岩土力学课件

•综合分析法 采用多种方法考虑各种因素(包括工
程的、地质的及施工的等)进行综合分析和综合评
价，得出符合实际情况的正确结论。
岩 研究方法——以边坡为例
体
山体
力
学
道路
α
6
工 程 地
边坡岩体地质特征
（地层、岩性、结构面
质 特征及分布、地下水等）
岩块、结构面力 应力条件（建筑物 试 学性质（室内试验： 作用力、天然应力、 验
岩
岩体工程地质特性研究 岩块的结构、构造与物质组成
结构面的规模、成因与物质组成
体
岩体的结构特征与工程分类 岩石的物理/水理与热学性质
力
岩体基本力学性质研究 岩块的变形与强度性质
学
结构面的变形与强度性质 岩体的的变形与强度性质 岩体的动力学性质
工程应用
地下洞室围岩稳定性
边坡岩体稳定性
地基岩体稳定性
岩 体 力 学
2000年4月6日武汉烽火村乔木湾发生地面塌陷，4
小时内发生大小陷坑19处，2栋楼房塌进陷坑，16
栋楼房不同程度开裂、破损，为1977年来武汉市
岩
内发生的6起塌陷中规模最大的一次。
体
力
学
1980年6月3日5点35分，湖北远安盐池河磷 矿发生岩崩，摧毁整个盐池河矿务局，死亡 284人。
岩体力学形成和发展年代晚于土力学，某些基本理论来自土 力学。
学科分支
岩
z工程岩体力学——为各类建筑工程及采矿工程等服务的
体
岩体力学，重点是研究工程活动引起的岩体应力重分布 以及在这种应力场作用下工程岩体(如边坡岩体、地基
力
岩体和地下洞室围岩等)的变形和稳定性。 z构造岩体力学——为构造地质学、找矿及地震预报等服
基本理论
总学时：30学时 作业： 4-5 次
考核方式： 笔试70％＋作业15％＋平时 考评15％
工程实际
岩块与岩体地质特征 §2
岩石的物理力学性质 §3 §4
岩石的变形强度性质
结构面变形与强度性质 §5
岩体的力学性质 §6
岩体中的天然应力 §7
地下洞室围岩稳定性 分析 §8
边坡岩体稳定性 §9
地基岩体稳定性 §10
评价 工程设计要求
综合评价
法
稳定、合理
不稳定、不合理
工程设计 处理方案或修改α角
施工
边坡岩体力学研究框图
我国岩石力学的发展
第一阶段（上世纪50年代至60年代中期）
在一些中小型岩体工程的推动下，进行了岩石力学的试验研究工 作。1958年三峡基岩组的成立，开始了岩石力学系统规划与实施。 处于萌芽阶段。
绪论主要内容
基本概念及定义 学科地位及特征 研究意义 研究内容 研究方法 发展概况与趋势
1
1.1 基本概念及定义
岩
岩石力学：(Rock Mechanics)
体
研究岩石在各种不同受力状态下产生变形和破坏规 律的学科。
力
岩体力学(Rockmass Mechanics) 是力学的一个分支学科，是研究岩体在各种力场作
岩 体 力 学
4
1985年6月12日3点52分，由于后部岩崩加 载，导致新滩滑坡复活。所幸的是由于预报 准确，新滩镇全镇1371人全部安全转移。
岩 体 力 学
三峡工程
岩 体 力 学
1963年夜间在意大利北部山区发生的Vajont水库 左岸滑坡
岩 体 工程活动无休无止……
力
学
交 通 工 程
水 利 工 程
城 建 工 程
能 源 开 采
国 防 军 事
。 。 。
。 。 。
。 。 。
5
岩 体
地球表层为岩体、土体所覆盖，人类生活 所依托的几乎为地壳表层的岩土体。要想
力
科学的利用、开发、保护地球，我们必须 首先掌握岩土体的性质，尤其是它们的力
学
学性质，因此我们就有了——
《岩体力学》
1.4 研究内容
1.5研究方法
岩
体
•工程地质研究法 研究岩块和岩体的地质与结构特 征，为岩体力学的进一步研究提供地质模型和地质
力
资料 •试验法 为岩体变形和稳定性分析计算提供必要的
学
物理力学参数 •数学力学分析法 通过建立岩体力学模型和利用适 当的分析方法，预测岩体在各种力场作用下的变形
与稳定性，为设计和施工提供定量依据.
