《岩体力学格式》课件

岩体力学学习岩体力学是研究岩体力学性质、岩体内力状态和变形规律的一门学科通过对岩石、岩石质量等的研究,为各种工程建设提供必要的力学依据作者M M课程目标学习计算机建模实地考察与测量分析与问题解决掌握岩体力学的数学建模方法,能够利能够对工程现场进行实地勘察,熟练掌熟练掌握岩体力学分析理论,能够针对用专业软件进行三维建模与数值分析握岩体力学参数的测量方法工程项目提出科学合理的解决方案章节概述力学基础岩体特性介绍岩体力学的力学理论基础,包括应力、应变、弹性模量等基分析岩体作为工程材料的独特性质,如异向性、破碎性等特征本概念应力分析变形分析深入探讨岩体应力状态的描述方法,包括主应力、应力场分析等研究岩体的变形机制,以及应变-应力关系等重要概念内容力学基础经典力学定律包括牛顿运动定律和能量守恒定律,为岩体力学分析奠定了基础应力与应变理论研究固体材料在外力作用下产生的变形和内部应力状态弹性变形原理分析材料在荷载作用下的可逆性变形行为,为后续分析奠定基础应力概念力和应力的关系应力的定义12外加作用在物体上的力会应力是指单位面积上所受产生内部的应力,反映了物到的内力,用于描述物体内体内部的内力状态部的力学状态应力的类型应力状态的描述34根据作用的方向,应力可分可以用张量方法来描述复为拉应力、压应力、剪应杂的三维应力状态,如正应力等不同类型力和剪应力岩体应力自重应力构造应力超静应力地温应力岩体自身重力作用下产生由于地壳运动和变形造成人类活动如采矿、隧道开地球内部热量传导引起的的应力,随深度增大而线性的应力,如褶皱、断层等地挖等造成的附加应力,会改岩体热膨胀产生的应力,对增大是最基本的岩体应质构造下的应力场变原有的应力状态深层岩体有重要影响力形式应力状态描述应力张量1应力状态可用应力张量表示主应力2根据应力张量可求得主应力应力状态分类3可分为张应力、剪应力和压应力三种类型本构关系4应力状态与应变状态存在本构关系应力状态是描述岩体中应力分布和大小的重要概念我们可以用应力张量表示应力状态,从中求出主应力根据主应力的大小和方向,可以将应力状态分为张应力、剪应力和压应力三种类型应力状态与应变状态之间存在复杂的本构关系,是理解岩体变形破坏的关键所在主应力概念主应力定义主应力确定主应力是作用于某一平面上通过数学推导,可以确定三个的应力分量中,大小最大或最互相垂直的主应力,它们分别小的应力分量它们是各种为最大主应力、中间主应力应力分量中最重要的和最小主应力主应力特点主应力互相垂直,作用在彼此垂直的三个互相垂直平面上,是岩体受力状态的基本参数应力场分析分析应力场1了解岩体内部的应力分布状况确定主应力2识别出主应力方向和大小描述应力状态3用应力张量表征三维应力状态分析应力作用4评估应力对岩体稳定性的影响应力场分析是岩体力学研究的重要内容之一通过分析岩体内部的应力分布状况,我们可以确定主应力方向和大小,并用应力张量的方式描述三维应力状态这有助于我们评估岩体在外力作用下的稳定性,为工程设计和施工提供关键依据应力场应用实例应力场分析是岩体力学研究的核心内容之一,可以帮助我们深入理解岩体的受力状态和变形特征通过应力场分析,我们可以预测岩体结构的安全性,并为工程设计提供重要依据常见的应用场景包括地下空间开挖、边坡稳定性分析以及岩层注采方案优化等应变概念应变的定义应变测量技术应变分类应变是物体受到外力作用时发生的形应变测量通过应变计等仪器设备进行,应变可分为弹性应变和塑性应变弹状或尺寸变化它是物体整体或局部能够精确地获取物体变形的大小和方性应变是可逆的,物体变形后会完全恢相对于原状位置的位移或变形量向复到原状塑性应变是不可逆的,物体发生永久性变形岩体变形应变机理岩体变形受到应力大小、持续时间、岩体性质等多方面因素的影响其中应力是导致变形的直接原因应变量测量通过应变计或应变片等检测装置可以准确测量出岩体内部的应变量，为后续分析提供依据位移分析根据应变测量数据，可以推算出岩体内部的位移情况，有助于了解岩体的整体变形趋势应变状态描述描述应变状态借助应变张量可以完整地描述任意位置处的应变状态应变张量有6个独立分量，能表达三个主应变及其相互垂直的方向应变的表示方式应变可以用应变分量表示，也可以用主应变及其方向来描述这两种表达方式互为等价平面应变状态当应力状态仅与二维坐标有关时,可简化为平面应变状态这种情况下,应变张量只有三个独立分量应变应力关系-应变和应力的联系弹性模量和泊松比岩体在外力作用下会产生变形,即应变而这种变形与施加线性弹性材料的应变-应力关系可以用弹性模量和泊松比这在岩体上的应力大小和方向密切相关我们可以通过确定两个参数来表征弹性模量描述了材料的刚度,而泊松比则应变-应力关系来分析岩体的力学特性描述了材料的体积变形情况弹性模量弹性模量E是描述材料抗变形能力的重要参数它表示材料在弹性范围内的刚度,反映了材料受力时的变形能力合理确定弹性模量对于正确评估岩体变形具有重要作用泊松比定义泊松比表示材料在一个轴向压缩时,垂直于压缩方向的膨胀或收缩的比值是衡量材料的一种重要力学参数取值范围泊松比的取值范围通常在0到

