岩体工程地质动力学基本原理
第三章 岩体的动力学性质
3.当岩石种类 不同，纵波波 速不同。但基 本规律相同， 即在低应力区 纵波波速增长 很快，随着应 力的增大，增 长减慢，趋于 常值。如图3 －18所示
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第三节 岩体的其它动力学特性
一、用弹性波速度求岩体的泊松比
岩石的泊松比可以通过在加压过程中，量 测纵向应变 1 和横向应变 2 而获得。
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：
1.平行层面纵波波速大于垂直层面波速
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 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。
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 有关
f
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。 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
1.在巷道壁钻孔 测试声波速度
在松动区内，由 于岩体破碎且是 低应力区，因而 波速较小；高应 力区，岩体完整， 波速达到最大； 原岩应力区，波 速正常。根据波 速沿测孔深度的 变化曲线，确定 这三个区的范围。
《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。
岩石动力学基础
表 3-1 岩体弹性波测定值
纵波速度 （m/s）
岩石名称
5650
范围(一般)
1330~4600 2500~4500
橄榄岩 蛇纹岩 辉绿岩
3400
范围(一般)
1500~4800 3200~4500
3500~6000
范围(一般)
2000~6700 3500~5500
3700~6700
花岗岩
玄武岩 闪长岩 燧石 石英岩
岩石动力学基础
➢纵波（Longtitudinal wave）是质点振动方向与波传播方向一 致的波，又称胀缩波、无旋波，地震学中也称初波或P波。
➢以平面纵波为例，设纵波沿x轴正向传播，u=u(x,t)为质点沿x 方向的位移，t为时间变量，则波动方程为：
2u t 2
C12
2u x2
C QG vE 式中C1为纵波速度， 1 ( 2 ) / ( 1 ) / 1 [ ) 1 ( ( 2 ) ]
17.0~64.7
1.0~34.8
花岗岩
33~65
25~40
28~47
9.8~14.5
玄武岩
2.6~34
10
1.8~5.2
1.4~3.7
辉绿岩
49~74
14.8
26.3~72.4
7.0~36
闭长岩
8~76
1.5~60
18~87
3.9~39.6 石英片岩 51~89
24~47
2021/6/11
山东科技大学
12
2021/6/11
山东科技大学
13
同样
1
VS
E
2(1
)
2
式（3-4）与（3-2）一样，（3-2）式更简单一些。
岩体的动力学性质.
岩体的动力学性质岩体的动力学性质是岩体在动荷载作用下所表现出来的性质，包括岩体中弹性波的传播规律及岩体动力变形与强度性质。
一、岩体中弹性波的传播规律1、弹性波在介质中的传播速度仅与介质密度ρ及其动力变形参数Ed ，μd有关。
因此可以通过测定岩体中的弹性波速来确定岩体的动力变形参数。
2、影响弹性波在岩体中的传播速度的因素:（1）岩性：不同岩性岩体中弹性波速度不同，岩体愈致密坚硬，波速愈大，反之，则愈小。
（2）结构面：沿结构面传播的速度大于垂直结构面传播的速度。
