巖石力學(xué)講稿

碩士研究生《巖石力學(xué)》課程教學(xué)大綱第一章巖石力學(xué)的發(fā)展歷史和概論巖石力學(xué)的定義和基本概念巖石力學(xué)的發(fā)展歷史1.2.1初始階段經(jīng)驗(yàn)理論階段經(jīng)典理論階段現(xiàn)代發(fā)展階段巖石力學(xué)的基本研究內(nèi)容和研究方法基本研究內(nèi)容主要研究方法巖石力學(xué)研究的主要問題1.4.1水利水電建設(shè)工程1.4.2采礦工程1.4.3鐵道和公路建設(shè)工程土木建筑工程1.4.5石油工程1.4.6海洋勘探與開發(fā)工程1.4.7核廢料處理工程1.4.8地?zé)衢_發(fā)工程1.4.9地震預(yù)報(bào)巖石力學(xué)與工程發(fā)展前景展望第二章巖石的物理力學(xué)性質(zhì)2.1巖石的物理性質(zhì)巖石力學(xué)性質(zhì)的試驗(yàn)和研究2.2.1非限制壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)2.2.2點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)2.2.3三軸壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)剪切強(qiáng)度試驗(yàn)全應(yīng)力—應(yīng)變曲線及破壞后強(qiáng)度第三章巖石與巖體分類3.1按地質(zhì)條件分類3.1.1具有結(jié)晶組織的巖石3.1.2具有碎屑組織的巖石3.1.3非常細(xì)顆粒的巖石3.1.4有機(jī)巖石3.2按力學(xué)效應(yīng)分類均質(zhì)連續(xù)體3.2.2弱面體3.2.3散體3.3按巖體結(jié)構(gòu)分類完整塊狀結(jié)構(gòu)3.3.2層狀結(jié)構(gòu)3.3.3碎裂結(jié)構(gòu)3.3.4散體結(jié)構(gòu)CSIRGeomechanicsRockMassClassificationCSIR巖體質(zhì)量分級(jí)指標(biāo)體系RMR巖體質(zhì)量評分標(biāo)準(zhǔn)NG1隧道巖體質(zhì)量分級(jí)NG1巖體質(zhì)量分級(jí)指標(biāo)體系Q巖體質(zhì)量評分標(biāo)準(zhǔn)第四章巖石破壞準(zhǔn)則莫爾—庫侖破壞準(zhǔn)則經(jīng)驗(yàn)破壞準(zhǔn)則4.3格里菲斯（Griffith）強(qiáng)度理論各向異性巖體的破壞第五章巖石流變理論巖石流變的基本概念三個(gè)流變原件模型組合體5.3.1圣維南體5.3.2馬克斯威爾體開爾文體廣義開爾文體飽依丁—湯姆遜體理想粘塑性體5.3.7賓漢姆體5.3.8伯格模型體第六章地應(yīng)力測量原理與技術(shù)地應(yīng)力的成因及其一般分布規(guī)律地應(yīng)力測量的基本原理和方法6.3直接測量法扁千斤頂法6.3.2剛性包體應(yīng)力計(jì)法水壓致裂法6.3.4聲發(fā)射法6.4間接測量法6.4.1套孔應(yīng)力解除法6.4.2其他間接測量法應(yīng)力解除法的主要測量技術(shù)和原理計(jì)算孔徑變形法孔底應(yīng)變法孔壁應(yīng)變法6.5.4空心包體應(yīng)變法6.5.5實(shí)心包體應(yīng)變計(jì)法高等巖石力學(xué)ADVANCEDROCKMECHANICS第一章巖石力學(xué)的發(fā)展歷史和概論巖石力學(xué)的定義和基本概念巖石力學(xué)是近代發(fā)展起來的一門新興學(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,巖石力學(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)踐促使了巖石力學(xué)的誕生和發(fā)展。巖石力學(xué)是隨著開采和巖土工程的不斷發(fā)展而成長起來的，充分使采礦和巖土工程從skilltechnology上升到science,從經(jīng)驗(yàn)類比設(shè)計(jì)上升到科學(xué)定量計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)的有力工具。巖石力學(xué)是一門多學(xué)科的科學(xué)(Muti-disciplineryScience),涉及大量的力學(xué)、數(shù)學(xué)和地學(xué)學(xué)科：工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、材料力學(xué)、固體力學(xué)、流體力學(xué)、斷裂力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱力學(xué)、計(jì)算力學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、優(yōu)化理論、系統(tǒng)工程、非線性理論、耗散結(jié)構(gòu)理論、信息論、控制論、協(xié)同論、人工智能、數(shù)值分析、灰色系統(tǒng)理論等傳統(tǒng)的簡單概念：采礦和巖石工程中的數(shù)學(xué)力學(xué)理論就是巖石力學(xué)。美國科學(xué)院巖石力學(xué)委員會(huì)定義(1966年)：巖石力學(xué)是研究巖石的力學(xué)性狀的一門理論和應(yīng)用科學(xué)，它是力學(xué)的一個(gè)分支，是探討巖石對其周圍物理環(huán)境中力場的反應(yīng)。缺點(diǎn)：從"材料"的概念出發(fā)的，帶有材料力學(xué)或固體力學(xué)的深深烙印。巖石力學(xué)的特點(diǎn)：不能把"巖石"看成固體力學(xué)中的一種材料,所有巖石工程中的"巖石"是一種天然地質(zhì)體，或者叫做巖體，它具有復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和賦存條件，是一種典型的"不連續(xù)介質(zhì)"。巖體中存在地應(yīng)力，它是由于地質(zhì)構(gòu)造和重力作用等形成的內(nèi)應(yīng)力。由于巖石工程的開挖引起地應(yīng)力的釋放，正是這種"釋放荷載"才是引起巖石工程變形和破壞的作用力。巖石力學(xué)的研究忠路和研究方法與以研究“外載荷作用”為特征的材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等有本質(zhì)的不同。"巖體"是自然系統(tǒng)，"工程巖體"是人地系統(tǒng)，其行為和功能與施工因素密切相關(guān)。巖體和巖石工程中存在著大量的不確定性因素，必須改變傳統(tǒng)的固體力學(xué)的研究方法（牛頓理論），從“系統(tǒng)”的概念出發(fā)，采用不確定性方法進(jìn)行巖石力學(xué)研究。重新定義：巖石力學(xué)是一門認(rèn)識(shí)和控制巖石系統(tǒng)的力學(xué)行為和工程功能的科學(xué)。巖石力學(xué)的發(fā)展歷史1.2.1初始階段（Initialperiod,19世紀(jì)末-20世紀(jì)初）這是巖石力學(xué)的萌芽時(shí)期,產(chǎn)生了初步理論以解決巖體開挖的力學(xué)計(jì)算問題。靜水壓力的理論（海姆A.Heim，1912）：地下巖石處于一種靜水壓力狀態(tài)，作用在地下巖石工程上的垂直壓力和水平壓力相等，均等于單位面積上覆巖層的重量，即q=yH。朗金（W.J.M.Rankine）和金尼克也提出了相似的理論。但他們認(rèn)為只有垂直壓力等于YH，而水平壓力應(yīng)為yh乘一個(gè)測壓系數(shù)，即Q=XyH。朗金根據(jù)松散理論認(rèn)為九=tan2（扌一》；而金尼克根據(jù)彈性理論的泊松效應(yīng)認(rèn)為九=—L。l—u1.2.2經(jīng)驗(yàn)理論階段（Empericaltheory,20世紀(jì)初-30年代）該階段出現(xiàn)了根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)提出的地壓理論，并開始用材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法分析地下工程的支護(hù)問題。普氏理論（普羅托吉雅柯洛夫，1926）：圍巖開挖后自然塌落成拋物線拱形，作用在支架上的壓力等于冒落拱內(nèi)巖石的重量，僅是上覆巖石重量的一部分。普氏理論也稱為自然平衡拱學(xué)說。（附圖1）太沙基（K.Terzahi）也提出相同的理論，只是他認(rèn)為塌落拱的形狀是矩形,而不是拋物線型。普氏理論是相應(yīng)于當(dāng)時(shí)的支護(hù)型式和施工水平提出來。事實(shí)上，圍巖的坍塌并不是圍巖壓力的唯一來源。圍巖和支護(hù)并不完全是荷載和結(jié)構(gòu)的關(guān)系，圍巖和支護(hù)應(yīng)形成一個(gè)共同承載系統(tǒng)。