《岩石力学》课件
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
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
2021/1/1
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)。
2021/1/1
岩石力学
10
2021/1/1
岩石力学
11
(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。
岩石力学优秀课件
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-全部课件
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ห้องสมุดไป่ตู้
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
就岩石工程而言,整体综合分析方法又必须以不确定性分
析方法为指导。
●因为在岩石工程问题中,存在着多方面的不确定性因素,只有采用
不确定性研究方法,才能摆脱传统的确定性分析方法的影响,使研 究和分析结果更符合实际,更可靠和实用。 ●现代非线性科学理论、信息科学理论、系统科学理论、模糊数学、 人工智能、灰色理论和计算机科学技术的发展为不确定性分析方法 奠定了必要的技术基础。
3
坏。
1.1 岩石力学的定义和特点 岩石力学的特点
1.绪论
岩石力学是一门应用性和实践性很强的应用基础学科。
●其任务是为解决岩石工程疑难问题提供理论指导和
实用方法。 ●岩石工程复杂程度的增加不断提出新问题,推动岩石 力学发展。
岩石力学是一门多学科交叉的边缘学科。 ●研究对象的复杂性,导致其涉及的理论领域相当广泛。 ●主要涉及的学科:固体力学、流体力学、计算数学、 结构力学、弹塑性理论、工程地质和地球物理学等。
(在边坡稳定性 分析中常用)
▲块体力学
▲反演分析法等
11
1.3 岩石力学的研究方法
1.绪论
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。
●由于岩石力学与岩石工程研究中每一环节都是多因素的,且信息量
《岩石力学》课件(完整版)-第三章岩石动力学基础
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。
《岩石力学性质》PPT课件
▪ 应力状态: σ1>σ2=σ3
精选ppt
26
▪ 三轴压缩试验加载示意图
▪ 真三轴
▪ σ1>σ2> σ3
▪ 假三轴
▪ σ1>σ2=σ3
精选ppt
27
▪ 3)假三轴试验装置图:
▪ 由于试件侧表面已被加压油缸的橡皮套包住,液压油不会 在试件表面造成摩擦力,因而侧向压力可以均匀施加到试 件中。其试验装置示意图如下。
线与σ轴夹角为内摩擦角,外切线及其延长线与τ
轴相交之截距即为C。
▪ 实践中采用第一种方法的人数多。
精选ppt
31
精选ppt
20
▪ 5) Hoek直剪仪试验装置
精选ppt
21
▪ 6)角模压剪试验及受力分析示意图
▪ 在压力P的作用下,剪切面上可分解为沿剪切面 的剪力Psinα/A和垂直剪切面的正应力Pcosα/A, 如图所示。
精选ppt
22
▪ 7)限制性剪切强度试验结果及其分析
▪ ①试验结果:剪切面上正应力越大,试件被剪破坏前所 能承受的剪应力也越大。
▪ a.直线形:τ轴的截距称为岩石的粘结力(或称内
聚力),记为C(MPa),与σ轴的夹角称为岩
石的内摩擦角,记为φ(度)。
▪ b.曲线形:
▪ ①一种方法是将包络线和τ轴的截距定为C,将包
络线与τ轴相交点的包络线外切线与σ轴夹角定为
内摩擦角。
▪ ②另一种方法建议根据实际应力状态在莫尔包络 线上找到相应点,在该点作包络线外切线,外切
▪ 非限制性剪切试验在剪切面上只有剪应力存在, 没有正应力存在;限制性剪切试验在剪切面上除 了存在剪应力外,还存在正应力。
岩石力学ppt课件
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。
精品程《岩石力学》PPT课件
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.
