《巖體力學(xué)》課件

《巖體力學(xué)》課程概述本課程探討巖石力學(xué)基本原理，涵蓋巖石的物理和力學(xué)性質(zhì)，以及巖石在各種環(huán)境下的力學(xué)行為。課程內(nèi)容包括巖石的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、強(qiáng)度理論、破壞機(jī)制、巖石變形、斷裂、滲透性等，并探討這些理論在工程應(yīng)用中的應(yīng)用。巖體力學(xué)的定義及研究對(duì)象巖石力學(xué)巖石力學(xué)是研究巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、變形規(guī)律、破壞特征和穩(wěn)定性等方面的學(xué)科。巖體力學(xué)巖體力學(xué)是在巖石力學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它研究巖體的力學(xué)特性、變形規(guī)律和穩(wěn)定性等。研究對(duì)象巖體力學(xué)的研究對(duì)象是巖體，即由巖石、裂隙、節(jié)理等組成的具有工程意義的巖石集合體。巖石的主要物理力學(xué)性質(zhì)1密度巖石的密度是單位體積的質(zhì)量。巖石密度影響其重量和強(qiáng)度，對(duì)于巖體穩(wěn)定性分析至關(guān)重要。2孔隙率巖石的孔隙率是指巖石中孔隙體積占總體積的百分比?？紫堵视绊憥r石的滲透性、強(qiáng)度和儲(chǔ)層特征。3抗壓強(qiáng)度巖石的抗壓強(qiáng)度是指巖石在受壓破壞時(shí)所能承受的最大應(yīng)力?？箟簭?qiáng)度是巖體工程中重要的力學(xué)指標(biāo)。4抗拉強(qiáng)度巖石的抗拉強(qiáng)度是指巖石在受拉破壞時(shí)所能承受的最大應(yīng)力?？估瓘?qiáng)度對(duì)于巖體裂縫擴(kuò)展和穩(wěn)定性分析至關(guān)重要。巖石的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系1彈性階段應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系，卸載后可恢復(fù)原狀2彈塑性階段應(yīng)力超過(guò)彈性極限，應(yīng)變不再與應(yīng)力成線性關(guān)系，卸載后部分恢復(fù)3屈服階段應(yīng)力達(dá)到屈服極限，應(yīng)變顯著增大，巖石開(kāi)始破壞4破壞階段應(yīng)力超過(guò)強(qiáng)度極限，巖石發(fā)生斷裂或剪切破壞巖石的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系描述了巖石在受力狀態(tài)下的變形行為。不同巖石的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線存在差異，影響因素包括巖石類型、結(jié)構(gòu)、裂隙發(fā)育程度等。巖體失穩(wěn)機(jī)理地質(zhì)構(gòu)造斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造會(huì)削弱巖體的強(qiáng)度，導(dǎo)致巖體失穩(wěn)。水的作用水會(huì)使巖體發(fā)生風(fēng)化、軟化，降低強(qiáng)度，進(jìn)而引發(fā)失穩(wěn)。地震地震會(huì)造成巖體結(jié)構(gòu)破壞，產(chǎn)生裂隙，引發(fā)巖體失穩(wěn)。人類工程活動(dòng)爆破、開(kāi)挖、填方等工程活動(dòng)會(huì)改變巖體應(yīng)力狀態(tài)，誘發(fā)巖體失穩(wěn)。巖體力學(xué)的研究方法實(shí)驗(yàn)研究模擬巖石力學(xué)性質(zhì)和行為。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查收集巖體的地質(zhì)信息。數(shù)值模擬利用計(jì)算機(jī)程序分析巖體行為。理論分析建立巖體力學(xué)模型和理論。巖體劃分及分類巖體劃分巖體按其完整程度、結(jié)構(gòu)特征和工程性質(zhì)進(jìn)行劃分。完整程度反映巖體完整性和結(jié)構(gòu)完整性。結(jié)構(gòu)特征包括巖體結(jié)構(gòu)面類型、密度、分布特征等。巖體分類巖體按其工程性質(zhì)進(jìn)行分類，如軟弱巖體、強(qiáng)巖體等。分類依據(jù)包括巖體的物理力學(xué)性質(zhì)、地質(zhì)條件和工程應(yīng)用等因素。巖體結(jié)構(gòu)的特征及其描述巖體結(jié)構(gòu)是指巖石在自然狀態(tài)下所呈現(xiàn)的形態(tài)和排列方式，是巖體的主要特征之一。它反映了巖體的形成演化歷史和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的影響。巖體結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)方面：1.巖體的完整性：主要取決于巖體的裂隙發(fā)育程度和分布規(guī)律，以及巖體的風(fēng)化程度。2.巖體的均勻性：指巖體的物理力學(xué)性質(zhì)是否一致，巖體結(jié)構(gòu)是否均勻分布，以及巖體的層理、節(jié)理、斷層等地質(zhì)構(gòu)造是否發(fā)育。3.