高等岩石力学读书报告

第一篇：高等岩石力学读书报告

高等岩石力学 读书报告

学院：国土资源工程学院 专业：地质工程 姓名：曾敏

学号：

2006201071 高等岩石力学读书报告

岩石力学是研究岩石在外界因素(如荷载、水流、温度变化等)作用下的应力、应变、破坏、稳定性及加固的学科。又称岩体力学，它是力学的一个分支。研究的目的在于解决水利、土木工程等建设中的岩石工程问题。它是近代发展起来的一门新兴学科，是一门应用性的基础学科。对于岩石力学的定义有很多种说法，这里推荐一种较广义、较严格的定义：“岩石力学是研究岩石的力学性状的一门理论科学，同时也是应用科学；它是力学的一个分支，研究岩石对于各种物理环境的力场所产生的效应。”这个定义既概括了岩石力学所研究的破碎与稳定两个主要方面的内容，也概括了岩石受到一切力场作用所引起的各种力学效应。岩石力学的理论基础相当广泛，涉及固体力学、流体力学、计算数学、弹塑性理论、工程地质和地球物理学等学科，并与这些学科相互渗透。岩石力学主要理论基础及与其他学科的结合

岩石力学是一门应用性的基础学科。它的理论基础相当广泛，涉及到很多基础及应用学科。岩石力学的力学分支基础

1、固体力学

固体力学是力学中形成较早、理论性较强、应用较广的一个分支，它主要研究可变形固体在外界因素(如载荷、温度、湿度等)作用下，其内部各个质点所产生的位移、运动、应力、应变以及破坏等的规律。在采矿工程中用到的固体力学主要有：材料力学，结构力学，弹、塑性力学，复合材料力学，断裂力学和损伤力学。如把采场上覆岩层看作是梁或板结构用的就是结构力学理论；采用弹性力学研究巷道周围的应力分布。

2、流体力学

流体力学主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律。流体力学中研究得最多的流体是水和空气。对于地下采矿工程来说，其研究对象就是地下水与瓦斯等矿井气体。

3、爆炸力学

爆炸力学主要研究爆炸的发生和发展规律，以及爆炸的力学效应的利用和防护。它从力学角度研究爆炸能量突然释放或急剧转化的过程，以及由此产生的强冲击波(又称激波)、高速流动、大变形和破坏、抛掷等效应。同时爆炸力学是流体力学、固体力学和物理学、化学之间的一门交叉学科。地下开采中的巷道掘进，露天开采中的采剥都要进行爆破。

4、计算力学

计算力学是综合力学、计算数学和计算机科学的知识，以计算机为工具研究解决力学问题的理论、方法，以及编制软件的学科。从20世纪50年代以来，它在力学的各分支学科和边缘学科中得到了很大的发展，无论是在科学研究还是工程技术中均得到了广泛应用，现在它已成为力学除理论研究和实验研究之外的第3种手段。常见的计算力学方法并已广泛用到数值模拟计算中的有：材料非线性有限元法、几何非线性有限元法、热传导和热应力有限元法、弹性动力学有限元法、边界元法、离散元法、无网格法、有限差分法、非连续变形分析等。以计算力学为基础的数值模拟方法在采矿工程中的研究应用也正广泛地开展起来。岩石力学与其他学科的结合

上述力学分支构成了岩石力学的基础，同时，岩石力学的发展也离不开其他学科的支持。在岩石力学的发展过程中，岩石力学十分关注其他学科的最新进展，并不断地吸收、借鉴它们的方法和手段，极大地丰富了岩石力学自身的研究应用手段。

岩石工程中所研究的岩块和岩体，作为一种地质体，其形成受地质作用支配，地质系统与工程岩体之间具有相互依存和相互作用关系。因此，对岩石的成岩和蜕变过程，构造应力和构造变形，岩石所赋存的构造部位及地质环境等因素的研究构成了岩石力学与工程学科的重要基础。

岩石工程的状态参数大多是随机变量，甚至可能是时间或空间的随机过程。由于这种状态参数的随机分布特性，其破坏模式及破坏过程也具有随机性。因此，对岩石工程进行参数的概率统计、破坏的随机过程分析和系统的可靠度分析就显得尤为重要了。统计学研究从观测数据(样本)出发寻找规律，利用这些规律对未来数据或无法观测的数据进行预测。现有机器学习方法共同的重要理论基础是统计学，传统统计学研究的是样本数目趋于无穷大时的渐进理论，现有学习方法也多是基于此假设。与传统统计学相比，统计学习理论(StatisticalLearning Theory或SLM)是一种专门研究小样本情况下机器学习规律的理论。V．Vapnik等人从上世纪六七十年代开始致力于此方面研究。目前该理论又成为研究热点，我国冯夏庭、赵洪波等人已将其应用到了岩石工程中。

近年来，随着现代数学和计算机技术的发展，人工智能、遗传进化算法、数据挖掘、灰色理论、非线性力学以及系统科学等新兴学科的兴起，为人们提供了全新的思维方式，这些都为突破岩石力学的确定性研究方法提供了强有力的理论基础。

虚拟现实(Virtual Reality)是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、并行实时计算技术、人工智能、仿真技术等多种学科而发展起来的计算机领域的最新技术。它运用计算机表达现实世界的各种过程，通过它可以运用数学力学方法如数值模拟呈现开挖过程，在施工过程中描述尚未进行的工程，结合工程实践预测岩体变形及稳定。岩石力学的分支

岩石力学以上述这些力学分支为基础并跟其他学科融合，逐步发展出以下分支：岩石工程地质力学；岩体结构力学；统计岩体力学；岩石流变力学；分形岩石力学；岩石水力学；强动载作用下的岩石动力学；非线性岩石力学；卸荷岩石力学；软岩工程力学；岩石力学智能分析方法。这些分支目前在采矿工程各个领域中都有具体应用。岩石力学的研究内容

