岩石力学发展史及力学特性简介
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现代岩石力学理论认为：由于岩石和岩体结构及其赋存 状态、赋存条件的复杂性和多变性，岩石力学既不能完 全套用传统的连续介质理论，也不能完全依靠以节理、 裂隙和结构面分析为特征的传统地质力学理论，而必须 把岩石工程看成是一个“人一地”系统，用系统论的方 法来进行岩石力学与工程的研究
现代发展阶段 20世纪60年代~现在
1981年成立了中国岩石力学与工程学会筹备组，随后成 立了国际岩石力学中国小组，1985年正式成立中国岩石 力学与工程学会
论文内容与方法
岩石的变形规律和强度特性是岩石力学性质的主要内
容；是整个岩石力学研究的最重要基础。
（1）岩石的变形是指岩石在任何物理作用下形状和大小的变化； 研究岩石力学变形性质的目的就在于确定岩石的本构关系，并确定 相应的力学参数，为岩土工程变形的理论计算提供依据。 （2）岩石的强度是指岩石在荷载作用下开始破坏时的最大应力以 及应力与破坏之间的关系，它反映了岩石抵抗破坏的能力与破坏关 系；研究目的：建立适应岩石特点的强度准则并确定有关参数，是 进行岩土工程设计必不可少的基础资料之一。
• 试验测定的强度指标分又可为：单轴抗压强度， 单轴抗拉强度，抗剪切强度等。
岩石的抗压强度
定义 岩石的抗压强度是岩石试件在
单轴压力下抵抗破坏的极限能力，
极限强度在数值上等于破坏时的 最大压应力。
岩石试样的破坏形式
劈裂破坏 剪切破坏 延性破坏
单轴抗拉强度
1.定义： 岩石的抗拉强度就是岩石试件在单轴拉力作用下抵抗破 坏的极限能力或极限强度在数值上等于破坏时的最大拉应 力，岩石的抗拉强度比其抗压强度低得多。
我国岩石力学研究状况
建立了一些研究岩石力学的研究机构。如中国科学院岩土 力学研究所，地质研究所工程地质室等。一些产业和高校 部门的研究院也设立了相应的研究机构，如长江水电科学 院的岩基室，冶金部矿冶研究所压力室，煤炭科学院岩石 力学研究室和不少大学的岩石力学实验室等等
开展了包括坝基、地下结构、岩质边坡、岩石动力学特性 和灌浆处理等方面的试验研究工作，使我国岩石力学的发 展进入了新阶段，并获得一系列重大成果
北京交通大学
敬请老师，同学提出 宝贵意见!
2.意义： a）衡量岩体力学性质的重要指标 b）用来建立岩石强度判据，确定强度包络线 c）选择建筑石材不可缺少的参数
3.测定方法： a）直接拉伸 b）间接法（劈裂法、点荷载法、三点弯曲法）
三轴压缩强度
• 定义：
–试件在三向压应力作用下能抵抗的最大轴向应力 • 测定方法: –在一定的围压σ3下，对试件进行三轴试验时，岩块 的三轴压缩强度σ1m(MPa)为：
现代发展阶段 20世纪60年代~现在
ຫໍສະໝຸດ Baidu
20世纪80年代末提出不确定性研究理论，目前已被越来 越多的人所认识和接受。现代科学技术手段如模糊数学、 人工智能、灰色理论和非线性理论等为不确定性分析研 究方法和理论体系的建立提供了必要的技术支持 系统科学虽然早已受到岩石力学界的注意，但直到20世 纪80年代和90年代才成为共识，并进入岩石力学理论和 工程应用。时至今日，岩石工程力学问题已被当作一种 系统工程来解决。系统论强调复杂事物的层次性、多因 素性及相互关联和相互作用特征，并认为人类认识是多 源的，是多源知识的综合集成，这些为岩石力学理论和 岩石工程实践的结合提供了依据
岩石在单向压缩应力 作用下的压缩变形特征
典型应力应变曲线
岩石在单向压缩应力 作用下的压缩变形特征
岩石在单向压缩应力 作用下的压缩变形特征
岩石在三向压缩应力下 的变形特征
岩石强度特性
