《巖石力學基礎教程》分4部分共計10章。第1部分重點介紹了巖石與巖體的基本概念、巖石的基本物理、力學性能(第1、2、3章);第2部分重點介紹了結構面、巖體的基本力學性能及地應力(第4、5、6章);第3部分重點介紹了巖石力學基本理論在巖石地下工程、巖石邊坡工程、巖石地基工程中的應用(第7、8、9章),突出介紹了巖石地下工程的穩定性分析與力學計算問題;第4部分重點介紹了智能巖石力學、細觀巖石力學、卸荷巖石力學等新理論、新方法與新進展(第10章)。《巖石力學基礎教程》可作為涉及巖石地下工程的各專業本科生的通用教材,也可作為土木工程、水利工程、石油工程、地質工程、交通運輸工程等專業的本科生教材,以及相關專業教師、科研人員和工程技術人員的技術參考書。
地下工程是隨著國民經濟建設及城市化發展需要應運而生的土木工程類專業的一個重要領域,是高等學校土木工程學科中極其重要而又人才短缺的本科專業方向。
中國礦業大學(北京)的土木工程學科是在原礦山建設工程專業基礎上發展起來的,礦山建設工程專業一直是我校的傳統優勢學科,在1999年專業調整中,礦山建設工程更名為“巖土工程”。2007年以中國礦業大學和中國礦業大學(北京)的巖土工程學科為主建成了“深部巖土力學與地下工程”國家重點實驗室。地下工程方向是中國礦業大學(北京)土木工程類專業的傳統優勢學科,在礦山建設工程、深部地下工程、城市地下工程等領域擁有良好的人才培養軟、硬件環境和教學條件、在相關研究領域擁有堅實的研究基礎和多項國家級科技獎勵、國家級教學研究成果。
鑒于此,在總結多年礦山建設工程和城市地下工程的教學經驗和科學研究的基礎上,中國礦業大學(北京)力學與建筑工程學院組織了學校長期從事地下工程教學和科學研究的專家,規劃和編寫了具有礦山建設與地下工程特色的“地下工程”系列規劃教材,以促進培養工程實踐能力強和創新能力強的應用復合型人才及研究發展型人才,努力探索基于研究的教學和以探索為本的學習機制,引導學生在研究和開發中學習。根據地下工程課程培養體系的要求、課程培養規律和學科知識層次,本系列規劃教材分為巖石力學基礎教程、土力學、基礎工程、礦山建設工程、城市地下工程等幾個方面,全面覆蓋了地下工程專業培養體系的范疇,滿足學生學習和教師教學的需求。
地下工程是一個復雜的系統工程,因此本系列規劃教材注重強調創新的理念——系統性、集成性、過程性、信息性,始終貫穿地下工程的設計、施工與管理的思想;同時,注重理論與工程實際結合,強調解決地下工程的實際問題,努力培養學生的實際動手能力。
序
前言
第1章 緒論
1.1 巖石與巖體
1.2 巖石力學的研究范疇與內容
1.3 巖石力學的研究方法
1.4 巖石力學涉及的兩大學科——地質學和力學
1.5 巖石力學的發展與未來
復習思考題
第2章 巖石的基本物理性質
2.1 巖石的重度和密度
2.2 巖石的空隙性
2.3 巖石的水理性質
2.4 巖石的熱學性質
復習思考題
第3章 巖石的基本力學性質
3.1 巖石的強度性質
3.2 巖石的變形性質
3.3 巖石的彈性本構關系
3.4 巖石的強度準則
3.5 巖石的流變性質
復習思考題
第4章 巖體的基本力學性能
4.1 巖體結構面的幾何特征與分類
4.2 巖體結構面的自然特征與描述
4.3 巖體結構面的變形特性
4.4 結構面的強度特性
4.5 巖體的強度及其影響因素分析
4.6 巖體的變形性質
4.7 巖體的水力學性質
復習思考題
第5章 工程巖體的分類
5.1 工程巖體分類的目的與原則
5.2 工程巖體代表性分類簡介
5.3 我國工程巖體分級標準(GB502181994)
5.4 國內外不同行業工程巖體分級標準
5.5 巖石分類(級)標準的有效應用
復習思考題
第6章 地應力
6.1 地應力的概念與意義
6.2 地應力的主要分布規律
6.3 高地應力區域的主要巖石力學問題
6.4 地應力測量方法
復習思考題
第7章 巖石力學在地下工程中的應用
7.1 圍巖二次應力狀態的基本概念
7.2 深埋圓形洞室圍巖二次應力狀態的彈性分析
7.3 深埋圓形洞室圍巖二次應力狀態的彈塑性分析
7.4 節理巖體中深埋圓形洞室的剪裂區及應力分析
7.5 圍巖壓力成因及影響因素
7.6 地下洞室圍巖壓力及穩定性驗算
7.7 松散巖體的圍巖壓力計算
7.8 新奧法簡介
7.9 立井圍巖壓力計算
7.10 斜巷圍巖壓力計算
7.11 圍巖-支護相互作用流變變形機制的概念模型建立與分析
復習思考題
第8章 巖石力學在邊坡工程中的應用
8.1 巖質邊坡的應力分布特征
8.2 巖質邊坡變形與破壞類型
8.3 巖質邊坡穩定性分析
8.4 巖質邊坡加固簡介
復習思考題
第9章 巖石力學在基礎工程中的應用
9.1 巖基的類型及其應力分布特征
9.2 巖基變形與沉降計算
9.3 巖石地基的承載力
9.4 巖基的抗滑穩定分析
9.5 巖基的加固
復習思考題
第10章 巖石力學新理論與新方法
10.1 智能巖石力學
10.2 細觀巖石力學
10.3 卸荷巖石力學
復習思考題
參考文獻
地下工程是巖石工程中建造最多的地下構造物,如公路和鐵路的隧道、地下廠房等。如何解決在建造地下洞室時所遇到的各種巖石力學問題,包括巖體的二次應力分布、圍巖壓力的計算、節理等不連續面對圍巖二次應力狀態和圍巖壓力的影響以及開挖洞室后圍巖的穩定性評價等問題,將直接指導地下洞室的施工、設計工作。如同其他學科一樣,巖石力學在地下工程中的應用也經歷了一個發展的過程。本章就各時期各階段具有代表性的內容,包括應用極為廣泛的新奧法作一介紹。
巖石地下工程在力學上和結構上有如下主要特點:
1)巖石在組構與力學性質上與其他材料存在不同點,如具有節理和塑性段的擴容(剪脹)現象等。
2)地下工程是先受力(原巖應力)即先加荷,后開挖(開巷)即后卸荷。
3)深埋巷道屬于無限域問題,影響圈內自重可以忽略。
4)大部分較長巷道可作為平面應變問題處理。
5)圍巖與支護相互作用,共同決定著圍巖的變形及支護所受的荷載與位移。
6)地下工程結構允許超負荷時具有可縮性。
7)地下工程結構在一定條件下出現周巖抗力。
8)幾何不穩定結構在地下可以是穩定的。