課程《巖石力學(xué)》課件（全）

巖石力學(xué)歡迎來(lái)到《巖石力學(xué)》精品課程。本課程將深入探討巖石的力學(xué)性質(zhì)、應(yīng)力分析和工程應(yīng)用，為您打開(kāi)地球科學(xué)的奧秘之門(mén)。課程教學(xué)目標(biāo)理論知識(shí)掌握深入理解巖石力學(xué)基本概念和理論，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)熟練掌握巖石力學(xué)試驗(yàn)方法，提高實(shí)踐操作能力。工程應(yīng)用能力培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際巖石工程問(wèn)題的能力，為未來(lái)職業(yè)發(fā)展做準(zhǔn)備。課程內(nèi)容大綱1基礎(chǔ)知識(shí)巖石概念、特性、組成與結(jié)構(gòu)2力學(xué)性質(zhì)應(yīng)力應(yīng)變、彈性塑性行為、破壞準(zhǔn)則3工程應(yīng)用穩(wěn)定性分析、支護(hù)設(shè)計(jì)、開(kāi)挖工程等4實(shí)踐案例工程案例分析、巖土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巖石的概念與特性定義巖石是組成地球固體圈的天然礦物集合體，具有特定的物理化學(xué)性質(zhì)。形成過(guò)程巖石通過(guò)火成、沉積和變質(zhì)作用形成，決定了其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。主要特性巖石具有非均質(zhì)性、各向異性、不連續(xù)性和時(shí)效性等特點(diǎn)。巖石的組成與結(jié)構(gòu)礦物組成巖石由各種礦物顆粒組成，常見(jiàn)礦物包括石英、長(zhǎng)石、云母等。結(jié)構(gòu)類型巖石結(jié)構(gòu)分為晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、碎屑結(jié)構(gòu)和非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)等。構(gòu)造特征巖石構(gòu)造包括層理、節(jié)理、裂隙等，影響巖石的力學(xué)性質(zhì)。巖石的力學(xué)性質(zhì)強(qiáng)度巖石抵抗外力破壞的能力，包括抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等。彈性巖石在外力作用下發(fā)生變形并能恢復(fù)的性質(zhì)。塑性巖石在外力作用下產(chǎn)生永久變形的性質(zhì)。破裂性巖石在外力作用下產(chǎn)生裂紋并最終破壞的性質(zhì)。應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力定義單位面積上的作用力，表示為σ。應(yīng)變定義物體在外力作用下的相對(duì)變形，表示為ε。應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系反映巖石在外力作用下的力學(xué)行為。巖石的彈性行為1胡克定律2彈性模量3泊松比4體積模量巖石的彈性行為遵循胡克定律，通過(guò)彈性模量、泊松比和體積模量等參數(shù)來(lái)描述。巖石的塑性行為1屈服點(diǎn)2塑性變形3應(yīng)力松弛4蠕變巖石的塑性行為包括屈服、塑性變形、應(yīng)力松弛和蠕變等現(xiàn)象，是巖石工程中的重要考慮因素。巖石破壞準(zhǔn)則1最大主應(yīng)力理論當(dāng)最大主應(yīng)力達(dá)到巖石抗拉強(qiáng)度時(shí)，巖石發(fā)生破壞。2莫爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則考慮剪應(yīng)力和正應(yīng)力的綜合作用。3霍克-布朗準(zhǔn)則針對(duì)完整巖石和巖體的經(jīng)驗(yàn)性破壞準(zhǔn)則。4格里菲斯理論基于能量平衡的巖石斷裂理論。巖石力學(xué)試驗(yàn)單軸壓縮試驗(yàn)測(cè)定巖石的抗壓強(qiáng)度和彈性模量。三軸壓縮試驗(yàn)研究巖石在三維應(yīng)力狀態(tài)下的力學(xué)性質(zhì)。直接剪切試驗(yàn)測(cè)定巖石的抗剪強(qiáng)度和內(nèi)摩擦角。巖石的可變性物理可變性巖石在溫度、濕度等物理因素作用下的性質(zhì)變化?；瘜W(xué)可變性巖石與水、空氣等介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的性質(zhì)變化。力學(xué)可變性巖石在長(zhǎng)期應(yīng)力作用下的強(qiáng)度和變形特性變化。應(yīng)力狀態(tài)分析主應(yīng)力三個(gè)互相垂直的主應(yīng)力方向，分別為σ1、σ2和σ3。應(yīng)力橢球描述三維應(yīng)力狀態(tài)的幾何表示方法。莫爾圓用于分析平面應(yīng)力狀態(tài)的圖解方法。應(yīng)力不變量與坐標(biāo)系選擇無(wú)關(guān)的應(yīng)力狀態(tài)描述參數(shù)。應(yīng)力測(cè)量方法鉆孔法通過(guò)測(cè)量鉆孔變形來(lái)推算巖體應(yīng)力。水壓破裂法利用高壓水使巖石破裂來(lái)測(cè)定應(yīng)力。聲發(fā)射法分析巖石聲發(fā)射信號(hào)來(lái)評(píng)估應(yīng)力狀態(tài)。應(yīng)變釋放法測(cè)量巖石切割后的應(yīng)變來(lái)反推原始應(yīng)力。應(yīng)力場(chǎng)分析1數(shù)據(jù)收集收集地質(zhì)、地形和工程條件等相關(guān)數(shù)據(jù)。2模型建立建立反映實(shí)際情況的地質(zhì)力學(xué)模型。3計(jì)算分析使用有限元等數(shù)值方法進(jìn)行應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算。