岩石力学论文

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岩石力学论文:岩石力学课程实践性教学改革探讨年

摘要：为适应我国土木工程专业人才培养和教学改革的需要，针对土木工程专业基础课――岩石力学课程的教学特点，拟拓展实验与实践教学环节，增加岩石力学特性实验与数值试验及现场教学两个部分，构建集理论教学、物理实验与数值试验、现场教学于一体的岩石力学综合教学模式，以期推动岩石力学课程实践性教学迈上一个新台阶。

关键词：岩石力学；实验教学；物理实验；数值试验

随着我国西部大开发战略的实施和西南地区高坝建设的兴起，传统的岩石力学课程理论教学及授课内容已经无法满足工程界对岩石力学知识的热切需求，亟待开展《岩石力学》课程的教学改革。笔者基于近几年讲授土木工程专业本科生岩石力学课程的教学经验与体会，并结合国内其他高校岩石力学教学研究所取得的一些成果[1-5]，提出我校大学生《岩石力学》课程实践性教学改革的总体构想，即集成物理实验与数值试验、现场教学于一体的岩石力学课程实践教学，以期推动岩石力学课程实践性教学迈上一个新台阶。

一、岩石力学课程实践性教学改革的必要性

岩石力学是运用力学方法与地质学原理来研究岩石与岩体的力学行为的一门新兴科学，也包括研究岩体在各种力场作用下的变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学[1]。它涉及到岩石的物理性质、拉压剪等强度特性、与时间有关的流变特性、岩石的单轴和三轴变形特性、岩石的动力学特性、岩石的各向异性本构关系、岩体结构面的力学性质、由结构面与岩石块体包围的岩体的力学特性、岩体不连续面的渗流性质、地应力环境、岩体力学中的各类数值方法、岩石力学涉及的各类工程问题，包括地下空间与地下工程开发、地基（含坝基）、岩质高边坡（含挡墙及加固体系）等的整体稳定性与变形破坏问题等[1-3]。显然，岩石力学的研究对象不同于一般的材料，它是非均质各向异性、含有多组结构面组合的非连续介质，其力学行为复杂多变，导致依托在这一地质体上的各类岩石工程（如岩质边坡工程、岩石地基与坝基工程、地下隧道与采矿工程）更加复杂。正是由于岩石或岩体的复杂性及特殊性，岩石力学服务的各类工程目前还是以工程经验、现场试验与监测为主，理论指导为辅，这给岩石力学课程的实践性教学改革创造了条件、提供了难得的机遇。在理论教学基础上强化实验与实践教学，通过参与室内实验和野外实践，采用工程实用化或经工程检验后的理论方法开展大规模计算分析和工程实例研究，构建集理论、实验与实践于一体的综合教学改革，使学生既储备较好的理论基础，又具有较强的实验与工程实践能力，从而培养出具备解决复杂岩石力学问题的高端技术人才。从这个意义上说，开展岩石力学课程的实践性教学改革是十分必要的。

二、岩石力学课程实践性教学改革的主要内容

增加室内实验教学与计算机数值仿真实验环节，并结合现场工程实例教学，探索适合现代岩石力学发展的新型实践性教学方法。

1.增加实验教学模块环节。目前我校大学生岩石力学课程教学主要是理论教学为主（32学时），强化书本理论知识的学习，尚未安排实验与实践教学环节。通过本课程的多年课堂理论教学，结合本课程经验性、应用性较强的突出特点，拟改革现有教学方式，增设岩石力学实验教学环节（模块I），包括4个室内实验模块，即岩石吸水性实验、饱和单轴抗压实验、点载荷抗拉实验3个验证性实验项目和1个岩石剪切实验演示项目。这4个室内实验项目（模块I）为岩石力学特性参数实验，拟规划6学时教学内容，其中验证性实验占4个学时，综合实验和演示项目占2个学时，由学生先熟悉实验方法、实验步骤，再由教师指导，完成实验；同时实验室对学生也实行开放，鼓励学有余力的学生课后自己设计并开展相关实验。

2.增加数值试验教学环节。实践教学把培养学生实验技能放在首位，虚拟与现实相结合，动手与动脑相结合。考虑学生人数的增加，实验场地、仪器设备、岩块样品不足等矛盾，将实验教学与计算机数值仿真相结合，开展模块Ⅱ教学，即增加数值模拟演示实验2学时。应用大型数值分析软件ABAQUS进行岩石力学数值模拟实验教学。由于岩石破裂过程现象的复杂性和岩石介质的复杂性，在模块Ⅰ的岩石力学教学实验过程中，学生很难通过大量重复性实验看到岩石破坏的各种类型的复杂现象。利用引进并二次开发的ABAQUS程序，增加模块Ⅱ的实验教学环节，对岩石力学实验进行辅助教学，使学生参与教学活动的主动性、创造性大为增强。随着现代计算机技术的发展，利用计算机对岩石的变形与破裂过程进行数值试验，不仅具有通用性强、方便灵活、具有可重复性等特点，而且可以通过数值试验得到许多在常规实验室试验中难以观测的重要信息，作为岩石力学实验教学的重要补充，达到岩石力学实验辅助教学的目的。但模块Ⅱ数值试验的应用并不能完全取代模块Ⅰ的实验室实验。这是因为数值试验时仍然需要提供岩石的细观力学参数等信息，而且只有在证明数值试验方法正确的基础上才能使用它进行岩石力学的数值试验。此外，岩石力学数值试验也可完成复杂岩石块体的变形破坏过程的数值仿真。

3.预设工程问题教学模式。考虑到岩石力学数值试验方法在解决岩石力学问题时具有通用性强、可重复性等特点，感兴趣的学生可以在任课教师的指导下，在课程开设初期（如5周内）就拟定一个自己感兴趣、与岩石力学与工程紧密相关的数值计算课题，带着问题进行课程学习。课程的每个环节都使学生对问题的认识更深入一步，当专业知识和数值计算知识储备到达一定程度后，即可开展数值试验方面的研究。在此过程中遇到的突出问题，可以由任课教师利用课间时间给学生答疑解惑，或一些共性问题可在课堂适当讲解，从而辅助学生完成预设的各类工程问题，达到事半功倍的教学效果。

4.结合工程案例的现场实践性教学。实践性教学的核心应是开展现场教学，将课堂教学与实际工程紧密结合，从而升华理论知识、室内实验和数值仿真成果。针对本课程的实用化特点及课堂教学进展状况，选择有代表性的岩石工程作为典型教学案例进行现场教学，适时邀请现场的项目负责人就工程案例进行详细讲解，包括可能遇到的各类岩质边坡工程、岩石地基工程、地下空间与地铁工程等，从而增强课程学习的针对性、提高学生分析和解决实际工程问题的能力。

三、结束语

通过上述建设，将丰富我校大学生岩石力学课程的实践性教学内容，使其充分兼顾理论、实验与数值仿真、现场实践三个方面。在此基础上，凝练岩石力学课程实践性教学改革的创新手段与特色教学方法，推动本科岩石力学课程实践性教学改革的深入发展。

岩石力学论文:海洋工程《岩石力学》的研讨式教学

摘要：《岩石力学》这门课程具有理论性和应用性两个方面均较强的特点。这不但需要教师和学生针对现有理论进行系统的学习，更为重要的是培养学生解决实际问题的能力。应用研讨式教学方法可以达到这一目的。本文从海洋工程《岩石力学》课程的实际需要出发，对研讨式教学法的应用进行了探讨。

关键词：《岩石力学》；研讨式教学；教师；提高能力

研讨式教学发起源于早期的德国，现在已经成为西方高校的一种普遍的教学方法。后来郭汉明教授进行教改实践[1，2]，创造了全新的研讨式教学模式，开启了国内研讨式教学的先河。研讨式教学以学生为主体，教师提出问题，鼓励学生查阅资料，研究讨论后解决问题[3-5]。海洋工程《岩石力学》是一门新兴的课程，这门课程与以往的《岩石力学》不同之处在于，它将岩石力学与海洋环境结合起来，重点关注实际钻井和采油等过程中的岩石力学问题。这就需要培养学生解决实际问题的能力。应用研讨式教学模式，可以充分发挥学生的主体作用，调动学生的主体性、积极性和创造性。本文将从海洋工程《岩石力学》这门课程的背景和实际需求出发，探讨研讨式教学法的优越性和必要性。

一、海洋工程《岩石力学》的特点

海洋油气开发与陆上油气开发存在明显不同，体现在海洋钻井、采油的各个环节，其中《岩石力学》也表现出明显的特点。首先是海底环境非常复杂，不但土质松软，力学性质十分弱，而且地貌多变，给海洋钻采设备及工艺提出了巨大挑战。近期国外内出现的海洋油气开发中的多个灾难性事故与海底复杂的岩土环境密切相关。其次，海洋油气藏多为松软砂岩，这种岩石的孔隙度和渗透率高，储量大，单口油井产量高，但在钻井开发过程中往往伴随井壁失稳、油层不稳定、油层出砂、油层压实及随之而来的海底沉降变形等问题。目前为船舶与海洋工程专业开设《岩石力学》课程经过两年的教学实践，表明这门课程的开设十分必要，学生对于《岩石力学》的学习积极性也较高，基本达到了课程开设的教学目标。但是随着学科的不断发展，在《岩石力学》的教学中需要重点突出海洋石油开发过程中的岩石力学问题，而目前这一点做的不是很充分。另外，《岩石力学》这门课程具有理论性和应用性两个方面均较强的特点，这不但需要教师和学生针对现有理论进行系统地学习，更为重要的是培养学生解决实际问题的能力。

二、研讨式教学模式的优势

传统的教育理念是以教师为主体，学生为客体，主客关系非常明确。学生被动的吸取知识，这就容易造成：学生很难在学习中产生主动学习的兴趣，知识的获取仅限于课堂，失去了学习的动力，压抑个性，限制了学生的全面发展。同时，也不利于师生之间的交流。研讨式教学模式提倡以人为本的理念[6]。从学生的发展角度出发，教师从单一的知识传授者转变成学生学习的引导者。与传统的课堂模式相比，研讨式教学具有明显的互动性，提高学生的参与性，更加强了师生之间的平等交流的关系，活跃了课堂气氛，有利于提高学生的综合素质。这些特点体现在以下几个方面：（1）以学生为主体的讨论式教学可以调动学生的兴趣，激发他们学习和探讨问题的动力。在这一点上，教师的引导作用至关重要。它需要我们从学生的角度出发，构建一套完整的引导学生进入研讨境界的课程教学程序。（2）培养了学生的自学能力。研讨式教学改变了长久以来教师讲课为主的教学模式，代之以个人自学为主，小组讨论评比，然后由教师总结讨论结果。这种教学方式符合学生的心理特征，肯定了他们的学习成果。（3）改善了学生与教师之间的关系，实现了学生和教师在课堂上的良性互动。

三、基于研讨式教学方法的教学实施

海洋工程《岩石力学》是一门根据海洋油气开发过程中的岩石力学问题衍生出来的相关课程，我们不能依照一般的岩石力学来授课。根据海洋工程《岩石力学》的课程性质，我们从以下几个方面来设计研讨式授课内容。

1.海洋环境及岩石力学的相关文献阅读指导方案。文献阅读与分析是从事科学研究的重要环节和基本功，让学生在本科阶段适当结合学习内容开展文献阅读的训练不但对本课程的学习十分有益，而且为以后进一步的发展打下了坚实的基础。这是研讨式教学的第一步。这个环节可以让学生开阔视野，了解相关课题的最新研究动态。

2.结合海洋油气开发的工程实际和岩石力学理论，研究研讨课题。相对于课题的解决而言，课题的提出不但难度大而且颇具挑战性。好的课题可以发现工程实际的本质，解决实际问题，而且可行性较好；而不好的课题无法抓住问题的本质，且解决不了实际问题。要做到选题合理，必须抓住研究中的关键点，这可以是学术前沿，也可以是学术研究中的热点问题。教师在这一环节起到至关重要的作用。因为这不仅需要教师具有专业的知识水平，还需要了解学生的实际情况，制定的课题要有代表性，还要注意难易程度，务必使学生有所得。

3.基于MatLab平台的计算机辅助研究提出的课题。现实问题的复杂性和规模往往不是传统的纸和笔的模式容易解决的，大多需要借助计算机程序辅助解决。大学生对Matlab的学习和掌握较为容易。加入这一内容是为了使学生能够掌握实际解决问题的技能。通过认真筛选，我们最终选择了四个课题，用于研讨式教学，即水力压裂模型、海底沉降模型、地层出砂模型、井壁稳定模型。在给出讨论题目之后，我们将学生分组，根据学生的人数和课时的安排，将学生分为4个小组，分别选择一个课题。教师对研究课题给出要求，小组自己安排分工，教师可以在旁指导。首先是学生查阅文献，因为相关资料非常繁杂，所以教师可以针对研究课题，介绍一些文献资料，使学生少走弯路，在此基础上，也鼓励学生自己查找资料补充，消化、归纳和总结文献资料。这是研讨课中最重要、也最花费时间的一个环节。它要求学生投入很大的精力和时间，对所有资料进行阅读理解，如课题的研究背景、研究思路和方法，最近的研究成果以及实际的应用情况。对于每个课题，我们要求学生选择一个实际案例，进行编程，且选择一种软件进行数值模拟，一方面是验证自己的理论知识，另一方面是学习一门软件技能。如图1所示，是1组同学用Matlab设计的一个计算而为水力压裂模型的界面，图2是3组同学采用Abaqus计算的直井井壁围岩的应力分布情况。经过这些练习，同学们对知识的理解更加深刻，教师也了解了学生知识的掌握情况。