（3）应力：在压应力作用下，波速随应力增加而增加，波幅衰减少；反之，在拉应力作用下，则波速降低，衰减增大。
（4）含水量：随岩体中含水量的增加导致弹性波速增加。
（5）温度：岩体处于正温时，波速随温度增高而降低，处于负温时则相反。
二、岩体中弹性波速度的测定可以采用地震法、声波法来测试弹性波速，下面就介绍常用的声波法。
声波法测试步骤：（1）选择代表性测线，布置测点和安装声波仪，见下图。
（2）发生正弦脉冲，向岩体内发射声波。
声波法测弹性波原理图1.发射换能器；2.接收换能器；3.放大器；4.声波发射仪；5.计时装置（3）记录纵、横波在岩体中传播的时间。
（4）根据下面的公式计算波速。
三、岩体的动力变形与强度参数1、动力变形参数动力变形参数有：动弹性模量和动泊松比及动剪切模量。
可通过声波测试确定。
优点：不扰动被测岩体的天然结构和应力状态；测定方法简便，省时省力；能在岩体中各个部位广泛进行。
计算公式：岩体与岩块的动弹性模量都普遍大于静弹性模量。
坚硬完整岩体E d/E me约为1.2～2.0 ，风化、裂隙发育的岩体和软弱岩体E d/E me约为1.5～10.0左右，大者可超过20.0。
原因如下：①静力法采用的最大应力大部分在1.0～10.0MPa，少数则更大，变形量常以mm计，而动力法的作用应力约为10-4MPa量级，引起的变形量很微小。
因此静力法会测得较大的不可逆变形，而动力法则测不到这种变形。
地质勘察中的地下岩溶水动力学模拟
地质勘察中的地下岩溶水动力学模拟地下岩溶水动力学模拟是地质勘察中的一项重要技术，它可以帮助我们更好地了解地下水的流动过程，预测地下水系统的稳定性以及评估地下水资源的可持续利用性。
本文将介绍地下岩溶水动力学模拟的基本原理、模拟方法以及其在地质勘察中的应用。
一、地下岩溶水动力学模拟的基本原理地下岩溶水动力学模拟是基于物理方程和数值计算方法的理论研究，它考虑了地下水流动的机理和影响因素，通过数值计算来模拟地下水的流动过程。
地下岩溶水动力学模拟的基本原理包括以下几个方面：1. 地下水的基本定律：地下岩溶水动力学模拟遵循地下水流动的基本定律，包括达西定律、连续方程、流动方程等。
这些定律描述了地下水流动的速度、压力、渗透率等基本特性。
2. 岩石溶解和沉积过程：地下岩溶水动力学模拟考虑了岩石中溶解和沉积过程对地下水流动的影响。
岩石的溶解和沉积会改变岩石的渗透率和孔隙度，从而影响地下水的流动。
3. 孔隙介质和裂隙介质：地下岩溶水动力学模拟区分了孔隙介质和裂隙介质对地下水的流动的影响。
孔隙介质包括土壤、岩石的孔洞和微裂缝，而裂隙介质是指岩石的大裂缝和断层。
二、地下岩溶水动力学模拟的方法地下岩溶水动力学模拟方法多种多样，主要包括解析方法和数值模拟方法。
1. 解析方法：解析方法是基于数学公式和函数的计算方法，可以得到解析解。
常用的解析方法包括拉普拉斯方程法、泊松方程法等。
解析方法的优点是计算速度快、精度高，但只适用于简单的地下水流动情况。
2. 数值模拟方法：数值模拟方法是基于离散化技术和迭代计算的方法，可以得到近似解。
常用的数值模拟方法包括有限元法、有限差分法、边界元法等。
数值模拟方法可以模拟复杂的地下水流动情况，并考虑了不同岩层的渗透率、孔隙度等参数。
三、地下岩溶水动力学模拟在地质勘察中的应用地下岩溶水动力学模拟在地质勘察中有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 地下水资源评估：地下岩溶水动力学模拟可以帮助评估地下水资源的可持续开发利用性。
《岩石力学》课程标准
《岩石力学》课程标准一、课程性质与任务《岩石力学》是工程地质专业一门重要的专业基础课，主要研究岩石和岩体的力学行为及其与工程实践的关系。
通过本课程的学习，学生将掌握岩石力学的基本原理、方法和技术，为今后从事与岩石工程相关的设计、施工、监测和科研工作打下基础。