3. 经典理论阶段(20世纪30年代~20世纪60年
代)
岩石力学学科形成的重要阶段
弹性、塑性力学被引入,提出一些经典的解析计算公式 重视结构面对岩体力学性质的影响 形成围岩与支护共同作用理论 实验方法的完善 一系列岩石力学文献和专著的出版
岩体工程问题的解决形成了“连续介质理 论”和“地质力学理论”两大学派
不足:解析方法仅适合平面的圆形巷道,不能模拟开 挖过程;由于岩体中节理、裂隙的存在,围岩力学性 质参数和准确的本构关系难以确定。
地质力学理论
特点:,强调对岩体节理、裂隙的研究,重视岩
体结构面对岩石工程稳定性的影响和控制作用。
20年代,由德国人 H. Cloos 创立 51年,J. Stini 和 L. Müller 创立了“奥地利学派”: 在理论方面,指出工程围岩稳定性与原岩应力和开挖后岩体 的力学强度变化密切相关,重视岩石工程施工过程中应力、 位移和稳定性状态的监测,重视支护与围岩的共同作用,特 别重视利用围岩自身的强度维持岩石工程的稳定性 在施工方面,提出了“新奥法”,符合现代岩石力学理论
- 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)。
目录
第一章 岩石基本物理力学性质试验与分析 第二章 岩层的力学性状 第三章 原岩应力 第四章 岩层巷道稳定性分析
B.H.G.Brady and E.T.Brown (
2 0 0 6
)
相关资料
引言 岩石力学:岩石材料力学+岩石工程结构力学的统称。
岩石力学属固体力学范畴。 研究内容:岩石材料及岩石工程结构的物性、结构、载荷、可靠度。
岩石的5个强度指标:
单轴抗压强度:σc ; 岩石坚固性系数:f; 抗拉强度:σt ; 内聚力(抗剪强度)C; 内摩擦角:φ。
σc :C :σt =8:2:1
层理、节理对岩体力学性质的影响
围压对岩体力学性质的影响
层理产状对岩体力学性质的影响
煤柱原位试验
煤的试样尺寸对强度的影响
(据Z.T.Bieniawski,1982)
岩石的变形特征
P
P σ—ε1:岩石轴向应力—轴向应变曲线; σ—ε3:岩石轴向应力—侧向应变曲线; σ—ΔV/V0:岩石轴向应力—体积应变曲线。
0.4 岩石单轴抗压强度
P
c
P A
10
式中:σc——岩石单轴抗压强度,MPa;
P——试件压缩破坏载荷,kN;
P
A——试件横截面积,cm2。
试件尺寸:φ50×100圆柱体
砂岩孔隙压力试验
2:σ3=34.5MPa; 3:σ3=34.5MPa; μ=20.7MPa。 μ=34.5MPa。
花岗岩孔隙压力试验
1:σ3=34.5MPa; 2:σ3=34.5MPa; 3:σ3=34.5MPa; μ=6.9MPa。 μ=20.7MPa。 μ=34.5MPa。
岩石力学性质的各向异性特征
JRC—岩层结构面粗糙度系数;
JCS—岩层结构面表面抗压强度;
Φb—基础摩擦角。 注:当JRC=0时,转化为平滑节理的Coulomb准则。
节理岩层(岩体)的工程分类
1号箱:RQD=80.06% 闪长岩(9#煤顶板,—2.0m水平)岩芯照片(0~7.17m)
原岩应力
原岩应力=自重应力+构造应力
工程应用中,r=5a 与 r=∞等价。 通常巷道影响圈的厚度为2a~4a。
p(1
a2 )
r2
r
p(1
a2 ) r2
巷道顶板岩层层面应力分布规律
1 2
r
1 2
r
cos2
p1
a2 r2
cos2
1 2
r
sin 2
p
a2 r2
sin 2
式中:τ— 顶板岩层剪应力; σ — 顶板岩层法向应力; α — 转角;
Coulomb强度准则
1774 年当选为法国科学院院士
Charles Augustin de Coulomb (1736 - 1806)
C tan
1
1 1
sin s in
3
2Ccos 1 sin
Coulomb强度准则
1
t2
1
1 2t 3源自t211 2
t
2C
3 - t
t tan
382.0
504.0 530.0
公称截面积 (mm) 140.00
190.00
285.00
综采液压支架
综采支架失稳
岩石力学研究的三大主题
物性
围岩的物理 力学性质
围岩的 结构
工程结构
地下工程 支护设计
载荷 围岩作用于支护
系统上的载荷
地下工程支护设计问题
若把工程结构设计的关键归结于可靠度的确定,那么地下工 程支护设计中的核心问题是支护系统须承担的载荷量值的确定。
西医
中医
若把土木工程结构可靠度
土木工程 设计问题在理论意义上比
做西医的话,那么地下工 程问题更类似于中医。
地下工程
西医
中医
支架载荷=?
