测量学---绪论

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,岩 体 力 学,教 材,岩石力学与工程,蔡美峰主编，科学出版社,参 考 书,岩体力学,凌贤长主编，哈尔滨工业大学出版社,岩体力学,沈明荣主编，同济大学出版社,岩体力学,王文星主编，中南大学出版社,矿山岩体力学,李,通,林主编，重庆大学出版社,矿山岩体力学,高磊主编，冶金工业出版社,总 学 时：,56,学时,其 中：,理论学时：,48,学时,实验学时：,8,学时,岩 体 力 学,第一章 绪论,第二章,岩石的物理力学性质,第三章 岩体的力学性质,第,四,章,地应力及其测量,第五章,岩体力学在地下工程中的应用,第六章,岩石地下工程,第七章,岩体力学数值计算方法及新进展简介,第八章,弹塑性力学,(,补充内容,),岩 体 力 学 授 课 内 容,第一章 绪 论,本章内容：,一、岩石与岩体的关系,二、,岩体力学的研究内容及研究方法,三、岩体力学的产生,、,发展,四,、,岩体力学与其他学科的关系,第一章 绪 论,本章的重点：,1,、岩石与岩体的界定；,2,、岩体力学的研究任务与内容，岩体力学的研究方法。,关键术语：,岩石；岩体；岩体工程；稳定性,要求：,1,、必须掌握本课程重点内容；,2,、了解岩体力学的发展简史以及岩体力学在其他学科中的地位。,一,、岩石和,岩体,岩石,自然形成的产物；,由一种或几种矿物组成的具有一定结构构造的固体集合体。,工程上，通常把各种裂隙（不连续面）切割而成的岩块，称为,岩石,，又称,结构体,。,岩体,：地质历史过程中形成的，由岩块和结构面组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。,岩体就是岩石和结构面的统一体。,结构面,:,地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。（如节理、裂隙、褶皱等结构面。）,岩石与岩体关系：,岩石是岩体的组成物质，岩体是岩石和结构面的统一体。,二、岩体的特征,1,、,岩体是非均质各向异性的材料。,2,、岩体内存在着原始应力场。,3,、岩体内存在着一个裂隙系统。,岩体既不是理想的弹性体，也不是典型的塑性体，既不是连续介质，又不是松散介质，而是一种特殊的复杂的地质体，这就造成了研究它的困难性和复杂性。,二、岩体的特征,三、岩体力学的研究内容与研究方法,岩体力学研究的主要对象是,岩体,，研究岩体在力场作用下，所发生的,变形,、,破坏,和,移动,规律,的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。,1,、岩体力学研究的内容：,岩石,、,岩体的地质特征,岩石的物理、水理与热力学性质,岩块（岩石）、结构面的力学性质,岩体的力学效应,岩体工程的稳定性（岩体中初始应力,、,应力重分布,、,围岩稳定性计算与评价,、,工程处理与加固）,各种新技术、新方法与新理论在岩体力学中的运用,岩体模型、模拟试验及原位测试,2,、岩体力学的研究方法,室内试验,现场测试,理论分析与计算,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,理论,连介,非连介,数值方法,有限元,离散元,DDA,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,理论,连介,非连介,数值方法,有限元,离散元,DDA,收敛（表面位移）,应变,绝对位移、相对位移（内部）,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,岩体力学研究步骤的框图,四、岩体力学的产生及其发展,岩体力学是伴随着采矿、土木、水利、交通等岩石工程的建设和数学力学等学科的进步而逐步发展形成的一门新兴学科和边缘学科，是一门应用性和实践性很强的应用基础学科。它的应用范围涉广。一方面，岩体力学是上述工程领域的理论基础；另一方面，正是上述工程领域的实践促使了岩体力学的诞生和发展。