北京科技大学考研岩石力学知识点

名词解释1．岩石饱水系数（kw）：指岩石吸水率与饱水率的比值。2．岩石吸水率：岩石在常温下吸入水的质量与其烘干质量的百分比。3．岩石饱和吸水率：岩石在强制状态（高压或真空、煮沸）下，岩石吸入水的质量与岩样烘干质量的比值。4．岩石的天然含水率（W）：天然状态下，岩石中水的质量Mw与岩石烘干质量Mrd的比值。5．岩石的流变性：岩石的应力—应变关系与时间因素有关的性质，包括蠕变、松弛和弹性后效。6．岩石的蠕变：当应力不变时，变形随时间增加而增长的现象。7．岩石的松弛：当应力不变时，变形随时间增加而减小的现象。8．弹性后效：加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。9．岩石的各项异性：岩石的全部或部分物理力学性质随方向不同而表现出差异的现象10．岩石的粘性：物体受力后变形不能在瞬间完成，且应变速率随应力增加而增加的性质11．弹性：物体在受外力作用的瞬间即产生全部变形，而去除外力（卸载）后又能立即恢复其原有形状和尺寸的性质。12．塑性：物体在受力后变形，在外力去除（卸载）后变形不能完全恢复的性质。13．岩石的扩容：岩石在压力作用下，产生非弹性体积变形，当外力增加到一定程度，随压力增大岩石体积不是减小，而是大幅增加，且增长速率越来越大，最终导致试件破坏。这种体积明显扩大的现象称为扩容。14．岩石的长期强度：在岩石承受荷载低于其瞬时强度的情况下，如持续作用较长时间，由于流变作用岩石也可能发生破坏，因此岩石的强度是随外载作用时间的延长而降低。通常把作用时间趋于无穷大的强度（最低值）称为岩石的长期强度。15．岩石的质量系数（RQD）：钻探时长度在10cm（含10cm）以上的岩芯累积长度占钻孔总长的百分比。16．岩石的抗冻系数（cf）：经冻融实验后，岩样抗压强度的下降值与冻融前的抗压强度的比值17．岩石的裂隙度（K）：指沿取样线方向单位长度上的节理数量。18．岩石的软化系数（）：饱水岩样的抗压强度与自然风干岩样的抗压强度之比。19．岩石的泊松比（）：岩石的横向应变与纵向应变的比值称为泊松比20．龟裂系数（完整性系数）：弹性纵波在岩体中的传播速度与在岩石中的传播速度之比的平方21．等应力轴比：使巷道周边应力的均匀分布时的椭圆长短轴之比。22．零应力轴比：巷道设计时，不出现拉应力的椭圆长短轴之比。23．地应力：存在于地层中的未受工程扰动的天然应力。（原岩应力）24．次生应力：岩体开挖扰动后，应力重新分布而产生的地压。25．变形地压：由于岩体变形，应力重新分布而产生的地压。26．膨胀地压：粘性吸水矿物吸水后产生膨胀而对支架产生的力。27．边坡崩塌：边坡表层岩体突然脱离母体，迅速下落且堆积子坡脚下，伴随岩石的翻滚和破碎。28．边坡稳定系数（F）：沿最危险破坏面作用的最大抗滑力（或力矩）与下滑力（或力矩）的比值。即F=抗滑力/下滑力29．岩石的边坡倾倒：有一组倾角很陡的结构面，将岩体切割成许多相互平行的块体，而临近坡面的陡立块体缓慢地向坡外弯曲和倒塌。30．岩爆：岩石破坏后尚剩余一部分能量，这部分能量突然释放就会产生v岩爆（冲击地压）问答题1.单轴压缩条件下岩石的全应力—应变曲线可将岩石的变形分成哪四个阶段？各阶段的特征是什么？答：可分成孔隙裂隙压密阶段（OA段）弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段（AC段）非稳定破裂发展阶段或称累进性破裂阶段（CD段）破坏后阶段（D点以后段）OA段：试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合，岩石被压密，形成早期的非线性变形，应力—应变曲线呈上凹型。此阶段试件横向膨胀变小，试件体积随荷载增大而减小；AC段：该阶段的应力—应变曲线成近似直线型。其中AB段为弹性变形阶段，BC段为微破裂稳定发展阶段；CD段：C点为屈服点，试件由体积压缩转为扩容，轴向应变和体积应变速率迅速增大；D点后：岩块变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移。