0.5之间,大部分材料的泊松比在

0.25到

0.35之间意义泊松比反映了材料在压缩时横向膨胀的能力,对于工程设计分析非常重要泊松比越大,材料越不可压缩剪切模量3G

0.530%平均值差异离散度岩体平均剪切模量约3GPa不同岩体的剪切模量可相差约

0.5倍剪切模量的离散度约30%剪切模量是表征岩体抗剪切变形能力的重要参数它代表了岩体承受剪应力作用时的变形能力剪切模量的大小与岩石的矿物成分、孔隙度、开裂程度等有关不同类型岩石的剪切模量存在较大差异变形分析应变描述1通过分析应变场，可以了解岩体内部的变形情况应变分布能反映出材料内部的应力状态及变形特征数学模型2采用合适的应变-位移关系方程和边界条件，建立数学模型，可以定量描述岩体的变形过程变形预测3通过数值分析等方法，可以预测岩体在外力作用下的变形状态，为工程设计提供参考数据变形计算实例在工程实践中,需要对岩体的实际变形情况进行准确预测和分析通过应用力学理论,我们可以建立合适的变形计算模型,并结合具体工程条件,得出岩体的应变分布与变形量这种变形计算为工程设计提供了重要依据,帮助工程师合理确定支护方案和工艺流程,确保岩体稳定性精准的变形分析对于保障工程安全和经济效益至关重要破坏概念应力超限裂隙扩展12当应力超过岩体的承载能岩体受力后,微裂隙会逐渐力时,就会出现不可逆转的扩展,直至形成贯穿性的宏破坏性变形,这就是岩体破观破坏面这是破坏过程坏的本质的关键机理形态演化3岩体破坏会经历从弹性变形到塑性变形,再到断裂和失稳等一系列形态演化过程破坏准则应力应变关系破坏判断标准-12在岩体受载过程中,材料会破坏准则提供了判断岩体发生可逆的弹性变形,直到何时发生破坏的依据,常用达到一定的应力水平后发的准则有莫尔-库伦准则、生不可逆的破坏Hoek-Brown准则等应力历程分析3通过对加载过程中应力状态的分析,可以预测岩体的变形和破坏行为,为工程设计提供依据莫尔库伦准则-岩体破坏原理莫尔库伦包络线破坏准则应用-莫尔-库伦准则描述了岩体在剪应力和根据试验数据,可以绘制出莫尔-库伦破通过建立莫尔-库伦准则,可以预测岩体法向应力作用下发生破坏的机理,为分坏包络线,它定义了岩体的抗剪强度与在复杂应力状态下的破坏情况,为工程析岩体的抗剪强度提供了理论依据正应力的关系设计提供理论依据破坏判断判断应力状态1通过应力分析确定岩体内部的应力状态,为判断是否发生破坏奠定基础运用破坏准则2将求得的应力状态代入适当的破坏准则,计算出破坏的临界条件分析破坏可能性3根据破坏临界条件,判断岩体是否会发生破坏,并预测破坏形式破坏分析