《巖石力學(xué)教案》課件

巖石力學(xué)教案歡迎來(lái)到巖石力學(xué)課程。本課程將探討巖石的物理和力學(xué)性質(zhì)，以及它們?cè)诠こ虘?yīng)用中的重要性。課程簡(jiǎn)介巖石力學(xué)基礎(chǔ)探討巖石的物理和力學(xué)性質(zhì)，為工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。工程應(yīng)用學(xué)習(xí)如何將巖石力學(xué)原理應(yīng)用于實(shí)際工程問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)與分析通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，深入理解巖石行為。學(xué)習(xí)目標(biāo)1掌握基礎(chǔ)理論理解巖石力學(xué)的核心概念和原理2分析能力培養(yǎng)巖石力學(xué)問(wèn)題的分析和解決能力3工程應(yīng)用學(xué)會(huì)將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際工程項(xiàng)目4創(chuàng)新思維發(fā)展創(chuàng)新思維，解決復(fù)雜巖石力學(xué)問(wèn)題教學(xué)內(nèi)容安排1基礎(chǔ)知識(shí)巖石物理力學(xué)性質(zhì)、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、破壞準(zhǔn)則2理論深入彈性理論、塑性理論、流變特性、強(qiáng)度理論3性能分析抗壓、抗拉、抗剪、抗彎性能，孔隙及滲透性4特殊主題斷裂力學(xué)、疲勞性能、動(dòng)力特性、層理與節(jié)理5工程應(yīng)用穩(wěn)定性分析、變形分析、滲流分析、邊坡穩(wěn)定性巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)物理性質(zhì)巖石的密度、孔隙率、含水率等物理特性直接影響其力學(xué)行為。力學(xué)性質(zhì)包括強(qiáng)度、變形性、硬度等，決定巖石在受力狀態(tài)下的反應(yīng)。結(jié)構(gòu)特征巖石的礦物組成、粒度分布和結(jié)構(gòu)類型影響其整體性能。巖石的應(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，巖石可恢復(fù)原狀塑性階段應(yīng)力增加，應(yīng)變?cè)龃?，巖石產(chǎn)生永久變形破壞階段應(yīng)力達(dá)到極限，巖石結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞巖石的破壞準(zhǔn)則莫爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則基于剪切強(qiáng)度與正應(yīng)力的線性關(guān)系，廣泛應(yīng)用于巖石力學(xué)?；艨?布朗準(zhǔn)則考慮巖石完整性，適用于不同類型巖石的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則。格里菲斯準(zhǔn)則基于能量平衡理論，適用于脆性材料的破壞分析。德魯克-普拉格準(zhǔn)則考慮中間主應(yīng)力影響，適用于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的巖石。巖石的彈性理論彈性模量描述巖石抵抗彈性變形的能力，反映剛度特性。泊松比表示巖石橫向與軸向應(yīng)變的比值，反映變形特性。體積模量描述巖石抵抗體積變化的能力，與壓縮性相關(guān)。巖石的塑性理論1屈服條件定義巖石從彈性向塑性轉(zhuǎn)變的臨界狀態(tài)。2流動(dòng)法則描述塑性變形的發(fā)展方向和大小。3硬化規(guī)律表征塑性變形過(guò)程中屈服面的變化。4本構(gòu)方程建立應(yīng)力、應(yīng)變和時(shí)間之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。巖石的流變特性1彈性變形瞬時(shí)可恢復(fù)變形2黏彈性時(shí)間依賴的可恢復(fù)變形3黏塑性時(shí)間依賴的不可恢復(fù)變形4蠕變持續(xù)應(yīng)力下的長(zhǎng)期變形巖石的強(qiáng)度理論1最大主應(yīng)力理論適用于脆性材料，考慮最大主應(yīng)力達(dá)到極限強(qiáng)度。2最大剪應(yīng)力理論考慮剪切破壞，適用于塑性材料。3最大應(yīng)變能理論基于能量概念，適用于韌性材料。4莫爾強(qiáng)度理論綜合考慮正應(yīng)力和剪應(yīng)力，應(yīng)用廣泛。巖石的抗壓性能50-300MPa單軸抗壓強(qiáng)度巖石抵抗單軸壓縮的能力，因巖石類型而異。2-5強(qiáng)度增長(zhǎng)倍數(shù)三軸壓縮下強(qiáng)度增長(zhǎng)倍數(shù)，反映圍壓效應(yīng)。0.2-0.8泊松比橫向與軸向變形比，反映巖石變形特性。巖石的抗拉性能直接拉伸法直接測(cè)量巖石抗拉強(qiáng)度，但實(shí)驗(yàn)難度大。巴西劈裂法間接測(cè)量，通過(guò)徑向壓縮產(chǎn)生拉應(yīng)力。彎曲試驗(yàn)法通過(guò)彎曲梁產(chǎn)生拉應(yīng)力，適用于片狀巖石。巖石的抗剪性能直接剪切試驗(yàn)測(cè)量巖石在剪切面上的抗剪強(qiáng)度三軸剪切試驗(yàn)在不同圍壓下測(cè)量巖石的抗剪強(qiáng)度環(huán)剪試驗(yàn)適用于軟巖和土的剪切強(qiáng)度測(cè)定扭剪試驗(yàn)通過(guò)扭轉(zhuǎn)方式測(cè)量巖石抗剪強(qiáng)度巖石的抗彎性能彎曲強(qiáng)度巖石抵抗彎曲變形的能力，反映其抗彎性能。