《巖體力學(xué)與工程》課程教學(xué)大綱

《巖體力學(xué)與工程》課程教學(xué)大綱課程名稱：巖體力學(xué)與工程RockMechanicsandEngineering課程編號(hào)：020012010課程性質(zhì)：R必修□選修課程類別：□通識(shí)課程R專業(yè)課程￡實(shí)踐教學(xué)適用專業(yè)：采礦工程專業(yè)（卓越工程師）課程學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)（理論42學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)）課程學(xué)分：3學(xué)分應(yīng)開課學(xué)期：第五學(xué)期先修課程：高等數(shù)學(xué)、材料力學(xué)、煤礦地質(zhì)學(xué)等任課學(xué)院、系部：能源科學(xué)與工程學(xué)院采礦工程系一、課程簡(jiǎn)介《巖體力學(xué)與工程》是采礦工程專業(yè)（卓越工程師）的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程性質(zhì)為必修課。課程主要講授巖石在外界因素作用下的應(yīng)力、應(yīng)變、破壞、穩(wěn)定性及加固技術(shù)，涉及采礦、土木、水利、交通、地質(zhì)、能源、海洋等眾多巖石工程相關(guān)的工程應(yīng)用領(lǐng)域。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握巖石與巖體的基本物理性質(zhì)、巖石的強(qiáng)度測(cè)試方法、巖石的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)、地應(yīng)力測(cè)試方法等；學(xué)會(huì)利用巖體力學(xué)理論分析地下洞室、地基工程、邊坡工程等中存在的問題。本課程具有應(yīng)用廣泛和多行業(yè)背景的顯著特點(diǎn)，屬于典型的跨學(xué)科、跨行業(yè)的通用課程，有助于培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、綜合素質(zhì)高、實(shí)踐能力強(qiáng)的復(fù)合型專業(yè)人才，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)《井巷工程》、《采礦學(xué)》、《礦山壓力與巖層控制》等專業(yè)課提供基礎(chǔ)。二、課程教學(xué)的目標(biāo)及與畢業(yè)要求的關(guān)系（一）課程目標(biāo)課程總目標(biāo)：學(xué)習(xí)、掌握巖石的基本性質(zhì)、力學(xué)特性及巖石力學(xué)在巖石工程中的應(yīng)用，擴(kuò)展學(xué)習(xí)巖石動(dòng)力學(xué)、流固耦合、數(shù)值計(jì)算等，培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、適應(yīng)新時(shí)代國(guó)家和工程要求的人才。課程目標(biāo)1：了解巖石力學(xué)學(xué)科的發(fā)展歷史；學(xué)習(xí)巖石力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容；掌握四種主要的巖石力學(xué)研究方法；課程目標(biāo)2：了解巖石工程地質(zhì)環(huán)境的基本概念和結(jié)構(gòu)面、地應(yīng)力、孔隙流體、溫度等地質(zhì)要素對(duì)巖體性質(zhì)的影響；掌握結(jié)構(gòu)面的成因與分類；初步掌握地應(yīng)力測(cè)量和估算方法；課程目標(biāo)3：掌握巖石的基本物理性質(zhì)、單軸和常規(guī)三軸壓縮巖石強(qiáng)度與變形特性，以及相應(yīng)的試驗(yàn)方法；理解巖石的流變概念和巖石力學(xué)性質(zhì)的影響因素；課程目標(biāo)4：掌握結(jié)構(gòu)面自然特征及結(jié)構(gòu)面、巖體的切向和法向變形規(guī)律；了解結(jié)構(gòu)面及巖體力學(xué)性質(zhì)三者之間的關(guān)聯(lián)性；基本掌握原位測(cè)試技術(shù)，學(xué)會(huì)采用我國(guó)的試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行原位測(cè)試；課程目標(biāo)5：掌握巖體的工程分類方法，能夠使用我國(guó)工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)巖體進(jìn)行分類，提出工程設(shè)計(jì)參考方法；課程目標(biāo)6：掌握二次應(yīng)力和圍巖壓力的概念，理解新奧法、新意法、挪威法的思想進(jìn)行巷道控制，了解地下工程、地基工程和邊坡工程的加固措施；了解巖石動(dòng)力學(xué)概念；（二）課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系本課程目標(biāo)支持的主要畢業(yè)要求如下表：課程目標(biāo)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.