礦山巖石力學(xué)(1)課件

礦山巖石力學(xué)(1)2024/1/6礦山巖石力學(xué)(1)1.礦山巖體力學(xué)（主要教材）高延法，張慶松主編.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，20002.礦山巖石力學(xué)（主要教材、作業(yè)）李通林等編著重慶大學(xué)出版社1991年1月第1版3.巖石力學(xué)基礎(chǔ)耶格、庫(kù)克高教出版社4.礦山巖體力學(xué)鄭永學(xué)編著冶金工業(yè)出版社1988年10月第1版5.巖體力學(xué)，王文星編著中南大學(xué)出版社2004年10月第1版6.巖石力學(xué)與工程蔡美峰主編科學(xué)出版社2004年8月第1版7.巖體力學(xué)沈明榮主編同濟(jì)大學(xué)出版社1999年3月第1版8.礦山巖體力學(xué)高磊等編著冶金工業(yè)出版社1979年7月第1版9.礦山巖石力學(xué)華安增編著煤炭工業(yè)出版社1980年5月第1版教材及參考書(shū)礦山巖石力學(xué)(1)總學(xué)時(shí)：38學(xué)時(shí)其中：理論學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：6學(xué)時(shí)

授課計(jì)劃礦山巖石力學(xué)(1)第一章緒論第二章巖石的物理力學(xué)性質(zhì)第三章結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)第四章

巖體力學(xué)性質(zhì)及其分類第五章原巖應(yīng)力及測(cè)量第六章巷道圍巖應(yīng)力分布及穩(wěn)定性分析第七章井巷地壓第八章井巷維護(hù)原則與錨噴支護(hù)授課內(nèi)容礦山巖石力學(xué)(1)第一章緒論本章內(nèi)容：一、巖石和巖體二、巖體的特征三、巖體力學(xué)的研究?jī)?nèi)容和研究方法四、巖體力學(xué)的產(chǎn)生及其發(fā)展五、采礦工程中巖體力學(xué)的特點(diǎn)六、巖體力學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系礦山巖石力學(xué)(1)第一章緒論授課學(xué)時(shí)：1學(xué)時(shí)本章的重點(diǎn)：1、巖石與巖體的界定；2、巖體力學(xué)的研究任務(wù)與內(nèi)容，巖體力學(xué)的研究方法。關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)：巖石；巖體；巖體工程；穩(wěn)定性要求：1、必須掌握本課程重點(diǎn)內(nèi)容；2、了解巖體力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史以及巖體力學(xué)在其他學(xué)科中的地位。礦山巖石力學(xué)(1)一、巖石和巖體

巖石是在一定的生成條件下，具有一定的礦物成分和一定的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征的地殼的組成材料或物質(zhì)。是各種裂隙切割而成的巖塊，又稱結(jié)構(gòu)體。

