碳和石墨材料
[拼音]：yanshi lixue
[英文]：rock mechanics
研究巖體開挖後，原巖應力平衡破壞，巖體內應力重新公佈，使巖體變形、破壞和移動的過程，以及圍巖支架相互作用規律的學科。是介於固體力學、構造地質學、工程地質學與採礦學之間的一門邊緣科學，力學的一個分支。它是當代採礦工程的重要理論基礎之一，目的是指導採礦工程的進行，提出防止和消除岩層壓力危害的方法，在開採時有控制地利用這種破壞，讓他作用於巖體和礦體，使開採作業費力較少，效果更好，達到經濟合理和安全地採出地下資源。
礦山的各種井巷、硐室、採掘工作面及其集合體以及露天礦邊坡、乃至矸石山等，從岩石力學觀點，都可視為工程結構來進行結構分析與設計。礦山結構的主要問題之一是穩定性的評價與分析。崩落法開採的金屬礦採場與長壁採煤工作面的頂板岩層，在規定時間內重複交替出現穩定性與不穩性，這是礦山結構獨有的問題之一。巖體是由非均質、各向異性、且具有不連續性特點的結構體與結構面組合而成，不是單一介質；由於結構面分布不同，巖體的介質型別也就不同。應用礦山岩石力學研究和解決採礦工程的問題時，必須注意這些特點。
特點
與普通的岩石力學相比，它的主要特點是：
（1）礦山地下結構的影響因素繁多複雜；
（2）採掘工作面不能離開礦體或煤層的生成地點，受這種限制，工作面地點不能有任意的選擇性；
（3）採掘工作面經常以一定速度不斷向水平、傾斜或垂直方向作幅度較大的移動，而不是固定不動；
（4）須在所希望的時間內保持巖體的穩定性或使其崩落。
研究內容
主要有：
（1）岩石的物理力學性質，著重研究岩石的力學性質，如具有不同結構型別巖體的強度特徵、變形特徵、變形與時間的關係等；
（2）巖體應力狀態，研究原巖應力及採動後巖體應力場的變化規律；
（3）地壓顯現及其控制，包括圍巖與支架相互作用規律。如研究非煤礦山採場地壓與煤礦長壁工作面地壓、巷道地壓與立井地壓，以及衝擊地壓的控制等；
（4）岩層與地表移動規律；
（5）露天礦邊坡穩定等。
研究方法
常用的有現場觀測、物理與數學模擬及理論分析等。
物理模擬
主要有：
（1）相似材料法。選用與岩石性質相近的脆性材料，如石膏、砂子、石灰等按相似原理製作模型，模擬採礦過程。通過對模型上應力-應變的觀測，分析原型巖體上發生的力學現象。
（2）光彈性法。用透明的光敏材料如明膠等製作模型，受力後在偏振光場中產生雙折射，出現與應力場相對應的彩色或黑白條紋，以分析原型巖體採動後各點應力場的變化。其他如三維光彈性模型、散光光彈法、鐳射全息光彈法也逐步應用於礦山岩石力學中。
數學模擬
常用的有：
（1）有限單元法。將待分析的區域用假想的線分成有限多和有限大的單元，並假定這些單元只通過結點互相聯結與制約。列出各結點力與位移的關係式，根據邊界條件解矩陣方程，可得出各結點的位移與應力。本法的優點是不必假定巖體為各向同性與均質。
（2）邊界元法。與有限元法不同處在於本法僅將邊界劃分為單元，因而方程的數目要少得多，同時本法先求邊界的解，然後再求區域中的解，精度較高。由於電子計算機在採礦工業中的應用，有限元法與邊界元法在岩石力學中得到了廣泛運用，所得結果的精確度能滿足採礦問題的要求。在解決平面問題時，比光彈性法優越性更多。
理論分析方法
常用的有：
（1）閉式解法。利用現成的數學力學關係式方法，如線性彈性力學應力－應變數學模型求解。
（2）數理統計法。將開採技術因素列入數學式，應用數理統計方法進行定量研究。例如用來確定巷道的支架載荷、工作面推進速度和邊坡移動速率等。鑑於巖體的複雜性，運用任何方法時必須以相當準確的地壓觀測資料為依據，同時應用各種方法相互驗證。
測試技術的研究
根據礦山安全、防爆等具體條件，研製岩石力學實驗儀器與測定儀表，及結合採礦工程特點的測試技術，以進行實驗與現場觀測。
發展過程與展望
礦山岩石力學作為一門科學是從19世紀開始的。當時歐洲與北美開始研究煤礦地面裂縫問題。20世紀初，研究頂板冒落和下沉的原因，建立了有關巷道圍巖變形機理的概念。1907年，俄國普羅託季亞科諾夫 (Μ．Μ．Протодьяκонов)把岩石視為鬆散介質，提出了巷道地壓計算公式。20世紀20年代，德國施托克(K.Stke)、 哈克(W.Hack)等提出了工作面地壓假說。30年代，德國芬納(R.Fenner)發表了岩石力學與土力學關係的報告，指出岩石由顆粒材料與破碎彈性材料構成，並對圍巖與支架壓力的相互關係作出了數學論證，提出了著名的芬納公式，隨後，各國學者先後提出了有關各種假說和研究方法，德、蘇、英、美、比、法等國學者對礦山岩石力學的發展作出了重要貢獻。國際上建立了各種岩石力學學會組織，開展了學術交流。
中國礦山岩石力學研究工作開展於50年代。在一些主要礦區進行了大規模的地壓觀測工作、實驗室的相似材料模擬法與光彈模擬法的研究和解析法的應用等。70年代以來，又開展了有限元與邊界元應用於礦山壓力的研究，在巖體結構分析、巖體分級、巷道與採場地壓理論、邊坡穩定性分析以及岩層移動規律等方面都有所進展。此外在研製液壓支架、金屬可塑性支架、錨噴支護、堅固頂板控制與三下采煤的實踐，都獲得了成功。
將岩石力學知識運用於採礦工程，就是為了能對開挖空間的岩石所受載荷作出正確的預測，並使岩石對載荷作出預期的相應反應。當前礦山岩石力學的研究，遠未達到這個水平。