岩土水理性质

关于岩土水理性质的探索

摘要：本文对于存在水物理化学作用效应的岩土工程稳定性等问题进行了一些探讨，指出地下水引起的岩土工程危害主要是由于地下水位升降变化和地下水动水压力作用两个方面的原因造成的，论述了工程地质中水文地质勘察的重要性。

关键词：岩土水理；勘察；影响

abstract: in this paper the presence of water for physical and chemical effect of geotechnical engineering problems such as stability are analyzed, and points out that the harm caused by groundwater geotechnical engineering is largely due to the ground water level rises fall change and groundwater dynamic water pressure effect two aspects of reason is caused, discusses the engineering geology of the importance of hydrogeological investigation.

key words: daniel geotechnical water; reconnaissance; influence

中图分类号： tu74文献标识码：a 文章编号

1、工程地质勘察过程应充分重视水文地质勘察

工程地质勘察中水文地质评价内容在以往的工程勘察报告中，由于缺少结合基础设计和施工需要评价地下水对岩土工程的作用

和危害，在很多地区已发生多起因地下水造成基础下沉和工程结构

岩土中的空隙和水讲义及思考题

岩土中的空隙和水 3．1 岩土中的空隙空隙：void ，interspace ，space 地壳岩石中的空隙为地下水的赋存提供了必要的空间条件。按维尔纳茨基的形象说法“地壳表层就好象是饱含着水的海绵”。岩石空隙是地下水存储空间和传输通道，空隙的特征(多少、大小、形状、方向性、连通程度及其空间变化等)决定着岩土储容、滞留、释出以及传输水的性能。岩石空隙可分为三类：a. 未固结的松散岩石中的孔隙；b. 固结的坚硬岩石中的裂隙；c. 可溶岩石中的溶穴（隙）。 1．孔隙（pore ）松散岩石是由大小不等的颗粒组成的，颗粒及颗粒集合体之间的空隙––––孔隙。孔隙的多少，决定岩土储容水的能力，在一定条件下，还控制岩土滞留、释出和传输水的能力。孔隙体积的多少可用孔隙度表示：孔隙度（porosity ）（n ）––––指某一体积岩土（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例。即： V V n n = 式中：V n ––––岩石中孔隙的体积； V ––––包括孔隙在内的岩石体积； n ––––孔隙度，用小数或百分数表示。另外一个概念：孔隙比（void ratio ）（ε）––––指某一体积岩土内孔隙的体积（V n ）与固体颗粒体积（V s ）之比。即 s n V V =ε 因为V=V n +V s ，所以n 与ε关系为：n n -=1ε。应用时： a. 涉及变形时（工程地质）→ε（采用孔隙比较方便）； b. 涉及水的储容与运动时（水文地质）→n （采用孔隙度方便）。影响因素： a. 分选程度：分选程度好，n 大；分选程度差，n 小； b. 颗粒的排列情况：立方体排列时n =47.64%，四面体n =25.95% ； c. 颗粒的形状：形状愈不规则，棱角愈明显，n 愈大； d. 胶结充填情况：充填程度高，n 小。孔隙度的测定方法：

岩石裂隙渗流特性试验研究的新进展_蒋宇静

第27卷第12期岩石力学与工程学报 V ol.27 No.12 2008年12月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec .，2008 收稿日期：2008–08–07；修回日期：2008–09–16 作者简介：蒋宇静(1962–)，男，博士，1982 年毕业于山东矿业学院，现任教授，主要从事岩石力学和土木工程方面的教学与研究工作。E-mail ：jiang@civil.nagasaki-u.ac.jp 岩石裂隙渗流特性试验研究的新进展蒋宇静1， 2，李博1，王刚2，李术才3 (1. 长崎大学工学部，日本长崎 852–8521；2. 山东科技大学，山东青岛 266510； 3. 山东大学岩土与结构工程研究中心，山东济南 250061) 摘要：综述国内外关于岩体裂隙渗流特性的研究成果，并进行相应的分析和讨论。分析表明：试验研究在岩体裂隙渗流特性方面具有不可替代的作用；许多研究者根据试验结果提出相应的经验公式，但关于岩石裂隙渗流应力耦合特性研究的计算公式还没有统一的认识。分析结论也为今后的岩体裂隙渗流特性的试验研究提供了有益的方向。关键词：岩石力学；岩石裂隙；试验研究；力学开度；水力等效开度；应力渗流耦合；综述中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)12–2377–10 NEW ADV ANCES IN EXPERIMENTAL STUDY ON SEEPAGE CHARACTERISTICS OF ROCK FRACTURES JIANG Yujing 1， 2，LI Bo 1，WANG Gang 2，LI Shucai 3 (1. Faculty of Engineering ，Nagasaki University ，Nagasaki 852–8521，Japan ； 2. Shandong University of Science and Technology ，Qingdao ，Shandong 266510，China ； 3. Research Center of Geotechnical and Structural Engineering ，Shandong University ，Jinan ，Shandong 250061，China ) Abstract ：The researches on seepage characteristic of rock joints are reviewed and analyzed. The results show that the experimental study plays a very important role in researching on hydro-mechanical characteristic of rock joints. Many researchers bring forward the experiential computation formulations according to the experimental researches ，but there are not consistent understandings about them. The available research directions are put forward for the future research on hydro-mechanical characteristics of fractured rock masses. Key words ：rock mechanics ；rock fractures ；experimental study ；mechanical aperture ；hydraulic equivalent aperture ；stress-fluid coupling ；review 1 引言裂隙岩体中空隙的尺寸和连通程度一般都远小于岩体中节理裂隙，而且裂隙的水力传导系数远大于完整岩石中孔隙的渗透系数，因此节理裂隙是岩体中水运动的主要通道[1 ，2] 。裂隙岩体中存在的节理裂隙等缺陷严重影响着岩体的渗透特性。岩体渗流特性的研究在各种地质工程应用中占有重要的地位，比如水利水电工程、采矿和石油工程、核废料储存工程。法国Malpasset 拱坝(1959)在初次蓄水时发生溃坝，意大利的瓦依昂边坡失稳(1963)等事故引起了人们对裂隙岩体渗流问题的高度重视。在当前日益增长的环境控制条件下，流入开挖区域水量的估计和污染矿水的排泄程序都是地下工程的发展和运营时期的重要影响因素；在核废料储存工程中，地下水的辐射污染也需要特别注意和预防。裂隙岩体的渗流场受应力环境的影响，而渗流场的变化反过来又对应力场产生影响，这种相互影响称之为应力渗流耦合。渗流场与应力场相互耦合是岩体力学中的一个重要特性。在岩体工程实践中，节理变形影响节理开度及其渗流性质，从而使