岩石力学的研究内容分为基础理论和工程应用两个方面。但是这些方面只是主要方面，随着建设的发展，还会有新的问题不断的提出。2.1

基础理论

1、岩石应力，包括岩体内应力的来源、初始应力(构造应力、自重应力等)、二次应力、附加应力等。初始应力由现场量测决定，常用钻孔应力解除法和水压致裂法，有时也用应力恢复法。二次应力和附加应力的计算常用固体力学经典公式，复杂情况下采用数值方法。

2、岩石强度，包括抗压、抗拉、抗剪（断）强度及岩石破坏、断裂的机理和强度准则。室内用压力机、直剪仪、扭转仪及三轴仪，现场做直剪试验和三轴试验，以确定强度参数（凝聚力和内摩擦角）。强度准则大多采用库伦－纳维准则。这个准则假定对破坏面起作用的正应力会增加岩石的抗剪强度，其增加量与正（压）应力的大小成正比。其次采用莫尔准则，也可采用格里菲思准则和修正的格里菲思准则。

3、岩石变形，包括单向和三向条件下的变形曲线特性、弹性和塑性变形、流变（应力-应变-时间关系）和扩容。岩石流变主要包括蠕变和松弛。在应力不等时岩石的变形随时间不断增长的现象称为蠕变。在应变不变时岩石中的应力随时间减少的现象称为松弛。岩石扩容是指在偏应力作用下，当应力达到某一定值时岩石的体积随偏应力的增大而增大的现象。研究岩石变形在室内常用单轴或三轴压缩方法、流变试验和动力试验等，多数试验往往结合强度研究进行。为了测定岩石应力达到峰值后的应力与应变关系，必须应用伺服控制刚性压力机。野外试验有承压板法、水压法、钻孔膨胀计法和动力法等。根据室内外试验可获得应力与应变关系和应力-应变-时间关系以及相应的变形参数，如弹性模量、变形模量、泊松比、弹性抗力系数、流变常数等。

4、岩石渗流，包括渗透性、渗流理论、渗流应力状态和渗流控制等。对大多数岩石假定岩石中的水流为层流，流速与水力梯度呈线性关系,遵循达西定律。岩石渗透性用渗透系数表示,该系数在室内用渗透仪测定，在野外用压水和抽水试验测定。渗流理论借流体力学原理进行研究。稳定渗流满足拉普拉斯方程。多数岩石内的孔隙（裂隙）水压力可用K.泰尔扎吉有效应力定律计算。为了减小大坝底面渗透压力、提高大坝的稳定性，应当采取渗流控制措施，如抽水、排水、设置灌浆帷幕以延长渗流途径等。

5、岩石动力性状，研究爆炸、爆破、地震、冲击等动力作用下岩石的力学特性、应力波在岩石内的传播规律、地面振动与损害等。动力特性在室内用动三轴试验研究，野外用地球物理性、爆炸冲击波试验等技术进行研究，波的传播规律借固体力学的理论进行研究。2.2

工程应用方面主要研究五个方面

1、地上工程建筑物的岩石地基，例如研究高坝、高层建筑、核电站以及输电线路塔等地基的稳定、变形及处理的问题；

2、地表挖掘的岩石工程问题，如水库边坡、高坝岸坡、渠道、运河、路堑、露天开采坑等天然和人工边坡的稳定、变形及加固问题；

3、地下洞室，如研究地下电站、水工隧洞、交通隧道、采矿巷道、战备地道、石油产品库等的围岩的稳定和变形问题，地下开挖施工以及围岩的加固（如固结灌浆、锚喷、预应力锚固等）问题;

4、岩石破碎，如将岩石破碎成各种所要求的规格，以作为有关建筑材料（建筑物面石、土坝护石、堆石坝和防波堤石料、混凝土骨料等）；

5、岩石爆破，如用定向爆破筑坝，巷道掘进和采矿等。此外，岩石力学还应用于某些地质问题的研究，如分析因开采地下矿体和液体而地表下陷、解释地球构造理论、预估地震和控制地震等。岩石力学的研究方法

岩石力学是一门边缘学科，为了能用力学观点对自然存在的岩体进行性质测定和理论计算，为工程建设服务，岩石力学的研究方法包括科学实验、理论分析及工程验证等几个环节，三者是紧密结合并且相互促进的。

岩石力学是一门应用性很强的工程学科，因此在应用岩石力学知识解决具体工程问题的时候，必须与工程设计与施工保持密切联系、相互配合。

按学科的领域区分岩石力学的研究方法可以有以下四个方面： 地质研究方法

着重于研究与岩石的力学性质和力学行为有关的岩体。如：

岩层特征的研究。如软弱成份、可溶盐类、含水蚀变矿物、不抗风化以及原生结构。岩体结构研究。软弱结构面、软弱面的起伏度结构面的充填物等。环境因素研究。如地应力成因和展布地下水性态，水平地质条件等。物理测试方法

结构探测。采用地球物理方法和技术来探查各种结构面的力学行为。环境物理量测。如地应力机制，渗透水系量测等。

岩石物理、力学性质测试。如室内岩块的物理性质、力学性质，原位岩体的力学性质，钻孔测试，变形监测以及位移反分析确定岩体和岩性参数等。力学分析方法

力学模型研究。包括弹塑性模型、流变模型、断裂模型、损伤力学模型、渗透网络模型、拓扑模型等。

数值分析方法。如有限元法、边界元法、离散元法、系统分析法和设计施工风险决策的人工智能专家系统等。

模糊聚类和概率分析。如随机分析、灵敏度分析、趁势分析、时间序列分析和灰箱问题等。模抑分析。如光弹应力分析，相似材料模型实验、离心模型实验等。整体综合分析方法

就整个工程进行多种方法并以系统工程为基线的综合分析。

岩石力学在采矿工程中的发展趋势

岩石力学的发生与发展与其它学科一样，是与人类的生产活动紧密相关的。岩石力学已经广泛应用到了采矿工程中的各个领域，而且其研究理论正不断创新，研究手段也日新月异。随着我国矿产资源的持续开发，在采矿工程中将会遇到条件更复杂、难度更大的岩石力学问题，因此，岩石力学与工程学科的理论水平和工程能力都有待进一步提高。