报告的总结和归纳，是对所有工作的总结，包括组内成员之间的交流和统一意见，最后编写成研讨课上的演讲稿和课件。这个过程对于培养学生的文字表达和口头表达的能力十分重要。教师在这个环节可以引导学生，如演讲稿的版面要美观大方，内容必须简洁明了。我们鼓励学生在小组中先进行组内答辩，然后其他成员打分，提意见，推选出一位代表，进行课上的答辩。最后，学生代表根据自己选择的课题在全班进行答辩，其他学生讨论交流，提出自己的看法和问题，然后大家针对这些问题进行讨论解答。教师在这个环节中可以进行引导和启发学生，注意调节课堂气氛，还要对演讲同学以及小组进行点评和打分，在所有小组演讲完毕，要进行最后的总结和归纳。

实践表明，研讨式教学对学生掌握知识、提高能力、培养研究素养具有重要的作用。这种教学方法为师生提供了一个自由、开放、积极地交流环境，激发了学生的学习热情，研讨的过程更是一个跨专业的交流和沟通，学生相互之间取长补短，开阔了大家的视野，使学生全方位的考虑问题，完善课程的认识层面。它也促进了师生之间的平等交流，客观上强化了一种学术交流模式，从而实现了学术水平的共同进步。

岩石力学论文:岩石力学双语课程建设的必要性探究

摘要：岩石力学不仅是一门重视理论的学科，也是一门实践性很强的工程学科，是岩土工程等专业的重要基础课程。针对目前中国高校岩石力学的内容落后以及教学方式枯燥等问题，本文着重探究了建设岩石力学双语课程的必要性及可行性，以促进双语教学在高校的落实，发挥双语教学在高校素质教育中的作用，为高校培养岩石力学高层人才提供有效思路。

关键词：岩石力学；双语教学；必要性

目前，我国绝大多数高校都采用普通话作为教学语言。而香港和新加坡的大学主要使用英语教学。台湾也正在加强英语教学的力度。还有很多非英语国家的高校正在使用英语教学或开始设置英语课程了[1]。世界各地都广泛地使用英语授课或者从事各种学术活动，如今英语已经成为了一种科技语言。因此，采用英语传递信息已成为全球文化与科学的主要形式。双语教学，即在课堂上增加使用第二中语言来进行学科的教授，它已经是实施双语教育的重要手段之一[2]。为了推动双语教学的发展，教育部自2001年明确提出要在高校积极推动使用英语等外语进行教学，其中“本科教育要创造条件使用英语等外语进行公共课和专业课教学”，近年来我国内陆许多高校增开了一系列双语课，也就是在教学过程中既有英语授课部分，又有汉语授课部分。不少人认为，双语教学可以促进高等教育的国际化[3]。岩石力学是运用力学原理和方法来研究岩体的力学以及力学相关现象的一门新兴科学，也就是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学[4]。为了达到良好的教学效果，在调查分析国内外高校尤其是石油类高校教学过程中存在的问题，我们对岩石力学建设双语课程的必要性进行了探索。

一、目前岩石力学课程存在的问题

1.教材陈旧，内容落后。随着我国在基础设施建设方面的投资和发展，岩石力学的理论研究取得了长足进展，建造出了三峡工程、青藏铁路、南水北调等许多高难度、划时代的标志性工程，使得我国在岩石力学的理论研究、室内外试验、现场监测和经验积累方面获得了举世瞩目的成果[5]。然而，作为培养岩石力学高级人才的大学，普遍存在着所采教材陈旧，内容严重落后于目前岩石力学的实际发展水平的现象，在一定程度上出现理论与现实脱节的现象。

2.教学手段单调，教学模式枯燥。岩石力学的理论比较枯燥，容易导致学生的学习兴趣不高、主动性不强。仅仅以传统的传授书本知识为主的板书和PPT课堂教学模式已不能满足应用型本科人才培养的需求[6～9]。另外，该课设置的课时量相对于要讲授的内容来说偏少，按照传统的教学方式进行，容易出现让学生对知识只能宽泛了解而掌握不牢的现象，同时也容易让老师被迫放弃部分教学内容的现象。岩石力学包含的力学知识点较多，存在很多公式的推导过程，仅仅靠板书和PPT的形式，不能让学生高效地接受知识。

二、采用双语进行岩石力学的教学的必要性

21世纪是知识、信息和经济一体化的时代。随着我国对外开放的深入，特别是成功加入WTO以后，各个行业积极引入国外的先进技术和实验设备，对外交流与合作日益密切，与岩石力学相关的行业也不例外，我国高校教育正面临着更加严酷的国际竞争环境，在一定程度上需求具有一定的专业外语知识的人才。

1.采用多种教学手段，增强教学效果。虽然也有单独开设了土木工程专业英语等专业外语课，但是仍存在一些内容交叉重复的问题，给教学带来了困难[4]。所以在岩石力学课程教学改革方案中，不应局限于教授专业外语知识，也可以在汉语授课过程中普及相应的专业外语词汇。所以，可以在师资条件具备的情况下，岩石力学采取专业教学与外语教学相结合的双语教学办法，教材可以采用外文教材或者添加外文辅助教材以跟进国内外进展，从而保证内容的先进性。教学过程中，可以在每一章增加相应的专业词汇的英文注解及相关解释。另外，还应提供外文资料供学生参考。这样多途径的教学方式，让学生在学习专业课程的同时，又学习了专业外语。既避免了专业课程专业词汇零散的缺点，也增加了学生们学习专业外语的兴趣。

2.增强英语的阅读和表达能力。（1）实施双语教学可以为学生打好坚实的专业词汇基础，补充公共外语教学的不足，促进国际学习交流的效果。随着国际化交流的日益频繁，除了查阅国际期刊，学生们有越来越多的机会出席各类国际会议，直接聆听外国专家的演讲报告，并且参与到国际学术交流中去；而更有相当一部分的同学将可能去国外留学或者工作。因此课堂上采取双语教学可以使学生们提前熟悉掌握该专业的名词术语，达到与国际同行顺利进行学术交流的目的；而一般的公共外语考试并无法涉及这些专业内容，经验表明只接受公共外语教育不能满足专业交流的需要，这就更加体现出双语教学的必要性。

（2）实施双语教学可以通过中英文对照，采取优势互补，以加深对内容的理解和辨析。专业词汇或者定义、表述等由于英语语言习惯与汉语的不同，有时在翻译成汉语的过程中会出现生硬、不准确，甚至有歧义的地方，而直接在英语的环境下学习反而更加有利于内容的理解和知识点的掌握。另一方面，有些专业词汇是由学生并不熟悉的词根组合而成的，这时通过与汉语书本内容进行比较可以在学习专业知识的同时加深对于英语的构词方式的理解，对类似的生词触类旁通，从而达到举一反三的效果。（3）实施双语教学学生不但可以掌握岩石力学的专业词汇，也可以对其他一些基本的科技用语有所了解。比如基本的数学物理符号的读法、缩写的含义，石油生产过程中的常见设备的英文说法等，同样这些也是公共外语所没有包含的内容。

三、采用双语进行岩石力学的教学的可行性

1.高校教师的英文水平可以胜任双语教学的要求。目前高校中有许多在国外学习访问并且用英文发表文章和进行讲座经历的老师，他们的外语能力可以充分保证双语教学的实施效果。

2.岩石力学的教学资源有许多国内外经典的原版教材。这些教材既包括侧重原理、概念讲授的基础教材，也有充分反映最新研究成果的专著。在授课过程中可以选择其中的一部分作为指定的教材及参考书，以满足不同的教学需要。

总之，以强调理论联系实际、重点培养学生的英语能力为该课程的主要建设目标，进一步提高教师教学水平，加强教材等教学资源的建设，不断优化教学内容及教学方法，最终让学生掌握本门课程教学内容，实现英语水平的提高。实现让学生掌握绝大部分专业词汇，胜任该专业领域的国际交流，学习跟踪近期国内外反应重要学术和生产动态的文献，了解学科前沿发展情况及最新成果的最终目标。

岩石力学论文:岩石力学教学改革的探索与实践

摘要：岩石力学是一门理论性和实践性均较强的课程，如何开展教学活动，以确保教学质量，是值得深思的问题。从教材内容、课堂教学方法、课程教学手段、实践教学、行业现状等方面对岩石力学课程的教学进行了全面的探讨。通过教学改革实践结果表明：在全面掌握该课程的基础上，学生课上更加积极主动，兴趣更加浓厚，取得了良好的效果，为岩石力学教学改革提供了借鉴。

关键词：岩石力学；教学方法；教学实践；教学目标

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010～2020年）》[1]指出，我国高等教育的发展，将定位于以全面提高高等教育质量为重点，更加注重提高人才质量、提升教学研究水平和增强社会服务能力、特别强调了高等教育要“优化结构办出特色”，发挥政策指导和资源配置的作用，引导高校合理定位，克服同质化倾向，[2]形成各自办学理念和风格，在不同层次、不同领域办出特色，争创一流。

岩石力学是研究岩石力学形态的理论和应用的科学，是探讨岩石对周围物理环境中力场反应的学科，是一门应用型基础学科，其理论基础广泛，涉及工程地质学、固体力学、弹塑性力学、计算数学、构造地质学、地球物理学、建筑结构学等多门学科。通过对岩石力学形态的理论和实验研究，解决岩土工程领域的破坏和稳定问题，主要围绕工程地质研究方法、数学和力学分析法以及综合评价法展开，衍生出各种应用手段和试验方法，较好地解决了岩土工程中所遇到的问题。基于本课程的特点和重要性，有必要采取行之有效的措施提高“岩石力学”课程的教学水平，进一步增强内蒙古科技大学（以下简称“我校”）岩土与地下工程方向本科生的核心竞争力，以便能够培出更多基础扎实、知识面广养、素质高、能力强、有创新意识和较强工程实践能力的高级技术人才。

一、“岩石力学”课程教学现状

土木工程是内蒙古科技大学历史较为悠久的专业之一，专业下设建筑工程、道路与桥梁、钢结构、岩土与地下工程四个方向。岩石力学是2006年新增设的一门岩土与地下工程方向必修课，其开设时间短，基础较为薄弱，由于一些主观及客观的原因，课程教学存在着很多问题。

随着经济和社会的发展，岩石力学新理论、新工艺也如雨后春笋般出现，这对于广大教学工作者提出了更高的要求。然而教材内容较为陈旧，现代新理论、新工艺多没有涉及，如课程中关于地应力测量方法[3]章节中压磁应力解除法、HTPT法等则没有描述。部分章节存在着与工程实际脱节的现象，学生重视程度不够，如岩石力学数值分析方法章节。同时岩石力学由于其理论基础广泛，教师课上需要做大量的公式推导及理论的串联工作，但有些教师抛繁就简，关键部分不做详细阐述，忽视了学生能力参差不齐的特点；某些涉及工程应用部分的讲述虽然采用了现代多媒体手段，但是手段单一，多为图文课件，缺少动画素材及现场视频。另外，不同规范之间同样问题的描述不一致使学生感到极为困惑。如对于岩石、岩体（围岩）的分类，《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）（附录A）中将岩体基本质量等级分为I～V（好～差）级，而在其他规范中，如《公路工程地质勘查规范》（JTJ 064-98）（附录G）中将隧道围岩分为I～VI（差～好）级，两者之间存在截然不同的差别。规范之间诸如此类问题较多。

二、岩石力学课程教学改革

1.改善教学方法，培养创新思维

岩石力学课程传统的教学方式是教师以讲授为主，学生则被动接受知识，这种教学方式遏制了学生学习和思考问题的积极性，为了改变这种状态，形成教师和学生互动学习的气氛，必须改革原有的教学方法。根据教学内容的难易程度，采用启发式、研究式、讨论式等多种教学方法。对部分偏理论或纯理论章节，教师应对其来源、本质、对工程的意义和重要性以及与其相关理论的关联做深入的解剖，使学生有一个较为清楚的认识。当学生弄清基本概念和原理，再把握大的研究方向，则不难培养出学生思考问题的积极性以及创新意识。利用本校的文献检索平台，可结合课本及工程实际布置课后任务，让学生充分利用其中资源，了解前人的研究成果和在时代大环境下某个研究内容的进展，引导学生大胆说出自己的见解。课上让学生各抒已见，适当引入讨论课的形式，使教师和学生之间、学生和学生之间互动交流。

