表示，剪裂
极限应力圆与抗剪强度(shear strength )直线相切的两 点D1 、D1' 表示岩石内将出现一组共轭剪切破坏裂面的临界状态。
从图中可以看出，这一组剪切破裂面上的剪应力并非是 最大剪应力(maximum shear stress )。
f 0 f n
上式中： | f |：岩石剪切面的抗剪强度(shear strength )；
0 ：岩石固有剪切强度(inherent shear strength )，它与粘聚力
C相当；
f n ：剪切面上的摩擦阻力； n ：剪切面上的正应力；
f ：岩石内摩擦系数 f = tg 。
取、 为直角坐标系的横轴、纵轴，则上式为一直线
t
t
2
tg 1 c 3 2 t
这是双曲线型包络线形式下的剪切强度曲线方程。
第三节 软弱面或各向异性岩层 的破坏准则及稳定条件
岩石的破坏包括破裂（failure ）和摩擦滑动（slide ）两 种情况。
破裂是完整岩石中发生破坏的唯一机制。破裂的条件可以由 库 仑 准 则 给 出 。 倘 若 岩 石 中 预 先 就 存 在 着 软 弱 面 （ plane of weakness ），比如存在着断层，情况就变了，这时岩石发生破 坏的机制可能是沿断层面的摩擦滑动，也可能是穿过断层面的破 裂。究竟发生哪一种类型的破坏，要视岩石内部哪种情况首先满 足库仑准则。
图5-2 共扼剪裂面与主应力关系 图5-3 剪裂面上应力与主应力关系
三、库伦一纳维尔破坏准则的第二种表示方法
库伦一纳维尔破坏准则也可采用主应力 1 、 3 来表示，剪裂
《岩石力学》课件(完整版)-第三章岩石动力学基础
第三十二页，共42页。
第三十三页，共42页。
单向压缩 环向压缩
均匀压缩
第三十四页，共42页。
2.压应力愈大波速愈大
从图中可以看出，随着压力的增大，纵波的波速亦随 之增大。纵波增加的波速，在开始阶段较快，然后逐 渐变小，最后可能不增加。
3.对于层面发育的沉积岩石，当垂直于层面加 载时，在低应力阶段波速急速随应力增长而 增加，
与压应力相同方向 上的纵波波速，在 低应力阶段波速急 速增长，达到一定
程度后增速减缓
第三十八页，共42页。
与压应力垂直 方向上的纵波 波速，随应力 增长而减小（ 波传动方向上 受拉应力）
第三十九页，共42页。
（二）现场量测的结果
在某工程中，测定 了巷道两帮的应力 变化对声波波速的影 响可以推断松动圈的 范围。工程测点布置 如图3－16
岩石在受到扰动时在岩体中主要传播的是弹性波，塑性
波和冲击波只有在振源才可以看到。
第二页，共42页。
• 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
• 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，其长轴垂直
•
于表面，这样的面波又称为瑞利波。
•
面波速度小于体波，但传播距离大。
第三页，共42页。
• 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。
第三十三页，共42页。
单向压缩 环向压缩
均匀压缩
第三十四页，共42页。
2.压应力愈大波速愈大
从图中可以看出，随着压力的增大，纵波的波速亦随 之增大。纵波增加的波速，在开始阶段较快，然后逐 渐变小，最后可能不增加。
3.对于层面发育的沉积岩石，当垂直于层面加 载时，在低应力阶段波速急速随应力增长而 增加，
与压应力相同方向 上的纵波波速，在 低应力阶段波速急 速增长，达到一定
程度后增速减缓
第三十八页，共42页。
与压应力垂直 方向上的纵波 波速，随应力 增长而减小（ 波传动方向上 受拉应力）
第三十九页，共42页。
（二）现场量测的结果
在某工程中，测定 了巷道两帮的应力 变化对声波波速的影 响可以推断松动圈的 范围。工程测点布置 如图3－16
岩石在受到扰动时在岩体中主要传播的是弹性波，塑性
波和冲击波只有在振源才可以看到。
第二页，共42页。
• 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
• 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，其长轴垂直
•
于表面，这样的面波又称为瑞利波。
•
面波速度小于体波，但传播距离大。
第三页，共42页。
• 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。
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-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ppt课件
浅成岩中细晶质和隐晶质结构的岩石透水性小、抗风化性能较深成岩强，但斑状结构岩石 的透水性和力学强度变化较大，特别是脉岩类，岩体小。
喷出岩常具有气孔构造、流纹构造和原生裂隙，透水性较大。此外，喷出岩多呈岩流状产 出，岩体厚度小，岩相变化大，对地基的均一性和整体稳定性影响较大。
