巖石力學課程Chapter1

本課程的教學內(nèi)容

Contents第一章緒論第二章巖石的物理性狀（性質(zhì)）第三章巖石的強度第四章巖石的變形第五章巖體天然應力與洞室圍巖的應力分布第六章山巖壓力與圍巖穩(wěn)定性第七章巖基應力及穩(wěn)定分析第八章巖坡穩(wěn)定分析中間穿插專題討論及教學錄像第一頁，共50頁。第一頁，共50頁。本節(jié)內(nèi)容——Next巖石力學研究的對象及特點巖石力學研究的主要內(nèi)容巖石力學的研究方法同時，我們將通過一個大型水電工程宣傳片，使同學們對巖石力學與水電工程的關(guān)系有一個較為形象的認識。第二頁，共50頁。第二頁，共50頁。第一章緒論

Chapter1Introduction

第三頁，共50頁。第三頁，共50頁。對象：巖石—對象—巖石材料—地殼中堅硬的部分；方法：力學的觀點、理論、方法綜合：巖石力學就是用力學的理論，觀點和方法去研究巖石材料的力學行為及其工程應用的學科。（實際上也稱為“巖體力學”，是水利學科的一個重要分支學科）1.1.1巖石力學的概念§1.1巖石力學研究的對象及特點作為力學的一個分支，巖石力學主要解決水利、土木工程等建設中的巖石工程問題，它是一門新興的,與有關(guān)學科相互交叉的工程學科,需要應用數(shù)學、固體力學、流體力學、地質(zhì)學、土力學、土木工程學等知識，并與這些學科相互滲透。第四頁，共50頁。第四頁，共50頁。a、既古老，又年輕

1.1.2巖石力學的特點

1）研究的廣泛性古老：舊石器時期(巖石作為生產(chǎn)工具)，利用石器生活場所及宗教建筑等(洞穴、房屋、橋梁<趙州橋>、都江堰、埃及金字塔、巴比倫人的“空中花園”等)；§1.1巖石力學研究的對象及特點年輕：從20世紀40年代開始（美國，法國，意大利、中國修建了大量的巖體工程）。第五頁，共50頁。第五頁，共50頁。1.1.2巖石力學的特點§1.1巖石力學研究的對象及特點人類最早接觸和最早使用的材料：舊、中、新石器時代的標志是人類使用巖土材料的水平；土與文化：幾大古文明中人類起源的傳說：不約而同地認為人是上帝（神）用土創(chuàng)造的；表土與人類文明：人類的幾大古文明的發(fā)生與衰落;土地與農(nóng)業(yè)：“普天之下，莫非王土”－權(quán)力與財富；朝代的更替；農(nóng)民戰(zhàn)爭農(nóng)業(yè)文明－土與水目前名川大河的中下游，土層深厚—形成農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟、文化、政治中心海洋文化：三角洲文明（交通與信息）巖土與哲學的天然聯(lián)系。巖土與哲學的關(guān)系第六頁，共50頁。第六頁，共50頁?！?.1巖石力學研究的對象及特點第七頁，共50頁。第七頁，共50頁?！?.1巖石力學研究的對象及特點20世紀下半葉發(fā)生了3次震驚水利水電工程界的重大工程事故：法國Malpasset雙曲拱壩潰壩；意大利Vajout雙曲拱壩近壩庫區(qū)左岸發(fā)生2.5億m3的大滑坡；美國Teton土壩在巖基壩段潰決。大大促進了巖石力學的發(fā)展。第八頁，共50頁。第八頁，共50頁?！?.1巖石力學研究的對象及特點第九頁，共50頁。第九頁，共50頁?！?.1巖石力學研究的對象及特點第十頁，共50頁。第十頁，共50頁?！?.1巖石力學研究的對象及特點在我國：1958年，三峽巖基組成立并著手開始三峽壩區(qū)巖石力學的研究；1970年，萬里長江第一壩——葛洲壩水電站修建時，成立的專門的巖石力學研究機構(gòu)；………………近年來，隨著大量礦山、交通、國防、水電工程的修建，從事巖石力學研究的科技人員大幅增加，大大促進了巖石力學學科的發(fā)展，我國的巖石力學工作者在世界巖石力學領(lǐng)域也逐漸占有一席之地，如我國的馮夏庭教授。1979年，中國（CRSM）加入國際巖石力學學會ISRM；第十一頁，共50頁。第十一頁，共50頁。1.1.2巖石力學的特點