• 为了研究岩石的强度特征，经常将岩石制备成试 件在实验室进行试验，依据试样应力状态的不同 分为：岩石单轴抗压强度试验，抗拉强度试验， 抗剪强度试验等。试验时将岩样制备成规定的试 件然后按相应的试验规程进行试验。
岩石力学发展历史与现状
初始阶段 19世纪末~20世纪初
经验理论阶段 20世纪初~20世纪30年代
经典理论阶段 20世纪30年代~20世纪60年代
现代发展阶段 20世纪60年代~现在
现代发展阶段 20世纪60年代~现在
特点：用更为复杂的多种多样的力学模型来分析岩石力 学问题，把力学、物理学、系统工程、现代数理科学、 现代信息技术等的最新成果引入了岩石力学；电子计算 机的广泛应用为流变学、断裂力学、非连续介质力学、 数值方法、灰色理论、人工智能、非线性理论等在岩石 力学与工程中的应用提供了可能
物理测试方法 利用物探技术探查岩体的力学性质
力学分析方法 力学模型、数值分析、模拟分析
整体综合分析方法 综合多种分析手段进行系统分析
论文总结
• 当前, 各类岩土工程规模越来越大, 地质条件越来 越复杂, 灾害发生的破坏性和严重性也愈加严重. 反观目前岩石力学发展的现状，岩土工程的研究 依然处在半理论半实践的发展阶段。而其遗留问 题的理论研究的主要增长点和突破口就是岩石力 学，其必将成为岩土乃至土木研究中重要的支撑 和发展。
北京交通大学
论文题目
岩石变形与强度特性的试验与理论研究
学 生：陆同学 导 师：刘教授
主 要 内 容
研究背景
研究现状 论文内容 论文总结
研究背景
所选题目的研究目的及意义。
研究的目的，了解目前岩土工程的现状与进展，掌握
岩石变形与强度的力学性质对岩石力学研究的重要性，
熟知岩石力学性质的研究方法。 研究的意义，有利于对岩石力学有一个整体的认识， 对后期的研究提供理论帮助。
1m
pm A
三轴试验装置
几种常见岩石力学强度理论
• • • • • Mohr-Coulomb 强度理论 双剪统一强度理论 Tresca 屈服准则 Drucker-Prager 准则 脆性断裂理论( Griffith 强度理论)
岩石力学的研究方法
地 质研究方法 着重研究与岩石的力学性质和力学行为有关的岩体
现代发展阶段 20世纪60年代~现在
现代计算机科学技术的进步也带动了现代信息技术的发 展。20世纪80年代和90年代，岩石工程三维信息系统、 人工智能、神经网络、专家系统、工程决策支持系统等 迅速发展起来，并得到普遍的重视和应用
20世纪90年代现代数理科学的渗透是非线性科学在岩石 力学中的重要应用。耗散结构论、协同论、分叉和混沌 理论正在被试图用于认识和解释岩体力学的各种复杂过 程。岩石力学和相邻的工程地质学都因受到研究对象的 “复杂性”挑战，而对非线性理论倍加青睐
20世纪60年代和70年代，原位岩体与岩块的巨大工程差 异被揭示出来，岩体的地质结构和赋存状况受到重视， “不连续性”成为岩石力学研究的重点。从“材料”概 念到“不连续介质”概念是岩石力学理论上的飞跃 20世纪60年代和70年代开始出现用于岩石工程稳定性计 算的数值计算方法，主要是有限元法 20世纪80年代数值计算方法发展很快，有限元、边界元 及其混合模型得到广泛的应用，成为岩石力学分析计算 的主要手段
陈宗基教授把流变学引入岩石力学并推广到各向异性岩体， 提出了围岩应力场随时间而变化和由于岩体流变与回弹， 隧洞衬砌所受压力将随时间增加等概念。后来他又提出岩 石扩容和长期强度的本构方程，进一步发展了岩石流变扩 容理论
我国岩石力学研究状况
谷德振教授提出了“工程地质力学”观点，认为岩体与一 般岩石的差别在于它是受结构面纵横切割的多裂隙体，岩 体内结构面控制着岩体变形，破坏机制及力学法则，因此 必须重视结构面力学效应的研究；在研究结构面力学特性 时，必须以地质成因为基础对结构面自然特性做细致的研 究，掌握结构面的地质特点来指导岩石力学的研究工作是 岩体基本力学特性研究的基础。在此基础上提出岩体分为 块裂结构，完整结构，碎裂结构和散体结构，按照岩体结 构不同类型分别研究其力学特性