求变形、强度参数） 水压力、地震力等） 法
研
究
方 地质模型建立 岩体力学性质，力学参数 开挖后的重分
法 （平、剖面图）
（现场试验、模拟试验）
布应力、大小
数学、 力学 分析 法
力学模型建立（介质模型、应力、岩体力学参数、变形破坏机理…..） 稳定性分析计算（刚体极限平衡理论、有限元…..）
综合
安全系数
的关注和研究。
1962年，成立国际岩石力学学会(ISRM)。
1963年，意大利瓦以昂水库滑动。
1966年，第一届国际岩石力学大会在葡萄牙的里斯本 召开。
岩体力学属性认识过程
20世纪60年代以前： 将岩石视为一种地质材料，用连续介质力学直接用来 分析一切岩体力学问题，研究方法采用小试件试验来 评价工程适用性；
加强工程地质宏观研究 加强岩体测试及监测技术的发展 加强对岩体基本性质的研究 完善数值分析方法在岩体力学中的应用 开展学科交叉渗透 重视工程实践，总结分析
关于《岩体力学》课
教学目标
通过介绍基本知识与原理，掌握岩石与岩 体强度与变形的基本理论，在此基础上能 够善于分析建筑物基岩、边坡、地下洞室 围岩中发生的物理力学现象，进而具有解 决工程设计、施工、管理及科研中遇到的 岩石力学问题的能力。
20世纪60年代～70年代末： 意识到被结构面切割的岩体性质与完整的小岩块性质 有本质区别，奥地利学派起了很大的推动作用。
20世纪80年代初～： 认识到岩体结构的实质，认为岩体的变形与稳定性主 要受控于岩体结构及结构面的力学性质，因此必须重 视岩体结构和结构面二者的力学性质及其联系。
7
研究趋势
Hale Waihona Puke Baidu
侵蚀作风用化作用
土
沉积岩 土力学
岩石力学
变质岩 火成岩
软岩
风化岩
构造作用
岩石
风化作用 土力学
1.3 研究意义
工程活动必须符合安全、经济和正常运营的原则。 准确地预测岩体在各种应力场作用下的变形与稳定
性，进而从岩体力学观点出发，选择相对优良的工程 场址，防止重大事故，为合理的工程设计提供岩体力 学依据，是工程岩体力学研究的根本目的和任务。 人类工程活动的历史中，由于岩体变形和失稳酿成事 故的例子是很多的。
发展前言
岩
•岩体结构与结构面的仿真模拟、力学表述及其力学
体
机理问题 •裂隙化岩体的强度、破坏机理及破坏判据问题
力
•岩体与工程结构的相互作用与稳定性评价问题 •软岩的力学特性及其岩体力学问题
学
•水-岩-应力耦合作用及岩体工程稳定性问题 •高地应力岩体力学问题
•岩体结构整体综合仿真反馈系统与优化技术
•岩体动力学、水力学与热力学问题
3
2001年5月1日20点30分，重庆武隆县发生了 一起基岩滑坡，造成79人死亡，摧毁9层楼 房一幢。
岩 体 力 学
2000年4月9日20时在西藏易贡发生巨型滑坡，历时10 分钟，滑程8公里，滑体3亿方，堵塞了易贡藏布河 道，形成15平方公里的湖区，使4000多人被困，直接 经济损失达1.4亿多元，危及318国道通麦大桥。
1.6 岩体力学的形成与发展
岩 1.形成历史
体
1951年，在奥地利创建了地质力学研究组，并形成了 独具一格的奥地利学派。
力
1951年，第一本《岩石力学》专著出版。 同年，国际大坝会议设立了岩石力学分会。
学
1956年，美国召开了第一次岩石力学讨论会。 1959年，法国马尔帕塞坝溃决，引起岩体力学工作者
学
用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学， 是一门应用型基础学科。
国际岩石力学学会（ISRM）
中国岩石力学与工程学会
Chinese Society for Rock Mechanics and Engineering （CSRME)
岩块
结构面
1.1 基本概念及定义
岩体=岩块+结构面
岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律 聚集而成的自然物体。
学
务的岩体力学，重点是探索地壳深部岩体的变形与断裂 机理，为此需研究高温高压下岩石的变形与破坏规律以
