1、礦山巖石力學(xué)第1頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)40分，星期五1. 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

2、 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) 第2頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)40分，星期五 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)劃第3頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)40分，星期五第一章 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(lèi)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) 容第4頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)40分，星期五 第一

3、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)系第5頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)40分，星期五 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。第6頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)40分，星期五一、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

4、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(chēng)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。第7頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)40分，星期五二、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(chēng)之為

5、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。第8頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)40分，星期五 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、巖體的特征第9頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)40分，星期五三、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

6、的理論及其實(shí)際應(yīng)用的科學(xué)，是一門(mén)應(yīng)用型基礎(chǔ)學(xué)科。第10頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)40分，星期五1、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) 工程處理與加固第11頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)40分，星期五2、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ǎA(yù)測(cè)巖體在各種力場(chǎng)作用下的變形與

7、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。第12頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)40分，星期五四、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(mén)新興學(xué)科和邊緣學(xué)科，是一門(mén)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

8、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：第13頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)40分，星期五（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(AHeim)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)。第14頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)40分，星期五（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

9、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。第15頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)40分，星期五（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

10、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。第16頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)40分，星期五（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(xiàn)，從而更深刻的揭示了巖石的力學(xué)特性。 巖體

11、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(mén)獨(dú)立的力學(xué)學(xué)科，服務(wù)于巖體工程。第17頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)40分，星期五1951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(zhuān)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)形成歷史第18頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)40分，星期五巖體力學(xué)發(fā)展動(dòng)態(tài)

12、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。第19頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)40分，星期五 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

13、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)第20頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)40分，星期五1、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，巖體力學(xué)與工程地質(zhì)學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)和地質(zhì)力學(xué)有著十分密切的聯(lián)系。3、巖體力學(xué)是為解決巖體工程中的力學(xué)問(wèn)題服務(wù)的，這些工程學(xué)科包括：采礦和其它地下空間工程、交通工程、水電工程和基礎(chǔ)工程等。因此，巖體力學(xué)是各種巖體工程學(xué)科的專(zhuān)業(yè)理論基礎(chǔ)。六、巖體力學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系第21頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)40分，星期五巖體力學(xué)的分支學(xué)科工程巖體力學(xué)為各類(lèi)建筑工程及采礦工程等服務(wù)的巖體力學(xué)，重點(diǎn)是研究工程活動(dòng)引起的巖體重