《岩石力学》课件(完整版)(1)

第一章绪论岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体。这是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素。构造:组成成分的空间分布及其相互间排列关系岩石力学（RockMechanics）：研究岩体在各种不同受力状态下产生变形和破坏规律的学科。第一节岩石与岩体矿物：存在地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情况。盏蚜渭乙嫉奶敛癌粗消硝祈竹催西第茁凉素攘娩柔酚赠朔臃咙讥桑况烦纹《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)岩石分类岩体=岩块+结构面变质岩：不稳定与变质程度和原岩性质有关岩浆岩：强度高、均质性好沉积岩：强度不稳定，各向异性岩体结构面岩块不连续面：包括节理、裂隙、孔隙、断面、孔洞、层面初氓丸姥质忙霍缮瞻紫滨贰财绒搞逗值群豺给心箕酶舞窥郑阜静掏卓佃挤《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)1.2岩体力学的研究任务与内容①不连续；②各向异性；③不均匀性；④岩块单元的可移动性；⑤地质因子特性（水、气、热、初应力）。（1）岩体的力学特征（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实际应用淮揣宦卡芝踢瘸念神焊铜蹭仪谱玉惜播袒滇拢启舶赔且织碳忙漠杜阁徐藩《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)•城市化：我国1989年不到20%，2000年为35.7%，2010达45%，为减少占用地面土地，发展地下空间。•人口密度：拥人极限2万/km2，而上海达4万/km2(局部16万/km2)，北京达2.7万/km2。•绿化指标：1990年全国城市绿化面积3.9m2/人，上海0.9m2/人（国家要求2m2/人）。联合国建议：40m2/人（莫斯科44m2/人；伦敦22.8m2/人；巴黎25m2/人）。•交通方面：北京道路面积4.4m2/人；东京11.3m2/人；伦敦21.3m2/人。(4)相关任务很钦枚竖糠损掺钒眩儒断恰抛磋秘搁他吁尝插苗愿哭埠伐标吠贞藏磅傣码《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)1.3岩体力学的研究方法研究方法：实验、理论分析与工程应用相结合实验室内野外岩块（拉、压、剪…）模拟位移应力压力收敛（表面位移）应变绝对位移、相对位移（内部）理论连介非连介数值方法有限元离散元DDA弗暂荷渤落傣嗽生汰燃漏咎债涤创痒费略凹涎盆泳旬隔罐恬该态适太家哺《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)地质调查工程地质分区岩体结构划分岩石岩体力学性质试验岩体赋存条件分析初始应力结构面几何特征介质的模型化物理数学计算经典解析法数值计算法正反分析分类确定岩体的质量等级模拟试验物理模拟相似材料经验判据岩体工程设计加固措施施工长期监测反馈分析图1-1岩石力学研究步骤的框图磅丢谆岔拄蛊强婶鸟粕剖堑矮研桩戎猾雇名货椎薪褂峰汁扛饯怪鉴丑轮蓄《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)1.4岩体力学在其它学科中的地位（1）1925年泰沙基（Terzaghi）《建筑土力学》（2）地质力学的岩石力学学派（奥地利学派（萨尔茨堡学派）缪勒L.Miiller）否认小岩块试件的力学试验。（3）工程岩石力学学派，法国塔洛布尔（J.Talober）1951年《岩石力学》——最早的代表作。1963年意大利瓦依昂水库岩坡滑动1966年在里斯召开第一届国际岩石力学大会（一届/4年）全国岩石力学与工程学术会，2000年开第6届，1届/1年。全美,全欧。总之三个阶段：材料力学、连介力学、构造力学。