《巖體力學(xué)應(yīng)用》課件

巖體力學(xué)應(yīng)用課程簡(jiǎn)介課程目標(biāo)使學(xué)生掌握巖體力學(xué)的基本理論、試驗(yàn)方法和工程應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際巖土工程問題的能力。課程內(nèi)容包括巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)面、巖體分類、本構(gòu)模型、數(shù)值模擬方法及巖體力學(xué)在各類工程中的應(yīng)用。課程安排巖體力學(xué)的基本概念1巖石與巖體巖石是組成地殼的固態(tài)物質(zhì)，具有一定的物理力學(xué)性質(zhì)。巖體是由巖石和結(jié)構(gòu)面組成的復(fù)雜地質(zhì)體。2應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力是巖石內(nèi)部單位面積上的力，應(yīng)變是巖石在應(yīng)力作用下產(chǎn)生的變形。本構(gòu)關(guān)系巖石的物理性質(zhì)密度單位體積巖石的質(zhì)量，影響巖石的自重應(yīng)力?？紫堵蕩r石中孔隙體積占總體積的百分比，影響巖石的滲透性和強(qiáng)度。含水率巖石中水的質(zhì)量占巖石總質(zhì)量的百分比，影響巖石的力學(xué)性質(zhì)。巖石的力學(xué)性質(zhì)抗壓強(qiáng)度巖石抵抗單軸壓縮破壞的能力?？辜魪?qiáng)度巖石抵抗剪切破壞的能力?？估瓘?qiáng)度巖石抵抗拉伸破壞的能力。巖石的變形特征1彈性變形應(yīng)力卸除后，變形可以完全恢復(fù)。2塑性變形應(yīng)力卸除后，變形不能完全恢復(fù)。3蠕變?cè)诤愣☉?yīng)力作用下，變形隨時(shí)間緩慢增加。巖石的強(qiáng)度準(zhǔn)則莫爾-庫侖準(zhǔn)則考慮了巖石的內(nèi)摩擦角和粘聚力。德魯克-普拉格準(zhǔn)則考慮了中間主應(yīng)力的影響?；艨?布朗準(zhǔn)則經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則，適用于多種巖石。巖石的破壞模式拉伸破壞1剪切破壞2壓剪破壞3巖體結(jié)構(gòu)面1節(jié)理2裂隙3斷層4層面巖體中存在的各種不連續(xù)面，對(duì)巖體的力學(xué)性質(zhì)有重要影響。結(jié)構(gòu)面的力學(xué)特性1抗剪強(qiáng)度2滲透性3粗糙度結(jié)構(gòu)面的力學(xué)特性直接影響巖體的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。巖體分類方法RQD、RMR、Q-system等，用于評(píng)價(jià)巖體質(zhì)量，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD巖石質(zhì)量指標(biāo)，表示巖心中長(zhǎng)度大于10cm的巖芯段的百分比。RMR巖體質(zhì)量分級(jí)，綜合考慮了巖石強(qiáng)度、RQD、節(jié)理間距、節(jié)理?xiàng)l件等因素。這些指標(biāo)用于量化巖體的工程地質(zhì)條件，是巖土工程設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。線性彈性本構(gòu)模型特點(diǎn)簡(jiǎn)單、易于應(yīng)用，但不能反映巖石的非線性變形和破壞特征。適用范圍適用于應(yīng)力水平較低、變形較小的巖土工程問題。彈塑性本構(gòu)模型1特點(diǎn)能較好地反映巖石的非線性變形和塑性流動(dòng)特征。2常用模型莫爾-庫侖模型、德魯克-普拉格模型、修正劍橋模型等。流變本構(gòu)模型特點(diǎn)能反映巖石的蠕變和松弛特性。常用模型Maxwell模型、Kelvin模型、Burgers模型等。數(shù)值模擬方法概述有限元法離散元法邊界元法利用計(jì)算機(jī)求解巖體力學(xué)問題的有效手段。有限單元法1基本原理將連續(xù)體離散成有限個(gè)單元，通過求解單元的平衡方程，得到整個(gè)結(jié)構(gòu)的解。2適用范圍適用于求解各種復(fù)雜的巖土工程問題。離散單元法基本原理將巖體視為由離散的塊體組成，塊體之間通過接觸面相互作用。適用范圍適用于分析巖體的破壞、滑動(dòng)等大變形問題。邊界元法基本原理只對(duì)問題的邊界進(jìn)行離散，降低了計(jì)算維度。1適用范圍適用于求解無限域或半無限域的巖土工程問題。