二、课程目标1. 知识目标：掌握岩石力学的基本概念、原理和方法，了解岩石和岩体的基本性质及其与工程实践的关系。
2. 能力目标：培养学生运用岩石力学知识解决实际问题的能力，包括岩石工程设计、施工、监测等方面的技能。
3. 素质目标：培养学生良好的工程素养，提高学生的创新意识、实践能力和团队协作精神。
三、课程教学内容与要求1. 岩石力学基本概念与原理（8学时）岩石力学定义、研究内容及发展概况岩石和岩体的基本性质：物理性质、水理性、热学性质、变形与强度特性等岩石力学中的基本概念：应力、应变、强度准则等岩石力学中的基本原理：静力学原理、动力学原理等2. 岩石的应力状态与变形（12学时）岩石的应力状态分析：应力测量、应力分布规律等岩石的变形分析：弹性变形、塑性变形、流变等岩石的强度准则：库仑-莫尔强度准则、格里菲斯强度准则等3. 岩体的应力场与位移场（10学时）岩体的应力场分析：岩体中的应力分布规律、岩体中的应力集中与松弛等岩体的位移场分析：岩体中的位移规律、岩体中的位移变化等4. 岩石工程设计与施工（16学时）岩石工程的类型与特点岩石工程设计：结构设计、稳定性分析等岩石工程施工：施工方法与技术、施工监测等5. 岩石工程监测与加固（8学时）岩石工程监测：监测方法与技术、监测数据处理与分析等岩石工程加固：加固方法与技术、加固效果评价等四、课程实施与评价1. 教学组织形式：采用课堂教学与实验教学相结合的方式，注重培养学生的实践能力和创新精神。
2. 教学方法：采用讲授法、讨论法、案例分析法等多种教学方法，引导学生主动参与教学过程，提高教学效果。
3. 教学评价：采用平时成绩与期末考试成绩相结合的方式进行评价，平时成绩占40%，期末考试成绩占60%。
岩石动力学讲稿--岩石的动力特性
岩石声波速度的影响因素
含水量、的声速 Vf是岩石中的孔隙被水饱和时的声速 v r是岩石无孔隙时的声速 r是岩石无孔隙时的声速 Ф是孔隙率 v是孔晾率为0时岩石的声速 是孔晾率为0
岩石受到轴向压力时，在与压力方向正交方向，声速随压 岩石受到轴向压力时，在与压力方向正交方向， 应力增加而减少；在与加压方向一致方向， 应力增加而减少；在与加压方向一致方向，声速随着压应 力的增加而增大； 力的增加而增大； 在破坏之前应变急剧增大的点上其声速显著地变小，因此 在破坏之前应变急剧增大的点上其声速显著地变小， 通过声速测试可监测岩石破坏的状态
应力波在岩石介质中的传播是岩石动力学的重要课题 应力被在岩石介质中传播的性质， 应力被在岩石介质中传播的性质，应力波峰值与岩石强度 的关系 在强爆炸应力区，岩石本构模型视为流体动力学模型，关 在强爆炸应力区，岩石本构模型视为流体动力学模型， 键是给出状态方程； 键是给出状态方程； 在中等应力区，本构模型采用弹塑性本构模型； 在中等应力区，本构模型采用弹塑性本构模型； 在低压应力区，采用本构模型 在低压应力区，
ΔW 为当一正弦波通过粘弹性体时一个周期内的能量损 耗;W 为该周期内贮存的最大弹性势能
应力波波在岩土体中传播时的衰减可用幅值谱函数表示
n = 0 、0.5 和1 分别代表平面波、柱面波和球面波; 分别代表平面波、柱面波和球面波; A 0 和A 分别代表爆心距为R0 和R处的频率为ω的地震波
的幅值;
6.3 岩石的动力特性
6.3.1岩石的声波特性 6.3.1岩石的声波特性
当岩石受到地振动、冲击或爆破作用时，各种不同动力特性 当岩石受到地振动、冲击或爆破作用时， 的应力波在岩石(岩体) 的应力波在岩石(岩体)中传播 当应力值(相对岩石强度言) 当应力值(相对岩石强度言)较高时岩石中可能出现塑性波和 冲击波 当应力值较低时则只产生弹性被 弹性波总是以更快的速度传播，成为先驱波； 弹性波总是以更快的速度传播，成为先驱波；随后则是速度 较慢的塑性波
岩土力学：第三章 岩石动力学基础
