【正文】 第一章 緒論 巖石： 由礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律 聚集而形成的自然物體 。 這是影響巖石力學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)的三個(gè)重要因素 。 構(gòu)造 : 組成成分的空間分布及其相互間排列關(guān)系 巖石力學(xué) （ Rock Mechanics）： 研究巖體在各種不同受力狀態(tài)下產(chǎn)生變形和破壞規(guī)律的學(xué)科。 第一節(jié) 巖石與巖體 礦物： 存在地殼中的具有一定化學(xué)成分和物理性 質(zhì)的自然元素和化合物。 結(jié)構(gòu)： 組成巖石的物質(zhì)成分、顆粒大小和形狀以及 其相互結(jié)合的情況。 巖石分類 巖體 =巖塊 +結(jié)構(gòu)面 變質(zhì)巖：不穩(wěn)定與變質(zhì)程度和原 巖性質(zhì)有關(guān) 巖漿巖：強(qiáng)度高、均質(zhì)性好 沉積巖：強(qiáng)度不穩(wěn)定，各向異性 巖 體 結(jié)構(gòu)面 巖塊 不連續(xù)面：包括節(jié)理、裂隙、孔隙、斷面、孔洞、層面 巖體力學(xué)的研究任務(wù)與內(nèi)容 ① 不連續(xù)； ② 各向異性； ③ 不均勻性； ④ 巖塊單元的可移動(dòng)性； ⑤ 地質(zhì)因子特性 （ 水 、 氣 、 熱 、 初應(yīng)力 ） 。 （ 1）巖體的力學(xué)特征 （ 2）任務(wù) ①基本原理方面（建模與參數(shù)辨別）； ②試驗(yàn)方面（試驗(yàn)方法）儀器、信息處理、室內(nèi)、 外、動(dòng)、靜； ③現(xiàn)場測試 ； ④實(shí)際應(yīng)用 ?城市化： 我國 1989年不到 20%， 2022年為 %，2022達(dá) 45%，為減少占用地面土地，發(fā)展地下空間。 ?人口密度 ：擁人極限 2萬 /km2， 而上海達(dá) 4萬/km2(局部 16萬 /km2)， 北京達(dá) /km2。 ?綠化指標(biāo)： 1990年全國城市綠化面積 ， 上海 （ 國家要求 2m2/人 ） 。 聯(lián)合國建議：40m2/人 （ 莫斯科 44m2/人；倫敦 ；巴黎25m2/人 ） 。 ?交通方面 ： 北京道路面積 ；東京 人；倫敦 。 (4)相關(guān)任務(wù) 巖體力學(xué)的研究方法 研究方法： 實(shí)驗(yàn)、理論分析與工程應(yīng)用相結(jié)合 實(shí)驗(yàn) 室內(nèi) 野外 巖塊（拉、壓、剪 … ） 模擬 位移 應(yīng)力 壓力 收斂（表面位移） 應(yīng)變 絕對(duì)位移、相對(duì)位移（內(nèi)部） 理論 連介 非連介 數(shù)值方法 有限元 離散元 DDA 地質(zhì)調(diào)查 工程地質(zhì)分區(qū) 巖體結(jié)構(gòu)劃分 巖石巖體力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn) 巖體賦存條件分析 初始應(yīng)力 結(jié)構(gòu)面幾何特征 介質(zhì)的模型化 物理 數(shù)學(xué) 計(jì)算 經(jīng)典解析法 數(shù)值計(jì)算法 正反 分析 分類確定巖體的質(zhì)量等級(jí) 模擬試驗(yàn) 物理模擬 相似材料 經(jīng)驗(yàn)判據(jù) 巖體工程設(shè)計(jì) 加固措施 施 工 長期監(jiān)測 反饋分析 圖 11 巖石力學(xué)研究步驟的框圖 巖體力學(xué)在其它學(xué)科中的地位 （ 1） 1925年泰沙基 （ Terzaghi） 《 建筑土力學(xué) 》 （ 2） 地質(zhì)力學(xué)的巖石力學(xué)學(xué)派 （ 奧地利學(xué)派 （ 薩爾茨堡學(xué)派 ） 繆勒 ） 否認(rèn)小巖塊試件的力學(xué)試驗(yàn) 。 （ 3） 工程巖石力學(xué)學(xué)派 ， 法國塔洛布爾 （ ） 1951年 《 巖石力學(xué) 》 ——最早的代表作 。 1963年意大利瓦依昂水庫巖坡滑動(dòng) 1966年在里斯召開第一屆國際巖石力學(xué)大會(huì) （ 一屆 /4年 ） 全國巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)會(huì) ， 2022年開第 6屆 ， 1屆 /1年 。 全美 ,全歐 。 總之三個(gè)階段：材料力學(xué)、連介力學(xué)、構(gòu)造力學(xué)。 力學(xué) （固體力學(xué)分支）、地質(zhì)學(xué)、巖土工程 巖石力學(xué)的發(fā)展簡史 返回 第二章 巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì) 巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)是巖體最基本、最重要的性質(zhì)之一，也是巖石力學(xué)學(xué)科中研究最早、最完善的內(nèi)容之一 。 第一節(jié) 基本物理性質(zhì) 一、巖石的質(zhì)量指標(biāo) （一）密度和比重 巖石的密度：單位體積內(nèi)巖石的質(zhì)量 。 巖石含：固相 、 液相 、 氣相 。 三相比例不同而密度不同 。 （ 2）飽和密度：巖石中的孔隙被水充填時(shí)的單 位體積質(zhì)量（水中浸 48小時(shí)） （ 1）天然密度：自然狀態(tài)下，單位體積質(zhì)量 VG /??)/( 31 mKNVVG WVd ?? ??G——巖石總質(zhì)量； V——總體積。 VV——孔隙體積 （ 3）干密度：巖塊中的孔隙水全部蒸發(fā)后的單位體積質(zhì)量（ 108℃ 烘 24h） VGc /1??巖石的比重：巖石固體質(zhì)量（ G1） 與同體積水在 4℃ 時(shí)的質(zhì)量比 VC——固體積； ——水的比重 )/(1 WCVG ???W?G1——巖石固體的質(zhì)量。 （ KN/m3） CV VVe /?VVn V /?WcVVCVCVGnnnVVVVVVVVVVVe?? /11//????????二、巖石的孔隙性：反映裂隙發(fā)育程度的指標(biāo) （一）孔隙比 VV——孔隙體積（水銀充填法求出） （二）孔隙率 V=VC+VV e~n關(guān)系 cd ??? /)( ?天然狀態(tài)下 飽和狀態(tài)下 三、巖石的水理性質(zhì) （一）含水性 含水量：巖石孔隙中含水量 GW與固體質(zhì)量之比的百分?jǐn)?shù) W=GW/G1（ %） 吸水率：巖石吸入水的質(zhì)量與固體質(zhì)量之比 Wd= （ %） 吸水率是一個(gè)間接反映巖石內(nèi)孔隙多少的指標(biāo) Adxdhkq x ?dxdh（二） 滲透性 在一定的水壓作用下，水穿透巖石的能力。反映了巖石中裂隙向相互連通的程度，大多滲透性可用達(dá)西（ Darcy） 定律描述： （ m3/s） ——水頭變化率； qx——沿 x方向水的流量； h——水頭高度； A——垂直 x方向的截面面積； k——滲透系數(shù)。 ? ? ? ? ? 四 、巖石的抗風(fēng)化指標(biāo) （ 3類） (1)軟化系數(shù) （表示抗風(fēng)化能力的指標(biāo)） Rcc——干燥單軸抗壓強(qiáng)度、 Rcd——飽和單軸抗壓強(qiáng)度； （ ）越小，表示巖石受水的影響越大。 cdcc RR /??1??? 耐崩解性指數(shù)是通過對(duì)巖石試件進(jìn)行烘干，浸水循環(huán)試驗(yàn)所得的指標(biāo)。試驗(yàn)時(shí)，將烘干的試塊，約 500g，分成 10份，放入帶有篩孔的圓筒內(nèi)，使圓筒在水槽中以20r／ s速度連續(xù)轉(zhuǎn) 10分鐘，然后將留在圓筒內(nèi)的石塊取出烘干稱重。如此反復(fù)進(jìn)行兩次，按下式計(jì)算耐崩解性指數(shù)： (2)巖石耐崩解性指數(shù) 試驗(yàn)前的試件烘干質(zhì)量 ；殘留在筒內(nèi)的試件烘干質(zhì)量 rmsm%/2 srd mmI ? 