4
第二章 岩石的物理性质及工程分类
所以：
x y xy z yz
xz zx yx zy
中，实际上独立的应力分量只有6个。
11
第4章 岩石的本构关系和强度准则
应力平衡微分方程
根据微分单元体x方向平衡，∑Fx=0，则
12
第4章 岩石的本构关系和强度准则
4.2 应变及应变状态分析 应变的概念 由于载荷作用或者温度变化等外界因素等影响，物体内各点在空间的位置将发 生变化，即产生位移。
岩石力学基础 复习指导
课程主要内容
31
岩石的结构和组织
2
岩石的物理性质及工程分类
3
岩石的力学性质
4
本构关系和强度准则
35
岩石的蠕变
6
地应力测量及计算
37
测井解释及井壁稳定
1
第1章 岩石的结构和组织特点
▪ 岩石的结构和分类 ▪ 岩石的微观结构 ▪ 岩石的宏观结构
成岩旋回图
2
第二章 岩石的物理性质及工程分类
2）沉积岩的性质 碎屑岩的工程地质性质一般较好，但其胶结物的成分和胶结类型影响显著。此外，碎
屑的成分、粒度、级配对工程性质也有一定的影响。 粘土岩和页岩的性质相近，抗压强度和抗剪强度低，受力后变形量大，浸水后易软化
和泥化。若含蒙脱石成分，还具有较大的膨胀性。这两种岩石对水工建筑物地基和建筑场 地边坡的稳定都极为不利，但其透水性小，可作为隔水层和防渗层。
喷出岩常具有气孔构造、流纹构造和原生裂隙，透水性较大。此外，喷出岩多呈岩流状产 出，岩体厚度小，岩相变化大，对地基的均一性和整体稳定性影响较大。
4
第二章 岩石的物理性质及工程分类
所以：
x y xy z yz
xz zx yx zy
中，实际上独立的应力分量只有6个。
11
第4章 岩石的本构关系和强度准则
应力平衡微分方程
根据微分单元体x方向平衡，∑Fx=0，则
12
第4章 岩石的本构关系和强度准则
4.2 应变及应变状态分析 应变的概念 由于载荷作用或者温度变化等外界因素等影响，物体内各点在空间的位置将发 生变化，即产生位移。
岩石力学基础 复习指导
课程主要内容
31
岩石的结构和组织
2
岩石的物理性质及工程分类
3
岩石的力学性质
4
本构关系和强度准则
35
岩石的蠕变
6
地应力测量及计算
37
测井解释及井壁稳定
1
第1章 岩石的结构和组织特点
▪ 岩石的结构和分类 ▪ 岩石的微观结构 ▪ 岩石的宏观结构
成岩旋回图
2
第二章 岩石的物理性质及工程分类
2）沉积岩的性质 碎屑岩的工程地质性质一般较好，但其胶结物的成分和胶结类型影响显著。此外，碎
屑的成分、粒度、级配对工程性质也有一定的影响。 粘土岩和页岩的性质相近，抗压强度和抗剪强度低，受力后变形量大，浸水后易软化
和泥化。若含蒙脱石成分，还具有较大的膨胀性。这两种岩石对水工建筑物地基和建筑场 地边坡的稳定都极为不利，但其透水性小，可作为隔水层和防渗层。
岩石力学教案PPT课件
岩石的应力-应变关系
应力
指作用在岩石上的外力，包括压、 拉、剪等。
应变
指岩石在应力作用下发生的形变。
应力-应变曲线
描述岩石在受力过程中应力与应变 的关系曲线，通常呈现非线性的特 点。
岩石的破裂机制与强度准则
破裂机制
描述岩石在受力过程中如何达到破坏 状态的过程。
强度准则
用于预测岩石在不同应力状态下是否 会发生破坏的准则，如莫尔圆准则等 。
岩土体加固、滑坡治理等。
岩石力学的发展历程
19世纪初
20世纪80年代以来
岩石力学作为一门独立的学科开始形 成，最初的研究主要集中在岩石的强 度和变形特性方面。
数值计算和计算机技术的快速发展为岩 石力学提供了新的研究手段，推动了岩 石力学在理论和应用方面的深入研究。
20世纪50年代
随着工程建设的快速发展，岩石力学的 研究范围不断扩大，开始涉及到岩体的 稳定性分析、岩土工程设计等方面。
总结词
介绍岩石的变形和弹性模量，以及它们 对岩石力学性质的影响。
VS
详细描述
岩石的变形是指在外力作用下岩石发生的 形状变化，而弹性模量则表示岩石在受到 外力作用时抵抗变形的能力。变形和弹性 模量是衡量岩石力学性质的重要参数。一 般来说，变形较小、弹性模量较大的岩石 具有更好的承载能力和稳定性。
03 岩石的力学性质
岩石的强度准则是指岩石在 不同受力状态下的破坏准则 ，如库仑-纳维准则、莫尔库仑准则等。
能量守恒定律是自然界的基 本定律之一，它指出能量不 能凭空产生也不能凭空消失 ，只能从一种形式转化为另 一种形式。在岩石力学中， 能量守恒定律可以用来分析 岩石的破裂和变形过程。
05 岩石力学实验与案例分析
《岩石力学》课件(完整版)
（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
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。
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）
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.
《岩石力学教案》课件