高等岩石力学读书报告

高等岩石力学读书报告学院：国土资源工程学院专业：地质工程姓名：曾敏学号：2006201071 高等岩石力学读书报告岩石力学是研究岩石在外界因素(如荷载、水流、温度变化等)作用下的应力、应变、破坏、稳定性及加固的学科。又称岩体力学，它是力学的一个分支。研究的目的在于解决水利、土木工程等建设中的岩石工程问题。它是近代发展起来的一门新兴学科，是一门应用性的基础学科。对于岩石力学的定义有很多种说法，这里推荐一种较广义、较严格的定义：“岩石力学是研究岩石的力学性状的一门理论科学，同时也是应用科学；它是力学的一个分支，研究岩石对于各种物理环境的力场所产生的效应。”这个定义既概括了岩石力学所研究的破碎与稳定两个主要方面的内容，也概括了岩石受到一切力场作用所引起的各种力学效应。岩石力学的理论基础相当广泛，涉及固体力学、流体力学、计算数学、弹塑性理论、工程地质和地球物理学等学科，并与这些学科相互渗透。岩石力学主要理论基础及与其他学科的结合岩石力学是一门应用性的基础学科。它的理论基础相当广泛，涉及到很多基础及应用学科。岩石力学的力学分支基础 1、固体力学固体力学是力学中形成较早、理论性较强、应用较广的一个分支，它主要研究可变形固体在外界因素(如载荷、温度、湿度等)作用下，其内部各个质点所产生的位移、运动、应力、应变以及破坏等的规律。在采矿工程中用到的固体力学主要有：材料力学，结构力学，弹、塑性力学，复合材料力学，断裂力学和损伤力学。如把采场上覆岩层看作是梁或板结构用的就是结构力学理论；采用弹性力学研究巷道周围的应力分布。 2、流体力学流体力学主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律。流体力学中研究得最多的流体是水和空气。对于地下采矿工程来说，其研究对象就是地下水与瓦斯等矿井气体。 3、爆炸力学爆炸力学主要研究爆炸的发生和发展规律，以及爆炸的力学效应的利用和防护。它从力学角度研究爆炸能量突然释放或急剧转化的过程，以及由此产生的强冲击波(又称激波)、高速流动、大变形和破坏、抛掷等效应。同时爆炸力学是流体力学、固体力学和物理学、化学之间的一门交叉学科。地下开采中的巷道掘进，露天开采中的采剥都要进行爆破。 4、计算力学计算力学是综合力学、计算数学和计算机科学的知识，以计算机为工具研究解决力学问题的理论、方法，以及编制软件的学科。从20世纪50年代以来，它在力学的各分支学科和边缘学科中得到了很大的发展，无论是在科学研究还是工程技术中均得到了广泛应用，现在它已成为力学除理论研究和实验研究之外的第3种手段。常见的计算力学方法并已广泛用到数值模拟计算中的有：材料非线性有限元法、几何非线性有限元法、热传导和热应力有限元法、弹性动力学有限元法、边界元法、离散元法、无网格法、有限差分法、非连续变形分析等。以计算力学为基础的数值模拟方法在采矿工程中的研究应用也正广泛地开展起来。

岩石力学留学申请导师指南

2012年岩石力学与岩石工程留学申请选校总结（原创）离天天翻腾全球各大高校的网站，选择导师的那个苦逼时候已经有段时间了，趁等签证的空隙，总结一下自己以前物色学校的经历和经验，分享出来供以后的欲出国读博的学弟学妹们借鉴。由于自己喜欢的方向主要偏向岩石边坡工程和岩石地下工程，因此在申请的时候主要关注了全球在此方向有研究的高校。岩石力学与岩石工程方向相关的申请参考资料较少，希望本文能对欲从事和已经在从事这方面研究的，并有意向出国深造的童鞋们在找外导的时候有所帮助。不足或者不对的地方欢迎大家拍砖，但请手下留情。 1. 英国提到对岩石力学的贡献就不得不提到英国。而提到英国就不得不提到帝国理工学院（Imperial College London），当今全球岩石力学领域的大牛可以说一大部分都曾在帝国理工学院工作或者学习过，像E.T. Hoek和E. Brown，Hoek曾经担任过帝国理工学院的教授，Brown在帝国理工学院学习后并任教。也正是那时，两个人合作提出了著名的Hoek-Brown强度准则。此外像提出Q分类系统的N. Barton，和E. Hoek合作编写过Rock Slope Engineering 的John Bray，前任过国际岩石力学协会主席、英国皇家工程院院士的J.A. Hudson，现任国际岩石力学协会副主席的Jian Zhao （赵坚），岩石结构面研究的S.D. Priest，澳大利亚皇家科学院院士Brady B.H.G（和Brown合作编写过Rock mechanics for underground mining一书）等都曾博士毕业于帝国理工学院的Rock Mechanics Group。可以说上世纪70、80甚至90年代，帝国理工学院都是岩石力学的天下，创造了国际岩石力学领域近半数的研究成果。然而现在这些国际大牛中的一大部分要么转投他校，要么退休在家养老，帝国理工学院在岩石力学领域的研究势头和研究的密集程度已远不如当年。仅留的部分教授现在都在搞数值方面的研究，唯一剩下从事工程岩石力学研究的J. Harrison教授也于2010年去了多伦多大学（Harrison曾与Hudson 合编过著名的Engineering Rock Mechanics一书，这位也将是我未来的老板）。瘦死的骆驼终归比马大，现在International Journal of Rock Mechanics and Mining Engineering的主编依然是帝国理工学院的Robert Zimmerman教授。利兹大学的Prof. Steve Hencher，Rock Mechanics and Rock Engineering的副主编，不过他大部分时间都呆在香港，即使申请到他的博士，估计也不会有什么时间带。此外诺丁汉大学和曼彻斯特大学等都有相关领域的学者，但是由于规模和人数比较少，不再列举，感兴趣的可以搜索其网站。英国有一个很大的好处就是读博的话只需要三年，而且雅思成绩要求也不高，像帝国理工学院这样的牛校，雅思也只要求6.5，其他大部分学校6分就够了。对于雅思暂时考的不是很理想，而且想赶紧博士毕业了去工作的，英国绝对是你的不二选择。 2. 北欧本人对北欧国家没有太多的关注，一个最大的原因就是北欧大部分高校的英文网站信息不全，这里只简单的介绍几个。德国的话可以关注下慕尼黑工业大学。想去荷兰的同学可以关注下代尔夫特理工大学，世界上顶尖的理工大学之一，并被誉为欧洲的麻省理工学院。瑞典的话可以看下瑞典皇家工学院School of Architecture and the Built Environment的Lanru Jing（井兰如）教授，研究方向偏向岩石水力学，曾经跟中国地质大学的潘别桐教授合作过，也算是此领域的大牛。此外挪威的挪威科技大学、挪威岩土工程研究所（NGI）等都是地质工程领域的顶尖研究机构。 3. 瑞士瑞士最有名的应该算是苏黎世联邦理工（ETH）和洛桑联邦理工（EPFL），瑞士以其极高的可研水平和优美的环境吸引了大量中国留学生的青睐。苏黎世联邦理工的在全球排名应该可以进前十，Simon L?w教授有一帮非常庞大的科研团队，主要集中在岩石边坡和隧道工程的研究。还有一位忘了名字的教授，主要偏向隧道工程方面的研究。想去瑞士留学的同学都可以