试件承载力随变形增大迅速下降，但不为零。2.套孔应力解除法测量地应力的具体步骤是什么？答：第一步：从岩体表面向岩体打大孔，直至需要测量岩体应力部位。大孔直径为下一步小孔直径的3倍以上；第二步：从大孔底打同心小孔，深度为孔径10倍左右，冲洗干净；第三步：用一套专用装置将测量探头安装（固定或胶结）到小孔中央位置；第四步：用薄壁钻头延伸大孔，使小孔周围岩芯实现应力解除；第五步：将岩芯与探头一并取回，进行围压率测定和温度标定试验；第六步：数据修正和处理，计算地应力值。3.轴对称圆形断面隧道的塑性区半径与哪些因素有关？有何关系？答：4.莫尔强度理论的要点是什么？其理论优缺点是什么？答：理论要点：1.岩石的剪切破坏由剪应力引起，但不是发生在最大剪应力作用面；2.剪切强度取决于剪切面上的正应力和岩石的性质，是剪切面上正应力的函数；3.剪切强度与剪切面上正应力的函数形式有多种：直线型、双曲线型、二次抛物线型等，是一系列极限莫尔圆的包络线，它由试验拟合获得；4.剪切面强度是关于应力轴对称的曲线，破坏面成对成簇的出现；5.莫尔圆的强度曲线相切或相割研究点破坏，否则不破坏；6.不考虑的影响。优点：1.适用于塑性岩石，也适用于脆性岩石的剪切破坏；2.较好解释了岩石抗拉强度远远低于抗压强度的特性；3.解释了三向等拉时破坏，三向等压时不破坏；4.简单、方便，同时考虑拉、压、剪，可判断破坏方向。缺点：1.忽视了的作用误差+10%；2.没有考虑结构面的影响；3.不适用于拉断破坏；4.不适用于膨胀、蠕变破坏。5.在地下工程设计和施工中如何合理利用和充分发挥岩体强度？答：1.把工程设计在岩石条件好的岩体中；2.避免岩石强度的损坏，如采用光面爆破等措施；3.充分发挥围岩的承载能力，让围岩在脱落点以前充分释放弹性能，从而有利于降低支护强度；4.加固岩体。如采用喷、锚、网技术对围岩进行支护。6.滑坡整治措施是什么？答：1.“避”避开滑坡的影响，将构筑物建筑在滑坡或滑坡群以外的地方；2.“排”排水导流，采用多种形式的截水沟、排水沟、急流槽来拦截和排引地表水，排除和疏干其中已有的水，增加边坡的稳定性；3.“挡”修建各种多级挡墙，阻挡滑坡体的滑动；4.“减”减重地压，把滑坡体上部主滑和牵引地段的土石方挖去，填在滑坡体下部的抗滑地段，反压阻滑，改善边坡，减小下滑力，增加抗滑力；5.“固”利用物理化学加固，以土层固化改变滑动带的土石性质，提高它的强度；6.“植”植树造林，稳定滑坡。7.如何通过岩石的三轴压缩试验确定岩石的内摩擦角和内聚力？答：要获得内摩擦角和内聚力，首先要获得岩石的莫尔强度包络线，须对该岩石的5~6个试件做三轴压缩试验，每次试验的围压值不等，由小到大，得出每件试件破坏时的应力莫尔圆。通常也将单轴压缩试验和拉伸试验破坏时的应力莫尔圆用于绘制应力莫尔强度包络线。包络线与轴的截距为内聚力C。包络线与轴相交点的包络线外切线与轴的夹角为内摩擦角8.水压致裂法测量地应力的基本原理和步骤是什么？答：步骤：1.钻孔（地质勘探）选段（完整）封隔（气或液）2.加液压将气壁压裂与重开3.卸压提设备测定开裂方位，然后根据测得的压裂过程中泵压表的读书，计算地应力。9.加载速度和围压分别对岩石力学性质有何影响？答：1.加载速率越快，测得的弹性模量越大；加载速率越慢，弹性模量越小。加载速率越大，获得的强度指标值越高；2.围压较大时，岩石的破坏表现为塑性破坏。相反，围压较小时，岩石的破坏表现为脆性破坏。在围压存在的情况下，岩石的变形强度和弹性极限都有显著增大。10.深埋轴对称（=1）圆形截面隧道弹塑性围岩二次应力分布状态是什么？答：如图所示：弹塑性区围岩应力分布状态：1.松动区：岩体被切割、强度明显降低，应力低于原岩应力；2.塑性强化区：岩体呈塑性状态，处于塑性强化阶段，应力高于原岩应力；3.弹性承载区：岩体处于弹性变形阶段，应力高于原岩应力；4.原岩应力区：未受开挖影响，处于原岩状态。11.围岩与支护的共同作用原理是什么？答：1.围岩周边位移和支护反力成反比关系；2.支架的支护力与支架变形成正比关系；3.围岩特征曲线与支架特性曲线的交点，是围岩与支架的工作点，构成共同作用关系，二者共同承载；4.