《岩石力学教案》PPT课件第一章：岩石力学概述1.1 岩石力学的定义岩石力学的定义和研究对象岩石力学的应用领域1.2 岩石的物理和力学性质岩石的物理性质岩石的力学性质1.3 岩石力学的研究方法实验研究理论分析和数值模拟第二章：岩石的力学行为2.1 岩石的弹性行为弹性模量和泊松比弹性应变和应力2.2 岩石的塑性行为塑性应变和应力岩石的屈服和破坏2.3 岩石的断裂行为断裂韧性和断裂强度断裂准则第三章：岩石的变形和强度3.1 岩石的变形线应变和切应变弹性变形和塑性变形3.2 岩石的强度压缩强度和拉伸强度剪切强度和抗弯强度3.3 岩石的流变行为粘弹性理论和流变模型岩石的长期强度和蠕变特性第四章：岩石力学实验4.1 岩石力学实验方法实验设备和原理实验步骤和数据采集4.2 岩石力学实验案例压缩实验剪切实验弯曲实验4.3 实验结果分析和讨论实验数据的处理和分析实验结果的可靠性和精度第五章：岩石力学在工程中的应用5.1 岩石工程中的岩石力学问题岩体支护和加固设计5.2 岩土工程中的岩石力学应用岩土工程的稳定性分析岩土工程的支护和加固技术5.3 采矿工程中的岩石力学应用矿山压力和岩层控制矿山支护和通风技术第六章：岩石力学数值模拟6.1 数值模拟方法概述有限元方法离散元方法有限差分方法6.2 岩石力学数值模型连续介质模型离散介质模型6.3 数值模拟案例分析岩体稳定性分析岩石破裂过程模拟第七章：岩石力学在地质工程中的应用7.1 地质工程中的岩石力学问题地质灾害防治7.2 地质工程中的岩石力学应用隧道工程基坑工程7.3 地球物理勘探中的岩石力学地震勘探地球物理测井第八章：岩石力学在土木工程中的应用8.1 土木工程中的岩石力学问题大坝和水库岩体稳定性道路和桥梁基础稳定性8.2 土木工程中的岩石力学应用岩体支护和加固岩体锚固技术8.3 地质灾害防治中的岩石力学滑坡防治岩体崩塌防治第九章：岩石力学在采矿工程中的应用9.1 采矿工程中的岩石力学问题矿山压力和岩层控制矿山支护和通风技术9.2 采矿工程中的岩石力学应用地下开采技术露天开采技术9.3 矿山安全与环境保护矿山安全评价矿山环境保护措施第十章：岩石力学的未来发展趋势10.1 岩石力学研究的新理论连续介质力学的发展非连续介质力学的研究10.2 岩石力学研究的新技术先进的测试技术数字图像分析技术10.3 岩石力学在可持续发展中的作用绿色岩石力学可持续岩石工程设计重点和难点解析重点环节1：岩石的物理和力学性质岩石的物理性质包括密度、孔隙度、渗透率等，这些性质对岩石的力学行为有重要影响。
相关主题
- 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)。
(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
• 指数：
Id2 mr /ms%
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）
质 试
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
计
岩施 体
加 固
施
工措
程工
长 期 监
分类确定岩体的质量等级
设
测
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
-
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
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
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。
返回
-
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。
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。
-
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
-
查地 质 调
验岩 工划 岩 石 程分 体 岩 地 结体 质 构力 分学 区性
dG 1 V V VW (K/N m 3)
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
G 1/(VCW)
VC——固体积； W ——水的比重
ห้องสมุดไป่ตู้
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
-
二、岩石的孔隙性：反映裂隙发育程度的指标
（一）孔隙比 eVV /VC
VV——孔隙体积（水银充填法求出）
（二）孔隙率
nVV /V
V=VC+VV
e~n关系
VV e VV VV /V V
VC VC /V V VV V
n 1 c / GW
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
试验前的试件烘干质量 m r ；残留在筒内的试件烘
