巖體力學(xué)第1章

1、第一講第一講巖石圈巖石圈/research/structure/CrustalStructure/ 1.1.1 1.1.1 礦物的基本概念礦物的基本概念 Kuboos Granite, Pan-African anorogenic suite, North-West Cape Province, South Africa Lusterous 1 - 2 cm cubes of pyrite encased in a very fine-grained sedimentary marlstone (clay and calcite). Navajun

2、-(La Rioja)-Spain.Photo by Dave Barthelmy http:/ pyrite grains in the matrix of a quartz pebble conglomerate, Ventersdorp Contact Reef.http:/www.uct.ac.za/depts/geolsci/dlr/rocks.html 常見造巖礦物常見造巖礦物 http:/ 北京北京http:/ of Mica http:/ 非晶質(zhì)：相對于晶質(zhì)而言，原子和離子沒有規(guī)則的排列。非晶質(zhì)：相對于晶質(zhì)而言，原子和離子沒有規(guī)則的排列。 云南紅粘土云南紅粘土微觀形態(tài)粘土礦物是

3、一種微小的晶體，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，粘土礦物晶體中存在一種有趣的缺粘土礦物是一種微小的晶體，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，粘土礦物晶體中存在一種有趣的缺陷結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可能保存相當(dāng)多的信息，從而決定晶體生長的取向和構(gòu)型。因陷結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可能保存相當(dāng)多的信息，從而決定晶體生長的取向和構(gòu)型。因此，對于諸如屬于此，對于諸如屬于“低技術(shù)低技術(shù)”的催化劑和膜等原始控制結(jié)構(gòu)來說，這些無機(jī)晶體的催化劑和膜等原始控制結(jié)構(gòu)來說，這些無機(jī)晶體作為一種構(gòu)造物質(zhì)要比大的有機(jī)分子更為合適得多。作為一種構(gòu)造物質(zhì)要比大的有機(jī)分子更為合適得多。 Photograph by J. Kauahikaua;27 September 2002 Clos

4、e view of skylight above lava tube for Mothers Day flow, located on southwest flank of Puu Oo. HVO scientists dubbed this the cookie monster skylight. Edifice around skylight was built by spatter tossed from lava in tube. This tube supplies all lava downstream in Mothers Day flow. Basalt lava (glowi

5、ng rock) oozes over basalt lava flow/Products/Pglossary/basalt.htmlHazards and Mud Volcanoes in RomaniaSecond view of mud volcano cones in Berca Anticline Mud volcano cones in the Berca Anticline Depression of the Curvature Subcarpathians. Photograph Credit: Dr. Dan Balteanu,

6、 Romanian Academy. Columnar Jointing, Devils Postpile, CA /cgi-bin/seg/m2h?seg/haz_volume3.men+Volcanic+Rocks+,I&4Photograph by S.R. Brantley on 27 September 2000/Imgs/Jpg/Lassen/20000927-Andesite-SRB_caption.html 蜻蛉河普渡河小江西昌西昌 欄江牛橫江攀枝花攀枝花 東川東川 昆明昆明

7、宜賓宜賓 安寧河雅雅礱礱江江江江沙沙金金大大渡渡河河樂山樂山 岷岷江江沱沱江江涪涪江江嘉嘉陵陵江江江江渠渠江江烏烏合川合川 重慶重慶 涪陵涪陵 成都成都 松潘松潘 略陽略陽 萬縣萬縣 奉節(jié)奉節(jié) 宜昌宜昌 赤水河南充南充 綿陽綿陽 萬源萬源 達(dá)縣達(dá)縣1500年平均輸砂模數(shù)年平均輸砂模數(shù)（t/km2）沉積作用沉積作用物理沉積作用物理沉積作用化學(xué)沉積作用化學(xué)沉積作用生物沉積作用生物沉積作用復(fù)合沉積作用復(fù)合沉積作用具有斜層理的第四系半膠結(jié)礫巖金沙江水富段成巖作用：沉積物從沉積下來的那一成巖作用：沉積物從沉積下來的那一刻起，一直到變質(zhì)或風(fēng)化之前，在其刻起，一直到變質(zhì)或風(fēng)化之前，在其表面或內(nèi)部發(fā)生的一切作

