1、巖體力學Rock MechanicsRock Mechanics教材教材沈明榮等，巖體力學，同濟大學出版社，沈明榮等，巖體力學，同濟大學出版社，20062006參考書參考書蔡美峰等，巖石力學與工程，科學出版社，蔡美峰等，巖石力學與工程，科學出版社，20022002徐志英，巖石力學（第三版），中國水利水電徐志英，巖石力學（第三版），中國水利水電出版社，出版社，20052005李世平等，巖石力學簡明教程，中國礦業學院李世平等，巖石力學簡明教程，中國礦業學院出版社，出版社，19861986教材與參考書教材與參考書20012001年年5 5月月1 1日日2020點點3030分，重慶武隆縣發生了一起基分

2、，重慶武隆縣發生了一起基巖滑坡，造成巖滑坡，造成7979人死亡，摧毀人死亡，摧毀9 9層樓房一幢。層樓房一幢。20002000年年4 4月月6 6日武漢烽火村喬木灣發生地面塌陷，日武漢烽火村喬木灣發生地面塌陷，4 4小時內發生小時內發生大小陷坑大小陷坑1919處，處，2 2棟樓房塌進陷坑，棟樓房塌進陷坑，1616棟樓房不同程度開裂、棟樓房不同程度開裂、破損，為破損，為19771977年來武漢市內發生的年來武漢市內發生的6 6起塌陷中規模最大的一起塌陷中規模最大的一次。次。19801980年年6 6月月3 3日日5 5點點3535分，湖北遠安鹽池河磷礦發生巖崩，摧毀分，湖北遠安鹽池河磷礦發生巖崩

3、，摧毀整個鹽池河礦務局，死亡整個鹽池河礦務局，死亡284284人。人。19851985年年6 6月月1212日日3 3點點5252分，由于后部巖崩加載，導致新灘滑坡分，由于后部巖崩加載，導致新灘滑坡復活。所幸的是由于預報準確，新灘鎮全鎮復活。所幸的是由于預報準確，新灘鎮全鎮13711371人全部安全人全部安全轉移。轉移。在兵書寶劍峽出口，新灘的對面是在兵書寶劍峽出口，新灘的對面是鏈子崖危巖體鏈子崖危巖體，近于直立，近于直立的陡崖為與長江近乎平行的十幾條裂縫所切割，導致巖體的陡崖為與長江近乎平行的十幾條裂縫所切割，導致巖體“搖搖欲墜搖搖欲墜”，對長江航道構成嚴重威脅。，對長江航道構成嚴重威脅。國

4、防軍事交通工程地質開采采礦工程水利工程土木工程各巖石各巖石( (體體) )工程中的問題常用巖體力學加以解決。工程中的問題常用巖體力學加以解決。三峽工程三峽工程如果有科學的利用和開發，地球可以成為我們生活的美麗家園；如果不善加保護和利用，地球也可以成為埋葬人類的墳墓。地球表層為巖體、土體所覆蓋，人類生活所依托地球表層為巖體、土體所覆蓋，人類生活所依托的幾乎為地殼表層的巖土體。要想科學的利用、的幾乎為地殼表層的巖土體。要想科學的利用、開發、保護地球，必須首先掌握巖土體的性質，開發、保護地球，必須首先掌握巖土體的性質，尤其是它們的力學性質，因此就有了尤其是它們的力學性質，因此就有了巖體力學和土力學第

5、一章 緒論1.1.巖石巖石（RockRock）是是經過地質作用而天然形成的經過地質作用而天然形成的( (一種或多種一種或多種) )礦礦物集合體。物集合體。巖石通常按照其成因可分為三類：巖漿巖、沉巖石通常按照其成因可分為三類：巖漿巖、沉積巖和變質巖。不同成因類型巖石具有不同的積巖和變質巖。不同成因類型巖石具有不同的物理力學性質。物理力學性質。2.2.結構面結構面（Structural PlaneStructural Plane）是指是指地質歷史發展過程中，在巖體內形成的具地質歷史發展過程中，在巖體內形成的具有一定延伸方向和長度，厚度相對較小的地質有一定延伸方向和長度，厚度相對較小的地質界面或帶界