地下开采现代技术理论与矿山岩石力学和其他学科相互交叉及渗透是这一学科领域带全局性的发展趋势之一。岩石力学由研究单一的固体不连续材料向多场耦合和多相运动研究发展。灾害与公共安全的力学问题是目前需要特别给予考虑资助的重大科学问题。由此，岩石力学在采矿工程中应用的发展趋势可以归纳如下：

1、多学科相互交叉和多种手段的综合集成

岩体工程的不确定性导致来自任何一种来源的知识都难以支持可靠的决策。因此，综合地质、物探、测量、力学试验、数学、物理和化学分析等学科知识和手段是目前解决该问题的最好途径。

2、多场耦合、多相运动和多尺度的综合集成随着矿井开采深度的日益加大，采矿工程中的岩石力学问题出现了热、流、固、化多场并存以及固、气、水、微粒多相复合运动的状况。因此，对多场耦合以及多相运动的研究还有待深入，同时，随着采矿工程规模的日益扩大，力学上均一体的尺寸效应进化为大尺度和多尺度问题，因此不可避免地面临多尺度模型及其耦合，即：宏观一细观一微观的研究及其相互耦合。

3、灾害的非线性动力过程的预测和防治研究目前采矿工程中还有如下主要灾害急需深入、系统地研究：冲击矿压；煤与瓦斯突出；煤层顶、底板水防治；大型矿山的坍塌；采动引起的巨型坡体失稳和山体滑坡。

过去，工程中遇到的岩石工程问题，多凭经验解决，但工程实践证明：单凭经验越来越难以适应日益发展的工程规模及工程的复杂性。如采深近400m的大型露天矿边坡角增减1°将影响投资变化可达数千万乃至亿万元，而且一旦边坡出现失稳将造成难以估计的经济和资源损失。这些都对岩石力学提出了许多新的课题。此外，各类地下工程的设计和施工中，要求对群硐围岩稳定深入分析研究；在能源建设中如天然气和石油的开发，核电站和核工业建设中的核废料处理等等，也都是难度极大的科研问题。对这些工程的设计和施工都要求系统地的对岩石的变形性状、破坏机制以及力学模型，从而在工程设计中预测岩石工程的可靠性和稳定性，并使工程具有尽可能的经济性。这些巨大的工程建设问题，为岩石力学提出了日益繁重复杂的任务，将大大的促进岩石力学的发展。参考文献

[1] 高等岩石力学，周维垣，水利电力出版社 [2] 岩石力学简明教程，李世平，吴振业等，煤炭工业出版社

[3] 岩石力学采矿工程中的研究现状和趋势，蓝航，煤矿开采，2006（5）[4] 岩石力学在金属矿山采矿工程中的应用，蔡美峰，金属矿山，2006（1）[5] 智能岩石力学的发展，冯夏庭，中国科学院院刊，2002（4）

第二篇：岩石力学-实验报告

岩石力学与工程

实验报告

一、实验目的

1、熟悉运用岩石力学的phase软件；

2、运用岩石力学的基本理论，来计算某地的地应力值。

二、实验软件

1、岩石力学phase软件；

2、auto CAD 2006;

3、matlab 6.5软件；

4、microsoft office 2003软件。

三、实验方法与步骤

1、选取九龙河溪古水电站地质构造带作为实验基础，并用运用auto CAD软件绘制将该地区的断层、节理等地质构造单元；

2、在phase软件中导入已绘制各种边界（断裂边界、材料边界、boundry）；

3、进行网格划分；

4、定义材料，并将所计算的模型设置正确的材料颜色；

5、运用matlab软件进行数据处理和计算；

5.1、已知理塘、雅江、呷巴、长河坝、乾宁的最大主应力及最小主应力，利用工程力学的力学计算方法，将已知应力点的σ

1、σ

3、最大主应力方向转换成σx、σy、τxy、τyx.可得出如表1所示的的实验数据：

地名 理塘 雅江 呷巴 长河坝 乾宁 σx 7.402573 5.352823 4.553373 3.119851 2.883026

σy 5.89742731 5.967177408 5.146626914 6.09014932 3.22697392

τxy 1.96052 0.76029 0.04486 0.42586 0.56961

x坐标-16.2352-8.7352 1.7393 7.3222-0.3815

y坐标 14.604 14.604 14.0014 13.0728 20.9622

表格1：将σ

1、σ3 转化为σ

x、σy的数据表

5.2、运用matlab软件编程，求出各个地区的ν、λ、α值 令E=E;v=ν；l=λ；a=α； Yanshi1的源程序：

E=input('请输入E的值:');v=input('请输入v的值:');G=E/[2*(1+v)] l=E*v/[(1+v)*(1-2*v)] a=l+2*G 对于⑤古生代到三叠纪的变质分布 有：E=12500MPa，0.22 运行matlab程序：yanshi1 请输入E的值:12500 请输入v的值:0.22 G =5.1230e+003 l =4.0252e+003 a =1.4271e+004 即求得理塘G =370.3704；l =864.1975；a =1.6049e+003

5.3、在利用auto CAD 的测量距离方法，得出理塘、雅江、呷巴、长河坝、乾宁的坐标，求得的数据如表2：

地名 E(MPa)μ λ G α x坐标 理塘 12500 0.22 4025.1756 5122.95082 14271.08-121764 雅江 12500 0.22 4025.1756 5122.95082 14271.08-65514 呷巴 12500 0.22 4025.1756 5122.95082 14271.08 13044.75 长河坝 12500 0.22 4025.1756 5122.95082 14271.08 54916.5 乾宁 12500 0.22 4025.1756 5122.95082 14271.08-2861.25