8、用，總稱為表面或內(nèi)部發(fā)生的一切作用，總稱為成巖作用。成巖作用。壓實(shí)和壓溶作用壓實(shí)和壓溶作用膠結(jié)作用膠結(jié)作用溶蝕、交代作用溶蝕、交代作用重結(jié)晶作用重結(jié)晶作用水平層理水平層理礫巖礫巖-金沙江攀枝花段金沙江攀枝花段-2004/11/28礫巖礫巖-金沙江攀枝花段金沙江攀枝花段-2004/11/28泥質(zhì)粉砂巖泥質(zhì)粉砂巖A small slate sample showing slatey cleavage Intensely foliated micaceous phyllites of the Malmesbury Group, Cogmans Kloof Pass http:/www.uct.ac.

9、za/depts/geolsci/dlr/4day2001/index.html#4day片巖 Devils Postpile, CA. This is an excellent example of columnar basalt. It is an old lava flow that developed these joints as it cooled. At the base of the slope is talus weathered from the cliff. /gwhite/pgwhome/GEOMsyll/GEOMsyll.htmGi

10、ants Causeway, Northern Ireland. Another example of columnar basalt in an old lava flow. Cooling shrinkage led to formation of hexagonal columns. /gwhite/pgwhome/GEOMsyll/GEOMsyll.htmSoutheastern Iceland. Columnar basalt is seen here in the exposed sides of an old lava flow. The fl

11、ow has been modified by frost weathering. /gwhite/pgwhome/GEOMsyll/GEOMsyll.htmCambria, California. This sandstone outcrop is along a sea cliff adjacent to the coast. Joints in the rock contain salt crystals growing out of the salt water from storm waves. These crystals exert physi

12、cal pressure on the rock, eventually breaking it down. /gwhite/pgwhome/GEOMsyll/GEOMweather/GEOMweather.html http:/icdp.gfz-potsdam.de/sites/corinth/images/coring14.jpgThe core run shows the platy limestone of the Olonos Pindos Nappe Unit. They are often intercalated with dark grey

13、 and greenish marland marlstone. (Photo D. Rettenmaier) Quartz fibers in sigmoidal tension gashes in slate. Sigmoidal shape of fractures indicates overall dextral shear Iceland. Frost weathering has fractured this cobble /gwhite/pgwhome/GEOMsyll/GEOMweather/GEOMweather.html風(fēng)化裂隙：風(fēng)化裂

14、隙：物理風(fēng)化物理風(fēng)化卸荷裂隙-四川珙縣某山崩塌 巖體卸荷帶是伴隨河谷下切過程或邊坡開挖過程中，由于應(yīng)力巖體卸荷帶是伴隨河谷下切過程或邊坡開挖過程中，由于應(yīng)力釋放，巖體向臨空面方向發(fā)生卸荷回彈變形，能量的釋放導(dǎo)致斜坡釋放，巖體向臨空面方向發(fā)生卸荷回彈變形，能量的釋放導(dǎo)致斜坡淺表一定范圍巖體內(nèi)應(yīng)力的調(diào)整，淺表部位應(yīng)力降低，而坡體更深淺表一定范圍巖體內(nèi)應(yīng)力的調(diào)整，淺表部位應(yīng)力降低，而坡體更深部位產(chǎn)生更大程度的應(yīng)力集中。由于表部應(yīng)力降低導(dǎo)致巖體回彈膨部位產(chǎn)生更大程度的應(yīng)力集中。由于表部應(yīng)力降低導(dǎo)致巖體回彈膨脹、結(jié)構(gòu)松弛，破壞巖體的完整性，并在集中應(yīng)力和殘余應(yīng)力作用脹、結(jié)構(gòu)松弛，破壞巖體的完整性，并在集