維持巖石工程穩(wěn)定性最根本的是要發(fā)揮圍巖自身的承載作用。1.2.3經(jīng)典理論階段（Classicaltheory,20世紀(jì)30年代-60年代）這是巖石力學(xué)學(xué)科形成的重要階段，彈性力學(xué)和塑性力學(xué)被引入巖石力學(xué)，確立了一些經(jīng)典計(jì)算公式，形成圈巖和支護(hù)共同作用的理論：結(jié)構(gòu)面對巖體力學(xué)性質(zhì)的影響受到重視；巖石力學(xué)發(fā)展到該階段已經(jīng)形成了一門獨(dú)立的學(xué)科。在經(jīng)典理論發(fā)展階段，形成了"連續(xù)介質(zhì)理論"和"地質(zhì)力學(xué)理論"兩大學(xué)派。連續(xù)介質(zhì)理論（continuoustheory）:以固體力學(xué)作為基礎(chǔ)，從材料的基本力學(xué)性質(zhì)出發(fā)來認(rèn)識(shí)巖石工程的穩(wěn)定問題，這是認(rèn)識(shí)方法上的重要進(jìn)展，抓住了巖石工程計(jì)算的本質(zhì)性問題。早期的連續(xù)介質(zhì)理論忽視了對地應(yīng)力作用的正確認(rèn)識(shí)，忽視了開挖的概念和施工因素的影響。采用固體力學(xué)或結(jié)構(gòu)力學(xué)的外邊界加載方式，往往得出遠(yuǎn)離開挖體處的位移大，而開挖體內(nèi)邊緣位移小的計(jì)算結(jié)果，這顯然與事實(shí)不符。多數(shù)的巖石工程不是一次開挖完成的，而是多次開挖完成的。由于巖石材料的非線性，其受力后的應(yīng)力狀態(tài)具有加載途徑性，忽視施工過程的計(jì)算結(jié)果將很難用于指導(dǎo)工程實(shí)踐。在巖石工程的計(jì)算中存在大量不確定性因素，如巖石的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、節(jié)理、裂隙分布、工程地質(zhì)條件等均存在大量不確定性，所以傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)理論作為一種確定性研究方法過分強(qiáng)調(diào)巖石材料特性、本構(gòu)關(guān)系(constitutiveequations)的研究，向精確性發(fā)展是不適合用于解決巖石工程問題的。早期的連續(xù)性介質(zhì)理論的計(jì)算方法只適用于圓形(橢圓形)巷道等個(gè)別情況，而對普通的巖石開挖工程無能為力，因?yàn)闆]有現(xiàn)成的彈性或彈塑性理論解析解(closedformsolution)可供應(yīng)用。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和數(shù)值分析技術(shù)的發(fā)展為巖石力學(xué)的定量計(jì)算和分析創(chuàng)造了條件。地質(zhì)力學(xué)理論(geomechanicstheory)：注重研究地層結(jié)構(gòu)與力學(xué)和巖石工程穩(wěn)定性的關(guān)系。反對把巖體當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)簡單地利用固體力學(xué)的原理進(jìn)行巖石力學(xué)特性的分析；強(qiáng)調(diào)要重視對巖體節(jié)理、裂隙的研究，重視巖體結(jié)構(gòu)面對巖石工程穩(wěn)定性的影響和控制作用。該理論對巖石工程的最重要貢獻(xiàn)是提出了"研究工程圍巖的穩(wěn)定性必須了解原巖應(yīng)力和開挖后巖體的力學(xué)強(qiáng)度變化"以及"節(jié)理裂隙對巖石工程穩(wěn)定性的影響"等觀點(diǎn)。該理論同時(shí)重視巖石工程施工過程中應(yīng)力、位移和穩(wěn)定性狀態(tài)的監(jiān)測，這是現(xiàn)代信息巖石力學(xué)的雛形。強(qiáng)調(diào)理論和工程結(jié)合(阿爾卑斯山隧道)在巖石工程施工方面，提出了著名的“新奧法(NATM，NewAustrainTunnellingMethod)"，該方法特別符合現(xiàn)代巖石力學(xué)理論，至今仍被國內(nèi)外廣泛應(yīng)用。1962年，國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)成立，L.Muller為第一任主席。該理論的缺陷是過分強(qiáng)調(diào)節(jié)理、裂隙的作用，過分依賴經(jīng)驗(yàn),而忽視理論的指導(dǎo)作用。該理論完全反對把巖體作為連續(xù)介質(zhì)看待，也是不正確的和有害的。1.2.4現(xiàn)代發(fā)展階段（Moderndevelopment,20世紀(jì)60年代-現(xiàn)在）此階段是巖石力學(xué)理論和實(shí)踐的新進(jìn)展階段。主要特點(diǎn)：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)等的最新成果引入了巖石力學(xué)。而電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用為流變學(xué)、斷裂力學(xué)、非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)、數(shù)值方法、灰色理論、人工智能、非線性理論等在巖石力學(xué)與工程中的應(yīng)用提供了可能?，F(xiàn)代巖石力學(xué)理論認(rèn)為：由于巖石和巖體結(jié)構(gòu)及其賦存狀態(tài)、賦存條件的復(fù)雜性和多變性，巖石力學(xué)既不能完全套用傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)理論，也不能完全依靠以節(jié)理、裂隙和結(jié)構(gòu)面分析為特征的傳統(tǒng)地質(zhì)力學(xué)理論，而必須把巖石工程看成是一個(gè)"人——地"系統(tǒng)，用系統(tǒng)論的方法來進(jìn)行巖石力學(xué)與工程的研究。用系統(tǒng)概念來表征"巖體"，可使巖體的"復(fù)雜性"得到全面的科學(xué)的表述。從系統(tǒng)來講，巖體的組成、結(jié)構(gòu)、性能、賦存狀態(tài)及邊界條件構(gòu)成其力學(xué)行為和工程功能的基礎(chǔ)，巖石力學(xué)研究的目的是認(rèn)識(shí)和控制巖石系統(tǒng)的力學(xué)行為和工程功能。20世紀(jì)60-70年代，“不連續(xù)性”成為巖石力學(xué)的研究重點(diǎn)，巖體和巖塊的區(qū)別得到重視，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的進(jìn)步，從"材料"概念到"不連續(xù)介質(zhì)"概念是巖石力學(xué)理論上的飛躍。20世紀(jì)60年代和70年代開始出現(xiàn)用于巖石工程穩(wěn)定性計(jì)算的數(shù)值計(jì)算方法，主要是有限元法；20世紀(jì)80年代，數(shù)值計(jì)算發(fā)展很快，有限元、邊界元、離散元及其混合模型得到廣泛應(yīng)用；20世紀(jì)90年代，數(shù)值方法終于在巖石力學(xué)和工程學(xué)科中扎根，巖石力學(xué)專家建立起自己獨(dú)到的分析原理和計(jì)算方法。20世紀(jì)80和90年代，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步也帶動(dòng)了信息技術(shù)的發(fā)展。巖石工程三維信息系統(tǒng)、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、工程決策支持系統(tǒng)等迅速發(fā)展起來，并得到普通的重視和應(yīng)用。20世紀(jì)90年代現(xiàn)代數(shù)理科學(xué)的重要滲透是非線性科學(xué)在巖石力學(xué)中的應(yīng)用。本質(zhì)上講非線性和線性是互為依存的。耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同論、分叉和混沌理論正在被試圖用于認(rèn)識(shí)和解釋巖體力學(xué)過程的重要依據(jù)。針對巖體結(jié)構(gòu)及其賦存狀態(tài)、賦存條件的復(fù)雜性和多變性，巖石力學(xué)和工程所研究的目標(biāo)和對象存在著大量不確定性，20世紀(jì)80年代末提出不確定性研究理論，目前已被越來越多的人認(rèn)識(shí)和接受?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段如模糊數(shù)學(xué)，人工智能、灰色理論和非線性理論等為不確定分析研究方法和理論體系的建立提供了必要的技術(shù)支持。