4結(jié)果評(píng)估分析計(jì)算結(jié)果，評(píng)估工程影響和風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系彈性階段應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系，遵循胡克定律。屈服階段應(yīng)力增加，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)加快，開(kāi)始出現(xiàn)永久變形。塑性階段應(yīng)變迅速增加，巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。破壞階段應(yīng)力達(dá)到極限值，巖石發(fā)生破壞。穩(wěn)定性分析1安全系數(shù)法2極限平衡法3數(shù)值模擬法4概率統(tǒng)計(jì)法巖石工程穩(wěn)定性分析常用方法包括安全系數(shù)法、極限平衡法、數(shù)值模擬法和概率統(tǒng)計(jì)法等。支護(hù)設(shè)計(jì)理論圍巖分級(jí)根據(jù)巖石質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)圍巖進(jìn)行分級(jí)。支護(hù)選型根據(jù)圍巖級(jí)別選擇適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)類型和參數(shù)。受力分析分析支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力情況和變形特征。優(yōu)化設(shè)計(jì)通過(guò)數(shù)值分析和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)優(yōu)化支護(hù)方案。開(kāi)挖工程分析開(kāi)挖方法包括鉆爆法、機(jī)械開(kāi)挖和新奧法等，根據(jù)巖石特性選擇。應(yīng)力重分布分析開(kāi)挖引起的圍巖應(yīng)力重分布，預(yù)測(cè)變形和破壞。穩(wěn)定控制采取支護(hù)、錨固等措施確保開(kāi)挖過(guò)程和后期穩(wěn)定性。注漿加固理論1漿液配制2注漿工藝3擴(kuò)散機(jī)理4加固效果注漿加固是提高巖體強(qiáng)度和整體性的重要方法，涉及漿液配制、注漿工藝、擴(kuò)散機(jī)理和加固效果評(píng)估等方面。爆破施工分析炸藥選擇根據(jù)巖石特性和環(huán)境要求選擇合適的炸藥。鉆孔布置設(shè)計(jì)最優(yōu)的鉆孔參數(shù)和布置方案。起爆順序確定合理的起爆順序，控制爆破效果。震動(dòng)控制分析和控制爆破引起的地震效應(yīng)。巖體勘查與評(píng)價(jià)1地質(zhì)調(diào)查收集區(qū)域地質(zhì)資料，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查。2鉆探取芯進(jìn)行鉆探取芯，獲取巖石樣品和地質(zhì)信息。3物探測(cè)試?yán)玫厍蛭锢矸椒ㄌ綔y(cè)巖體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。4室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)巖石樣品進(jìn)行各種力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)。工程案例分析三峽工程分析大壩基礎(chǔ)巖體穩(wěn)定性和滲流控制。港珠澳大橋研究海底隧道段巖土工程問(wèn)題。青藏鐵路探討高原凍土地區(qū)巖石工程特殊性。開(kāi)采工藝選擇露天開(kāi)采適用于淺層礦床，考慮邊坡穩(wěn)定性和臺(tái)階參數(shù)設(shè)計(jì)。地下開(kāi)采適用于深層礦床，重點(diǎn)分析頂板穩(wěn)定性和支護(hù)設(shè)計(jì)。溶浸開(kāi)采適用于特定礦種，分析巖體滲透性和環(huán)境影響。海底開(kāi)采新興領(lǐng)域，研究海底巖石力學(xué)特性和開(kāi)采技術(shù)?；蛹斑吰略O(shè)計(jì)穩(wěn)定性分析評(píng)估基坑和邊坡的整體穩(wěn)定性，計(jì)算安全系數(shù)。支護(hù)方案設(shè)計(jì)錨桿、抗滑樁等支護(hù)結(jié)構(gòu)，確保施工安全。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置位移、應(yīng)力等監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)掌握工程狀態(tài)。地下洞室設(shè)計(jì)1形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)合理的洞室斷面形狀，減少應(yīng)力集中。2圍巖分級(jí)評(píng)估圍巖質(zhì)量，確定支護(hù)參數(shù)。3支護(hù)設(shè)計(jì)采用錨桿、噴射混凝土等支護(hù)措施。4監(jiān)測(cè)方案制定長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)計(jì)劃，保障洞室安全。軟弱圍巖處理注漿加固通過(guò)注漿提高軟弱巖體的強(qiáng)度和整體性。凍結(jié)法利用人工凍結(jié)技術(shù)暫時(shí)增強(qiáng)軟弱巖體強(qiáng)度。疏干降水降低地下水位，改善軟弱巖體工程性質(zhì)。加強(qiáng)支護(hù)采用更強(qiáng)支護(hù)措施，如管棚、超前小導(dǎo)管等。巖土結(jié)構(gòu)破壞1破壞模式2誘發(fā)因素3預(yù)警機(jī)制4防治措施分析巖土結(jié)構(gòu)破壞的模式、誘發(fā)因素，建立預(yù)警機(jī)制，并制定有效的防治措施是巖石工程中的重要內(nèi)容。地應(yīng)力測(cè)試技術(shù)水壓破裂法通過(guò)高壓水壓裂巖石，測(cè)量地應(yīng)力大小和方向。應(yīng)變釋放法測(cè)量巖芯回收后的應(yīng)變，反推原地應(yīng)力狀態(tài)。聲發(fā)射法分析巖石