了解巖石力學(xué)學(xué)科的發(fā)展歷史；學(xué)習(xí)巖石力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容；掌握四種主要的巖石力學(xué)研究方法；畢業(yè)要求1：工程知識(shí)：能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)用于采礦工程（含智能開采），并能解決較復(fù)雜工程問題。畢業(yè)要求2：?jiǎn)栴}分析：能夠運(yùn)用專業(yè)技能識(shí)別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析采礦工程與智能開采技術(shù)中的實(shí)際問題，以獲得有效結(jié)論。指標(biāo)點(diǎn)1.1：掌握用于解決復(fù)雜采礦工程（含智能開采）問題所需的數(shù)學(xué)、力學(xué)知識(shí)指標(biāo)點(diǎn)2.1：具有運(yùn)用數(shù)學(xué)和力學(xué)知識(shí)分析采礦工程與智能開采中模型建立、解析及數(shù)據(jù)分析等問題的能力2.了解巖石工程地質(zhì)環(huán)境的基本概念和結(jié)構(gòu)面、地應(yīng)力、孔隙流體、溫度等地質(zhì)要素對(duì)巖體性質(zhì)的影響；掌握結(jié)構(gòu)面的成因與分類；初步掌握地應(yīng)力測(cè)量和估算方法；畢業(yè)要求2：?jiǎn)栴}分析：能夠運(yùn)用專業(yè)技能識(shí)別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析采礦工程與智能開采技術(shù)中的實(shí)際問題，以獲得有效結(jié)論。指標(biāo)點(diǎn)2.2：具有運(yùn)用自然科學(xué)知識(shí)進(jìn)行采礦工程與智能開采相關(guān)物理力學(xué)變量測(cè)定、數(shù)據(jù)采集與分析等能力。3.掌握巖石的基本物理性質(zhì)、單軸和常規(guī)三軸壓縮巖石強(qiáng)度與變形特性，以及相應(yīng)的試驗(yàn)方法；理解巖石的流變概念和巖石力學(xué)性質(zhì)的影響因素；畢業(yè)要求2：?jiǎn)栴}分析：能夠運(yùn)用專業(yè)技能識(shí)別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析采礦工程與智能開采技術(shù)中的實(shí)際問題，以獲得有效結(jié)論。指標(biāo)點(diǎn)2.2：具有運(yùn)用自然科學(xué)知識(shí)進(jìn)行采礦工程與智能開采相關(guān)物理力學(xué)變量測(cè)定、數(shù)據(jù)采集與分析等能力。4.掌握結(jié)構(gòu)面自然特征及結(jié)構(gòu)面、巖體的切向和法向變形規(guī)律；了解結(jié)構(gòu)面及巖體力學(xué)性質(zhì)三者之間的關(guān)聯(lián)性；基本掌握原位測(cè)試技術(shù)，學(xué)會(huì)采用我國(guó)的試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行原位測(cè)試；畢業(yè)要求4：研究：能夠基于科學(xué)原理，采用科學(xué)方法對(duì)采礦工程、智能開采中的工程問題進(jìn)行研究，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。指標(biāo)點(diǎn)4.1掌握自然科學(xué)、力學(xué)以及工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基本原理與方法5.掌握巖體的工程分類方法，能夠使用我國(guó)工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)巖體進(jìn)行分類，提出工程設(shè)計(jì)參考方法；畢業(yè)要求4：研究：能夠基于科學(xué)原理，采用科學(xué)方法對(duì)采礦工程、智能開采中的工程問題進(jìn)行研究，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。指標(biāo)點(diǎn)4.1掌握自然科學(xué)、力學(xué)以及工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基本原理與方法6.