巖體是個(gè)地質(zhì)體，它包括巖石和各種地質(zhì)構(gòu)造形跡，如節(jié)理、裂隙、褶皺等結(jié)構(gòu)面。巖體就是巖石和這些結(jié)構(gòu)面的統(tǒng)一體。巖石和巖體是既有區(qū)別又互相聯(lián)系的兩個(gè)概念。巖石是巖體的組成物質(zhì)，巖體是巖石和結(jié)構(gòu)面的統(tǒng)一體。礦山巖石力學(xué)(1)二、巖體的特征1、巖體是非均質(zhì)各向異性的材料。2、巖體內(nèi)存在著原始應(yīng)力場(chǎng)。主要包括重力和地質(zhì)構(gòu)造力，重力場(chǎng)是以鉛垂應(yīng)力為主，構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)通常是以水平應(yīng)力為主。3、巖體內(nèi)存在著一個(gè)裂隙系統(tǒng)。巖體既是斷裂的又是連續(xù)的，巖體是斷裂與連續(xù)的統(tǒng)一體,可稱之為裂隙介質(zhì)或準(zhǔn)連續(xù)介質(zhì)。當(dāng)巖體應(yīng)力超過(guò)其強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)使原有斷裂進(jìn)一步擴(kuò)展，形成新的斷裂。而舊斷裂的擴(kuò)展與新斷裂的形成，又均會(huì)導(dǎo)致巖體內(nèi)的應(yīng)力重新分布。礦山巖石力學(xué)(1)巖體既不是理想的彈性體，也不是典型的塑性體，既不是連續(xù)介質(zhì)，又不是松散介質(zhì)，而是一種特殊的復(fù)雜的地質(zhì)體，這就造成了研究它的困難性和復(fù)雜性。因此，只用一般的固體力學(xué)理論尚不能完善解決巖體工程中的所有問(wèn)題。二、巖體的特征礦山巖石力學(xué)(1)三、巖體力學(xué)的研究?jī)?nèi)容與研究方法巖體力學(xué)研究的主要對(duì)象是巖體，研究巖體在力場(chǎng)作用下，所發(fā)生的變形、破壞和移動(dòng)規(guī)律的理論及其實(shí)際應(yīng)用的科學(xué)，是一門應(yīng)用型基礎(chǔ)學(xué)科。礦山巖石力學(xué)(1)1、巖體力學(xué)研究的內(nèi)容：巖體的地質(zhì)特征巖塊、結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)巖體的力學(xué)性質(zhì)巖體中天然應(yīng)力巖體中重分布應(yīng)力地下硐室圍巖穩(wěn)定性計(jì)算與評(píng)價(jià)工程處理與加固礦山巖石力學(xué)(1)2、巖體力學(xué)的研究方法工程地質(zhì)研究法研究巖塊和巖體的地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征，為巖體力學(xué)的進(jìn)一步研究提供地質(zhì)模型和地質(zhì)資料。試驗(yàn)法為巖體變形和穩(wěn)定性分析計(jì)算提供必要的物理力學(xué)參數(shù)。數(shù)學(xué)力學(xué)分析法通過(guò)建立巖體力學(xué)模型和利用適當(dāng)?shù)姆治龇椒?，預(yù)測(cè)巖體在各種力場(chǎng)作用下的變形與穩(wěn)定性，為設(shè)計(jì)和施工提供定量依據(jù)。綜合分析法采用多種方法考慮各種因素(包括工程的、地質(zhì)的及施工的等)進(jìn)行綜合分析和綜合評(píng)價(jià)，得出符合實(shí)際情況的正確結(jié)論。礦山巖石力學(xué)(1)四、巖體力學(xué)的產(chǎn)生及其發(fā)展