15、中應(yīng)力和殘余應(yīng)力作用下產(chǎn)生卸荷裂隙。下產(chǎn)生卸荷裂隙。 針對卸荷裂隙，在巖土工程中，預(yù)應(yīng)力地錨是較好的處治方案。針對卸荷裂隙，在巖土工程中，預(yù)應(yīng)力地錨是較好的處治方案。 重力裂隙重力裂隙卸荷裂隙重慶卸荷裂隙重慶卸荷裂隙重慶卸荷裂隙重慶卸荷裂隙四川宜賓卸荷裂隙四川宜賓Cross section of the scarp. 卸荷裂隙美國華盛頓州卸荷裂隙美國華盛頓州Exfoliation Joints -also called unloading joints or sheeting joints, these joints form by unloading of bedrock through e

16、rosion. Consequently, they form parallel to topography. Exfoliaton joints in granitic rock. Yosemite NP. Note how the joints dip towards the creek on both sides 這是影響巖石力學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)的三個(gè)重要因素這是影響巖石力學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)的三個(gè)重要因素 。構(gòu)造構(gòu)造: : 組成成分的空間分布及其相互間排列關(guān)系組成成分的空間分布及其相互間排列關(guān)系 1.6 巖石與巖體巖石與巖體礦物：存在地殼中的具有一定化學(xué)成分和物理性礦物：存在地殼中的具有一定

17、化學(xué)成分和物理性 質(zhì)的自然元素和化合物。質(zhì)的自然元素和化合物。結(jié)構(gòu)：組成巖石的物質(zhì)成分、顆粒大小和形狀以及結(jié)構(gòu)：組成巖石的物質(zhì)成分、顆粒大小和形狀以及 其相互結(jié)合的情況。其相互結(jié)合的情況。巖石分類巖石分類巖體巖體= =巖塊巖塊+ +結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面變質(zhì)巖：不穩(wěn)定與變質(zhì)程度和原變質(zhì)巖：不穩(wěn)定與變質(zhì)程度和原 巖性質(zhì)有關(guān)巖性質(zhì)有關(guān)巖漿巖：強(qiáng)度高、均質(zhì)性好巖漿巖：強(qiáng)度高、均質(zhì)性好沉積巖：強(qiáng)度不穩(wěn)定，各向異性沉積巖：強(qiáng)度不穩(wěn)定，各向異性結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)面面巖塊巖塊不連續(xù)面：不連續(xù)面：包括節(jié)理、包括節(jié)理、裂隙、孔裂隙、孔隙、斷面、隙、斷面、孔洞、層孔洞、層面面（1）巖體的力學(xué)特征巖體的力學(xué)特征 （2）任務(wù)任務(wù) 基本原

18、理方面（建模與參數(shù)辨別）；基本原理方面（建模與參數(shù)辨別）； 試驗(yàn)方面（試驗(yàn)方法）儀器、信息處理、室內(nèi)、試驗(yàn)方面（試驗(yàn)方法）儀器、信息處理、室內(nèi)、 外、動(dòng)、靜；外、動(dòng)、靜； 現(xiàn)場測試；現(xiàn)場測試； 實(shí)際應(yīng)用實(shí)際應(yīng)用. .(3)(3)內(nèi)容內(nèi)容(4)(4)巖體力學(xué)在巖體工程中的應(yīng)用巖體力學(xué)在巖體工程中的應(yīng)用(5)(5)巖體力學(xué)的研究方法巖體力學(xué)的研究方法 研究方法：研究方法：實(shí)驗(yàn)、理論分析與工程應(yīng)用相結(jié)合實(shí)驗(yàn)、理論分析與工程應(yīng)用相結(jié)合室內(nèi)室內(nèi)野外野外巖塊（拉、壓、剪巖塊（拉、壓、剪）模擬模擬位移位移應(yīng)力應(yīng)力壓力壓力收斂（表面位移）收斂（表面位移）應(yīng)變應(yīng)變絕對位移、相對位移（內(nèi)部）絕對位移、相對位移（內(nèi)部）實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)理論理論連續(xù)介質(zhì)連續(xù)介質(zhì)非連介非連介數(shù)值方法數(shù)值方法有限元有限元離散元離散元DDADDA長期監(jiān)測長期監(jiān)測圖圖1-1 1-1 巖石力學(xué)研究步驟的框圖巖石力學(xué)研究步驟的框圖地質(zhì)調(diào)查地質(zhì)調(diào)查工