岩石及其工程地质性质

第2章岩石及其工程地质性质【教学基本要求】 1．? 了解地球的内圈层构造，知道地球的外圈层。 2．? 了解地质作用。 3．理解矿物（晶体）的形态，矿物的颜色、透明度、光泽、硬度、解理及断口等物理性质，理解主要硅酸氧化物造岩矿物的室内鉴定特征。 4．理解岩浆岩、沉积岩、变质岩的成因、矿物成分、结构、构造、分类及代表性岩石的特征。了解岩浆岩5．理解岩石的物理性质、水理性质及其力学性质指标，掌握岩石的坚硬程度分类。【学习重点】 1、地质作用的类型及其对地壳改造的作用。 2、常见造岩矿物的主要形态及其主要的物理性质。 3、岩浆岩、沉积岩、变质岩的主要矿物成分及其结构、构造。 4、岩石工程地质性质指标的基本概念及其意义。【内容提要和学习指导】 2.1 地球的总体特性地球是一个不标准的旋转椭球体，赤道半径(a)6378.14km，两极半径(b)6356.779km ，地球的扁平率（）为附近稍微凸出，极区稍微扁平，赤道与极地半径相差22km。 1、地球的圈层构造地球具有一定的圈层构造，以地表为界分为外圈和内圈，外圈包括大气圈、水圈和生物圈；内圈通常分为地核。地壳是莫霍面以上固体地球的表层部分，平均厚度约为33km，大陆地壳厚度较大，大洋地壳厚度较；地下、古登堡面以上部分，厚度约2900km，是地球的主体部分，主要由固态物质组成；地核是地球内古登堡面以分，厚度为3500km。 2、地质作用在自然界中所发生的一切可以改变固体地球的物质组成、构造和地表形态的作用称为地质作用。根据地质源，地质作用可分为内动力地质作用和外动力地质作用两大类。由地球内部能如地球的旋转能、重力能、放射热能等产生的地质应力所引起的地质作用即内动力地质作用，主要在地下深处进行，并可波及地表。内动力地地壳运动、地震作用、岩浆作用和变质作用。岩浆岩、变质岩等便是内动力地质作用的产物。由地球范围以外阳得辐射能、日月的引力能等为主要能源在地表或地表附近进行的地质作用，称为外动力地质作用。外力作用水、大气、生物以外部能为能源，改造雕塑地壳（主要是地壳表面）的过程，外力作用的主要类型有：风化作用搬运作用、沉积作用和成岩作用。 2.2 造岩矿物岩石是在地质作用下产生的，由一种或多种矿物以一定的规律组成的自然集合体。他构成了地球的固体部石分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。由于岩石是由矿物组成的，所以要认识岩石，分析岩石在各种自然条进而对岩石及其组成的周围环境进行工程地质评价。就必须首先了解矿物。矿物是天然形成的元素单质和无机化合物，其化学成分和物理性质相对均一和固定，一般为结晶质。自然都是在一定的地质环境中形成的，随后并因经受各种地质作用而不断的发生变化。每一种矿物只是在一定的物下才是相对稳定的，当外界条件改变到一定程度后，矿物原来的成分、内部构造和性质就会发生变化，形成新的 1、矿物的（肉眼）鉴定特征矿物的形态和矿物的物理性质决定于其化学成分和晶体格架的特点。因此，是鉴别矿物的重要依据。1）指矿物单体及同种矿物集合体的形态。矿物集合体的形态取决于单体的形态和它们的集合方式。集合体按矿物晶肉然可辨认晶体颗粒的显晶矿物集合体和肉眼不能辨认的隐晶质或非晶质矿物集合体。显晶矿物集合体有规则