现代发展阶段 20世纪60年代~现在
1981年成立了中国岩石力学与工程学会筹备组，随后成 立了国际岩石力学中国小组，1985年正式成立中国岩石 力学与工程学会
论文内容与方法
岩石的变形规律和强度特性是岩石力学性质的主要内
容；是整个岩石力学研究的最重要基础。
（1）岩石的变形是指岩石在任何物理作用下形状和大小的变化； 研究岩石力学变形性质的目的就在于确定岩石的本构关系，并确定 相应的力学参数，为岩土工程变形的理论计算提供依据。 （2）岩石的强度是指岩石在荷载作用下开始破坏时的最大应力以 及应力与破坏之间的关系，它反映了岩石抵抗破坏的能力与破坏关 系；研究目的：建立适应岩石特点的强度准则并确定有关参数，是 进行岩土工程设计必不可少的基础资料之一。
• 试验测定的强度指标分又可为：单轴抗压强度， 单轴抗拉强度，抗剪切强度等。
岩石的抗压强度
定义 岩石的抗压强度是岩石试件在
单轴压力下抵抗破坏的极限能力，
极限强度在数值上等于破坏时的 最大压应力。
岩石试样的破坏形式
劈裂破坏 剪切破坏 延性破坏
单轴抗拉强度
1.定义： 岩石的抗拉强度就是岩石试件在单轴拉力作用下抵抗破 坏的极限能力或极限强度在数值上等于破坏时的最大拉应 力，岩石的抗拉强度比其抗压强度低得多。
我国岩石力学研究状况
建立了一些研究岩石力学的研究机构。如中国科学院岩土 力学研究所，地质研究所工程地质室等。一些产业和高校 部门的研究院也设立了相应的研究机构，如长江水电科学 院的岩基室，冶金部矿冶研究所压力室，煤炭科学院岩石 力学研究室和不少大学的岩石力学实验室等等
开展了包括坝基、地下结构、岩质边坡、岩石动力学特性 和灌浆处理等方面的试验研究工作，使我国岩石力学的发 展进入了新阶段，并获得一系列重大成果
北京交通大学
敬请老师，同学提出 宝贵意见!
2.意义： a）衡量岩体力学性质的重要指标 b）用来建立岩石强度判据，确定强度包络线 c）选择建筑石材不可缺少的参数
3.测定方法： a）直接拉伸 b）间接法（劈裂法、点荷载法、三点弯曲法）
三轴压缩强度
• 定义：
–试件在三向压应力作用下能抵抗的最大轴向应力 • 测定方法: –在一定的围压σ3下，对试件进行三轴试验时，岩块 的三轴压缩强度σ1m(MPa)为：
现代发展阶段 20世纪60年代~现在
ຫໍສະໝຸດ Baidu
20世纪80年代末提出不确定性研究理论，目前已被越来 越多的人所认识和接受。现代科学技术手段如模糊数学、 人工智能、灰色理论和非线性理论等为不确定性分析研 究方法和理论体系的建立提供了必要的技术支持 系统科学虽然早已受到岩石力学界的注意，但直到20世 纪80年代和90年代才成为共识，并进入岩石力学理论和 工程应用。时至今日，岩石工程力学问题已被当作一种 系统工程来解决。系统论强调复杂事物的层次性、多因 素性及相互关联和相互作用特征，并认为人类认识是多 源的，是多源知识的综合集成，这些为岩石力学理论和 岩石工程实践的结合提供了依据
岩石在单向压缩应力 作用下的压缩变形特征
典型应力应变曲线
岩石在单向压缩应力 作用下的压缩变形特征
岩石在单向压缩应力 作用下的压缩变形特征
岩石在三向压缩应力下 的变形特征
岩石强度特性
• 为了研究岩石的强度特征，经常将岩石制备成试 件在实验室进行试验，依据试样应力状态的不同 分为：岩石单轴抗压强度试验，抗拉强度试验， 抗剪强度试验等。试验时将岩样制备成规定的试 件然后按相应的试验规程进行试验。
岩石力学发展历史与现状
初始阶段 19世纪末~20世纪初