巖體的結(jié)構(gòu)面：包括節(jié)理、斷層、層理、片理等，是巖體結(jié)構(gòu)的組成部分，對(duì)巖體的力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性影響很大。巖體裂隙的分類及描述按成因分類巖體裂隙根據(jù)成因可以分為構(gòu)造裂隙、風(fēng)化裂隙和卸荷裂隙。構(gòu)造裂隙是由地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的，例如斷層、節(jié)理等。風(fēng)化裂隙是由巖石風(fēng)化作用形成的，例如巖石表面風(fēng)化剝蝕形成的裂隙。按形態(tài)分類巖體裂隙根據(jù)形態(tài)可以分為平面裂隙、曲面裂隙和不規(guī)則裂隙。平面裂隙是指裂隙面為平面的裂隙，曲面裂隙是指裂隙面為曲面的裂隙，不規(guī)則裂隙是指裂隙面為不規(guī)則形狀的裂隙。按充填物分類巖體裂隙根據(jù)充填物可以分為充填裂隙和未充填裂隙。充填裂隙是指裂隙面被其他物質(zhì)充填的裂隙，例如泥土、砂礫、礦物等。未充填裂隙是指裂隙面未被其他物質(zhì)充填的裂隙。巖體的破壞準(zhǔn)則莫爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則莫爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則廣泛應(yīng)用于巖土工程領(lǐng)域。該準(zhǔn)則描述了巖體在不同應(yīng)力狀態(tài)下的破壞模式。德魯克-普拉格準(zhǔn)則德魯克-普拉格準(zhǔn)則是在莫爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。該準(zhǔn)則更能反映巖體的塑性特性?；艨?布朗準(zhǔn)則霍克-布朗準(zhǔn)則是基于連續(xù)損傷力學(xué)理論。該準(zhǔn)則可以更好地描述巖體的破壞過(guò)程。其他準(zhǔn)則除了以上幾種，還有其他一些破壞準(zhǔn)則，例如格里菲斯準(zhǔn)則、拉梅準(zhǔn)則等。巖體應(yīng)力場(chǎng)的測(cè)試與計(jì)算巖體應(yīng)力場(chǎng)測(cè)試主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法，如應(yīng)力解除法、水壓致裂法、鉆孔應(yīng)力解除法等。巖體應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算則是根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)值模擬方法，如有限元法、邊界元法等，對(duì)巖體應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。巖體穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)安全系數(shù)巖體穩(wěn)定性是判斷巖體是否會(huì)發(fā)生破壞的指標(biāo)。安全系數(shù)通常通過(guò)計(jì)算巖體抗剪強(qiáng)度與應(yīng)力比來(lái)評(píng)估。變形監(jiān)測(cè)通過(guò)對(duì)巖體變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以評(píng)估巖體的穩(wěn)定性。變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以幫助預(yù)測(cè)巖體失穩(wěn)的可能性。加固措施對(duì)于存在穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)的巖體，需要采取加固措施。加固措施可以有效提高巖體的穩(wěn)定性，防止巖體失穩(wěn)。邊坡穩(wěn)定性分析1步驟一：模型建立確定邊坡幾何形狀，巖體物理力學(xué)參數(shù)。2步驟二：穩(wěn)定性評(píng)價(jià)采用極限平衡法、有限元法等進(jìn)行穩(wěn)定性分析。3步驟三：支護(hù)設(shè)計(jì)根據(jù)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果，制定邊坡支護(hù)方案。邊坡穩(wěn)定性分析是巖體力學(xué)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，旨在評(píng)估邊坡的穩(wěn)定性，并提出相應(yīng)的支護(hù)方案。隧道穩(wěn)定性分析1地質(zhì)調(diào)查地質(zhì)調(diào)查是隧道穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)。通過(guò)詳細(xì)的地質(zhì)勘察，了解隧道所處地層的巖性、結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件等，為穩(wěn)定性分析提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。2巖體參數(shù)對(duì)巖體的強(qiáng)度、變形模量、彈性模量等參數(shù)進(jìn)行測(cè)定和分析，以確定巖體的力學(xué)性質(zhì)，為隧道穩(wěn)定性分析提供依據(jù)。3數(shù)值模擬運(yùn)用有限元、邊界元等數(shù)值模擬方法對(duì)隧道進(jìn)行分析，模擬隧道在不同工況下的應(yīng)力分布、變形情況，評(píng)估隧道穩(wěn)定性。