巖石力學課程論文+總結

1、巖石力學課程論文主要前沿方向和實驗方法分析學院班級 學號 姓名通過6周的巖石力學課程的學習，對巖石力學以及巖土工程的相關方面有 了粗略的了解。首先，巖石力學是研究巖石的力學性態(tài)的理論和應用的科學，是 探討巖石對其周圍物理環(huán)境中力場反應的學科，是一門應用型基礎學科。通過對 巖石力學性態(tài)的理論和實驗研究，解決巖土工程領域的破壞和穩(wěn)定問題。主要的 研究方法圍繞工程地質研究方法、數(shù)學和力學分析法以及綜合評價法展開，衍生 出各種應用手段和實驗方法，較好的解決了巖土工程中所遇到的相關問題。例如，在很多工程建設中，會遇到巖石邊坡。如公路或鐵路的路塹邊坡，露 天開采的礦山邊坡，水利水電工程中的庫岸邊坡，渠道邊

2、坡，隧洞進出口邊坡等 等。為某些工程邊坡，邊坡穩(wěn)定問題是工程建設中經常遇到的問題之一。眾所周 知，巖體常被各種方位的地質結構面切割成不同形狀的塊體。因此，工程實踐中 所遇到的巖坡，多為巖塊所組成。在一般情況下，結構面的強度遠低于完整巖體 的強度，巖坡中結構面的規(guī)模、性質及其組合方式在很大程度上決定著巖坡失穩(wěn) 時的破壞形式。結構面的形狀或性質稍有改變，則巖坡的穩(wěn)定性將會受到顯著的 影響。巖坡的失穩(wěn)情況，按其破壞方式主要可分為崩塌與滑坡兩種。1、崩塌是 指塊狀巖體與巖坡分離向前翻滾而下，其特點是：在崩塌過程中，巖體中無明顯 滑移面，同時下落巖塊或未經阻擋而直接墜落于坡腳；或于斜坡上滾翻，滑移， 碰

3、撞，最后堆積于坡腳。2、滑坡滑坡是指巖體在重力作用下，沿坡內軟弱結構 面產生整體滑動，其滑動面往往深入坡體內部，有時甚至延伸到坡腳以下。邊坡 實際的破壞形式是很復雜的，除上述兩種主要破壞形式外，還有介于崩塌與滑坡 之間的坍滑以及傾倒、剝落等破壞形式，有時也可能出現(xiàn)以某種破壞方式為主， 有其他若干破壞形式的綜合破壞。特別是含有軟弱結構面的高邊坡工程，其失穩(wěn) 是一個漸進累積到突發(fā)破壞的過程。對巖石流變力學特性和流變模型的研究能夠較好地描述巖石的粘彈塑性性質，修正從流變試驗數(shù)據(jù)進行模型辯識和參數(shù)擬合 的方法，并對高邊坡的穩(wěn)定性狀況作出合理的評價。變形穩(wěn)定是巖石高邊坡安全 穩(wěn)定的一個重要方面，了解邊坡

4、在不同時期的變形狀態(tài)對于評價邊坡的安全穩(wěn)定 性具有重要的意義。安全監(jiān)測作為正確評價邊坡安全狀態(tài)變化過程的手段，在巖 石高邊坡工程中逐步得到廣泛的應用。由于邊坡問題的復雜性，深入開展對邊坡 安全監(jiān)控理論和方法的研究，系統(tǒng)的分析所獲得的監(jiān)測信息顯得十分重要。隨著水電建設、交通運輸、軍工建設、礦工開發(fā)等的發(fā)展，地下結構工程越 來越多，規(guī)模也越來越大，深入研究地下結構，并將其用于解決實際工程問題， 具有重要的意義。人類對地下結構的認識經歷了一個漫長的過程，從天然洞穴， 到人工地下洞室，在觀察、體驗和推理中，逐步加深了對地下結構工程特性的認 識，隨著計算機技術的發(fā)展，利用有限元等方法更為精確地模擬地下結

5、構物以及 圍巖特征成為可能。巖石地下結構即埋置于巖層內部的機構，如水工建筑物中的隧洞、鐵路及公 路建筑中的隧道。修建時，首先按照要求在巖層中挖掘洞室，然后巖洞室周邊修 建永久性支護結構一一襯砌。襯砌主要起承重和維護兩方面作用，承重，即承受 圍巖壓力、結構自重以及其他荷載作用；維護，即防止圍巖風華、崩塌，防水、 防潮等。作為地下結構，襯砌在計算理論上與一般地表結構有很大區(qū)別，圍巖不僅作 為何在作用在襯砌上，而且約束其變形和位移，這種約束作用對襯砌計算有很大 影響。目前工程上一般采用荷載結構法或地層結構法，且假定襯砌為線彈性體來 計算內力，按規(guī)模公式計算鋼筋用量和驗算裂縫寬度。然后當結構處于承載能

