岩体力学资料整理

101、什么是岩石、矿物。岩石：是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体。一般认为它是均质的和连续的。矿物：指存在于地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。岩体：岩块+结构面岩体是指一定工程范围内的自然地质体，他经历了漫长的自然历史过程，经受了各种地质作用，并在地应力的长期作用下，在其内部保留了各种永久变形和各种地质构造行迹结构面：岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面和不连续面，它是在地质发展历史中，尤其是在地质构造变形过程中形成的。结构体：被结构面分割而形成的岩块，四周均被结构面所包围，这种由不同产状的结构面组合切割而形成的单元体成为结构体。02、岩石的成因分类：分为岩浆岩、沉积岩、变质岩。03、不连续面：包括岩性不连续性和结构不连续性。岩性不连续性：指岩体内岩石性质沿一些界面发生突变；结构不连续性：指岩体中一系列宏观分离面，如断层、节理、劈理等。包括节理、裂隙、孔隙、断面、孔洞、层面。04、岩体的力学特征不连续性、各项异性、不均匀性、赋存地质因子的特性05、岩石与岩体的区别岩石是矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体。岩体，是指一定工程范围内的自然地质体，它经历了漫长的自然历史过程，经受了各种地质作用，并在地应力的长期作用下，在其内部保留了各种永久变形和各种各样的地质构造形迹（不整合、褶皱、断层、层里、节理、劈理等不连续面。岩体=岩块+结构面。岩石和岩体的重要区别就是岩体包含若干连续面，岩体的强度远低于岩石强度。06、岩石的密度指标天然密度、饱和密度、干密度、重力密度、颗粒密度207、岩石的含水性质含水率w：天然状态下岩石中水的重量Ww与岩石烘干重量Ws的百分比。w=WW/Ws×100%吸水率Wa：指干燥岩石试样在一个大气压和室温条件下吸入水的重量Ww与岩样干重量Ws的百分率。wa=WW/Ws=（Wo-Ws）/Ws×100%08、岩石的渗透性、膨胀性渗透性：岩石在一定水力梯度作用下，岩石的孔隙和裂隙透过水的能力。渗透系数的量纲与速度的量纲相同。（渗透系数的大小取决于岩石的物理特性和结构特性流体的物理化学特性）膨胀性：指岩石浸水后体积增大的性质。岩石膨胀性一般用膨胀力和膨胀率两项指标表示。09、软化系数软化性：指岩石与水相互作用时强度降低的特性。影响因素：矿物成分（亲水性可溶性）、粒间联结方式（结晶联结胶结联结）、孔隙率、微裂隙发育程度等。岩石的软化性一般用软化系数表示。软化系数是岩样饱水状态下的抗压强度Rcw与干燥状态的抗压强度Rc的比值。ηc=Rcw/Rc，软化系数总是小于1的。10、岩石的强度以及抗压、抗拉、抗剪。岩石强度：指岩石在荷载作用下破坏时所承受的最大荷载应力。单轴抗压：岩石试件在无侧限条件下，受轴力作用破坏时单位面积上所承受的荷载。破坏形态：1、圆锥形破坏2、柱状劈裂破坏圆锥破坏是由于试件两端面与试验机承压板之间摩擦力增大造成的。单轴抗压的影响因素：1、承压板的影响。由于试件与承压板刚度不同，会产生端部效应，引起变形不协调造成应力分布不均匀。2、试件尺寸和形状的影响。采用圆柱形试件，方形边角产生应力集中，高径比2—3适宜、3、加载速度的影响。加载速率增加，强度和弹性模量增加，峰值应力越明显/0.5—1MPA4、环境影响：含水率，温度（180度以下不明显，大于180温度越高越小）3抗拉强度：岩石试件在受到轴向拉力后其试件发生破坏时的单位面积所能承受的拉力。测量方法：直接拉伸法、抗弯法、劈裂法、点荷载试验法。抗剪强度：在一定的应力条件下所能抵抗的最大剪力。ctan试验方法：抗剪断试验、抗切试验、弱面剪切强度试验。10、三向压缩特点：岩石的三向压缩强度具有随着所施加的围压的增大，其相应的极限最大主应力也随之增大的特性。真三轴：要求能够分别施加三个方向上的荷载。假三轴：先施加按一定要求设定的围压值，并保持不变，随后施加竖向荷载直至破坏。