自由膨脹率 ：無約束條件下，浸水后脹變形與原尺寸 之比 軸向自由膨脹 （ %） H——試件高度 徑向自由膨脹 （ %） D——直徑 HHV H /??DDV D /??返回 （三）巖石的膨脹性 評(píng)價(jià)膨脹性巖體工程的穩(wěn)定。 第三章 巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 1. 定義：所謂波，就是某種擾動(dòng)或某種運(yùn)動(dòng)參數(shù)或狀態(tài)參數(shù)（例如應(yīng)力、變形、震動(dòng)、溫度、電磁場強(qiáng)度等）的 變化在介質(zhì)中的傳播。應(yīng)力波就是應(yīng)力在固體介質(zhì)中的傳播。 2. 分類： (4類） ? 彈性波 : 在應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系服從虎克定律的介質(zhì)中傳播的波。 第一節(jié) 巖石的波動(dòng)特性 一、固體中應(yīng)力波的種類 ? 粘彈性波 在非線性彈性體中傳播的波，這種波，除彈性變形產(chǎn)生的彈性應(yīng)力外，還產(chǎn)生又摩擦應(yīng)力或粘滯應(yīng)力。 ? 塑性波 應(yīng)力超過彈性極限的波。 ? 沖擊波 如果固體介質(zhì)的變形性質(zhì)能使大擾動(dòng)的傳播速度遠(yuǎn)比小擾動(dòng)的傳播速度大，在介質(zhì)中就會(huì)形成波頭陡峭的、以超聲波傳播的沖擊波。 巖石在受到擾動(dòng)時(shí)在巖體中主要傳播的是彈性波，塑性波和沖擊波只有在振源才可 以看到。 ? ? （ 1）體波 ：由巖體內(nèi)部傳播的波 (2類） ? （ a） 縱波（又稱：初至波、Primary波） ? 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向和傳播方向一致的波 ? 它產(chǎn)生壓縮或拉伸變形。 ? （ b） 橫波（又稱次到波、 Second波 ) ? 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和傳播方向垂直的波 ? 產(chǎn)生剪切變形。 ? （ 2）面波： 僅在巖石表面?zhèn)鞑ァ? ? 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡為一橢圓，其長軸垂直 ? 于表面，這樣的面波又稱為瑞利波。 ? 面波速度小于體波，但傳播距離大。 ? 按波面形狀，應(yīng)力波又區(qū)分為平面波、球面波和和柱面波。 ? 波面上介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)具有相同的速度、加速度、位移、應(yīng)力和變形。 ? 最前方的波面稱為 波前 、波頭和波陣面。 二、彈性波在固體中的傳播 拉梅運(yùn)動(dòng)方程 (不計(jì)體力 ) ?????????????????????????????????222222222)()()(tuwGzGtuvGyGtuuGxGddd?????????由上方程導(dǎo)出縱波在各向同性巖體中的傳播速度 ： 橫波在各向同性巖體中的傳播速度： 將 ， 代入 上兩式，得： 21)( ?ds GV ?21)2( ?? dp GVC ???)21)(1( ddddE??????? ddEG??? 121])21)(1()1([ddddpEV????????21])1([ddsEV?? ??若已知 ，側(cè)可根據(jù)上兩式推出求動(dòng)彈性模量 和動(dòng)泊松比 ，即： sp VV ,?dE d?)/()2(21)/()43(222222222spspdspspsdVVVVVVVVVE????????注 ： 若 分辨不清，則可用 （一般可用 靜泊松比代替）求 ，則 ? 若 ＝ ， ＝ ? 經(jīng)過各方面試驗(yàn)驗(yàn)證， 一般在 ～ 之間。 sV ?? ,pVdE2