•
干质量 m s
-
（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 VHH/H （%）
H——试件高度
径向自由膨胀 VDD/D （%）
D——直径
返回
-
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
1.5 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）
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
（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。 •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）。 •交通方面 ：北京道路面积4.4m2/人；东京11.3m2/ 人；伦敦21.3m2/人。
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。
（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
•
岩石受水的影响越大。
•
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
• 指数：
Id2 mr /ms%
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）
质 试
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
计
岩施 体
加 固
施
工措
程工
长 期 监
分类确定岩体的质量等级
设
测
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
-
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
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
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。
返回
-
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。
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。
-
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
-
查地 质 调
验岩 工划 岩 石 程分 体 岩 地 结体 质 构力 分学 区性
dG 1 V V VW (K/N m 3)
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
G 1/(VCW)
VC——固体积； W ——水的比重
ห้องสมุดไป่ตู้
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
-
二、岩石的孔隙性：反映裂隙发育程度的指标
（一）孔隙比 eVV /VC
VV——孔隙体积（水银充填法求出）
（二）孔隙率
nVV /V
V=VC+VV
e~n关系
VV e VV VV /V V
VC VC /V V VV V
n 1 c / GW
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
试验前的试件烘干质量 m r ；残留在筒内的试件烘
•
干质量 m s
-
（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 VHH/H （%）
H——试件高度
径向自由膨胀 VDD/D （%）
D——直径
返回
-
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
1.5 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）
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
（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。 •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）。 •交通方面 ：北京道路面积4.4m2/人；东京11.3m2/ 人；伦敦21.3m2/人。
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。
（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
•
岩石受水的影响越大。