经验理论阶段 20世纪初~20世纪30年代
经典理论阶段 20世纪30年代~20世纪60年代
现代发展阶段 20世纪60年代~现在
现代发展阶段 20世纪60年代~现在
特点：用更为复杂的多种多样的力学模型来分析岩石力 学问题，把力学、物理学、系统工程、现代数理科学、 现代信息技术等的最新成果引入了岩石力学；电子计算 机的广泛应用为流变学、断裂力学、非连续介质力学、 数值方法、灰色理论、人工智能、非线性理论等在岩石 力学与工程中的应用提供了可能
物理测试方法 利用物探技术探查岩体的力学性质
力学分析方法 力学模型、数值分析、模拟分析
整体综合分析方法 综合多种分析手段进行系统分析
论文总结
• 当前, 各类岩土工程规模越来越大, 地质条件越来 越复杂, 灾害发生的破坏性和严重性也愈加严重. 反观目前岩石力学发展的现状，岩土工程的研究 依然处在半理论半实践的发展阶段。而其遗留问 题的理论研究的主要增长点和突破口就是岩石力 学，其必将成为岩土乃至土木研究中重要的支撑 和发展。
北京交通大学
论文题目
岩石变形与强度特性的试验与理论研究
学 生：陆同学 导 师：刘教授
主 要 内 容
研究背景
研究现状 论文内容 论文总结
研究背景
所选题目的研究目的及意义。
研究的目的，了解目前岩土工程的现状与进展，掌握
岩石变形与强度的力学性质对岩石力学研究的重要性，
熟知岩石力学性质的研究方法。 研究的意义，有利于对岩石力学有一个整体的认识， 对后期的研究提供理论帮助。
1m
pm A
三轴试验装置
几种常见岩石力学强度理论
• • • • • Mohr-Coulomb 强度理论 双剪统一强度理论 Tresca 屈服准则 Drucker-Prager 准则 脆性断裂理论( Griffith 强度理论)
岩石力学的研究方法
地 质研究方法 着重研究与岩石的力学性质和力学行为有关的岩体
现代发展阶段 20世纪60年代~现在
现代计算机科学技术的进步也带动了现代信息技术的发 展。20世纪80年代和90年代，岩石工程三维信息系统、 人工智能、神经网络、专家系统、工程决策支持系统等 迅速发展起来，并得到普遍的重视和应用
20世纪90年代现代数理科学的渗透是非线性科学在岩石 力学中的重要应用。耗散结构论、协同论、分叉和混沌 理论正在被试图用于认识和解释岩体力学的各种复杂过 程。岩石力学和相邻的工程地质学都因受到研究对象的 “复杂性”挑战，而对非线性理论倍加青睐
20世纪60年代和70年代，原位岩体与岩块的巨大工程差 异被揭示出来，岩体的地质结构和赋存状况受到重视， “不连续性”成为岩石力学研究的重点。从“材料”概 念到“不连续介质”概念是岩石力学理论上的飞跃 20世纪60年代和70年代开始出现用于岩石工程稳定性计 算的数值计算方法，主要是有限元法 20世纪80年代数值计算方法发展很快，有限元、边界元 及其混合模型得到广泛的应用，成为岩石力学分析计算 的主要手段
陈宗基教授把流变学引入岩石力学并推广到各向异性岩体， 提出了围岩应力场随时间而变化和由于岩体流变与回弹， 隧洞衬砌所受压力将随时间增加等概念。后来他又提出岩 石扩容和长期强度的本构方程，进一步发展了岩石流变扩 容理论
我国岩石力学研究状况
谷德振教授提出了“工程地质力学”观点，认为岩体与一 般岩石的差别在于它是受结构面纵横切割的多裂隙体，岩 体内结构面控制着岩体变形，破坏机制及力学法则，因此 必须重视结构面力学效应的研究；在研究结构面力学特性 时，必须以地质成因为基础对结构面自然特性做细致的研 究，掌握结构面的地质特点来指导岩石力学的研究工作是 岩体基本力学特性研究的基础。在此基础上提出岩体分为 块裂结构，完整结构，碎裂结构和散体结构，按照岩体结 构不同类型分别研究其力学特性