6、力 極限狀態(tài)時，裂縫已極大地開展，剛度發(fā)生變化，由于在受力前襯砌和圍巖之間 往往存在縫隙，這時的襯砌受力狀態(tài)與按線彈性體計算得到內力會有很大不同。因而將襯砌假定為線彈性體計算得到的內力作為配筋依據(jù)是不合適的。其次規(guī)范 中的裂縫寬度計算公式是根據(jù)表面無約束構件的實驗數(shù)據(jù)得到，其受力變形特征 與襯砌結構有較大不同，應用規(guī)范公式計算得到的襯砌裂縫寬度往往會大于實際 值，即應用規(guī)范公式計算襯砌裂縫寬度也是不合適的。隨著巖石力學的發(fā)展，人們逐漸認識到，巖石的物理力學性質不僅有別于其 它工程材料，而且與土或混凝土材料也存在較明顯的差異。而近年來，損傷力學 的發(fā)展為巖石材料的非彈性性質和破壞機理給出了一種可

7、資借鑒的解釋模式。人 們已習慣稱巖石為有初始損傷的材料，并采用某些特征參數(shù)來合理地描述巖石內 部缺陷的分布狀態(tài)。由于巖石材料的特殊性，即使在彈性狀態(tài)下，也屬于非線性 問題。很多研究表明：巖石的非彈性變形就是由于其內部大量微裂紋的產生和發(fā) 展造成的。目前國際上已經開始從巖石的細觀尺度出發(fā)來研究其宏觀的損傷與斷 裂問題。隨著電子計算機的飛速發(fā)展和計算技術的逐步完善，對巖石強度理論和 本構關系提出了更高的要求，以便更真實地描述巖石力學特征，求解復雜的工程 巖石力學問題。在水利工程中，巖體是一個復雜的地質體，它的強度不僅與組成 巖體的巖石性質有關，而且與巖體內的軟弱結構面（節(jié)理、裂隙、層理、斷層等）

8、有關，此外還與巖體所受應力狀態(tài)有關。軟弱結構面常常是巖體最薄弱的地方， 幾組軟弱結構面可以將巖體分割成各種形狀和大小不同的巖塊。巖體的強度決定 于這些巖塊的強度和結構面的強度。當然，巖塊本身也有一些微結構面（細微裂 隙），但這些微結構面甚?。ㄈ庋鄄灰子X察），一般對試件強度影響甚微。通常所講 的巖石強度，一般是指巖石試件的強度，它實際上代表巖體內巖塊的強度。21世紀將是人類開發(fā)利用地下空間的世紀，埋深大、地應力高的越嶺、跨海工程越來越多，這為地下工程建設中經常遇到的世界性地質災害巖爆的發(fā) 生提供了廣闊的空間。巖爆可使水電洞室、交通隧道、礦山巷道等遭受破壞，損 壞生產設備，威脅工程人員的人生安全。

9、因此，加強對巖爆的發(fā)生機理、預測及 防治的研究，不僅對地質災害學術發(fā)展起到推動作用，而且具有較高的社會經濟 效益。而預防巖爆的形成原因，就必須分析巖爆的主要影響因素、機理，提出了 巖爆的數(shù)值計算方法。進而討論地應力、巖性、巖體結構、埋深等因素對巖爆產 生概率的影響，將巖爆的影響因素歸納為巖石應力狀態(tài)和巖性條件兩類。通過室 內常規(guī)三軸卸荷等試驗方法，分析不同卸荷方式下巖石破壞的力學特征。最后， 從數(shù)值分析角度出發(fā)，采用有限單元法進行巖爆計算的原理，提出考慮隧洞開挖 卸荷作用的有限元計算方法，模擬開挖的計算更能反映實際洞周圍巖的應力分 布，在預測巖爆發(fā)生的烈度、深度和寬度方面，計算結果更準確。溫度