系統(tǒng)科學(xué)雖然早已受到巖石力學(xué)界的注意，但直到80~90年代才成為共識(shí)，并進(jìn)入巖石力學(xué)理論和工程應(yīng)用。系統(tǒng)論強(qiáng)調(diào)復(fù)雜事物的層次性、多因素性及相互作用特征，并認(rèn)為認(rèn)為認(rèn)識(shí)是多源的，是多源知識(shí)的綜合集成，這些為巖石力學(xué)理論和巖石工程實(shí)踐的結(jié)合提供了依據(jù)。結(jié)論：從"材料"概念到"不連續(xù)介質(zhì)概念"是現(xiàn)代巖石力學(xué)的第一步突破；進(jìn)入計(jì)算力學(xué)階段是第二步突破；而非線性理論、不確定性理論和系統(tǒng)科學(xué)理論進(jìn)入實(shí)用階段，則是巖石力學(xué)理論研究及工程應(yīng)用的第三步意義更為重大的突破。巖石力學(xué)的基本研究內(nèi)容和研究方法1.3.1巖石力學(xué)的基本研究內(nèi)容巖石、巖體地質(zhì)特征的研究:巖石的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征；結(jié)構(gòu)面特征及其對巖體力學(xué)性質(zhì)的影響；巖體結(jié)構(gòu)及其力學(xué)特征；巖體工程分類。巖石的物理、水理與熱學(xué)性質(zhì)的研究。巖石的基本力學(xué)性質(zhì)的研究:巖塊在各種力學(xué)作用下的變形和強(qiáng)度特征以及力學(xué)指標(biāo)參數(shù)；影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素，包括加載條件、溫度、濕度等；巖石的變形破壞機(jī)理及其破壞判據(jù)。結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的研究:結(jié)構(gòu)面在法向壓應(yīng)力及剪應(yīng)力作用下的變形特征及其參數(shù)確定；結(jié)構(gòu)面剪切強(qiáng)度特征及其測試技術(shù)和方法。巖體力學(xué)性質(zhì)的研究:巖體變形與強(qiáng)度特征及其原位測試技術(shù)與方法；巖體力學(xué)參數(shù)的弱化處理與經(jīng)驗(yàn)估計(jì);影響巖體力學(xué)性質(zhì)的主要因素;巖體中地下水的賦存、運(yùn)移規(guī)律及巖體的水力學(xué)特征。原巖應(yīng)力(地應(yīng)力)分布規(guī)律及其測量理論與方法的研究。工程巖體的穩(wěn)定性研究:各類工程巖體在開挖荷載作用下的應(yīng)力、位移分布特征；各類工程巖體在開挖荷載作用下的變形破壞特征;各類工程巖體的穩(wěn)定性分析與評價(jià)等。巖石工程穩(wěn)定性維護(hù)技術(shù)的研究。各種新技術(shù)、新方法與新理論在巖石力學(xué)中的應(yīng)用研究。工程巖體的模型、模擬試驗(yàn)及原位監(jiān)測技術(shù)的研究。1.3.2巖石力學(xué)的主要研究方法工程地質(zhì)研究方法。著重于研究與巖石和巖體的力學(xué)性質(zhì)有關(guān)的巖石和巖體地質(zhì)特征。巖礦鑒定方法、地層學(xué)方法、水文地質(zhì)學(xué)方法等?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)方法?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)是巖石力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，它包括實(shí)驗(yàn)室?guī)r石力學(xué)參數(shù)的測定，模型實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)場巖體的原位實(shí)驗(yàn)及監(jiān)測技術(shù)，地應(yīng)力的測定和巖體構(gòu)造的測定等。近代發(fā)展起來的新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)都已不斷地應(yīng)用于巖石力學(xué)領(lǐng)域，如遙感技術(shù)、激光散斑和切層掃描技術(shù)、三維地震勘測成像和三維地震CT成像技術(shù)，微震技術(shù)，等等，都已逐漸為巖石工程服務(wù)。數(shù)學(xué)力學(xué)分析方法。數(shù)學(xué)力學(xué)分析是巖石力學(xué)研究中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。他是通過建立工程巖體的力學(xué)模型和利用適當(dāng)?shù)姆治龇椒?，預(yù)測工程巖體在各種力場作用下的變形與穩(wěn)定性，為巖石工程設(shè)計(jì)和施工提供定量依據(jù)。常用的力學(xué)模型：剛體力學(xué)模型、彈性及彈塑性力學(xué)模型、流變模型、斷裂力學(xué)模型、損傷力學(xué)模型、滲透網(wǎng)絡(luò)模型、拓?fù)淠Ｐ偷?。常用的分析方法：?shù)值分析方法，包括:有限差分法、有限元法、邊界元法、離散元法、無界元法、流形元法、不連續(xù)變形分析法、塊體力學(xué)和反演分析法等；模糊聚類和概率分析，包括:隨機(jī)分析、可靠度分析、靈敏度分析、趨勢分析、時(shí)間序列分析和灰色系統(tǒng)理論等；模擬分析，包括:光彈應(yīng)力分析、相似材料模型試驗(yàn)、離心模型試驗(yàn)等。整體綜合分析方法。就整個(gè)工程進(jìn)行多種方法并以系統(tǒng)工程為基礎(chǔ)的綜合分析。這是巖石力學(xué)與巖石工程研究中極其重要的一套工作方法。由于巖石力學(xué)與工程研究中每一環(huán)節(jié)都是多因素的，且信息量大，因此必須采用多種方法并考慮多種因素（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價(jià)，特別注重理論和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，才能得出符合實(shí)際情況的正確結(jié)論。就巖石工程而言，整體綜合分析方法又必須以不確定性分析方法為指導(dǎo)。用系統(tǒng)論、信息論、不確定性理論指導(dǎo)巖石力學(xué)研究由于巖石和巖體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和多變性，巖石力學(xué)既不能套用連續(xù)介質(zhì)理論，也不能只是根據(jù)節(jié)理裂隙的分析就能確定巖體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。根據(jù)現(xiàn)代巖石力學(xué)的觀點(diǎn)，采礦、土木、水利水電、交通等巖石開挖工程是一個(gè)力學(xué)問題，而力學(xué)分析的基礎(chǔ)是地應(yīng)力的存在，確定地應(yīng)力是研究一切巖石工程問題的首先任務(wù)。第二步要弄清巖石材料的物理力學(xué)性質(zhì)和巖體的結(jié)構(gòu)，構(gòu)造特征。這二步是采礦和巖石工程力學(xué)分析的基本前提條件，只根據(jù)這二個(gè)條件進(jìn)行分析則遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，分析過程中必須考慮到下列因素：地應(yīng)力是一種內(nèi)應(yīng)力，它與傳統(tǒng)的荷載的概念不同。由于巖體開挖引起內(nèi)應(yīng)力的釋放，才引起巖體的變形和破壞，影響巖體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。除了地應(yīng)力和巖石材料性質(zhì)外，工程施工因素對采礦和其他巖土工程的穩(wěn)定性有重大影響。因?yàn)殚_挖引起的力學(xué)效應(yīng)具有加載途徑性。采礦的開挖不是一次完成的，而是分多次完成的，前一次的開挖對以后多次開挖都會(huì)產(chǎn)生影響，不同的開挖過程、開挖步驟，不同的支護(hù)方式、支護(hù)結(jié)構(gòu)、支護(hù)施工形式和支護(hù)時(shí)間等等具有不同的應(yīng)力-應(yīng)變歷史變化過程和不同的最終力學(xué)效應(yīng)。即最終不同的工程穩(wěn)定性狀態(tài)。采礦過程力學(xué)分析的基本條件，包括地應(yīng)力、巖石的性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)、節(jié)理裂隙等具有不確定性（模糊性、隨機(jī)性），應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和力學(xué)效應(yīng)也同樣具有不確定性。