2.丰富教学手段，紧跟时代步伐

基于岩石力学本身的特点以及传统“黑板+粉笔”书写速度慢、单一、呆板、信息量小的缺点，课程教学适当结合现代多媒体手段，充分利用多媒体课件授课内容多、图文并茂、表现力丰富的优点，提高授课效率，调动学生课堂情绪。当遇到重点公式推导时，采用传统板书的方式，教师一步步推导，使学生易于理解，加深印象，也避免了因学生素质良莠不齐，导致教师错估教学效果，造成恶性循环的局面。教师对于多媒体课件的制作，应尽可能提高课件制作能力，随时准备大量的图片和影像素材，特别是以往代表性的工程案例、近期的工程现场视频以及新工艺、新技术、新设备等的详细情况，从而使学生充分关注本专业领域最新动态，培养其独立思考问题的能力，扩展学生的知识面。另外，培养学生在课下利用内蒙古科技大学教学综合网络平台的习惯，发挥平台上的资源优势，通过师生讨论区、答疑区、通知等，形成网络教与学的互动。

3.学与用的结合，理论与实践的统一

一方面，鼓励和指导学生参与大学生创新基金项目和教师的一些科研项目或其他工程现场，将岩石力学的知识点融入到项目中，使学生提前接触生产实际，掌握一些在课堂上学不到的东西，增强学生运用科学知识和方法解决实际问题的能力。例如，我校东门在建的地下人行通道，学生从工作井的开挖到衬砌的完成，基本全程参与，学生对课堂上较为模糊的知识点多有了比较清晰的认识，现场学生和教师的“问”与“答”的互动，也取得了理想的效果。另一方面，充分利用计算机仿真技术，采用数值分析方法，如ANSYS有限元软件和FLAC有限差分软件，将之运用到实际工程中，通过辅助计算，改变学生“学无所用”的错误想法。[4]如在学生毕业设计的完成过程中，数值分析方法在某个问题中的必要性明显，通过指导老师的指导和学生的努力，学生较好地模拟了一些工程问题，再加上学生较为扎实的理论基础和将其运用到工程实际的能力，答辩通过率几近100%。

4.了解行业现状，明确教学目标

21世纪是地下空间的世纪。随着我国城市化的进程，地下工程蓬勃发展趋势不可阻挡，然而本行业还存在诸多问题制约着国家的发展和祖国的建设。例如，我国岩土工程技术规范标准方面，据初步统计，不包括各省市所编制的地方标准，我国岩土工程方向的国家标准和行业标准就有200余部，各行业规范自成体系，形成了名词术语、岩土分类、参数、公式、设计理论高度不一致的局面，而重大工程的建设常常需要数名甚至数十名各专业技术人才，这就造成了各专业人员交流困难，工期拖延情况屡见不鲜。自国家实施西部大开发起，各类复杂性的工程技术问题常有报道，如青藏高原铁路的建设，曾遇到过各类国际性的技术难题，多年冻土的影响一度困扰着大量学者和工程技术人员。内蒙古自治区作为西部GDP第二的省区，十年西部大开发发生了翻天覆地的变化，而内蒙古科技大学作为自治区高等院校，理应培养出见闻广博、理论扎实、有较强工程实践能力的高级技术人才，使之投身于西部建设，不怕艰难险阻，牢记校训“百炼成钢”，这是我校的教学目标，教师应牢记于心，以提高学生综合素质并为此更加辛勤地努力。

三、结语

岩石力学是岩土与地下结构工程专业一门重要的专业课，本次教改实施一年有余，已取得部分预期效果，在实施的过程中深深体会到教学工作的复杂性和重要性。综合素质对于这个专业的人才培养是最重要的，教改的实施对于学生自身的发展，对社会都是有着重要意义的。

岩石力学论文:基于岩石力学理论的三压力预测技术研究及应用

摘 要：做好地层三压力预测工作，对保护油气层，提高钻井成功率，降低钻井成本具有重要意义。苏仁诺尔油田断层、裂缝十分发育，储层非均质性强，钻井施工中喷、漏、卡等复杂事故时有发生。本文针对这样的地质特点采用声波时差法计算地层孔隙压力；从岩石力学基本原理出发，根据库伦-摩尔准则和拉伸破坏准则建立坍塌压力和破裂压力的计算模型。并开发了适应于苏仁诺尔油田的地层三压力剖面预测软件。该软件能够对井身结构进行优化设计，为钻井液密度设计提供可靠依据；完钻后利用实测压力资料和测井资料对计算结果进行了验证， 应用表明，该法预测精度较高，可满足现场施工要求。

关键词：岩石力学 孔隙压力 坍塌压力 破裂压力 预测模型

在钻井中，准确的预测地层孔隙压力、破裂压力和坍塌压力，能够确保钻井液密度设计和井身结构设计的合理性[1]，对油气层保护，提高钻井成功率，降低钻井成本也起到至关重要的作用。苏仁诺尔油田地质情况比较复杂，断层、裂缝十分发育，岩性复杂，储层非均质性强。该地区以往，地层三压力预测主要通过经验和钻后验证，精确性和准确性都较差。钻井施工中喷、漏、塌、卡等复杂事故时有发生，加大了钻井风险，增加了钻井成本，延长了钻井周期，同时也给油气层带来更大的伤害。

结合苏仁诺尔油田实际，在预测地层孔隙压力方面，采用声波时差法计算。本文从岩石力学角度出发，建立了地层破裂压力和地层坍塌压力预测模型；进而利用苏仁诺尔油田的常规测井资料连续地计算了该区的地层坍塌压力和破裂压力，从而有效地指导了钻井施工，收到了良好的效果。

一、三压力预测模型的建立

1.地层孔隙压力预测模型的建立

根据苏仁诺尔油田的地质特点，分析表明采用声波时差测井资料分析法预测地层孔隙压力效果较好。

对于正常压力泥页岩地层，随着埋深的增加，地层的孔隙度逐渐降低，声波时差逐渐减小。出现异常压力后，声波时差不再随埋深增加而减小，出现声波时差异常增大现象。据此可以预测地层的异常压力，预测过程如下：

从岩石力学角度看，井壁稳定与否取决于井眼围岩的应力大小与地层强度。若井眼围岩的应力小于地层强度，井眼是稳定的；若井眼围岩的应力大于地层强度，井壁将产生破坏，导致井下复杂[4]。根据库仑-摩尔准则和拉伸破坏准则推导地层坍塌压力和破裂压力的表达式。

2.1地层坍塌压力表达式

研究中选择了库仑-摩尔准则作为剪切破坏的强度判据。这个准则认为岩石沿某一平面发生剪切破坏，不仅与该面上剪应力大小有关，而且与该面上的正应力有关。岩石并不沿着最大剪应力作用面产生破坏，而是沿着其剪应力与正应力达到最不利组合的某一面产生破裂。其表达式如下：

井眼围岩的应力大小与井眼内的钻井液密度有关，随着钻井液密度的降低，井眼围岩的剪应力不断提高，当超过岩石的抗剪强度时，岩石将发生剪切破坏。发生剪切破坏的临界井眼液柱压力称为坍塌压力，一般情况下简称为坍塌压力[2]。

当井眼液柱压力较低（即钻井液密度较低）时，在井壁上会出现较大的剪切应力而使井眼发生坍塌[8]。可得坍塌压力的表达式：

表达式中包含两个变量：井眼液柱压力 和圆周角 。在0～180°之间选择圆周角 ，求解井眼液柱压力最大值 ，即为保持井眼稳定的井眼液柱压力下限―坍塌压力 。

2.2地层破裂压力表达式

当钻井液液柱压力过高时，在井壁处会出现拉应力，当拉应力超过地层的抗拉强度时，就会出现拉伸破坏（拉伸破坏准则）。

2.3 计算模型相关参数的确定

利用地层坍塌压力和地层破裂压力计算模型求取地层的坍塌压力和破裂压力，必须已知地层的原地应力、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角、孔隙压力、有效应力系数等参数[3]。由测井数据间接获取地层的力学参数，可以计算出任意深度地层三压力，进而可获取地层三压力剖面。

2.3.1地层弹性参数

通过岩石力学性能实验可以把标准公式中的力学参数转换成某一施工地区的力学参数，对苏仁诺尔油田20块岩心试样进行了测试，共获得430个数据，通过回归处理得到了该地区的弹性模量、和泊松比计算公式。

二、压力预测软件

基于上述研究，利用所建立的模型编制了地层三压力预测软件，通过输入声波、密度等测井数据以及井眼轨迹参数和地应力参数计算得出地层三压力剖面。进而应用该软件预测地层三压力，为合理设计井身结构、钻井液密度提供可靠依据[6]。

三、现场应用

为了验证地层三压力剖面的预测精度，在苏仁诺尔油田选取苏3-1井、苏301-1井和苏20-2井3口新钻井进行了钻前预测，完钻后利用实测压力资料对预测精度进行了验证。新钻井现场实验的基本过程是：首先利用邻井测井资料通过外推法预测待钻井的地层三压力剖面[9]（如图1），然后根据地层压力剖面进行钻井液密度设计和井身结构设计；完井后根据现场测压数据和实测的测井资料检验压力剖面的精度[5]。实测值均在预测值范围内（见表1和表2），吻合程度较好，该方法的预测精度较高。

四、结论与认识

1.本文基于地层三压力计算一般理论，从岩石力学和破环准则等角度出发，建立了适合苏仁诺尔油田地质情况的地层三压力预测模型，提高了地区适应性，实现了利用常规完井测井资料预测地层三压力的目的。

2.利用所编制的三压力预测软件，处理工区测井资料，明显提高了地层压力预测的精度，为合理设计井身结构、钻井液密度提供了可靠依据，对于安全高效钻井具有重要的意义。

岩石力学论文:岩石力学及地层抗钻特性预测研究与应用

【摘要】大港油田深部地层岩性致密，研磨性强，抗压强度大，可钻性差，机械钻速较低，严重影响了油田的钻井周期和钻井成本。本文通过实钻岩心抗钻特性试验研究、岩石力学特性参数纵横向分布规律及地层岩石抗钻特性分析、地层岩石可钻性分析、钻头动态数据库的建立及钻头优选评价等技术研究，优选了适合大港油田不同地层的钻头，并针对深部特殊地层进行了钻头个性化设计，机械钻速显著提高。本文的研究为准确分析和预测大港油田深部地层岩石可钻性提供新的技术手段，对提高大港油田的钻井效率具有重要的促进作用。

【关键词】测井资料 钻头 可钻性 岩石力学 抗钻特性

大港油田钻井过程中主要钻遇平原组、明化镇组、馆陶组、东营组和沙河街组，各区块机械钻速总体呈下降趋势，特别是深部地层岩性致密，研磨性强，抗压强度大，可钻性差。实钻结果表明进入东营组地层后随着岩石强度的增加机械钻速迅速降低，尤其是沙河街组地层深部机械钻速明显偏低，仅为沙河街上部的一半左右，严重制约了钻井速度和勘探开发经济效益的提升。为加快深部沙河街组地层钻井速度，提高整体经济效益，有必要针对大港油田地层岩石可钻性开展研究，分析研究出其分布规律，进而优选出适合该地区地层的钻头，以指导优快钻井技术方案的制定。

1 地层岩石力学特性参数的测定

为系统开展岩石力学性质参数及可钻性的测试和分析，本文收集了17块岩心，进行了声学试验、抗压强度试验、岩石硬度试验和岩石可钻性试验，为准确掌握大港油田深部地层的岩石可钻性规律提供了基本数据参考依据。岩石力学参数试验结果如表1所示。

2 岩石力学特性参数纵横向分布规律

2.1 弹性模量及泊松比

假设岩石为各向同性无限弹性体，根据纵波速度和横波速度计算动泊松比和动弹性模量的关系式为：

3.3 地层岩石可钻性剖面的确定

根据以上回归得到的声波时差与牙轮钻头和PDC钻头关系方程，结合声波测井资料，计算并绘制出地层岩石可钻剖面，由图可以看出，沙河街组牙轮可钻性级值主要分布在5-7 之间。根据岩石可钻性与地层硬度的分类关系，可以确定该地层属于中一中硬地层。

4 钻头动态数据库的建立与钻头优选及个性化设计

4.1 钻头优选

为了方便查询大港油田使用的钻头，为钻井工作提供借鉴参考，收集了近四年探井使用过的钻头，建立了钻头资料数据库。同时利用机械钻速法对钻头进行了优选。

机械钻速法是将各层位大于该层位平均机械钻速和进尺的钻头挑选出来，显然大于平均机械钻速和大于平均进尺的钻头使用效果较好，其他的钻头使用效果相对较差。选优出的钻头应用后，井深大于4500m的深探井，机械钻速提高了6.5%（由4.75m/h提高到5.06m/h）。4.2 PDC钻头个性化设计

为了提高钻头在硬夹层以及高研磨性地层切削效率，通过对大港油田深层钻头磨损情况，从以下几个方面进行改进以个性化设计实现深层钻井的提速：4.2.1？切削齿技术的改进

QuantecTM 系列PDC钻头自2010年在大港油田试用之后，取得了良好的使用效果。通过对其磨损分析，认为如果该钻头切削齿耐磨性能够提高，该钻头还可以取得更长的单只进尺。故优化设计了Q型齿的加强版Quantec ForceTM。该钻头系列具有以下特点：