应用破坏分析在实际工程中广泛应用,可以预测岩体的破坏模式和破坏载荷通过对岩体的力学性质进行仔细分析,结合现场勘察数据,可以建立合理的岩体破坏模型,为工程设计和施工提供依据破坏分析有助于制定合适的施工措施,如支护设计、边坡处理等,以确保结构安全同时,它还可以帮助评估岩体在极限状态下的性能,为应急处置提供指引岩体性质试验目的范围通过各类岩体性质试验,了解包括压缩试验、拉伸试验、岩体的力学、物理和化学特剪切试验、渗透试验、吸水性,为工程设计提供必要的参试验等,全面系统地评估岩体数依据状况标准试验严格遵守相关国家标准,确保数据的可靠性和可重复性,为后续分析提供可信的基础实验种类压缩实验剪切实验孔隙水压实验拉伸实验针对岩石的抗压强度和弹观察岩石在剪切作用下的测量岩体的渗透性和孔隙通过测量岩石的拉伸强度性模量进行测试，可以利强度特性，为岩体稳定性水压力特性，有助于了解和极限应变,了解岩体在受用该实验了解岩体在受到分析提供依据可采用直岩体内部流体的分布与运到拉伸作用时的破坏特性压力时的变形特性剪或三轴剪切的方法移规律实验方法取样1从岩体中切割样品修整2对样品进行表面打磨和修整放置3样品放置于实验装置中加载4按照实验要求对样品施加荷载岩体力学实验的关键在于合理的岩样采集和处理方法首先需要从原位岩体中切割出标准化的实验样品之后对样品进行精心的表面修整,确保其几何尺寸和表面状态符合实验要求最后将处理好的岩样放置于相应的加载装置中,按照实验设计的加载程序进行测试试验数据分析12050+98%样品数量试验项目有效利用率分析基于大量岩石样品的试验数据包括压缩强度、张拉强度、弹性模量等确保试验数据质量可靠和有代表性试验数据分析是岩体力学研究中的关键步骤通过对大量岩石样品的试验结果进行统计分析和整理,可以得到岩体力学参数的代表值和离散度,为后续的理论研究和工程应用提供可靠基础工程应用设计指导施工指导岩体力学理论能为工程设计提供掌握岩体力学特性有助于优化施重要指引,如隧道、地基、挖方等工方案,提高工程质量和安全性的设计稳定性分析监测管理针对岩体开挖、爆破等活动,开展通过实时监测岩体变形和应力状应力分析和破坏判断,确保工程长态,及时发现问题并采取补救措施期安全实际案例分析通过对真实工程案例的分析,我们可以更好地理解岩体力学理论在实际应用中的具体体现这不仅有助于检验理论的正确性,也可以为未来的工程设计提供宝贵的参考和借鉴以某高速公路路基建设为例,深入分析岩体应力状态、变形特征和破坏模式,并与理论预测进行对比,总结施工中的关键问题和优化措施,为后续类似工程提供经验总结。