区别：真三试验的两个水平方向施加的压力不等，假三试验是相等的围压。真三，321，假三321影响因素：1、侧向压力的影响。2、试件尺寸的影响。3、加载路径对三向压缩强度的影响4、孔隙压力对岩石三向压缩强度的影响。11、应力应变曲线，全应力曲线应力应变曲线；OA段：曲线稍微向上弯曲，属于压密阶段，这期间岩石中初始的微裂隙ABBC段：曲线向下弯曲，属于非弹性阶段，主要是在平行于荷载方向开始逐渐生成新的微裂隙以及裂隙的不稳定，B点是岩石从弹性转变为非弹性的转折点；CD段：为破坏阶段，C点的纵坐标就是单轴抗压强度RC。全应力曲线：1）原生微裂隙压密阶段：应变率随应力增加而减小；原因：微裂隙闭合（压密）2）弹性变形阶段：曲线是直线；②弹性模量，E为常数（变形可恢复），原因：岩石固体部分变形，B点开始屈服，B点对应的应力为屈服极限。3）塑性变形阶段：软化现象，变形不可恢复；应变速率不断增大。原因：新裂纹产生，原生裂隙扩展。4）阶段应变软化阶段：岩石的原生和新生裂隙贯穿，到达D点，靠碎块间的摩擦力承4载，承载力随着应变增加而减少，有明显的软化现象。12、刚性机得到，普通机得不到（简述刚性压力机的工作原理与普通压力机的不同）图中AB线的斜率代表普通压力机的斜率；AA′线的斜率代表岩石的斜率；Ac线的斜率代表刚性压力机的斜率，当峰值以后在力的作用下，岩石产生一个微小位移，此时岩石所能承受的能量为AA′O1O2的面积。此时储存在普通压力机上的能量为ABO1O2的面积释放到岩石上，就会突然破坏。此时刚性压力机上的能量为ACO1O2的面积，要使岩石继续变形，必须施加荷载，所以可以得到峰值以后的部分曲线。13、流变、蠕变、松弛、长期强度流变：材料应力—应变曲线关系与时间因素有关的性质，包括蠕变、松弛和弹性后效。松弛：应变不变，应力随时间增加而减小的现象。蠕变：指在应力为恒定的情况下岩石变形随时间发展的现象；弹性后效：指在卸载过程中弹性应变滞后于应力的现象。长期强度：在长期荷载作用下岩石的强度。14、蠕变曲线的几个阶段，影响蠕变的因素。1）初始蠕变阶段（瞬变蠕变阶段）：应变率随时间增长而减小；2）稳定蠕变阶段：应变速率为常量。3）非稳定蠕变阶段（蠕变破坏阶段）应变速率剧烈增加，一般此阶段比较短暂。影响因素：1、应力水平的影响。2、温度、湿度对蠕变的影响。515、三种基本模型，马克斯韦尔模型、凯尔文模型弹性介质模型、塑性介质模型、粘性介质模型。马克斯韦尔模型：用弹性单元和粘性单元串联而成。凯尔文模型：用弹性单元和粘性单元并联而成。16、什么叫莫尔强度理论，什么是莫尔库伦理论。莫尔总结指出“到极限状态时，滑动平面上的剪应力达到一个取决于正应力与材料性质的最大值”，并可用下列函数关系表示：τ=f（σ），他可通过试验方法取得，即对应于各种应力状态（单轴压缩，单轴拉伸和三轴压缩）下的破坏莫尔应力圆包络线的外公切线。通过试件应力圆与包络线的比较来判断是否破坏。如果应力圆与包络线相切或相割，则研究点将产生破坏；如果应力圆位于包络线下方，则不会破坏。莫尔强度理论实质上是一种剪应力强度理论。一般认为，该理论比较全面地反映了岩石的强度特征，它既适用于塑性岩石也适用于脆性岩石的剪切破坏。同时也反映了岩石抗拉强度远小于抗压强度这一特性，并能解释岩石在三向等拉时会破坏，而在三向等压时不会破坏的特点。莫尔判据的缺点是忽略了中间主应力的影响，与实验结果有一定出入。且该判据只适用于剪切破坏，受拉区的适用性还值得进一步讨论，并且不适用于膨胀或蠕变破坏。莫尔库伦理论1）岩石破坏符合库仑准则，抗剪强度线为：tancf；2）岩石的应力状态在~坐标平面上可用莫尔圆来表示；3）当莫尔圆与抗剪强度线相离弹性平衡状态；相切极限平衡状态；相割破坏状态。17、岩体完整性系数岩体的纵波波速与岩块的纵波波速，二者平方之比值。18、岩体的裂隙度，切割度切割度：假设有一平直的断面，它与考虑的结构面重叠而且完全地横贯所考虑的岩体，令其面积为A，则结构面的面积a与它之间的比率，即为切割度Xe。结构面的线密度K（裂隙度）指同一组结构面沿着法线方向单位长度上结构面的数目。