課程《巖石力學(xué)》課件（全）

巖石力學(xué)歡迎來到《巖石力學(xué)》精品課程。本課程將深入探討巖石的力學(xué)性質(zhì)、應(yīng)力分析和工程應(yīng)用，為您打開地球科學(xué)的奧秘之門。課程教學(xué)目標理論知識掌握深入理解巖石力學(xué)基本概念和理論，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。實驗技能培養(yǎng)熟練掌握巖石力學(xué)試驗方法，提高實踐操作能力。工程應(yīng)用能力培養(yǎng)學(xué)生解決實際巖石工程問題的能力，為未來職業(yè)發(fā)展做準備。課程內(nèi)容大綱1基礎(chǔ)知識巖石概念、特性、組成與結(jié)構(gòu)2力學(xué)性質(zhì)應(yīng)力應(yīng)變、彈性塑性行為、破壞準則3工程應(yīng)用穩(wěn)定性分析、支護設(shè)計、開挖工程等4實踐案例工程案例分析、巖土結(jié)構(gòu)設(shè)計巖石的概念與特性定義巖石是組成地球固體圈的天然礦物集合體，具有特定的物理化學(xué)性質(zhì)。形成過程巖石通過火成、沉積和變質(zhì)作用形成，決定了其獨特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。主要特性巖石具有非均質(zhì)性、各向異性、不連續(xù)性和時效性等特點。巖石的組成與結(jié)構(gòu)礦物組成巖石由各種礦物顆粒組成，常見礦物包括石英、長石、云母等。結(jié)構(gòu)類型巖石結(jié)構(gòu)分為晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、碎屑結(jié)構(gòu)和非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)等。構(gòu)造特征巖石構(gòu)造包括層理、節(jié)理、裂隙等，影響巖石的力學(xué)性質(zhì)。巖石的力學(xué)性質(zhì)強度巖石抵抗外力破壞的能力，包括抗壓強度、抗拉強度等。彈性巖石在外力作用下發(fā)生變形并能恢復(fù)的性質(zhì)。塑性巖石在外力作用下產(chǎn)生永久變形的性質(zhì)。破裂性巖石在外力作用下產(chǎn)生裂紋并最終破壞的性質(zhì)。應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力定義單位面積上的作用力，表示為σ。應(yīng)變定義物體在外力作用下的相對變形，表示為ε。應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系反映巖石在外力作用下的力學(xué)行為。巖石的彈性行為1胡克定律2彈性模量3泊松比4體積模量巖石的彈性行為遵循胡克定律，通過彈性模量、泊松比和體積模量等參數(shù)來描述。巖石的塑性行為1屈服點2塑性變形3應(yīng)力松弛4蠕變巖石的塑性行為包括屈服、塑性變形、應(yīng)力松弛和蠕變等現(xiàn)象，是巖石工程中的重要考慮因素。巖石破壞準則1最大主應(yīng)力理論當最大主應(yīng)力達到巖石抗拉強度時，巖石發(fā)生破壞。2莫爾-庫侖準則考慮剪應(yīng)力和正應(yīng)力的綜合作用。3霍克-布朗準則針對完整巖石和巖體的經(jīng)驗性破壞準則。4格里菲斯理論基于能量平衡的巖石斷裂理論。巖石力學(xué)試驗單軸壓縮試驗測定巖石的抗壓強度和彈性模量。三軸壓縮試驗研究巖石在三維應(yīng)力狀態(tài)下的力學(xué)性質(zhì)。直接剪切試驗測定巖石的抗剪強度和內(nèi)摩擦角。巖石的可變性物理可變性巖石在溫度、濕度等物理因素作用下的性質(zhì)變化?；瘜W(xué)可變性巖石與水、空氣等介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的性質(zhì)變化。力學(xué)可變性巖石在長期應(yīng)力作用下的強度和變形特性變化。應(yīng)力狀態(tài)分析主應(yīng)力三個互相垂直的主應(yīng)力方向，分別為σ1、σ2和σ3。應(yīng)力橢球描述三維應(yīng)力狀態(tài)的幾何表示方法。莫爾圓用于分析平面應(yīng)力狀態(tài)的圖解方法。應(yīng)力不變量與坐標系選擇無關(guān)的應(yīng)力狀態(tài)描述參數(shù)。應(yīng)力測量方法鉆孔法通過測量鉆孔變形來推算巖體應(yīng)力。水壓破裂法利用高壓水使巖石破裂來測定應(yīng)力。聲發(fā)射法分析巖石聲發(fā)射信號來評估應(yīng)力狀態(tài)。應(yīng)變釋放法測量巖石切割后的應(yīng)變來反推原始應(yīng)力。