本書共13章:第1章介紹了巖石力學的定義,研究的范疇、內容、方法,以及巖石力學發(fā)展簡史等;第2~3章介紹了巖石的形成、組構、特點,及基本物理性質;第4章介紹了巖石力學試驗的主要設備及試驗方法;第5~8章介紹了巖石的基本力學性質,包括巖石的變形、強度、流變、屈服與破壞準則;第9章介紹了巖體的基本力學性質;第10章介紹了巖石工程中的力的來源——地應力;第11~13章介紹了巖石力學的工程應用,包括巖體質量評價及其分類、巖石地下工程穩(wěn)定分析方法、巖質邊坡工程穩(wěn)定分析方法。
為了提高讀者對學習本書的興趣和效率,各章附有復習思考題,既能幫助讀者更好地理解和消化基本概念,又便于讀者自學。
本書可作為工科類專業(yè)本科生的巖石力學課程的通用教材,也可作為高等院校相關專業(yè)教師、相關部門科研人員和工程技術人員的參考書。
巖石力學的誕生是以解決巖石工程穩(wěn)定性問題和研究巖石的破碎條件為目的的。巖石力學的研究介質不僅非常復雜,而且存在許多力學性質不穩(wěn)定或不確定的因素,這就使得本學科獨立、完善、系統(tǒng)的基礎理論難以建立。巖石力學的發(fā)展始終引用和發(fā)展固體力學、土力學、工程地質學等學科的基本理論和研究成果,或者引用這些相關學科的研究成果來解決巖石工程中的問題。因此,偏重不同行業(yè)應用的巖石力學往往有不同的定義,迄今巖石力學也沒有統(tǒng)一的定義。
巖石力學的應用對象是基礎工程設施的建設和自然資源的開發(fā),因此,與相關工程科學的結合是必然的。近30年來,國內外巖石工程建設的不斷發(fā)展,工程規(guī)模和復雜程度的不斷加大,促進了巖石力學的飛速發(fā)展——理論研究獲得重大突破、工程實踐經驗得以系統(tǒng)地總結和提升,也對巖石力學人才的培養(yǎng)、巖石力學課程的建設提出了更高的要求。
《巖石力學基礎教程》第1版(2008年),是在中國礦業(yè)大學(北京)20余年的巖石力學課程講義的基礎上,參考兄弟院校的教材成果編寫而成的,定位于普通高等院校本科生巖石力學課程的基礎教材,力求反映巖石力學的基本概念、基本原理、基本內容及最新研究思想與進展,引導學生融會貫通、學以致用,努力提高學生運用所學的巖石力學內容和知識,簡單地分析乃至解決巖石工程實際問題的能力。
近年來,新工科建設的興起和深入,以及移動互聯(lián)網時代的碎片化特征(時間碎片化、學習碎片化、知識碎片化),對教材的編寫也提出了時代要求。本書是在第1版的基礎上,為滿足新工科對人才培養(yǎng)的要求,以培養(yǎng)實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才為目標而編寫的巖石力學入門教材。
本書的特色:①基礎(面向初學者的基本概念、基本原理、基本方法);②系統(tǒng)性(涵蓋巖石力學的基礎內容);③新穎性(與時俱進,介紹一些新內容、新進展、新問題);④四化(標準化、本土化、通用化、特色化);⑤五突出(人文關懷、能力培養(yǎng)、時代性、可讀性、融會貫通);⑥創(chuàng)新意識(對圍巖-支護相互作用機制,給出了新的認識;對常規(guī)條件下的巷道支護,給出了設計的內容、原理、方法和流程等)。
本書共13章:第1章介紹了巖石力學的定義,研究的范疇、內容、方法,以及巖石力學發(fā)展簡史等;第2~3章介紹了巖石的形成、組構、特點,及基本物理性質;第4章介紹了巖石力學試驗的主要設備及試驗方法;第5~8章介紹了巖石的基本力學性質,包括巖石的變形、強度、流變、屈服與破壞準則;第9章介紹了巖體的基本力學性質;第10章介紹了巖石工程中的力的來源——地應力;第11~13章介紹了巖石力學的工程應用,包括巖體質量評價及其分類、巖石地下工程穩(wěn)定分析方法、巖質邊坡工程穩(wěn)定分析方法。本書的內容和知識結構體系適用于32~48學時的巖石力學課程的教學,可以滿足工科專業(yè)本科生對巖石力學的學習要求。
巖石力學基礎教程第2版前言本書既可作為工科專業(yè)本科生的巖石力學課程的通用教材,又可作為高等院校相關專業(yè)教師、相關部門科研人員和工程技術人員的參考書。
本書由中國礦業(yè)大學(北京)侯公羽教授編寫。研究生邵耀華、周禹良、趙鐵林、王一哲、劉春雷、于續(xù)楠、尚宇豪為本書的順利編寫查閱、整理了大量的文獻資料,繪制了部分圖表,并參與了繁重的校對工作。
本書參考了大量文獻,在此謹向文獻作者表示感謝。
限于編者水平,書中難免有欠妥之處,敬請讀者批評指正。
侯公羽
前言
巖石力學基礎教程第2版目錄第1章緒論1
1.1巖石力學的定義1
1.2巖石力學的研究范疇、研究內容及工程應用領域1
1.3巖石力學的研究方法3
1.4巖石力學涉及的兩大學科——地質學科和力學學科4
1.5巖石力學發(fā)展簡史6