岩体强度=岩块强度+节理强度
图4－1节理岩体的强度特征与岩石强度的区别
Ⅰ－岩石；Ⅱ－节理化岩体：Ⅲ－节理
4.2 结构面的分类
按照工程的要求分类
细小结构面 中等结构面 1．绝对分类 巨大结构面 延长 ≤1m ≤1～10m ≥10m
2．相对分类——相对工程而言的分类见表4-1。 破坏面 3．按力学观点分类 破坏带 行两者之间 充填 非充填 见表4－2
注：若 Vs 分辨不清，则可用 ,Vp , （一般可用 静泊松比代替）求 Ed ，则
2(1 ) V p / Vs [ ] 1 2
• • 经过各方面试验验证， 之间。
1 2
＝0.25时， 若
Vp / Vs
＝1.73 Vp / Vs 一般在1.6～1.7
三、岩体弹性波速得测定
表4－1结构面的相对分类
单节理 无 充 填 有 充 填 充有 填粘 物性
羽毛状 破碎带 节理组 节理群 节理
图4－2 按力学观点的破坏面和破坏带分类
裂隙度
4.3岩体破碎程度分类
（一）裂隙度K
切割度
单组结构面
多组结构面
1.单组节理 设勘测线长度为 ，在 上出现的节理的个数为n， 则 k n 节理之间的平均间距为
• 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 ) G 2 u x 拉梅运动方程 ( Gd ) G 2 v (不计体力) y 2 u ( Gd ) G 2 w 2 z t u 2 t 2 u 2 t 2
《岩石动力学基础》课件
数值模拟应用：岩土工程、 地质灾害、石油工程等领域
数值模拟结果分析：应力、 应变、位移、破坏模式等
优点：能够模拟复杂地质条件下的岩石力学行为，为工程设计提供依据 缺点：计算量大，需要高性能计算机，计算结果可能存在误差 未来发展方向：提高计算效率，降低计算误差，开发更先进的数值模拟软件 应用前景：在工程地质、地震预测、资源勘探等领域具有广泛应用前景
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数据预处理：对数据进行清洗、去 噪、归一化等处理
数据可视化：使用图表、图形等方 式将分析结果可视化展示
实验目的：研究岩石的动力学特性
实验方法：采用动态加载和应变测量技术
实验结果：岩石在不同应力状态下的变形和破坏特性
结论：岩石的动力学特性与应力状态、应变速率等因素有关，对工程设计和施工具有 重要意义。
学行为
研究方法：实 验、数值模拟、
理论分析等
实验方法：室 内试验、现场 试验、模拟试
验等
数值模拟方法： 理论分析方法：
有限元法、边 弹性力学、塑
界元法、离散 性力学、断裂
元法等
力学等
研究目的：为 工程设计和施 工提供科学依 据，保障工程
安全
岩石动力学的起源：19世纪末，地质学和力学的结合
岩石动力学的发展：20世纪初，岩石力学的兴起，逐渐发展ห้องสมุดไป่ตู้岩石动力学
岩石的强度：包括 抗压强度、抗拉强 度、抗剪强度等
岩石的破坏机理： 包括脆性破坏、塑 性破坏、剪切破坏 等
影响岩石强度的因 素：包括岩石的矿 物成分、结构、孔 隙率等
岩石的破坏过程： 包括应力集中、裂 纹扩展、断裂等
岩石的弹性模量：描述岩石抵抗变形的能力 岩石的泊松比：描述岩石在受力时体积变化的程度 岩石的剪切模量：描述岩石抵抗剪切变形的能力 岩石的抗拉强度：描述岩石抵抗拉伸变形的能力 岩石的抗压强度：描述岩石抵抗压缩变形的能力 岩石的抗剪强度：描述岩石抵抗剪切变形的能力
第三章 岩体的动力学性质
可以计算动弹性模量等参数。测试仪器主要是岩块超声 波参数测定仪和纵（横）波换能器。测试时，把纵（横） 波换能器放在岩块试件的两端。测定纵波速度时宜采用 凡士林或黄油作耦合剂。 换能器发射频率满足要求：
f ≥ 2vp D
θ
= θ0
sin ω(t
−
x )
c
（3-4）