應(yīng)力場分析1數(shù)據(jù)收集收集地質(zhì)、地形和工程條件等相關(guān)數(shù)據(jù)。2模型建立建立反映實際情況的地質(zhì)力學(xué)模型。3計算分析使用有限元等數(shù)值方法進行應(yīng)力場計算。4結(jié)果評估分析計算結(jié)果，評估工程影響和風(fēng)險。應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系彈性階段應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系，遵循胡克定律。屈服階段應(yīng)力增加，應(yīng)變增長加快，開始出現(xiàn)永久變形。塑性階段應(yīng)變迅速增加，巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。破壞階段應(yīng)力達到極限值，巖石發(fā)生破壞。穩(wěn)定性分析1安全系數(shù)法2極限平衡法3數(shù)值模擬法4概率統(tǒng)計法巖石工程穩(wěn)定性分析常用方法包括安全系數(shù)法、極限平衡法、數(shù)值模擬法和概率統(tǒng)計法等。支護設(shè)計理論圍巖分級根據(jù)巖石質(zhì)量評價系統(tǒng)對圍巖進行分級。支護選型根據(jù)圍巖級別選擇適當?shù)闹ёo類型和參數(shù)。受力分析分析支護結(jié)構(gòu)的受力情況和變形特征。優(yōu)化設(shè)計通過數(shù)值分析和現(xiàn)場監(jiān)測優(yōu)化支護方案。開挖工程分析開挖方法包括鉆爆法、機械開挖和新奧法等，根據(jù)巖石特性選擇。應(yīng)力重分布分析開挖引起的圍巖應(yīng)力重分布，預(yù)測變形和破壞。穩(wěn)定控制采取支護、錨固等措施確保開挖過程和后期穩(wěn)定性。注漿加固理論1漿液配制2注漿工藝3擴散機理4加固效果注漿加固是提高巖體強度和整體性的重要方法，涉及漿液配制、注漿工藝、擴散機理和加固效果評估等方面。爆破施工分析炸藥選擇根據(jù)巖石特性和環(huán)境要求選擇合適的炸藥。鉆孔布置設(shè)計最優(yōu)的鉆孔參數(shù)和布置方案。起爆順序確定合理的起爆順序，控制爆破效果。震動控制分析和控制爆破引起的地震效應(yīng)。巖體勘查與評價1地質(zhì)調(diào)查收集區(qū)域地質(zhì)資料，進行現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查。2鉆探取芯進行鉆探取芯，獲取巖石樣品和地質(zhì)信息。3物探測試利用地球物理方法探測巖體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。4室內(nèi)試驗對巖石樣品進行各種力學(xué)性質(zhì)試驗。工程案例分析三峽工程分析大壩基礎(chǔ)巖體穩(wěn)定性和滲流控制。港珠澳大橋研究海底隧道段巖土工程問題。青藏鐵路探討高原凍土地區(qū)巖石工程特殊性。開采工藝選擇露天開采適用于淺層礦床，考慮邊坡穩(wěn)定性和臺階參數(shù)設(shè)計。地下開采適用于深層礦床，重點分析頂板穩(wěn)定性和支護設(shè)計。溶浸開采適用于特定礦種，分析巖體滲透性和環(huán)境影響。海底開采新興領(lǐng)域，研究海底巖石力學(xué)特性和開采技術(shù)?；蛹斑吰略O(shè)計穩(wěn)定性分析評估基坑和邊坡的整體穩(wěn)定性，計算安全系數(shù)。支護方案設(shè)計錨桿、抗滑樁等支護結(jié)構(gòu)，確保施工安全。監(jiān)測系統(tǒng)布置位移、應(yīng)力等監(jiān)測設(shè)備，實時掌握工程狀態(tài)。地下洞室設(shè)計1形狀優(yōu)化設(shè)計合理的洞室斷面形狀，減少應(yīng)力集中。2圍巖分級評估圍巖質(zhì)量，確定支護參數(shù)。3支護設(shè)計采用錨桿、噴射混凝土等支護措施。4監(jiān)測方案制定長期監(jiān)測計劃，保障洞室安全。軟弱圍巖處理注漿加固通過注漿提高軟弱巖體的強度和整體性。凍結(jié)法利用人工凍結(jié)技術(shù)暫時增強軟弱巖體強度。疏干降水降低地下水位，改善軟弱巖體工程性質(zhì)。加強支護采用更強支護措施，如管棚、超前小導(dǎo)管等。巖土結(jié)構(gòu)破壞1破壞模式2誘發(fā)因素3預(yù)警機制4防治措施分析巖土結(jié)構(gòu)破壞的模式、誘發(fā)因素，建立預(yù)警機制，并制定有效的防治措施是巖石工程中的重要內(nèi)容。地應(yīng)力測試技術(shù)水壓破裂法通過高壓水壓裂巖石，測量地應(yīng)力大小和方向。應(yīng)變釋放法測量巖芯回收后的應(yīng)變，反推原地應(yīng)力狀態(tài)。聲發(fā)射法分析巖石