地下洞室穩(wěn)定性分析巖體結(jié)構(gòu)分析分析洞室周圍巖體的結(jié)構(gòu)特征，如巖層產(chǎn)狀、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、巖體完整性等，了解巖體的力學(xué)性質(zhì)。應(yīng)力場(chǎng)分析洞室開(kāi)挖會(huì)改變?cè)瓗r體應(yīng)力場(chǎng)，需要通過(guò)數(shù)值模擬或?qū)崪y(cè)方法計(jì)算洞室周圍的應(yīng)力分布，判斷是否會(huì)造成巖體失穩(wěn)。穩(wěn)定性評(píng)價(jià)根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)分析和應(yīng)力場(chǎng)分析結(jié)果，采用不同的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，如極限平衡法、數(shù)值模擬法等，判斷洞室的穩(wěn)定性。支護(hù)設(shè)計(jì)根據(jù)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果，選擇合適的支護(hù)方式和材料，對(duì)洞室進(jìn)行支護(hù)，以確保洞室的長(zhǎng)期穩(wěn)定?；庸こ谭€(wěn)定性分析1地質(zhì)勘察了解地下巖土條件2計(jì)算分析評(píng)估基坑開(kāi)挖對(duì)周圍土體的影響3支護(hù)設(shè)計(jì)制定合理的支護(hù)方案4監(jiān)測(cè)評(píng)估監(jiān)測(cè)基坑變形和穩(wěn)定性基坑工程穩(wěn)定性分析是保證基坑工程安全的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)分析計(jì)算和監(jiān)測(cè)評(píng)估，可以預(yù)測(cè)基坑開(kāi)挖過(guò)程中可能出現(xiàn)的安全問(wèn)題并采取相應(yīng)的措施，例如加固支護(hù)等。邊坡支護(hù)技術(shù)邊坡穩(wěn)定邊坡穩(wěn)定性分析，評(píng)估邊坡穩(wěn)定性。邊坡加固邊坡加固方法，提高邊坡穩(wěn)定性。邊坡排水邊坡排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，防止水對(duì)邊坡的侵蝕。邊坡監(jiān)測(cè)邊坡監(jiān)測(cè)技術(shù)，監(jiān)測(cè)邊坡的變形和穩(wěn)定性。隧道支護(hù)技術(shù)11.支護(hù)類型隧道支護(hù)技術(shù)主要包括錨桿支護(hù)、噴射混凝土支護(hù)、鋼拱支護(hù)、預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)、網(wǎng)架支護(hù)等等。22.支護(hù)設(shè)計(jì)支護(hù)設(shè)計(jì)需根據(jù)地質(zhì)條件、開(kāi)挖方法、荷載情況、施工環(huán)境等因素進(jìn)行綜合考慮。33.施工工藝隧道支護(hù)施工工藝需嚴(yán)格控制，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全，同時(shí)還要保證施工進(jìn)度和效率。44.監(jiān)測(cè)與評(píng)估支護(hù)效果需進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和修復(fù)，確保隧道安全。地下洞室支護(hù)技術(shù)支護(hù)目的確保洞室穩(wěn)定性，防止變形和破壞?？刂茋鷰r的移動(dòng)和變形，防止洞室坍塌。常用方法錨桿支護(hù)，錨索支護(hù)，噴射混凝土支護(hù)。鋼筋網(wǎng)支護(hù)，預(yù)應(yīng)力錨固支護(hù)，注漿固結(jié)支護(hù)。基坑支護(hù)技術(shù)支護(hù)目的防止基坑開(kāi)挖后發(fā)生坍塌、變形和滑動(dòng)，保證施工安全，并保護(hù)周邊建筑物和地下管線不受損害。支護(hù)類型常見(jiàn)的基坑支護(hù)技術(shù)包括：樁撐支護(hù)、錨桿支護(hù)、噴射混凝土支護(hù)、地下連續(xù)墻支護(hù)等，選擇合適的支護(hù)類型需要考慮基坑的深度、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境等因素。設(shè)計(jì)原則基坑支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工方便等原則，并滿足相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求。監(jiān)測(cè)與維護(hù)基坑支護(hù)施工完成后，需要進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、損傷等問(wèn)題，確?；影踩r體力學(xué)在地質(zhì)災(zāi)害防治中的應(yīng)用滑坡防治巖體力學(xué)可用于評(píng)估滑坡風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)有效的防護(hù)措施，如邊坡加固、排水系統(tǒng)等。崩塌防治通過(guò)分析巖石的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征，可以預(yù)測(cè)崩塌發(fā)生概率，制定相應(yīng)的防護(hù)措施，如攔截網(wǎng)、護(hù)坡等。