岩石力学特性研究 – 试验和模型分析
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岩浆岩具有较高的力学强度，可作为各种建筑物良好的地基及天然建筑石料。但
•裂隙化岩体的强度、破坏机理及破坏判据问题
•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
•水-热-应力-化学（THMC）耦合作用及岩体工程（如核废料储存
和石油开采）稳定性问题
•高地应力深部岩体力学问题
•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
工程设计
施工
试
验
法
不稳定、不合理
处理方案或修改角
边坡岩体力学研究框图
16
岩
石
力
学
2.研究方法
•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
资料
•试验法 为岩体变形和稳定性分析计算提供必要的
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
1962年，在奥地利萨尔茨堡成立国际岩石力学学会(ISRM)。
1966年，第一届国际岩石力学大会在葡萄牙的里斯本召开，每四年一
次。最近的一次第11届大会于2007年在葡萄牙里斯本举行。
2011年，将首次在中国北京举办第12届国际岩石力学大会。
19
岩
石
力
学
2.发展动态
•岩体结构与结构面的仿真模拟、力学表述及其力学机理问题
•岩石的变形
•岩体中的天然应力
•稳定性计算与评价
围岩
有压隧洞
岩基
岩坡
14
岩
石
力
学
二、研究内容与研究方法
1.研究内容
❖ 以边坡为例
15
工
程
地
质
研
究
方
法
（地层、岩性、结构面
岩块、结构面力 应力条件（建筑物
学性质（室内试验： 作用力、天然应力、
特征及分布、地下水等）
求变形、强度参数）
边坡岩体地质特征
1.岩土工程学报 – 6个学会联合主办，南京水利科学研究院承办
2.岩石力学与工程学报 –中国岩石力学学会（Chinese Society for
Rock Mechanics and Engineering)
3.岩土力学 – 中科院武汉岩土力学研究所
21
岩
石
力
学
四、岩石力学研究的复杂性和挑战
•
•
•
•
12
第一章 绪 论
3 学科性质
• 以地质为基础
• 力学为手段
• 工程为对象
• 实用为目的
• 生态为导向
• 综合性、边缘性、交叉性
岩
石
力
学岩石力学是开发资源和能源的一把金钥匙（陈宗基）
➢
➢
岩石力学是地球环境保护和灾害防御的一把金钥匙
13
二、研究内容与研究方法
岩
石
力
学
研
究
内
容
•岩石的物理性质
•岩石的强度
种类繁多
岩体内节理、裂隙、断层等结构面千变万化
至今，还没有形成独立的、完整的理论体系
理论的发展远远落后于工程实践的需要
南水北调、青藏铁路、西电东送、西气东输以及
高速公路网建设能源储存等一大批工程
为岩石力学学科的发
展带来了挑战和机遇
22
一、岩石和其物理性质
三种岩石的基本特性
1. 岩浆岩（火成岩）
是探讨岩石对其周围物理环境中力场反应的学科 ，
是一门应用型基础学科(徐志英，《岩石力学》）。
定义二：当研究环境应力改变时，经历过变形、遭受
过破坏的岩体再变形、再破坏的力学理论、规律以及
应用的科学（孙广忠，《岩体力学》）。
在应用力学学科分类中的位置：
鲍亦兴，科学与工程中的应用力学，《力学与实践》，
1999，v（21），No. 4。
7
岩
石
力
学
8
岩
石
力
学
2.任务
通过对岩石力学性态的理论和实验研究，解
决岩土工程领域的破坏和稳定问题。
破坏和稳定的关系
二者既有区别又有联系。
区别：破坏是使岩体丧失原有的稳定性；
联系：稳定性的研究必然要弄清材料的破坏机理。
9
锦
屏
高
边
坡
10
锦屏二级水电站引水隧洞
11
惠州抽水蓄能电站下库主坝坝基开挖
•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
20
3.著名期刊
岩
石
力
学
国际岩石力学学会（ISRM)主办的国际岩石力学与采
矿科学学报（International Journal of Rock Mechanics and
Mining Sciences)
国内著名的3种岩石力学专门期刊：
地质模型建立
综合
评价
法
岩体力学性质，力学参数
（平、剖面图）
数学、
力学
分析
法
水压力、地震力等）
（现场试验、模拟试验）
开挖后的重分
布应力、大小
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…..）
安全系数
工程设计要求
综合评价
稳定、合理
反馈分析
监测
四个特征：
具有一定工程地质岩组
以不连续为特征的岩体结构
赋存于一定的地质物理环境
（地应力、地下水、地温）
作为工程作用对象的地质体
3
一、岩石和其物理性质
四个特性(DIANE)：
Discontinuous
Inhomogeneous
Anisotropic
Non-elastic
岩石力学特性研究 – 试验和模型分析
1
➢
主要内容
一、岩石和其物理性质
二、岩石室内常规试验
三、岩石流变试验
四、岩石的力学模型分类
五、岩石的基本力学模型
2
