岩石力学课程 Chapter1

愿本课程带您进入岩石力学的世界,岩 石 力 学 Rock Mechanics,本课程的教学内容 Contents,第一章 绪 论,第二章 岩石的物理性状（性质）,第三章 岩石的强度,第四章 岩石的变形,第五章 岩体天然应力与洞室围岩的应力分布,第六章 矿山压力与围岩稳定性,第七章 岩基应力及稳定分析,第八章 岩坡稳定分析,本节内容Next,岩石力学研究的对象及特点,岩石力学研究的主要内容,岩石力学的研究方法,同时，我们将通过一个大型水电工程宣传片，使同学们对岩石力学与水电工程的关系有一个较为形象的认识。,第一章 绪 论 Chapter 1 Introduction,对象：岩石对象岩石材料地壳中坚硬的部分；方法：力学的观点、理论、方法,综合：岩石力学就是用力学的理论，观点和方法去研究岩石材料的力学行为及其工程应用的学科。（实际上也称为“岩体力学”，是水利学科的一个重要分支学科）,1.1.1 岩石力学的概念,1.1岩石力学研究的对象及特点,作为力学的一个分支，岩石力学主要解决水利、土木工程等建设中的岩石工程问题，它是一门新兴的,与有关学科相互交叉的工程学科,需要应用数学、固体力学、流体力学、地质学、土力学、土木工程学等知识，并与这些学科相互渗透。,a、既古老，又年轻,1.1.2 岩石力学的特点,1）研究的广泛性,古老：旧石器时期(岩石作为生产工具)，利用石器生活场所及宗教建筑等(洞穴、房屋、桥梁、都江堰、埃及金字塔、巴比伦人的“空中花园”等)；,1.1岩石力学研究的对象及特点,年轻：从20世纪40年代开始（美国，法国，意大利、中国修建了大量的岩体工程）。,1.1.2 岩石力学的特点,1.1岩石力学研究的对象及特点,人类最早接触和最早使用的材料：旧、中、新石器时代的标志是人类使用岩土材料的水平； 土与文化：几大古文明中人类起源的传说：不约而同地认为人是上帝（神）用土创造的； 表土与人类文明：人类的几大古文明的发生与衰落; 土地与农业：“普天之下，莫非王土” 权力与财富 ；朝代的更替；农民战争 农业文明土与水 目前名川大河的中下游，土层深厚形成农业、经济、文化、政治中心 海洋文化：三角洲文明（交通与信息） 岩土与哲学的天然联系。,岩土与哲学的关系,1.1岩石力学研究的对象及特点,1.1岩石力学研究的对象及特点,20世纪下半叶发生了3次震惊水利水电工程界的重大工程事故：法国Malpasset双曲拱坝溃坝；意大利Vajout双曲拱坝近坝库区左岸发生2.5亿m3的大滑坡；美国Teton土坝在岩基坝段溃决。大大促进了岩石力学的发展。,1.1岩石力学研究的对象及特点,1.1岩石力学研究的对象及特点,1.1岩石力学研究的对象及特点,在我国：,1958年，三峡岩基组成立并着手开始三峡坝区岩石力学的研究；,1970年，万里长江第一坝葛洲坝水电站修建时，成立的专门的岩石力学研究机构；,近年来，随着大量矿山、交通、国防、水电工程的修建，从事岩石力学研究的科技人员大幅增加，大大促进了岩石力学学科的发展，我国的岩石力学工作者在世界岩石力学领域也逐渐占有一席之地，如我国的冯夏庭教授。,1979年，中国（CRSM）加入国际岩石力学学会ISRM；,1.1.2 岩石力学的特点,1）研究的广泛性,水电三峡、二滩、溪洛渡、锦屏、龙滩；（图示）,铁道长隧道、大型桥梁、边坡；,公路隧道、路堤等；,冶金矿山开采；,建筑大跨度地下商业中心，建筑物基础，城市地铁；,b、跨行业,1.1岩石力学研究的对象及特点,NEXT,1.1岩石力学研究的对象及特点,1.1岩石力学研究的对象及特点,中国第二大水电站，坝高278m,1.1岩石力学研究的对象及特点,世界上最高的混凝土双曲拱坝，最大坝高305m,1.1岩石力学研究的对象及特点,1.1岩石力学研究的对象及特点,1.1岩石力学研究的对象及特点,1.1岩石力学研究的对象及特点,1.1岩石力学研究的对象及特点,1.1岩石力学研究的对象及特点,中国第三大水电站，三项世界之最1、规模最大的地下厂房。