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2020/5/61矿山岩体力学高文蛟TEL:18631601706E-mail:gwenjiao@126.com华北科技学院安全工程学院第一节岩体力学的含义岩体力学(RockmassMechanics)岩石力学(RockMechanics)国际岩石力学学会（ISRM）中国岩石力学与工程学会（CSRME）绪论岩石力学定义（1966年美国科学院岩石力学委员会）研究岩石的力学性状（behaviour）的一门理论科学，同时也是应用科学；是力学的一个分支；研究岩石对于各种物理环境力场所产生的效应2020/5/64•王思敏院士建议的定义由于岩石力学性质不确定性和复杂性岩石力学是一门认识和控制岩石系统的力学行为和工程功能的科学。•研究岩石力学的目的地下工程事故中，约1/3—1/2是由于支护不当或支护不及时造成的；井巷工程成本中，支护及维护费用约占40—60%；目的：科学、合理、安全地维护井巷的稳定性，降低维护成本，减少支护事故。服务对象：涉及到国民经济的各方面，如：采矿、土木建筑、铁路、公路、地质灾害治理地震预测、石油开采、地下工程、港口工程、水利水电、军事、文物保护等工程建设。1、工程岩体力学——为各类采矿工程及土木工程等服务的岩体力学。绪论（2）岩体力学的分支学科3、破碎岩石力学——为掘进、钻井及爆破工程服务的岩体力学。2、构造岩体力学——为构造地质学、找矿及地震预报等服务的岩体力学。举例为各类采矿工程及土木工程服务，目的是保障各类工程安全稳定和经济合理。工程岩体力学工程实例中国经济的高速发展带来了建设领域的繁荣：南水北调长江三峡工程青藏铁路地球表层为岩体、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，尤其是它们的力学性质，因此我们就有了——《岩体力学》2020/5/6171.2岩石力学的发展历史和概貌•（1）初级阶段（19世纪末~20世纪初）海姆净水压力假说朗金假说金尼克假说•（2）经验理论阶段（20世纪初~30年代）普氏理论太沙基理论•（3）经典理论阶段连续介质理论不足：忽视地应力的作用忽视施工过程（时变性）过于追求“精确”地质力学理论不足：�过分强调节理、裂隙作用�过分依赖经验、忽视理论2020/5/619•（4）现代发展阶段(20世纪60年代~现在)复杂多样的力学模型；各种理论方法的应用，非线性理论的应用；建立了自己的分析原理和计算方法�损伤力学�离散元�DDA法�流形法�扰动状态概念理论不确定性分析研究方法和理论体系系统科学纵观岩石力学的发展史共进行三步突破。从“材料”概念到“不连续介质”概念是现代岩石力学的第一步突破；进入计算力学阶段是第二次突破；非线性理论、不确定性理论和系统科学理论进入实用阶段，则是岩石力学理论研究及工程应用的第三步突破。2020/5/620第三节岩体力学的研究任务与内容①非连续性；②各向异性；③非均质性。（1）岩体的特征（2）任务①基本原理方面（建模与参数辨别）②试验方面（试验方法）仪器、信息处理、室内、外、动、静；③现场测试④实际应用(3)岩体力学研究的内容：①岩体的地质特征;②岩块、结构面力学性质;③岩体的力学性质;④岩体中天然应力;⑤岩体中重分布应力;⑥稳定性计算与评价;⑦工程处理与加固；(4)岩体力学的研究方法•工程地质研究法•试验法•数学力学分析法•综合分析法研究内容：研究方法：1、岩体的地质特征1、工程地质研究法2、岩块、结构面力学性质2、试验法3、岩体的力学性质4、岩体中天然应力5、岩体中重分布应力3、数学力学分析法4、综合分析法6、稳定性计算与评价7、工程处理与加固第四节岩体力学在其它学科中的地位岩体力学涉及到两大学科—地质学科、力学学科（固体力学分支）一、地质学科在岩体力学中作用二、力学学科在岩体力学中应用力学（固体力学分支）、地质学、岩土工程第五节岩体力学的形成与发展岩石力学与人类的生产活动紧密相关。早在远古时代，出现过“石器时代”。公元前2700年左右，古代埃及的劳动人民修建了金字塔。公元前221-206年在北部山区修建了万里长城。在20世纪初，杰出的工程师詹天佑先生主持建成了北京-张家口铁路上一座长约1公里的八达岭隧道。第五节岩体力学的形成与发展在修建这些工程的过程中，不可避免地要运用一些岩石力学方面的基本知识。作为一门学科，岩石力学研究是从20世纪50年代前后才开始的。当时世界各国正处于第二次世界大战以后的经济恢复时期，大规模的基础建设，有力地促进了岩石力学的研究与实践。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。同年，国际大坝会议设立了岩石力学分会。