表格2：各个地区的x,y坐标

5.4、建立matlab的矩阵模型，求出系数A1,A2,A3,A4,A5,B1,B2,B3,B4,B5

Matlab的矩阵模型如下：

A=[ α 0 2*α*X 0 a*Y 0 λ 0 2*λ*Y λ*X λ 0 2*λ*X 0 λ*Y 0 α 0 2*α*Y α*X 0 1 0 2*Y X 1 0 2*X 0 Y ];b=[σx;σy;τxy/G];

y坐标 109530 109530 105011 98046 157217 A*x=b；

即可得如下的系数矩阵：

A=[14271, 0,-3475388088, 0, 1563111392, 0, 4025.2, 0, 881760312，-490124453

14271, 0,-1869900588, 0, 1563111392, 0, 4025.2, 0, 881760312，-263706953

14271, 0, 372324682 , 0, 1498604846, 0, 4025.2, 0, 845376529.2，52507929

14271, 0, 1567426743, 0, 1399214466, 0, 4025.2, 0, 789309518.4, 221049896

14271, 0,-81667225 , 0, 2243636672, 0, 4025.2, 0, 1265655712,-11517305

4025.2, 0,-980248906, 0, 440880156, 0, 14271, 0, 3126205260,-1737694044

4025.2, 0,-527413906, 0, 440880156, 0, 14271, 0, 3126205260,-934950294

4025.2, 0, 105015858，0, 422688265, 0, 14271, 0, 2997209691, 186162341

4025.2, 0, 442099792，0, 394654759, 0, 14271, 0, 2798625024, 783713372

4025.2, 0,-23034610，0, 632827856, 0, 14271, 0, 4487273343,-40833612

0，1，0, 219060,-121764, 1，0,-243528，0，109530

0，1，0, 219060,-65514，1，0,-131028，0，109530

0，1，0, 210021, 13044.8, 1，0, 26089.6，0，105010.5

0，1，0, 196092, 54916.5, 1，0, 109833，0，98046

0，1，0, 314433,-2861.3, 1，0,-5722.6，0，157216.5];

b=[-5.89743;-5.96718;-5.14663;-6.09015;-3.22697;-7.4026;-5.3528;-4.5534;-3.1199;

-2.883;0.000382689;0.000148407;0.000008756;0.000083127;0.000111185];5.5、利用以上模型来求解，从中任意选取10组可求A1,A2,A3,A4,A5和B1,B2,B3,B4,B5的值分别如下：

A1=-0.0007, A2=0, A3=-1E-10, A4=-1E-09, A5=3E-09, B1=0.00013, B2=-0.0003, B3=-2E-09, B4=6.5E-10, B5=1.7E-09 5.6、根据以上的系数A1,A2,A3,A4,A5,B1,B2,B3,B4,B5可将研究区域的不同坐标值找出，利用以下式子求出σx，σy，τxy值： α*A1+2αX*A3+αY*A5+λ*B2+2λY*B4+λX*B5=σx λ*A1+2λX*A3+λY*A5+α*B2+2αY*B4+αX*B5=σy B1+2X*B3+Y*B5+A2+2Y*A4+X*A5=τxy/G 求得的实验数据见表3：

X σy Y σx τxy-270030.1-300000 26.10190827 23.443972-3.3845051-248837-300000 26.01878553 22.919628-3.1933399-236123.4-300000 25.96892114 22.60508-3.0786621-196566.8-300000 25.81377387 21.6264-2.7218553-184185.2-300000 25.76521133 21.320064-2.6101715-153965.8-300000 25.64668607 20.572399-2.3375878-123746.4-300000 25.52816081 19.824733-2.0650041-93526.95-300000 25.40963555 19.077067-1.7924204-60145.15-300000 25.2787069 18.25116-1.4913115-26763.34-300000 25.14777826 17.425253-1.1902025 6618.4692-300000 25.01684961 16.599346-0.8890936 45416.512-300000 24.86467765 15.639435-0.5391294 73948.703-300000 24.75276995 14.933514-0.2817648 104011.98-300000 24.6348571 14.189711-0.0105895 134075.26-300000 24.51694425 13.445909 0.26058577 164138.53-300000 24.3990314 12.702106 0.53176105 175764.95-300000 24.35343079 12.414454 0.63663307 217176.63-300000 24.19100772 11.389878 1.01017268 258588.32-300000 24.02858465 10.365302 1.38371229-300000 267798.0381-0.913855697 6.8671631-3.0855215-300000 235596.0762 0.624976383 7.8493492-3.1178096-300000 203394.1143 2.163808463 8.8315352-3.1500977-300000 158059.4885 4.330209902 10.214278-3.1955536-300000 124366.9978 5.940269739 11.241926-3.2293362-300000 90674.50712 7.550329576 12.269575-3.2631188-300000 56982.01644 9.160389413 13.297223-3.2969014-300000 42538.32465 9.850608735 13.737767-3.3113838-300000 10072.42382 11.40205364 14.728004-3.3439365-300000-22393.477 12.95349854 15.71824-3.3764892-300000-49054.7592 14.22755869 16.531431-3.4032218-300000-75716.0413 *** 17.344622-3.4299544-300000-113096.701 17.28792486 18.484762-3.4674351-300000-150477.361 19.07423088 19.624903-3.5049157-300000-187858.021 20.8605369 20.765043-3.5423964-300000-225238.68 22.64684292 21.905184-3.579877-300000-262619.34 24.43314895 23.045324-3.6173577-300000-300000 26.21945497 24.185465-3.6548383

