礦山巖石力學(xué)

內(nèi)容概要

由李俊平和連民杰主編的《礦山巖石力學(xué)》主要介紹巖石及巖體的力學(xué)特性、圍巖應(yīng)力和變形規(guī)律及穩(wěn)定性分析方法等從事采礦工程(含金屬、非金屬和煤炭開采)設(shè)計(jì)、施工和研究的工程技術(shù)人員必須掌握的基礎(chǔ)知識(shí)。書中還結(jié)合采礦工程實(shí)例闡述了地壓控制理論及方法，凸顯深部開采時(shí)硬巖與煤礦軟巖的變形等地壓顯現(xiàn)規(guī)律趨同化等特點(diǎn)。書中各章均附有習(xí)題，便于讀者學(xué)習(xí)。
 《礦山巖石力學(xué)》適宜作為采礦工程專業(yè)本科生和研究生的教材，前5
章也可用于巖土工程類專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)，還可供采礦工程、巖土工程專業(yè)技術(shù)人員參考，便于實(shí)現(xiàn)采礦、采煤雙專業(yè)的拓展教育。

書籍目錄

1  緒論
  1.1  巖石力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史
    1.1.1  初始階段(19世紀(jì)末～20世紀(jì)初)
    1.1.2  經(jīng)驗(yàn)理論階段(20世紀(jì)初～20世紀(jì)30年代)
    1.1.3  經(jīng)典理論階段(20世紀(jì)30年代～20世紀(jì)60年代)
    1.1.4  近代發(fā)展階段(20世紀(jì)60年代～現(xiàn)在)
  1.2  礦山巖石力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)
    1.2.1  基本概念
    1.2.2  采礦工程的力學(xué)特點(diǎn)
    1.2.3  礦山巖石力學(xué)對(duì)采礦工程的作用
  1.3  礦山巖石力學(xué)的研究內(nèi)容與方法
    1.3.1  巖石力學(xué)的研究領(lǐng)域及問題
    1.3.2  礦山巖石力學(xué)的研究內(nèi)容
    1.3.3  礦山巖石力學(xué)的研究方法
    1.3.4  礦山巖石力學(xué)的教學(xué)目的與學(xué)習(xí)方法
  習(xí)題
  參考文獻(xiàn)
2  巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)
  2.1  巖石的物理性質(zhì)
    2.1.1  密度與容重
    2.1.2  巖石的孔隙性
    2.1.3  巖石的水理性
    2.1.4  巖石的其他特性
  2.2  巖石的力學(xué)性質(zhì)
    2.2.1  巖石的強(qiáng)度
    2.2.2  巖石的變形性質(zhì)
  2.3  巖石的擴(kuò)容
  2.4  巖石的流變
    2.4.1  概述
    2.4.2  三種基本元件的力學(xué)模型
    2.4.3  組合模型
    2.4.4  巖石的長期強(qiáng)度
  2.5  巖石的各向異性
    2.5.1  極端各向異性體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系
    2.5.2  正交各向異性體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系
    2.5.3  橫觀各向同性體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系
    2.5.4  各向同性體
  2.6  影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素
    2.6.1  礦物成分對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響
    2.6.2  巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響
    2.6.3  水對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響
    2.6.4  溫度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響
    2.6.5  加載速度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響
    2.6.6  受力狀態(tài)對(duì)巖石力學(xué)性能的影響
    2.6.7  風(fēng)化對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響
  2.7  巖石的強(qiáng)度理論
    2.7.1  最大伸長線應(yīng)變理論
    2.7.2  庫侖準(zhǔn)則(Coulomb)
    2.7.3  莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則
    2.7.4  格里菲斯強(qiáng)度理論
    2.7.5  德魯克-普拉格準(zhǔn)則(Drucker-Pmger)
  習(xí)題