（1）金刚石层相对更薄，在钻压相同的情况下，对比更厚的金刚石层，其吃入地层所需的能量更小；

（2）金刚石层颗粒以及组分进行优化，抗研磨性能提升了15%；

（3）金刚石层与碳化钨基座的几何胶结形状进行优化，减少了由于金刚石层被冲击破坏而剥落的概率，提高了切削齿的抗冲击性。

4.2.2？钻头稳定性加强

通过加入贝克休斯专利的“D”技术，提高钻头在井底工作时的稳定性。同时，增加心部布齿密度减少切削齿暴露深度。

4.2.3？钻头攻击性设计

（1）针对钻头芯部切削齿磨损轻微的特点，减少切削深度控制力度，即适当增加芯部切削齿的出露。从磨损情况来看，芯部齿完好，且没有发生崩齿现象。

（2）适当减少鼻部和外肩部的切削齿后倾角度，从磨损情况来看，角度更小，速度更快，但是还是存在外肩部轻微崩齿的风险。4.2.4？钻头布齿技术和独特后倾角设计

选用更加平滑的钻头剖面，针对深层钻头吃入困难，夹层频繁稳定性差的特点进行电脑软件模拟，优化钻头切削齿的安放位置使钻头合力指向中心。钻头心部，鼻部到外肩部和保径部的切削齿倾角优化模拟，从内到外依次提高后倾角角度以达到平滑切削的目的。

岩石力学论文:误差理论在岩石力学试验数据分析中的应用

[摘 要]在一组岩石力学性质试验数据中，有时候会出现个别的异常数值，从直观上看，该数据与其它数据有较大差异。然而如何处理这些异常数据，使实验结果更加准确，仍缺乏理论上的依据。文中简要介绍了应用误差理论的方法，对岩石力学性质试验数据异常值进行分析处理并进行计算，该方法的成功应用使岩石力学性质实验结果更加可靠。

[关键词]误差理论 岩石力学性质 试验 数据处理 异常值 剔除

一 引言

在测岩石力学性质的一组试验数据中，会出现个别的异常数值，从直观上看，该数据与其它数据差异很大。在处理试验数据时，对于这样的个别异常值，是否要别除？如果单纯凭直觉判断，似乎缺乏理论上的依据。首先要从技术上找原因，分析其是由于试验过失误差，还是其他什么原因造成的。当不易找到其他原因时，可以采用误差理论的方法进行检验，通常取显著性水平0.05或置信度为95%，然后判断这个异常数据是否应剔除。用误差理论的方法进行检验是非常必要的，检验方法也很多，这里应用误差理论方法分析岩石力学性质试验数据的异常值[1-7]。

二 异常值的检验

在整理试验数据时，往往会遇到这种情况，即在一组实验数据中，发现少数几个偏差特别大的可疑数据，这类数据又称为离群值或异常值，它们往往是由于过失误差引起的。对于可疑数据的取舍一定要慎重，一般处理原则如下。

（1）试验过程中，若发现异常数据，应停止试验，分析原因，及时纠正错误。

（2）试验结束后，在分析试验结果时，如发现异常数据，则应先找出产生差异的原因，再对其进行取舍。

（3）分析试验结果时，如不清楚产生差异的确切原因，应对数据进行统计处理，在处理岩石力学性质试验数据异常值用的统计方法有拉依达（Pauta）准则、格拉布斯（Grubbs）准则、狄克逊（Dixon）准则[8]，若数据较少，则可重做一组数据。

（4）对于舍去的数据，在试验报告中应注明舍去的原因或所选用的统计方法。

三 用误差理论的方法判断并剔除异常试验数据

（一）用拉依达准则检验煤样的抗压强度异常数值

依达准则剔除异常值虽在科研上普遍采用，但对其使用范围和如何简便快捷地剔除异常值很少涉及。为此，首先需要明确，该准则只有在测量次数较大时才适用，至少应使次才行，否则使用该准则无效。因为如果时，即使测量列中存在含有粗大误差的异常值，也不能判断出来予以剔除。下面用拉依达准则检验主焦煤矿煤样的抗压强度异常数值

该检验法适用于试验次数较多或要求不高时，这是因为， 当时，用作界限，即使有异常也无法剔除：若用作界限，则次以内的试验次数无法舍去异常数据。

（二）用格拉布斯准则检验粗煤岩样抗拉强度的异常数值

检验粗煤岩样的抗拉强度的异常数值，四次测得数值为（/Mpa）：问是否有数据被剔除？

用格拉布斯准则检验可疑数据XP时，应用的前提条件：首先认为随机样本来自正态总体，并服从正态分布[1-7]按它们的大小，从小到大的顺序排列，设……，即最小，最大，如果怀疑，或者为异常数值，那么可以这样来进行判定。先求出它们的算术平均值和标准偏差；然后计算出统计量与临界值。

四 结论

通过以上检验得到岩样、煤样、粗煤岩样的抗压，抗拉强度试验数据皆为正常值。误差理论分析结果可以为测岩石力学的性质提供科学的依据，随着煤矿科研发展的需要，误差理论必定还将得到广泛的应用，许多新的理论和方法将不断产生，处理各类岩石力学性质实验数据的方法体系日趋完善，随着计算机的普及，处理岩石力学性质实验数据的能力已有很大提高，为许多复杂统计方法的实际应用创造了条件，必将加速数据统计在岩石力学性质实验中的推广应用。

岩石力学论文:深层岩石力学试验技术在石油工程中的应用

[摘要]岩石力学在石油工程中日益显示了其重要性。本文作者从专业角度分析了深层岩石力学试验技术，分析了深层岩石的力学特征，为其在石油工程中的应用有指导意义。

[关键词]深层 岩石力学 石油工程

在深层岩石力学研究中，所涉及的地层深度大多在2 000～8 000 m范围内，研究对象以沉积岩层为主体，岩石处于较高的围压（可达200MPa）、较高的温度（可达200℃）和较高的孔隙压力（可达200MPa）作用下。这与水电站的坝基设计、高边坡稳定、隧道和巷道的开挖及支护、建筑的桩基工程、地下洞室、城市地铁建造等不超过1 000 m深度的地表或浅层岩石力学问题不同，也不同于以火成岩和变质岩为研究主体，深度超过万米的下地壳、上地幔岩石物理力学问题。20世纪60年代以来，随着我国大庆油田等油田的开发，岩石力学在石油工程中日益显示了其重要性。

主要研究范围包括：

（1）深层地应力测量理论与技术；

（2）深部地层环境下的岩石力学性质；

（3）岩石应力、渗透性的声学响应特性及岩石物理力学性质的地球物理解释；

（4）构造应力场的数值模拟及其在油气勘探与开发中的应用；

（5）深层岩石中天然裂缝的形态、分布和预测理论。

1深层岩石力学参数的室内试验测定

岩石的力学特性参数包括强度参数和弹性参数。涉及的参数主要为抗压强度、内摩擦力、内摩擦角、泊松比和杨氏模量。

目前，岩石力学特性参数的测定主要有2种方法：静态法和动态法。

静态法是通过对岩样进行加载试验测得其变形而得到参数，所得参数为岩石静态力学特性参数。

动态法是通过测定超声波穿过岩样的速度得到参数，所得参数为岩石动态力学特性参数。

根据实际受载情况，岩石的静态力学特性参数更适合工程需要。迄今为止，岩石的静态力学特参数的测定方法已比较成熟，有了一套规范的试验程序和数据处理程序。但静态法需从4地下取出待研究井段的岩芯，在室内做单轴或三轴应力试验，其缺点是成本高、时效性差、资料的代表性较差；而动态法利用声波测井资料，可直接求出原地应力下的动态力学特性参数，获得岩层沿深度的连续的力学特性资料。

静态法一般采用常规三轴压缩试验方法。试验机包括2种：柔性试验机和刚性试验机，柔性试验机适用于金属材料。

由于柔性试验机在试验过程中要储存大量的弹性能量，要得到岩石材料的全应力-应变曲线必须使用刚性试验机。

一般刚性试验机性能精密，造价昂贵，目前，国内引进的美国MTS815，MTS816和Terra Tek岩石力学试验测试系统，具备全面准确的行为控制、测试、数据后处理功能。温度、压力指标均可满足深层岩石力学基础试验的要求。

2静态和动态岩石力学参数的关系

岩石力学特性参数的静态值和动态值存在着一定的差异，静态弹性模量普遍小于动态弹性模量，而静态泊松比有的大于动态泊松比，有的小于动态泊松比。根据实际受载情况，岩石的静态力学特性参数更适合工程需要，利用声波法得到的岩石动态力学特性参数不能直接用于工程分析中。

因此，利用现场提供的纵波测井、密度测井、地层压力、部分岩芯等资料，寻找动、静态力学特性参数之间的关系以及静态参数之间的关系有着积极的意义。通过我国各主要油田砂泥岩的三轴试验研究发现，静态泊松比随围压增大而增大，岩石的泊松比、弹性模量同所处的深度有关，并提出了岩石泊松比、弹性模量和强度随地层深度、声波速度变化的规律。

3分层地应力

地层间或层内不同岩性岩石的物理特性、力学特性和地层孔隙压力异常等方面的差别，造成了层间或层内地应力分布的非均匀性。某些地层特别强烈的地应力各向异性对井壁稳定有着非常显著的影响，层间应力差对水力压裂裂缝的扩展也起着重要的约束作用，同时，对定向钻井和防斜打直也有着重要的影响。

目前，对于分层地应力主要采用以下几类预测模型：单轴应变模式：假设地层在沉积过程中，水平向的变形受到限制，则水平方向的地应力由上覆压力产生，主要包括如下模型：Mattens-Kelly模型，Terzaghi模型，Anderson模型，Newberry模型。单轴应变模式没有包括构造应力项，适用于弱构造运动地层。

石油大学“六五”模式：假设地下岩层的地应力主要由上覆岩层压力与水平方向的构造应力产生，且水平方向的构造应力与上覆压力成正比，该模式考虑了构造应力的影响，但没有考虑弹性地层和岩性对地应力的影响。石油大学“七五”模式：在石油大学“六五”模式的基础上，假设地层为匀质各向同性的线弹性体，并假定在沉积后期地质构造运动过程中，地层与地层之间不发生相对位移，所有地层2个水平方向的应变均为常量。这种模式意味着地应力与地层的弹性模量和泊松比均有关系，此模式可解释砂岩地层比相邻页岩地层有更高地应力的现象。

4深部地层断裂韧性的测量与预测

断裂韧性又称临界应力强度因子，是裂纹体分析中的关键参量，表征了线弹性裂缝尖端场（应力和应变）的奇异性程度，其数值与裂纹体的几何形状和所受载荷一般无关，因而，是物质材料的一个基本属性。根据试件加工的严格要求以及可能存在的问题，专门设计了岩石断裂韧性测试岩芯制作加工装置和断裂韧性试验仪。深入地研究了断裂韧性与其他物理力学参数间的关系。因为由测井资料可以得到地层密度、声波时差或声波速度以及泥质含量，再根据上述的试验资料统计关系，岩石的断裂韧性就可以通过声波测井资料、密度测井资料以及伽马测井资料计算得到。

岩石力学论文:岩石的地质本质性及其岩石力学演绎探讨

[摘要] 岩石力学以岩石为主要的研究对象，但其原材料-岩石，却和其他工程材料有较大区别，具有较明显的特殊性，而其主要目标则是探讨岩石的力学性能。文章首先分析了岩石力学与地质力学之间的关系，并在此基础上，从岩石的物质性与次生演化方面入手对岩石的地质本质性进行了研究，再对岩石的力学本构性等特性作了相关探讨，旨在建立一种岩石地质学与石力学相互认识及深入结合的知识通道。

[关键字]岩石 地质本质性 石力学

0引言

岩石是一种经过了漫长的地质历史和多种地球动力作用而形成的一种自然造物，并因此具有了其特殊的本质性。本文先对岩石力学与地质学的关系、岩石的地质本质性进行了相关分析，再对岩石力学本构性作了阐述，以期为岩石力学的进一步发展提供有利依据。

1 岩石力学和地质学的相关分析

1.1岩石力学和地质学的学科关系分析

岩石力学该门学科发展的研究目标是力学理论，其研究对象则是岩石。岩石属于地质产物，又称地质体[1]。从广义上理解岩石力学，岩石力学实质是力学和地质学结合而成的交叉学科，若从侧重点的角度看，岩石力学更侧重于力学和岩石地质的结合。岩石力学是一门应用基础学科，其研究任务主要是岩石的工程建设及地质资源的开发工程。从岩石力学的发展趋势看，更具深度与广度的力学、地质学势必会和和工程学科相结合。所以，地质学一定会变为岩石力学和岩石工程学科的一门支柱性基础学科。

1.2地质学的相关分析

地质学以地球为研究对象，特别是对地壳的研究，主要研究任务是对其物质组成与结构、形成、演化的地质动力作用及其过程进行研究，而地质学的核心研究思路则是地质历史的时空重建，通过以层序与构造分析为基础，采用一些现代的物理化科学方法、技术方法，使传统的地质学科进入到了现代科学行列[2]。

1.3工程地质学的相关分析

工程地质学该门学科的应用性较强，主要研究任务对工程建设的地质条件、出现的问题及治理措施进行研究，重点是对工程的地质作用进行研究，包括人类工程活动与地质环境之间的相互作用与制约。工程地质学的主要学科领域包括工程地质力学、工程岩土学、工程环境地质学、地质灾害学、资源地质工程学等[3]。

2 岩石的地质本质性分析

物体的本质性指的是物体本身的物理特性及结构而形成的内在本性。许多岩石力学家都认为岩石属于一种较特殊的材料，而其特殊性主要决定于地质本质性，同时，岩石还具有演化性。

