高等岩石力学  081401M04001H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业核心课 | 任课教师:盛谦,周辉,李春光,胡大伟
授课时间: 星期五,第9、10、11 节
授课地点: 教一楼215
授课周次: 6、7、8、9、10、11、12、13
授课时间: 星期六,第1、2 节
授课地点: 教一楼215
授课周次: 6、7、8、9、10、11、12、13
课程编号: 081401M04001H 课时: 40 学分: 2.00
课程属性: 专业核心课 主讲教师:盛谦,周辉,李春光,胡大伟 助教:
英文名称: Advanced Rock Mechanics 召集人:

教学目的、要求

岩石力学是土木建筑、水利水电、公路与铁路、石油与矿山、海洋环境等国家重大岩石工程及地质灾害防治工程的理论基础,近年来,随着大批重大岩石工程的开工建设,岩石力学学科得到了飞速的发展。因此,拟以国内外岩石力学方面的前沿研究进展、先进设计方法和施工技术为基础,开设高等岩石力学课程,并以此作为土木工工程、地质工程、工程力学、寒区工程、防灾减灾工程及防护工程等方向的核心课程,特别是通过课程体系设计,力争从新颖角度反映地质、力学、工程三者的交叉融合,为相关研究方向的研究生讲授岩石力学基础理论、国际研究前沿和重大工程实例等,为研究生从事科学前沿和重大工程研究打下坚实的理论基础。

预修课程

岩石力学、弹性力学、塑性力学、数值分析

教 材

1)	周维垣. 高等岩石力学[M]. 水利电力出版社, 1990.
2)	郑颖人. 岩土塑性力学原理[M]. 中国建筑工业出版社, 2002.

主要内容

第一章	绪论(2学时)
1.1  岩石力学研究对象
    主要讲述岩石力学的研究对象: 岩石、结构面、岩体及三者关系。
1.2  岩石力学研究方法(重点)
    主要讲述地质、力学、工程研究方法及三者交叉融合。
1.3  岩石力学工程应用(难点)
    主要讲述岩石力学研究应用的行业与重大工程及侧重点。
第二章	岩体工程地质力学(6学时)
2.1 引言
    主要讲述本章主要内容及相互关系。围绕工程讲授地质,做工程需要考虑的地质因素:边界条件、应力、地震烈度。
2.2 岩体赋存的地质地震环境
    以中国大陆特别是青藏高原为例,主要讲述构造活动所形成的不同区域的岩体赋存的地质地震环境,如地形、地貌、地层、断裂带、强震区及如何在岩石力学中研究中应用。
2.3 岩体赋存的构造力学环境
    主要讲述地应力、地下水渗流、地温的地质宏观分析方法与结果,测试方法及结果的统计特征。
2.4 岩石的地质成因与分类
    主要讲述岩石的地质成因及国内外的相关分类方法。
2.5 岩体的结构特征与分级(重点)
    主要讲述岩体的结构特征的获取、表征与模拟方法及国内外的相关分级方法。
第三章	岩石连续介质力学(12学时)
3.1 引言
    主要讲述本章主要内容及相互关系。
3.2 岩石力学实验与试验研究方法
    主要讲述室内实验、模型实验、现场试验方法的系统总结分类,包括:细观破裂、测试新方法、多场多相耦合、微震、光纤等。
3.3 岩石力学解析与数值分析方法(难点)
主要讲述有关解析分析理论。本构关系与有限元与有限差分方法,介绍无网格与物质点方法。包括:半无限解析解、极限分析、圆形硐室解析解,弹塑性、脆塑性、多场多相耦合、变分原理、虚功原理、能量原理-有限元弱形式、有限差分、离散元原理等。
3.4 岩石介质的非线性特征与破裂机制
    主要讲述不同应力路径下应力应变全过程曲线及宏细观破坏机制。
3.5 岩体的宏观等效分析方法与破坏机制(重点)
    主要讲述采用有限元等方法开展岩体破坏模拟的等效分析方法,特别是强调力学参数的等效方法及参数的结构效应、应力状态效应和尺度效应。
第四章	岩体结构力学(10学时)
4.1 引言
    主要讲述本章主要内容及相互关系。
4.2结构面特征与表征模拟方法
    主要讲述结构面特征及其相应的获取方法,表征方法和模拟方法。
4.3滑动面的极限平衡分析方法
     以边坡为例,主要讲述极限平衡分析方法。
4.4 关键块体识别与稳定性分析方法
    主要讲述赤平投影、块体搜索、稳定性计算等方法。
4.5 块体系统表征与稳定性分析方法(难点)
    主要讲述不连续分析(DDA)与离散元(DEM)等方法。
第五章	岩石工程设计原则(10学时)
5.1 引言
    主要讲述本章主要内容及相互关系,特别是要强调岩石力学方法在工程的应用。
5.2 岩石工程的设计理念与思想(重点)
    主要讲述合理规避减小工程扰动、有效利用岩体承载性能的设计理念与思想,包括:新奥法、开挖扰动区、关键块体。
5.3 工程岩体等效力学参数的系统研究方法
    主要讲述如何采用室内实验、现场试验、工程监测、数值模拟与反演系统研究力学参数的研究方法。
5.4  岩石工程选址选线的设计原则与方法
   主要讲述有关规范的规定以及基于地应力、关键块体分布和开挖扰动应力场选址选线的设计原则与方法。
5.5 岩石工程施工设计优化与加固设计
   主要讲述采用模型试验、数值模拟、工程监测等进行施工设计和加固设计方法学。
5.6  重大岩石工程及典型案例(难点)
    主要讲述水电、交通、矿山等行业的重大岩石工程典型案例,包括:意大利瓦依昂、法国玛尔帕塞水库、三峡、锦屏、白鹤滩、大冶铁矿。

课程重点和难点
本课程重点突出地质、力学、工程研究方法及三者交叉融合,使学生熟练掌握岩石力学相关基础理论知识,引导学生熟悉国际研究前沿,并培养学生采用理论知识进行岩土工程实践的能力。
本课程的任务是系统地讲授岩石力学的基本原理和基本方法,同时介绍岩石力学的国内外最新研究成果,使学生对岩石力学的概念体系、基本理论、地质-力学-工程三者交叉融合等内容有一个较为全面认识和深入的了解,这些内容也是本课程的难点。
考核方式:集中闭卷笔试。

参考文献

1)	周维垣, 杨强. 岩石力学数值计算方法[M]. 中国电力出版社, 2005. 
2)	徐志英. 岩石力学(第3版)(高等学校教材)[M]. 水利水电出版社, 2007.
3)	尤明庆. 岩石的力学性质[M]. 地质出版社, 2007.
4)	Jaeger J C, Cook N G W. Fundamental of Rock Mechanics[J]. Science Paperbacks, 2007, 22(4):1102–1111.
5)	蔡美峰. 岩石力学与工程[M]. 科学出版社, 2013.
6)	周思孟. 复杂岩体若干岩石力学问题[M]. 中国水利水电出版社, 1998.
7)	陶振宇. 岩石力学原理与方法[M]. 中国地质大学出版社, 1991.