3第三章岩土中的空隙和水

第三章岩土中的空隙和水 3．1 岩土中的空隙空隙：void ，interspace ，space 地壳岩石中的空隙为地下水的赋存提供了必要的空间条件。按维尔纳茨基的形象说法“地壳表层就好象是饱含着水的海绵”。岩石空隙是地下水存储空间和传输通道，空隙的特征(多少、大小、形状、方向性、连通程度及其空间变化等)决定着岩土储容、滞留、释出以及传输水的性能。岩石空隙可分为三类：a. 未固结的松散岩石中的孔隙；b. 固结的坚硬岩石中的裂隙；c. 可溶岩石中的溶穴（隙）。 1．孔隙（pore ）松散岩石是由大小不等的颗粒组成的，颗粒及颗粒集合体之间的空隙––––孔隙。孔隙的多少，决定岩土储容水的能力，在一定条件下，还控制岩土滞留、释出和传输水的能力。孔隙体积的多少可用孔隙度表示：孔隙度（porosity ）（n ）––––指某一体积岩土（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例。即： V V n n = 式中：V n ––––岩石中孔隙的体积； V ––––包括孔隙在内的岩石体积； n ––––孔隙度，用小数或百分数表示。另外一个概念：孔隙比（void ratio ）（ε）––––指某一体积岩土内孔隙的体积（V n ）与固体颗粒体积（V s ）之比。即 s n V V = ε 因为V=V n +V s ，所以n 与ε关系为：n n -= 1ε。应用时： a. 涉及变形时（工程地质）→ε（采用孔隙比较方便）； b. 涉及水的储容与运动时（水文地质）→n （采用孔隙度方便）。影响因素： a. 分选程度：分选程度好，n 大；分选程度差，n 小； b. 颗粒的排列情况：立方体排列时n =47.64%，四面体n =25.95% ； c. 颗粒的形状：形状愈不规则，棱角愈明显，n 愈大； d. 胶结充填情况：充填程度高，n 小。孔隙度的测定方法：

岩石的水理性质(教学参考)

岩石的水理性质岩石的水理性质：岩石与水接触后表现出的有关性质，即与水分贮容和运移有关的性质称作岩石的水理性质。它包括岩石的容水性、给水性、持水性、透水性 1．容水性容水性是在常压下岩石空隙中能够容纳若干水量的性能，在数量上以容水度来衡量。容水度W n 为岩石空隙能够容纳水量的体积V n 与岩石体积（V）之比，表达式为：W n =V n ／V，用百分数或小数表示。从定义可知，如果岩石的全部空隙被水所充满，则容水度在数值上与空隙度相等。但实际上由于岩石中可能存在一些密闭空隙，或当岩石充水时，有的空气不能逸出，形成气泡，所以一般容水度的值小于空隙度。但是对于具有膨胀性的粘上来说，因充水后体积扩大，容水度可以大于空隙度。 2．持水性在分子力和表面张力的作用下，岩石空隙中能够保持一定水量的性能，称为岩石的持水性。持水性在数量上用持水度来衡量。持水度W r 为饱和岩石经重力排水后所保持水的体积与岩石体积之比，即W r =V r /V。所保持的水不受重力支配，多为结合水和悬挂毛细水。

岩石的持水量多少主要取决于岩石的颗粒直径和空隙直径的大小，即岩石颗粒越细，空隙越小，持水度越大。 3．给水性饱和岩石在重力作用下能够自由排出若干水量的性能称为岩石的给水性。在数量上用给水度来衡量。给水度μ是饱和岩石在重力作用下能排出水的体积V g 与岩石总体积（V）之比，μ=V g ／V，用小数或百分数表示。从以上定义中可知，岩石的持水度与给水度之和等于容水度（或孔隙度），即： W n =W r +μ 或n= W r +μ 岩石的给水度与岩石的颗粒大小、形态、排列方式以及压实程度等有关。均匀沙的给水度可达30％以上，但大多数冲积含水层的给水度在10％～20％。给水度是水文地质计算和水资源评价中很重要的参数，下表给出了几种常见松散岩石的给水度。如图存在于坚硬岩石裂隙和溶隙中的地下水，结合水及毛细水所占的比例非常小，岩石的给水度可看作分别等于它们的容水度或空隙度。常见松散岩石的给水度（据C.W.Fetter，Jr.）岩石名称粘土粉沙细沙中沙粗沙细砾中砾粗砾

渗流力学考试试题及参考答案

硕士研究生课程渗流力学考试试题及答案一．简答题 1．什么是多孔介质？多孔介质指的是这样的一个体积；可以把它分成很多微小的体积，在每个小体积中，都包含有固体和流体；其中固体部分称为“骨架”，而充满流体(液体及气体)的部分称为“孔隙”。所有连通的孔隙所占的体积称为“有效孔隙”。在有效孔隙中，流体可以从一点连续运动到任意另外一点。在一般情况下，常认为孔隙都是连通的。在自然界，多孔介质指的是松散土层，含裂隙或溶隙的坚硬岩石，而含有溶洞或地下暗河的岩溶介质不属于这个范围。多孔介质具有孔隙性、压缩性和贮水或释放出水的一些性质。 2．比贮水系数比贮水系数S s 定义为水头下降一个单位时，从表征体元中释出的水所占的体积，即 h U U S w s ??=0 其中?U w 表示[U 0]中由于多孔介质骨架的变形和水的膨胀而释出的水的体积；?h 表示水头的下降值。 3．Darcy 定律 1856年，法国的H ．Darcy 在装满砂的圆管中进行实验。得到如下关系式： l H H KA Q 21-= 式中Q 是渗流量；H 1和H 2是通过砂样前后的水头；l 是砂样沿水流方向的长度；A 是试验圆筒的横截面积，包括砂粒和孔隙两部分面积在内；K 是比例系数，称为渗透系数，也称水力传导系数。上式中l H H 21-的即水力梯度J ，故可改写为 KJ A Q V == 上述两个关系式称为Darcy 定律。它表示渗流速度V 与水力梯度成正比关系。 4．建立双重介质渗流方程时的基本假设 (1)岩层中孔隙和裂隙的分布彼此都是连续的，即所谓的“二重性”假定。双重介质的名称即由此而来。根据这一假定，在渗流区中每个点上都有两个水头，一个是孔隙水头H ，另一个是裂隙水头H f 。 (2)孔隙以贮水为主，裂隙以导水为主，水自孔隙经裂隙流向别处，这样总的渗透性就决定于裂隙的渗透性。水在裂隙中的流动服从Darcy 定律。 (3)孔隙和裂隙的初始水头相等，它们之间交换的水量与其水头差成正比，即 Q pf ＝C ( H —H f )