6、面或帶。3. 3.巖塊巖塊（Rock blockRock block或或RockRock）指指不含顯著結構面的巖石塊體，是構成巖體的不含顯著結構面的巖石塊體，是構成巖體的最小巖石單元體最小巖石單元體。4. 4.巖體巖體（Rock MassRock Mass）是在一定工程影響范圍內的自然地質體，在地是在一定工程影響范圍內的自然地質體，在地質歷史過程中形成，由巖塊和結構面網絡組成，質歷史過程中形成，由巖塊和結構面網絡組成，具有一定的結構并賦存于一定的天然應力狀態具有一定的結構并賦存于一定的天然應力狀態和地下水等地質環境中和地下水等地質環境中。5. 5.巖石與巖體的關系巖石與巖體的關系巖石是巖石是完

7、整的塊體（又完整的塊體（又稱巖塊），其中可包含稱巖塊），其中可包含細微的結構面和孔隙，細微的結構面和孔隙，是組成巖體的基本單元是組成巖體的基本單元； 巖體是巖體是由巖塊組成的包由巖塊組成的包含了宏觀結構面的地質含了宏觀結構面的地質體體。巖體的強度遠低于巖塊；巖體的強度遠低于巖塊；巖石巖石( (體體) )工程穩定性主工程穩定性主要取決于巖體強度。要取決于巖體強度。* 6. 6.巖體與工程的關系巖體與工程的關系1.1.定義定義巖體力學巖體力學(Rock mass Mechanics)(Rock mass Mechanics)是一門介于地學是一門介于地學與力學兩門學科之間的邊緣學科，與力學兩門學科之

8、間的邊緣學科，是研究巖石是研究巖石和巖體在其周圍物理環境（力場、溫度場、地和巖體在其周圍物理環境（力場、溫度場、地下水等）發生變化后作出響應的一門力學分支下水等）發生變化后作出響應的一門力學分支學科。學科。是一門應用型基礎學科。是一門應用型基礎學科。 又稱又稱巖石力學巖石力學(Rock Mechanics)(Rock Mechanics) 國際巖石力學學會（國際巖石力學學會（ISRMISRM） 中國巖石力學與工程學會（中國巖石力學與工程學會（CSRMECSRME）2.分支學科工程巖體力學為各類建筑工程及采礦工程等服務的為各類建筑工程及采礦工程等服務的巖體力學，重點是研究工程活動引起的巖體重分布

9、應巖體力學，重點是研究工程活動引起的巖體重分布應力以及在這種應力場作用下工程巖體力以及在這種應力場作用下工程巖體( (如邊坡巖體、地如邊坡巖體、地基巖體和地下洞室圍巖等基巖體和地下洞室圍巖等) )的變形和穩定性。的變形和穩定性。構造巖體力學為構造地質學、找礦及地震預報等服為構造地質學、找礦及地震預報等服務的巖體力學，重點是探索地殼深部巖體的變形與斷務的巖體力學，重點是探索地殼深部巖體的變形與斷裂機理，為此需研究高溫高壓下巖石的變形與破壞規裂機理，為此需研究高溫高壓下巖石的變形與破壞規律以及與時間效應有關的流變特征。律以及與時間效應有關的流變特征。破碎巖石力學為掘進、鉆井及爆破工程服務的巖體為掘

10、進、鉆井及爆破工程服務的巖體力學，主要是研究巖石的切割和破碎理論以及巖體動力學，主要是研究巖石的切割和破碎理論以及巖體動力學特性。力學特性。3.學科屬性與特點（1 1）學科屬性）學科屬性屬于固體力學的范疇屬于固體力學的范疇巖石力學又是固體力學與地學交叉滲透而形成的邊巖石力學又是固體力學與地學交叉滲透而形成的邊緣科學緣科學（2 2）巖體力學的特點）巖體力學的特點巖石自然特征取決于其成因及后期地質作用巖石自然特征取決于其成因及后期地質作用巖體的力學性能取決于巖石的力學性質和不連續面巖體的力學性能取決于巖石的力學性質和不連續面的數量和性質。一般受控于不連續面；但有時又較的數量和性質。一般受控于不連續