  參考文獻(xiàn)
3  巖體的力學(xué)性質(zhì)及其分類
  3.1  概述
  3.2  巖體結(jié)構(gòu)
    3.2.1  巖體分類
    3.2.2  巖體力學(xué)機(jī)制分析方法簡(jiǎn)介
  3.3  結(jié)構(gòu)面
    3.3.1  結(jié)構(gòu)面的分級(jí)
    3.3.2  結(jié)構(gòu)面的狀態(tài)
    3.3.3  結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)
  3.4  巖體的強(qiáng)度特性
    3.4.1  巖體強(qiáng)度的測(cè)定
    3.4.2  巖體強(qiáng)度的估算
    3.4.3  巖體破壞機(jī)理及破壞判據(jù)
  3.5  巖體的變形特性
    3.5.1  巖體的單軸和三軸壓縮變形特征
    3.5.2  巖體的剪切變形特征
    3.5.3  巖體各向異性變形特征
    3.5.4  原位巖體變形參數(shù)測(cè)定
  3.6  巖體的水力學(xué)性質(zhì)概述
    3.6.1  巖體與土體滲流的區(qū)別
    3.6.2  巖體空隙的結(jié)構(gòu)類型
    3.6.3  巖體的滲流問題
    3.6.4  地下水滲流對(duì)巖體性質(zhì)的影響
  3.7  巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)及其分類
    3.7.1  按巖石(芯)質(zhì)量指標(biāo)(RQD)分類
    3.7.2  按巖體結(jié)構(gòu)類型分類
    3.7.3  巖體質(zhì)量分級(jí)
    3.7.4  巖體地質(zhì)力學(xué)(CSIR)分類
    3.7.5  巴頓巖體質(zhì)量(Q)分類
  習(xí)題
  參考文獻(xiàn)
4  原巖應(yīng)力及其測(cè)量
  4.1  概述
    4.1.1  認(rèn)識(shí)地應(yīng)力的工程意義
    4.1.2  地應(yīng)力的成因
  4.2  重力應(yīng)力場(chǎng)
  4.3  構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)
  4.4  地應(yīng)力分布的一般規(guī)律
  4.5  影響原巖應(yīng)力分布的因素
  4.6  地應(yīng)力測(cè)量
    4.6.1  直接測(cè)量法
    4.6.2  間接測(cè)量法
  習(xí)題
  參考文獻(xiàn)
5  地下硐室圍巖穩(wěn)定性分析與控制
  5.1  概述
  5.2  彈性理論計(jì)算巷道圍巖與襯砌應(yīng)力
    5.2.1  無內(nèi)壓巷道圍巖應(yīng)力分布
    5.2.2  有內(nèi)壓巷道圍巖與襯砌的應(yīng)力計(jì)算
  5.3  巷道圍巖應(yīng)力分布的彈塑性力學(xué)分析法
    5.3.1  圍巖的破壞方式
    5.3.2  巷道圍巖應(yīng)力的彈塑性力學(xué)分析
  5.4  巷道圍巖位移
    5.4.1  無支反力作用下圓形巷道圍巖彈性位移
    5.4.2  軸對(duì)稱條件下有支反力作用的圓形巷道周邊彈性位移
    5.4.3  軸對(duì)稱條件下塑性區(qū)位移
  5.5  圍巖壓力計(jì)算
    5.5.1  支架與圍巖共同作用原理
    5.5.2  圍巖變形壓力的彈塑性理論計(jì)算
    5.5.3  圍巖壓力的塊體極限平衡理論計(jì)算
    5.5.4  圍巖壓力的壓力拱理論計(jì)算
    5.5.5  太沙基理論計(jì)算圍巖壓力
    5.5.6  豎井地壓分析
  5.6  軟巖工程與深部開采特性
    5.6.1  軟巖工程特性
    5.6.2  地下工程圍巖的分區(qū)變形破裂特征
  5.7  巖體地下工程維護(hù)原則及支護(hù)設(shè)計(jì)原理
    5.7.1  巖體地下工程維護(hù)的基本原則
    5.7.2  支護(hù)分類與圍巖加固
  習(xí)題
  參考文獻(xiàn)
6  礦山地壓顯現(xiàn)規(guī)律
  6.1  圓形巷道圍巖應(yīng)力分布規(guī)律
    6.1.1  雙向不等壓圓形巷道圍巖的彈性應(yīng)力狀態(tài)
    6.1.2  相鄰圓形巷道圍巖的彈性應(yīng)力狀態(tài)
    6.1.3  圍巖的支承壓力分布
  6.2  采準(zhǔn)巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律
    6.2.1  水平巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律
    6.2.2  傾斜巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律
  6.3  采礦工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律
    6.3.1  概述
    6.3.2  回采工作面支承壓力分布
    6.3.3  頂板應(yīng)力分區(qū)與覆巖變形和破壞規(guī)律
