《巖石力學(xué)課程》課件

巖石力學(xué)課程by課程簡介巖石力學(xué)巖石力學(xué)是研究巖石的力學(xué)性質(zhì)、力學(xué)行為、巖石工程的力學(xué)問題以及解決工程問題的學(xué)科。它是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，與地質(zhì)學(xué)、工程力學(xué)、土木工程、采礦工程、石油工程、水利工程等學(xué)科密切相關(guān)。課程目標(biāo)本課程旨在幫助學(xué)生掌握巖石力學(xué)的基本理論和方法，并能夠運(yùn)用這些知識(shí)解決實(shí)際工程問題，為從事相關(guān)領(lǐng)域的工作奠定基礎(chǔ)。課程目標(biāo)1了解巖石力學(xué)基本原理掌握巖石的力學(xué)性質(zhì)、強(qiáng)度理論、破壞準(zhǔn)則、變形模型等基本概念。2掌握巖體力學(xué)分析方法能夠?qū)r體進(jìn)行穩(wěn)定性分析、開挖巖體進(jìn)行力學(xué)分析，以及進(jìn)行滲流-應(yīng)力耦合分析。3應(yīng)用巖石力學(xué)知識(shí)解決工程問題能夠?qū)r石力學(xué)知識(shí)應(yīng)用于水電工程、礦山開采、隧道工程、邊坡工程等領(lǐng)域。基本概念巖石力學(xué)研究對(duì)象巖石力學(xué)主要研究巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，以及巖石在各種外力作用下的力學(xué)行為和破壞規(guī)律。巖石力學(xué)研究范圍巖石力學(xué)主要研究巖石的力學(xué)性質(zhì)、巖石的應(yīng)力和應(yīng)變、巖石的強(qiáng)度、巖石的破壞準(zhǔn)則、巖石的穩(wěn)定性以及巖石在工程中的應(yīng)用。應(yīng)力與應(yīng)變基本原理1應(yīng)力物體內(nèi)部各部分之間相互作用的內(nèi)力2應(yīng)變物體在外力作用下發(fā)生的形變3胡克定律應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系應(yīng)力是巖石內(nèi)部各部分之間相互作用的內(nèi)力的量度，而應(yīng)變則是巖石在外力作用下發(fā)生的形變的量度。胡克定律描述了巖石的應(yīng)力與應(yīng)變之間的線性關(guān)系，是巖石力學(xué)中的基本定理之一。彈性力學(xué)基本定理力學(xué)平衡方程幾何方程物理方程巖石力學(xué)中的應(yīng)力狀態(tài)地應(yīng)力巖石在自然狀態(tài)下承受的應(yīng)力，由地殼的重量和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起。應(yīng)力集中在巖石中的不連續(xù)性，如裂縫或孔隙，會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，可能導(dǎo)致巖石破壞。應(yīng)力場巖石體中不同位置和方向上的應(yīng)力分布情況，可通過測量和計(jì)算獲得。巖石的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系彈性階段巖石在受力后，應(yīng)力和應(yīng)變成正比關(guān)系。應(yīng)力去除后，巖石恢復(fù)原狀。屈服階段當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限，巖石開始發(fā)生塑性變形，應(yīng)力和應(yīng)變不再成正比關(guān)系。強(qiáng)化階段隨著應(yīng)力繼續(xù)增加，巖石的強(qiáng)度逐漸提高，變形逐漸增大。破壞階段當(dāng)應(yīng)力超過巖石的強(qiáng)度極限，巖石發(fā)生破壞，應(yīng)力下降，應(yīng)變急劇增大。巖石的力學(xué)性質(zhì)強(qiáng)度巖石抵抗外力破壞的能力，包括抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。變形模量巖石在外力作用下發(fā)生形變的程度，反映了巖石的剛度和抗變形能力。