用1+1=2的方法解決不了采礦問題，必須用統(tǒng)計(jì)分析的方法進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化分析，通過對多種不通方案的綜合分析比較，找出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)通過監(jiān)測將施工過程中的多種信息返回到設(shè)計(jì)中去，對設(shè)計(jì)反復(fù)地進(jìn)行修正和補(bǔ)充，使之跟完善、更合理。巖石力學(xué)研究的主要問題水利水電工程壩基及壩肩穩(wěn)定性，防滲加固理論和技術(shù)；有壓和無壓引水隧道設(shè)計(jì)、施工及加固理論技術(shù)；大跨度高邊墻地下廠房的圍巖穩(wěn)定及加固技術(shù);高速水流沖刷的巖石力學(xué)問題；水庫誘發(fā)地震的預(yù)報(bào)問題；庫岸邊坡穩(wěn)定及加固方法。南水北調(diào)工程（附圖2）西線從金沙江、雅礱江、大渡河調(diào)水170億m3到黃河。全長約350?400km,7壩14洞，隧洞總長321km（長洞最長72km）,施工問題，運(yùn)行穩(wěn)定性問題采礦工程露天采礦邊坡設(shè)計(jì)及穩(wěn)定加固技術(shù)；（附圖3）地下礦山開采設(shè)計(jì)優(yōu)化；（附圖4）井下開采中巷道和采場圍巖穩(wěn)定性問題（附圖5，特別是軟巖巷道和深部開采地壓控制問題；深部開采動(dòng)力災(zāi)害評價(jià)，預(yù)測及防治；礦井突水預(yù)測、預(yù)報(bào)及預(yù)處理理論和技術(shù)；煤與瓦斯突出預(yù)測及預(yù)處理理論和技術(shù);采空區(qū)處理及地面沉降問題；排土場、尾礦庫穩(wěn)定性及加固問題巖石破碎問題。鐵道和公路建設(shè)工程鐵道和公路穿過特殊地層（青藏鐵路）線路邊坡穩(wěn)定性分析；隧道設(shè)計(jì)和施工技術(shù)；隧道施工中的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)及處理；高地應(yīng)力區(qū)的巖爆理論及處理；隧道入口施工技術(shù)及洞臉邊坡角的確定和加固措施；地鐵施工技術(shù)。土木建筑工程高層建筑地基處理與加固技術(shù)；大型地下硐室、地下建筑空間設(shè)計(jì)、施工與加固理論技術(shù);地面建筑物沉降、傾斜控制和糾偏技術(shù)；山城或山坡及臨陡建筑物基礎(chǔ)滑坡監(jiān)測預(yù)報(bào)與防治技術(shù)。（附圖6）石油工程:巖石應(yīng)力與巖石滲透性;巖石力學(xué)與地球物理勘探綜合研究;鉆探技術(shù)與鉆井穩(wěn)定性;巖石力學(xué)與采油技術(shù)（水壓致裂、水平鉆孔）；油層壓縮及地表沉陷;石油、天然氣運(yùn)輸、儲(chǔ)存工程及環(huán)境影響。1.4.6海洋勘探與開發(fā)工程1.4.7核電站建設(shè)中核廢料處理技術(shù)1.4.8地層熱能資源開發(fā)技術(shù)問題1.4.9地震預(yù)報(bào)中的巖石力學(xué)問題汶川地震的若干問題(附圖7。巖石力學(xué)與工程發(fā)展前景展望由于礦產(chǎn)資源勘探開發(fā)、能源開發(fā)、交通運(yùn)輸工程、城市建設(shè)和人向地下空間發(fā)展的需要，工程的規(guī)模越來越大，所涉及的巖石力學(xué)問題也越來越復(fù)雜。例如：在水電工程中，巖石大壩高度可達(dá)300m以上，如我國三峽工程大壩高度達(dá)到350m，裝機(jī)容量1768萬kw,為當(dāng)前世界上最大的巖石建設(shè)工程；采礦工程中，露天礦邊坡不斷加高加陡；如我國太鋼峨口鐵礦最終邊坡垂直高度達(dá)到720m，新西蘭某露天礦邊坡垂直高度達(dá)到1000m；澳大利亞大型露天礦的最終開采境界達(dá)到10?20km2，礦石產(chǎn)量達(dá)到1億噸/年；南非地下黃金礦山的開采深度已超過4000m，我國一些有色金屬礦山、黃金礦山和煤礦的開采深度也已經(jīng)超過1000m；瑞典吉魯納地下鐵礦的礦石生產(chǎn)能力達(dá)到3000萬噸/年。在隧道工程中，已建成的英吉利海峽隧道長達(dá)50km；日本青函跨海隧道長達(dá)53.85km；擬建的美俄海峽隧道，穿越白令海峽，總長約90km；歐非大陸海底隧道，穿越直布羅陀海峽，全長60km；日韓海底隧道，穿越東對馬海峽和西對馬海峽，全長約250km；大陸-臺(tái)灣海底隧道，廣東-海南島海底隧道。這些都對巖石力學(xué)提出了更高的要求，使巖石力學(xué)面臨許多前所未有的問題和挑戰(zhàn)，急需要發(fā)展和提高巖石力學(xué)理論和方法的研究水平，以適應(yīng)工程實(shí)踐的需要。傳統(tǒng)的巖石力學(xué)分析方法，不論是理論分析還是數(shù)值方法，都是一種正向思維或確定性思維，這是牛頓時(shí)代的思維模式，即從事物的必然性出發(fā)，根據(jù)試驗(yàn)建立模型，處理本構(gòu)關(guān)系，在特定的有限的條件下求解。這種傳統(tǒng)的方法不可能將錯(cuò)綜復(fù)雜的巖石力學(xué)與工程問題的研究提高到一個(gè)全新的高度。只有將巖體視為一個(gè)不確定系統(tǒng)，用系統(tǒng)思維、反饋思維、全方位思維(包括逆向思維、非邏輯思維、發(fā)散思維甚至直覺思維)對工程巖體的行為進(jìn)行研究，才能在復(fù)雜的巖石力學(xué)問題的解決方面取得新的突破。思維方法的變革是巖石力學(xué)與工程研究取得突破的關(guān)鍵。20世紀(jì)70年代中后期發(fā)展起來的、基于實(shí)測位移反演巖體力學(xué)參數(shù)和初始地應(yīng)力的位移反分析法是逆向思維在巖石力學(xué)研究中的一次嘗試。到目前為止，對線性問題的反分析是成功的。而對于非線性巖體，由于其具有加載途徑性，反分析的解往往不具有唯一性，這是今后反分析需要解決的關(guān)鍵問題。巖體歸屬各項(xiàng)異性流變介質(zhì)。許多大的巖石工程項(xiàng)目，其服務(wù)年限都在幾十年甚至上百年的時(shí)間，因此，現(xiàn)代巖石工程項(xiàng)目不僅要考慮施工期間的安全，而且要確認(rèn)在日后運(yùn)營長時(shí)期間內(nèi)的安全，即在工程投入運(yùn)營以后，是否會(huì)隨著時(shí)間的增長而產(chǎn)生破裂與失穩(wěn)，這便是巖石流交和粘性時(shí)效研究的任務(wù)不確定性系統(tǒng)分析方法首先將工程巖體看成為"人地系統(tǒng)"。用"系統(tǒng)"概念來表征"巖體"可使巖體的"復(fù)雜性"得到全面科學(xué)的表達(dá)。巖石或巖石工程系統(tǒng)不僅是因?yàn)槎嘁蜃?、多層次組合而具有"復(fù)雜性"，而且還在于他們大多具有很強(qiáng)的"不確定性"，即模糊性和隨機(jī)性。巖石或巖石工程系統(tǒng)的"復(fù)雜性"還來源于它的非線性特性。將整個(gè)系統(tǒng)的非線性過程掌握住，才能做出正確的理解和描述。這樣一個(gè)自然或人為非線性系統(tǒng)不是"死"的，而是"活"的。只有在動(dòng)力學(xué)水平上研究它的動(dòng)態(tài)規(guī)律，才能談得上對它的過程作出可靠的預(yù)測和有效的控制。巖體是天然的地質(zhì)體，而非人工設(shè)計(jì)加工的，首先要認(rèn)識(shí)它，然后才能利用它。由于巖體結(jié)構(gòu)及其賦存條件和賦存環(huán)境的復(fù)雜性、多變性，并且受到工程施工因素的影響等，因此不可能在事先把它們搞得非常清楚，其中必然存在大量認(rèn)識(shí)不清，認(rèn)識(shí)不準(zhǔn)的不確定性因素。這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)或初始狀態(tài)不清楚或不完全清楚的系統(tǒng)，就是所謂的"黑箱"或"灰箱"問題。必須采用"黑箱f灰箱f白箱"的研究方法，在整個(gè)巖石工程設(shè)計(jì)、施工過程中不斷減小黑度，增加白度，達(dá)到工程設(shè)計(jì)和施工的逐步優(yōu)化。為促進(jìn)不確定性系統(tǒng)分析方法的進(jìn)一步發(fā)展，使之更完善、更實(shí)用，在巖石工程系統(tǒng)的研究中，還必須強(qiáng)調(diào)以下兩方面的工作：系統(tǒng)扎實(shí)的巖石力學(xué)基礎(chǔ)資料的收集、調(diào)查、試驗(yàn)和研究工作。只有把基礎(chǔ)資料的采集工作做扎實(shí)，才能減少巖石工程"灰箱"系統(tǒng)的"黑"度或"灰"度，縮短"黑箱f灰箱f白箱"的分析、研究過程，提高工程規(guī)劃、決策的準(zhǔn)確性，加快工程設(shè)計(jì)和施工的進(jìn)度。巖石工程施工和運(yùn)行過程中的全方位多手段的現(xiàn)場監(jiān)測工作。豐富的監(jiān)測資料將為"黑箱f灰箱f白箱"系統(tǒng)分析和研究系統(tǒng)的功能與特性提供必要的信息資料。