泥石流防治巖體力學(xué)可用于研究泥石流形成機(jī)理，預(yù)測(cè)泥石流發(fā)生概率，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的防治工程，如溝道治理、預(yù)警系統(tǒng)等。巖體力學(xué)在巖土工程勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用地基承載力巖體力學(xué)理論用于評(píng)估地基承載力，確保建筑物的穩(wěn)定性。邊坡穩(wěn)定性預(yù)測(cè)邊坡的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)合適的支護(hù)措施，避免滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。隧道開(kāi)挖分析隧道開(kāi)挖過(guò)程中巖體的應(yīng)力變化，設(shè)計(jì)合理的支護(hù)方案。地下工程評(píng)估地下工程的安全性，確保工程順利進(jìn)行，并滿足使用要求。巖體力學(xué)在礦山開(kāi)采中的應(yīng)用露天開(kāi)采巖體力學(xué)在露天礦山開(kāi)采中應(yīng)用廣泛，例如邊坡穩(wěn)定性分析、爆破設(shè)計(jì)、礦山排水等方面。地下開(kāi)采地下開(kāi)采中，巖體力學(xué)可以用于指導(dǎo)巷道設(shè)計(jì)、支護(hù)方案制定、礦山通風(fēng)等工程實(shí)踐。安全生產(chǎn)巖體力學(xué)可以有效降低礦山開(kāi)采風(fēng)險(xiǎn)，提高安全生產(chǎn)水平，保證礦工生命安全。巖體力學(xué)在水利水電工程中的應(yīng)用巖體力學(xué)用于分析壩體穩(wěn)定性，評(píng)估地基承載力，預(yù)測(cè)水庫(kù)誘發(fā)地震風(fēng)險(xiǎn)。巖體力學(xué)指導(dǎo)水利水電工程的設(shè)計(jì)，優(yōu)化水庫(kù)壩體結(jié)構(gòu)，確保工程安全運(yùn)行。巖體力學(xué)助力水利水電工程選址，合理布局水庫(kù)，保障工程效益，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。巖體力學(xué)在地下工程中的應(yīng)用11.隧道工程巖體力學(xué)分析隧道穩(wěn)定性，確定合理支護(hù)方案，確保安全施工。22.地下洞室工程研究巖體應(yīng)力場(chǎng)，預(yù)測(cè)地下洞室的穩(wěn)定性，保障工程安全。33.地下開(kāi)采工程合理預(yù)測(cè)礦山開(kāi)采造成的巖體變形和破壞，制定安全開(kāi)采方案。44.地下儲(chǔ)庫(kù)工程設(shè)計(jì)地下儲(chǔ)庫(kù)結(jié)構(gòu)，確保其長(zhǎng)期穩(wěn)定性，防止因巖體變形導(dǎo)致的泄漏。巖體力學(xué)發(fā)展前景與展望多學(xué)科交叉融合巖體力學(xué)將與人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等領(lǐng)域深度融合，推動(dòng)巖體分析和預(yù)測(cè)的智能化發(fā)展。例如，利用人工智能技術(shù)開(kāi)發(fā)智能巖體模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖體結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的更精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展巖體力學(xué)將應(yīng)用于更多工程領(lǐng)域，如深地資源開(kāi)發(fā)、深海工程、空間工程等，為解決重大工程難題提供理論支撐和技術(shù)保障。巖體力學(xué)基本概念復(fù)習(xí)巖石類型巖體力學(xué)中，重點(diǎn)理解不同巖石類型的物理力學(xué)性質(zhì)，例如：花崗巖、砂巖、泥巖等。應(yīng)力與應(yīng)變巖石在受力時(shí)的應(yīng)力和應(yīng)變分析，理解應(yīng)力集中、應(yīng)變能等概念，并掌握相關(guān)計(jì)算方法。巖體破壞巖石的強(qiáng)度、斷裂、塑性變形等破壞機(jī)制，并掌握常見(jiàn)的巖體破壞準(zhǔn)則。巖體穩(wěn)定性邊坡穩(wěn)定性分析、隧道穩(wěn)定性分析、地下洞室穩(wěn)定性分析等，以及相應(yīng)的支護(hù)措施。巖體力學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)解析巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、彈性模量等參數(shù)的測(cè)試和分析。巖石材料的非線性、各向異性和損傷特性。巖體結(jié)構(gòu)巖石結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和多變性。巖石裂隙、節(jié)理、斷層等地質(zhì)構(gòu)造特征對(duì)巖體穩(wěn)定性的影響。巖體穩(wěn)定性分析邊坡、隧道、地下洞室等巖體工程穩(wěn)定性的分析方法和計(jì)算模型。巖體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)和安全系數(shù)的確定。巖體工程支護(hù)巖