式中，c为波动在岩体中的传播速度。
第二节 岩体中应力波类型及传播
上式分别对t和x求二阶偏导，得
∂ 2θ = −ω 2θ ∂t 2
∂ 2θ = − ω 2 θ
∂x 2
c2
代 入
（3-5） （3-6）
∂ 2θ = ∇2θ ∂x 2
ρ
∂ 2θ ∂t 2
= (λ + 2Gd )∇2θ
勒夫波（又称：L波）
质点在水平面内垂直于波前进方向作水 平振动
•按波面形状，应力波又区分为平面波、球面波和和柱面波。
第二节 岩体中应力波类型及传播
第二节 岩体中应力波类型及传播
z 二 岩体中弹性波的传播
运动方程、几何方程和物理方程经过综合后， 可得出拉 梅运动方程，当不计体力时，该方程 可表示为
(λ
vp
=
c
=
λ (
+ 2Gd ρ
1
)2
（3-7）
第二节 岩体中应力波类型及传播
同上述方法，可得到横波在各向同性岩 体中传播的 速度Vs
vS
=
(G
d
1
)2
ρ
（3-8）
将 λ=
μd Ed
(1 + μ d )(1 − 2μ d )
第 7 章 岩石动力学
2 ∂ 2u 2 ∂ w = cp 2 ∂t ∂x 2 c 2 = ( λ + 2G)/ ρ p
第 7 章 岩石动力学
7.2 岩石与岩体的基本动力学特性
• b) 围压增大,应变速率的影响下降 围压增大,
应 变 率 对 石 灰 岩 的 破 坏 应 力 的 影 响 围 压 /M P a 应 变 率 s -1 0 100 200 破 坏 或 屈 服 应 力 /M P a 1 0 -4 2 7 .5 4 1 .5 3 9 .5 1 0 -1 3 1 .5 4 5 .5 4 3 .2
第 7 章 岩石动力学
• • • • • • • 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 概述 岩石与岩体的基本动力学特性 岩石动力试验技术与方法 应力波在岩石地层中的传播 岩体特性与弹性波的传播 岩体弹性参数与强度量测 现场岩体状态的评价
Hale Waihona Puke 7.1 概述第 7 章 岩石动力学
• 1) 岩石动力学的含义:它是研究岩石和岩体在各种动载荷 岩石动力学的含义: 或周期性变化载荷作用下的基本力学性质及其工程效应 的学科分支. 的学科分支. • 2) 动载荷的分类: 动载荷的分类: • 地震 • 核武器冲击与爆炸 防护工程 • 常规武器的冲击与爆炸 • 工程爆破 {引起的地面运动;边坡;岩基;隧洞的动力稳定} 引起的地面运动;边坡;岩基;隧洞的动力稳定} • 列车行进中的振动------铁路隧洞,地铁 列车行进中的振动------铁路隧洞, ------铁路隧洞 • 机器基础的振动和冲击 • 水库诱发地震 • 潮汐与风浪力-------海洋工程 潮汐与风浪力-------------海洋工程 • 岩爆 (冲击地压) 冲击地压)
岩体工程地质力学
数值模拟分析也是地下管道 稳定性评价的重要手段之一 ，可以通过模拟管道周围的 土壤力学性质、管道材料的 应力应变关系等，预测管道 的稳定性状态，为工程设计 和施工提供参考。
极限平衡分析也是地下管道 稳定性评价的常用方法之一 ，它基于极限平衡理论，通 过分析管道中的应力分布和 破坏模式，计算管道的稳定 性和安全系数，为工程设计 和施工提供依据。
详细描述
在水电站建设中，需要对岩体进行稳定性分析，以确保大坝、水闸等建筑物的安全。岩体工程地质力 学提供了多种方法，如应力分析、位移监测、地应力测量等，用于评估岩体的稳定性和安全性。
工程实例二：高速公路边坡稳定性评价
总结词
高速公路边坡稳定性评价是工程实例中 的另一个重要应用。
VS
详细描述
在高速公路建设中，需要对边坡进行稳定 性评价，以防止滑坡、坍塌等安全事故的 发生。岩体工程地质力学提供了多种评价 方法，如极限平衡法、有限元法、概率分 析法等，用于对边坡的稳定性进行定量评 估。
