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精品课程《岩石力学》ppt课件(全)


具体而言,研究岩石在荷载作用下的应力、变形和破坏 规律以及工程稳定性等问题。
上述定义是把“岩石”看成固体力学中的一种材料,然而
岩石材料不同于一般的人工制造的固体材料,它是
一种典型的“连续介质”,具有复杂的地质构造和赋
存条件的天然地质体。
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三、岩石力学理论的发展简史
1. 初始阶段(19世纪末~20世纪初)
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(2)60年代初意大利Vajont大坝水库高边坡的崩溃 意大利Vajont拱坝,坝高262m,
于1959年建成,是当时世界上 最高的拱坝。1963年10月9日 夜,由于大坝上游山体突然滑 坡,约2.5亿立方的山体瞬时涌 入水库,涌浪摧毁上游及下游 一个小镇与邻近几个村庄,造 成约2500人死亡,整个灾害的 持续时间仅仅5分钟。
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一、引言
1. 人类活动与岩石工程(Rock Engineering)
岩石圈是人类赖以生存的主要载体,人类的大部分活动都 是在岩石圈上进行的:
远古
约4700年前 公元1600年
19世纪
石器,穴居 金字塔(146.5m) 火药采矿 铁路隧道技术
20世纪 大型水电工程
岩基、边坡,地下 洞室,隧道工程等
普罗托吉雅柯诺夫提出的自然平衡拱学说,即普氏理论.
围岩开挖后自然塌落成抛物线拱形,作用在支架上的压力等于 冒落拱内岩石的重量,仅是上覆岩石重量的一部分.
太沙基(K.Terzahi)理论 围岩塌落成矩形,而不是抛物线型.
优点与缺点
上述理论在一定历史时期和一定条件下还是发挥了一定作用的, 但是围岩的塌落并不是形成围岩压力的惟一来源,也不是所有 的地下空间都存在塌落拱.围岩和支护之间并不完全是荷载和 结构的关系问题,在很多情况下围岩和支护形成一个共同承载 系统,而且维持岩石工程的稳定最根本的还是要发挥围岩的作 用.
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连续介质理论
特点:以固体力学作为基础,从材料的基本力学性质 出发来认识岩石工程的稳定问题。
30年代,萨文(P. H. Савин)采用无限大板孔应力集中的弹性解分析围岩 的应力分布; 50年代,弹塑性理论应用于围岩稳定性研究; R. Fenner-J. Talobre公式和 H. Kastner 公式; 应用流变理论对隧洞围岩的进行粘弹性分析; S. Serta公式
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3. 经典理论阶段(20世纪30年代~20世纪
60年代)
岩石力学学科形成的重要阶段
弹性、塑性力学被引入,提出一些经典的解析计算公式 重视结构面对岩体力学性质的影响 形成围岩与支护共同作用理论 实验方法的完善 一系列岩石力学文献和专著的出版
岩体工程问题的解决形成了“连续介质理论” 和“地质力学理论”两大学派
1956年4月,在美国的科罗拉多矿业学院举行的一次专业会议上, 开始使用“岩石力学”这一名词,并由该学院汇编了“岩石力 学论文集”。在论文集的序言中说:“它是与过去作为一门学 科而发展起来的土力学,有着相似的概念的一门学科,对这 种有关岩石的力学方面的学科,现取名为岩石力学”。
1957年在巴黎出版的塔洛布尔(J. Talobre)的专著“岩石力学”是这 方面较早的一本较系统的著作。其后,开始形成了不同的岩 石力学学派(如法国学派,偏重于从弹塑性理论方面来研究; 奥地利学派,偏重于地质构造方面来研究)。
不足:解析方法仅适合平面的圆形巷道,不能模拟开 挖过程;由于岩体中节理、裂隙的存在,围岩力学性 质参数和准确的本构关系难以确定。
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地质力学理论
特点:,强调对岩体节理、裂隙的研究,重视岩体
结构面对岩石工程稳定性的影响和控制作用。
20年代,由德国人 H. Cloos 创立 51年,J. Stini 和 L. Müller 创立了“奥地利学派”: 在理论方面,指出工程围岩稳定性与原岩应力和开挖后岩体 的力学强度变化密切相关,重视岩石工程施工过程中应力、 位移和稳定性状态的监测,重视支护与围岩的共同作用,特 别重视利用围岩自身的强度维持岩石工程的稳定性 在施工方面,提出了“新奥法”,符合现代岩石力学理论
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南水北调,西气东输, 三峡大坝工程
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“高峡出平湖,当惊世界殊”
.5Biblioteka .6.7
2. 经典的岩石工程与事故灾害(Catastrophe)
2.1 经典岩石工程(金字塔,三峡工程,见上):
2.2. 事故灾害:
(1)20世纪50年代末法国Malpasset拱坝的失事
Malpasset坝,坝高66m,于 1954年末建成并蓄水。1959年 12月2日,坝基突然失稳导致大 坝溃决,仅右岸基础部分有些残 坝。洪水冲出峡谷流速达 20km/h,下游Frejus城镇部分 被毁,死亡421人,财产损失达 300亿法郎。
岩石力学的萌芽时期
A. Heim(1912)提出了静水压力的理论
W. J. M. Rankine(朗肯)和A.H.ДИННИΚ(金尼 克)地层压力的修正理论,即
v h
H H
tg 2 ( )
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或 1-
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2. 经验理论阶段(20世纪初~20世纪30年代)
该阶段根据生产经验提出了经典的地压理论,具有代表性的理论有:
37年,首部岩石力学专著 (秦巴列维奇. )《岩石力学》
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岩石力学的定义(Rock Mechanics)
1964年5月美国地质学会岩石力学专业委员会所下的定 义为:“岩石力学是研究岩石的力学性状(behavior) 的一门理论和应用的科学,它是固体力学的一个分支, 是探讨岩石对其周围物理环境中力场反应的学科。”
这两次事件促成了国际岩石力学学会(ISRM, International Society for Rock Mechanics) 在1963年于奥地利萨尔茨堡成立。
(1985年,中国岩石力学与工程学会正式成立)。
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二、岩石力学学科的形成及定义
1951年,J. Stini 和 L. Müller等在 Salzburg发起和举行了以岩体力 学为主题的第一次国际岩石力学讨论会,为把工程地质与力 学相结合、为建立岩石力学这门边缘学科跨出了重要的一步, 并创办了《Geologie und Bauwesen》,1962年改名为《Rock Mechanics & Rock Engineering》
岩石力学 (电子课件)
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主要内容 第1章 绪论 第2章 岩石的物理力学性质 第3章 岩体的力学特性 第4章 岩体地应力及其测量方法 第5章 岩石地下工程
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第一章 绪论
引言 岩石力学学科的形成及定义 岩石力学理论的发展简史 岩石力学中的基本概念 岩石力学的基本研究内容(what) 岩石力学中的研究方法(how) 岩石力学的应用范围(why)
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