一、岩石和其物理性质
定义：岩体是地壳表层圈层，经建造和改造而形成的具一
定组分和结构的地质体。岩石是由矿物组成的，按成因岩石可
划分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。
➢ 岩石与土一样，也是由固体相、液体相和气体相组成的
多相体系。三相组成及其相互作用，决定了岩石的性质。
4
柱状节理（Columnar
joint）
5
断层（Fault）
软弱夹层（Weak
seam）
6
岩
石
力
学
1.定义
岩石力学(Rock Mechanics)
定义一：是研究岩石的力学性态的理论和应用的科学，
与稳定性，为设计和施工提供定量依据
•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
17
岩
石
力
学
2.研究方法
•其它方法
- 智能岩石力学(冯夏庭)
- 分形岩石力学(谢和平)
- 监测技术
- 反分析和反馈设计
18
岩
石
力
学
三、岩石力学的形成与发展
1.形成历史
•
•
•
•
•
•
•
•
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（Muller和Stini）。
同年，国际大坝会议Hale Waihona Puke Baidu立了岩石力学分会。
1956年，美国召开了第一次岩石力学讨论会。
1957年，第一本《岩石力学》专著出版（J.Talobre,法国）。
1959年，法国马尔帕塞坝溃决，引起岩体力学工作者的关注和研究。
•裂隙化岩体的强度、破坏机理及破坏判据问题
•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
•水-热-应力-化学（THMC）耦合作用及岩体工程（如核废料储存
和石油开采）稳定性问题
•高地应力深部岩体力学问题
•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
工程设计
施工
试
验
法
不稳定、不合理
处理方案或修改角
边坡岩体力学研究框图
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岩
石
力
学
2.研究方法
•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
资料
•试验法 为岩体变形和稳定性分析计算提供必要的
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
1962年，在奥地利萨尔茨堡成立国际岩石力学学会(ISRM)。
1966年，第一届国际岩石力学大会在葡萄牙的里斯本召开，每四年一
次。最近的一次第11届大会于2007年在葡萄牙里斯本举行。
2011年，将首次在中国北京举办第12届国际岩石力学大会。
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岩
石
力
学
2.发展动态
•岩体结构与结构面的仿真模拟、力学表述及其力学机理问题
•岩石的变形
•岩体中的天然应力
•稳定性计算与评价
围岩
有压隧洞
岩基
岩坡
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岩
石
力
学
二、研究内容与研究方法
1.研究内容
❖ 以边坡为例
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工
程
地
质
研
究
方
法
（地层、岩性、结构面
岩块、结构面力 应力条件（建筑物
学性质（室内试验： 作用力、天然应力、
特征及分布、地下水等）
求变形、强度参数）
边坡岩体地质特征
1.岩土工程学报 – 6个学会联合主办，南京水利科学研究院承办
2.岩石力学与工程学报 –中国岩石力学学会（Chinese Society for
Rock Mechanics and Engineering)
3.岩土力学 – 中科院武汉岩土力学研究所
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岩
石
力
学
四、岩石力学研究的复杂性和挑战
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第一章 绪 论
3 学科性质
• 以地质为基础
• 力学为手段
• 工程为对象
• 实用为目的
• 生态为导向
• 综合性、边缘性、交叉性
岩
石
力
学岩石力学是开发资源和能源的一把金钥匙（陈宗基）
➢
➢
岩石力学是地球环境保护和灾害防御的一把金钥匙
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二、研究内容与研究方法
岩
石
力
学
研
究
内
容
•岩石的物理性质
•岩石的强度
种类繁多
岩体内节理、裂隙、断层等结构面千变万化
至今，还没有形成独立的、完整的理论体系
理论的发展远远落后于工程实践的需要
南水北调、青藏铁路、西电东送、西气东输以及
高速公路网建设能源储存等一大批工程
为岩石力学学科的发
展带来了挑战和机遇
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一、岩石和其物理性质