现状
目前，岩体工程地质力学已经发展成为一门较为成熟的学科，其在水利、土木、交通、矿山等领域的工程建设中 得到了广泛应用。同时，随着计算机技术、数值模拟方法的发展，岩体工程地质力学的数值模拟和可视化技术也 得到了迅速发展，为复杂条件下岩体的稳定性分析和预测提供了强有力的工具。
02
CATALOGUE
岩体的物理性质与力学行为
通过注浆管将浆液注入岩体中，对岩体进行加固和填充。
注浆加固技术适用范围
03
适用于各种岩石工程中，如隧道、边坡、桥梁等，可提高岩体
的稳定性和承载能力。
06
CATALOGUE
工程实例分析
工程实例一：大型水电站岩体稳定性分析
总结词
4.4岩体动力及水力学性质
vp
Ed (1 d ) (1 d )(1 2 d )
Ed vs 2 (1 d )
• vp＞vs，即纵波先于横波到达。
二、岩体中弹性波速度的测定
• 测试方法
– 声波法 – 地震法
vmp vmp
D2 t p D2 t s
图4-22 声波速度测试原理图 1-发射换能器；2-接收换能器；
第4章
§4.1 §4.2 §4.3 §4.4 §4.5
岩体力学性质
概述 岩体的变形性质 岩体的强度性质 岩体的动力学性质 岩体的水力学性质
§4.4岩体的动力学性质
• 岩体在动荷载作用下所表现出来的性质
– 岩体中弹性波的传播规律 – 岩体动力变形与强度性质。
• 岩体的动力学性质在岩体工程动力稳定性 评价中具有重要意义。同时岩体动力学性 质的研究还可为岩体各种物理力学参数的 动测法提供理论依据。
p w g (h z )
K m K f
K 2 ge3 e K Kf S 12Sc
2、含多组结构面岩体的渗透性能
• 根据结构面发育的随机性，借助计算机搜索出 一定范围内的连通结构面网络图，在此基础上， 进一步计算岩体的渗透张量。
3、岩体渗透系数的测试
• 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。
c为结构面的相对粗糙修正系数
1.5
h c 1 8.8 2e
h为结构面起伏差
为水的运动粘滞系数（cm2/s）， w
三、裂隙岩体的水力特征
1、含一组结构面岩体 的渗透性能
• 设结构面的张开度为e， 间距为S，渗透系数为Kf； 岩块的渗透系数为Km。
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3章 岩体动力学性质
2G VP
VS G
E 1 1 1 2
介质密度
E 动弹模量
E 2 1
泊松比
应用实例
已知P波、S波波速和介质密度，求解动弹模 量、动泊松比和动剪切模量。
p 2(1 ) 根据 ，求解； s 1 2
3 岩体动力学、静力学、流变力学划分
荷载状态
蠕变 静态 准动态 动态 超动态
应变率 （1/s）
<10-5 10-5~10-1 10-1~101 101~104 >104
试验方式
蠕变试验机 流变力学范畴 普通试验机和刚性伺服试验机 气动快速加载机 霍布金逊赶及其变形装置 轻气炮，平面波发生器
动静态 区别
2
Eme jEd
3.3 影响岩体弹性波速度的因素
岩石种类、密度及生成年代 岩石中裂隙或夹层 岩石的有效孔隙率及吸水率 岩体的各向异性 岩体应力状态
1）、岩石种类、 密度及生成年代
1、岩体纵波速度总 体呈正态分布； 2、新生代第三纪砂 岩、泥岩，纵波速度 分布较广； 3、变质岩的纵波速 度比岩浆岩和古生代 及中生代沉积岩稍大。
A Rayleigh wave is a seismic surface wave causing the ground to shake in an elliptical motion, with no transverse, or perpendicular motion.