表格3：不同坐标的应力值 5.7、在Phase中设定边界应力值导入所求的模型，即可得到所需的实验模型。模型如图1所示：

图1：实验模型图

四、实验成果

由以上的模型，在phase软件中经过计算，可建立如下图所示的成果：

图2：maximum shear strain图

图3：strength factor 图

五、实验中遇到的问题及心得体会

本题是岩石力学的基本实验之一，旨在通过学习了一些岩石力学的基本知识，来实地计算某地的地应力。本题以九龙河溪古水电站地质构造为实验数据的基础，来对该地区的地应力值进行了定量的计算。实验的过程中，由于是第一次接触岩石力学phase软件，也遇到了一定的问题。具体来说可以概括如下：

1、工程力学基础知识学得不是特别的扎实，致使在已知了理塘、雅江、呷巴、长河坝、乾宁的最大主应力及最小主应力后，处理实验数据花了一定的时间，利用公式xy2(xy2)2x2花费了一定的时间，此题可用应力圆的方法来计算，使问题得到一定的简化。

2、由于知识的局限性，所学的matlab知识也不是特别的熟练。此题本来也可以excel来解决问题，求解线性方程组也有一定的方便，但关于这方面的知识自己学得不是特别的精通，致使用了matlab软件来解决。本题在一定的程度上也反映matlab的局限性，如在求解的过程中，可从中选取任意15个线性方程组中的10组数据来解决需要求的系数A1,A2,A3,A4,A5,B1,B2,B3,B4,B5。但matlab不能够显示数据过于小的数据，因此在运行的过程中，会遇到显示-Inf的情况，此方式就表示了在matlab的情况下，不能正常的显示数据。如果采用excel来解决问题，或许不会遇到这样类似的问题。

3、实验过程中，对计算模型的思路不清晰。致使在做题的过程中，在得出一些实验数据之后，不能进行下一步的正确操作。只有在等到老师讲解了一些相关的步骤之后，才会有一定的思路。同是，对模型也不是特别的清楚，由于phase软件全部是英文的命令，所以在操作的过程中，也有了一定的难度。在实验时，我不仅遇到了一些难题，而且还转了一定的圈子。比如在添加在Phase软件中设定边界应力值时，由于不知道实验的条件，所以给模型的四周都设定了边界的应力值，但之后在计算时，却出现了一定的问题。之后经过老师的讲解，才知道另外两边的值是不需要加的。这不仅给计算的过程带来了冗杂，而且也浪费了不少的时间。

通过本次实验，我也深刻的认识到了自己所学的知识的局限性。岩石力学phase软件，auto CAD 2006，matlab 6.5软件以及microsoft office 2003软件这些有用的学习软件，在以后学习的过程中我一定要抽空来熟练这些软件的。同时，我也深刻地认识到了计算机软件对工程类的巨大作用。通过对一些实验数据的收集，在软件中解决这些实际的问题，的确给我们的学习和工作带来了一定的方便。特别是对于这研究地质类的软件来说，我想如果可以的话，还可以考虑地震力的作用，来研究和预测地震，这些都是有极大地帮助。或者将所研究的模型来通过进一步的研究，并考虑其他的因素，来分析不同地质深度的地应力的变化情况，以对研究地质构造将有极大的帮助。

通过本次实验，我也只是分析和计算了岩石力学实验的一些初级东西。由于phase软件的强大性，我想通过一定的方式，还可以从模型中研究出一些新的东西，这对于学习本软件和岩石力学更深的知识，都是有极大的帮助的。当然，这些也只有通过以后进一步的学习了。

最后，感谢王老师给我们这样的一次实验机会，也感谢她在实验过程中给我的指导和帮助。

第三篇：岩石力学课程介绍

《岩石力学》课程介绍

该课程为学科基础课程，适应专业有土木工程专业、水利水电工程专业；课程性质为选修

课程主要学习岩体的基本物理力学性质及测定方法，工程岩体在外荷作用下内应力的变化和表现出的性质及应力状态、应变状态以及对工程的影响，并用以解决工程问题和对工程进行可靠性评价。

本课程研究内容：介绍基本原理和试验方法以及与工程建设密切相关的岩基、岩坡、地下洞室等问题，着重于基础知识。

学习该课程的目的：

掌握工程岩体在外荷载作用下的内应力的变化和表现出的各种性质以及应力状态、应变状态对工程的影响，掌握岩体的基本力学性质及其测定方法，并用以解决工程问题和对工程进行可靠性评价。