巖體力學(xué)是伴隨著采礦、土木、水利、交通等巖石工程的建設(shè)和數(shù)學(xué)力學(xué)等學(xué)科的進(jìn)步而逐步發(fā)展形成的一門新興學(xué)科和邊緣學(xué)科，是一門應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科。它的應(yīng)用范圍涉及采礦、土木建筑、水利水電、鐵道、公路、地質(zhì)、地震、石油、地下工程、海洋工程等眾多的與巖石工程相關(guān)的工程領(lǐng)域。一方面，巖體力學(xué)是上述工程領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)；另一方面，正是上述工程領(lǐng)域的實(shí)踐促使了巖體力學(xué)的誕生和發(fā)展。巖體力學(xué)按其發(fā)展進(jìn)程可劃分四個(gè)階段：礦山巖石力學(xué)(1)（1）初始階段(19世紀(jì)末--20世紀(jì)初)巖體力學(xué)最早起源于采礦工程，在這個(gè)階段，開(kāi)采規(guī)模小，采深近于地表，開(kāi)采空間不大，巖石力學(xué)的問(wèn)題主要是巷道頂板冒落和地下開(kāi)采所引起的地表移動(dòng)。在該階段，巖石力學(xué)處于萌芽時(shí)期，產(chǎn)生了初步理論以解決巖體開(kāi)挖的力學(xué)計(jì)算問(wèn)題。例如，1912年海姆(A．Heim)提出了靜水壓力的理論．他認(rèn)為地下巖石處于一種靜水壓力狀態(tài)。礦山巖石力學(xué)(1)（2）經(jīng)驗(yàn)理論階段（20世紀(jì)初～20世紀(jì)30年代）該階段為巖石力學(xué)發(fā)展的第二階段。在這個(gè)階段出現(xiàn)力根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)提出的地壓理論，并開(kāi)始用材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法分析地下工程的支護(hù)問(wèn)題。松散介質(zhì)學(xué)派（例如普氏理論）占主導(dǎo)地位，他們借助土力學(xué)理論解決巖石力學(xué)問(wèn)題，提出巷道地壓計(jì)算原理和采場(chǎng)地壓假說(shuō)。在此階段更加深入地研究巖石的破壞機(jī)理。礦山巖石力學(xué)(1)（3）經(jīng)典理論階段（20世紀(jì)30年代～60年代）該階段是巖石力學(xué)學(xué)科形成的重要階段，巖石力學(xué)以彈塑性理論為基礎(chǔ)，將巖體視為彈塑性介質(zhì)，應(yīng)用彈塑性力學(xué)方法來(lái)研究巖體的應(yīng)力、應(yīng)變和位移，確定了一些經(jīng)典計(jì)算公式，形成圍巖和支護(hù)共同作用的理論。結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體力學(xué)性質(zhì)的影響受到重視。在彈塑性分析的基礎(chǔ)上引入流變理論，將某些巖體視為帶粘性的介質(zhì)，考慮時(shí)間因素對(duì)巖體應(yīng)力、應(yīng)變和位移的影響。礦山巖石力學(xué)(1)（4）現(xiàn)代發(fā)展階段（20世紀(jì)60年代～現(xiàn)在）用更為復(fù)雜的多種多樣的力學(xué)模型來(lái)分析巖體力學(xué)問(wèn)題，把力學(xué)、物理學(xué)、系統(tǒng)工程、現(xiàn)代數(shù)理科學(xué)、現(xiàn)代信息技術(shù)等最新成果引入了巖體力學(xué)。而計(jì)算機(jī)的發(fā)展使用有限元、邊界元、離散元等解算巖體力學(xué)問(wèn)題得以實(shí)現(xiàn)。20世紀(jì)70年代以后巖石力學(xué)發(fā)展比較迅速，巖體力學(xué)測(cè)試技術(shù)不斷完善，應(yīng)力解除法可測(cè)試深部巖體應(yīng)力。剛性壓力機(jī)的出現(xiàn)，可測(cè)試應(yīng)力－應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線，從而更深刻的揭示了巖石的力學(xué)特性。巖體力學(xué)已逐漸形成完整的科學(xué)體系作為力學(xué)的一個(gè)分枝，成為一門獨(dú)立的力學(xué)學(xué)科，服務(wù)于巖體工程。礦山巖石力學(xué)(1)1951年，在奧地利創(chuàng)建了地質(zhì)力學(xué)研究組，并形成了獨(dú)具一格的奧地利學(xué)派。同年，國(guó)際大壩會(huì)議設(shè)立了巖石力學(xué)分會(huì)。1956年，美國(guó)召開(kāi)了第一次巖石力學(xué)討論會(huì)。1957年，第一本《巖石力學(xué)》專著出版。1959年，法國(guó)馬爾帕塞壩潰決，引起巖體力學(xué)工作者的關(guān)注和研究。1962年，成立國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)(ISRM)。1966年，第一屆國(guó)際巖石力學(xué)大會(huì)在葡萄牙的里斯本召開(kāi)。巖體力學(xué)形成歷史礦山巖石力學(xué)(1)巖體力學(xué)發(fā)展動(dòng)態(tài)巖體結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)面的仿真模擬、力學(xué)表述及其力學(xué)機(jī)理問(wèn)題裂隙化巖體的強(qiáng)度、破壞機(jī)理及破壞判據(jù)問(wèn)題巖體與工程結(jié)構(gòu)的相互作用與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)問(wèn)題軟巖的力學(xué)特性及其巖體力學(xué)問(wèn)題水-巖-應(yīng)力耦合作用及巖體工程穩(wěn)定性問(wèn)題高地應(yīng)力巖體力學(xué)問(wèn)題巖體結(jié)構(gòu)整體綜合仿真反饋系統(tǒng)與優(yōu)化技術(shù)巖體動(dòng)力學(xué)、水力學(xué)與熱力學(xué)問(wèn)題巖體流變與長(zhǎng)期強(qiáng)度問(wèn)題巖體工程計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖像自動(dòng)生成處理。礦山巖石力學(xué)(1)1、采礦工程結(jié)構(gòu)多處于地下較深處，而其它地下工程多在距地表較近（幾十米）的范圍內(nèi)；2、對(duì)礦山構(gòu)筑物，只要求在開(kāi)采期間不破壞，在采后能維持平衡狀態(tài)不影響地表安全即可。因此，其計(jì)算精度、安全系數(shù)及加固等方面均低于國(guó)防、水利工程的標(biāo)準(zhǔn)；3、礦山地質(zhì)條件復(fù)雜，又受礦床賦存條件的限制，因此，采礦工程結(jié)構(gòu)物的位置選擇性不大，同時(shí)，采掘工作面不斷變化，因而，采礦工程巖石力學(xué)具有復(fù)雜性的特點(diǎn)。五、采礦工程中巖體力學(xué)的特點(diǎn)礦山巖石力學(xué)(1)1、巖體力學(xué)與材料力學(xué)、彈塑性力學(xué)和流變力學(xué)等有著縱向聯(lián)系。人們運(yùn)用這些理論使巖體力學(xué)得到發(fā)展。2、巖體工程的圍巖賦存在一定的地質(zhì)環(huán)境之中。因此，巖