《巖石力學(含實驗)》課程教學大綱

1、巖石力學課程教學大綱課程英文名稱：Rock Mechanics課程編號： 133992160課程類別：學科基礎課/專業(yè)課課程性質(zhì)：必修課學 分： 3學 時：48（其中：講課42學時： 實驗6學時）適用專業(yè)： 采礦工程、安全工程開課部門： 環(huán)境與資源學院一、課程教學目的和課程性質(zhì)巖石力學是高等學校采礦工程專業(yè)、安全工程專業(yè)本科學生的一門必修的專業(yè)技術基礎課程。它是應用必要的力學知識研究巖體的力學特性以及工程巖體的變形和穩(wěn)定性問題，其基本知識、基本理論和基本技術是從事巖石工程施工、設計和研究的工程技術人員所必修掌握的。 通過本課程的學習，應使學生熟練掌握巖石的基本物理力學性質(zhì)與巖石的強度理論；掌握

2、結(jié)構面的力學特性與巖體的力學性質(zhì)；掌握地下工程圍巖應力、應變與位移的分布規(guī)律，如采場、隧道地壓和位移的計算以及穩(wěn)定性分析；掌握巖石與巖體的力學試驗方法、理論依據(jù)和基本知識；了解沖擊地壓、巖體的各向異性等概念；了解原巖應力測定方法和設備；具有利用巖石力學知識建立巖體工程問題的力學模型，分析和解決巖體工程實際問題的能力。二、本課程與相關課程的關系本課程的先行課程：高等數(shù)學、理論力學、材料力學、彈性力學基礎、地質(zhì)學與礦山地質(zhì)學等，學有余力的學生可先行選修結(jié)構力學、斷裂力學、塑性力學、流變力學、流體力學基礎、土力學等課程。本課程的后續(xù)課程：爆破工程、井巷工程、礦床地下開采、礦床露天開采、巖體測試技術、

3、礦山機械、邊坡工程、采煤概論、礦山安全與評價、數(shù)字化礦山技術、選礦概論、礦山環(huán)境保護欲復墾等課程。巖體邊坡穩(wěn)定性分析，安排在邊坡工程課程中講授，本課程不包括該項內(nèi)容。三、課程的主要內(nèi)容及基本要求（一）理論學時部分第1單元 緒論 （1學時）知 識 點巖石與巖體的界定；巖體力學的研究任務與內(nèi)容；巖石和巖體力學的研究方法；巖體力學在其他學科中的地位；巖體力學的發(fā)展簡史。 基本要求1、識 記：巖石、巖體等 2、領 會：巖石和巖體力學的研究方法。3、簡單應用：一點（單元體）的應力表達。第2單元 巖石的基本物理力學性質(zhì) （6學時）知 識 點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）巖石的靜力學特性（巖石的強度特性、巖石的變形特性）巖石的流變性（巖石的力學性能的時效性、粘性）巖石的各向異性影響巖石力學性質(zhì)的因素。重 點巖石單軸壓縮變形特性，全應力應變曲線及工程意義；巖石的抗壓、抗拉、抗剪強度及其實驗室測定方法；巖石的流變性（微分模型原件構成，Maxwell模型與Kelvin模型的蠕變、卸載與應力松弛特性）；影響巖石力學性質(zhì)的因素。難 點巖石在三軸壓縮條件下的力學特性；巖石和巖體的流變性；巖體強度的各向異性?；疽?、識 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、擴容、巖石的強度、抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度、峰值強度、長期強度、殘余強度、真三軸試驗、常規(guī)三軸試驗、極限莫爾圓、莫爾圓包絡線、點荷載強度、單調(diào)加載、循環(huán)加載、巖石的變形、全應力應變曲線、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、巖體的構造、剛性試驗機等。 2、領 會：巖石單軸壓縮變形特性，巖石三軸壓縮變形特性，全應力應變曲線及工程意義；影響巖石力學性質(zhì)的因素（尤其是水對于巖石強度的影響）；巖石強度的各向異性等。3、簡單應用：巖石的抗壓、抗拉、抗剪強度與力學參數(shù)的實