2.1岩石的物质性分析

岩石属于矿物的结合体，是由矿物组合而成，而其物质性主要由成岩及其演化过程中所形成的矿物组合情况决定。

2.1.1原岩物质的相关分析

岩浆岩属于原始岩类，而其物质组成部分主要是由岩浆的成分决定；同时，因为变质岩与沉积岩都是次生岩类，所以岩浆岩也是地壳岩石的基本组成物质，常见的造岩矿物包括石英、云母、长石等暗色的矿物，这些造岩矿物的力学硬度与强度差异较大，其中以石英的强度最高、长石次之，那些暗色且呈鳞片状或者针状的矿物，不仅刚度小，强度也较低。矿物力学特性的差异会对岩石力学性能造成直接的影响。

在岩石中，较典型的岩浆岩则为花岗岩，该岩石一般含有较多的长石与石英，所占的比例约分别为40%～50%，但暗色矿物一般只占15%左右。不同岩类的矿物由于比例不相同及所含的矿物成分也不尽相同，因此使岩石具有多样性。沉积岩是次生岩类，其矿物组成是对原岩次生变化以及在沉积前发生于地面和水面的变化的反映。除了较典型的造岩物以外，岩石中还包括大量的岩类、黏土以及次生蚀变矿物等。化学沉积岩则主要是碳酸盐或者其他的岩类组成。同时，变质岩也是次生岩类，而浅变质岩的组成基本还和原岩一样，且原岩经过高温作用会出现熔融与再结晶的现象，最终形成深变质岩，常见的如花岗片麻岩。

在岩石的构成中，矿物晶体或者原岩颗粒之间一般是由基质充填；在结晶中，其物质组成与颗粒相似，但主要是以隐晶或者非晶质的物态呈现出来。在沉积岩中，其充填物主要是泥质、硅质与钙质，尤以硅质最强，泥质最软弱，其中硅质与钙质都是坚硬充填物。

因此，岩石在成岩之后其力学强度便会具有显著差异，软弱组分主要是降低岩石的强度，并增大岩石的环境敏感性，在后期的演化中容易发生变异。

2.1.2关于次生演化的相关分析

在后期的演化过程中，岩石会出现两种转化情况：①由坚硬组分向软弱物质转化；②由软弱组分向坚硬物质转化，两者皆属于原生矿物向次生矿物转化。从岩石工程力学性能的角度看，重点的考察对象则是岩石软化。

由上述可知，岩石的物质性主要包括矿物的组成与变异。尽管造岩矿物居于主导地位，但从岩石力学与工程研究的角度看，重点是研究软弱组分，特别是对粘土化的判定，其中以高岭石化与蒙脱石化的测定最为重要，而在某些时候，当岩石出现粘土化时，不仅会降低力学参数，还会对其均一性造成影响，甚至会改变力学的本构模型。

2.2岩石结构性的相关分析

岩石结构性指的是尺度不同的结构体其形态、排列及相互间的连接特征，是其对岩石力学特性的影响作出的一种反映[4]。岩石的结构是随着成岩而形成的，且会在后期的构造作用及次生演化中得到强化与确立。岩石的结构一般有原生结构与次生结构之分，而两种结构的构造特点有着较大的区别，并在后期的演化过程中发挥着不同的作用。

3关于岩石力学本构性分析

可以通过两个不同类型观点帮助认识岩石本构性：其中一个就是不连续力学观点，另外一个是连续力学观点。如果从使用目的方面而言，通常采用断续性观点，因为这一观点能满足实际地质具有的属性及本质。但是在研究普适性的相关方法及理论知识方面做得不够，需要进行深入了解。本文认为从岩石地质本质性角度进行分析，其结构比较复杂，因此可以选用多元耦合力学模型帮助表示。在实际中，大部分已有岩石力学本构模型也在不断尝试在某一类已有模型前提下将另外一类模型要素添加进来，以便获得满足实际需求。

不同岩石，即便是小型的手标本岩石，也会存在差异。对于含有较软弱的胶结物，或者是脆性较强的岩质颗粒的岩石，在处于风化作用或局部蚀变作用下也可含有软弱性较强的蒙脱石和伊利石等黏土矿物。在应变以及应力不断发展中，该类物质结构要素在这一阶段中体现出应力分布情况不均匀，在出现三个方向的外荷载作用下也会出现拉应力以及偏应力。若外荷载三个方向不等压情况时，在岩石中出现拉应力、局部偏应力强度也会增大。如果外荷载作用达到一定程度时，可以使岩石中一些成分材料出现屈服，导致某部分裂面结构出现滑移、张开情况，此时结束了全部弹性变形情况。

4 分析岩石物质结构情况以及岩石具备的工程力学性能情况

对岩石形成及演变过程进行综合分析，并结合主要形成物质的结构和成分，以及其工程特性，能将工程岩体类型分成3种：层状岩体类型、节理状岩体类型以及碎裂岩体类型[5]。

4.1层状岩体类型

其是主要表现是层状沉积岩，组成成分是岩质颗粒，因为泥质胶结物质含有大量黏土物，所以存在胶结连接。黏土物质分布情况是按照层进行分布，而薄层软岩则共同组成了软弱层岩体。其在构造作用下会出现褶皱现象，并在已有裂缝情况下继续演变，然后出现构造断裂现象，一般为场地的第三和第四级别结构面。很少出现贯穿第一和第二级软弱结构或是断裂结构面情况。

4.2节理状岩体类型

其主要是结晶岩类型，组成成分是造岩矿物，存在结晶连接，具有的软弱片状矿物质相对比较少，黏土物质也比较少。已有裂缝也会在一定基础情况下继续发展，然后承受一定构造作用，并出现小断层、节理裂隙情况等，一般为场地的第三、四级结构面，穿过场地的第一、第二级断裂结构、软弱面情况比较少，出现浅层演化以及次生演化不强。

4.3碎裂岩体类型

给类型岩体是由层状岩体、原生块状岩体遭受严重构造作用，或者是遇到严重浅层、次生演变情况，从而出现严重碎裂情况以及变形现象，使岩石松弛而造成裂隙情况。

5结论

总之，岩石具备的三大属性分别是：①物理本属性；②地质本质性；③力学本构性。三种属性类型共同发挥作用可以帮助更好的深入了解岩石力学知识，提高工程研究水平。理论上认为岩石力学学科属于一门多种学科知识相互交叉分布，不仅有合作，还具有分工工作的学科。因此，地质学者需要重视岩石具有的地质本质性方面内容，另一方面也不能忽视物理本属性以及力学本构性方面内容的研究。如果岩石力学研究者可以了解及掌握更多岩石地质特征知识，并进行综合分析，能帮组更好建立本构模型，以及进行力学参数的选择工作，以便达到符合工程需要的相关要求。在自然资源开发工作中以及基础工程建设施工中都会应用到岩石力学，所以其需要融汇多种不同学科知识才能很好的完成整个工作流程。

岩石力学论文:岩石力学在金属矿山采矿工程中的应用

【摘要】本文详细的讲述了岩石力学的中心内容以及基础特点，并且深入的研究了岩石力学在金属矿山采矿工程中的应用。其中包括了岩石力学与地质学的结合，国内外工程采矿工程的现状，工程实例等。

【关键词】岩石力学，金属矿山，采矿工程

前言

伴随着人类文明的前进，越来越多的新型学术不断出现。而岩石力学是一门就目前来说比较边缘的学科之一。而且其实践性非常强，适用的范围非常的广泛。例如建筑类、铁道通路类、石油、地下工程、海洋等等。岩石力学领域已经与我们的日常生活愈发的息息相关。

二、岩石力学与地质学的结合

1.岩石力学与地质学的学科关系

岩石力学将力学理论作为学科发展的研究目标，而岩石则是岩石力学研究的对象。岩石是一种地质产物，也可称地质体。广义上讲，岩石力学应是力学与地质学相结合的交叉学科，若更有针对性地来看，岩石力学侧重于固体力学与岩石地质学的结合。岩石力学属于应用基础学科，它的研究任务是以岩石工程建设为己任，也包括地质资源的开发工程。更广更深的力学、地质学，与工程学科的结合势在必行。因此，地质学必然成为岩石力学与岩石工程学科的支柱性基础学科之一。

那么，岩石力学与岩石工程学科从地质学中究竟能有何得益，地质学在哪些领域对岩石力学与岩石工程学科的研究和发展可能做出贡献，这就是本文所试图回答的主要问题。地质学是地球科学的一个分支学科。地球科学包括大气、海洋、地理和固体地球科学等固体地球科学则包含地质学、地球物理学和地球化学。

从广义和实用的角度看，地质学同其他地球科学的分支有着密切的交叉，因而也含有与它们相关的研究内容。地质学的研究对象是地球，尤其是地壳，重点在于研究它的物质组成和结构，以及其形成、演化的地质动力作用和过程。地质学的核心研究思路是地质历史的时空重建，在层序和构造分析的基础上，地质学家采用了许多现代数理化科学和技术方法，从而使传统的地质学科步入现代科学行列。

岩石力学与地质学结合的知识通道

岩石力学家大多认识到地质学是岩石力学的重要基础学科，在岩石力学的本构建模及岩石工程分析计算中试图尽可能地考虑岩石特性及地质条件，但是地质科学涵盖着大量分支学科，从何入手仍是很大的问题。

地质学家也很热心于为岩石工程建设做出自己的贡献，然而难于确定适当的切入点和深入的方向。显然，构建一条地质学和岩石力学间相互沟通的知识通道是必要的。事实上，岩石力学及土力学同地质学的结合从一开始就被认为是学科发展的要点之一。

Terzaghi和Muller教授皆为后人做出了楷模。进入2l世纪以来，国际岩石力学学会、土力学与岩土工程学会及工程地质与环境学会合作构建了国际地质岩土工程学会联合会(FederationofInternationalGeo—engineeringSocieties，FIGS)。联合会约定的分工如下：工程地质做出地质建模，岩土力学进行计算分析，岩土工程开展设计和施工。这一方案思路简洁可行，但要融合成为整体尚有很大空间，需做大量工作。

国内外深部工程现状

据不完全统计，国外开采超千米深的金属矿山有80多座，其中最多为南非。南非绝大多数金矿的开采深度大都在l000m以下。其中，Anglogold有限公司的西部深井金矿，采矿深度达3700m，WestDriefovten金矿矿体赋存于地下600m，并一直延伸至6000m以下。印度的Kolar金矿区，己有三座金矿采深超2400m，其中钱皮恩里夫金矿共开拓ll2个阶段，总深3260m。俄罗斯的克里沃罗格铁矿区，已有捷尔任斯基、基洛夫、共产国际等8座矿山采准深度达910m，开拓深度到1570m，预计将来达到2000-2500m。

另外，加拿大、美国、澳大利亚的一些有色金属矿山采深亦超过l000m。国外一些主要产煤国家从20世纪60年代就开始进入深井开采。1960年前，西德平均开采深度已经达650m，1987年己将近达900m；原苏联在20世纪8O年代末就有一半以上产量来自600m以下深部。根据目前资源开采状况，我国金属矿山开采深度以每年8～12m的速度增加，东部矿井正以100t250m／(1Oa)的速度发展。近年己有一批矿山进入深部开采。

其中，在金属开采方面，沈阳采屯矿开采深度为l197m、开滦赵各庄矿开采深度为l159m、徐州张小楼矿开采深度为l100m、北票冠山矿开采深度为l059m、新汶孙村矿开采深度为l055m、北京门头沟开采深度为l008m、长广矿开采深度为l000m。在金属矿开采方面，红透山铜矿目前开采己进入900到l100m深度，冬瓜山铜矿现已建成2条超l000m竖井来进行深部开采，弓长岭铁矿设计开拓水平750m，距地表达l000m，夹皮沟金矿二道沟坑口矿体延深至l050m，湘西金矿开拓38个中段，垂深超过850m。此外，还有寿王坟铜矿、凡口铅钵矿、金川镍矿、乳山金矿等许多矿山都将进行深部开采。可以预计在未来20年我国很多金属矿山将进入到l000～l500m的深度。

四、金属矿山开采工程今后的研究重点

虽然目前对于金属矿山开采工程研究己取得了一部分成果，总的来看，侧重技术、注重个案，深层次的基础研究重视不够，因此，根据我国金属矿山资源开采情况，要保证我国主体后备资源供给，深入开展100一1500m矿山开采基础理论研究迫在眉睫。

金属矿山开采工程中的岩石力学问题由于处于“三高一扰动”的复杂力学环境，使得金属矿山岩石力学行为以及深部灾害特征与浅部明显不同，基于浅部开采建立起来的传统理论己不再适合于深部开采，主要表现在：

1、强度确定在浅部开采条件下，由于所处的地应力水平比较低，其工程岩体强度一般采用岩块的强度即可，即在实验室对岩块进行加载直至破坏所确定的强度。而在金属矿山开采条件下，由于地应力水平比较高，工程开挖后，工程岩体在高围压作用下，一个或两个方向上应力状态的改变所表现出的强度变化，并不是简单的表现在受拉或受压，而是复杂的拉压复合状态，即径向产生卸载，而切向产生加载，因此，其工程岩体强度就不能简单的用岩块强度来确定，必须建立符合金属矿山开采特点的工程岩体拉压复合强度确定理论。