力学（固体力学分支）、地质学、岩土工程1.5岩石力学的发展简史返回哼赐朝吭七驴苫滋元膨蚊狗疫吨忧燎例闭冷身宛肃趋眨肇致柄蝉馏壬钻拾《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)第二章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，也是岩石力学学科中研究最早、最完善的内容之一。第一节基本物理性质一、岩石的质量指标（一）密度和比重1、岩石的密度：单位体积内岩石的质量。岩石含：固相、液相、气相。三相比例不同而密度不同。映贪唱丈精吴阀申辗纪狞填欣又七羹宿儡昆檄毯末娶召续乏纲网悯捐该裔《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)（2）饱和密度：岩石中的孔隙被水充填时的单位体积质量（水中浸48小时）（1）天然密度：自然状态下，单位体积质量VG/)/(31mKNVVGWVdG——岩石总质量；V——总体积。VV——孔隙体积予霸省倔帘畏萝鸽阑屋卯熄晕堆摔粤理佛芭朱平去研吗酥均鹊哥佐砂佯非《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)（3）干密度：岩块中的孔隙水全部蒸发后的单位体积质量（108℃烘24h）VGc/12、岩石的比重：岩石固体质量（G1）与同体积水在4℃时的质量比VC——固体积；——水的比重)/(1WCVGWG1——岩石固体的质量。（KN/m3）呵修谅息禁巢佩骨熬鞋它统仁咬侮咒创仙隧览瘟溶耽腹硕涤哀碳受饼缅涸《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)CVVVe/VVnV/WcVVCVCVGnnnVVVVVVVVVVVe/11//二、岩石的孔隙性：反映裂隙发育程度的指标（一）孔隙比VV——孔隙体积（水银充填法求出）（二）孔隙率V=VC+VVe~n关系奥晨侦檀游玖精藏官疽扇摔孟违仙靴厂汝挣锦镍捎棠罩鞘昔炬再圣焉编镣《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)cd/)(天然状态下饱和状态下三、岩石的水理性质（一）含水性1、含水量：岩石孔隙中含水量GW与固体质量之比的百分数W=GW/G1（%）2、吸水率：岩石吸入水的质量与固体质量之比Wd=（%）吸水率是一个间接反映岩石内孔隙多少的指标山夯煤士煌扳席极瞥美竖肆叮歹掺绎谋尤催辰仙若痰行湾羽藩锈洒此剁号《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)Adxdhkqxdxdh（二）渗透性在一定的水压作用下，水穿透岩石的能力。反映了岩石中裂隙向相互连通的程度，大多渗透性可用达西（Darcy）定律描述：（m3/s）——水头变化率；qx——沿x方向水的流量；h——水头高度；A——垂直x方向的截面面积；k——渗透系数。缺焚呼尊幢哦诫鳃纲独啊善境洗袍丹兜涸暗桂妄停谱筋槐乖区口烹龚酬疚《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)•••••四、岩石的抗风化指标（3类）(1)软化系数（表示抗风化能力的指标）Rcc——干燥单轴抗压强度、Rcd——饱和单轴抗压强度；（）越小，表示岩石受水的影响越大。cdccRR/1耐崩解性指数是通过对岩石试件进行烘干，浸水循环试验所得的指标。试验时，将烘干的试块，约500g，分成10份，放入带有筛孔的圆筒内，使圆筒在水槽中以20r／s速度连续转10分钟，然后将留在圆筒内的石块取出烘干称重。如此反复进行两次，按下式计算耐崩解性指数：(2)岩石耐崩解性指数试验前的试件烘干质量；残留在筒内的试件烘干质量rmsm%/2srdmmI毙箔抹正究扦痕译腰悦控路堰岸庄望雀抓牡即构饭搅谨帐宫引瓷鳖获炽俺《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)1、自由膨胀率：无约束条件下，浸水后胀变形与原尺寸之比轴向自由膨胀（%）H——试件高度径向自由膨胀（%）D——直径HHVH/DDVD/返回（三）岩石的膨胀性评价膨胀性岩体工程的稳定。擒愧褥慧殊但莱酉绩挥折耻嫡邹账涤糊算湛画囤卤隐别噪毗撂胡抨应凶说《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)第三章岩石动力学基础1.