高等岩体力学-学习内容要求

《高等岩体力学》全面阐述岩石静力学、动力学、流变学及水力学基本内容和研究前景，并把损伤力学，断裂力学、块体力学的基本原理和研究方法引入到岩石力学中，构建了岩石力学的基本理论框架。分形理论、块体理论和流形单元法等典型新理论和新方法在岩石力学中的应用。 1.预修课程工程地质学，材料力学，弹性力学，塑性力学，有限元方法等 2.课程性质岩体力学是介于地学与力学之间的一门新兴的边缘学科，是一门认识和控制岩石工程系统的力学行为和功能的科学。在地质、采矿工程、土木建筑、水利水电、铁路、公路、地震、石油、地下工程、海洋工程，以及国防工程等部门都广泛地应用这门学科的理论和知识，岩石力学在这些工程领域中起着重要的作用。本课程开设于水利工程、岩土工程专业的硕士研究生。 3.课程的主要内容第一章绪论（岩石力学的简单回顾，岩石力学与工程发展展望）第二章岩石的基本物理力学特性及其实验岩石力学性质的室内常规测试单轴压缩试验（单轴抗压强度，弹性模量，泊松比）三轴压缩试验抗拉试验（直接拉伸，间接拉伸）剪切试验点荷载试验岩体力学性质试验研究（现场岩体变形试验，现场岩体强度试验－混凝土与岩体接触面直剪，结构面直剪，软弱结构面剪切流变，岩体抗剪强度，岩体压缩强度试验等）测试新技术，如电液伺服试验机和刚性试验机，声发射测试，红外辐射测试等。第三章岩石的本构关系与强度理论本构关系指岩石在受载过程中的应力应变关系。强度理论是考察岩石在极限破坏时的应力或应变满足的条件。

第四章岩石流变力学岩石流变理论及长期强度，岩石流变问题的解析解方法等第五章岩体天然应力状态及其测试技术应力解除法及恢复法原理，表面应力测试，孔内应力测试，水压致裂法（地壳深部应力测量），Kaisai效应等第六章岩石的动力学行为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，岩体声发射观测原理及工程应用第七章岩石水力学（岩体裂隙渗流特点，裂隙岩体渗流理论，岩体渗流参数的确定等）第八章岩石力学的数值模拟（几种流行的方法，有限元，有限差分FLAC，边界元，离散元，流行元，无单元等）有限元方法的基本方程，非线性问题的基本解法，非线性弹性问题的有限元解法，弹塑性问题的有限元解法，流变问题的有限元分析。边界元方法：线弹性问题的直接解法，线弹性问题的间接解法-虚拟力方法。）第九章岩石断裂力学，损伤力学，分形研究（分形理论），岩石块体力学（关键块理论，石根华）学科交叉形成，具前瞻性。 4.基本要求本课程既具有基础性研究，又有强烈的实践性特点。强调理论与实践相结合，旨在培养和提高学生分析问题和解决问题的能力。通过本课程的学习，要求学生掌握岩石和岩体的力学特性及测试技术、岩体的动力学性质，岩体水力学特征，以及岩体工程中基本的数值分析技术，新型学科在岩体力学中的应用。使学生具备解决地下工程、边坡工程、岩基工程等方面的岩石力学一般性问题的专业基础理论和知识，为在其学位论文及今后的工程实践方面，提供一定的启发和帮助。 5．主要参考书 [1]周维垣主编．高等岩石力学．水利电力出版社，1990 [2]周维垣，杨强编著．岩石力学数值计算方法．中国电力出版社，2005 [3]堇学晟主编．水工岩石力学．中国水利电力出版社，2004 [4] 谢和平，陈忠辉著．岩石力学．科学出版社，2004

岩石力学课程Chapter1

四川大学水利水电学院 College of Water Resource & Hydropower, SCU 序号姓名性别出生年月职称学科专业承担的工作1何江达男1961年5月教授、博导岩土工程理论教学主讲教授博导2戴峰男1978年6月教授、博导岩土工程理论教学主讲3谢红强男1976年12月副教授、硕导岩土工程理论教学主讲4谢嘉琼女1961年5月高级实验师岩土工程实验教学主讲5刘建锋男1979年8月副教授、硕导岩土工程实验教学主讲6肖明砾男1981年2月讲师岩土工程理论教学主讲7徐奴文男1981年1月讲师岩土工程科研训练指导8 卓莉女 1986年4月实验师岩土工程实验教学主讲 https://www.360docs.net/doc/a57298024.html,/G2S/https://www.360docs.net/doc/a57298024.html, 课程网站课程教学团队人员课程内容 Contents 第一章绪论/2学时第二章引子岩石的物理性状（性质）/3学时第三章岩石的强度/5学时第四章岩石的变形/5学时 /3学时理论基础第五章岩体天然应力与洞室围岩的应力分布/学时第六章山岩压力与围岩稳定性/4学时第七章岩基应力及稳定分析/4学时第八章岩质边坡稳定分析/2学时工程应用

教材及参考文献 Recommended References 1.教材徐志英主编岩石力学（第三版）中国水利水电出版社董学晟主编. 水工岩石力学[M]. 中国水利水电出版社，2004 3.期刊：《International Journal of Rock Mechanics 徐志英主编. 岩石力学（第三版）. 中国水利水电出版社《International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 》《岩石力学与工程学报》、《岩土力学》、《岩土工程学报》等国内外著名期刊 4.充分利用网络资源 Baidu、Google等搜索引擎；课程考核与评价 Examination and Evaluation 考核目的—— 良好学习态度；岩石力学基础知识与进展；岩石力学的工程应用；基本学习和思维方法；平时考核（读书小论文、出勤、作业）20%+期中考试第4章结束后随堂开卷考试评价方式—— 30%（第4章结束后，随堂开卷考试）+期末考试50% 选择题/概念题/填空题/判断题/推导题/论述题/计算题/读书论文等（闭卷100分）考试方式—— 课程内容 Contents 第一章绪论第二章岩石的物理性状（性质）第三章岩石的强度第四章岩石的变形第五章岩体天然应力与洞室围岩的应力分布第六章山岩压力与围岩稳定性第七章岩基应力及稳定分析第八章岩质边坡稳定分析第一章绪论 Chapter 1 Introduction