,岩体力学按其发展进程可划分四个阶段：,(1),初始阶段,(19,世纪末,-20,世纪初,),岩石力学处于萌芽时期，产生了初步理论以解决岩体开挖的力学计算问题。,1912,年瑞典地质学家 海姆,(A.Heim),提出了,静水压力,的理论。,1926,年苏联学者 金尼克,(A.H.),基于弹性力学理论提出了只有垂直压力等于,H,，而水平压力应为,H,乘一个,侧压系数,，即,H,。,（,2,）经验理论阶段（,20,世纪初,20,世纪,30,年代）,该阶段为岩石力学发展的第二阶段。在这个阶段出现力根据生产经验提出的,地压理论,，并开始用材料力学和结构力学的方法分析地下工程的支护问题。松散介质学派（例如,普氏理论,）占主导地位，他们借助土力学理论解决岩石力学问题，提出巷道地压计算原理和采场地压假说。,在此阶段更加深入地研究岩石的破坏机理。,（,3,）经典理论阶段（,20,世纪,30,年代,60,年代）,该阶段是,岩石力学学科形成的重要阶段,，岩石力学以弹塑性理论为基础，将岩体视为弹塑性介质，应用弹塑性力学方法来研究岩体的应力、应变和位移，确定了一些经典计算公式，形成,围岩和支护共同作用的理论,。结构面对岩体力学性质的影响受到重视。在,弹塑性分析,的基础上引入流变理论，将某些岩体视为带粘性的介质，考虑时间因素对岩体应力、应变和位移的影响。,（,4,）现代发展阶段（,20,世纪,60,年代现在）,用更为复杂的多种多样的力学模型来分析岩体力学问题，把力学、物理学、系统工程、现代数理科学、现代信息技术等最新成果引入了岩体力学。而,计算机,的发展使用有限元、边界元、离散元等解算岩体力学问题得以实现。,20,世纪,70,年代以后岩石力学发展比较迅速，岩体力学测试技术不断完善，应力解除法可测试深部岩体应力。刚性压力机的出现，可测试应力应变全过程曲线，从而更深刻的揭示了岩石的力学特性。,岩体力学已逐渐形成完整的科学体系作为力学的一个分枝，成为一门独立的力学学科，服务于岩体工程。,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。,岩体力学形成历史,岩体力学发展动态,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,高地应力岩体力学问题,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,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。,1,、采矿工程结构多处于地下较深处，而其它地下工程多在距地表较近（几十米）的范围内；,2,、对矿山构筑物，只要求在开采期间不破坏，在采后能维持平衡状态不影响地表安全即可。因此，其计算精度、安全系数及加固等方面均低于国防、水利工程的标准；,3,、矿山地质条件复杂，又受矿床赋存条件的限制，因此，采矿工程结构物的位置选择性不大，同时，采掘工作面不断变化，因而，采矿工程岩石力学具有复杂性的特点。,五,、采矿工程中岩体力学的特点,1,、岩体力学与材料力学、弹塑性力学和流变力学等有着纵向联系。人们运用这些理论使岩体力学得到发展。,2,、岩体工程的围岩赋存在一定的地质环境之中。因此，岩体力学与工程地质学、构造地质学和地质力学有着十分密切的联系。,3,、岩体力学是为解决岩体工程中的力学问题服务的，这些工程学科包括：采矿和其它地下空间工程、交通工程、水电工程和基础工程等。因此，岩体力学是各种岩体工程学科的专业理论基础。,六、岩体力学与其他学科的关系,岩体力学的分支学科,工程岩体力学,为各类建筑工程及采矿工程等服务的岩体力学，重点是研究工程活动引起的岩体重分布应力以及在这种应力场作用下工程岩体,(,如边坡岩体、地基岩体和地下洞室围岩等,),的变形和稳定性。,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，重点是探索地壳深部岩体的变形与断裂机理，为此需研究高温高压下岩石的变形与破坏规律以及与时间效应有关的流变特征。,破碎岩石力学,为掘进、钻井及爆破工程服务的岩体力学，主要是研究岩石的切割和破碎理论以及岩体动力学特性。,