泊松比巖石在受壓或拉伸時(shí)，橫向變形與縱向變形之比，反映了巖石的橫向收縮或膨脹程度。巖石的強(qiáng)度理論1概念巖石的強(qiáng)度是指巖石抵抗破壞的能力，是巖石力學(xué)研究中的重要參數(shù)。2理論體系包括莫爾-庫侖強(qiáng)度理論、格里菲斯強(qiáng)度理論、布林克曼強(qiáng)度理論等。3應(yīng)用應(yīng)用于巖石工程的設(shè)計(jì)、施工和安全評(píng)估等領(lǐng)域，為工程安全提供理論依據(jù)。巖石的破壞準(zhǔn)則抗拉強(qiáng)度巖石在單向拉伸荷載作用下發(fā)生破壞時(shí)的應(yīng)力值?？箟簭?qiáng)度巖石在單向壓縮荷載作用下發(fā)生破壞時(shí)的應(yīng)力值。抗剪強(qiáng)度巖石在剪切荷載作用下發(fā)生破壞時(shí)的應(yīng)力值。巖石的失穩(wěn)機(jī)理應(yīng)力集中當(dāng)巖石內(nèi)部存在缺陷或不均勻性時(shí)，應(yīng)力會(huì)集中在這些區(qū)域，導(dǎo)致巖石的局部強(qiáng)度降低，從而引發(fā)失穩(wěn)。裂隙擴(kuò)展巖石中的裂隙在應(yīng)力作用下會(huì)擴(kuò)展，當(dāng)裂隙擴(kuò)展到一定程度時(shí)，巖石就會(huì)發(fā)生斷裂或崩塌。蠕變巖石在長時(shí)間的應(yīng)力作用下會(huì)發(fā)生緩慢的變形，這種變形稱為蠕變。當(dāng)蠕變達(dá)到一定程度時(shí)，巖石就會(huì)發(fā)生失穩(wěn)。巖石的變形模型彈性模型塑性模型粘彈性模型損傷模型巖石的塑性及蠕變行為1塑性變形巖石在超出彈性極限后發(fā)生的永久變形稱為塑性變形，這種變形不可逆轉(zhuǎn)。2蠕變巖石在長時(shí)間持續(xù)載荷作用下發(fā)生的緩慢、持續(xù)的變形稱為蠕變。蠕變是巖石在長期應(yīng)力作用下的一種緩慢變形行為。3影響因素巖石的塑性和蠕變行為受多種因素的影響，包括巖石的類型、應(yīng)力水平、溫度、時(shí)間等。巖石動(dòng)力學(xué)行為沖擊研究巖石在快速加載下的力學(xué)響應(yīng)，如爆炸和地震。振動(dòng)分析巖石在周期性加載下的行為，如機(jī)械振動(dòng)和地震波傳播。巖體的力學(xué)行為節(jié)理巖石中的裂隙面或斷裂面，可影響巖體的強(qiáng)度和變形特性。結(jié)構(gòu)巖石的層理、片理和巖脈等結(jié)構(gòu)特征，影響巖體的應(yīng)力分布和變形模式。穩(wěn)定性巖體的穩(wěn)定性受應(yīng)力狀態(tài)、巖體強(qiáng)度和地質(zhì)構(gòu)造等因素影響，需進(jìn)行安全評(píng)估。斷層與節(jié)理的力學(xué)特征斷層巖石斷裂面,沿?cái)嗔衙鎯蓚?cè)巖體發(fā)生明顯位移。節(jié)理巖石裂隙,沿裂隙面兩側(cè)巖體沒有發(fā)生明顯位移。力學(xué)特征影響巖體強(qiáng)度、變形、穩(wěn)定性。地應(yīng)力的測量與分析1現(xiàn)場測量方法應(yīng)力解除法、水壓致裂法等。2數(shù)值模擬方法有限元法、邊界元法等。3地應(yīng)力分析應(yīng)力場特征分析、應(yīng)力集中分析等。巖體穩(wěn)定性分析巖體穩(wěn)定性指巖體抵抗外部荷載和自身重力作用而保持穩(wěn)定狀態(tài)的能力。分析方法包括極限平衡法、數(shù)值模擬法、物理模擬法等。影響因素巖體結(jié)構(gòu)、巖體力學(xué)性質(zhì)、地應(yīng)力、地下水等。開挖巖體的力學(xué)分析邊坡穩(wěn)定性分析開挖后巖體邊坡的穩(wěn)定性，評(píng)估潛在的滑坡風(fēng)險(xiǎn)。支護(hù)體系設(shè)計(jì)根據(jù)巖體性質(zhì)和開挖條件，設(shè)計(jì)合理的支護(hù)體系，以保證開挖的安全和穩(wěn)定。地下水控制研究地下水的滲透和涌水問題，采取措施控制地下水的危害，確保開挖的安全。滲流-應(yīng)力耦合分析孔隙壓力地下水流動(dòng)對(duì)巖石的應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生影響。巖體變形巖石的變形會(huì)反過來影響地下水的流動(dòng)路徑。