2巖土工程穩(wěn)定性分析1邊坡穩(wěn)定性2隧洞穩(wěn)定性3基坑穩(wěn)定性分析巖土工程結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的穩(wěn)定性，是工程設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。邊坡穩(wěn)定性分析1極限平衡法2數(shù)值模擬法3可靠度分析采用不同的方法分析邊坡的穩(wěn)定性，為邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。隧洞穩(wěn)定性分析ShotcreteRockBoltsSteelRibsOther分析隧洞圍巖的穩(wěn)定性，選擇合理的支護(hù)方式，保證隧洞的安全運(yùn)營(yíng)?；臃€(wěn)定性分析支護(hù)結(jié)構(gòu)采用樁、墻等支護(hù)結(jié)構(gòu)，保證基坑開挖的安全。監(jiān)測(cè)對(duì)基坑進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理安全隱患。分析基坑開挖過程中的穩(wěn)定性，采取有效的支護(hù)措施，防止基坑坍塌。地下工程設(shè)計(jì)原理圍巖分級(jí)根據(jù)圍巖的質(zhì)量，選擇不同的支護(hù)方式。支護(hù)設(shè)計(jì)根據(jù)圍巖的特點(diǎn)，選擇合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)和參數(shù)。隧洞設(shè)計(jì)1線路選擇選擇地質(zhì)條件較好的線路，減少工程風(fēng)險(xiǎn)。2斷面設(shè)計(jì)根據(jù)隧洞的用途和地質(zhì)條件，選擇合適的斷面形式。3支護(hù)設(shè)計(jì)根據(jù)圍巖的質(zhì)量，選擇合理的支護(hù)方式。礦山工程設(shè)計(jì)采礦方法選擇根據(jù)礦體的賦存條件，選擇合適的采礦方法。巷道布置合理布置巷道，保證礦山的安全生產(chǎn)。支護(hù)設(shè)計(jì)根據(jù)圍巖的質(zhì)量，選擇合理的支護(hù)方式。地下儲(chǔ)庫設(shè)計(jì)選址選擇地質(zhì)條件穩(wěn)定、滲透性低的巖層。容量根據(jù)儲(chǔ)存需求，確定儲(chǔ)庫的容量。安全采取安全措施，防止泄漏和爆炸。水利水電工程中的巖體力學(xué)1大壩基礎(chǔ)2邊坡3庫岸巖體力學(xué)在水利水電工程中起著重要的作用。大壩基礎(chǔ)穩(wěn)定性抗滑穩(wěn)定性抗傾覆穩(wěn)定性抗?jié)B穩(wěn)定性分析大壩基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，保證大壩的安全運(yùn)行。邊坡處理削坡1排水2支護(hù)3采取不同的措施處理邊坡，提高邊坡的穩(wěn)定性。庫岸穩(wěn)定1地質(zhì)調(diào)查2監(jiān)測(cè)3防護(hù)加強(qiáng)庫岸的地質(zhì)調(diào)查和監(jiān)測(cè)，采取有效的防護(hù)措施，防止庫岸滑坡。采礦工程中的巖體力學(xué)1頂板管理2沖擊地壓防治3礦柱設(shè)計(jì)巖體力學(xué)在采礦工程中發(fā)揮著重要作用。頂板管理采取合理的頂板管理措施，防止頂板冒落事故的發(fā)生。沖擊地壓防治卸壓采用卸壓措施，降低工作面的應(yīng)力集中。監(jiān)測(cè)對(duì)工作面進(jìn)行微震監(jiān)測(cè)，及時(shí)預(yù)警沖擊地壓。采取綜合防治措施，有效防治沖擊地壓事故的發(fā)生。礦柱設(shè)計(jì)強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)礦柱的尺寸和圍巖的強(qiáng)度，計(jì)算礦柱的承載能力。穩(wěn)定性分析分析礦柱的穩(wěn)定性，保證礦柱的安全可靠。交通工程中的巖體力學(xué)1隧道工程2路基穩(wěn)定3橋梁基礎(chǔ)巖體力學(xué)在交通工程中有著廣泛的應(yīng)用。隧道工程圍巖分級(jí)支護(hù)設(shè)計(jì)施工方法巖體力學(xué)在隧道工程的設(shè)計(jì)和施工中起著重要的作用。路基穩(wěn)定壓實(shí)排水加固采取合理的措施，提高路基的穩(wěn)定性，保證道路的安全運(yùn)營(yíng)。橋梁基礎(chǔ)1地質(zhì)勘察2承載力計(jì)算3沉降控制分析橋梁基礎(chǔ)的承載能力和沉降，保證橋梁的安全運(yùn)營(yíng)。