Rayleigh波是质点在与传播方向平行的平面内做椭圆 运动的波，椭圆长轴垂直地面
4）岩体的各项异性
平行层里面方向波速大于垂直方向
4）岩体的各项异性
工程地质分析原理
工程地质分析原理
工程地质学是一门涵盖岩石力学、岩土工程、岩土工程力学、振动力学、地质灾害学等诸多领域的交叉性学科，其特征是地质与工程的结合。
它既涉及岩土的地质状况的调查与分析，也涉及以地质条件及工程设计的有效融合。
工程地质分析是一门学科，旨在分析和了解地质因素对工程的影响，以便能够提供准确的工程地质参数，并从而确定有效的工程施工与操作方法。
工程地质分析包括以下几个原理：
1.岩土工程力学原理：岩土是一种特殊的材料，由于岩土材料的特殊程度不同，所有的工程建设都会受到该材料性质的影响，因此工程地质分析的首要手段就是把地质条件变换成有限条件的岩土力学模型，从而用它来研究岩土破碎的物理机理，以及地质系统内的物理属性，以此来实现岩土工程力学原理的理解。
2.岩石力学原理：岩石力学是工程地质分析的重要内容，也是建造大型工程必备的重要理论基础，即研究岩石在固定位置受外力作用
时的性能参数，包括物质性质、结构特征、断裂构造等方面，从而能为岩石施工的后续操作、岩土的测量提供准确的参数。
3.地质灾害学原理：地质灾害会影响到工程的施工和使用状况，而地质灾害预测和防御则成为工程地质分析中的重要部分。
工程地质分析针对地质灾害的原理，它们通过检测以及测量以预测地质灾害的发生和发展规律，以便采取和制定有效的防御对策；也会采用地质遥感技术来辨识出地质灾害的空间分布特征及其发展趋势，同时，也会使用模拟技术建立灾害模型，以便进一步提出有效的灾害防治措施。
岩石力学的原理
岩石力学的原理岩石力学是研究岩石受力时的行为和性质的科学领域。
岩石是地球壳的主要构成物质，它们在地球表面和地下扮演着重要角色。
岩石力学的原理涉及到岩石在受力过程中的变形、强度、断裂等方面的研究，对于地质工程、矿山开采、地质灾害防治等方面具有重要的应用价值。
岩石在受力过程中会发生不同形式的变形，主要包括弹性变形、塑性变形和破裂变形。
弹性变形是指岩石在受力后，能够恢复到原来的形状和体积，而不会留下任何永久性的变形。
这是由于岩石分子间的作用力使得其具有一定的弹性。
当受到外力作用时，岩石会发生一定程度的变形，但是一旦外力去除，岩石就会恢复到原来的状态。
这种弹性变形表现为岩石的弹性模量，它是岩石在受力时的一种物理性质，也是衡量岩石弹性程度的重要参数。
除了弹性变形外，岩石在受力过程中还会发生塑性变形，这是指岩石在承受外力后，产生永久性的变形。
当外力超过岩石的弹性极限时，岩石就会发生永久性变形，这种变形被称为塑性变形。
岩石的塑性变形受到多种因素的影响，包括岩石的物理性质、化学成分、构造特征等。
在地质工程中，塑性变形是导致地下工程变形和破坏的重要原因之一，因此对于塑性变形的研究具有重要的工程意义。
另外，在超过岩石的弹性和塑性极限时，岩石就会发生破裂变形。
岩石的破裂是指岩石在受力过程中，由于外力作用超过其承受能力而发生断裂现象。
岩石的破裂受到多种因素的影响，包括岩石的强度、应力状态、裂隙分布等。
岩石的破裂不仅对地下工程的稳定性产生影响，还可能引起地质灾害，如地震、滑坡等。
在岩石力学的研究中，有一些重要的原理和定律对于理解岩石的受力行为具有重要作用。
其中，莫尔-库伦准则是岩石力学的重要原理之一。
这个准则表明了岩石在受到复杂应力状态作用时的断裂模式，它指出了岩石破裂与其在不同方向上的抗压和抗拉强度之间的关系。
根据莫尔-库伦准则，当岩石受到的压力和拉力之间的关系达到一定比例时，岩石就会发生断裂。
这个准则对于岩石的工程应用具有重要意义，它可以帮助工程师在设计和施工中准确评估岩石的破裂风险。
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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。