三种岩石的基本特性
1. 岩浆岩（火成岩）
是探讨岩石对其周围物理环境中力场反应的学科 ，
是一门应用型基础学科(徐志英，《岩石力学》）。
定义二：当研究环境应力改变时，经历过变形、遭受
过破坏的岩体再变形、再破坏的力学理论、规律以及
应用的科学（孙广忠，《岩体力学》）。
在应用力学学科分类中的位置：
鲍亦兴，科学与工程中的应用力学，《力学与实践》，
1999，v（21），No. 4。
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岩
石
力
学
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岩
石
力
学
2.任务
通过对岩石力学性态的理论和实验研究，解
决岩土工程领域的破坏和稳定问题。
破坏和稳定的关系
二者既有区别又有联系。
区别：破坏是使岩体丧失原有的稳定性；
联系：稳定性的研究必然要弄清材料的破坏机理。
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锦
屏
高
边
坡
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锦屏二级水电站引水隧洞
11
惠州抽水蓄能电站下库主坝坝基开挖
•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
20
3.著名期刊
岩
石
力
学
国际岩石力学学会（ISRM)主办的国际岩石力学与采
矿科学学报（International Journal of Rock Mechanics and
Mining Sciences)
国内著名的3种岩石力学专门期刊：
地质模型建立
综合
评价
法
岩体力学性质，力学参数
（平、剖面图）
数学、
力学
分析
法
水压力、地震力等）
（现场试验、模拟试验）
开挖后的重分
布应力、大小
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…..）
安全系数
工程设计要求
综合评价
稳定、合理
反馈分析
监测
四个特征：
具有一定工程地质岩组
以不连续为特征的岩体结构
赋存于一定的地质物理环境
（地应力、地下水、地温）
作为工程作用对象的地质体
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一、岩石和其物理性质
四个特性(DIANE)：
Discontinuous
Inhomogeneous
Anisotropic
Non-elastic
岩石力学特性研究 – 试验和模型分析
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➢
主要内容
一、岩石和其物理性质
二、岩石室内常规试验
三、岩石流变试验
四、岩石的力学模型分类
五、岩石的基本力学模型
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一、岩石和其物理性质
定义：岩体是地壳表层圈层，经建造和改造而形成的具一
定组分和结构的地质体。岩石是由矿物组成的，按成因岩石可
划分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。
➢ 岩石与土一样，也是由固体相、液体相和气体相组成的
多相体系。三相组成及其相互作用，决定了岩石的性质。
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柱状节理（Columnar
joint）
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断层（Fault）
软弱夹层（Weak
seam）
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岩
石
力
学
1.定义
岩石力学(Rock Mechanics)
定义一：是研究岩石的力学性态的理论和应用的科学，
与稳定性，为设计和施工提供定量依据
•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
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岩
石
力
学
2.研究方法
•其它方法
- 智能岩石力学(冯夏庭)
- 分形岩石力学(谢和平)
- 监测技术
- 反分析和反馈设计
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石
力
学
三、岩石力学的形成与发展
1.形成历史
•
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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（Muller和Stini）。
同年，国际大坝会议Hale Waihona Puke Baidu立了岩石力学分会。
1956年，美国召开了第一次岩石力学讨论会。
1957年，第一本《岩石力学》专著出版（J.Talobre,法国）。
1959年，法国马尔帕塞坝溃决，引起岩体力学工作者的关注和研究。