2、稳定性控制理论在浅部开采条件下，由于所处的地应力水平比较低，工程开挖后，围岩一般不会产生破坏，因此，采用一次支护即可实现工程的稳定性。而深部开采条件下，工程开挖后，在高于工程围岩强度的围压作用下，工程围岩就会产生破坏，此时采用简单的一次支护就不能满足工程稳定要求，必须采用二次支护或多次支护才能实现工程的稳定性。因此，由浅部建立起来的稳定性控制理论己不再适合，必须建立适合金属矿山开采工程的二次(支护)稳定性控制理论。

3、设计理论在浅部开采条件下，由于工程围岩所处的力学环境比较简单，因此，在进行稳定性控制设计时，采用传统的线性设计理论即可奏效。而金属矿山开采环境下，由于工程围岩所表现出的非线性力学特性，使得在进行稳定性控制设计时，就不能简单的采用一次线性设计，而必须考虑采用二次以至更复杂的多次非线性大变形力学稳定性控制设计理论。

今后研究重点针对金属矿山开采工程中存在的岩石力学问题，今后主要研究方向集中在深部岩石力学基本特性、深部开采工程稳定性控制、金属矿山开采地表环境损伤控制等方面。

深部岩石力学基本特性研究深部“三高一扰动”的复杂环境，使深部岩体的组织结构、基本行为特征和工程响应均发生根本性变化，也是导致深部开采中灾变事故出现多发性和突发性的根本原因所在。因此，金属矿山岩体长期处于“三高”环境下，由于采掘扰动所表现出的特殊力学行为是金属矿山资源开采所面临的核心科学问题。其中，金属矿山高应力场成因及多个应力场的藕合作用状态研究、深部复杂应力状态下岩体拉压复合强度确定方法及其灾变机理将是今后研究的重点。

金属矿山开采工程稳定性研究与一般地表工程不允许进入塑性破坏状态不同，金属矿山开采工程稳定性问题是研究开采围岩破坏后与支护系统相互作用达到二次稳定的复杂力学问题，包括金属矿山矿层采动引起顶板破断后，采场局部顶板结构与支架相互作用，达到二次稳定的作用机理以及与采场相配套的巷道围岩产生塑性大变形后与支护体系相互作用达到二次稳定的作用机理。同时，由于金属矿山采动条件下工作面回采所形成的采动应力场与巷道掘进形成的开挖应力场相互藕合叠加，形成了复杂的三维应力场，其采动应力分布及其与回采空间多维、动态的时空规律以及支承压力区范围及峰值应力等也将产生很大变化，因此，应在深入分析金属矿山采场及巷道围岩采动应力时空分布规律的基础上，结合金属矿山岩体非线性力学特性的研究，探讨金属矿山开采采场及巷道一体化稳定性非线性力学控制对策。

金属矿山开采与地表环境损伤控制对策研究金属矿山条件下，由于岩体的结构、力学特性及破碎断裂规律都将发生较大变化，因此，采动过程中岩体的变形、破断、移动规律也会产生明显的不同。如何建立描述金属矿山采动覆岩变形一破断一移动全过程的结构运动力学模型，分析其结构运动全过程对采场矿压、巷道矿压、岩层内部裂隙分布、岩层移动与地表沉陷的动态影响，是控制深部开采对地表环境影响最小化的关键。

五、结束语

如果岩石力学的研究者能够更加的考虑岩石的本身独特特征，那么必将会更加有益与未来的采矿发展。让岩石力学在采矿事业中更多的广泛利用起来。

岩石力学论文:岩石力学在采矿工程中的研究

【摘 要】岩体力学不是一门系统的学科，它属于地质学与力学之间的一门边缘学科，现如今在采矿工程中的应用也比较广泛。本文首先介绍了岩体力学的时代背景，其次又从三方面探讨了岩石力学在采矿工程中的应用，分别是：对于深部开采所带来的灾害预测、矿山地应力场测量、大型深凹露天矿边坡设计优化。

【关键词】岩石力学；采矿工程；应用

1.简述采矿工程中岩体力学的特点

①采矿工程多处于地下较深处，而其它地下工程多在距地表较近（几十米）的范围内；②对矿山工程，只要求在开采期间不破坏，在采后能维持平衡状态不影响地表安全即可，故其计算精度、安全系数及加固等方面均低于国防、水利工程的标准；③矿山地质条件复杂，又受矿床赋存条件限制，故采矿工程的位置选择性不大，同时采掘工作面不断变化，因而采矿工程岩石力学具有复杂性的特点。

在岩体表面或其内部进行任何工程活动，都必须符合安全、经济和正常运营的原则。以露天采矿边坡坡角选择为例，坡角选择过陡，会使边坡不稳定，无法正常采矿作业，坡角选择过缓，又会加大其剥采量，增加其采矿成本。然而，要使岩体工程既安全稳定又经济合理，必须通过准确地预测工程岩体的变形与稳定性、正确的工程设计和良好的施工质量等来保证。其中，准确地预测岩体在各种应力场作用下的变形与稳定性，进而从岩体力学观点出发，选择相对优良的工程场址，防止重大事故，为合理的工程设计提供岩体力学依据，是工程岩体力学研究的根本目的和任务。

2.岩石力学在采矿工程中的应用

岩石力学理论服务于采矿活动，其目的有四个方面。

（1）充分利用地壳内部各种应力来进行落矿、运矿以减少崩矿费用。

（2）尽可能地减少工程量，降低采矿成本。

（3）控制崩落矿石块度，减少二次破碎

（4）最大限度地提高生产规模，创造矿山经济效益。

2.1矿山地应力场测量

地应力是存在于底层中的天然应力，它是引起采矿水利水电、土木建筑、铁道、公路和其他各种地下或露天沿途开挖工程变形和破坏的根本作用力，是实现采矿和岩土开挖设计和决策科学化的必要前提。对于矿山设计来讲，只有掌握了具体工程区域的地应力条件，才能合理确定矿山的总体布置，选取适当的采矿方法，确定巷道和采场的最佳断面形状、断面尺寸、开挖步骤、直呼形式、支护结构参数、直呼时间等，从而在保证围岩稳定性的前提下，最大限度地增加矿石产量，提高矿山经济效益，实现采矿工程的优化。

目前普遍采用的地应力测量方法有应力解除法和水压致裂法两大类。其中，套孔应力解除法是发展时间最长，技术比较成熟的映众地应力测量方法。在测定原始应力的适用性和可靠性方面，目前还没有那种方法可以与之相比。据统计，在全世界已经获得的地应力测量资料中，有80%是有应力解除法测得的。对于矿山来讲，采用应力接触法更有得天独厚的条件。因为矿山有系列的航道、硐室可接近地下测点，而不需要向水压致裂法那样必须打专门的钻孔才能到达测点。因而对矿山地应力测量而言，采用应力解除法是最经济和可靠的。

2.2地下矿山采矿设计优化

矿床的形成过程、赋存状态和开采稳定性均受地应力场的控制。为此，必须以地应力为切入点进行采矿设计优化。即：根据实测地应力和扎实的工程地质、水文地质及矿岩物理力学性质等基础资料，以及实际的矿体赋存和开采条件，通过定量计算和分析，选择合理的采矿方法，确定最佳的开采总体布置、采场结构管参数、开采顺序、直呼加固和地压控制措施，实现安全高效的开采目标。

2.3大型深凹露天矿边坡设计优化

我国一大批大中型露天矿山已经或即将由山坡露天开采转为深凹开采。随着边坡的价高架豆，边坡稳定性维护的难度越来越大，边坡滑移和倾倒破坏事故的发生日益频繁，严重威胁矿山的安全生产，制约矿山生产能力的提高。但是另一方面，对于大型露天矿山，提高边坡角有事减少剥离和生产成本的重要手段。

国内外边坡稳定性分析和设计的传统方法是极限平衡法，这是一种静态的确定性分析方法，而实际的边坡状况是岁开采过程不断变化的，是动态的不确定性的；该方法是基于土力学理论提出来的，不能考虑实际的岩体条件，如断层、节理的存在，同时也不考虑地应力。而实际上这些对边坡的稳定性和破坏起控制作用。因而该方法度山坡露天矿设计可能是适用的，但对深凹露天矿设计并不适用。

为了克服传统的极限平衡分析方法的不足，必须采用现代的科学技术，充分考虑地应力的作用和实际的工程岩体条件，通过定量的计算分析，实现边坡设计的优化。具体的试试路线为：采用数值模拟和极限平衡分析相结合的方法，对不同边坡角和边坡设计方案进行定量的计算和分析，在保证安全的前提下，尽可能低提高边坡角，减少剥离量，尽可能地减少生产成本，增加矿石产量和矿山效益。

2.4深部开采动力灾害预测与防治

深部开采动力灾害，包括岩爆、矿震、冲击地压，是深部开采中可能遇到的突出问题。

目前的研究技术路线为：从扎实的现场地应力测量、工程地质调查、岩石力学实验和现场检测资料的采集入手，以能量聚集和演化为主线，揭示岩爆发生的机理及其与采矿过程、地质构造和岩体特性的关系，对岩爆发生的时间、空间和强度进行定量的预测；将预测和防治、地下河地面、生产安全和环境安全融为一体进行评价和研究。

3.岩石力学在采矿工程中的发展趋势

岩石力学已经广泛应用到了采矿工程中的各个领域，而且其研究理论正在不断创新，研究手段也日新月异。随着我国矿产资源的续开发，在采矿工程终将会遇到条件更复杂、拿督更大的岩石力学问题，因此，岩石力学与工程学科的理论水平和工程能力都有待进一步提高。

岩体力学的发展是和人类工程实践分不开的。起初，由于岩体工程数量少，规模也小，人们多凭经验来解决工程中遇到的岩体力学问题。因此，岩体力学的形成和发展要比土力学晚得多。随着生产力水平及工程建筑事业的迅速发展，提出了大量的岩体力学问题。由于岩体中具有天然应力、地下水等，并发育有各种结构面，所以它不仅具有弹性、脆性、塑性和流变性，而且还具有非线弹性、非连续性，以及非均质和各向异性等特征。对于这样一种复杂的介质，不仅研究内容非常复杂，而且其研究方法和手段也应与连续介质力学有所不同。

今天，由于矿产资源勘探开采、能源开发及地球动力学研究等的需要，工程规模越来越大，所涉及的岩体力学问题也越来越复杂。这对岩体力学提出了更高的要求。

岩石力学论文:随机化方法在岩石力学中应用及研究综述

摘要：

岩石是地球上分布最广，总量最大（地球99%以上的材料构成是岩石）的一种自然地质材料[1]，它构成了地球四大圈层之一的岩石圈，因此与岩石有关的各项工程活动将与人类乃至其他生物的生活环境密切相关， 开展岩石力学及工程应用的研究具有重要的理论及现实意义。

关键词：岩石随机模糊

自从1963年意大利Vajont大坝上游左岸的库岸边坡滑坡造成毁灭性的灾难以来，岩石的工程力学性质开始被人们所重视，并由此开始了现代岩石力学的工程应用研究。随着全球工业化的快速发展，世界各地都开展了许多大规模的岩石工程，涉及能源和资源开发的各个方面。在过去的半个世纪，人们更多的是将经典的力学方法及确定性理论应用于岩石力学的研究，在这方面已经取得了相当瞩目的科研成就[3]。由于岩石的组构、矿物成分，赋存的力学和地质环境的不同，所以岩石的物理力学性质相差极大，通常都不能作为均一的材料，除非研究对象的几何尺度远远超过岩石的特征尺度。这个特征尺度可以是岩石的微细观的REV或者是岩体的宏观REV尺度。

随着岩石力学及工程应用研究的深入，人们越来越发现确定性理论在描述岩石力学及某些工程问题时存在的不足，因此亟需引入随机模糊理论的研究方法，来描述岩石的几何、物理、力学以及工程性质[4]。这就需要从数学模型的角度，对岩石工程遇到的不确定因素进行分类，这些因素可分为3种[2]：随机性、模糊性以及未确知性。这些不确定性因素主要是由于岩石材料的非均一性、空间组成矿物材料的不确定性、以及反应岩石性质的信息、数据的不全面、不完整而导致的不确定性。目前接触较多、研究相对也比较成熟的是力学随机性问题。由此而专门发展出一套有关岩石力学性质的随机力学。另外，从工程角度进行分类，不确定因素还可体现在以下几方面[2]：荷载的不确定性、材料物理力学参数的不确定性、几何尺寸的不确定性、初始条件和边界条件的不确定性和计算模型的不确定性。

针对岩石力学与工程的这些不确定性问题，研究人员已经从多个方面开展了模糊岩石力学与随机岩石力学的研究。本文将总结这些方面的研究成果，以期对随机理论和模糊数学在岩石力学与工程中的应用有一个全面而系统的认识，并通过对文献的解读，指出目前研究的热点，存在的不足以及未来研究的展望。