    6.3.4  影響采礦工作面礦壓顯現(xiàn)的因素
    6.3.5  分層開采時(shí)的礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)
  6.4  沖擊地壓及其控制
    6.4.1  沖擊地壓
    6.4.2  頂板沖擊地壓
  習(xí)題
  參考文獻(xiàn)
7  采場(chǎng)地壓與控制
  7.1  采礦方法簡(jiǎn)介
    7.1.1  崩落采礦法
    7.1.2  充填采礦法
    7.1.3  空?qǐng)霾傻V法
  7.2  空?qǐng)龇ǖ牡貕嚎刂婆c評(píng)價(jià)
    7.2.1  緩傾斜頂板應(yīng)力分析與礦柱設(shè)計(jì)
    7.2.2  傾斜及急傾斜厚礦體圍巖穩(wěn)定性分析及礦柱計(jì)算
    7.2.3  急傾斜薄礦脈群地壓顯現(xiàn)與夾壁穩(wěn)定性
    7.2.4  采空區(qū)的安全評(píng)價(jià)方法
  7.3  充填法的地壓
    7.3.1  充填體類型
    7.3.2  充填體對(duì)控制地壓的作用
    7.3.3  充填體的穩(wěn)定性分析
  7.4  崩落法的地壓
    7.4.1  無底柱崩落采礦法回采進(jìn)路的地壓控制
    7.4.2  有底柱崩落采礦法的地壓控制
    7.4.3  自然崩落法的可崩性控制
  7.5  長壁式開采的地壓?jiǎn)栴}
    7.5.1  采場(chǎng)地壓假說
    7.5.2  老頂巖層的穩(wěn)定性
    7.5.3  回采工作面頂板控制
  習(xí)題
  參考文獻(xiàn)
8  露天開采邊坡穩(wěn)定性分析與控制
  8.1  概述
    8.1.1  露天礦邊坡的概念和特點(diǎn)
    8.1.2  邊坡工程對(duì)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的影響
    8.1.3  露天礦邊坡變形和破壞
  8.2  影響露天礦邊坡穩(wěn)定性的主要因素
  8.3  邊坡穩(wěn)定性分析
    8.3.1  平面滑動(dòng)計(jì)算
    8.3.2  楔體滑動(dòng)計(jì)算
    8.3.3  圓弧形滑動(dòng)
  8.4  滑坡的防治
    8.4.1  滑坡防治方法分類及防治原則
    8.4.2  滑坡的監(jiān)測(cè)
    8.4.3  滑坡的預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)
  習(xí)題
  參考文獻(xiàn)
9  現(xiàn)場(chǎng)地壓觀測(cè)與分析
  9.1  圍巖位移與變形觀測(cè)
    9.1.1  圍巖表面位移測(cè)量
    9.1.2  圍巖內(nèi)部位移測(cè)量
  9.2  支架荷載測(cè)量
    9.2.1  錨桿測(cè)力計(jì)與拉拔試驗(yàn)
    9.2.2  巖柱與支架壓力監(jiān)測(cè)
    9.2.3  礦壓遙測(cè)儀
  9.3  圍巖應(yīng)力測(cè)量
    9.3.1  光彈應(yīng)力計(jì)
    9.3.2  光彈應(yīng)變計(jì)
  9.4  巖體聲發(fā)射監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)
    9.4.1  概述
    9.4.2  聲發(fā)射測(cè)試
  9.5  光電技術(shù)在地下工程監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
    9.5.1  光纖傳感的特點(diǎn)
    9.5.2  光纖傳感技術(shù)原理
    9.5.3  光纖傳感技術(shù)在巖體地下工程監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
  習(xí)題
  參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：20世紀(jì)60年代和70年代，原位巖體與巖塊的巨大工程差異被揭示出來，巖體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和賦存狀況受到重視，“不連續(xù)性”成為巖石力學(xué)研究的重點(diǎn)。從“材料”概念到“不連續(xù)介質(zhì)”概念，是巖石力學(xué)在理論上的飛躍。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的進(jìn)步，20世紀(jì)60年代和70年代開始出現(xiàn)用于巖體工程穩(wěn)定性計(jì)算的數(shù)值計(jì)算方法，主要是有限元法。20世紀(jì)80年代，數(shù)值計(jì)算方法發(fā)展很快，有限元、邊界元及其混合模型得到廣泛應(yīng)用，成為巖石力學(xué)分析計(jì)算的主要手段。20世紀(jì)90年代，數(shù)值分析終于在巖石力學(xué)和工程學(xué)科中扎根，巖石力學(xué)專家和數(shù)學(xué)家合作創(chuàng)造出一系列新的計(jì)算原理和方法。