巖土工程災(zāi)害1滑坡2泥石流3地震巖土工程災(zāi)害對(duì)人類的生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅?；?成因分析2監(jiān)測(cè)預(yù)警3治理措施分析滑坡的成因，采取有效的防治措施，減少滑坡災(zāi)害的損失。泥石流WaterSedimentDebris采取有效的防治措施，減少泥石流災(zāi)害的損失。地震地震區(qū)劃進(jìn)行地震區(qū)劃，為工程建設(shè)提供依據(jù)?？拐鹪O(shè)計(jì)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。分析地震對(duì)巖土工程的影響，采取有效的抗震措施，減少地震災(zāi)害的損失。巖體力學(xué)測(cè)試技術(shù)室內(nèi)試驗(yàn)原位試驗(yàn)無損檢測(cè)通過各種試驗(yàn)手段，獲取巖石和巖體的力學(xué)參數(shù)。室內(nèi)試驗(yàn)1單軸壓縮試驗(yàn)2三軸壓縮試驗(yàn)3直剪試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室條件下，對(duì)巖石進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。原位試驗(yàn)平板載荷試驗(yàn)剪切試驗(yàn)注水試驗(yàn)在工程現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)巖體進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。無損檢測(cè)超聲波檢測(cè)地質(zhì)雷達(dá)紅外掃描不破壞巖石或巖體，對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷進(jìn)行檢測(cè)。巖體力學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)1位移監(jiān)測(cè)2應(yīng)力監(jiān)測(cè)3聲發(fā)射監(jiān)測(cè)對(duì)巖石和巖體的變形和應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理安全隱患。位移監(jiān)測(cè)表面位移監(jiān)測(cè)深部位移監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)巖石和巖體的變形，判斷其穩(wěn)定性。應(yīng)力監(jiān)測(cè)鉆孔應(yīng)力計(jì)1土壓力盒2監(jiān)測(cè)巖石和巖體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)，了解其受力情況。聲發(fā)射監(jiān)測(cè)1預(yù)警2早期預(yù)警通過監(jiān)測(cè)巖石和巖體破裂時(shí)產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)，預(yù)測(cè)其破壞趨勢(shì)。巖體力學(xué)研究進(jìn)展深部巖體力學(xué)高應(yīng)力巖體力學(xué)復(fù)雜地質(zhì)條件下的巖體力學(xué)巖體力學(xué)研究不斷深入，為解決復(fù)雜的工程問題提供理論支持。深部巖體力學(xué)1高地應(yīng)力2高溫3高滲透壓研究深部巖體的力學(xué)行為，為深部資源開發(fā)和地下工程建設(shè)提供理論指導(dǎo)。高應(yīng)力巖體力學(xué)強(qiáng)度準(zhǔn)則破壞模式數(shù)值模擬研究高應(yīng)力狀態(tài)下巖體的力學(xué)行為，為高應(yīng)力工程提供安全保障。復(fù)雜地質(zhì)條件下的巖體力學(xué)斷層褶皺風(fēng)化研究復(fù)雜地質(zhì)條件下的巖體力學(xué)問題，為復(fù)雜地質(zhì)工程提供技術(shù)支持。巖體力學(xué)案例分析1隧道工程案例2邊坡工程案例3礦山工程案例通過案例分析，加深對(duì)巖體力學(xué)理論和應(yīng)用的理解。隧道工程案例工程概況地質(zhì)條件設(shè)計(jì)分析施工方法分析隧道工程案例，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提高隧道工程的設(shè)計(jì)和施工水平。邊坡工程案例工程概