10、作用下巖石的熱力耦合效應理論研究是巖石力學研究中的新領域。在高 放射性核廢料的地層深埋處置、大都市圈的大深度地下空間開發(fā)利用、深部采礦、 地熱資源和石油資源的開發(fā)利用等工程中經常遇到的受高溫作用的巖體。當巖體 受到溫度影響時，巖體受到溫度應力作用引起損傷，巖體的抗壓強度和變形特征 將發(fā)生顯著的變化，直接關系著工程的穩(wěn)定性。這類問題的解決可以運用巖石力 學、損傷力學理論對試驗結果進行了分析，建立熱損傷演化方程和一維熱力耦合 損傷本構方程。探討巖石熱一粘彈塑性流變模型。巖石的變形是指巖石在任何物理因素作用下形狀和大小的變化。工程上最常 研究的變形是由于荷載變化引起的。例如在巖石上建造一座大壩（相當

11、于對基巖 加載）或在巖石中開挖（相當于對巖石局部卸載）都會引起巖石變形。巖石的變形對 工程建筑物的安全影響很大，因為當巖石產生變形時，建筑物的應力可能增加。例如，當大壩建造在多種巖石組成的巖基上，這些巖石的變形性質不同，則由于 基巖在荷載（壩體重力）作用下的不均勻變形可以使壩體內的剪應力和主拉應力增 長，造成開裂錯位等不良后果，如果巖基中巖石的變形性質已知并且在巖基內這 些性質的變化也已確定，那么在工程設計時或在施工中可以采取相應措施防止不 均勻變形。在許多工程建設中，在設計時都要用到關于巖石變形的知識，因此， 研究巖石的變形特性是巖石力學的重要研究內容之一。巖石的變形特性常用彈性 模量E和泊

12、松比兩個常數(shù)來表示。如果把巖石當作彈性體，用E、p來描述巖 石的變形特性是足夠的，因為根據(jù)彈性理論的知識，可以解決巖石力學的有關問 題，但實際情況說明，僅僅用這些彈性常數(shù)來表征巖石的變形性質是不夠的，因 為許多巖石的變形是非彈性的，即荷載卸去后巖石變形并不能夠完全恢復。特別 是在現(xiàn)場條件下巖石有裂隙、破碎層理巖，粘土夾層等，大多數(shù)巖體不是完全彈 性的，對于這類巖石為了表征巖石的總的變形，常用變形模量E0和側脹系數(shù) 0。巖石的變形指標及應力-應變的關系可在實驗室內測定，也可在現(xiàn)場測定。 巖石流變力學試驗不僅是了解巖石流變力學特性的最重要手段，而且是構建巖石 流變本構模型的重要基礎。水利水電工程高

13、壩壩基大多建于硬巖巖基上，高壩的 建設往往伴隨著巖石高陡邊坡和大型地下洞室群的巖石工程問題，為了預測巖石 工程的長期穩(wěn)定性，硬巖的流變力學特性研究尤其是三軸流變試驗研究具有重要 意義。巖石流變力學理論作為巖石力學中的前沿課題，近年來，研究工作進展較 快，特別是利用實測試驗資料反演流變模型參數(shù)、進而發(fā)展到對未知模型的辨識 等。但巖石流變力學理論至今還不很成熟，許多重大巖石工程的建設為巖石流變 力學理論研究帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)，當前巖石流變力學特性和本構模型理論的研究 仍是其難點和熱點問題。此方法可以采用試驗研究、理論分析和數(shù)值模擬相綜合 的研究方法，基于巖石的三軸流變試驗，運用非線性力學與損傷力學理

14、論探討巖 石流變力學特性，主要研究硬巖在不同圍壓作用下的流變力學特性，建立巖石非 線性流變本構模型，并將巖石流變力學特性的研究成果應用到重大水利水電巖石 工程實踐中?？v觀歷史，從1951年，在奧地利創(chuàng)建了地質力學研究組，巖石力學正式的 走入了歷史舞臺，形成了獨具一格的奧地利學派開始，到如今巖體結構與結構面 的仿真模擬和巖體工程計算機輔助設計與圖像自動生成處理等技術的引進，巖石 力學借助更加現(xiàn)代化的工具和數(shù)值計算手段，得到了迅猛的長足的發(fā)展，在工程 中也將得到更大程度的應用和良好的應用成果。但是同時，反觀目前巖石力學發(fā) 展的現(xiàn)狀，巖土工程的研究依然處在半理論半實踐的發(fā)展階段。而其遺留問題的 理論