2. 岩石及岩体裂隙结构的随机模拟

岩石及岩体都是赋存于自然地质条件中的初始损伤体。在岩石内部通常都会由于矿物颗粒的沉积作用以及动力变质作用而形成初始微裂隙，这些微裂隙的存在极大地改变和决定了岩石的微细观结构以及力学性质（包括岩石的初始各向异性和诱发各向异性）。在描述岩石微细裂隙结构方面，X光衍射仪和扫描电镜[5]是这方面的强有力研究手段。朱珍德 等人[6]引入随机数学及模糊数学理论，在Matlab开发平台上，采用Monte-Carlo随机理论描述大理石细观结构体积表征单元，通过计算机对其细观SEM扫描电镜照片进行二值化分析，提取出微裂隙的长度、方位角、宽度、面积和周长等细观信息，测定了大理石颗粒及矿物组构的几何尺度，并得到大理石微细观裂隙的几何尺寸的概率密度及分布函数形式，最后采用分形理论，得到岩石微结构的分形盒维数，并与Swoboda损伤理论相结合，描述了大理岩考虑损伤效应的应力应变关系。

岩体中包含大量的节理裂隙，这些节理裂隙形成的网络系统对岩体的力学性质，如：变形、破坏具有控制性的作用，它们是岩体非连续性、非均匀性和各向异性的根源。要明确工程岩体的变形和破坏模式必须对岩体的节理裂隙网络以及岩体的结构有比较清晰的认识，这就需要对节理裂隙进行产状和几何尺寸的现场统计和调查分析。随着电子计算机的发展，人们期望能够将现场统计的节理裂隙地质资料在计算机上再现，然后将建立的几何模型应用于数值模拟和计算分析。数值分析方法确定节理岩体等效参数的主要特点是充分利用现场地质调查、节理裂隙统计、室内及现场岩样和节理结构面试验等岩体已知信息，建立不同尺度的节理岩体裂隙网络模型[7]。这样就可以实现从现场调查的地质资料到计算机的模拟再现和三维地质模型的建立，进而利用连续等效应变和节理损伤张量理论，可以确定宏观岩体的等效力学参数。采用这种数值手段模拟任意尺度下的岩体力学试验，可以在一定程度上弥补不能开展大尺度岩体力学试验的问题。张贵科 等人[8]在前人的研究基础上，对节理岩体裂隙网络的计算机模拟进行了深入的研究，提出采用平面四边形来模拟岩体结构面的方法，这种处理与实际情况更为接近。采用解析代数的方法，[8]中给出了平面四边形的数学描述及其与空间点的关系，并在此基础上，研究了岩体的REV尺度，开发了岩体三维裂隙网络图形的模拟程序。图1是该软件生成的岩体结构图。张贵科 等[9]在此研究的基础长，利用岩体裂隙网络和等效连续应变理论，推导考虑初始应力条件的节理岩体等效应变的计算方法，并根据正交各向异性的弹性本构模型，将节理岩体在REV尺度上等效为正交各向异性连续材料，进而计算其等效变形参数。文献[8, 9]为节理岩体的等效连续模型的建立提供了很好的思路和方法。

图1节理岩体裂隙网络的计算机模拟[8]

3. 岩质边坡模糊稳定性分析方法

岩质边坡的稳定性很大程度上取决于岩体中的节理强度及分布形式。由于节理在空间中的分布形式，形成不同产状，将完整岩石切割分块。不同的节理空间分布形式决定了岩质边坡的破坏形式。在实际的边坡工程中，岩质边坡主要展现出四种破坏形式[10]：平面滑动破坏、楔形体破坏、倾倒破坏和大规模密集节理切割后形成散体结构的圆弧滑动破坏。在工程实践中，采用赤平极射投影法进行统计分析可以获得边坡的节理分布规律，确定优势节理组的产状，结合边坡面的产状可以大致确定边坡的破坏模式。但事实上获得边坡岩体的地质资料通常都只具有统计学上的规律，并不能给出一个唯一确定的稳定性参数，因此，有必要在岩质边坡中引入模糊数学的方法对边坡的稳定性做性的稳定性评价。

众多学者[11, 12, 13, 15]的研究表明，各种力学参数的模糊性、随机性对工程稳定性的评价有着至关重要的影响，并且受到越来越多的重视。在这方面，徐卫亚 等人[14]对节理岩体边坡模糊稳定性评价方法做了系统而深入的研究。在此文中报道了节理岩体边坡模糊安全系数的计算公式，以及编制的基于潜在滑动面自动搜索边坡模糊稳定性研究程序。利用模糊数学区间参数的计算原则，对各个参数隶属函数引入水平截集，得到各个模糊数的模糊区间，再根据扩展原理计算出模糊安全系数的隶属度函数，进而利用节理岩体边坡的安全系数的计算方法可以确定安全系数。此研究针对节理岩体边坡中节理和岩块力学参数的模糊性进行研究，并提出考虑力学参数模糊性影响的节理岩体边坡稳定性分析方法，为节理岩体边坡工程设计提供更全面的参考依据，尽可能避免由于计算参数模糊性给工程实践带来的影响[14]。

4. 岩石力学参数的模糊识别

由于岩石的非均一性和材料组分的多样性，似的岩石的物理力学参数存在较大的变异区间。因为受试验防范和条件的限制，岩石的力学的试验结果具有一定的不确定性其不确定性包含随机性和模糊性，这是由于岩石试样性态和类属是确定的；而模糊性则是岩石试样特性内在的不确定性。随机性只涉及信息的量，通过对同一岩体反复抽样，进行大量试验就可以逼近该岩体的力学参数特性；模糊性则关系到信息的意义，它反映的是岩石样本对工程地岩体的隶属程度[16]。最小二乘法和随机—模糊法是确定岩石力学参数的基本方法，唐杰军 等[16]将这两种方法进行了结合和分别应用，得到了一个确定岩石抗剪强度参数的朴实方法，并将其应用于实际的岩石力学参数测定。岩石工程由于参数难以确定，通常可以采用位移反演的方式，根据现场的位移监测资料反演岩石的力学参数。当目前的研究绝大多数属于确定性反分析。但是在众多的岩石工程中，由于量测技术和方法的限制和外界偶然扰动因素，如工程爆破开挖、机械振动的作用，不可避免地，使得测定的位移不可能是真的变形值。因而测量的位移本身就是一个随机变量。工程岩体的变形过程也就是一个随机过程所以只能用一个随机变量来使其再现。基于此，刘世君 等人[18]和徐卫亚 等人[17]，指出应该从概率的角度来研究变形，反演出参数。通过实际工程的应用研究，他们建立了一套17方法并将其应用于实际的水电工程中。通常将目标参数作为随机变量来考虑，通过对实际工程中监测到的现场位移数据进行分析，最后给定岩石的力学参数的区间取值。由于实际的岩石工程通常都存在流变变形以及长期稳定性的问题。这就需要在实际应用中使用黏弹塑性模型来描述其力学行为。同样地，与弹塑性性的参数反演类似，岩石流变本构模型也存在参数的模糊反演的问题。为此，刘世君 等人[19]提出了岩石粘弹性模型的辨识及参数反演的方法。利用蠕变柔量的概念，根据位移和蠕变柔量两步反分析法，从流变性模型的一般表达式中辨识出适用的本构模型。由相应的位移实测值用解析法反演岩石的蠕变柔量，再由岩石的蠕变柔量运用非线性技术辨识出岩石本构模型的最终表达式，最后进一步由模型参数反算出岩体的粘弹性参数。应用平面复变影射、保角变换方法可得围岩内任一点在曲线坐标中的位移和满足应力边界条件的复势函数。再利用复变函数分析方法确定曲线坐标下的蠕变柔量和广义蠕变柔量的线性方程组。这种方法可以在一定程度上避免参数不确定的问题，并可以使用辨识得到的模型和反演出来的参数对岩体工程的长期流变稳定性进行数值计算和预测。

5. 岩石材料的随机本构模型

前述的岩石力学问题都涉及到随机模糊理论在岩石力学与工程中的应用，这种应用集中在对岩石的几何以及物理力学参数模糊识别与计算机的再现。另外还有学者将随机模糊理论应用于岩石的本构模型，用于描述和解决岩石应力应变关系的不确定性问题。徐卫亚和韦立德[21, 22]在这方面做了一些卓有成效的研究工作。他们基于概率论和损伤力学，对岩石在荷载作用下的破坏、损伤和弹塑性变形进行了深入的探讨。在其模型的损伤演化方程中全部采用有效应力，这样的处理更能反映岩石的真实剩余强度。将发生破坏的微元占微元总体的比例定义为损伤变量，这样损伤变量就背定义成破坏概率，这与以往的处理方式不同。在进行损伤变量处理时，假设岩石微元破坏服从Weibull分布；处理岩石的屈服时使用了德鲁克-普拉格屈服准则。最后建立了弹塑性损伤耦合的本构模型，并将其应用于岩石的应力应变描述。该模型能够很好的反应岩石经过峰值破坏后的残余强度。

6. 随机有限元法在岩石力学中的应用

随着计算机的快速发展，数值方法已成为研究和解决岩石力学问题的一种必不可少的方法。有限元法是计算岩石力学的常用方法。经过数十年的发展有限元理论已发展成熟，并有很多大型商业软件推出。随着随机模糊理论的应用和随机力学的发展，这些理论被逐步引入并应用到有限元方法中，由此形成了随机有限元理论。随机有限元法作为随机力学的一个主要部分。经过20余年的发展，目前已成为分析随机因素影响下结构随机响应的强有力的工具[20, 23]。目前出现的随机有限元法可分为[2]：直接Monte-Carlo法、改进Monte-Carlo法、摄动法、直接偏微分法、加权积分法和响应面法等。其中直接Monte-Carlo法由于太费时而显得很不实用，改进的Monte-Carlo法虽在上比直接Monte-Carlo法有了较大的提高，但一般仍难应用于大型工程问题；加权积分法对于随机场特性比较显著的情形精度较高，但由于公式比较繁琐，很难在三维地质模型中推广应用。

针对不同的岩石力学研究领域，目前众多的研究人员开展了大量有关随机有限元的应用研究。何翔[24]在研究岩体渗流应力耦合的问题时，将岩体渗流、力学参数视为空间随机场，这样可以较好地反映参数的空间变异性；采用的普通克立格估值法和泛克立格估值法能保证估值的无偏性和有效性。他在等效连续介质模型的基础上，采用随机有限元法对含随机耦合场进行数值模拟，可得到孔压、应力、位移等场变量的随机分布特征。也可以方便的分析耦合场内孔压、位移等变量对参数的灵敏度。王亚军[25]研究了模糊随机损伤有限元在岩土工程中的应用问题。他基于模糊分解定理建立了模糊空间上的模糊变分理论，然后依据扩张原则在广义非确定性空间上提出了模糊随机变分列式；由随机变分列式在经典随机有限元理论基础上，建立了线性一次逼近随机有限元模型，并对实际工程进行了模拟应用。李涛[26]在处理软土路基的工程问题时，提出了考虑大变形的固结随机有限元格式。并在实际工程中取得了较好的应用。

岩石力学论文:试述岩石力学在金属矿山采矿工程中的应用

摘 要：由于我国经济的发展对资源的需求旺盛，对金属矿的需求也越来越多，本文介绍了现代岩石力学的核心内容和本质特征及其在金属矿山采矿工程中的应用，包括矿山地应力场测量，地下矿山采矿设计优化，大型深凹露天矿边坡设计优化和深部开采动力灾害预测与防治，介绍了金属矿山地应力的规律性及地下矿山采矿设计优化方法。

关键词：岩石力学；金属矿山；采矿工程；应用

1 岩石力学的特点

随着人类文明的不断进步，以及科学技术的不断发展，许多新的学科应运而生。岩石力学是近展起来的一门应用性和实践性很强的新兴学科和边缘学科，它的应用范围涉及采矿、土木建筑、水利水电、铁道、公路、地质、地震、石油、地下工程、海洋工程等众多的与岩石工程相关的工程领域。一方面，岩石力学是上述工程领域的理论基础；另一方面，正是上述工程领域的实践促使了岩石力学的诞生和发展。

1966年，美国科学院岩石力学委员会对岩石力学给予以下定义：“岩石力学是研究岩石的力学性状的一门理论和应用科学，它是力学的一个分支，是探讨岩石对其周围物理环境中力场的反应。”这一定义是从“材料”的概念出发的，带有材料力学或固体力学的深深烙印。随着岩石力学理论研究和工程实践的不断深入和发展，人们对“岩石”的认识有了突破。首先，不能把“岩石”看成固体力学中的一种材料，所有岩石工程中的“岩石”是一种天然地质体，或者叫做岩体，它具有复杂的地质结构和赋存条件，是一种典型的“不连续介质”。其次，岩体中存在地应力，它是由于地质构造和重力作用等形成的内应力。由于岩石工程的开挖引起地应力的释放，正是这种“释放荷载”才是引起岩石工程变形和破坏的根本作用力。因此岩石力学的研究思路和研究方法与以研究“外荷载作用”为特征的材料力学、结构力学等有本质的不同。最近的研究表明，无论是岩体结构，还是其赋存状况、赋存条件均存在大量的不确定性。因此，必须改变传统的固体力学的确定性研究方法，而从“系统”的概念出发，采用不确定性方法来进行岩石力学的研究。“岩体”是自然系统，“工程岩体”是人地系统，其行为和功能与施工因素密切相关。