1）研究的廣泛性水電——三峽、二灘、溪洛渡、錦屏、龍灘；（圖示）鐵道——長隧道、大型橋梁、邊坡；公路——隧道、路堤等；冶金——礦山開采；建筑——大跨度地下商業(yè)中心，建筑物基礎，城市地鐵；b、跨行業(yè)

§1.1巖石力學研究的對象及特點NEXT第十二頁，共50頁。第十二頁，共50頁?！?.1巖石力學研究的對象及特點第十三頁，共50頁。第十三頁，共50頁?！?.1巖石力學研究的對象及特點中國第二大水電站，壩高278m第十四頁，共50頁。第十四頁，共50頁?！?.1巖石力學研究的對象及特點世界上最高的混凝土雙曲拱壩，最大壩高305m第十五頁，共50頁。第十五頁，共50頁。§1.1巖石力學研究的對象及特點第十六頁，共50頁。第十六頁，共50頁。§1.1巖石力學研究的對象及特點第十七頁，共50頁。第十七頁，共50頁?！?.1巖石力學研究的對象及特點第十八頁，共50頁。第十八頁，共50頁。§1.1巖石力學研究的對象及特點第十九頁，共50頁。第十九頁，共50頁?！?.1巖石力學研究的對象及特點第二十頁，共50頁。第二十頁，共50頁。§1.1巖石力學研究的對象及特點中國第三大水電站，三項世界之最——1、規(guī)模最大的地下廠房。廠房長３８８.５m，寬２８.５m，高７６.４m。2、最高的碾壓混凝土大壩。最大壩高２１６.５m，壩頂長８３２m，壩體混凝土方量７３６萬立方米。3、提升高度最高的升船機。全長１８００多m，最大提升高度１７９m。第二十一頁，共50頁。第二十一頁，共50頁。§1.1巖石力學研究的對象及特點伊泰普Itaipu大壩（巴西和巴拉圭）原世界第一，現(xiàn)世界第二大水電站！第二十二頁，共50頁。第二十二頁，共50頁?！?.1巖石力學研究的對象及特點美國胡佛大壩（HooverDam）美國大古力GrandCoulee電站Return第二十三頁，共50頁。第二十三頁，共50頁。1.1.2巖石力學的特點

2）研究對象的復雜性

a、組成巖石——地質(zhì)體（單獨的力學性質(zhì)+耦合效應）；巖塊、結(jié)構(gòu)面→組合形成；塊狀結(jié)構(gòu)、破碎結(jié)構(gòu)、離散結(jié)構(gòu)

RockandRockMass

b、背景地質(zhì)力學環(huán)境的復雜性（地應力、地下水、物理、化學作用等）§1.1巖石力學研究的對象及特點第二十四頁，共50頁。第二十四頁，共50頁。1.1.2巖石力學的特點