彎曲模量描述巖石在彎曲變形過(guò)程中的剛度特性。斷裂韌性巖石抵抗裂紋擴(kuò)展的能力，與抗彎性能密切相關(guān)。巖石的孔隙及滲透性孔隙率巖石中孔隙體積與總體積的比值，影響強(qiáng)度和滲透性。滲透系數(shù)描述流體通過(guò)巖石的難易程度，與孔隙結(jié)構(gòu)相關(guān)?？紫秹毫紫吨辛黧w壓力，影響巖石的有效應(yīng)力狀態(tài)。毛細(xì)作用小孔隙中液體上升現(xiàn)象，影響巖石中水分運(yùn)移。巖石的斷裂力學(xué)1裂紋起始微觀缺陷導(dǎo)致裂紋形成，應(yīng)力集中。2穩(wěn)定擴(kuò)展裂紋在外力作用下緩慢擴(kuò)展。3不穩(wěn)定擴(kuò)展裂紋快速擴(kuò)展，導(dǎo)致巖石斷裂。4完全破壞巖石結(jié)構(gòu)完全失效，喪失承載能力。巖石的疲勞性能1疲勞壽命巖石承受循環(huán)荷載直至失效的次數(shù)2疲勞強(qiáng)度巖石在特定循環(huán)次數(shù)下能承受的最大應(yīng)力3疲勞裂紋擴(kuò)展循環(huán)荷載下裂紋的生長(zhǎng)過(guò)程4疲勞損傷累積循環(huán)荷載導(dǎo)致的微觀結(jié)構(gòu)變化巖石的動(dòng)力特性波速測(cè)定測(cè)量巖石中聲波傳播速度，反映其動(dòng)態(tài)性質(zhì)。沖擊試驗(yàn)研究巖石在高應(yīng)變率下的力學(xué)響應(yīng)。振動(dòng)分析研究巖石在動(dòng)態(tài)荷載下的變形和破壞特性。巖石的層理與節(jié)理層理巖石沉積過(guò)程中形成的平行排列結(jié)構(gòu)，影響巖體強(qiáng)度和變形性。節(jié)理巖石中的裂隙，降低巖體整體強(qiáng)度，增加滲透性。影響因素層理和節(jié)理的方向、間距和連續(xù)性對(duì)巖體力學(xué)性質(zhì)影響顯著。巖石的構(gòu)造地質(zhì)特征褶皺巖層彎曲變形，影響巖體穩(wěn)定性和應(yīng)力分布。斷層巖體錯(cuò)動(dòng)形成的不連續(xù)面，是重要的工程地質(zhì)問(wèn)題。節(jié)理系統(tǒng)多組節(jié)理的空間分布，決定巖體的整體力學(xué)行為。巖脈侵入巖漿侵入形成的構(gòu)造，改變局部巖體性質(zhì)。應(yīng)力分析在巖土工程中的應(yīng)用初始應(yīng)力場(chǎng)分析確定巖體原有應(yīng)力狀態(tài)開(kāi)挖引起的應(yīng)力重分布預(yù)測(cè)工程擾動(dòng)后的應(yīng)力變化支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)，確保工程安全動(dòng)態(tài)應(yīng)力分析評(píng)估地震、爆破等動(dòng)載作用巖土體穩(wěn)定性分析理論極限平衡法基于力平衡原理，計(jì)算安全系數(shù)。強(qiáng)度折減法通過(guò)降低強(qiáng)度參數(shù)，尋找失穩(wěn)臨界狀態(tài)。有限元法考慮應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，模擬變形過(guò)程。概率分析法考慮參數(shù)不確定性，評(píng)估失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。巖土體變形分析理論1彈性理論適用于小變形分析，計(jì)算簡(jiǎn)單。2彈塑性理論考慮塑性變形，更接近實(shí)際情況。3流變理論分析長(zhǎng)期變形，考慮時(shí)間效應(yīng)。4損傷力學(xué)考慮材料劣化，預(yù)測(cè)破壞過(guò)程。巖土體滲流分析理論達(dá)西定律描述低速層流滲流，是滲流分析基礎(chǔ)。有限差分法數(shù)值求解滲流方程，適用于復(fù)雜邊界條件。流網(wǎng)法圖解法分析二維穩(wěn)定滲流問(wèn)題。巖土體抗剪強(qiáng)度分析理論1莫爾-庫(kù)侖理論廣泛應(yīng)用的線性強(qiáng)度準(zhǔn)則2非線性強(qiáng)度準(zhǔn)則考慮應(yīng)力水平對(duì)強(qiáng)度參數(shù)的影響3臨界狀態(tài)理論考慮體積變化對(duì)強(qiáng)度的影響4統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度理論考慮材料強(qiáng)度的離散性邊坡穩(wěn)定性理論及其應(yīng)用1極限平衡法計(jì)算邊坡安全系數(shù)，廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐。2數(shù)值分析法模擬邊坡變形過(guò)程，預(yù)測(cè)失穩(wěn)機(jī)制。3可靠度分析考慮參數(shù)不確定性，評(píng)估邊坡失穩(wěn)概率。4監(jiān)測(cè)預(yù)警通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)邊坡不穩(wěn)定跡象?；又ёo(hù)理論及其應(yīng)用土壓力理論計(jì)算作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向土壓力，是設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括擋土墻、地下連續(xù)墻、鋼板樁等，保證基坑穩(wěn)定。降水與防滲控制地下水，避免基坑涌水和管涌問(wèn)題。隧道工程中的巖石力學(xué)問(wèn)題1圍巖分類評(píng)估圍巖穩(wěn)定性，指導(dǎo)支護(hù)設(shè)計(jì)2支護(hù)設(shè)計(jì)確保隧