隨著信息技術(shù)的發(fā)達(dá)和應(yīng)用，工程師們完全可以對工程過程監(jiān)測的信息進(jìn)行高效的理論分析和經(jīng)驗(yàn)判斷，將多源知識(shí)綜合集成，并及時(shí)向工程執(zhí)行系統(tǒng)反饋，進(jìn)行工程決策,逐步優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工工藝。這樣做，就將使工程實(shí)踐和巖石力學(xué)理論分析達(dá)到高度融合，形成巖石工程普遍適用的"現(xiàn)代巖石工程原理和方法"。第二章巖石的物理力學(xué)性質(zhì)PhysicalandmechanicalpropertiesofRock巖石的物理性質(zhì)?1孔隙度（porosity）Vn=—pVtV：巖石試樣內(nèi)的空隙體積；V：巖石試樣的總體積。pt孔隙度與巖石力學(xué)性質(zhì)有密切關(guān)系，一般來說空隙度大，巖石力學(xué)性質(zhì)就差。代表性結(jié)果（附表1。密度（density）,容重（weightdensity）單位體積巖石的重量 kN/m3水：9.8kN/m3比重：巖石的密度和水的密度的比值。g二二rwr=Gr（1一n）dryw巖石比重平均為2.7代表性結(jié)果附表2。滲透性（permeability）巖石滲透性對許多巖石工程有決定性意義，如對大壩、水庫、地下隧道（臨水、高地下水地區(qū)等）、石油、核廢料儲(chǔ)存、瓦斯突出等。滲透性與巖石孔隙度、巖石中的裂隙和應(yīng)力水平有很大關(guān)系。達(dá)西定律（Darcy'sD

qxqxKdPA卩dxq：在x方向的流量速率；（m3/s）xp：流體壓力，p=rH（MPa）Y：流體容重 （kN/m3）H：流體（滲透體）柱高度（m）卩：流體的粘度；（n-S/m2）對于水，20°C時(shí)，卩=1.005x10-3n.s/m2;r=9.80kN/m3oA:垂直于x方向的橫截面積；（m2）K:滲透系數(shù)，與流體（滲透體）的性質(zhì)無關(guān)，與巖石性質(zhì)有關(guān)，單位為面積（m2）達(dá)西定律的另一種形式（滲透體為20C的水）q=kdhAxdxh：滲透體高度（水頭高度），單位：mk:滲透系數(shù)，單位為速度（cm/s）代表性k系數(shù)值附表3K和k互換：K=kwdhdp滲透性單位：1darcy=9.87x10-9cm2（K）1Darcy=10-3cm/s（k）2.1.4聲波速度（在巖石中的傳播速度）（SonicVelocityinRock）用于了解巖石中的裂隙程度1C 二乙i—* Vl il,i*：巖石沒有孔隙縱波速度lC:i成份在巖石中的比例附表4附表4各種礦物成份的縱波速度典型巖石的縱波速度附表5Iq（Indexqualityofrock）：表明巖體中裂隙程度。iq%=（匕）xl00%VlV：所測巖石試樣中的聲波傳播速度（巖體中的聲波傳播速l度）IQ%=（100-1.6Xnp）%n：沒有裂隙的巖石孔隙度，即孔隙對iq有影響，應(yīng)從裂隙p度中剔除其影響，綜合考慮。巖石中的裂隙度分為5級(jí):第1級(jí)：無裂隙或非常輕微裂隙第2級(jí)：較輕微裂隙第3級(jí)：較嚴(yán)重裂隙第4級(jí)：嚴(yán)重裂隙第5級(jí)：非常嚴(yán)重裂隙裂隙等級(jí)分類圖（附圖8）由iq%和孔隙度共同決定，因?yàn)閕q不但受裂隙影響，也受孔隙影響。巖石力學(xué)性質(zhì)的試驗(yàn)和研究非限制壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)（Unconfinedcompressivestrength）這是最早的和最基本的巖石強(qiáng)度試驗(yàn)試樣選擇：完整的巖體，不含有節(jié)理、裂隙，因?yàn)樵谝粋€(gè)小試樣中的節(jié)理裂隙是隨機(jī)的、不具代表性，要做含節(jié)理裂隙的強(qiáng)度試驗(yàn)需作現(xiàn)場巖體大試驗(yàn)（附圖9。試驗(yàn)指標(biāo)值：UCS，是完整巖石試樣的試驗(yàn)，它從一個(gè)方面反映巖體強(qiáng)度。UCS值不是巖石的固有性質(zhì)，什么是巖石的固有性質(zhì)？如顏色、密度、不管試樣的形狀、尺寸和采集地點(diǎn)、采集的人，如石英石，白色、致密等。而UCS與下列因素有關(guān)：試驗(yàn)尺寸、形狀（立方、圓柱形、長方體等，各不相同）三維尺寸比例（如長度與直徑之比），加載速率，溫度、濕度度等，可能還有一些未被認(rèn)識(shí)的因素，還取決于試驗(yàn)機(jī)鋼材和巖石試樣的彈性參數(shù)的差異，低高寬比（L/W）試樣的UCS大于高寬比的試樣。高加載速率下的UCS大于低加壓速率下的UCS。水飽和下的頁巖和某些沉積巖的UCS均為干試樣的一半左右。端部效應(yīng)（barrelingeffect）：當(dāng)圓柱試樣由兩個(gè)加壓鐵板加壓時(shí)，由于鐵板和試樣之間的摩擦力，試樣中的應(yīng)力不是非限制性的，在鐵板和試樣端部之間有剪切應(yīng)力存在，并阻止試樣端部的側(cè)向變形，只有在離開端部的地方，才產(chǎn)生側(cè)向變形（泊松效應(yīng)），并且只有在鐵板和試樣端面無摩擦力時(shí)，均勻應(yīng)力分布才能在試樣中出現(xiàn)。如此，在鐵板和試樣之間需要加潤滑劑。同時(shí)對試樣高度和寬度之比有一定要求，在有潤滑劑的情況下，在離開端面一定距離的橫截面上均勻應(yīng)力將會(huì)出現(xiàn)。UCS與L/D的關(guān)系（附圖10。當(dāng)L/D為2.5?3.0時(shí)， （UCS）的變化很小，為ISRM規(guī)c定的試件尺寸比例。加載速率（loadingrate），UCS值與加載速率成正比。ISRM建議加載速率為0.5?IMPa/sec，或從開始到試樣破壞為5?10分鐘。濕度（moisture）—保證現(xiàn)場濕度，試樣需蠟封或塑料紙包裝。UCS不是一個(gè)巖石的內(nèi)在的絕對值，它只是一個(gè)指標(biāo)性質(zhì)（indexproperty），它只給出一個(gè)相對強(qiáng)度值，如花崗巖的強(qiáng)度高于砂巖、頁巖等。代表性巖石的UCS值(附表6)點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)(pointloadstrengthindextest)這是一種最簡單巖石強(qiáng)度試驗(yàn)，其試驗(yàn)值可和其他強(qiáng)度指標(biāo)聯(lián)系起來，可用作巖石分級(jí)的一個(gè)指標(biāo)，試件不需要精心準(zhǔn)備(如UCS),石塊也可。有時(shí)可代替ucs。1972年，發(fā)明人：BrockandFranklin.試驗(yàn)設(shè)備簡便，可攜帶。二個(gè)圓錐形加壓頭施加相對的點(diǎn)荷載，荷載最高可達(dá)50?100KN(附圖11)定義：i二二sy2s7.2I(50)二140?P?D-1.5MPas進(jìn)行巖石分級(jí)時(shí)用I(50)作指標(biāo)。s試樣可為圓柱(徑向、軸向試驗(yàn))也可為巖塊，最好用巖芯，來自現(xiàn)場，并保持在一定的溫度和濕度下，對各向異性巖樣，有節(jié)理面、層面、軟弱面，垂直、平行方向均要作。y尺寸：25mm?100mm.a二241(50) L：D=2：1時(shí)的單軸抗壓強(qiáng)度。cs三軸壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)(Triaxialcompressivestrengthtest)真三軸：立方試樣三向a，a，a不等。123偽三軸：圓柱試樣加圍壓，a，a=a123L：D=2?3.D：25?150mm三軸壓縮試驗(yàn)首次由意大利人VonKarma于1911年完成，他用一個(gè)大理石試樣，他發(fā)現(xiàn)在0或低圍壓時(shí)，大理石以脆性方式破壞，沿一組或兩組傾斜的裂隙破壞。隨著圍壓加大，巖石的延性變形和強(qiáng)度（包括峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度，peakstrength,residualstrength）隨之增高，彈性區(qū)也增大，最終出現(xiàn)完全延性的或塑性的變形并伴之工作硬化，在實(shí)驗(yàn)開始階段，試件體積減小，.達(dá)到強(qiáng)度一半時(shí)，出現(xiàn)擴(kuò)容，泊松比逐漸增大。1三軸壓縮試驗(yàn)的最重要的成果是對于同一種巖石的不同試樣得出幾乎恒定的強(qiáng)度參數(shù)指標(biāo)，其強(qiáng)度指標(biāo)以莫爾強(qiáng)度曲線（Mohr'strengthenvelope）的形式給出。莫爾強(qiáng)度曲線是一系列莫爾圓的包絡(luò)線，至少為5、6個(gè)莫爾圓，一般包括抗拉，單軸抗壓試驗(yàn)的莫爾圓，包絡(luò)線以下為穩(wěn)定，包絡(luò)線上或以上為非穩(wěn)定的（附圖12）某些巖石及土呈現(xiàn)線性破壞包絡(luò)線（附圖13。此時(shí)：t=C+otan? （莫爾一庫倫強(qiáng)度準(zhǔn)則）s剪切強(qiáng)度；C：粘結(jié)內(nèi)聚力；?:內(nèi)摩擦角。當(dāng)C=0時(shí)，t=otan?這就是庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則（Coulomb-Navier）。格里菲斯（Griffith）強(qiáng)度準(zhǔn)則曲線（附圖14）t2+4Tc-4T2=0繪制出包絡(luò)線和某些巖石的莫爾強(qiáng)度曲線是一致的。女如b二0，貝UT2=4T2 t=2T即：C二2T這和多數(shù)巖石的粘結(jié)系數(shù)測定值相符。拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)（Tensilestrengthtest）巖石的抗拉強(qiáng)度為抗壓強(qiáng)度的1?丄，平均為丄。4 25 10