11、面；但有時又較多地取決于巖石本身的性質多地取決于巖石本身的性質巖體力學是解決巖石工程技術問題的理論基礎巖體力學是解決巖石工程技術問題的理論基礎1 1、巖體的力學特性、巖體的力學特性（1 1）不連續性）不連續性結構面切割結構面切割（2 2）各向異性）各向異性結構面的方向性結構面的方向性（3 3）不均勻性）不均勻性結構面的分布、結構體的大小結構面的分布、結構體的大小（4 4）賦存地質因子的特性）賦存地質因子的特性地下水、溫度、氣地下水、溫度、氣體、地應力場、地質遺跡（如褶皺等）等體、地應力場、地質遺跡（如褶皺等）等2.2.巖體力學的研究任務巖體力學的研究任務（1 1）基礎理論）基礎理論力學模型與本

12、構規律；連續介質與不連續介質力學原理；變形力學模型與本構規律；連續介質與不連續介質力學原理；變形、破壞等機理及力學原理；力學計算、破壞等機理及力學原理；力學計算（2 2）試驗研究）試驗研究室內、現場試驗的力學原理、內容與方法；模擬試驗；荷載作室內、現場試驗的力學原理、內容與方法；模擬試驗；荷載作用下的力學響應；力學性質指標的統計分析；試驗設備與技術用下的力學響應；力學性質指標的統計分析；試驗設備與技術（3 3）實際應用）實際應用分析、解決巖體工程實際問題分析、解決巖體工程實際問題（4 4）監測預測）監測預測量測應力、應變、蠕變、斷裂、損傷、承載力、穩定性等及隨量測應力、應變、蠕變、斷裂、損傷、

13、承載力、穩定性等及隨時間的變化；預測力學數據時間的變化；預測力學數據3.3.巖體力學的研究內容巖體力學的研究內容（1 1）巖體的地質力學模型及其特征研究）巖體的地質力學模型及其特征研究巖石與巖體的地質特征及分類巖石與巖體的地質特征及分類結構面的空間分布規律及其地質概化模型結構面的空間分布規律及其地質概化模型巖體在自重應力、構造應力、工程應力作用巖體在自重應力、構造應力、工程應力作用下的力學響應及其對巖體力學特性的影響下的力學響應及其對巖體力學特性的影響各類賦存地質因子的相互耦合作用各類賦存地質因子的相互耦合作用（2 2）巖石與巖體的物理力學性質研究）巖石與巖體的物理力學性質研究物理性質、力學性

14、質物理性質、力學性質通過室內、現場試驗研究巖石與結構面的力通過室內、現場試驗研究巖石與結構面的力學特性及其本構關系學特性及其本構關系物理、力學性質參數的試驗測定物理、力學性質參數的試驗測定試驗方法與試驗技術試驗方法與試驗技術荷載作用下巖石與巖體力學特性的變化規律荷載作用下巖石與巖體力學特性的變化規律（3 3）各類工程中的應用）各類工程中的應用地下硐室圍巖的穩定性地下硐室圍巖的穩定性巖石地基的穩定性巖石地基的穩定性巖石邊坡的穩定性巖石邊坡的穩定性監測與預測預報監測與預測預報巖體力學的新理論、新方法巖體力學的新理論、新方法工程地質研究法工程地質研究法 研究巖塊和巖體的地質與結構特征，為巖體力學研究

