《岩石力学教案》课件

岩石力学教案欢迎来到岩石力学课程本课程将探讨岩石的物理和力学性质，以及它们在工程应用中的重要性课程简介岩石力学基础工程应用探讨岩石的物理和力学性质学习如何将岩石力学原理应，为工程应用奠定基础用于实际工程问题实验与分析通过实验和数据分析，深入理解岩石行为学习目标掌握基础理论1理解岩石力学的核心概念和原理分析能力2培养岩石力学问题的分析和解决能力工程应用3学会将理论知识应用于实际工程项目创新思维4发展创新思维，解决复杂岩石力学问题教学内容安排基础知识1岩石物理力学性质、应力应变关系、破坏准则理论深入2弹性理论、塑性理论、流变特性、强度理论性能分析3抗压、抗拉、抗剪、抗弯性能，孔隙及渗透性特殊主题4断裂力学、疲劳性能、动力特性、层理与节理工程应用5稳定性分析、变形分析、渗流分析、边坡稳定性岩石的基本物理力学性质物理性质力学性质结构特征岩石的密度、孔隙率、含水率等物理包括强度、变形性、硬度等，决定岩岩石的矿物组成、粒度分布和结构类特性直接影响其力学行为石在受力状态下的反应型影响其整体性能岩石的应力应变关系弹性阶段应力与应变呈线性关系，岩石可恢复原状塑性阶段应力增加，应变增大，岩石产生永久变形破坏阶段应力达到极限，岩石结构失稳破坏岩石的破坏准则莫尔库仑准则霍克布朗准则--基于剪切强度与正应力的线考虑岩石完整性，适用于不性关系，广泛应用于岩石力同类型岩石的经验准则学格里菲斯准则德鲁克普拉格准则-基于能量平衡理论，适用于考虑中间主应力影响，适用脆性材料的破坏分析于复杂应力状态下的岩石岩石的弹性理论弹性模量泊松比描述岩石抵抗弹性变形的能力，表示岩石横向与轴向应变的比值反映刚度特性，反映变形特性体积模量描述岩石抵抗体积变化的能力，与压缩性相关岩石的塑性理论屈服条件1定义岩石从弹性向塑性转变的临界状态流动法则2描述塑性变形的发展方向和大小硬化规律3表征塑性变形过程中屈服面的变化本构方程4建立应力、应变和时间之间的数学关系岩石的流变特性弹性变形1瞬时可恢复变形黏弹性2时间依赖的可恢复变形黏塑性3时间依赖的不可恢复变形蠕变4持续应力下的长期变形岩石的强度理论最大主应力理论最大剪应力理论12适用于脆性材料，考虑最大主应力达到极限强度考虑剪切破坏，适用于塑性材料最大应变能理论莫尔强度理论34基于能量概念，适用于韧性材料综合考虑正应力和剪应力，应用广泛岩石的抗压性能50-300MPa2-5单轴抗压强度强度增长倍数岩石抵抗单轴压缩的能力，因岩三轴压缩下强度增长倍数，反映石类型而异围压效应

0.2-

0.8泊松比横向与轴向变形比，反映岩石变形特性岩石的抗拉性能直接拉伸法巴西劈裂法弯曲试验法直接测量岩石抗拉强度，但实验难度间接测量，通过径向压缩产生拉应力通过弯曲梁产生拉应力，适用于片状大岩石岩石的抗剪性能直接剪切试验测量岩石在剪切面上的抗剪强度三轴剪切试验在不同围压下测量岩石的抗剪强度环剪试验适用于软岩和土的剪切强度测定扭剪试验通过扭转方式测量岩石抗剪强度岩石的抗弯性能弯曲强度弯曲模量岩石抵抗弯曲变形的能力，反映描述岩石在弯曲变形过程中的刚其抗弯性能度特性断裂韧性岩石抵抗裂纹扩展的能力，与抗弯性能密切相关岩石的孔隙及渗透性孔隙率渗透系数岩石中孔隙体积与总体积的描述流体通过岩石的难易程比值，影响强度和渗透性度，与孔隙结构相关孔隙压力毛细作用孔隙中流体压力，影响岩石小孔隙中液体上升现象，影的有效应力状态响岩石中水分运移岩石的断裂力学裂纹起始1微观缺陷导致裂纹形成，应力集中稳定扩展2裂纹在外力作用下缓慢扩展不稳定扩展3裂纹快速扩展，导致岩石断裂完全破坏4岩石结构完全失效，丧失承载能力岩石的疲劳性能疲劳寿命1岩石承受循环荷载直至失效的次数疲劳强度2岩石在特定循环次数下能承受的最大应力疲劳裂纹扩展3循环荷载下裂纹的生长过程疲劳损伤累积4循环荷载导致的微观结构变化岩石的动力特性波速测定冲击试验测量岩石中声波传播速度，反映研究岩石在高应变率下的力学响其动态性质应振动分析研究岩石在动态荷载下的变形和破坏特性岩石的层理与节理层理节理影响因素岩石沉积过程中形成的平行排列结构岩石中的裂隙，降低岩体整体强度，层理和节理的方向、间距和连续性对，影响岩体强度和变形性增加渗透性岩体力学性质影响显著岩石的构造地质特征褶皱断层岩层弯曲变形，影响岩体稳岩体错动形成的不连续面，定性和应力分布是重要的工程地质问题节理系统岩脉侵入多组节理的空间分布，决定岩浆侵入形成的构造，改变岩体的整体力学行为局部岩体性质应力分析在岩土工程中的应用初始应力场分析确定岩体原有应力状态开挖引起的应力重分布预测工程扰动后的应力变化支护结构应力分析优化支护设计，确保工程安全动态应力分析评估地震、爆破等动载作用岩土体稳定性分析理论极限平衡法强度折减法基于力平衡原理，计算安全通过降低强度参数，寻找失系数稳临界状态有限元法概率分析法考虑应力应变关系，模拟变考虑参数不确定性，评估失形过程稳风险岩土体变形分析理论弹性理论1适用于小变形分析，计算简单弹塑性理论2考虑塑性变形，更接近实际情况流变理论3分析长期变形，考虑时间效应损伤力学4考虑材料劣化，预测破坏过程岩土体渗流分析理论达西定律有限差分法流网法描述低速层流渗流，是渗流分析基础数值求解渗流方程，适用于复杂边界图解法分析二维稳定渗流问题条件岩土体抗剪强度分析理论莫尔库仑理论-1广泛应用的线性强度准则非线性强度准则2考虑应力水平对强度参数的影响临界状态理论3考虑体积变化对强度的影响统计强度理论4考虑材料强度的离散性边坡稳定性理论及其应用极限平衡法数值分析法12计算边坡安全系数，广泛模拟边坡变形过程，预测应用于工程实践失稳机制可靠度分析监测预警34考虑参数不确定性，评估通过实时监测，及时发现边坡失稳概率边坡不稳定迹象基坑支护理论及其应用土压力理论支护结构设计降水与防渗计算作用于支护结构的侧向土压力，包括挡土墙、地下连续墙、钢板桩等控制地下水，避免基坑涌水和管涌问是设计基础，保证基坑稳定题隧道工程中的岩石力学问题围岩分类1评估围岩稳定性，指导支护设计支护设计2确保隧道稳定和施工安全变形控制3预测和控制隧道开挖引起的变形岩爆防治4高应力区岩爆风险评估和预防渗水处理5解决隧道施工中的涌水问题采矿工程中的岩石力学问题露天开采地下开采采动影响边坡稳定性分析和控制是关键问题巷道支护和顶板管理是主要挑战评估和控制采矿引起的地表沉陷。