巖石的抗拉強(qiáng)度很低，要盡量避免出現(xiàn)拉應(yīng)力，但有時(shí)避免不了，巷道、采場、地下工程還要根據(jù)實(shí)用設(shè)計(jì)。直接拉伸試驗(yàn)(附圖15)圓柱試件：T=P/兀r2“狗骨頭”試件：a二P(d2—叩3 d21間接抗拉試驗(yàn)(BrazilianTest)(附圖16)a=2P;d:圓盤直徑；t：圓盤厚度。八B兀dt由于巖石的抗拉強(qiáng)度大大低于抗壓強(qiáng)度，雖然壓應(yīng)力集中比拉應(yīng)力集中高許多倍，但試樣仍由于拉伸而破壞，破壞從圓盤中心開始，然后慢慢向兩端擴(kuò)展。彎曲拉伸試驗(yàn)：上部壓縮，下部拉伸(附圖17)彎曲強(qiáng)度(FlexualStrength)或稱破裂模量(modulusofrupture)8PL兀D3即試件底部的抗拉強(qiáng)度。彎曲強(qiáng)度為直接抗拉強(qiáng)度的2~3倍。對柱形試件：3PL對柱形試件：3PL2ba2剪切強(qiáng)度試驗(yàn)（Shearstrengthtest）非限制剪切試驗(yàn)，只有剪切力，沒有正應(yīng)力（附圖18）四種：Singleshear:S0=Fc/A；Doubleshear:S=F/2A；0cPunchshear:S0=Fc/2兀ra（a-試件原件；r-沖錘半徑）；Torsionalshear:S0=16M/兀D3（M-破壞時(shí)的扭矩；D-試件0 c c直徑）限制剪切試驗(yàn)，有正應(yīng)力，這比非限制更重要，因?yàn)橥ǔr石是在正應(yīng)力和剪應(yīng)力共同作用下破壞的，正如莫爾理論所述一樣。試驗(yàn)簡圖（附圖19，附圖20）一個(gè)應(yīng)力平行于破壞面，一個(gè)應(yīng)力垂直于破壞面。試驗(yàn)結(jié)果可用于繪制莫爾包絡(luò)線，和三軸壓縮試驗(yàn)所得包絡(luò)線相一致的（附圖21。弱面剪切試驗(yàn)：Shearbox（附圖22）過了峰值剪切強(qiáng)度后，巖體沿弱面開始滑動(dòng)，而且只要較小的剪切力（已克服了摩擦阻力）克服殘余剪切強(qiáng)度。開始階段彈性位移很小，超過峰值剪切強(qiáng)度后位移加快，在高垂直限制應(yīng)力下（）和在低垂直限制應(yīng)力下，幾乎在相同彈性位移處開始滑a動(dòng)，但需要更大的剪切力（附圖23）2.2.6全應(yīng)力一應(yīng)變曲線及破壞后強(qiáng)度（post-failurestrength）在通常試驗(yàn)機(jī)條件下，在單軸壓縮試驗(yàn)時(shí)，在試樣破壞前變形是逐步的和緩慢的，當(dāng)超過峰值強(qiáng)度后，試樣急劇破壞，崩裂。試驗(yàn)停止（附圖24）在實(shí)際礦山條件下，無論是巷道周圍巖石，還是采場周圍巖石都要受到周圍巖石的限制，受到限制應(yīng)力因而不會(huì)急劇破壞，出現(xiàn)破裂后，仍然有一定強(qiáng)度能承受一定應(yīng)力。原因：”soft”testingmachine“軟”性試驗(yàn)機(jī)）當(dāng)壓縮試件時(shí)，試驗(yàn)機(jī)也同時(shí)有彈性變形，并以應(yīng)變能的形式貯存在試驗(yàn)機(jī)內(nèi)。當(dāng)施加壓縮應(yīng)力超過試件抗壓強(qiáng)度后，巖石破裂，此時(shí)試驗(yàn)機(jī)架迅速回彈，以便返回其原始位置，并將其貯存的應(yīng)變能釋放到巖石試樣上，引起巖石試樣急劇破壞、崩裂，

如果沒有大量的應(yīng)變能貯存在試驗(yàn)機(jī)體內(nèi)，就不能引起試樣急劇破裂（附圖25）必須研究巖石破壞后的強(qiáng)度及應(yīng)力—應(yīng)變規(guī)律，這要用剛性試驗(yàn)機(jī)來進(jìn)行。剛性試驗(yàn)機(jī)（Stifftestingmachine）試件和試驗(yàn)機(jī)可簡化為二個(gè)彈簧，在受力情況下，試件受壓縮，試驗(yàn)機(jī)體拉伸。荷載—變形圖（附圖26）右邊：F=K5ss左邊：F=-Km5m k、k為剛度。MMsM如果試件不是線彈性的，外力只是應(yīng)變的函數(shù)。此時(shí)，F(xiàn)=-KmaSmF=fQd只有試驗(yàn)機(jī)剛度大于試樣時(shí)，它的變形比試樣小，破壞才是穩(wěn)定的。如試驗(yàn)機(jī)剛度小于試樣，則其變形大于試件，應(yīng)變能迅速釋放。試驗(yàn)機(jī)剛度：剛組件：K=AEL,A:橫截面積；e:鋼彈模；L:長度。增加剛度：A，L，四個(gè)大直徑鋼柱。液壓柱剛度：k液壓柱剛度：k=AK，H體積模量（bulkmodulusofthefluid）；h:流力柱長度（height）；k要大，H要小。（k有用水銀的）i二1,2,3對于穩(wěn)定的破壞，試驗(yàn)機(jī)總體剛度需大于峰值強(qiáng)度后的試件的剛度。為減小巖石試件剛度，D，L為了實(shí)際需要，試驗(yàn)機(jī)不可能太龐大和笨重，試件也不能太細(xì)長，所以使用液壓伺服系統(tǒng)，根據(jù)巖石破壞和受力情況控制變形速度，用循環(huán)液壓伺服試驗(yàn)機(jī)（Closed-loopServo-hydraulicmachine）控制變形速度（deformationrate）為恒定值。伺服系統(tǒng)有一個(gè)反饋信號(hào)系統(tǒng)檢查現(xiàn)在施加的力是否能保持所需要的變形速度，否則會(huì)自動(dòng)調(diào)整施加的壓力，以保持變形速度恒定。反饋信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間為2~3微秒，這個(gè)速度遠(yuǎn)大于裂隙傳播的速度，所以巖石破壞得到控制，但為了減少貯存在試驗(yàn)機(jī)中的應(yīng)變能，試驗(yàn)機(jī)仍需要足夠的剛度，對非常堅(jiān)硬和脆的巖石，裂隙傳播是非?？斓?，只靠伺服系統(tǒng)不能控制。如果對試件加上圍壓，那么對破壞后的變形就會(huì)到更有效的控制。全應(yīng)力－應(yīng)變曲線的用途：（1） 預(yù)測巖爆（附圖27）（2） 預(yù)測流變破壞（附圖28）在高應(yīng)力水平開始流變，從A—B在較短時(shí)間內(nèi)破壞；較低應(yīng)力水平時(shí)，從C—D在相對長得多時(shí)間內(nèi)破壞。在更低應(yīng)力水平下，可能在數(shù)年之內(nèi)也達(dá)不到破壞點(diǎn)（即不與post-failure曲線部相交，圖中G為臨界應(yīng)力值，低于該應(yīng)力值蠕變達(dá)到一個(gè)值，即變形停止，如從E到F即停止，下面的曲線是蠕變終止的軌跡。預(yù)測反復(fù)加載條件下的疲勞破壞(附圖29)這是采礦常見的現(xiàn)象。在高應(yīng)力水平下，從反復(fù)加載到破壞，在較短時(shí)間內(nèi)(可以預(yù)測)即完成。在較低應(yīng)力水平時(shí)，反復(fù)加載—卸載很多次也不會(huì)破壞。第三章巖石與巖體分類Classificationofrockandrockmass按地質(zhì)條件分類(附圖29)具有結(jié)晶組織的巖石(Crystallinetexture)具有碎屑組織的巖石(Clastictexture)非常細(xì)顆粒的巖石(Veryfine-grainedrocks)有機(jī)巖石(Organicrocks)結(jié)晶類巖石由緊密結(jié)合在一起的硅酸鹽或硅化物，硫化物或其他鹽類結(jié)晶體組成。未風(fēng)化的結(jié)晶硅酸鹽，如：未風(fēng)化的花崗巖通常是彈性的、堅(jiān)硬的并具有脆性破壞的特征。硅化物和結(jié)晶鹽類，也可能是彈性的和堅(jiān)硬的。但是在不太大的限制壓力下，也可能變?yōu)樗苄缘?，這是由于結(jié)晶之間的錯(cuò)動(dòng)。同時(shí)它們也易溶于水。云母和其他片狀礦物如：蛇紋石、滑石、綠泥石和石墨，由于易造成沿劈理面的滑動(dòng)而降低巖石的強(qiáng)度。