《巖石力學(xué)(含實(shí)驗(yàn))》課程教學(xué)大綱

1、巖石力學(xué)課程教學(xué)大綱課程英文名稱：Rock Mechanics課程編號(hào)： 133992160課程類別：學(xué)科基礎(chǔ)課/專業(yè)課課程性質(zhì)：必修課學(xué) 分： 3學(xué) 時(shí)：48（其中：講課42學(xué)時(shí)： 實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)）適用專業(yè)： 采礦工程、安全工程開(kāi)課部門： 環(huán)境與資源學(xué)院一、課程教學(xué)目的和課程性質(zhì)巖石力學(xué)是高等學(xué)校采礦工程專業(yè)、安全工程專業(yè)本科學(xué)生的一門必修的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。它是應(yīng)用必要的力學(xué)知識(shí)研究巖體的力學(xué)特性以及工程巖體的變形和穩(wěn)定性問(wèn)題，其基本知識(shí)、基本理論和基本技術(shù)是從事巖石工程施工、設(shè)計(jì)和研究的工程技術(shù)人員所必修掌握的。 通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生熟練掌握巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)與巖石的強(qiáng)度理論；掌握

2、結(jié)構(gòu)面的力學(xué)特性與巖體的力學(xué)性質(zhì)；掌握地下工程圍巖應(yīng)力、應(yīng)變與位移的分布規(guī)律，如采場(chǎng)、隧道地壓和位移的計(jì)算以及穩(wěn)定性分析；掌握巖石與巖體的力學(xué)試驗(yàn)方法、理論依據(jù)和基本知識(shí)；了解沖擊地壓、巖體的各向異性等概念；了解原巖應(yīng)力測(cè)定方法和設(shè)備；具有利用巖石力學(xué)知識(shí)建立巖體工程問(wèn)題的力學(xué)模型，分析和解決巖體工程實(shí)際問(wèn)題的能力。二、本課程與相關(guān)課程的關(guān)系本課程的先行課程：高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)基礎(chǔ)、地質(zhì)學(xué)與礦山地質(zhì)學(xué)等，學(xué)有余力的學(xué)生可先行選修結(jié)構(gòu)力學(xué)、斷裂力學(xué)、塑性力學(xué)、流變力學(xué)、流體力學(xué)基礎(chǔ)、土力學(xué)等課程。本課程的后續(xù)課程：爆破工程、井巷工程、礦床地下開(kāi)采、礦床露天開(kāi)采、巖體測(cè)試技術(shù)、

3、礦山機(jī)械、邊坡工程、采煤概論、礦山安全與評(píng)價(jià)、數(shù)字化礦山技術(shù)、選礦概論、礦山環(huán)境保護(hù)欲復(fù)墾等課程。巖體邊坡穩(wěn)定性分析，安排在邊坡工程課程中講授，本課程不包括該項(xiàng)內(nèi)容。三、課程的主要內(nèi)容及基本要求（一）理論學(xué)時(shí)部分第1單元 緒論 （1學(xué)時(shí)）知 識(shí) 點(diǎn)巖石與巖體的界定；巖體力學(xué)的研究任務(wù)與內(nèi)容；巖石和巖體力學(xué)的研究方法；巖體力學(xué)在其他學(xué)科中的地位；巖體力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史。 基本要求1、識(shí) 記：巖石、巖體等 2、領(lǐng) 會(huì)：巖石和巖體力學(xué)的研究方法。3、簡(jiǎn)單應(yīng)用：一點(diǎn)（單元體）的應(yīng)力表達(dá)。第2單元 巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì) （6學(xué)時(shí)）知 識(shí) 點(diǎn)巖石的基本物理性質(zhì)（巖石的密度、巖石的孔隙性、巖石的水理性、巖石的

