巖體力學(xué)

前言

　　《巖體力學(xué)》作為地質(zhì)工程及土木工程（巖土、地下建筑）專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，同時(shí)也是環(huán)境工程、水利水電工程等應(yīng)用地質(zhì)學(xué)專(zhuān)業(yè)的重要必修課。本教材按50學(xué)時(shí)授課內(nèi)容編寫(xiě)，全書(shū)分10章。主要介紹巖塊、結(jié)構(gòu)面與巖體的基本地質(zhì)特征及物理、力學(xué)性質(zhì)和巖體天然應(yīng)力等基本理論及其在地下工程、邊坡工程及地基工程中的應(yīng)用?！　≈袊?guó)地質(zhì)大學(xué)的巖體力學(xué)課程最早開(kāi)設(shè)于20世紀(jì)60年代末，是我國(guó)最早開(kāi)設(shè)該課程的高等院校。經(jīng)過(guò)幾代人的共同努力，我校巖體力學(xué)學(xué)科體系從無(wú)到有，不斷發(fā)展、完善，探索出了一套適合地礦專(zhuān)業(yè)的本科生所需知識(shí)結(jié)構(gòu)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在全國(guó)同行業(yè)中一直占有重要地位。本教材是作者在30多年教學(xué)、科研積累的基礎(chǔ)上，總結(jié)自己多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)編寫(xiě)而成的，集中體現(xiàn)了我校巖體力學(xué)教學(xué)小組的集體智慧?！　檫m應(yīng)本科生的知識(shí)結(jié)構(gòu)及專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，本教材編寫(xiě)遵循以下原則：①巖體作為力學(xué)介質(zhì)或材料研究時(shí)，與其他力學(xué)介質(zhì)的根本區(qū)別在于，巖體是一種多裂隙、非均質(zhì)、各向異性、非連續(xù)的三相介質(zhì)，并賦存于一定的地質(zhì)環(huán)境（天然應(yīng)力、地溫及地下水等）中，因而，可將巖體視為巖塊和結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)組成的地質(zhì)體，因此，在本課程教學(xué)中，應(yīng)力圖使學(xué)生建立巖體的基本概念，并貫徹始終；②注重培養(yǎng)學(xué)生分析思維和解決巖體力學(xué)問(wèn)題的能力，即按體現(xiàn)工程地質(zhì)模型—物理、力學(xué)模型—計(jì)算模型—巖體力學(xué)問(wèn)題求解和評(píng)價(jià)的基本思路組織教材內(nèi)容；③跟蹤巖體力學(xué)新動(dòng)向，適當(dāng)介紹巖體力學(xué)的最新研究成果，幫助學(xué)生了解本學(xué)科的發(fā)展前沿；④結(jié)合國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)組織教材內(nèi)容，同時(shí)努力結(jié)合工程實(shí)踐，編入適量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)用方法；⑤本課程以課堂講授為主，輔以實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)等教學(xué)環(huán)節(jié)，因此，本課程還安排5～6次實(shí)驗(yàn)及3～4次課外習(xí)題，編有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，與之相配套，在各章節(jié)后還附有習(xí)題和思考題，供學(xué)生復(fù)習(xí)使用。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生全面掌握巖塊、結(jié)構(gòu)面、巖體等基本概念，性質(zhì)指標(biāo)及其測(cè)試方法，掌握工程巖體重分布應(yīng)力特征、計(jì)算方法及工程巖體穩(wěn)定性分析方法，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題的能力，初步具備解決巖體力學(xué)實(shí)際問(wèn)題的能力，為今后從事生產(chǎn)實(shí)際工作和科學(xué)研究打好基礎(chǔ)。