數(shù)值模擬利用有限元等數(shù)值方法進(jìn)行滲流-應(yīng)力耦合分析。地?zé)衢_發(fā)中的巖石力學(xué)問題熱力學(xué)參數(shù)巖石的熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)和熱容等參數(shù)會(huì)影響地?zé)崮艿奶崛⌒省r石裂隙巖石裂隙的存在會(huì)影響地?zé)崃黧w的流動(dòng)，以及熱能的傳遞。熱采技術(shù)巖石力學(xué)分析可以優(yōu)化熱采井的布置，提高地?zé)崮艿睦寐?。水電工程中的巖石力學(xué)問題1壩體穩(wěn)定性水庫的壓力和地質(zhì)條件可能會(huì)對(duì)壩體穩(wěn)定性造成威脅。2水庫誘發(fā)地震水庫的蓄水可能會(huì)導(dǎo)致地震活動(dòng)，影響工程安全。3地下洞室開挖水電站地下洞室的開挖需要考慮巖體的力學(xué)特性，防止巖體變形和失穩(wěn)。礦山開采中的巖石力學(xué)問題1采礦誘發(fā)的地壓采礦活動(dòng)改變了巖體的應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致地壓變化，影響開采安全和礦山環(huán)境。2巖體失穩(wěn)采礦過程中，巖體可能發(fā)生塌陷、滑坡等失穩(wěn)現(xiàn)象，造成安全事故和經(jīng)濟(jì)損失。3礦山環(huán)境保護(hù)采礦活動(dòng)對(duì)環(huán)境造成影響，如地面沉降、水土流失等，需要進(jìn)行環(huán)境保護(hù)措施。隧道工程中的巖石力學(xué)問題巖爆隧道開挖過程中，由于應(yīng)力集中導(dǎo)致巖石破裂，引發(fā)巖體爆裂，危害施工安全。支護(hù)采用合理的支護(hù)措施，防止巖體失穩(wěn)，確保隧道安全運(yùn)行。水文地質(zhì)隧道開挖過程中，地下水滲漏會(huì)造成施工困難，需要采取有效防水措施。邊坡工程中的巖石力學(xué)問題邊坡穩(wěn)定性分析分析邊坡的穩(wěn)定性，評(píng)估潛在的滑坡風(fēng)險(xiǎn)。開挖設(shè)計(jì)與施工制定合理的開挖方案，控制開挖過程中的應(yīng)力變化。邊坡支護(hù)與加固設(shè)計(jì)有效的支護(hù)結(jié)構(gòu)，防止邊坡失穩(wěn)，提高邊坡穩(wěn)定性。巖石力學(xué)在建筑工程中的應(yīng)用地基基礎(chǔ)巖石力學(xué)分析用于評(píng)估地基的承載力，優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，防止地基沉降和不均勻沉降。邊坡穩(wěn)定性巖石力學(xué)知識(shí)用于評(píng)估邊坡的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)邊坡防護(hù)工程，防止滑坡和崩塌。地下工程巖石力學(xué)理論和方法應(yīng)用于地下工程設(shè)計(jì)，如隧道、地鐵、地下室等，確保工程安全和穩(wěn)定。巖石力學(xué)在石油工程中的應(yīng)用油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)巖石力學(xué)參數(shù)對(duì)油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)至關(guān)重要，例如孔隙度、滲透率和應(yīng)力場。水平井設(shè)計(jì)水平井的軌跡設(shè)計(jì)需要考慮地層應(yīng)力場、巖石強(qiáng)度和斷裂特征。壓裂技術(shù)巖石力學(xué)參數(shù)在壓裂技術(shù)中起著關(guān)鍵作用，例如裂縫擴(kuò)展模型和壓裂液設(shè)計(jì)。巖石力學(xué)在地質(zhì)災(zāi)害防治中的應(yīng)用滑坡巖石力學(xué)原理可以用于分析滑坡的發(fā)生機(jī)制和穩(wěn)定性，并提供防治措施。泥石流巖石力學(xué)可以幫助預(yù)測泥石流的發(fā)生和路徑，并制定有效的防治措施。崩塌巖石力學(xué)分析可以評(píng)估崩塌的風(fēng)險(xiǎn)，并提出預(yù)防和控制措施。案例分析本課程將通過多個(gè)實(shí)際案例，深入淺出地展示巖石力學(xué)在不同工程領(lǐng)域中的