4、透水性、巖石的碎脹性）巖石的靜力學(xué)特性（巖石的強(qiáng)度特性、巖石的變形特性）巖石的流變性（巖石的力學(xué)性能的時(shí)效性、粘性）巖石的各向異性影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素。重 點(diǎn)巖石單軸壓縮變形特性，全應(yīng)力應(yīng)變曲線及工程意義；巖石的抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度及其實(shí)驗(yàn)室測(cè)定方法；巖石的流變性（微分模型原件構(gòu)成，Maxwell模型與Kelvin模型的蠕變、卸載與應(yīng)力松弛特性）；影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素。難 點(diǎn)巖石在三軸壓縮條件下的力學(xué)特性；巖石和巖體的流變性；巖體強(qiáng)度的各向異性?；疽?、識(shí) 記：密度、重度、巖石的孔隙性、孔隙率、孔隙比、巖石的水理性、吸水率、飽水率、飽水系數(shù)、巖石的透水性、滲透系數(shù)、巖石的抗凍性、巖石的

5、碎脹性、碎脹系數(shù)、巖石的軟化性、軟化系數(shù)、脆性、韌性、彈性、塑性、延性、粘性（流變性）、蠕變、松弛、彈性后效、擴(kuò)容、巖石的強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、峰值強(qiáng)度、長(zhǎng)期強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度、真三軸試驗(yàn)、常規(guī)三軸試驗(yàn)、極限莫爾圓、莫爾圓包絡(luò)線、點(diǎn)荷載強(qiáng)度、單調(diào)加載、循環(huán)加載、巖石的變形、全應(yīng)力應(yīng)變曲線、各向同性、各向異性、正交各向異性、橫觀各向同性、巖石的結(jié)構(gòu)、巖體的構(gòu)造、剛性試驗(yàn)機(jī)等。 2、領(lǐng) 會(huì)：巖石單軸壓縮變形特性，巖石三軸壓縮變形特性，全應(yīng)力應(yīng)變曲線及工程意義；影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素（尤其是水對(duì)于巖石強(qiáng)度的影響）；巖石強(qiáng)度的各向異性等。3、簡(jiǎn)單應(yīng)用：巖石的抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度與力學(xué)參數(shù)的實(shí)

6、驗(yàn)室測(cè)定方法。4、綜合應(yīng)用：巖石力學(xué)性能的綜合討論（綜合所有影響因素）。第3單元 巖體的力學(xué)性質(zhì)（6學(xué)時(shí)）知 識(shí) 點(diǎn)巖體結(jié)構(gòu)基本類型；巖體結(jié)構(gòu)面；結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)；巖體的變形特征；巖體的強(qiáng)度特征；巖體的水力學(xué)性質(zhì)；巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)及其分類。重 點(diǎn)巖體結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)面的力學(xué)特征；巖體的強(qiáng)度特征；巖體的破壞機(jī)理；巖體的分類。難 點(diǎn)結(jié)構(gòu)面的力學(xué)特征；巖體的強(qiáng)度特征；巖體的破壞機(jī)理?；疽?、識(shí) 記：巖石、巖體、結(jié)構(gòu)面、結(jié)構(gòu)體、巖體結(jié)構(gòu)、完整結(jié)構(gòu)、塊裂結(jié)構(gòu)、板裂結(jié)構(gòu)巖體、碎裂結(jié)構(gòu)巖體、斷續(xù)結(jié)構(gòu)巖體、散體結(jié)構(gòu)、原生結(jié)構(gòu)面、沉積結(jié)構(gòu)面、火成結(jié)構(gòu)面、變質(zhì)結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面、次生結(jié)構(gòu)面、結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)面的形態(tài)、

7、結(jié)構(gòu)面的延展度、結(jié)構(gòu)面的密集度、巖體的裂隙度、巖體的切割度、JRC、剪脹、巖體強(qiáng)度、準(zhǔn)巖體強(qiáng)度、巖體變形、巖石RQD質(zhì)量指標(biāo)、完整性系數(shù)、巖石堅(jiān)固性系數(shù)等 。2、領(lǐng) 會(huì)：結(jié)構(gòu)面充填情況對(duì)于力學(xué)性能的影響，結(jié)構(gòu)面的分類與分級(jí)，巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)特征及其意義，巖體的強(qiáng)度特征，巖體的破壞機(jī)理，巖體分類方法與工程應(yīng)用情況等。3、簡(jiǎn)單應(yīng)用：?jiǎn)我唤Y(jié)構(gòu)面對(duì)于巖體強(qiáng)度的影響，多組結(jié)構(gòu)面對(duì)于巖體強(qiáng)度的影響。 4、綜合應(yīng)用：結(jié)合工程特點(diǎn)，對(duì)于巖體進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)或分級(jí)。 第4單元 地應(yīng)力及其測(cè)量 （6學(xué)時(shí)）知 識(shí) 點(diǎn)基本概念；巖體自重應(yīng)力；巖體構(gòu)造應(yīng)力；巖體初始應(yīng)力場(chǎng)測(cè)定；巖體初始應(yīng)力分布狀態(tài)。重 點(diǎn)巖體初始應(yīng)力場(chǎng)（自重