15、巖塊和巖體的地質與結構特征，為巖體力學的進一步研究提供地質模型和地質資料的進一步研究提供地質模型和地質資料試驗法試驗法 為巖體變形和穩定性分析計算提供必要的物理為巖體變形和穩定性分析計算提供必要的物理力學參數；模擬與驗證巖體工程力學參數；模擬與驗證巖體工程數學力學分析法數學力學分析法 通過建立巖體力學模型和利用適當的通過建立巖體力學模型和利用適當的分析方法，預測巖體在各種力場作用下的變形與穩定分析方法，預測巖體在各種力場作用下的變形與穩定性，為設計和施工提供定量依據性，為設計和施工提供定量依據綜合分析法綜合分析法 采用多種方法考慮各種因素采用多種方法考慮各種因素( (包括工程的、包括工程的、地

16、質的及施工的等地質的及施工的等) )進行綜合分析和綜合評價，得出符進行綜合分析和綜合評價，得出符合實際情況的正確結論合實際情況的正確結論 地地質質調調查查工工程程地地質質分分區區巖巖體體結結構構的的劃劃分分巖巖石石巖巖體體力力學學性性質質室室內、內、現現場場試試驗驗巖體賦存條件分析巖體賦存條件分析初始應力場初始應力場結構面幾何特結構面幾何特征征介質的模型化介質的模型化物理物理數學數學計算計算經典解析法經典解析法數值計算法數值計算法分類、確定巖體的質量、等級分類、確定巖體的質量、等級模擬試驗模擬試驗物理模擬物理模擬相似模擬相似模擬經驗判據經驗判據正演、反演正演、反演巖巖體體工工程程設設計計加加固

17、固措措施施施施工工長長期期監監測測巖體力學研究步驟：巖體力學研究步驟：邊坡巖體地質特征（邊坡巖體地質特征（地層、地層、巖性、結構面特征及分巖性、結構面特征及分布、地下水等布、地下水等）巖塊、結構面力學性巖塊、結構面力學性質（室內試驗：求變質（室內試驗：求變形、強度參數）形、強度參數）應力條件（建筑物作應力條件（建筑物作用力、天然應力、水用力、天然應力、水壓力、地震力等）壓力、地震力等）地質模型建立地質模型建立（平、剖面圖）（平、剖面圖）巖體力學性質，力學參數（現場試巖體力學性質，力學參數（現場試驗、模擬試驗）驗、模擬試驗）開挖后的重分布應開挖后的重分布應力、大小力、大小力學模型建立（介質模型、

18、應力、巖體力學參數、變形破壞機理力學模型建立（介質模型、應力、巖體力學參數、變形破壞機理.）穩定性分析計算（剛體極限平衡理論、有限元穩定性分析計算（剛體極限平衡理論、有限元.）綜合評價綜合評價工程設計要求工程設計要求工程設計工程設計處理方案或修改處理方案或修改 角角施工施工安全系數安全系數穩定、合理穩定、合理不穩定、不合理不穩定、不合理工工程程地地質質研研究究方方法法試試驗驗法法數學、數學、力學力學分析分析法法綜合綜合評價評價法法1. 1.與地質學的關系與地質學的關系巖體力學與地質尤其與工程地質關系密切。與工程有關的巖石或巖體力學與地質尤其與工程地質關系密切。與工程有關的巖石或巖體處于一定的地

19、質環境中，巖石或巖體的力學性狀受地質環境巖體處于一定的地質環境中，巖石或巖體的力學性狀受地質環境的制約和影響，巖石或巖體的力學特性的宏觀判斷離不開工程地的制約和影響，巖石或巖體的力學特性的宏觀判斷離不開工程地質條件的認識。質條件的認識。世界上很多巖體工程的失事，大都是由于對工程地質條件、巖體世界上很多巖體工程的失事，大都是由于對工程地質條件、巖體條件的判斷失誤所造成的，如意大利瓦依昂水庫的滑坡。條件的判斷失誤所造成的，如意大利瓦依昂水庫的滑坡。從事工程地質工作也需要有巖石力學的基本理論和知識來指導，從事工程地質工作也需要有巖石力學的基本理論和知識來指導，使工程地質更好地為工程建設服務。使工程地