及与时间效应有关的流变特征。
z破碎岩体力学——为掘进、钻井及爆破工程服务的岩体 力学，主要是研究岩石的切割和破碎理论以及岩体动力 学特性。
软岩与硬岩、土在成因上的相互关系示意图
残积土
成岩作用
沉积土 土力学
岩 的块最：小不岩含石单显元著体结。构面的岩不石同块的体结，构构和构成造岩体
结构面：在地质发展过程中，在岩体内形成的具有一 定延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面和带。
岩体：由岩石单元体和结构面组成的，具有一定结构 的地质体。(赋存于一定的天然应力状态和地下水状态)
从力学属性来看，岩块可视为均质、各向同性的连续介质， 而岩体（除少数外）均是非均质、各向异性的非连续介质。
岩土工程专业基础课
岩体力学
ROCKMASS MECHANICS 苏永华
湖南大学土木工程学院
Tel：13187079649 Email：yong_su1965@126.com
第一章
教材介绍
主讲教材：
刘佑荣，唐辉明编著.岩体力学.中国地质大学出 版社
参考教材：
① 黄醒春主编.岩石力学.高等教育出版社 ② 沈明荣，陈建峰编著.岩体力学.同济大学出版社 ③ 陶振宇，潘别桐编著.岩石力学原理与方法 ④ 周维垣著.高等岩石力学.水利电力出版社
第二阶段（上世纪60年代中期至70年代中期）
大部分工程停建与缓建，处于低谷阶段。
第三阶段（上世纪70年代后期至今）
在重大岩体工程的推动下，开展了大规模的室内与原位测试及理 论工作，取得了大量具有重大意义的研究成果，提高了在国际岩 石工程界的地位。处于蓬勃发展时期。
1985年正式成立了中国岩石力学与工程学会，至今已 召开了十二次全国性大会，推动了岩体力学的发展。
•岩体流变与长期强度问题
•岩体工程计算机辅助设计与图像自动生成处理。
本章小结
重点介绍了岩体力学的概念、研究对象、研究内容及 研究方法，对岩体力学的形成与发展作了一般说明。
学习要点 9掌握岩体力学的概念、研究对象、研究内容、研究方法； 9了解岩体力学的研究意义； 9了解岩体力学的形成发展历史， 9了解岩体力学的发展趋势。
9
地下洞室围岩稳定性研究
地下开挖引起应力重分布 应力重分布下围岩的变形与破坏规律 作用于支护上的围岩压力 洞室围岩监测 围岩加固理论和技术方法
边坡岩体稳定性研究
内部应力分布特征 边坡岩体的变形与破坏机制 边坡岩体的稳定性分析 边坡治理
地基岩体稳定性研究
地基岩体的应力分布特征 地基岩体的承载力 地基岩体抗滑稳定性分析
岩石力学与岩体力学
狭义岩石 广义岩石
岩块 岩体
2
1.2 学科特征
与岩土工程的关系
岩土工程学是一门技术性很强的学科，而土力学、岩体力学、 工程地质学是岩土工程学的理论支撑。因此，岩体力学是岩土 工程学的专业基础课。
与土力学的关系
土力学研究对象：松散、多孔介质——可当作连续体 岩体力学研究对象：坚硬、具有结构面的地质体——非连续性
岩块的组成、结构与构造 结构面类型、级别、特征 岩体的结构特征、工程分类
岩石的物理性质 岩石的水理性质 岩石的热学性质 岩块的变形性质 岩块的强度性质 岩块的破坏判据 结构面的变形性质 结构面的强度性质 岩体的变形性质 岩体的强度性质 天然应力分布特征 天然应力量测 天然应力估算 应力重分布计算
围岩压力、抗力与极限承载力 边坡应力分布特征 稳定性分析方法 应力分布特征 岩体承载力计算
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奥地利学派与工程岩石力学学派
奥地利学派：（miiller L, Stini J） 偏重于地质力学方面，主张岩石块与岩体严格区分， 否认小岩块试件的力学试验，主张通过现场原位力学 测定获取岩体力学的真实性质； 工程技术贡献：创立了新奥法（隧道掘进法）。
工程岩石力学学派（Talober J） 偏重于材料力学弹塑性理论方面，将岩体的不均匀性概 化为均质的连续介质，主张小岩块试件的力学试验于 原位力学测试并举。