掌握二次應(yīng)力和圍巖壓力的概念，理解新奧法、新意法、挪威法的思想進(jìn)行巷道控制，了解地下工程、地基工程和邊坡工程的加固措施；了解巖石動(dòng)力學(xué)概念；畢業(yè)要求2：?jiǎn)栴}分析：能夠運(yùn)用專業(yè)技能識(shí)別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析采礦工程與智能開采技術(shù)中的實(shí)際問題，以獲得有效結(jié)論。畢業(yè)要求4：研究：能夠基于科學(xué)原理，采用科學(xué)方法對(duì)采礦工程、智能開采中的工程問題進(jìn)行研究，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。指標(biāo)點(diǎn)2.3：能夠應(yīng)用工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別、表達(dá)、分析復(fù)雜采礦工程與智能開采問題，以獲得有效結(jié)論指標(biāo)點(diǎn)4.1掌握自然科學(xué)、力學(xué)以及工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基本原理與方法三、課程教學(xué)的基本內(nèi)容及教學(xué)安排（一）課程教學(xué)的內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排知識(shí)單元知識(shí)點(diǎn)學(xué)時(shí)數(shù)課程目標(biāo)線下授課線上授課實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐1.緒論知識(shí)點(diǎn)1.1：巖石力學(xué)學(xué)科發(fā)展簡(jiǎn)史；知識(shí)點(diǎn)1.2：巖石力學(xué)研究?jī)?nèi)容與關(guān)鍵問題；知識(shí)點(diǎn)1.3：巖石力學(xué)主要研究方法；知識(shí)點(diǎn)1.3：巖石工程與學(xué)科發(fā)展；4課程目標(biāo)12.巖石工程地質(zhì)環(huán)境知識(shí)點(diǎn)2.1：巖石工程的特殊性；知識(shí)點(diǎn)2.2：影響巖體性質(zhì)的地質(zhì)要素；知識(shí)點(diǎn)2.3：巖石的礦物成分與地質(zhì)成因；2課程目標(biāo)23.巖石物理力學(xué)性質(zhì)知識(shí)點(diǎn)3.1：巖石的物理力學(xué)性質(zhì)；知識(shí)點(diǎn)3.2：巖石的強(qiáng)度特性；知識(shí)點(diǎn)3.3：巖石的變形特性；知識(shí)點(diǎn)3.4：影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素；66課程目標(biāo)34.結(jié)構(gòu)面與巖體力學(xué)性質(zhì)知識(shí)點(diǎn)4.1：結(jié)構(gòu)面自然特征與參數(shù)采集；知識(shí)點(diǎn)4.2：結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)；知識(shí)點(diǎn)4.3：結(jié)構(gòu)面與巖體力學(xué)性質(zhì)；6課程目標(biāo)45.工程巖體分級(jí)知識(shí)點(diǎn)5.1：工程巖體分級(jí)；知識(shí)點(diǎn)5.2：巖體地質(zhì)力學(xué)分級(jí)(RMR)；4課程目標(biāo)56.巖體強(qiáng)度理論知識(shí)點(diǎn)6.1：巖土介質(zhì)與理想材料的差異；知識(shí)點(diǎn)6.2：巖石強(qiáng)度理論發(fā)展歷程；知識(shí)點(diǎn)6.3：屈服和破壞的基本概念；知識(shí)點(diǎn)6.4：莫爾-庫(kù)侖強(qiáng)度準(zhǔn)則；4課程目標(biāo)67.巖石的本構(gòu)關(guān)系知識(shí)點(diǎn)6.1：巖石彈性本構(gòu)關(guān)系；知識(shí)點(diǎn)6.2：流變本構(gòu)關(guān)系；2課程目標(biāo)68.巖體地下工程知識(shí)點(diǎn)7.1：圍巖二次應(yīng)力狀態(tài)分析；知識(shí)點(diǎn)7.2：圍巖壓力計(jì)算；知識(shí)點(diǎn)7.3：地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法；知識(shí)點(diǎn)7.4：地下硐室主要支護(hù)與加固技術(shù)；4課程目標(biāo)69.深部巖體工程知識(shí)點(diǎn)9.1：巖石開挖力學(xué)響應(yīng)與影響要素；知識(shí)點(diǎn)9.2：深部巖體工程的賦存環(huán)境與力學(xué)特性；2課程目標(biāo)610.巖石地基工程知識(shí)點(diǎn)10.1：巖石地基與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式；知識(shí)點(diǎn)10.2：巖石地基的沉降變形；2課程目標(biāo)611.