20、質更好地為工程建設服務。2. 2.與其它學科的關系與其它學科的關系巖石力學與數學、物理、理論力學、材料力學、彈性力學、塑性巖石力學與數學、物理、理論力學、材料力學、彈性力學、塑性力學、流變理論等關系很密切，需要用到這些方面的理論和知識力學、流變理論等關系很密切，需要用到這些方面的理論和知識。1. 1.形成歷史形成歷史19511951年，在奧地利創建了地質力學研究組，并形成了年，在奧地利創建了地質力學研究組，并形成了獨具一格的奧地利學派。獨具一格的奧地利學派。同年，國際大壩會議設立了巖石力學分會。同年，國際大壩會議設立了巖石力學分會。19561956年，美國召開了第一次巖石力學討論會。年，美國召

21、開了第一次巖石力學討論會。19571957年，第一本年，第一本巖石力學巖石力學專著出版。專著出版。19591959年，法國馬爾帕塞壩潰決，引起巖體力學工作者年，法國馬爾帕塞壩潰決，引起巖體力學工作者的關注和研究。的關注和研究。巖石力學演變為巖體力學巖石力學演變為巖體力學19621962年，成立國際巖石力學學會年，成立國際巖石力學學會(ISRM)(ISRM)。19661966年，第一屆國際巖石力學大會在葡萄牙的里斯本年，第一屆國際巖石力學大會在葡萄牙的里斯本召開。召開。2. 2.發展動態發展動態巖體結構與結構面的仿真模擬、力學表述及其力學機巖體結構與結構面的仿真模擬、力學表述及其力學機理問題理問

22、題裂隙化巖體的強度、破壞機理及破壞判據問題裂隙化巖體的強度、破壞機理及破壞判據問題巖體與工程結構的相互作用與穩定性評價問題巖體與工程結構的相互作用與穩定性評價問題軟巖的力學特性及其巖體力學問題軟巖的力學特性及其巖體力學問題水水- -巖巖- -應力耦合作用及巖體工程穩定性問題應力耦合作用及巖體工程穩定性問題高地應力巖體力學問題高地應力巖體力學問題巖體結構整體綜合仿真反饋系統與優化技術巖體結構整體綜合仿真反饋系統與優化技術巖體動力學、水力學與熱力學問題巖體動力學、水力學與熱力學問題巖體流變與長期強度問題巖體流變與長期強度問題巖體工程計算機輔助設計與圖像自動生成處理。巖體工程計算機輔助設計與圖像自動

23、生成處理。3. 3.巖體力學主要學派介紹巖體力學主要學派介紹（1 1）“奧地利學派奧地利學派”（SalzburgSalzburg學派）簡介：學派）簡介：代表人物：代表人物：J.StiniJ.Stini、L.MllerL.Mller觀點：觀點：巖石與巖體嚴格區分，巖體是不連續介質，不能簡單地利用固巖石與巖體嚴格區分，巖體是不連續介質，不能簡單地利用固體力學來研究，而必須考慮節理、裂隙、斷層等地質結構構造體力學來研究，而必須考慮節理、裂隙、斷層等地質結構構造以及地下水的作用；以及地下水的作用；巖體的變形不是巖石的變形，而是巖塊移動所致；巖體的變形不是巖石的變形，而是巖塊移動所致；巖體的力學性質應通

24、過現場試驗而不是小巖塊試驗獲得；巖體的力學性質應通過現場試驗而不是小巖塊試驗獲得；工程地質人員應進行定量的地質描述，對巖體的結構面如斷層、工程地質人員應進行定量的地質描述，對巖體的結構面如斷層、節理和裂隙等進行觀測和考察，研究它們的作用及其對巖體力節理和裂隙等進行觀測和考察，研究它們的作用及其對巖體力學性質的影響，既要提供定性的概念，還應提供用于實際計算學性質的影響，既要提供定性的概念，還應提供用于實際計算的定量數據。的定量數據。成果：成果：19511951年在奧地利的年在奧地利的SalzburgSalzburg發起和舉辦了以巖體力學發起和舉辦了以巖體力學為主題的國際研討會，為把工程地質與力學相結合，為主題的國際研討會，為把工程地質與力學相