岩石的物理、水理与热学性质

岩石的物理、水理与热学性质第一节岩石的物理性质岩石和土一样，也是由固体、液体和气体三相组成的。所谓物理性质是指岩石三相组成部分的相对比例关系不同所表现的物理状态。与工程密切相关的物理性质有密度和空隙性。一、岩石的密度岩石密度(rock density)是指单位体积内岩石的质量，单位为g/cm3。它是建筑材料选择、岩石风化研究及岩体稳定性和围岩压力预测等必需的参数。岩石密度又分为颗粒密度和块体密度，各类常见岩石的密度值列于表3-1。表3-1 常见岩石的物理性质指标值

(一)颗粒密度岩石的颗粒密度(ρs)是指岩石固体相部分的质量与其体积的比值。它不包括空隙在内，因此其大小仅取决于组成岩石的矿物密度及其含量。如基性、超基性岩浆岩，含密度大的矿物较多，岩石颗粒密度也大，一般为 2.7～3.2g ／cm3；酸性岩浆岩含密度小的矿物较多，岩石颗粒密度也小，多变化在2.5～2.85g ／cm3之间；而中性岩浆岩则介于上二者之间。又如硅质胶结的石英砂岩，其颗粒密度接近于石英密度；石灰岩和大理岩的颗粒密度多接近于方解石密度，等等。岩石的颗粒密度属实测指标，常用比重瓶法进行测定。 (二) 块体密度(或岩石密度)是指岩石单位体积内的质量，按岩石试件的含水状态，又有干密度(ρd)、饱和密度(ρsat)和天然密度(ρ)之分，在未指明含水状态时一般是指岩石的天然密度。各自的定义如下： V m s d =ρ (3-1)

V m sat sat =ρ (3-2) V m = ρ (3-3) 式中：ms 、msat 、m 分别为岩石试件的干质量、饱和质量和天然质量；V 为试件的体积。岩石的块体密度除与矿物组成有关外，还与岩石的空隙性及含水状态密切相关。致密而裂隙不发育的岩石，块体密度与颗粒密度很接近，随着孔隙、裂隙的增加，块体密度相应减小。岩石的块体密度可采用规则试件的量积法及不规则试件的蜡封法测定。二、岩石的空隙性岩石是有较多缺陷的多晶材料，因此具有相对较多的孔隙。同时，由于岩石经受过多种地质作用，还发育有各种成因的裂隙，如原生裂隙、风化裂隙及构造裂隙等。所以，岩石的空隙性比土复杂得多，即除了孔隙外，还有裂隙存在。另外，岩石中的空隙有些部分往往是互不连通的，而且与大气也不相通。因此，岩石中的空隙有开型空隙和闭空隙之分，开型空隙按其开启程度又有大、小开型空隙之分。与此相对应，可把岩石的空隙率分为总空隙率(n)、总开空隙率(no)、大开空隙率(nb)、小开空隙率(na)和闭空隙率(nc)几种，各自的含义如下： %100)1(%100?-=?=s d v V V n ρρ (3-4) %10000?= V V n v (3-5) %100?= V V n vb b (3-6) b va a n n V V n -=?=0%100 (3-7) 0%100n n V V n vc c -=?= (3-8) 式中：Vv 、Vvo 、Vvb 、Vva 、Vvc 分别为岩石中空隙的总体积、总开空隙体积、大开空隙体积、小开空隙体积及闭空隙体积；其它符号意义同前。一般提到的岩石空隙率系指总空隙率，其大小受岩石的成因、时代、后期改造及其埋深的影响变化范围很大。常见岩石的空隙率见表3-1，由表可知，新鲜结晶岩类的n 一般小于3％，沉积岩的n 较高，为1％～10％，而一些胶结不良的砂砾岩，其n 可达10％～20％，甚至更大。岩石的空隙性对岩块及岩体的水理、热学性质及力学性质影响很大。一般来说，空隙率愈大，岩块的强度愈大、塑性变形和渗透性愈大，反之愈小。同时岩石由于空隙的存在，使之更易遭受各种风化营力作用，导致岩石的工程地质性质进一步恶化。对可溶性岩石来说，空隙率大，可以增强岩体中地下水的循环与联系，使岩溶更加发育，从而降低了岩石的力学强度并增强其透水性。当岩体中的空隙被粘土等物质充填时，则又会给工程建设带来诸如泥化夹层或夹泥层等岩体力学问题。因此，对岩石空隙性的全面研究，是岩体力学研究的基本内容之一。

第二章岩石中的孔隙与水

第二章岩石中的孔隙与水第一节岩石中的空隙地壳表层十余公里范围内，都或多或少存在着空隙，特别是深部1~2km以内，空隙分布较为普遍。按维尔纳茨基的形象说法，“地壳表层就好象是饱含着水的海绵”。岩石——在水文地质学中包括坚硬的岩石（基岩）及松散的土层。空隙——是指岩石（岩土）中各种类型的空洞的总称。研究空隙的意义：空隙是地下水的赋存场所（places）和运移通道（conduits）。空隙依据成因分为三类，即：松散岩石中的孔隙，坚硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的溶穴。学习了解空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布规律，对地下水的分布和运动具有重要影响。本节以孔隙为例，讨论描述空隙特征的有关概念、指标和分析方法。图2—1 岩石中的各种空隙〔据迈因策尔修改补充〕