巖石邊坡工程知識(shí)點(diǎn)11.1：巖石地基的沉降變形；知識(shí)點(diǎn)11.2：巖石邊坡工程的行業(yè)特征及設(shè)計(jì)要求；2課程目標(biāo)612.巖石動(dòng)力學(xué)知識(shí)點(diǎn)12.1：巖石動(dòng)力學(xué)概述；知識(shí)點(diǎn)12.2：巖石動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)方法；知識(shí)點(diǎn)12.3：巖石動(dòng)力學(xué)在工程中應(yīng)用；4課程目標(biāo)6合計(jì)426（二）課堂實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及要求序號(hào)項(xiàng)目名稱內(nèi)容、要求學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐類別實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐類型每組人數(shù)必做/選做課程目標(biāo)1巖石單軸壓縮實(shí)驗(yàn)掌握巖石單軸壓縮實(shí)驗(yàn)方法，掌握巖石單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量和泊松比的計(jì)算方法；了解巖石單軸壓縮過程變形特征和破壞類型2專業(yè)操作型15必做課程目標(biāo)32巖石常規(guī)三軸壓縮實(shí)驗(yàn)掌握巖石常規(guī)三軸實(shí)驗(yàn)方法，依據(jù)巖石三軸實(shí)驗(yàn)結(jié)果學(xué)會(huì)計(jì)算出巖石的內(nèi)摩擦角Φ與粘結(jié)力C，繪制出巖石的強(qiáng)度曲線，進(jìn)一步理解巖石的強(qiáng)度準(zhǔn)則。2專業(yè)操作型15必做課程目標(biāo)33巖石抗拉強(qiáng)度測(cè)定掌握采用巴西劈裂法測(cè)定巖石抗拉強(qiáng)度的方法，并與巖石抗壓強(qiáng)度進(jìn)行比較，從而了解脆性巖石材料的強(qiáng)度特點(diǎn)。2專業(yè)操作型15必做課程目標(biāo)3基本要求1．熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備及基本功能；2．熟悉實(shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理；3．獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告；注：實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐類別：專業(yè)、上機(jī)等實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐類型：操作型、驗(yàn)證型、演示型、綜合型等。四、本課程與其他課程的聯(lián)系本課程的先修課程有高等數(shù)學(xué)、材料力學(xué)、煤礦地質(zhì)學(xué)等，同時(shí)為后續(xù)《井巷工程》、《采礦學(xué)》、《礦山壓力與巖層控制》等專業(yè)課的基礎(chǔ)課。五、教材與其他教學(xué)資源（含教學(xué)參考書或在線資源）（一）建議教材吳順川.巖石力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2021.09其他教學(xué)資源吳順川.巖石力學(xué)教材數(shù)字資源./1261091。蔡美峰.巖石力學(xué)與工程(第2版)[M].北京：科學(xué)出版社，2013.09。布雷迪(澳)布朗//(英)，譯者：余詩(shī)剛，朱萬成，趙文，盧應(yīng)發(fā)，董隴軍等。4.地下采礦巖石力學(xué)(第3版)(精)[M].北京：科學(xué)出版社，2011.07。5.徐芝綸.彈性力學(xué)簡(jiǎn)明教程（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2013.06。6.沈明榮.陳建峰.巖體力學(xué)（第2版）[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2015.08。六、教學(xué)方法與學(xué)習(xí)建議授課方式：《巖體力學(xué)與工程》課程以“巖石和巖體力學(xué)基本原理、力學(xué)試驗(yàn)、巖體工程實(shí)際工程應(yīng)用和加固”為主線，結(jié)合學(xué)生個(gè)性特點(diǎn)，因材施教。主要以講授、討論、課程綜合設(shè)計(jì)為主，以課堂測(cè)驗(yàn)、課外作業(yè)、試驗(yàn)環(huán)節(jié)為輔。