如損傷力學(xué)和離散元法的進(jìn)步，DDA法和流形元方法的發(fā)展，非線性大變形問題的三維有限差分法FLAc等的成功應(yīng)用，標(biāo)志著巖石力學(xué)專家建立了自己獨(dú)到的分析原理和計(jì)算方法。由于巖體結(jié)構(gòu)及賦存狀態(tài)和條件的復(fù)雜性和多變性，致使巖石力學(xué)所研究的目標(biāo)和對(duì)象都存在著大量不確定性，因而有人在20世紀(jì)80年代提出不確定性理論。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，帶動(dòng)了現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，目前，不確定性理論已經(jīng)被越來越多的人所認(rèn)識(shí)和接受，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，如模糊數(shù)學(xué)、人工智能、灰色理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、工程決策支持系統(tǒng)等，為不確定性分析方法和理論體系的建立提供了必要的技術(shù)支持。20世紀(jì)90年代，現(xiàn)代數(shù)理科學(xué)的滲透使得非線性科學(xué)在巖石力學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用。本質(zhì)上講，非線性和線性是互為依存的。耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同論、分叉和混沌理論正在被試圖用于認(rèn)識(shí)和解釋巖體力學(xué)的各種復(fù)雜過程。巖石力學(xué)和相鄰的工程地質(zhì)學(xué)都因?yàn)槭艿窖芯繉?duì)象的“復(fù)雜性”挑戰(zhàn)，而對(duì)非線性理論倍加青睞。系統(tǒng)科學(xué)雖然早已受到巖石力學(xué)界注意，但直到20世紀(jì)80～90年代才達(dá)成共識(shí)，并進(jìn)入巖石力學(xué)理論和工程應(yīng)用。用系統(tǒng)概念來表征“巖體”，可使巖體的“復(fù)雜性”得到全面的、科學(xué)的表述。從系統(tǒng)論來講，巖體的組成、結(jié)構(gòu)、性能、賦存狀態(tài)及邊界條件構(gòu)成其力學(xué)行為和工程功能的基礎(chǔ)，巖石力學(xué)研究的目的是認(rèn)識(shí)和控制巖石系統(tǒng)的力學(xué)行為和工程功能。系統(tǒng)論強(qiáng)調(diào)復(fù)雜事物的層次性、多因素性、相互關(guān)聯(lián)性和相互作用性特征，并認(rèn)為人類認(rèn)識(shí)是多源的，是多源知識(shí)的綜合集成，這些為巖石力學(xué)理論和巖體工程實(shí)踐的結(jié)合提供了依據(jù)。時(shí)至今日，巖體工程力學(xué)問題才被當(dāng)作一種系統(tǒng)工程來解決?？梢哉f，從“材料”概念到“不連續(xù)介質(zhì)概念”，是現(xiàn)代巖石力學(xué)的第一步突破；進(jìn)入計(jì)算力學(xué)階段，是第二步突破；而非線性理論、不確定性理論和系統(tǒng)科學(xué)理論進(jìn)入實(shí)用階段，則是巖石力學(xué)理論研究及工程應(yīng)用的第三步突破，獲得了意義更為重大的突破。隨著理論研究的進(jìn)展，地壓控制技術(shù)、測(cè)試技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。剛性壓力機(jī)的出現(xiàn)為測(cè)試巖石應(yīng)力一應(yīng)變?nèi)^程曲線提供了保障。目前，應(yīng)力解除法可測(cè)試深部巖體應(yīng)力。熱一水一力三場(chǎng)耦合真三軸伺服巖石試驗(yàn)機(jī)、大型模擬試驗(yàn)臺(tái)、先進(jìn)的多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集儀器的出現(xiàn)為，更深刻地揭示巖石的力學(xué)特性奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和井下鉆孔電視的應(yīng)用，巖體工程三維信息系統(tǒng)也得到了重視和普遍應(yīng)用。大斷面、大縮量和高支撐力的可縮性金屬支架、錨桿和錨索網(wǎng)支護(hù)得到廣泛應(yīng)用，注漿加固不穩(wěn)定圍巖，回采工作面使用自移式液壓支架及其架型增多、適用范圍擴(kuò)大等，進(jìn)一步改善了支護(hù)技術(shù)。發(fā)明了切槽放頂法、切頂與礦柱崩落法等，有效控制了采空區(qū)頂板大面積冒落和采場(chǎng)地壓顯現(xiàn)。聲發(fā)射、紅外、電磁等監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)進(jìn)入到地壓監(jiān)測(cè)的實(shí)用階段。

編輯推薦

《礦山巖石力學(xué)》是普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材之一。

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