石墨片巖及有關(guān)的巖石是高度各向異性的巖石，并且在沿片理面的方向的強(qiáng)度很低?；鹕綆r如玄武巖可能會(huì)有很多的小孔洞，否則它們會(huì)出現(xiàn)和花崗巖相同的特性。具有碎屑的巖石，由多種類型的巖石碎屑和礦物顆粒組成，它們的性質(zhì)主要取決于膠結(jié)的狀態(tài)，有些巖石緊密地和穩(wěn)定地膠結(jié)在一起并表現(xiàn)為脆性、彈性性質(zhì)。其他一些由于吸附了少量的水而降低了其脆性和彈性。頁巖是一種主要由粉沙和粘土組成的巖石，它的強(qiáng)度、可變形性以及韌性變化范圍很大。膠結(jié)的頁巖可能會(huì)很堅(jiān)硬。許多擠壓頁巖和泥石僅僅是將粘土擠壓在一起，并無膠結(jié)物，因而實(shí)際上只是一種硬土，而不是巖石。其體積和性質(zhì)隨溫度、含水量變化很大。但是它不像一般土一樣在高溫度下就失去強(qiáng)度，而是能持續(xù)一段時(shí)間。白堊是一種高孔隙度的碎屑碳化巖石。它在低壓下是彈性的，但在高壓力下即表現(xiàn)為塑性。有機(jī)巖石有彈性的、粘性的和塑性的。硬煤和油母頁巖是堅(jiān)硬的彈性巖石，但硬煤可能會(huì)包含很多裂隙。軟煤包含很多裂隙，并可能在孔隙中包含碳?xì)錃怏w。瀝青砂在高溫高壓下可能表現(xiàn)為一彈粘性流體。3.2按力學(xué)效應(yīng)分類3.2.1均質(zhì)連續(xù)體3.2.2弱面體3.2.3散體3.3按巖體結(jié)構(gòu)分類（按彈性波表示的完整性系數(shù)將巖體分為四類（附表7）3.3.1完整塊狀結(jié)構(gòu)3.3.2層狀結(jié)構(gòu)3.3.3碎裂結(jié)構(gòu)3.3.4散體結(jié)構(gòu)（附圖30）3.4CSIRGeomechanicsRockMassClassification3.4.1CSIR巖體質(zhì)量分級(jí)指標(biāo)體系3.4.2RMR巖體質(zhì)量評分標(biāo)準(zhǔn)3.5NG1隧道巖體質(zhì)量分級(jí)NG1巖體質(zhì)量分級(jí)指標(biāo)體系Q巖體質(zhì)量評分標(biāo)準(zhǔn)

RockMassRating（RMR）：0~100五個(gè)指標(biāo)：巖石強(qiáng)度；鉆孔巖芯質(zhì)量；節(jié)理裂隙間距；節(jié)理狀況、特性；地下水條件；。①巖石強(qiáng)度：由UCS決定，也可用點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)值代替UCS，強(qiáng)度占15分（附表8）②鉆孔巖芯質(zhì)量指標(biāo)RQD（rockqualitydesignation）RQD是巖芯中長度大于或等于10厘米巖芯長度之和與鉆孔長度的百分比數(shù)。占20分。也有單獨(dú)使用RQD分級(jí)的：RQD<25%，非常差巖石；25~50%，差；50~75%為較好；75~90%，好；75~90%，很好。節(jié)理間距：占30分。節(jié)理狀況：是指對工程影響較大的節(jié)理，對最軟弱的節(jié)理的影響要加權(quán)考慮，占25分（附表9）地下水：對巖體性能有重大影響，地下水的情況可通過測量水的流入量或測量節(jié)理水壓來決定。占10分。五NGI(NorwegianGeotechnicalInstitute)TunnellinQualityIndex巖塊尺寸塊間摩擦強(qiáng)度作用應(yīng)力 w ISRF丿RMR是5個(gè)指標(biāo)占分的總合。最高100分。節(jié)理方位修正系數(shù)：0?一五NGI(NorwegianGeotechnicalInstitute)TunnellinQualityIndex巖塊尺寸塊間摩擦強(qiáng)度作用應(yīng)力 w ISRF丿rJ} r—IrJ} r—IJ丿aJ：節(jié)理組數(shù)；J：節(jié)理粗糙度；J：節(jié)理蝕變度；J：節(jié)理水n r a w影響系數(shù)；SRF：應(yīng)力影響系數(shù)（附表11）第四章巖石破壞準(zhǔn)則Failurecriterionofrock4.1莫爾一庫侖破壞準(zhǔn)則（Mohr-Coulombfailurecriterion）t=C+ctan?/:峰值剪切應(yīng)力或剪切強(qiáng)度；C：粘結(jié)系數(shù)，包絡(luò)線與t軸的截距；?:內(nèi)摩擦角，tan?為巖石破裂沿表面間滑動(dòng)所需克服摩擦阻力的大小，也表示峰值強(qiáng)度隨正應(yīng)力增加的速率。當(dāng)a進(jìn)入拉力區(qū)的時(shí)候，巖石破裂方向不可能會(huì)有摩擦阻力,所以上述方程在a進(jìn)入拉應(yīng)力區(qū)后，失去其物理意義。由于a不可能小于-T（抗拉強(qiáng)度），所以莫爾包絡(luò)線在-T處被截?cái)?。（?0圖32）a=a+atan2（45+?■）判斷破壞時(shí)的a值。1,pc321a：單軸抗壓強(qiáng)度。c29=1+?；9=^+?破壞在與a成9角的平面上發(fā)生。2 4 2 1包絡(luò)線也即剪切強(qiáng)度曲線，此線表明，抗剪強(qiáng)度由兩部分組成，一部分是粘結(jié)力，另一部分是滑移面上的內(nèi)摩擦力，它與正應(yīng)力a成正比。

)+C-cot6sin6=丿g=2C?cos6c1-sin6由上圖'G+由上圖'G+G)C?cot6+ —I2丿2C?cos6+G+g)sin6=g-g1 3 1 32C?cos6+G+sin?b=G-sin?b13sin6=Gi-G323cos6 1+sin6G=2C- + G1 1-sin6 1-sin636666sin2 +6666sin2 +2sincos+cos2-1+sm6= 2 2 2 2=1-sin6 - 6 6 6[ 6T sm2—-2sm—cos—+cos2—2 2 22'66)sm—+cos—226sm—-cos—I2 2丿=tan2所以，g=g+tan21一+丄G1c代表性巖石之c代表性巖石之c、6值（見附表12。經(jīng)驗(yàn)破壞準(zhǔn)則由一系列強(qiáng)度極限時(shí)得到莫爾園所得莫爾包絡(luò)線，然后根據(jù)正應(yīng)力和剪應(yīng)力之組合，在包絡(luò)線以下為安全，以上為破壞（附圖33）經(jīng)驗(yàn)公式：Gc)M丿HergetandUnrug(1976):經(jīng)驗(yàn)公式：Gc)M丿'G=1+N—lGcN、M由包絡(luò)線上的點(diǎn)通過擬合法求得。HoekandBrown(UndergroundExcavationinRock)給出類似的經(jīng)驗(yàn)公式。G=G+mGG+sG21 3十c3

b:破壞時(shí)的最大主應(yīng)力；1b:施加在試件上最小主應(yīng)力；3b:完整巖石的單軸抗壓強(qiáng)度。b之前巖石破b之前巖石破3m、s是參數(shù)，取決于巖石的性質(zhì)和在承受b、1裂的程度。如果03=0,就可以得到試件的單軸抗壓強(qiáng)度。Ib=.-'sb2cs c對于完整巖石，b=b，s二1。csc對于非完整巖石，s<1。若b=若b=011b=—bt2c，通過求解b可以得到試件的單軸抗壓強(qiáng)度:(,—)m一“m2+4s4.3格里菲斯（Griffith）強(qiáng)度理論該理論基于這樣的前提假設(shè)，即在巖石中有沿任意方位的微裂隙存在，這種裂隙造成局部應(yīng)力集中，并引起破裂的發(fā)生。雙向壓縮條件b1，b3）下的Griffith強(qiáng)度準(zhǔn)則:f叮3)2=8bb+b1 3b3=-btb+b三013b]+bW0003031圖4—003031圖4—46平面壓縮的Griffith裂紋模型01圖G—7ithrHHr平面壓縮的Griffith裂紋模型由Griffith強(qiáng)度準(zhǔn)則方程確定的Griffith強(qiáng)度準(zhǔn)則在01-03坐標(biāo)中的強(qiáng)度曲線如上圖所示。分析Griffith強(qiáng)度準(zhǔn)則方程或從Griffith強(qiáng)度曲線中可以得到結(jié)論：1)材料的單軸抗壓強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度的8倍，其反映了脆性材料的基本力學(xué)特征。這個(gè)由理論上嚴(yán)格給出的結(jié)果，其在數(shù)量級(jí)上是合理的，但在細(xì)節(jié)上還是有出入的。2)材料發(fā)生斷裂時(shí)，可能處于各種應(yīng)力狀態(tài)。這一結(jié)果驗(yàn)證了Griffith準(zhǔn)則所認(rèn)為的，不論何種應(yīng)力狀態(tài)，材料都是因裂紋尖端附近達(dá)到極限拉應(yīng)力而斷裂開始擴(kuò)展的基本觀點(diǎn)，即材料的破壞機(jī)理是拉伸破壞。在準(zhǔn)則的理論解中還可以證明，新裂紋與最大主應(yīng)力方向斜交，而且擴(kuò)展方向會(huì)最終趨于與最大主應(yīng)力平行。格里菲斯(Griffith)強(qiáng)度準(zhǔn)則是針對玻璃和鋼等脆性材料提出來的，因而只適用于研究脆性巖石的破壞。而對一般的巖石材料，莫爾-庫侖(Mohr-Coulomb)強(qiáng)度準(zhǔn)則的適用性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于格里菲斯強(qiáng)度準(zhǔn)則。莫爾包絡(luò)線位于直線和拋物線之間，格里菲斯破壞準(zhǔn)則確定了在拉伸區(qū)的拋物線。各向異性巖體的破壞由層狀礦物如云母、綠泥石和粘土組成的巖石，或長形礦物如角閃石組成的巖石是各向異性的。變質(zhì)巖特別是板巖、片巖也是各向異性的。不同礦物成分有規(guī)則膠結(jié)迭加起來的巖石如片麻巖、砂巖、頁巖，以及一般的沉積巖也都是各向異性的。各向異性造成巖石或巖體的物理、力學(xué)性質(zhì)和強(qiáng)度沿不同方向而發(fā)生顯著改變。在各向異性巖體中，特別是由于層理、節(jié)理、劈理、片理夾層等造成的各向異性巖體中，軟弱面對巖體的力學(xué)行為往往起控制作用。