厂房长.m，宽.m，高.m。 2、最高的碾压混凝土大坝。最大坝高.m，坝顶长m，坝体混凝土方量万立方米。 3、提升高度最高的升船机。全长多m，最大提升高度m。,1.1岩石力学研究的对象及特点,伊泰普Itaipu大坝（巴西和巴拉圭 ）,原世界第一，现世界第二大水电站！,1.1岩石力学研究的对象及特点,美国胡佛大坝 （Hoover Dam）,美国大古力Grand Coulee 电站,Return,1.1.2 岩石力学的特点,2）研究对象的复杂性,a、组成岩石地质体（单独的力学性质+耦合效应）；岩块、结构面组合形成；块状结构、破碎结构、离散结构Rock and Rock Mass,b、背景地质力学环境的复杂性（地应力、地下水、物理、化学作用等）,1.1岩石力学研究的对象及特点,1.1.2 岩石力学的特点,3）工程应用性（实践性）非常强,4）社会经济效益显著,如：“七五”攻关期间，四川大学、成勘院、清华大学联合开展“二滩坝基可利用岩体研究”，节约投资7000多万；获得了国家科技进步一等奖；,1.1岩石力学研究的对象及特点,岩石力学是伴随工程的应用而发展起来的，没有实际的工程就没有岩石力学发展的社会需求，反过来，岩石力学理论的发展又进一步提高了工程的科技含量，促进了工程的安全性，经济型等,1.2 岩石力学的基本内容,水电工程中的三大应用： 基础（坝基、坝肩）工程、边坡工程（天然、工程开挖）、地下洞室（隧洞、厂房等）、,三大部分,1.3 岩石力学的研究方法,物理模拟,数学模型,理论分析,岩石物理力学性质常规实验，地质力学模型试验；,如：有限元FEM、离散元DEM、边界元BEM等数值模拟分析；,用新的力学分支，理论研究岩石力学问题(分形力学、神经网络、遗传算法、耦合分析等)；,1.3 岩石力学的研究方法,1.3 岩石力学的研究方法,1.3 岩石力学的研究方法,1.4 现代岩石力学研究及发展趋势,一、应用岩石力学环境安全和控制,1、环境保护（环境岩土工程）,2、存贮和弃置,1.4 现代岩石力学研究及发展趋势,一、应用岩石力学环境安全和控制,3、天然岩质边坡的稳定性岩体表面开挖,1.4 现代岩石力学研究及发展趋势,一、应用岩石力学环境安全和控制,4、隧道工程,1.4 现代岩石力学研究及发展趋势,一、应用岩石力学环境安全和控制,5、采矿工程,1.4 现代岩石力学研究及发展趋势,一、应用岩石力学环境安全和控制,6、地下洞室,1.4 现代岩石力学研究及发展趋势,一、应用岩石力学环境安全和控制,7、石油工程,8、岩基工程,1.4 现代岩石力学研究及发展趋势,二、力学现象与温度、水力和化学现象的耦合,1、室内实验压缩,2、室内实验抗剪,1.4 现代岩石力学研究及发展趋势,二、力学现象与温度、水力和化学现象的耦合,3、岩体水力特性与力学耦合现象的实验,1.4 现代岩石力学研究及发展趋势,二、力学现象与温度、水力和化学现象的耦合,4、岩体行为模拟,5、其它,1.4 现代岩石力学研究及发展趋势,三、岩石动力学和抗震技术,1、天然地震和诱发地震,2、岩爆,1.4 现代岩石力学研究及发展趋势,三、岩石动力学和技术,3、地应力,4、岩石爆破,1.4 现代岩石力学研究及发展趋势,三、岩石动力学和技术,5、岩石切割和钻孔,6、岩石爆破,1.4 现代岩石力学研究及发展趋势,四、野外实验和测量与监测,1、实验技术,1.4 现代岩石力学研究及发展趋势,四、野外实验和测量与监测,2、岩石和岩体性质的测定,1.4 现代岩石力学研究及发展趋势,3、监测、长期测量和风险评价,4、岩石锚固效果监测,四、野外实验和测量与监测,1.4 现代岩石力学研究及发展趋势,五、国际及国内岩石力学的发展趋势,1.4 现代岩石力学研究及发展趋势,五、国际及国内岩石力学的发展趋势,1.4 现代岩石力学研究及发展趋势,五、国际及国内岩石力学的发展趋势,1.4 现代岩石力学研究及发展趋势,五、国际及国内岩石力学的发展趋势,1.4 现代岩石力学研究及发展趋势,五、国际及国内岩石力学的发展趋势,感谢聆听！,