內(nèi)容概要

本書(shū)主要介紹了巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征、巖塊的物理力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)面變形與強(qiáng)度性質(zhì)、巖體力學(xué)性質(zhì)、巖體工程分類(lèi)、巖體天然應(yīng)力、巖體本構(gòu)關(guān)系與強(qiáng)度理論、邊坡巖體穩(wěn)定性分析、地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析、地基巖體穩(wěn)定性分析等內(nèi)容。 通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以全面掌握巖塊、結(jié)構(gòu)面、巖體等基本概念、性質(zhì)指標(biāo)及其測(cè)試方法，掌握工程巖體重分布應(yīng)力特征、計(jì)算方法及工程巖體穩(wěn)定性分析方法，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，初步具備解決巖體力學(xué)實(shí)際問(wèn)題的能力。    本書(shū)可作為地質(zhì)工程及土木工程、環(huán)境工程、水利水電工程等專(zhuān)業(yè)的本科教材，也可供地質(zhì)、道路橋梁、隧道、礦山、水利水電等領(lǐng)域的技術(shù)人員參考。

作者簡(jiǎn)介

　　唐輝明，男，1986年1月加入中國(guó)共產(chǎn)黨，教授、博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）副校長(zhǎng)。

書(shū)籍目錄

緒論   0.1 巖體力學(xué)與工程實(shí)踐   0.2 巖體力學(xué)的研究?jī)?nèi)容和研究方法   0.3 巖體力學(xué)發(fā)展的概況與動(dòng)態(tài)   0.4 本書(shū)的主要內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法   思考題與習(xí)題 第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征   1.1 概述   1.2 巖塊及其特征   1.3 結(jié)構(gòu)面特征   1.4 巖體結(jié)構(gòu)特征及結(jié)構(gòu)控制論   1.5 結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)分析   1.6 結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬   思考題與習(xí)題 第2章 巖塊的物理力學(xué)性質(zhì)   2.1 概述   2.2 巖石的物理性質(zhì)   2.3 巖石的水理性質(zhì)   2.4 巖石的熱學(xué)性質(zhì)  2.5 巖塊的變形性質(zhì)   2.6 巖塊的強(qiáng)度性質(zhì)  思考題與習(xí)題 第3章 結(jié)構(gòu)面的變形與強(qiáng)度性質(zhì)   3.1 概述   3.2 結(jié)構(gòu)面的變形性質(zhì)   3.3 結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度性質(zhì)   思考題與習(xí)題 第4章 巖體力學(xué)性質(zhì)   4.1 概述   4.2 巖體的變形性質(zhì)   4.3 巖體的強(qiáng)度性質(zhì)   4.4 巖體的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)   4.5 巖體的水力學(xué)性質(zhì)   思考題與習(xí)題 第5章 工程巖體分類(lèi)   5.1 概述   5.2 工程巖體分類(lèi)   5.3 我國(guó)的工程巖體分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)   5.4 工程巖體分類(lèi)的具體應(yīng)用   思考題與習(xí)題 第6章 巖體天然應(yīng)力   6.1 概述   6.2 巖體中天然應(yīng)力的分布規(guī)律   6.3 巖體天然應(yīng)力測(cè)量   6.4 巖體中天然應(yīng)力的估算   6.5 巖體天然應(yīng)力場(chǎng)的回歸分析   6.6 高地應(yīng)力的若干特征   思考題與習(xí)題 第7章 巖體本構(gòu)關(guān)系與強(qiáng)度理論   7.1 概述   7.2 巖石的本構(gòu)關(guān)系   7.3 巖石強(qiáng)度理論   7.4 巖體變形及本構(gòu)關(guān)系   7.5 巖體破壞機(jī)制及破壞判據(jù)  思考題與習(xí)題 第8章 邊坡巖體穩(wěn)定性分析   8.1 概述   8.2 邊坡巖體中的應(yīng)力分布特征   8.3 邊坡巖體的變形與破壞   8.4 邊坡巖體穩(wěn)定性分析的步驟    