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。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。1962年，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。四年召开一次。第五节岩体力学的形成与发展国际岩石力学学会有三个专业组织(InterestGroups)：——采矿组织——放射性废料处理组织——石油组织1978年，我国正式成立了国际岩石力学学会中国小组,并以团体会员名义加入国际岩石力学学会。1985年，成立中国岩石力学与工程学会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•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-岩-应力耦合作用及岩体工程稳定性问题•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•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。第五节岩体力学的形成与发展第六节岩体实践力学与工程实践巨大岩石工程建设为岩石力学提出日益繁重的任务：1）采高400m的大型露天矿边坡增减1°，影响投资数千万、上亿元；边坡失稳造成资源和经济损失。2）水电建设：大型电站坝高300m；地下厂房进墙高达50m。常遇到复杂的地基、软弱岩层、地下水发育、大的喀斯特溶洞和高应力3）地下工程建设遇到大型群洞室4）能源建设如石油、天然气、核电站建设会遇到岩石稳定性问题。拓展——21世纪面临的新问题1.信息技术1998年美国副总统戈尔提出了“数字地球”这一新概念之后，在全球又掀起了一个新高潮。岩石力学方面，美国于1994年率先提出了“岩石网络”（“RockNet”），1997年又提出了“岩石数字化信息网络”（“CyberRock”）。我国在“数字地球”方面，有一定的基础。但在岩石力学领域，尚处于发展中阶段。拓展——21世纪面临的新问题2.环境问题最突出的例子是前苏联从20世纪30年代起，在伏尔加河上修建了一批梯级水电站。建成后，固然带来巨大的经济效益，也带来难以收拾的环境问题，如地表下降、河口渔业衰退、黑海水位下降等。近40年来，由于巨型水库的蓄水量不断增加，（已超过1万亿m3），而且主要是集中在较高的地理纬度上，所以导致地球的极点发生偏移，自转速度加快。3.能源、资源开发利用1）水电、水利资源；2）煤炭。世界上最丰富的化石能源是煤炭,我国煤炭产量居世界第一，在煤炭开采中，今后需要进行研究的还有：采动地压分布及诱发围岩破坏移动,地表沉陷,边坡失稳,巷道破坏及支护,煤层突水、瓦斯突出.3）煤层气；4）石油、天然气；5）天然气水合物(Naturalgashydrate)6）核能；7）潮汐能8）热干岩（HDR，HotDryRock）发电技术21世纪面临的新问题4.地下工程人口爆炸、资源短缺、环境恶化、土地衰退、物种减少，人类赖以生存的地球表面已不堪重负。虽然有的科学家提出了21世纪在海上、空中建造大城市，实现人类海市蜃楼的梦想，但比较可行的还是“入地”。近几十年来，岩石力学的研究重点日益转向地下，不但注意人工洞室的开挖，而且注意利用天然洞室或废旧矿井做地下工程。21世纪面临的新问题4.地下工程国际上一种非常普遍的观点是：“19世纪是桥的世纪，20世纪是高层建筑的世纪，未来的21世纪则是人类开发地下空间的世纪”。号召人们“往深处想”（“ThinkDeep”）在一些发达国家，大城市的地下铁道网络已基本形成。在日本新宿已建成一个地下城市的雏型，美国堪萨斯市利用矿山采空区建立了一个30万平方英尺的商业、工业中心。据估计，到21世纪末，人类约有1/3将重新“穴居地下”。21世纪面临的新问题5.城市化问题近200年来，全球城市人口已从3000万增加到目前的60多亿。我国人口城市化水平在2000年是36.9%，预测到2020年，这个数字将达到50%。为了建设新型的生态城市需要解决一系列问题：如地下空间开发，快速交通网络，地下储能、储水，城市垃圾处理，水资源合理利用，水土流失及其它极端灾害事件：如地震、山崩、滑坡，泥石流等6.历史文物保护国际岩石力学学会1995年专门成立一个石质文物保护委员会21世纪面临的新问题认真听课，不定期点名认真阅读教材，同时多看一些相参考书，深刻理解基本概念、原理和方法做好预习和复习理解公式的推导思路、应用条件、使用方法少数重点公式、概念在理解的基础上记牢认真做好岩体力学试验作业认真做好岩体力学学习方法与要求