二、岩石的孔隙性：反映裂隙发育程度的指标
（一）孔隙比 eVV /V /V
V=VC+VV
e~n关系
VV e VV VV /V V
VC VC /V V VV V
n 1 c / GW
n 1 n
三、岩石的水理性质
（一）含水性
1、含水量：岩石孔隙中含水量GW与 固体质量之比的百分数
《岩石力学》课件(完整版)
1.2 岩体力学的研究任务与内容
（1）岩体的力学特征
①不连续； ②各向异性； ③不均匀性； ④岩块单元的可移动性； ⑤地质因子特性（水、气、热、初应力）。 （2）任务
①基本原理方面（建模与参数辨别）； ②试验方面（试验方法）仪器、信息处理、室内、
外、动、静； ③现场测试 ； ④实际应用
1951年《岩石力学》——最早的代表作。
1963年意大利瓦依昂水库岩坡滑动
1966年在里斯召开第一届国际岩石力学大会（一届/4年 ）
全国岩石力学与工程学术会，2000年开第6届，1届/1年。
全美,全欧。 总之三个阶段：材料力学、连介力学、构造力学。
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第二章 岩石的基本物理力学性质
岩石的基本物理力学性质是岩体最基本、最 重要的性质之一，也是岩石力学学科中研究最 早、最完善的内容之一。
天然状态下
W=GW/G1（%）
饱和状态下
2、吸水率：岩石吸入水的质量与固体质量之比
Wd= (d )/c （%）
吸水率是一个间接反映岩石内孔隙多少的指标
（二）渗透性
在一定的水压作用下，水穿透岩石的能力。反映 了岩石中裂隙向相互连通的程度，大多渗透性可用达 西（Darcy）定律描述：
qx
k dh A dx
• (2)岩石耐崩解性指数
•
耐崩解性指数是通过对岩石试件进行烘干，浸水循
环试验所得的指标。试验时，将烘干的试块，约500g，
分成10份，放入带有筛孔的圆筒内，使圆筒在水槽中以
•
20r／s速度连续转10分钟，然后将留在圆筒内的石块取 出烘干称重。如此反复进行两次，按下式计算耐崩解性
• 指数：
Id2 mr /ms%
试验前的试件烘干质量 m r ；残留在筒内的试件烘
•
干质量 m s
（三）岩石的膨胀性
评价膨胀性岩体工程的稳定。
1、自由膨胀率：无约束条件下，浸水后胀 变形与原尺寸 之比
轴向自由膨胀 VHH/H （%）
H——试件高度
径向自由膨胀 VDD/D （%）
D——直径
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第三章 岩石动力学基础
第一节 岩石的波动特性 一、固体中应力波的种类
（m3/s）
dh
dx
——水头变化率；
qx——沿x方向水的流量；h——水头高度； A——垂直x方向的截面面积；k——渗透系数。
四、岩石的抗风化指标（3类）
(1)软化系数（表示抗风化能力的指标）
Rcc——干燥单轴抗压强度、
Rcd——饱和单轴抗压强度；
Rcc/Rcd
（ 1 ）越小，表示
岩石受水的影响越大。
1. 定义：所谓波，就是某种扰动或某种运动参数 或状态参数（例如应力、变形、震动、温度、 电磁场强度等）的 变化在介质中的传播。应 力波就是应力在固体介质中的传播。
2. 分类：(4类）
• 弹性波: 在应力应变关系服从虎克定律的介质 中传播的波。
• 粘弹性波 在非线性弹性体中传播的波， 这种波，除弹性变形产生的弹性应力外， 还产生又摩擦应力或粘滞应力。
第一节 基本物理性质
一、岩石的质量指标 （一）密度和比重
1、岩石的密度：单位体积内岩石的质量。 岩石含：固相、液相、气相。
三相比例不同而密度不同。
（1）天然密度：自然状态下，单位体积质量
G/V
G——岩石总质量；V——总体积。
（2）饱和密度：岩石中的孔隙被水充填时的单 位体积质量（水中浸48小时）
dG 1 V V VW (K/N m 3)
VV——孔隙体积
（3）干密度：岩块中的孔隙水全部蒸发后的单位体 积质量（108℃烘24h）
c G1 /V （KN/m3）
G1——岩石固体的质量。
2、岩石的比重：岩石固体质量（G1）与同体积 水在4℃时的质量比
G 1/(VCW)
VC——固体积； W ——水的比重
• 塑性波 应力超过弹性极限的波。 • 冲击波 如果固体介质的变形性质能使
大扰动的传播速度远比小扰动的传播速 度大，在介质中就会形成波头陡峭的、 以超声波传播的冲击波。
岩石在受到扰动时在岩体中主要传播的是弹
性波，塑性波和冲击波只有在振源才可以看到。
• 3.在固体中可传播的弹性波可分为两类
•交通方面 ：北京道路面积4.4m2/人；东京11.3m2/ 人；伦敦21.3m2/人。
1.3 岩体力学的研究方法
研究方法：实验、理论分析与工程应用相结合
实验 理论
室内
岩块（拉、压、剪…） 模拟 收敛（表面位移）
野外 位移 应力
应变 绝对位移、相对位移（内部）
压力 连介
非连介
数值方法
有限元 离散元 DDA
1.4 岩体力学在其它学科中的地位
力学 （固体力学分支）、地质学、岩土工程
1.5 岩石力学的发展简史
（1）1925年泰沙基（Terzaghi）《建筑土力学》
（2）地质力学的岩石力学学派（奥地利学派（萨尔茨堡 学派）缪勒<L.Miiller>）否认小岩块试件的力学试验。
（3）工程岩石力学学派，法国塔洛布尔（J.Talober）
(4)相关任务
•城市化：我国1989年不到20%，2000年为35.7%， 2010达45%，为减少占用地面土地，发展地下空间。
•人口密度：拥人极限2万/km2，而上海达4万/km2(局 部16万/km2)，北京达2.7万/km2。
•绿化指标：1990年全国城市绿化面积3.9m2/人，上 海 0 . 9 m2/ 人 （ 国 家 要 求 2 m2/ 人 ） 。 联 合 国 建 议 ： 4 0 m2/ 人 （ 莫 斯 科 4 4 m2/ 人 ； 伦 敦 2 2 . 8 m2/ 人 ； 巴 黎 25m2/人）。
岩 石 工 岩岩 地 程 体体 质 地 结力 调 质 构学 查 分 划性 区 分质 试 验
初始应力 岩体赋存条件分析
结构面几
何特征
介质的模型化 物理
数学
经典解析法 正反
计算 数值计算法
分析
岩 体
加 固
施
工措
程 设
施
工
长 期 监 测
分类确定岩体的质量等级
计
物理模拟 模拟试验
相似材料
反馈分析
经验判据
图1-1 岩石力学研究步骤的框图