6、驗室測定方法。4、綜合應用：巖石力學性能的綜合討論（綜合所有影響因素）。第3單元 巖體的力學性質(zhì)（6學時）知 識 點巖體結(jié)構基本類型；巖體結(jié)構面；結(jié)構面的力學性質(zhì)；巖體的變形特征；巖體的強度特征；巖體的水力學性質(zhì)；巖體質(zhì)量評價及其分類。重 點巖體結(jié)構；結(jié)構面的力學特征；巖體的強度特征；巖體的破壞機理；巖體的分類。難 點結(jié)構面的力學特征；巖體的強度特征；巖體的破壞機理?；疽?、識 記：巖石、巖體、結(jié)構面、結(jié)構體、巖體結(jié)構、完整結(jié)構、塊裂結(jié)構、板裂結(jié)構巖體、碎裂結(jié)構巖體、斷續(xù)結(jié)構巖體、散體結(jié)構、原生結(jié)構面、沉積結(jié)構面、火成結(jié)構面、變質(zhì)結(jié)構面、構造結(jié)構面、次生結(jié)構面、結(jié)構面的產(chǎn)狀、結(jié)構面的形態(tài)、

7、結(jié)構面的延展度、結(jié)構面的密集度、巖體的裂隙度、巖體的切割度、JRC、剪脹、巖體強度、準巖體強度、巖體變形、巖石RQD質(zhì)量指標、完整性系數(shù)、巖石堅固性系數(shù)等 。2、領 會：結(jié)構面充填情況對于力學性能的影響，結(jié)構面的分類與分級，巖體結(jié)構面力學特征及其意義，巖體的強度特征，巖體的破壞機理，巖體分類方法與工程應用情況等。3、簡單應用：單一結(jié)構面對于巖體強度的影響，多組結(jié)構面對于巖體強度的影響。 4、綜合應用：結(jié)合工程特點，對于巖體進行綜合評價或分級。 第4單元 地應力及其測量 （6學時）知 識 點基本概念；巖體自重應力；巖體構造應力；巖體初始應力場測定；巖體初始應力分布狀態(tài)。重 點巖體初始應力場（自重

8、應力與構造應力場的疊加）的構成；巖體初始應力場測定；巖體初始應力分布狀態(tài)。難 點應力解除法與水壓致裂法測定巖體初始應力場；巖體初始應力分布狀態(tài)?；疽?、識 記：原巖、原巖應力、圍巖、圍巖應力、次生應力、自重應力、構造應力、應力場、應力解除法、應變花、水壓致裂法、關閉壓力、凱塞聲發(fā)射法等。2、領 會：巖體自重應力與構造應力各自產(chǎn)生的原因與鑒別等。3、簡單應用：巖體自重應力的計算。 4、綜合應用：應力解除法（孔底應力解除法、孔徑變形法、孔壁應變法）與水壓致裂法測試原巖應力的基本原理與工藝過程。 第5單元 巖體的本構關系與強度理論 （6學時）知 識 點彈性體的本構關系；塑性體本構關系簡介；粘性體

9、的本構關系；巖石的強度理論。重 點彈性體的本構關系；巖石的強度理論。難 點塑性體本構關系簡介；粘性體的本構關系。基本要求識 記：彈性本構關系（物理方程、廣義虎克定律）、塑性本構關系（Levy-Mises本構關系、Prandtl-Reuss本構關系、Hencky-伊柳辛本構關系）、粘性（流變）本構關系（Maxwell本構關系、Kelvin本構關系）、蠕變、應力松弛、彈性后效、穩(wěn)定蠕變、非穩(wěn)定蠕變、長期強度、流變模型、摩擦塊、阻尼器、最大伸長應變強度理論、Coulomb強度理論、強度曲線、Coulomb-Mohr強度理論、Griffith強度理論、裂紋擴展、Teresca屈服準則、Mises屈服準

10、則、Drucker-Prager屈服準則等。領 會：彈性本構關系，簡單流變（粘性）本構關系，各個強度理論與屈服準則的基本觀點；了解塑性本構關系和復雜的粘性本構關系。簡單應用：最大伸長應變強度理論，Coulomb強度理論，Coulomb-Mohr強度理論，Griffith強度理論公式記憶與語言描述。綜合應用：用最大伸長應變強度理論，Coulomb-Mohr強度理論或Griffith強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學時）知 識 點地下工程圍巖應力分析；巷道圍巖穩(wěn)定性分析與壓力計算；巷道圍巖位移；圍巖壓力計算；豎井圍巖應力計算及穩(wěn)定性分析。重 點圓形、橢圓形、矩形