根据上述分析，现在可以重新定义：岩石力学是一门认识和控制岩石系统的力学行为和工程功能的科学。采矿工程涉及的岩石力学问题主要有如下几个方面。

(1)矿山地应力场测量

(2)露天采矿边坡设计及稳定加固技术

(3)井下开采中巷道和采场围岩稳定性问题，特别是软岩巷道和深部开采地压控制问题

(4)采矿设计优化，包括采矿方法选择、开采总体布置、采场结构、开采顺序、开挖步骤、地压控制、支护加固的优化等

(5)岩爆、煤与瓦斯突出、矿井突水预测、预报及预处理理论和技术

(6)采空区处理及地面沉降问题。

2 矿山地应力场测量

2. 1 地应力测量的重要性

地应力是存在于地层中的天然应力，它是引起采矿、水利水电、土木建筑、铁道、公路和其他各种地下或露天岩土开挖工程变形和破坏的根本作用力，是实现采矿和岩土工程开挖设计和决策科学化的必要前提。因为对矿山设计来讲，只有掌握了具体工程区域的地应力条件，才能合理确定矿山总体布置，选取适当的采矿方法，确定巷道和采场的最佳断面形状、断面尺寸、开挖步骤、支护形式、支护结构参数、支护时间等，从而在保证围岩稳定性的前提下，最大限度地增加矿石产量，提高矿山经济效益，实现采矿工程的优化。

根据弹性力学理论，巷道和采场的最佳形状主要由其断面内的2个主应力的比值来决定，为了减少巷道和采场周边的应力集中现象，它们最理想的断面形状应是一个椭圆，而这个椭圆在水平和垂直方向的两个半轴的长度之比应与该断面内水平主应力和垂直主应力之比相等。在此情况下，巷道和采场周边将处于均匀等压应力状态。这是一种最稳定的受力状态。在确定巷道和采场走向时，也应考虑地应力的状态，最理想的走向是与最大主应力方向相平行。

由于采矿工程的复杂性和形状多样性，利用理论解析的方法进行工程稳定性的分析和计算几乎是不可能的。但是，近20年来大型电子计算机的应用和各种数值分析方法的不断发展，使采矿工程成为一门可以进行定量设计计算和分析的工程科学。所有的计算和分析都必须在已知地应力的前提下进行。如果对工程区域的实际原始应力状态一无所知，那么任何计算和分析都将失去其应有的真实性和实用价值。

2. 2 地应力测量的主要方法

测量原始地应力就是确定存在于拟开挖岩体及其周围区域的未受扰动的三维应力状态，这种测量通常是通过一点一点的量测来完成的。岩体中一点的三维应力状态可由选定坐标系中的6个分量(Rx，Ry，Rz，Sxy，Syz，Sxz)来表示，这种坐标系是可以根据需要和方便任意选择的，但一般取地球坐标系作为测量坐标系。由6个应力分量可求得该点的3个主应力(R1，R2，R3)的大小和方向，这是唯一的。在实际测量中，每一测点所涉及的岩石可能从几立方厘米到几千立方米，这取决于采用何种测量方法。但不管是几立方厘米还是几千立方米，对于整个岩体而言，仍可视为一点。由于地应力状态的复杂性和多变性，要比较准确地测定某一矿区的地应力状态，就必须进行充足数量的“点”测量。在此基础上，才能借助数值分析和数理统计、灰色建模、人工智能等方法，建立矿区的地应力场模型。

目前，应力解除法已形成一套标准的测量程序，具体步骤如下：

第一步：从岩体表面，一般是从地下巷道、隧道、峒室表面向岩体内部打大孔，直至位于岩体内的测点部位。大孔直径为130~ 150 mm，深度为巷道、隧道或峒室跨度的2. 5倍以上，从而保证测点是在未受岩体开挖扰动的原岩应力区。

第二步：从大孔底打同心小孔，供安装探头用。小孔直径一般为36~ 38 mm，深度一般为孔径的10倍左右，从而保证小孔中央部位处于平面应变状态。

第三步：用一套专用装置将测量探头安装(固定或胶结)到小孔中央部位；空心包体应变计是目前国内外采用最广泛的应力解除法测量仪器(探头)。

第四步：用第一步打大孔用的薄壁钻头继续延深大孔，从而使小孔周围岩芯实现应力解除。由于应力解除引起的小孔变形或应变由测量探头测定并通过仪器记录下来。根据测得的小孔变形或应变通过有关公式即可求出小孔周围岩体的原岩应力状态。

3 地下矿山采矿设计优化

金属矿床的形成过程、赋存状况和开采稳定性均受地应力场的控制。为此，必须以地应力为切入点进行金属矿采矿设计优化。

(1)采用盘区上向高分层连续回采充填采矿工艺，显著提高了采场生产能力和采矿强度，减少了采准工作量，降低了生产成本；实现了各采场连续回采，大大增加了盘区内同时回采的采场数目，大幅度提高了盘区生产能力，充分发挥了机械化无轨作业的优越性；大大增加了采场安全性，显著降低了采矿损失率和贫化率。

(2)采用数值模拟等多种方法进行了采矿设计的定量计算、分析，实现了采场结构参数和开采顺序的优化；盘区呈“品”字型布置采场进路的免压拱开采技术获得成功，使采场围岩的应力分布趋于合理，采场地压得到有效控制。在应力降低区的下方进行开采，肯定是有利于安全的。

(3)实现了采场凿岩爆破参数的优化，提高了爆破效率和质量，增大了采场生产能力，节省了凿岩爆破成本，同时使采场作业环境大大改善。

(4)实现了无轨采掘设备的优化配置和全盘机械化，提高了无轨采掘设备的作业效率和机械化作业水平。提高了矿山生产能力，降低了生产成本。

(5)采用多种手段进行现场地压实时监测，为地压控制和生产安全提供了保障。通过研究，使盘区生产能力增加了88%，采场劳动生产率提高了61. 6%，采矿总损失率下降了51%，矿石总贫化率下降了25%，黄金产量增加了75. 5%，采矿技术经济指标全面达到世界先进水平。

结束语

随着我国经济的持续发展，以及科学技术的不断进步，岩石力学在金属矿山采矿工程中的应用会更加广泛。

岩石力学论文:焦家金矿寺庄矿区岩石力学试验研究

摘要：随着焦家金矿寺庄矿区矿床开采深度的增加，矿岩的破碎程度也越来越严重，矿岩的稳固性越来越差，为确保采场安全，对寺庄矿区矿岩力学性质进行岩石的物理性质试验、岩石抗压强度、岩石剪切强度、岩石抗拉强度的测试分析，为矿山采场结构参数的优化奠定基础。

关键词：寺庄矿区；岩石力学；测试分析；矿床开采；采场结构参数

寺庄矿区是山东黄金矿业股份有限公司焦家金矿的分矿山，生产能力近1500t/d，为山东黄金的发展做出了重要贡献。目前，随着矿床开采深度的增加，矿体所受的地应力越来越大，矿岩的破碎程度也越来越严重，矿岩的稳固性越来越差，冒顶片帮现象越来越多，甚至出现岩爆现象。因此，为确保采场安全，提高矿山经济效应和安全效应，对寺庄矿区矿岩物理力学性质进行测试分析，为矿山采场结构参数的优化奠定基础。

1 岩石取样地点及矿岩性质

岩石物理力学实验的目的是为山东黄金矿业股份有限公司焦家金矿寺庄矿区-220m以上7-2号矿体的回采提供依据，分别对上盘、下盘和矿体进行取样。将取好的岩样进行试件的加工，加工试件的尺寸均严格按照岩石物理力学试验国家标准进行，将加工好的试件，抗压强度试验和劈裂试验均按照GB/T 50266-99规范进行试验，剪切试验按MT48-87规范进行试验。在矿区选取具有代表性的块石样，上盘：黄铁绢英岩化碎裂岩、黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩；矿体：黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩；下盘：黄铁绢英岩化花岗岩、绢英岩化花岗质碎裂岩。

2 岩石力学试验

单轴抗压试验和抗剪试验采用SANS微机控制电液伺服万能试验机，最大载荷为2000kN；劈裂试验采用上海华龙测试仪器有限公司生产的微机控制全自动压力试验机，最大载荷为200kN。岩石抗压、剪切、劈裂试验见图1至图3，图4至图6为上盘、矿体、下盘岩样单轴压缩试验应力-应变曲线，测试后的岩石力学参数见表1。

3 结语

（1）岩石试验的物理性质：上盘密度2.726t/m3，矿体密度2.769t/m3，下盘密度2.688t/m3。

（2）抗压强度试验：上盘硬度较小，节理裂隙发育，在抗压试验过程中大多数都完全破碎，且中间含泥质充填物。试件单轴抗压强度为39.73MPa，弹性模量为8.94GPa。矿体硬度较大，节理裂隙不发育。单轴抗压强度为49.1MPa，弹性模量为6.14Gpa。下盘强度大，岩样断面为45°角；单轴抗压强度50.2MPa，弹性模量为4.65GPa。

（3）剪切强度试验：上盘内摩擦角为34.38°，粘结力为18.42。矿体内摩擦角为38.38°，粘结力为21.69。下盘内摩擦角为35.9°，粘结力为37.09。

（4）抗拉强度试验：上盘抗拉强度为3.7MPa，在试验过程中，上盘岩样断裂不是很明显，节理裂隙较发育，一般沿节理面破坏。矿体抗拉强度为8.32MPa，在试验中，发生脆性破坏，且断裂面比较平整。下盘抗拉强度为9.64MPa，在试验过程中，发生脆性破坏，且断裂面比较平整。

岩石力学论文:中国科协会员日中国岩石力学与工程学会活动首次举办

12月15日，中国岩石力学与工程学会举办了“中国科协会员日京区学生会员座谈参观活动”，此次活动是该学会首次参与实施中国科协会员日活动。中国岩石力学与工程学会副理事长何满潮、杨强，中国科协学会学术部颜利民，中国科学院地质与地球物理所所长助理郭敬辉，国际岩石力学学会国家小组秘书长李仲奎，岩体数学模拟专业委员会秘书长林鹏等出席活动。来自中国矿业大学（北京）、北京科技大学、清华大学、中国石油大学、北京交通大学、铁道科学研究院、中科院地质与地球物理所、北京地质所、北京水工资环公司等大专院校、科研单位及团体会员单位的学生会员121人参加了此次会员日活动。

中国科协会员日中国岩石力学与工程学会活动现场

中国岩石力学与工程学会常务副秘书长方祖烈主持会议。何满潮致开幕词，他说，中国科协决定每年12月15日为中国科协会员日，通过集中开展形式多样、内容丰富的会员日活动，增强学会凝聚力，把学会这个科技工作者之“家”建设的更好！他号召青年科技工作者，认真践行科学发展观、树立正确的成才观、人生观，为全国建成小康社会而努力奋斗！

颜利民首先向学会会员表示节日的祝贺，并介绍了中国科协会员日的来历和意义，对中国岩石力学与工程学会举办的会员日活动表示肯定，并希望广大青年科技工作者、会员不断进取，通过学会这个平台，为我国岩石力学事业的发展贡献一份力量，希望学会通过这样的活动增强对会员的凝聚力，为学会事业的发展做出新的更大的

贡献。

学会第一支撑单位中国科学院地质与地球物理所郭敬辉代表支撑单位对会员日的举办表示欢迎，他介绍了研究所有关专业研究的情况，他说，作为学会的第一支撑单位，研究所将一如既往的对学会工作大力支持，并希望大家经常来研究所进行学术交流。

方祖烈介绍了“全国十佳优秀科技工作者”和学会获得“全国优秀科技工作者”称号的杨强、李术才的事迹，并以此鼓励与会的青年科技工作者。受中国科协委托，由何满潮、郭敬辉向杨强教授和李术才教授颁发了奖励证书及奖章。

学会新任秘书长刘大安向会员作了题为《提升学会创新服务能力，打造青年会员温馨之家》的讲座，他向与会的青年学生会员介绍了我学会的基本情况以及在提升创新服务能力方面的举措、指出要为青年学者提供丰富的学术交流平台、通过建设“精品期刊”吸引青年学者、注重青年科技奖评选、提升国际地位，推动青年国际交流等，希望青年会员能够加入到学会中，发展壮大学会人才队伍，享受学会大家庭的快乐。中国科学院地质与地球物理所研究员李晓作了题为《新型深部地质工程中的岩石力学问题》的报告，从学科的最前沿介绍了研究所的最新研究成果和一些新的国际水平的创新方向，并详细介绍了深部岩石力学控制岩体压裂技术发展方向，以及广泛的应用前景。不仅开阔了与会者的视野，同时也为年轻科技工作者指明了研究的方向。他鼓励广大青年科技工作者，不懈努力，为解决岩石力学发展中面临的关键技术，做出自己的贡献。

活动当天，学员们还参观了中国科学院地质与地球物理研究所重点实验室重大仪器装备和自主研发的岩石力学试验设备，参观活动激发了青年会员投身科技工作的信心和决心。此外，中国岩石力学与工程学会为会员准备了内容丰富、具有重要阅读和参考价值的科技图书，包括由该学会出版的8种800多本价值15万元的科技图书及2种245本学会刊物，受到与会学生的热烈欢迎。（责任编辑：董大伟）

（来源：中国岩石力学与工程学会供稿）