*包含一個(gè)單一軟弱面的巖體的破壞機(jī)制在施加軸向壓力的情況下，巖石往往由于沿軟弱面摩擦滑動(dòng)而破壞（附圖34）在有限制應(yīng)力的情況下，巖體往往仍沿軟弱面破壞，但需在較大的應(yīng)力下才能破壞。弱面上的應(yīng)力狀態(tài)為：=2。1-"3)go21-o)cos2Ro213同時(shí)由莫爾-庫侖理論：t=Cw+otan?w（弱面強(qiáng)度曲線）Cw:弱面粘結(jié)力；恤：弱面內(nèi)摩擦角。結(jié)合上述三方程，可得：2(o1-2(o1-o3)sin2P=Cw++o3)+2(oi-o)cos2B3tan?w所以，o=o+（2Cw+2tan賈031 3v1-tan?w-cotP）sin2P當(dāng)ppw或p~0，才時(shí)，o廠（附圖34）即在此種受力狀態(tài)下，巖石試件不可能沿軟弱結(jié)構(gòu)面破壞o不可能無窮大，大到一定程度就會(huì)沿其他方向破壞了。1o出現(xiàn)在破壞沿軟弱面發(fā)生的時(shí)候，沿弱面剪切破壞，應(yīng)1，min力圓和弱面莫爾包絡(luò)線相切，此時(shí)：2P=—+?wtan2P=一cot?w=一tan?w

將此式代入前式，可得：( )1，mino=o+2(Cw+tan?w?o\.1+tan2?w+tan1，min3 3

最大的b,即b 出現(xiàn)在應(yīng)力圓和巖石包絡(luò)線相切時(shí)，此時(shí):1 1,maxb=b+2（c+tanQb人；1+tanQ+tanQ丿max 3 0 0 3 0 0R為b和弱面之夾角，2pY2pY2卩，不會(huì)沿弱面破壞，但121可能沿巖石內(nèi)的某一方向破壞（幺=殳+%），與沒有弱面時(shí)情況4 2一樣。bb考慮應(yīng)力變化的情況，左邊應(yīng)力圓時(shí)，巖石既不沿弱面破壞，也不沿其他面破壞。右邊應(yīng)力圓時(shí)，仍不沿弱面破壞（B點(diǎn)仍在弱面包絡(luò)線之下），但已和巖石包絡(luò)線相切。

如有幾組弱面則畫出幾組弱面包絡(luò)線，并畫出莫爾圓和c與1弱面之夾角，找到各弱面應(yīng)力狀態(tài)在莫爾圓上的點(diǎn)，即可判斷是否沿弱面破壞，或沿那組弱面破壞。所以對于各向異性巖體，其強(qiáng)度與方向有很大關(guān)系，c與弱面的夾角不同時(shí)，強(qiáng)度區(qū)別很大，1這就符合于各向異性的定義。第五章巖石流變理論Rheologicalpropertiesofrock5.1巖石流變的基本概念Time-dependentbehaviourofrock:creep,relaxationCreep:Time-dependentdeformationorstrainbehaviourofstressedrock.Relaxation:Time-dependentreleaseofstressatfixedstrainordeformation.彈性后效：加載或卸載時(shí)，彈性應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象（粘彈性）。理想的蠕變曲線基本特征（附圖35：恒定應(yīng)力在時(shí)間為t0時(shí)施加，在施加同時(shí)，彈性應(yīng)變即瞬時(shí)產(chǎn)生，即為A點(diǎn)。AB為初始流變階段，曲線上突，減速流變階段。BE為流變第二階段，近似直線，為等數(shù)速流變階段。E點(diǎn)后為流變第三階段，曲線上凹，為加速流變階段，直到材料在I點(diǎn)破壞為止。BCD曲線表示，在初始流變階段的某時(shí)，女比時(shí)，去除應(yīng)力，則瞬時(shí)彈性應(yīng)變BC=A0被恢復(fù)。而CD段是非彈性的，隨時(shí)間而變化，但其所有應(yīng)變將得到恢復(fù)。de第二階段為等速變形階段，流變速率擊與應(yīng)力水平有關(guān)。deIt=。人和口為常數(shù)，與材料性質(zhì)有關(guān)。0<n<l，A和n可由流變實(shí)驗(yàn)確定。EFG表示在第二階段某時(shí)，如12時(shí)去除應(yīng)力，則即有瞬時(shí)彈性應(yīng)變恢復(fù)，EF=AO,FG為非線彈性的，與時(shí)間有關(guān)，但應(yīng)變不能完全恢復(fù)，有永久塑性變形。進(jìn)入加速流變階段，材料的性質(zhì)發(fā)生了完全的改變。其物理解釋還不太十分清楚，對第三階段去除應(yīng)力后的變形恢復(fù)情況下也知之甚少。通常情況下，加速流變階段是在很短時(shí)間內(nèi)完成的（破壞了）。對于典型的流變體，不同的應(yīng)力水平下，流變曲線有其不同的形狀。在-1時(shí)，應(yīng)力較小，彈性應(yīng)變較小，初始流變階段較短，但等速流變階段要較長，所以在較長時(shí)間之后，才進(jìn)入加速流變階段，即在較長的時(shí)間后才能破壞。在&2時(shí)（較大），彈性應(yīng)變較大，初始流變階段較長，而等速流變階段較短。破壞在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生。在高應(yīng)力水平下，顯示類似的趨勢。巖石在短時(shí)間內(nèi)破壞。上面是具備完整流變階段（三個(gè)階段）的情況，對于某些巖石，在一定的應(yīng)力水平下，不會(huì)出現(xiàn)流變第三階段，等速流變到一定階段就停止了，應(yīng)變恒定。這是穩(wěn)定流變的情況，前面已經(jīng)討論過了。（在post-failarecurve一節(jié)中）。各種復(fù)雜的流變模式均由三種最基本的元件組成：即：（1）彈簧，胡克體,完全彈性體；（2）阻尼筒、油缸，牛頓體，完全粘性體；（3）滑塊，摩擦片，完全塑性體。將二個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)這樣的元件串聯(lián)或并聯(lián)或串—并在一起，就可模擬天然材料的性質(zhì)。巖石的流變性質(zhì)也可由這樣的模型得到合理解釋。三個(gè)流變元件模型彈性元件。（Hookeansolid,胡克體），可用一個(gè)彈簧表示（附圖36）?=屈,k為彈性常數(shù)。彈性體的變形與時(shí)間無關(guān),加載瞬時(shí)完成的。圖（b）不是流變曲線（e-t）而是應(yīng)力應(yīng)變（s-a）曲線。理想塑性體。它用一個(gè)滑塊表示。a增加到a時(shí)，克服0了摩擦阻力后，只要保持a，滑塊就無限制滑動(dòng)，這模擬了塑性0流動(dòng)的情況。理想粘性體（牛頓流體）。它是一個(gè)阻尼筒（dashpot），即一個(gè)活塞位于一個(gè)理想粘性的油缸中。當(dāng)一個(gè)恒定應(yīng)力a施加在活塞上時(shí)，活塞的恒定速度位移、應(yīng)變速率與應(yīng)力成正比。a=qs耳：粘性常數(shù)，耳的單位與時(shí)間有關(guān)。組合體5.3.1圣維南體圣維南體（St.Venantmaterial）：它是一個(gè)彈簧和一個(gè)滑塊串聯(lián)而成。圣維南體的力學(xué)模型（附圖37）

最初為彈性變形，當(dāng)達(dá)到C（克服了摩擦阻力）即保持無限0制滑動(dòng)，如加大0<°00<°01k8=8+812(J>Q8=―O 8 =80 1k25.3.2馬克斯威爾體馬克斯威爾體（MaxwellMaterial）是：一個(gè)彈簧和一個(gè)活塞（牛頓體）的串聯(lián)（附圖38）它是彈性變形加上短時(shí)間非線性增長的牛頓體變形，三條線代表三個(gè)不同恒定的應(yīng)力水平。圣維南體和馬克斯威爾體區(qū)別：前者只有達(dá)到j(luò)才能無限制0等速運(yùn)動(dòng)，加大j變成加速運(yùn)動(dòng)；后者只要有j即有等速位移，加大j（加大后保持恒定）在較大的速度下位移，