11、巷道圍巖應力分布規(guī)律；巷道圍巖穩(wěn)定性分析與壓力計算；支架位移與地壓關系，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；豎井圍巖應力計算及穩(wěn)定性分析，臨界深度的確定。難 點巷道圍巖穩(wěn)定性分析與壓力計算；支架位移與地壓關系，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 記：原巖應力、圍巖應力、側(cè)壓系數(shù)、應力集中、軸比、等應力軸比、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 會：變形地壓的計算，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、簡單應用：圓形巷道圍巖應力計算，橢圓形巷道圍巖應力計算，石根華塊體平衡理論圍巖壓力計算、普氏理論圍巖壓力計算、太沙基理論圍巖壓力計算、豎井地壓與臨界深度確定計算。4、綜合應用：矩形巷道圍巖應力分布定性描述，支架特性曲線意義，支架與圍巖的相互作用關系，支架與圍巖相互作用關系，豎井圍巖應力與臨界深度的計算確定。第7單元 采場地壓概論（4學時）知 識 點采場地壓及圍巖活動的一般規(guī)律；采場地壓假說；開采空間極限跨度及礦柱、充填體的受力分析；采場地壓的控制方法；沖擊地壓（巖爆）及其控制。重 點由于一些理論尚不甚成熟，故本單元并未確定重點教學內(nèi)容

13、。難 點開采空間極限跨度及礦柱、充填體的受力分析；采場地壓的控制方法；沖擊地壓（巖爆）及其控制?；疽?、識 記：上盤圍巖、下盤圍巖、移動角、崩落角、變形地壓、松動地壓、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 會：空區(qū)冒落與大地沉降的誘因與危害， 局部應力與采場整體的關系等。3、簡單應用：采場局部地壓顯現(xiàn)的誘因與處理方案。4、綜合應用：采場地壓顯現(xiàn)的綜合處理方式討論。第8單元 邊坡穩(wěn)定概述 （2學時）知 識 點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。重 點邊坡的破壞形式及其影響因素；邊坡穩(wěn)定性分析。難 點1、邊坡穩(wěn)定性分析。基本要求1、識 記： 松動、蠕動、崩塌、滑坡、平面剪切滑動、旋轉(zhuǎn)剪切滑動、滑塌、巖塊流動、巖層曲折、穩(wěn)定系數(shù)。2、領 會：邊坡穩(wěn)定系數(shù)的計算的理論依據(jù)。 3、簡單應用：平面滑動穩(wěn)定系數(shù)的計算。 4、綜合應用：非平面滑動邊坡穩(wěn)定系數(shù)的計算。學時分配 知識單元理論學時1、緒論12、巖石的基本物理力學性質(zhì) 63、巖體的力學性質(zhì)64、地應力及其測量65、巖體的本構關系與強度理論66、巖石地下工程11采場地壓概論4邊坡穩(wěn)定概論2合計42（二）實驗學時部分實驗教學環(huán)節(jié)作用及目的 為使學生鞏固課堂所學巖石單軸抗壓強度、巖石抗

15、拉強度、巖石剪切強度和巖石應力應變特性等基本概念，培養(yǎng)學生測試巖石各種強度指標與應力應變關系的基本技能，開設如下實驗。實驗教學環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生能力標準 實驗前對于試件的描述與尺寸測量；實驗中掌握儀器設備的操作，記錄實驗數(shù)據(jù)；實驗后數(shù)據(jù)處理；實驗后試件描述，破壞機理分析；撰寫實驗報告。實驗項目、內(nèi)容、學時分配及實驗類型1、必開實驗序號實驗項目實驗內(nèi)容學時實驗類型(演示、驗證、綜合、設計研究)組數(shù)每組學生人數(shù)1巖石抗壓強度試驗熟悉萬能材料試驗機巖石單軸抗壓強度測試2綜合152巖石抗拉強度與剪切強度試驗巖石抗拉強度測試巖石剪切強度測試2綜合153巖石應力應變試驗巖石單軸壓縮狀態(tài)下應力應變關系的測試2綜合

16、152、選開實驗序號實驗項目實驗內(nèi)容學時實驗類型(演示、驗證、綜合、設計研究)組數(shù)每組學生人數(shù)1數(shù)值試驗直墻拱形巷道圍巖應力分布規(guī)律2設計222巖石節(jié)理面剪切試驗巖石節(jié)理面在一定正應力作用下剪切強度測試2設計153巖石聲波測試試驗聲波測試巖石的波速2設計15主要儀器設備 萬能材料試驗機、電阻應變儀、RFPA數(shù)值計算軟件、計算機、直剪儀、聲波儀、其它輔助設備設施。四、教學方法與手段 理論課程以課堂教授為主，全面實施啟發(fā)式教學，具體形式包括討論式、案例式、設問設答式、設問不答式等；教學手段為PPT教學課件，輔助一定量的板書。五、考核要求、方式與成績評定考核要求：考試內(nèi)容需覆蓋各章節(jié)全部教學內(nèi)容，每單元的重點內(nèi)容即為考核重