学习本课程后应具备的能力：

1、能够运用岩石的物理性质和岩体结构状态对岩石（体）分类，估算无支护条件下的洞壁最长稳定时间。

2、能够进行岩体力学性质的室内外实验和资料分析。

3、对岩体应力状态、变形状态和破坏条件进行全面分析和评价。

4、能够计算山岩压力，评价岩体稳定性，并进行喷锚支护设计。

5、掌握有压隧洞围岩和衬砌的应力计算和有压隧洞围岩最小覆盖层厚度计算。

6、初步掌握岩坡的加固方法。

学分与学时

学分为2分.学时为32学时。

建议先修课程

土力学与地基基础、工程地质和水文地质、材料力学、弹性力学。

推荐教材或参考书目

推荐教材：

（1）《岩石力学》（第三版）第11次印刷 徐志英主编.中国水利水电出版社.1993年

参考书目：

（2）《岩体力学》（第一版）第1次印刷.沈明荣、陈建峰主编.同济大学出版社.2006年。

（3）《岩体力学》（第一版）第1次印刷 罗固原等编.重庆大学出版社.2002年。

第四篇：岩石力学个人试题总结

一、单项选择题

1、绝大多数得岩浆岩是由下列组成（）A、结晶矿物B、非结晶矿物 C、母岩 D、岩石块体

2、下列说法正确的是（）A、等围三轴试验得实用性弱

B、地下工程是三围的，所以做三轴力学实验很重要 C、岩体强度不是岩体工程设计的重要参数 D、节理结构面不是影响岩体强度得重要因素

3、关于围岩得说法错误的是（）

A、围岩愈好洞室逾稳定

B、围岩压力大小与洞室跨度成反比

C、围岩逾差压力值相应就大

D、围岩压力大小与洞室跨度成正比

4、下面关于平面滑动得一般条件错误的是（）

A、滑动面的走向必须与坡面平行或接近平行

B、滑动面得倾角必须大于坡面倾角

C、滑动面的倾角必须大于该平面的摩擦角

D、岩体中必须存在对于滑动阻力很小的分离面

5、岩浆岩体产生的裂隙一般是张开的，从冷却表面向深处一般为数米到多少米？（）A、10-20m B、5-10m C、10-15m D、20-25m6、岩体力学性质的改变对边坡稳定性的影响错误的（）

A、坡体岩体风化越深，稳定坡脚越小

B、风化作用使坡体强度减小，坡体稳定性大大降低 C、坡体岩体风化越深，稳定坡脚越大 D、坡体岩体风化越深，斜坡稳定性越差

7、对片麻岩渗透系数与应力关系得试验表明当应力变化范围为5MPa时，岩体渗透系数相差---倍。（）

A、20B、70C、100D、508、世界上测定原岩应力最深测点已达（）

A、2000m B、3000mC、4000mD、5000m9、对于山岭地下工程，一般埋深超过多少米基本上都可以划分为深埋地下工程（）

A、10B、50C、30 D、4010、地下开挖体得变形和破坏，除于岩体内得初始应力状态和洞形有关外，主要取决。（）

A、围岩的岩性B、围岩的结构C、围岩的岩性及结构 D、围岩的大小

三、填空题（每空1分，共20分）

1.岩石按照成因分（）、（）、（）三种类型。2.地质构造有（）、（）、（）。3.土的三个实测指标是（）、（）及（）。

4.岩石的吸水性常用（）、（）与（）表示。

5.建筑物建造之前土中应力是（），建筑物建造之后由荷载产生的应力为（），两者之和是土中某一点的（）。

6.土的压缩指标有（）、（）和（）三种。

7.岩石（体）的力学性质包括的岩石（）、（）、变形性质及岩石的破坏准则。

四、判断题(对的在括号内打“+”，错的打“-”。10分)

1、岩石得抗冻系数是指岩样在+-25度的的温度区间内，反复降温、冻结、升温、融解，其抗压强度有所下降，岩样抗压强度得下降值与冻融前得抗压强度得比值。（）

2、边坡变形与破坏得首要原因，在于边坡中存在得各种形式得结构体。（）

3、在岩溶地基处理中，当洞穴较大且周围岩体质量较好时，通常可以采用增大基础底面积和增强基础强度等措施跨越洞穴。（）

4、当围岩内部的最大地应力与围岩强度得比值达到某一水平，才能称为高地应力或极高地应力。（）

5、在外载和环境得作用下，由于细观结构得缺陷引起得材料或结构得劣化工程，称为损伤。（）

五、名词解释(每小题3分，共15分)

1、孔隙比

2、切割度

3、工程岩体

4、结构面的张开度 5.蠕变

六、简答题(每小题5分，共25分)

1、简述岩石在反复加、卸载下的变形特征

2、简述岩石地基加固常用得方法有哪些？

3、地下工程围岩体破坏机理

4、简述岩体强度的确定方法主要哪些？

5.简述影响岩石风化的因素？

七、计算题(共10分)

.某原状土样，试验测得容重＝1.72g/cm3，比重G＝2.65，含水量＝13.1％。求：干容重，孔隙

比，饱和度。

参考答案

一、单项选择题

1、a2、B

3、B

4、B

5、A

6、C

7、C

8、D

9、B

10、C

二、多项选择题

1、ABCd

2、ABC

3、CD

4、AbCD

5、ACD

6、ABD

7、ABC

8、BCd

9、AC

10、BCD

三、判断题1 +2-3-4+5+

三、填空题

1.岩浆岩、沉积岩、变质岩。

2.水平构造和倾斜构造、褶皱构造、断裂构造。3.密度、比重、含水量。

4.吸水率、饱和吸水率、饱和系数。5.自重应力，附加应力、竖向总应力。6.压缩系数、压缩指数、压缩模量。7.破坏形式、强度、变形性质。

四、名词解释题

1、孔隙比 ：是指孔隙得体积与固体体积得比值公式为e=Vv/Va2、切割度 :假设有以平直得断面，它与考虑得结构面重叠而且完全地横贯所考虑得岩体，另面积为A，则结构面得面积a与它之间得比率，即为切割度。Xe=a/A3、工程岩体 指各类岩石工程周围得岩体，这些岩石工程包括地下工程、边坡工程及与岩石有关的地面工程，即为工程建筑物地基、围岩或材料岩体。

4、结构面的张开度是指结构面裂口开口处张开的程度。

5、蠕变是指在应力为恒定得情况下岩石变形随时间发展的现象。

六、简答题

1、简述岩石在反复加、卸载下的变形特征

对于弹塑性岩石，在反复多次加载与卸载循环时，所得的应力-应变曲线将具有以下特点：（1）卸载应力水平一定时，每次循环中的塑性应变增量逐渐减小，加、卸载循环次数足够

多后，塑性应变增量将趋于零。因此，可以认为所经历得加、卸载玄幻次数愈多，岩石则愈接近弹行变形。

（2）加卸载循环次数足够多时，卸载曲线与其后一次再加载曲线之间所形成得滞回环得面

积将愈变愈小，且愈靠拢而又愈趋于平行。

（3）如果多次反复加载、卸载循环，每次施加得最大荷载比前一次循环得最大荷载为大。

随着循环次数增加，塑性滞回环的面积也有所扩大，卸载曲线得斜率也逐次略有增加。这个现象称为强化。此外，每次卸载后再加载，在荷载超过的上一次循环的最大荷载以后，变形曲线仍沿着原来的单调加载曲线上升，好像不曾受到反复加卸荷载得影响似的，这就是所谓的岩石具有记忆效应。