課堂教學(xué)將充分利用網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)，結(jié)合教材圖、文、影、音多維度展示，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)效率。重點(diǎn)掌握：本課程的重點(diǎn)是巖石的研究?jī)?nèi)容和方法、巖石物理力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)面與巖體的力學(xué)性質(zhì)、工程巖體分級(jí)和強(qiáng)度理論、巖石地下工程（圍巖二次應(yīng)力、支護(hù)和加固技術(shù)）。難點(diǎn)：巖石的強(qiáng)度理論、圍巖二次應(yīng)力狀態(tài)分析、巖石的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。自主學(xué)習(xí)建議：課后可結(jié)合教材數(shù)字資源配套的PPT和視頻，回顧章節(jié)主要內(nèi)容，觀看視頻加深巖體力學(xué)與工程課程相關(guān)內(nèi)容的理解。亦可針對(duì)某一具體知識(shí)可通過文獻(xiàn)檢索獲取國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料展開學(xué)習(xí)。七、課程考核及成績(jī)?cè)u(píng)定方式（一）課程考核基于《巖體力學(xué)與工程》教學(xué)內(nèi)容與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)性，制定本課程質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。課程考試考核總成績(jī)由平時(shí)學(xué)習(xí)表現(xiàn)占20%、過程考核成績(jī)占30%和結(jié)課考試成績(jī)占50%三部分組成，這種考核方式可大大促進(jìn)學(xué)生對(duì)日常教學(xué)環(huán)節(jié)中知識(shí)積累和掌握的重視程度，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出。本門課程的所有環(huán)節(jié)均要求學(xué)生參與并簽到，不得缺勤；結(jié)課考試成績(jī)不滿卷面成績(jī)50%，課程考核不合格，具體考核方式見下表。課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)權(quán)重合計(jì)平時(shí)表現(xiàn)過程考核結(jié)課考試課程目標(biāo)110%10%20%課程目標(biāo)25%10%15%課程目標(biāo)310%10%20%課程目標(biāo)45%10%15%課程目標(biāo)55%10%5%20%課程目標(biāo)65%5%10%合計(jì)20%30%50%100%（二）課程目標(biāo)與考核內(nèi)容的關(guān)系課程具體目標(biāo)與知識(shí)單元和考試內(nèi)容的關(guān)系如下：課程目標(biāo)知識(shí)單元考試內(nèi)容1.了解巖石力學(xué)學(xué)科的發(fā)展歷史；學(xué)習(xí)巖石力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容；掌握四種主要的巖石力學(xué)研究方法；緒論巖石力學(xué)研究?jī)?nèi)容與關(guān)鍵問題；巖石力學(xué)主要研究方法。2.了解巖石工程地質(zhì)環(huán)境的基本概念和結(jié)構(gòu)面、地應(yīng)力、孔隙流體、溫度等地質(zhì)要素對(duì)巖體性質(zhì)的影響；掌握結(jié)構(gòu)面的成因與分類；初步掌握地應(yīng)力測(cè)量和估算方法；巖石工程地質(zhì)環(huán)境結(jié)構(gòu)面自然特征與參數(shù)采集；結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)；結(jié)構(gòu)面與巖體力學(xué)性質(zhì)。3.掌握巖石的基本物理性質(zhì)、單軸和常規(guī)三軸壓縮巖石強(qiáng)度與變形特性，以及相應(yīng)的試驗(yàn)方法；理解巖石的流變概念和巖石力學(xué)性質(zhì)的影響因素；巖石物理力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度特性；巖石的變形特性；影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素。4.掌握結(jié)構(gòu)面自然特征及結(jié)構(gòu)面、巖體的切向和法向變形規(guī)律；了解結(jié)構(gòu)面及巖體力學(xué)性質(zhì)三者之間的關(guān)聯(lián)性；基本掌握原位測(cè)試技術(shù)，學(xué)會(huì)采用我國(guó)的試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行原