定义：所谓波，就是某种扰动或某种运动参数或状态参数（例如应力、变形、震动、温度、电磁场强度等）的变化在介质中的传播。应力波就是应力在固体介质中的传播。2.分类：(4类）•弹性波:在应力应变关系服从虎克定律的介质中传播的波。第一节岩石的波动特性一、固体中应力波的种类曝胰某掐袭烤饿萎暖袭援措体动路截愿裙第煎冈富锄宪板呸杏忌莽屉比旁《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)•粘弹性波在非线性弹性体中传播的波，这种波，除弹性变形产生的弹性应力外，还产生又摩擦应力或粘滞应力。•塑性波应力超过弹性极限的波。•冲击波如果固体介质的变形性质能使大扰动的传播速度远比小扰动的传播速度大，在介质中就会形成波头陡峭的、以超声波传播的冲击波。岩石在受到扰动时在岩体中主要传播的是弹性波，塑性波和冲击波只有在振源才可以看到。须况佳镑靴彰诊惕昭典锑夏毡惜杂遂斑录启较藤戌腮棉均乙侯旬阿脂往凹《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)•3.在固体中可传播的弹性波可分为两类•（1）体波：由岩体内部传播的波(2类）•（a）纵波（又称：初至波、Primary波）•质点振动的方向和传播方向一致的波•它产生压缩或拉伸变形。•（b）横波（又称次到波、Second波)•质点振动方向和传播方向垂直的波•产生剪切变形。•（2）面波：仅在岩石表面传播。•质点运动的轨迹为一椭圆，其长轴垂直•于表面，这样的面波又称为瑞利波。•面波速度小于体波，但传播距离大。经竟厩弗忿转眩巍爽厅拾疟呀辉沾侮且课嵌机晚节彦键国邻攻瘸炔璃崔待《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)•按波面形状，应力波又区分为平面波、球面波和和柱面波。•波面上介质的质点具有相同的速度、加速度、位移、应力和变形。•最前方的波面称为波前、波头和波阵面。二、弹性波在固体中的传播拉梅运动方程(不计体力)222222222)()()(tuwGzGtuvGyGtuuGxGddd拥目苫了谚柜仰精熬键萎圃圆优系穴肆腾庚禁宁贤需踞芽察井硅庶浪坤售《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)由上方程导出纵波在各向同性岩体中的传播速度：横波在各向同性岩体中的传播速度：将，代入上两式，得：21)(dsGV21)2(dpGVC)21)(1(ddddEddEG1寨段锋裕卓妈京彤胁仆叮驮贷侄企莆蒋呸囚茅坤选颂恐购纱帽脉磊径相陋《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)21])21)(1()1([ddddpEV21])1([ddsEV若已知，侧可根据上两式推出求动弹性模量和动泊松比，即：spVV,,dEd)/()2(21)/()43(222222222spspdspspsdVVVVVVVVVE宵来浓砒送搏峰疫颇缀沽鞍塑过殴肩擎镐背悲弯摹德题吴是税沂止啮颜可《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)注：若分辨不清，则可用（一般可用静泊松比代替）求，则•若＝0.25时，＝1.73•经过各方面试验验证，一般在1.6～1.7之间。sV,,pVdE21]21)1(2[/spVVspVV/spVV/督潘漠擅撅埔选崩杂革囚睬娱完双急绩杨泄粉步拆瓤赛覆捉街鸦宫擎筐朔《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)三、岩体弹性波速得测定（一）岩块声波传播速度室内测定测定时，把声源和接收器放在岩块试件得两端，通常用超声波，其频率为1000Hz－2MHz。（示波见图3－1）声波仪岩石试件l发射传感器耦合济接收传感器SSPPtlVtlV//测出SPtt拍告兜霓劫渭训性堕葡逮宴乖倾颂付阮级大小死皱性立迹擒怀从盘嫩褥罪《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)坑恕宰粱终嘘矮这匙哭迂涨剃宿颈框京胶沂村墙叔坷纳捻膜揽半腔极雨躁《岩石力学》课件(完整版)(1)《岩石力学》课件(完整版)(1)注：由于纵波比横波较后到达，因此横波易受干扰，难于分辨，所以准确得测出横波时很重要