2、简述岩石地基加固常用得方法有哪些？

（1）当岩基内有断层或软弱或局部破碎带时，则需要破碎或软弱部分，采用挖、掏、填得处理。

（2）改善岩基得强度和变形，进行固结灌浆以加强岩体得整体性，提高岩基得承载能力，达到防止或减少不均匀沉降得目的。固结灌浆是处理岩基表层裂隙得最好办法，它可以使基岩得整体弹性模量提高1-2倍，对加固岩基有显著的作用。

（3）增加基础开挖深度或采用锚杆与插筋等方法提高岩体的力学强度

（4）如为坝基，由于蓄水后会造成坝底扬压力和坝基渗漏，为此，需在坝基上游灌浆，做一道密实的防渗帷幕，并在帷幕上加设排水孔或排水廊道使坝基的渗漏量减少，扬压力降低，排除管涌等现象。帷幕灌浆一般用水泥浆或粘土浆灌注，有时也用沥青灌注。

（5）开挖和回填是处理岩基得最好办法，对断层破碎带、软弱夹层、带状风化等较为有效。3简述地工程围岩体破坏机理

地下开挖体的变形与破坏，除与岩体内得初始应力状态和洞形有关外，主要取决与围岩得岩性和结构。有拉伸机理破坏和剪切机理破坏

4、简述岩体强度得确定方法主要哪些？（1）试验确定法（2）经验估算法

5.答案：主要有气候、地形、地下水、岩石性质的影响、断层裂隙的影响。它们主要影响岩石的风化速度、深度、程度及分布规律。

七、计算题

G1

2.6510.131

1.72

干容重d＝

G1e

＝

2.6510.742

＝1.52g/cm

饱和度Sr＝

Ge

＝

2.650.131

0.742

＝46.8％

1答案：孔隙比e＝



－1＝1＝0.742

第五篇：弹性力学读书报告

一 弹性力学的作用

1.弹性力学与材料力学、结构力学的综合应用，推动了工程问题的解决。弹性力学又称为弹性理论，是指被研究的弹性体由于受外力作用或由于温度改变等原因而发生的应力、应变和位移。

弹性力学的任务与材料力学、结构力学的任务一样，是分析各种结构物或其构件在弹性阶段的应力和位移，校核它们是否具有所需的强度和刚度，并寻求或改进它们的计算方法。然而，这三门学科的研究对象上有所分工，研究方法也有所不同。

弹性力学具体的研究对象主要为梁、柱、坝体、无限弹性体等实体结构以及板、壳等受力体。在材料力学课程中，基本上只研究所谓杆状构件，也就是长度远大于高度和宽度的构件。这种构件在拉压、剪切、弯曲、扭转作用下的应力和位移，是材料力学的主要研究内容。在结构力学课程中，主要是在材料力学的基础上研究杆状构件所组成的结构，也就是所谓杆件系统，例如桁架、刚架等。至于非杆状的结构，例如板和壳以及挡土墙、堤坝、地基等实体结构，则在弹性力学课程中加以研究。如果要对于杆状构件进行深入的、较精确的分析，也必须用到弹性力学的知识。

虽然在材料力学和弹性力学课程中都研究杆状构件，然而研究的方法却不完全相同。在材料力学中研究杆状构件、除从静力学、几何学、物理学三方面进行分析以外，大都还要引用一些关于构件的形变状态或应力分布的假设，这就大大简化了数学推演，但是，得出的解答有时只是近似的。在弹性力学中研究杆状构件，一般都不必引用那些假定，因而得出的结果就比较精确，并且可以用来校核材料力学中得出的近似解答。

虽然，弹性力学中通常是不研究杆件系统的，然而近几十年来，不少人曾经致力于弹性力学和结构力学的综合应用，使得这两门学科越来越密切地结合。弹性力学吸收了结构力学中超静定结构分析方法后，大大扩展了它的应用范围，使得某些比较复杂的本来无法求解的问题，得到了解答。这些解答虽然在理论上具有一定的近似性，但应用在工程上，通常是足够精确的。在近二十几年间发展起来的有限元法，把连续弹性体划分成有限个有限大小的单元，然后，用结构力学中的位移法、力法或混合法求解，更加显示了弹性力学与结构力学综合应用的良好效果。

此外，对同一结构的各个构件，甚至对同一构件的不同部分，分别用弹性力学和结构力学或材料力学进行计算，常常可以节省很多的工作量，并且能得到令人满意的结果。

总之，材料力学、结构力学和弹性力学这三门学科之间的界限不是很明显，更不是一成不变的。我们不应当强调它们之间的区别，而应当更多地发挥它们综合应用的威力，才能使它们更好地为我国的社会主义建设事业服务。

2.弹性力学在工程上的应用越来越深入，越来越广泛。

在工程中出现的问题习惯上有如下的一些提法，如强度、刚度、稳定性、应力集中，波的传播、振动、响应、热应力等问题，这些都是弹性力学应用研究的对象。强度问题是研究受载荷物体中的应力分布和应力水平，研究在怎样的载荷下不发生永久变形。刚度问题是研究受载荷物体在怎样的载荷下应变或位移达到规定允许的限度。稳定性问题是研究弹性结构或结构元件在静力或动力平衡时发生不稳定情况的条件。应力集中问题是研究当物体中有孔口或缺口存在时，在其附近发生应力增高现象。弹性动力学有波的传播、振动和响应等问题，由于考察的物体大小、形状，边界条件及其固有性质不同，以及所考察问题的外载荷和时间段的不同，故有上述问题的提法和分类，但本质上都和波的传播有关。在近代航天、航空、航海、海洋、机械、土木、化工等工程领域中不断地提出上述各种问题需要解决，在设计时要求高度的准确性，这都离不开弹性力学的应用，也在促进弹性力学的发展。