1—分选良好，排序疏松的砂；2—分选良好，排列紧密的砂；3—分选不良的，含泥、砂的砾石；4—经过部分胶结的砂岩；5—具有结构性孔隙的粘土；6—经过压缩的粘土；7—具有裂隙的岩石；8—具有溶隙及溶穴的可溶岩第一节岩石中的空隙一、孔隙土体孔隙特征主要描述孔隙的大小、多少、形状、连通性与胶结等。松散土体宏观上可以分为两大类：砂砾石土和粘性土。（1）砂砾石孔隙大小及其影响因素首先，请大家比较以下三种砂砾石试样的孔隙大小试样为理想的圆球组成的a—砾石（模型）、b—砂样、c—砂砾混合样砾石（模型） b—砂样 c—砂砾混合样请回答：以上三种试样所构成的孔隙哪类大？哪类小？请总结影响砂砾石土孔隙大小的因素。简单归纳，影响砂砾石土孔隙大小的主要因素有： ①颗粒大小：与构成砂砾石土的颗粒粒径成正比（由上述插图2-1理解） ②颗粒排列：立方体（疏松）、四面体（紧密）由图2-2可以总结出，颗粒呈立方体排列为最疏松的排列方式，颗粒呈四面体排列为最紧密的排列方式。因此，颗粒排列的紧密程度，影响孔隙大小。

从岩石的水理性质分析元阳哈尼梯田地区”高山常流水“的原因

从岩石的水理性质分析元阳哈尼梯田地区“高山常流水”的原因 “高山常流水”：元阳哈尼梯田地区的地形特征是山高谷深、沟壑纵横，多为切割中山地类型，但在连绵的山地上有着无数条小溪、清泉、龙潭、河流，从山脚到山顶都有着十分丰富水资源，可谓“山有多高，水有多高”，并且四季常有水流。丰富的水资源是造就元阳地区壮丽独特梯田景观的重要因素。如此丰富的水资源和当地湿润的气候、良好的森林覆盖和岩土的水理性质等都是密不可分的。本研究主要从岩石的水理性质来分析元阳哈尼梯田地区丰富水资源的形成原因。岩石的水理性质：岩石与水接触后表现出的有关特性，即与水的储存和运移有关的岩石的性质称做岩石的水理性质。它包括岩石的容水性、给水性、持水性和透水性等。容水性容水性是在常压下岩石空隙中能够容纳若干水量的性能。容水性在数量上已容水度来衡量。容水度(Wn)定义为岩石孔隙能够容纳水量的体积与岩石体积（V）之比，用百分数或小数表示。表达式为Wo=Vn/V 持水性饱和岩石在重力作用下释水时，在分子力和表面张力的作用下，能在其空隙中保持一定水量的性能，称为岩石的持水性。持水性在数量上持水度来衡量。持水度（Wr）为饱和岩石经重力排水后所保持水的体积与岩石体积之比。即Wr=Vr/V。岩石所保持的水不受重力支配，多为结合水和悬挂毛细水。岩石的持水量多少主要取决于岩石的颗粒直径和空隙直径的大小，即岩石颗粒越细，空隙越小，持水度越大。给水性饱和岩石在重力作用下能够自由排出若干水量的性能称为岩石的给水性。在数量上用给水度来衡量。给水度（u）是饱和岩石在重力作用下能排出的水的体积（Vg）与岩石总体积（V）之比，用小数或百分数表示。即u=Vg/V 从以上定义可知，岩石的持水度与给水度之和等于容水度，即Wn=Wr+u或 n=Wr+u 透水度岩石的透水度是指岩石允许水透过的能力，用渗透系数（K）表示，渗透系数具有与渗透速度相同的量纲，即m/d或cm/s。岩石的渗透系数越大，渗透性能越好。

岩石的基本物理力学性质

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，也是岩体力学中研究最早、最完善的力学性质。岩石密度：天然密度、饱和密度、质量指标密度、重力密度岩石颗粒密度孔隙性孔隙比、孔隙率含水率、吸水率水理指标渗透系数抗风化指标软化系数、耐崩解性指数、膨胀率抗冻性抗冻性系数单轴抗压强度单轴抗拉强度抗剪强度三向压缩强度岩石的基本物理力学性质 ◆岩石的变形特性 ◆岩石的强度理论试验方法参照标准：《工程岩体试验方法标准》（GB/T 50266-99）。第二章岩石的基本物理力学性质第一节岩石的基本物理性质第二节岩石的强度特性第三节岩石的变形特性

第四节岩石的强度理论回顾----岩石的基本构成岩石是自然界中各种矿物的集合体，是天然地质作用的产物，一般而言，大部分新鲜岩石质地均坚硬致密，空隙小而少，抗水性强，透水性弱，力学强度高。岩石是构成岩体的基本组成单元。相对于岩体而言，岩石可看作是连续的、均质的、各向同性的介质。岩石的基本构成：由组成岩石的物质成分和结构两大方面来决定的。回顾----岩石的基本构成一、岩石的物质成分 ●岩石是自然界中各种矿物的集合体。 ●岩石中主要的造岩矿物有：正长石、斜长石、石英、黑云母、角闪石、辉石、方解石、白云石、高岭石等。 ●岩石中的矿物成分会影响岩石的抗风化能力、物理性质和强度特性。 ●岩石中矿物成分的相对稳定性对岩石抗风化能力有显著的影响，各矿物的相对稳定性主要与化学成分、结晶特征及形成条件有关。回顾----岩石的基本构成二、岩石的结构是指岩石中矿物（及岩屑）颗粒相互之间的关系，包括颗粒的大小、性状、排列、结构连结特点及岩石中的微结构面（即内部缺陷）。其中，以结构连结和岩石中的微结构面对岩石工程性质影响最大。回顾----岩石的基本构成 ●岩石结构连结结晶连结和胶结连结。结晶连结：岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩及部分沉积岩的结构连结。这种连结结晶颗粒之间紧密接触，故岩石强度一般较大，但随结构的不同而有一定的差异。胶结连结：指颗粒与颗粒之间通过胶结物在一起的连结。对于这种连结的岩石，其强度主要取决于胶结物及胶结类型。从胶结物来看，硅质铁质胶结的岩石强度较高，钙质次之，而泥质胶结强度最低。回顾----岩石的基本构成 ●岩石中的微结构岩石中的微结构面（或称缺陷），是指存在于矿物颗粒内部