8、應(yīng)力與構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的疊加）的構(gòu)成；巖體初始應(yīng)力場(chǎng)測(cè)定；巖體初始應(yīng)力分布狀態(tài)。難 點(diǎn)應(yīng)力解除法與水壓致裂法測(cè)定巖體初始應(yīng)力場(chǎng)；巖體初始應(yīng)力分布狀態(tài)。基本要求1、識(shí) 記：原巖、原巖應(yīng)力、圍巖、圍巖應(yīng)力、次生應(yīng)力、自重應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力、應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)力解除法、應(yīng)變花、水壓致裂法、關(guān)閉壓力、凱塞聲發(fā)射法等。2、領(lǐng) 會(huì)：巖體自重應(yīng)力與構(gòu)造應(yīng)力各自產(chǎn)生的原因與鑒別等。3、簡(jiǎn)單應(yīng)用：巖體自重應(yīng)力的計(jì)算。 4、綜合應(yīng)用：應(yīng)力解除法（孔底應(yīng)力解除法、孔徑變形法、孔壁應(yīng)變法）與水壓致裂法測(cè)試原巖應(yīng)力的基本原理與工藝過(guò)程。 第5單元 巖體的本構(gòu)關(guān)系與強(qiáng)度理論 （6學(xué)時(shí)）知 識(shí) 點(diǎn)彈性體的本構(gòu)關(guān)系；塑性體本構(gòu)關(guān)系簡(jiǎn)介；粘性體

9、的本構(gòu)關(guān)系；巖石的強(qiáng)度理論。重 點(diǎn)彈性體的本構(gòu)關(guān)系；巖石的強(qiáng)度理論。難 點(diǎn)塑性體本構(gòu)關(guān)系簡(jiǎn)介；粘性體的本構(gòu)關(guān)系?；疽笞R(shí) 記：彈性本構(gòu)關(guān)系（物理方程、廣義虎克定律）、塑性本構(gòu)關(guān)系（Levy-Mises本構(gòu)關(guān)系、Prandtl-Reuss本構(gòu)關(guān)系、Hencky-伊柳辛本構(gòu)關(guān)系）、粘性（流變）本構(gòu)關(guān)系（Maxwell本構(gòu)關(guān)系、Kelvin本構(gòu)關(guān)系）、蠕變、應(yīng)力松弛、彈性后效、穩(wěn)定蠕變、非穩(wěn)定蠕變、長(zhǎng)期強(qiáng)度、流變模型、摩擦塊、阻尼器、最大伸長(zhǎng)應(yīng)變強(qiáng)度理論、Coulomb強(qiáng)度理論、強(qiáng)度曲線、Coulomb-Mohr強(qiáng)度理論、Griffith強(qiáng)度理論、裂紋擴(kuò)展、Teresca屈服準(zhǔn)則、Mises屈服準(zhǔn)

10、則、Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則等。領(lǐng) 會(huì)：彈性本構(gòu)關(guān)系，簡(jiǎn)單流變（粘性）本構(gòu)關(guān)系，各個(gè)強(qiáng)度理論與屈服準(zhǔn)則的基本觀點(diǎn)；了解塑性本構(gòu)關(guān)系和復(fù)雜的粘性本構(gòu)關(guān)系。簡(jiǎn)單應(yīng)用：最大伸長(zhǎng)應(yīng)變強(qiáng)度理論，Coulomb強(qiáng)度理論，Coulomb-Mohr強(qiáng)度理論，Griffith強(qiáng)度理論公式記憶與語(yǔ)言描述。綜合應(yīng)用：用最大伸長(zhǎng)應(yīng)變強(qiáng)度理論，Coulomb-Mohr強(qiáng)度理論或Griffith強(qiáng)度理論分析判定巖石或巖體的穩(wěn)定性。 第6單元 巖石地下工程 （11學(xué)時(shí)）知 識(shí) 點(diǎn)地下工程圍巖應(yīng)力分析；巷道圍巖穩(wěn)定性分析與壓力計(jì)算；巷道圍巖位移；圍巖壓力計(jì)算；豎井圍巖應(yīng)力計(jì)算及穩(wěn)定性分析。重 點(diǎn)圓形、橢圓形、矩形