在一定变形范围内，围岩变形越大所需支护力越小。12.边坡稳定性分析中的极限平衡分析法的三个假设前提是什么？答：1.滑动面上实际岩上提供的抗剪强度S与作用在滑面上的垂直应力存在如下关系：式中：C、C分别为滑动面的粘结力和有效粘接力；分别为滑动面的内摩擦角和有效内摩擦角；为滑动面上的有效应力；为滑动面孔隙水压力。2.稳定系数下（安全系数）的定义为沿最危险破坏面作用的最大抗滑力（或力矩）与下滑力（或力矩）的比值即F=抗滑力/下滑力3.二维（平面）极限分析的基本单元是单位宽度的分块滑体。13.浅部地壳应力分布有哪些基本规律？答：1.地应力场是一个相对稳定的非稳定应力场，它是时间和空间的函数；2.垂直应力基本接近上覆岩体的自重；3.水平应力普遍大于垂直应力；4.平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小；5.最大水平主应力和最小水平主应力随深度增加呈线性增长关系；6.最大水平主应力和最小水平主应力相差较大；7.地应力分布规律还受地形、地温、岩体结构等其它相关因素影响。14.锚杆的结构类型和作用机理是什么？答：结构类型：早期：机械式金属或木锚杆；后来：粘结式钢筋或钢丝绳锚杆、竹锚杆、管缝式锚杆；近期：膨胀水泥砂浆、水泥药卷、树脂药卷等粘结材料，使锚杆的效能显著提高。作用机理：悬吊作用、减跨作用、组合梁作用、组合拱作用、加固作用，对抑制节理面间的剪切变形和提高岩体的整体强度方面也有重要作用。15.边坡稳定性的影响因素有哪些？并举例说明？答：1.不连续面在边坡破坏中的作用：2.改变斜坡外形，引起坡体应力分布的变化；3改变斜坡岩土体的力学性质，使坡体强度发生变化；4.斜坡直接受各种力的作用16.维护岩石地下工程稳定的基本原则是什么？答：1.合理利用和充分发挥岩体强度：选择良好工程地质条件、施工要避免岩石强度损坏，充分发挥围岩自承能力，加固岩体；2.改善围岩的应力条件：选择合理断面尺寸和形状、隧道轴向、卸压避免应力集中；3.合理支护：选择合理的支护形式、支护刚度、支护时间等；4.强调监测和信息反馈：注重现场监测信息反馈，指导修改设计和施工；5.注意涌水处理：堵水、疏水。17.在不断增大循环荷载的条件下弹性塑性岩石的变形特征是什么？并画出其应力—应变曲线答：1.增荷载循环加载：如果多次反复加载、卸载循环，每次施加的最大荷载比前一次循环的最大荷载都大；2.塑性滞回环：每次加卸载曲线都形成一个塑性滞回环，随着循环次数的增加，塑性滞回环的面积也有所增大，卸载曲线的斜率（它代表岩石的弹性模量）也逐次略有增加，表明卸载应力下的岩石材料弹性有所增加；3.岩石的记忆性：每次卸载后再加载，在荷载超过上一循环的最大荷载以后，变形曲线仍沿着原来的单调加载曲线上升（图中OC段），好像不曾受到反复加载的影响似的，这种现象称为岩石的记忆性。18.什么叫地应力？地应力的成因有哪些？答：地应力是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力成因：1.大陆板块边界受压引起的应力场；2.地幔热对流引起的应力场；3.由地心引力引起的应力场；4.岩浆侵入引起的应力场；5.地温梯度引起的应力场；6.地表剥蚀产生的应力场。19.岩体地质力学分类（CSIR）与巴顿岩体质量分类（Q）分别考虑岩体的哪些因素？二者有何联系？CSIR分类是如何进行岩体分类的？答：（1）CSIR考虑因素：岩石抗压强度、RQD、节理间距、节理状态、地下水状态和节理方向对工程的影响修正；Q考虑因素：RQD、节理组数、节理粗糙系数、节理蚀变系数、节理水折减系数、应力折减系数；（RQD为岩石质量指标）（2）分类时按各种指标的数值按规定的标准评分，求得总分RMR值，然后按规定对总分做适应的修正，最后修正的总分对照表格按规定求得所研究岩体的类别以及相应的无支护地下工程的自稳时间和岩体强度指指标。20.叙述岩体边坡破坏的主要类型和滑坡防治的主要措施？答：主要类型：崩塌、滑坡、滑塌、倾倒、岩块流动、岩层曲折。21.简述弹塑性岩石在反复加载与卸载条件下的变性特征？答：有两种情况：等荷载循