岩石的基本物理力学性质及其试验方法

第一讲岩石的基本物理力学性质及其试验方法(之一) 一、内容提要：本讲主要讲述岩石的物理力学性能等指标及其试验方法，岩石的强度特性。二、重点、难点：岩石的强度特性，对岩石的物理力学性能等指标及其试验方法作一般了解。一、概述岩体力学是研究岩石和岩体力学性能的理论和应用的科学，是探讨岩石和岩体对其周围物理环境(力场)的变化作出反应的一门力学分支。所谓的岩石是指由矿物和岩屑在长期的地质作用下，按一定规律聚集而成的自然体。由于成因的不同，岩石可分成火成岩、沉积岩、变质岩三大类。岩体是指在一定工程范围内的自然地质体。通常认为岩体是由岩石和结构面组成。所谓的结构面是指没有或者具有极低抗拉强度的力学不连续面，它包括一切地质分离面。这些地质分离面大到延伸几公里的断层，小到岩石矿物中的片理和解理等。从结构面的力学来看，它往往是岩体中相对比较薄弱的环节。因此，结构面的力学特性在一定的条件下将控制岩体的力学特性，控制岩体的强度和变形。【例题1】岩石按其成因可分为( )三大类。 A. 火成岩、沉积岩、变质岩 B. 花岗岩、砂页岩、片麻岩 C. 火成岩、深成岩、浅成岩 D. 坚硬岩、硬岩、软岩答案：A 【例题2】片麻岩属于( )。 A. 火成岩 B. 沉积岩 C. 变质岩答案：C 【例题3】在一定的条件下控制岩体的力学特性，控制岩体的强度和变形的是( )。 A. 岩石的种类 B. 岩石的矿物组成 C. 结构面的力学特性 D. 岩石的体积大小答案：C 二、岩石的基本物理力学性质及其试验方法 (一)岩石的质量指标与岩石的质量有关的指标是岩石的最基本的，也是在岩石工程中最常用的指标。 1 岩石的颗粒密度(原称为比重) 岩石的颗粒密度是指岩石的固体物质的质量与其体积之比值。岩石颗粒密度通常采用比重瓶法来求得。其试验方法见相关的国家标准。岩石颗粒密度可按下式计算 2 岩石的块体密度岩石的块体密度是指单位体积岩块的质量。按照岩块含水率的不同，可分成干密度、饱和密度和湿密度。 (1)岩石的干密度岩石的干密度通常是指在烘干状态下岩块单位体积的质量。该指标一般都采用量积法求得。即将岩块加工成标准试件(所谓的标准试件是指满足圆柱体直径为48～54mm，高径比为2.0～2.5，含大颗粒的岩石，其试件直径应大于岩石最大颗粒直径的10倍；并对试件加工具有以下的要求；沿试件高度，直径或边长的误差不得大于0.3mm；试件两端面的不平整度误差不得大于0.05mm；端面垂直于试件轴线，最大偏差不得大于0.25。)。测量试件直径或边长以及高度后，将试件置于烘箱中，在105～110℃的恒温下烘24h，再将试件放入干燥器内冷却至重温，最后称试件的质量。岩块干

岩石的工程地质性质包括岩石的物理性质

岩石的工程地质性质包括岩石的物理性质、水理性质和力学性质。影响岩石工程地质性质的因素，主要是岩石的矿物成分、结构、构造及岩石的风化程度等方面。岩石的物理性质是岩石的基本工程性质，主要指岩石的重量性质和孔隙性质,包括岩石的比重、重度、密度、孔隙度、孔隙比等指标。（1）比重岩石的固体部分（不含孔隙）的重力与同体积的水在4℃时重力的比值称为岩石的比重。（2）重度也即岩石的重力密度，是指岩石单位体积的重力。数值上等于岩石试件的总重力（含孔隙中水的重力）与其总体积（含孔隙体积）之比。（3）密度岩石的密度指的是岩石单位体积的质量。 2.3.2 岩石的孔隙性质岩石的孔隙性反映的是岩石中各种孔隙（包括裂隙）的发育程度，一般用孔隙度表示。岩石的孔隙度指的是岩石中孔隙（含裂隙）的体积与岩石总体积的比值，常用百分数表示。 2.4 岩石的水理性质 2.4.1 岩石的吸水性（1）吸水率岩石在常压下的吸水能力称为岩石的吸水率。在常压下，将岩石浸入水中充分吸水，被岩石吸收的水分的重力与干燥岩石的重力之比的百分数即表示吸水率。（2）饱水率岩石在高压（15MPa）或真空条件下的吸水能力称为岩石的饱水率。也是以岩石吸收的水分的重力与干燥岩石的重力之比的百分数来表示。（3）饱水系数岩石的吸水率与饱水率之比称为饱水系数。 2.4.2 岩石的透水性岩石允许水透过的能力称岩石的透水性。岩石的透水性可用渗透系数（K）来表示。渗透系数一般由室内或野外试验所测得。 2.4.3 岩石的溶解性岩石溶解于水的性质称为岩石的溶解性。岩石的溶解性常用溶解度或溶解速度来表示。 2.4.4 岩石的软化性岩石浸水后强度和稳定性降低的性质称为岩石的软化性。岩石的软化性可用软化系数来表示。软化系数等于岩石在饱水状态下的极限抗压强度与风干状态下的极限抗压强度的比值。 2.4.5 岩石的抗冻性岩石的这种抵抗水冻结所造成破坏的能力称为岩石的抗冻性。表示抗冻性的指标一般用岩石的强度损失率和重量损失率来表示。通常是岩石的饱水系数小，则抗冻性就强；而岩石的软化系数大，则抗冻性也强. 2.5 岩石的力学性质 2.5.1 岩石的变形指标（1）弹性模量应力与弹性应变的比值称为弹性模量。（2）变形模量应力与总应变的比值称为变形模量。（3）泊松比岩石在轴向压力的作用下，既产生纵向压缩，又产生横向膨胀。则横向应变与纵向应变