11、巷道圍巖應(yīng)力分布規(guī)律；巷道圍巖穩(wěn)定性分析與壓力計(jì)算；支架位移與地壓關(guān)系，支架特性曲線，圍巖與支架共同作用原理；變形地壓、塊體位移地壓與松散體地壓；豎井圍巖應(yīng)力計(jì)算及穩(wěn)定性分析，臨界深度的確定。難 點(diǎn)巷道圍巖穩(wěn)定性分析與壓力計(jì)算；支架位移與地壓關(guān)系，支架特性曲線，圍巖與支架共同作用原理；變形地壓、塊體位移地壓與松散體地壓?；疽?、識(shí) 記：原巖應(yīng)力、圍巖應(yīng)力、側(cè)壓系數(shù)、應(yīng)力集中、軸比、等應(yīng)力軸比、脆性破壞、塑性破壞、剪切滑移體、巖性區(qū)、塑性區(qū)、松弛區(qū)、圍巖壓力、廣義地壓、狹義地壓、圍巖位移、圍巖變形、支架變形、支架特性曲線、似內(nèi)摩擦角、自然平衡拱、豎井臨界深度等。2、領(lǐng) 會(huì)：變形地壓的計(jì)算，石

12、根華塊體平衡理論，普氏理論，太沙基理論，豎井臨界深度等。3、簡(jiǎn)單應(yīng)用：圓形巷道圍巖應(yīng)力計(jì)算，橢圓形巷道圍巖應(yīng)力計(jì)算，石根華塊體平衡理論圍巖壓力計(jì)算、普氏理論圍巖壓力計(jì)算、太沙基理論圍巖壓力計(jì)算、豎井地壓與臨界深度確定計(jì)算。4、綜合應(yīng)用：矩形巷道圍巖應(yīng)力分布定性描述，支架特性曲線意義，支架與圍巖的相互作用關(guān)系，支架與圍巖相互作用關(guān)系，豎井圍巖應(yīng)力與臨界深度的計(jì)算確定。第7單元 采場(chǎng)地壓概論（4學(xué)時(shí)）知 識(shí) 點(diǎn)采場(chǎng)地壓及圍巖活動(dòng)的一般規(guī)律；采場(chǎng)地壓假說(shuō)；開(kāi)采空間極限跨度及礦柱、充填體的受力分析；采場(chǎng)地壓的控制方法；沖擊地壓（巖爆）及其控制。重 點(diǎn)由于一些理論尚不甚成熟，故本單元并未確定重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容

13、。難 點(diǎn)開(kāi)采空間極限跨度及礦柱、充填體的受力分析；采場(chǎng)地壓的控制方法；沖擊地壓（巖爆）及其控制?；疽?、識(shí) 記：上盤圍巖、下盤圍巖、移動(dòng)角、崩落角、變形地壓、松動(dòng)地壓、膨脹地壓、沖擊地壓（巖石彈射、巖爆）、充填、支撐、封堵、懸頂、控頂、放頂、礦柱、間柱、底柱、頂柱、拉應(yīng)力區(qū)、卸壓區(qū)、壓縮區(qū)、冒落帶、裂隙帶、彎曲帶、極限跨度等。 2、領(lǐng) 會(huì)：空區(qū)冒落與大地沉降的誘因與危害， 局部應(yīng)力與采場(chǎng)整體的關(guān)系等。3、簡(jiǎn)單應(yīng)用：采場(chǎng)局部地壓顯現(xiàn)的誘因與處理方案。4、綜合應(yīng)用：采場(chǎng)地壓顯現(xiàn)的綜合處理方式討論。第8單元 邊坡穩(wěn)定概述 （2學(xué)時(shí)）知 識(shí) 點(diǎn)邊坡的破壞形式及其影響因素；邊坡穩(wěn)定性分析；滑坡的防治