3.弹性力学的基础知识是正确利用有限元的基础。

目前，有限单元法已经在航空、造船、机械、冶金、建筑等工程部门广泛应用，并取得显著效果，它是一种行之有效的偏微分方程数值解的计算方法。现在各行各业都已经拥有了一定数量的商业有限元程序。如何使这些程序为更多的人掌握和应用，极大限度地发挥和应用这些程序解决工程问题，是非常重要的。但是有限元商业程序不是一个“傻瓜”式的应用程序，它是基于一定的基础理论知识，如用有限元求解结构的应力、应变问题就是基于弹性力学的知识建立起来的，对弹性力学知识的掌握和理解程度直接关系到有限元程序应用的效果。

二．弹性力学在常用坐标系下的基本方程

归纳从静力平衡，变形几何，应力应变三个方面的条件求得的基本方程有：

2.1直角坐标系中的基本方程： 2.1.1平衡微分方程：

其中，作用于物体体积上的应力为： A={，，，}，作用于微元体上的体力三个分量为：。

本式表示了应力分量与体力分量之间的关系，称为平衡微分方程，又成纳维叶（Navier）方程。2.1.2几何方程： 其中，，，，为6个应变分量；

，为3个位移分量。

2.1.3物理方程：

，以上公式就是各向同性材料的广义Hooke定律，表示了线性弹性应力与应变间的关系。

为横向变形系数（泊松比），E为拉压弹性模量，为剪切弹性模量，且。

2.2极坐标系中的基本方程： 2.2.1平衡微分方程：

图中所示即为极坐标系下扇形微单元体PACB的应力及应变分析，得到以下的平衡微分方程：

2.2.2几何方程：

在极坐标系中，通过对物体内一点P的两个正交线元（PA=dr,PB=）的变形几何分析，得到相应的几何方程。用

和分别表示线元PA和PB的相对伸长，即正向和切向正应变，用表示该两个正交线元直角的变化，即剪应变。用，分别表示P点的径向和环向位移。它的平面问题几何方程如下：

2.2.3本构方程: 只需将直角坐标系下本构方程的x,y用r, 替换即可得到极坐标系的本构方程，如下：

2.2.4边界条件：

力的边界条件：这里的外法向方向余弦（l，m）是对局部标架定义的，沿着r和方向的给定面力分量。

位移边界条件：

表示。

三．弹性力学解题的主要方法

3.1位移解法

以位移作为基本未知量，将基本方程化为用位移表示的控制方程，边界条件也化为用位移表示；在给定的边界条件下求解控制方程，从而求得位移解，然后将位移代入几何方程求导得到应变，再将应变代入本构方程得到应力解。此法的关键在于导出位移表示的控制方程，其方程如下：

通常称为拉姆（Lame）方程,即位移法求解的控制方程。

位移边界条件：。

3.2应力解法

以应力为基本未知量，将基本方程化为用应力表示的控制方程，边界条件也用应力表示，在给定的边界条件下求解控制方程得到应力解，将应力解代入本构方程得到应变解，再运用几何方程积分可以求得位移解。应力法的控制方程如下：

（1）平衡方程

（2）相容方程

应力法的边界条件如下：

由上面的公式可以看出：如果问题是常体力，单连通，应力边值问题，由于在控制方程和边界条件中都不含材料常数，因此应力解与材料无关。

四．例题

4.1如图所示单位厚度平板，两端受均布压力P作用下，上，下边界刚性约束，不考虑摩擦，不计体力，用位移法求解板的应力和位移。

解：由对称性及上，下边界的刚性约束条件可设： u=u(x),v=0（a）

代入拉姆方程式，第2式称为恒等式，第1式成为

（b）

解之得: u=ax+b(c)位移边界条件：由对称性

已自动满足。

（d）

将（c）式代入（d）式得： b=0 从而有 u=ax(e)待定系数a可以由位移表示的应力边界条件确定，为此将(e)式代入边界条件式得： 右边界：

第二个方程式为恒等式。

左边界结果相同。上，下边界，(f)，代入(f)式的第1式得

(g)，第一个方程式为恒等式；因为y方向已提位移边界条件，故第二个方程不能作为边界条件引入。

将(g)式代回（e）式得位移

再将（h）式及v=0代入以下方程：

（h）

得到应力分量：4.2 用应力法求解例4.1给出问题的应力和位移。

解：根据边界上的受力情况，我们试取。

（a）

显然，对于解(a)式，（1）已满足左右两侧的边界条件及上，下两侧无摩擦的已知条件；（2）满足了平衡方程式和相容方程式。本体为混合边值问题，待定常数A只能由位移边界条件（b）式确定。

（b）为此，必须由解（a）式解出相应的应变和位移。

将（a）式代入本构方程式得：

利用几何方程式得第1,2式积分

代入几何方程的第3式，并注意到（c）式得第3式，得

所以，其解为 于是

c）

（d）

e）

f）

（（（利用对称性条件

和

可得

再利用边界条件（b）式可解得

从而有应力和位移解：

（g）

4.3写出图中所示悬臂梁上边界和右端面的边界条件。

解：上边界（负面）上面力应面力上的负值，故有

。负面上的应力等于对 右边界（正面）上作用有y方向面力合力P，x方向合力为零，面合力矩为M。按上述面力合力和合力矩正负号规定，力P沿y轴负方向，故面合力为负（=-P，=0）；面按图示坐标系，正的力偶矩方向为逆时针方向，故题给力偶矩为负（mz=-M）,从而有以下应力边界条件：