1.6本書的主要內容與知識結構體系10
拓展閱讀11
復習思考題12
參考文獻12
第2章巖石的基本概念13
2.1巖石和礦物13
2.2巖石的分類16
2.3巖石的特點19
拓展閱讀20
復習思考題22
參考文獻22
第3章巖石的基本物理性質23
3.1巖石的重度和密度23
3.2巖石的孔隙性24
3.3巖石的水理性質25
3.4巖石的熱學性質29
拓展閱讀32
復習思考題33
參考文獻33
第4章巖石力學試驗設備及試驗方法34
4.1試驗機34
4.2三軸壓縮試驗設備40
4.3應力路徑42
4.4巖石動態(tài)試驗方法46
4.5巖石真三軸力學試驗(方形試樣)50
4.6巖石真三軸力學試驗(圓筒形試樣)54
4.7巖石力學試驗主要內容62
拓展閱讀65
復習思考題65
參考文獻66
第5章巖石的變形性質67
5.1巖石在單軸壓縮狀態(tài)下的應力-應變曲線67
5.2反復加載與卸載條件下巖石的變形特性69
5.3三軸壓縮狀態(tài)下巖石的變形特征69
5.4真三軸壓縮試驗的應力-應變曲線70
5.5巖石的剪脹72
5.6巖石的彈性本構關系75
5.7巖石的各向異性75
拓展閱讀78
復習思考題79
參考文獻79
第6章巖石的強度性質80
6.1巖石的基本破壞形式80
6.2巖石的單軸抗壓強度80
6.3巖石的單軸抗拉強度83
6.4巖石的抗剪強度87
6.5巖石的三軸抗壓強度88
6.6影響巖石力學性質的主要因素93
拓展閱讀97
復習思考題98
參考文獻98
第7章巖石的流變性質99
7.1基本概念99
7.2流變模型理論101
7.3經驗方程法112
7.4長時強度112
拓展閱讀114
復習思考題115
參考文獻116
第8章巖石的屈服與破壞準則117
8.1簡述117
8.2Mohr-Coulomb屈服與破壞準則121
8.3Tresca準則與Zienkiewice-Pande準則122
8.4Mises準則與Drucker-Prager準則126
8.5Lade-Duncan準則與Lade準則131
8.6Hoek-Brown巖石破壞經驗判據135
8.7統(tǒng)一強度理論142
拓展閱讀144
復習思考題145
參考文獻146
第9章巖體的力學性質147
9.1影響巖體力學性質的基本因素147
9.2巖體結構150
9.3結構面的幾何特征與分類154
9.4結構面的自然特征與描述156
9.5結構面的變形特性159
9.6結構面的強度特性162
9.7巖體的強度性質165
9.8巖體的變形性質174
9.9綜合考慮宏觀、細觀缺陷的巖體破壞機理與強度分析177
9.10巖體的水力學性質181
拓展閱讀187
復習思考題188
參考文獻190
第10章地應力及其分布規(guī)律191
10.1地應力的概念與意義191
10.2地應力的主要分布規(guī)律194
10.3高地應力區(qū)域的主要巖石力學問題197
10.4地應力測量方法203
拓展閱讀216
復習思考題217
參考文獻218
第11章巖體質量評價及其分類219
11.1按巖石(芯)質量指標(RQD)分類219
11.2按巖體結構類型分類220
11.3GB/T 50218—2014《工程巖體分級標準》簡介221
11.4巖體地質力學(CSIR)分類225
11.5Barton巖體質量(Q)分類227
11.6《工程巖體分級標準》與Q分類法、RMR分類法之間的關系231
11.7數值分類法在工程巖體分級中的應用232
拓展閱讀234
復習思考題236
參考文獻236
第12章巖石地下工程穩(wěn)定分析方法237
12.1圍巖二次應力狀態(tài)的基本概念237
12.2深埋圓形洞室圍巖二次應力狀態(tài)的彈性分析238
12.3深埋圓形洞室圍巖二次應力狀態(tài)的彈塑性分析248
12.4圍巖-支護相互作用全過程解析252
12.5節(jié)理巖體中深埋圓形洞室的剪裂區(qū)及應力分析266
12.6圍巖壓力成因及影響因素268
12.7地下洞室圍巖壓力及穩(wěn)定性驗算272
12.8松散巖體的圍巖壓力計算275
12.9立井圍巖壓力計算281
12.10斜巷圍巖壓力計算284
12.11圍巖-支護相互作用的流變變形機制285
12.12常規(guī)條件下巷道支護設計的內容、原理、方法與流程288
拓展閱讀294
復習思考題296
參考文獻296
第13章巖質邊坡工程穩(wěn)定分析方法297
13.1巖質邊坡的應力分布特征297
13.2巖質邊坡變形與破壞類型299
13.3巖質邊坡穩(wěn)定性分析305
13.4巖質邊坡加固簡介318
13.5巖質邊坡穩(wěn)定分析程序簡介321
13.6有限元強度折減法原理323
拓展閱讀325
復習思考題326
參考文獻326