8.5 邊坡巖體穩(wěn)定性計(jì)算   8.6 邊坡巖體滑動(dòng)速度計(jì)算及涌浪估計(jì)   思考題與習(xí)題 第9章 地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析   9.1 概述   9.2 圍巖重分布應(yīng)力計(jì)算   9.3 圍巖的變形與破壞   9.4 圍巖壓力計(jì)算   9.5 圍巖抗力與極限承載力   思考題與習(xí)題 第10章 地基巖體穩(wěn)定性分析   10.1 概述   10.2 地基巖體中的應(yīng)力分布特征   10.3 地基巖體的承載力   10.4 壩基巖體抗滑穩(wěn)定性分析   10.5 壩肩巖體抗滑穩(wěn)定性分析   思考題與習(xí)題 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章 巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征　　1.1 概述　　巖體（rockmass）是指在地質(zhì)歷史過(guò)程中形成的，由巖塊和結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)組成的，具有一定的結(jié)構(gòu)并賦存于一定的天然應(yīng)力狀態(tài)和地下水等地質(zhì)環(huán)境中的地質(zhì)體，是巖體力學(xué)研究的對(duì)象。巖體由結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)及其所圍限的巖石塊體所組成，其物理力學(xué)性質(zhì)和力學(xué)屬性在很大程度上受形成和改造巖體的各種地質(zhì)作用過(guò)程所控制，往往表現(xiàn)出非均勻、非連續(xù)、各向異性和多相性的特征，尤其是與人類(lèi)工程活動(dòng)密切相關(guān)的地殼表層巖體更是如此，因此，在巖體力學(xué)研究中，應(yīng)將巖體地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征的研究置于相當(dāng)重要的地位。　　巖塊和巖體均為巖石物質(zhì)或巖石材料。傳統(tǒng)的工程地質(zhì)方法往往是按巖石成因，取小塊試件在室內(nèi)進(jìn)行礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及物理力學(xué)性質(zhì)的測(cè)定，以評(píng)價(jià)其對(duì)工程建筑的適宜性。大量的工程實(shí)踐表明，用巖塊性質(zhì)來(lái)代表原位工程巖體的性質(zhì)是不合適的。因此，自20世紀(jì)60年代起，國(guó)內(nèi)外工程地質(zhì)和巖體力學(xué)工作者都注意到巖體與巖塊在性質(zhì)上有本質(zhì)的區(qū)別，其根本原因之一是巖體中存在各種各樣的結(jié)構(gòu)面及不同于自重應(yīng)力的天然應(yīng)力場(chǎng)和地下水。因而，從巖體力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)提出了巖塊、結(jié)構(gòu)面和巖體等基本概念。本章將重點(diǎn)討論巖塊、結(jié)構(gòu)面和巖體的地質(zhì)特征以及巖體結(jié)構(gòu)及其對(duì)巖體力學(xué)性質(zhì)與工程巖體穩(wěn)定性的控制作用等問(wèn)題?！　?.2 巖塊及其特征　　1.2.1 巖塊的物質(zhì)組成　　巖塊（rock或rock block）是指不含顯著結(jié)構(gòu)面的巖石塊體，是構(gòu)成巖體的最小巖石單元體。這一定義里的顯著一詞是個(gè)比較模糊的說(shuō)法，一般來(lái)說(shuō)，能明顯地將巖石切割開(kāi)來(lái)的分界面叫顯著結(jié)構(gòu)面，而包含在巖石塊體內(nèi)結(jié)合比較牢固的面如微層面、微裂隙等都屬于不顯著的結(jié)構(gòu)面或微結(jié)構(gòu)面。在國(guó)內(nèi)外，有些學(xué)者把巖塊稱(chēng)為結(jié)構(gòu)體（structural element）、巖石材料（rock material）或完整巖石（intact rock）等?！　r石是由具有一定結(jié)構(gòu)構(gòu)造的礦物（含結(jié)晶和非結(jié)晶的）集合體組成的。因此，新鮮巖塊的力學(xué)性質(zhì)主要取決于組成巖塊的礦物成分及其相對(duì)含量。一般來(lái)說(shuō)。含硬度大的粒柱狀礦物（如石英、長(zhǎng)石、角閃石、輝石等）愈多時(shí)，巖塊強(qiáng)度愈高；含硬度小的片狀礦物（如云母、綠泥石、蒙脫石和高嶺石等）愈多時(shí)，則巖塊強(qiáng)度愈低。但應(yīng)當(dāng)注意，礦物的力學(xué)性質(zhì)并不等同于由該種礦物所組成的巖石的力學(xué)性質(zhì)，即使是由單一礦物組成的巖石，也是如此?！　?/pre>








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