自上世纪60年代起，由谷德振为首的我国的一批优秀的工程地质学家便将地质力学的基本理论作为指导思想，对地质体的形成、因素、结构等进行了深入研究，结合地质结构控制中的工程行为规律，对岩体的最主要特征为岩体结构特征做出了进一步验证，并提出了相应的岩体工程地质力学理论系统。
下面，通过几方面的阐述分析对岩体工程地质力学的基本原理记性阐述分析。
1.岩体的结构性
岩体结构性课题的提出具有划时代的意义，是我国岩体工程地质力学研究的分水岭。
它颠覆了传统的思维模式，让人们对岩体工程行为的分析与评价当中，必须要将岩体结构的作用因素考虑在内。
地质内外动力作用下产生出的岩体结构，使其结构具有随即性，不同的岩体形成过程会对其结构产生不同影响，出现不同的特征。
与此同时，不同结构的岩体表现也会出现不同的工程行为特征。
为对这种因结构不同而产生的工程行为的异样，相关专家也提出了岩体结构的分类体系，其中包括有层状、块状结构，破碎、松散结构等等。
岩体结构有其自带的等级体系，主要表现为地质结构面与岩体的等级排序性。
岩体在工程地质力学中的结构面共被分为五级，分别为深大断裂面、公里单位断层不连续面、百米单位小断层地质结构面、十米节理结构面、小节里罅隙等。
2.岩体结构控制岩体的地质工程行为
岩体结构控制岩体的工程行为作为岩体工程地质力学当中最为基础的理论依凭，经过多年的发展，已经形成了我国自有的理论体系，即岩体结构控制理论。
岩体结构控制中的作用主要体现在对岩体工程性质的控制与岩体破坏模式上的控制上，也同时表现在对岩体工程问题周边条件的控制与地质环境下作用规律的控制上。
3.岩体与工程结构的关联
岩体与工程结构的关系十分微妙，二者相互依存，又相互作用，形成了统一的整体。
在我国自我形成的工程理论中，有学者将地质相关的工程称作地质工程。
随后的学者又进一步将地质环境与工程活动的相互作用进行了验证，较为完整的对这种依存、作用进行了强调。
工程结构要立足于岩体之上，将岩体的各项工程行为特征进行充分考虑。
同时，人们也会保障地质安全，在工程前做出岩体特性的改良，充分开发岩体潜力，并且也要对其进行工程措施的加固，根本上改善岩体性质。
三、岩体工程地质动力学的基本原理
在岩体工程地质动力学说中，其首要任务即是阐述岩体及相应工程地质动力因素的相互作用规律。
岩体工程动力学的基本研究线路分为岩体与其结构的动力学成因、特性；岩体所依存的地壳动力学环境；以及岩体的动力学行为与发展过程。
岩体工程地质动力学的发展方向立足于岩体的地质特性和地球动力学环境的基本方针，将岩体结构动力学作为其行为要素，将模拟分析作为动力学解析手段，从而在根本上保证工程中地质安全的理想化追求。
岩体工程地质动力学其主要观点用具体语言概括应为：动力成因观，即岩体与其工程的地质特性是因地球动力学作用下产生的特殊地质；岩体的工程行为作为岩体及其动力学环境相互作用所形成的结果，即是所谓的动力作用观，在这里，动力学环境指的是通过地壳动力学以及工程扰动环境下进行的环境影响；过程调节观，即是通过对岩体与外部环境相互作用过程的调节，对岩体的潜在能力充分挖掘、开发，以此作为达到工程
地质安全的基本路径。
在岩体工程地质动力学当中，其变形与强度行为是岩体的基本力学行为，其研究的基本内容也即是对应力环境下变形与强度的相应行为的序列特征。
结语：
本文同过对我国工程地质力学的发展，以及岩体工程地质动力学的基本原理进行简要概述分析，对工程地质动力学的衍生、发展，以及如何拓展为岩体工程地质动力学理论的范围等等进行了充分陈述，希望通过本文能对相关科研人员有所帮助，为我国的岩体工程事业进献自己的绵薄之力。
参考文献：
［1］王思敬，黄鼎成主编．中国工程地质世纪成就［M］．北京:地质出版社2004．
［2］伍法权等著．复杂岩质高陡边坡变形与稳定性研究［M］．北京: 科学出版社，2008．
［3］祁生文等．岩质边坡动力反应分析［M］．北京: 科学出版社，2007．。