式中:σ——剪切面上的正应力,MPa; τ——剪切面上的剪应力,MPa; N——剪切面上的正压力,kN; T——剪切面上的剪切力,kN; A——试件剪切面面积, cm2; P——试件破坏时的最大载荷,kN; α——剪切面与水平面间夹角,(°) 。
C tan
式中:σ——剪切面上的正应力,MPa; τ——剪切面上的剪应力,MPa; C——岩石内聚力(应力单位),MPa;
峰值、残余抗剪强度包络线
表面粗糙度模型
i—粗糙度角
板岩抗剪强度试验结果
直剪试验的两种约束模式
(a)、(c)自由剪胀模式; (b)、(d)抑制剪胀模式
剪胀锚固理论 的动态平衡力学机制
——R.E.Goodman 曲线
σ τ
v u
【咀嚼原理】
结构面厚度与初始应力
结构面的σ—υ双曲线模型
σ—法向压应力; υ—结构面闭合量;
Griffith强度理论
f
1
,
3
1
1
3 2
3
8 t
1 3 3 0
3 - t (线性方程)1 3 3 0
(抛物线方程)
2 4 t t (抛物线方程)
c:C: t 8:2:1
N.Barton准则(峰值抗剪强度准则)(1973)
σ τ
tan
JRC
lg
JCS
)(1 sin cot
)
1sin
] 2sin
r
p
(C cos
p sin)[( p
C cot p' C
)(1 s cot
in
)
1sin
] sin
( a )2 r
p'
p C cot1 sin(
a
2 sin
)1sin
C cot
Rp
巷道破裂带内破裂面(滑移线)
r ae
0
tan
4
2
a r Rp
巷道围岩的支护与加固
巷道锚固
锚固巷道失稳
煤层巷道锚固
岩层巷道锚固
托板
玻璃钢锚杆
锚索及锚(锁)具
7股高强度钢绞线技术参数
公称直径 (mm)
强度等级 (MPa)
15.24
2000
抗拉力 (kN)
280.0
17.80 21.60
2000
1770 1860
斜截面上的应力
单元体的应力状态和Mohr应力圆
1 2
x
y
1 2
x
y
c os 2
1 2
x y
sin 2
OC
CD cos2
1 2
x
y
1 2
x
y
cos2
CD sin 2
1 2
x
y
sin 2
平面应力及其Mohr应力圆
点面对应,先找基准; 转向相同,夹角两倍。
三轴应力Mohr圆
P
间接拉伸法(Brazil法)
P
t
2P
Dt
10
式中:σt——岩石抗拉强度,MPa; P——试件破坏载荷,kN; D——试件直径,; t——试件厚度, cm。
试件尺寸:φ50×25圆柱体
1—半球座;2—上压模; 3—下压模;4—导杆;5—导杆孔。
对心加压圆盘应力分布情况
岩石抗弯强度试验装置
m
3Pl 2bh2
Vmc—最大闭合量。
理论解
单结构面板岩试验结果 ( σc=224.94MPa )
三轴压缩下单结构面岩石的强度特征(σ2=σ3)
三轴压缩下双结构面岩石的强度特征(σ2=σ3)
N.Barton准则(峰值抗剪强度准则)(1973)
σ τ
tan
JRC
lg
JCS
b
式中:τ—最大剪应力;
σ—正应力;
加工精度:GB/T23561.13—2010 《煤岩物理力学性质测定方法》
岩石的基本物理性质指标 岩石视密度:沉积岩ρ视=2500~2700(kg/m3),通常为2600(kg/m3);
煤层ρ视=1200~1400(kg/m3),通常为1300(kg/m3)。
单轴压缩下岩石的变形性质
P
岩石的模量
σ m—岩石抗弯强度(抗拉强度)。
岩石的点载荷试验
测定岩石强度的捣碎仪和体积仪
试样直径—20~40mm; 试件数量:5个; 测定组数:3~5组; 重锤质量:2.4kg。
f 20n l
f—岩石强度指数; n—锤击次数; l—岩粉高度,mm。
岩石变角剪试验
N P cos 10 AA
T P sin 10 AA
研究固体力学的方法适用于岩石力学研究。 在某种意义上,岩石力学是一门试验力学。
岩石物理性质、力学性质、工程性质,都要通过相应的试验来确定。 如:密度、视密度;变形模量、抗压强度、抗拉强度、强度准则等。
岩石试样制备及试验标准
岩石试样尺寸: 抗压强度:φ50×100圆柱体; 50×50×50立方体; 抗拉强度:φ50×25圆柱体
)
1sin
] 2sin
p'
p C cot1 sin(
a
2 sin
)1sin
C cot
Rp
p
p' C cot
1 sin
(
r
2 sin
)1sin
C cot
1 sin a
r rp
p'
C cot
(
r
2sin
) 1sin
C cot
a
a
p
p'
Rp
Rp
a[ (
p
C cot p' C
——岩石内摩擦角, (°)。