14、與檢測(cè)。重 點(diǎn)邊坡的破壞形式及其影響因素；邊坡穩(wěn)定性分析。難 點(diǎn)1、邊坡穩(wěn)定性分析?；疽?、識(shí) 記： 松動(dòng)、蠕動(dòng)、崩塌、滑坡、平面剪切滑動(dòng)、旋轉(zhuǎn)剪切滑動(dòng)、滑塌、巖塊流動(dòng)、巖層曲折、穩(wěn)定系數(shù)。2、領(lǐng) 會(huì)：邊坡穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算的理論依據(jù)。 3、簡(jiǎn)單應(yīng)用：平面滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算。 4、綜合應(yīng)用：非平面滑動(dòng)邊坡穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算。學(xué)時(shí)分配 知識(shí)單元理論學(xué)時(shí)1、緒論12、巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì) 63、巖體的力學(xué)性質(zhì)64、地應(yīng)力及其測(cè)量65、巖體的本構(gòu)關(guān)系與強(qiáng)度理論66、巖石地下工程11采場(chǎng)地壓概論4邊坡穩(wěn)定概論2合計(jì)42（二）實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)作用及目的 為使學(xué)生鞏固課堂所學(xué)巖石單軸抗壓強(qiáng)度、巖石抗

15、拉強(qiáng)度、巖石剪切強(qiáng)度和巖石應(yīng)力應(yīng)變特性等基本概念，培養(yǎng)學(xué)生測(cè)試巖石各種強(qiáng)度指標(biāo)與應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的基本技能，開(kāi)設(shè)如下實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生能力標(biāo)準(zhǔn) 實(shí)驗(yàn)前對(duì)于試件的描述與尺寸測(cè)量；實(shí)驗(yàn)中掌握儀器設(shè)備的操作，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；實(shí)驗(yàn)后數(shù)據(jù)處理；實(shí)驗(yàn)后試件描述，破壞機(jī)理分析；撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容、學(xué)時(shí)分配及實(shí)驗(yàn)類型1、必開(kāi)實(shí)驗(yàn)序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)類型(演示、驗(yàn)證、綜合、設(shè)計(jì)研究)組數(shù)每組學(xué)生人數(shù)1巖石抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)熟悉萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)巖石單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)試2綜合152巖石抗拉強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度試驗(yàn)巖石抗拉強(qiáng)度測(cè)試巖石剪切強(qiáng)度測(cè)試2綜合153巖石應(yīng)力應(yīng)變?cè)囼?yàn)巖石單軸壓縮狀態(tài)下應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的測(cè)試2綜合

16、152、選開(kāi)實(shí)驗(yàn)序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)類型(演示、驗(yàn)證、綜合、設(shè)計(jì)研究)組數(shù)每組學(xué)生人數(shù)1數(shù)值試驗(yàn)直墻拱形巷道圍巖應(yīng)力分布規(guī)律2設(shè)計(jì)222巖石節(jié)理面剪切試驗(yàn)巖石節(jié)理面在一定正應(yīng)力作用下剪切強(qiáng)度測(cè)試2設(shè)計(jì)153巖石聲波測(cè)試試驗(yàn)聲波測(cè)試巖石的波速2設(shè)計(jì)15主要儀器設(shè)備 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)、電阻應(yīng)變儀、RFPA數(shù)值計(jì)算軟件、計(jì)算機(jī)、直剪儀、聲波儀、其它輔助設(shè)備設(shè)施。四、教學(xué)方法與手段 理論課程以課堂教授為主，全面實(shí)施啟發(fā)式教學(xué)，具體形式包括討論式、案例式、設(shè)問(wèn)設(shè)答式、設(shè)問(wèn)不答式等；教學(xué)手段為PPT教學(xué)課件，輔助一定量的板書。五、考核要求、方式與成績(jī)?cè)u(píng)定考核要求：考試內(nèi)容需覆蓋各章節(jié)全部教學(xué)內(nèi)容，每單元的重點(diǎn)內(nèi)容即為考核重