15、研究的主要增長點和突破口就是巖石力學，必將成為巖土乃至土木研究中重 要的支撐和發(fā)展。巖石力學課程總結學院班級 學號 姓名在理論力學、材料力學、結構力學、彈性力學的基礎鋪墊之后，我們開始接 觸到了更多的實踐性科目，巖石力學作為工程力學專業(yè)的專業(yè)選修課之一，向我 們介紹了繼土力學之后更加深入的巖土分析方法和技巧。我們首先學習了巖石的物理性質，知道了巖石是構成地殼的基本材料，是經 過地質作用而天然形成的（一種或多種）礦物集合體。巖石通常按地質成因分為 巖漿巖、沉積巖和變質巖等三種類型。巖漿巖是巖漿冷凝而形成的巖石，絕大 多數(shù)巖漿巖是由結晶礦物所組成，由于組成它的各種礦物化學成分和物理性質較 為穩(wěn)定，

16、它們之間的聯(lián)結是牢固的，因此巖漿巖通常具有較高的力學強度和均質 性。工程中常遇到的巖漿巖有花崗巖、玄武巖等。沉積巖是母巖（巖漿巖、變質 巖和早已形成的沉積巖）經風化剝蝕而產生的物質在地表經搬運沉積和硬結成巖 作用而形成的巖石組成。沉積巖的主要物質成分為顆粒和膠結構。顆粒包括各種 不同形狀及大小的巖屑及某些礦物；膠結物常見的成分有鈣質、硅質、鐵質以及 泥質等。沉積巖的物理力學性質不僅與礦物和巖屑有關，而且也與膠結物性質有 關。沉積巖具有層理構造，這使得它的物理力學性質具有方向性。工程建設中常 見的沉積巖有灰?guī)r、砂巖、頁巖等。變質巖是由巖漿巖、沉積巖甚至變質巖在地 殼中受到高溫、高壓及化學活動性流

17、體的影響下發(fā)生變質而形成的巖石。它在礦 物成份、結構構造上具有變質過程中產生的特征，也常常殘留有原巖的某些特點。 因此，變質巖的物理力學性質不僅與原巖的性質有關，而且與變質作用的性質及 變質程度有關。工程建設中常見的變質巖類有大理巖、片麻巖、板巖等。巖石 是自然歷史的產物，由于它們的生成條件及在生成以后的漫長地質歷史時期中， 形成了許多各式各樣的結構面，例如巖漿侵入巖與圍巖接觸面，不同侵入巖體彼 此的接觸面、冷凝裂隙，噴出巖和沉積巖的層理、不整合面，變質巖的片理、片麻理，組成各種巖石的礦物晶體的各種優(yōu)勢定向排列面以及由于地質構造運動、 風化、重力和卸荷等各種不同動力的作用而產生的斷層、節(jié)理、裂

18、隙等。它們嚴 重地破壞了巖石的完整性。在這種情況下，對巖體工程的安危起主要控制作用的， 通常不再是被各種結構面分割的巖石塊體，而主要是巖體中存在的結構面，或者 是由巖石和結構面共同控制。在巖石力學中常用到“巖塊”、“巖體”、“巖石”等 術語，一般地被結構面切割成的巖石塊體或從地殼巖層中切取出來的無顯著軟弱 面的巖石塊體稱為巖塊，而把自然埋藏條件下的大范圍分布的由巖塊和各種結構 面（軟弱面）網絡組成的地質體稱為巖體。巖石則是“巖塊”和“巖體”的統(tǒng)稱。之后學習了巖石的強度、變形和應力分布的問題，巖石的變形是指巖石在任 何物理因素作用下形狀和大小的變化。工程上最常研究的變形是由于荷載變化引 起的。例

19、如在巖石上建造大壩（相當于對基巖加載）或在巖石中開挖（相當于對巖石 局部卸載）都會引起巖石變形。巖石的變形對工程建筑物的安全影響很大，因為 當巖石產生變形時，建筑物的應力可能增加。例如，當大壩建造在多種巖石組成 的巖基上，這些巖石的變形性質不同，則由于基巖在荷載（壩體重力）作用下的不 均勻變形可以使壩體內的剪應力和主拉應力增長，造成開裂錯位等不良后果，如 果巖基中巖石的變形性質已知并且在巖基內這些性質的變化也已確定，那么在工 程設計時或在施工中可以采取相應措施防止不均勻變形。在許多工程建設中，在 設計時都要用到關于巖石變形的知識，因此，研究巖石的變形特性是巖石力學的 重要研究內容之一。巖石的變形特性常用彈性模量E和泊松比兩個常數(shù)來表示。 如果把巖石當作彈性體，用E、p來描述巖石的變形特性是足夠的，因為根據(jù)彈 性理論的知識，可以解決巖石力學的有關問題，但實際情況說明，僅僅用這些彈 性常數(shù)來表征巖石的變形性質是不夠的，因為許多巖石的變形是非彈性的，即荷載卸去后巖石變形并不能夠完全恢復。特