岩土工程-第2讲

本科课程《岩土工程》教案第2章岩石的基本性质与强度理论张守宝中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院教学课题第2章岩石的基本性质与强度理论选用教材张振营等，《岩土力学》，中国水利水电出版社，2000班级:采矿工程2010级1-3班日期:2012-08-29课程类型本科生专业基础课教学目标知识目标:掌握岩石的基本物理与水理性质，理解岩石的变形特性，掌握岩石的强度特征，理解岩石的强度理论，掌握库仑-莫尔强度理论。教学内容1）岩石与岩体的基本概念2）岩石的基本物理与水理性质3）岩石的变形特性4）岩石的强度特征5）岩石的强度理论教学重点与难点1）教学重点:岩石的基本性质，强度特征以及强度理论。2）教学难点:岩石与岩体的关系和不同点。3）教学难点处理方法:通过结合工程实际中的事故和问题，分析岩石与岩体的联系与不同。教具（直观教具、图表、模型、实验仪器等）计算机、投影仪、案例分析教学过程及时间分配教学内容一、课前回顾上节内容（10分钟）1）岩土工程的定义。2）岩土工程与采矿的关系。3）岩土工程的发展历程二、新课教学新课导入（5分钟）问：如何研究我们这门课中的研究对象——岩土体。答：岩土工程分为岩石力学工程和土力学工程。下面我们讲第一大部分，岩石力学。我们通过哪些物理量来得知岩石的性质？岩石变形时有哪些特征？这些特征可以用哪些理论和规律来测定和衡量？第一节岩石与岩体1、岩石与岩体定义（10分钟）讲解:岩石是组成地壳的基本物质，由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然体。岩石分类：岩浆岩：具有强度高、均质性好。沉积岩：具有层理结构，各向异性。变质岩：与变质程度和原岩性质有关。岩块：岩石的物理力学性能通过岩块来表达，岩块是由取自钻孔岩心或用其他方法获得的岩石碎块，经加工而成。①不含显著结构面的较均质的岩石块体，②构成岩体的最小岩石单元体，③通常视为连续介质或均质体，在一定程度上代表岩石。岩体：一定工程范围内的自然地质体，经历了漫长的自然历史过程，经受了各种地质作用，并在地应力长期作用下，在其内部保留了各种永久变形和各样不连续面。2、岩石与岩体的关系（10分钟）讲解：①岩体是指天然埋藏条件下，由岩石（块）组成的，通常包含一种以上弱面的复杂地质体。②岩石是组成岩体的基本单元。③许多工程实践表明，起决定作用的是岩体强度，而非岩石强度。④不仅要深入研究岩石的物理力学性能，而且要深入研究岩体的物理力学性能。3、岩石（体）力学研究方法（15分钟）讲解：⑴将岩体视为松散体，用连续介质力学进行理论分析的土力学方法。⑵岩体视为均质、连续的弹塑性体，并用连续介质力学方法进行理论分析的弹塑性力学方法。⑶岩体视为结构面切割的非连续体，运用刚体力学原理进行块体极限平衡分析的工程地质力学方法。⑷岩体被视为大大小小的裂隙或弱面分割的损伤体，运用损伤力学方法研究。第二节岩石的基本物理与水理性质（10分钟）1、岩石的重量指标相对密度：岩石固体实体积的重量与同体积水的重量之比值。重度：单位体积（包含孔隙体积在内的体积）岩石的重量。2、岩石的孔隙指标孔隙率：岩石试件内孔隙体积与试件总体积之比。孔隙比：指岩石试件内孔隙体积与固体矿物颗粒的体积之比。3、岩石的水理性质岩石的吸水性：岩石吸收水分的性能岩石的透水性：水在水压力作用下透过岩石孔隙和裂隙的能力。岩石的软化性：岩石浸水后强度降低的性能。第三节岩石的变形特性1、岩石在单向压力作用下的变形特性（5分钟）分三类进行讲解：弹性岩石，半弹性岩石和塑性岩石的变形曲线。2、应力-应变全过程曲线（10分钟）分为五个阶段：裂隙压密阶段(OA)：曲线上凹，体积缩小；A点：压密极限线弹性变形阶段(AB)：呈直线，体积仍缩小；B点：弹性极限微裂隙稳定发展阶段(BC)：近似线弹性，体积变形由缩小转为增大，发生“扩容”；非稳定发展阶段(CD)：裂隙扩展、新裂隙产生，体积膨胀加剧，显示宏观破坏迹象，岩石承载能力达到极限；残余强度阶段(DE)：岩石全面破坏，承载能力下降，但尚有承载力，此为岩石材料特点之一。3、岩石在三向压力作用下的变形性质（10分钟）①岩石三向压力（σ1＞σ2=σ3）作用下变形规律1)随着围压（σ2=σ3）增大，岩石抗压强度显著增加；2)随着围压（σ2=σ3）增大，岩石变形显著增大；3)随着围压（σ2=σ3）增大，岩石弹性极限显著增大；4)随着围压（σ2=σ3）增大，岩石性质由弹性→塑性。4、岩石的流变性（10分钟）蠕变——应力不变时，应变随时间延长而增大的情况。松驰——应变保持恒定，应力随时间延长而降低的现象。稳定蠕变：作用于岩石的恒定载荷较小时，初始阶段的蠕变速度较快，但随着时间延长，岩石变形趋于稳定；稳定蠕变一般不会导致岩体整体失稳。不稳定蠕变：当载荷超过某一临界值时，蠕变的发展将导致岩石变形不断增长，最终导致岩体整体失稳破坏；分为过渡蠕变阶段，稳定蠕变阶段和加速蠕变阶段。5、岩石的力学介质理论模型（5分钟）虎克体（弹簧元件）库仑体（摩擦元件）牛顿体（阻尼元件）