3）工程應用性（實踐性）非常強

4）社會經(jīng)濟效益顯著如：“七五”攻關(guān)期間，我校聯(lián)合成勘院、清華大學聯(lián)合開展“二灘壩基可利用巖體研究”，節(jié)約投資7000多萬；獲得了國家科技進步一等獎；§1.1巖石力學研究的對象及特點巖石力學是伴隨工程的應用而發(fā)展起來的，沒有實際的工程就沒有巖石力學發(fā)展的社會需求，反過來，巖石力學理論的發(fā)展又進一步提高了工程的科技含量，促進了工程的安全性，經(jīng)濟型等第二十五頁，共50頁。第二十五頁，共50頁?！?.2巖石力學的基本內(nèi)容水電工程中的三大應用：基礎（壩基、壩肩）工程、邊坡工程（天然、工程開挖）、地下洞室（隧洞、廠房等）、基本理論材料實驗工程應用三大部分巖體地應力巖體的強度巖體的變形裂隙水力學第二十六頁，共50頁。第二十六頁，共50頁?！?.3巖石力學的研究方法物理模擬→數(shù)學模型→理論分析→巖石物理力學性質(zhì)常規(guī)實驗，地質(zhì)力學模型試驗；如：有限元FEM、離散元DEM、邊界元BEM等數(shù)值模擬分析；用新的力學分支，理論研究巖石力學問題(分形力學、神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法、耦合分析等)；第二十七頁，共50頁。第二十七頁，共50頁?！?.3巖石力學的研究方法第二十八頁，共50頁。第二十八頁，共50頁?！?.3巖石力學的研究方法第二十九頁，共50頁。第二十九頁，共50頁?！?.3巖石力學的研究方法第三十頁，共50頁。第三十頁，共50頁?！?.4現(xiàn)代巖石力學研究及發(fā)展趨勢一、應用巖石力學——環(huán)境安全和控制1、環(huán)境保護（環(huán)境巖土工程）2、存貯和棄置第三十一頁，共50頁。第三十一頁，共50頁?！?.4現(xiàn)代巖石力學研究及發(fā)展趨勢一、應用巖石力學——環(huán)境安全和控制3、天然巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性巖體表面開挖第三十二頁，共50頁。第三十二頁，共50頁?！?.4現(xiàn)代巖石力學研究及發(fā)展趨勢一、應用巖石力學——環(huán)境安全和控制4、隧道工程第三十三頁，共50頁。第三十三頁，共50頁?！?.4現(xiàn)代巖石力學研究及發(fā)展趨勢一、應用巖石力學——環(huán)境安全和控制5、采礦工程第三十四頁，共50頁。第三十四頁，共50頁?！?.4現(xiàn)代巖石力學研究及發(fā)展趨勢一、應用巖石力學——環(huán)境安全和控制6、地下洞室第三十五頁，共50頁。第三十五頁，共50頁?！?.4現(xiàn)代巖石力學研究及發(fā)展趨勢一、應用巖石力學——環(huán)境安全和控制7、石油工程8、巖基工程第三十六頁，共50頁。第三十六頁，共50頁。§1.4現(xiàn)代巖石力學研究及發(fā)展趨勢二、力學現(xiàn)象與溫度、水力和化學現(xiàn)象的耦合1、室內(nèi)實驗——壓縮2、室內(nèi)實驗——抗剪第三十七頁，共50頁。第三十七頁，共50頁?！?.4現(xiàn)代巖石力學研究及發(fā)展趨勢二、力學現(xiàn)象與溫度、水力和化學現(xiàn)象的耦合3、巖體水力特性與力學耦合現(xiàn)象的實驗第三十八頁，共50頁。第三十八頁，共50頁。§1.4現(xiàn)代巖石力學研究及發(fā)展趨勢二、力學現(xiàn)象與溫度、水力和化學現(xiàn)象的耦合4、巖體行為模擬5、其它第三十九頁，共50頁。第三十九頁，共50頁?！?.4現(xiàn)代巖石力學研究及發(fā)展趨勢三、巖石動力學和抗震技術(shù)1、天然地震和誘發(fā)地震2、巖爆第四十頁，共50頁。第四十頁，共50頁。§1.4現(xiàn)代巖石力學研究及發(fā)展趨勢三、巖石動力學和技術(shù)3、地應力4、巖石爆破第四十一頁，共50頁。第四十一頁，共50頁?！?.4現(xiàn)代巖石力學研究及發(fā)展趨勢三、巖石動力學和技術(shù)5、巖石切割和鉆孔6、巖石爆破第四十二頁，共50頁。第四十二頁，共50頁?！?.4現(xiàn)代巖石力學研究及發(fā)展趨勢四、野外實驗和測量與監(jiān)測1、實驗技術(shù)第四十三頁，共50頁。第四十三頁，共50頁?！?.4現(xiàn)代巖石力學研究及發(fā)展趨勢四、野外實驗和測量與監(jiān)測2、巖石和巖體性質(zhì)的測定第四十四頁，共50頁。第四十四頁，共50頁。§1.4現(xiàn)代巖石力學研究及發(fā)展趨勢3、監(jiān)測、長期測量和風險評價4、巖石錨固效果監(jiān)測四、野外實驗和測量與監(jiān)測第四十五頁，共50頁。第四十五頁，共50頁。§1.4現(xiàn)代巖石力學研究及發(fā)展趨勢五、國際及國內(nèi)巖石力學的發(fā)展趨勢第四十六頁，共50頁。第四十六頁