19、RQD岩体分类RQD岩体分类岩石质量指标RQD是指钻探时岩芯的复原率，或称岩芯采取率。RQD6定义为：单位长度的钻孔中10cm以上的岩芯占有的比例。即：RQD=Lp(＞10cm的岩芯断块累计长度)/Lt（岩芯进尺总长度）×100%根据RQD值的大小将岩体质量划分为5类。25很差25-50差50-75一般75-90好90很好评述：RQD法是一种单因素分类法。RQD法的不足：①RQD忽略了节理方位、节理连续性的影响。②RQD不能反映节理间的软弱充填物的情况。20、岩体的初始应力、二次应力、围岩压力存在于地层中的未受扰动的天然应力，叫原岩应力。由于人工开挖，而改变了应力的大小，改变后的应力叫二次应力。围岩压力：开挖后的岩体作用在支护上的压力。分类：松动压力、形变压力、冲击压力、膨胀压力。21、响岩体初始应力状态的因素1、地形2、地质构造形态3、岩体力学性质4、水5、温度22、岩体初始应力的分布规律1地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它是时间和空间的函数；2实测铅垂应力基本等于上覆岩层的重量；3地应力中的水平应力普遍大于铅垂应力；4平均水平应力与铅垂应力的比值随深度增长而减小；5最大水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线性增长关系；6最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大，显示出很强的方向性；7地应力的分布受地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特征、岩体力学性质、温度、地下水等因素的影响，特别是地形和断层的扰动影响最大。23、预应力场的构造要求24、岩体初始应力的测量方法有哪些1、水压致裂法2、应力解除法3、应力恢复法4、声发射法25、高地应力的定义、现象、特征高地应力是一个相对的概念。不同的岩石具有不同的弹模，因而其储能性能也不同。一般来7说,地区初始地应力大小与该地区岩体的变形特性有关，岩质坚硬，则储存弹性能多，地应力也大。因此，高地应力是相对围岩强度而言的。即应以围岩内部的最大地应力与围岩强度（Rb）的比值（围岩强度比=Rb/σmax）来判别是否是高地应力。高地应力现象;1、岩心饼化现象。2、岩爆现象3、探洞和地下隧洞的洞壁剥离4、岩质基坑底部隆起、剥离以及回弹错乱现象。5、野外原位测试测得的物理力学指标大于实验室试块结果。4、岩爆：围岩处于高应力场条件下所产生的岩片（块）飞射抛撒，以及洞壁片状剥落等现象叫岩爆。在岩性坚硬完整或较完整的高地应力地区开挖隧洞或探洞时，在开挖过程中时有岩爆发生。26、1分解成正对称，反对称，如何分解。27、简述普氏拱围岩压力计算的假设条件。1、岩体由于结构面的切割，开挖后形成松散岩体，但仍有一定的粘结力。2、作用在洞顶的围岩压力仅是自然平衡拱内的岩体自重。3、采用坚固系数f来表征岩体的强度。为一个综合的摩擦系数，f=RC/10。4、压力拱横截面只能承受压应力，不能承受拉应力。28、边坡稳定的影响因素1、岩体结构面：岩体结构面是影响边坡稳定性的决定性因素，它直接制约着边坡岩体变形、破坏的发生和发展过程。边坡破坏、失稳往往是沿岩体结构面直发生。边坡岩体的破坏主要受岩体中结构面的控制。2、岩性：岩性是决定岩体强度和边坡稳定性的重要。岩石的矿物成分和结构构造对岩石的工程地质性质起主要作用，通常，坚硬致密的岩石抗水、抗风化能力强、强度高，不易发生滑坡，只有当坡角过大和边坡高度过高时才产生滑坡，片理、层理发育的岩石边坡稳定性相对较差。3：水及其渗透性：水对边坡稳定性的影响主要表现在水压作用和软化作用两个方面。静水压力产生浮力，使岩、土的有效重量减轻，削弱了岩、土体抵抗破坏的能力。动水压力或超镜水压力产生渗透力，直接引起渗透变形或渗透破坏。软化作用则表现在溶蚀、冲刷软化岩体或结构面充填物中的黏土质成分，从而引起岩体内聚力和内摩擦角的显著降低。4：边坡的几何形状：凸边坡较凹边坡的稳定性低。当边坡向采场凸出时，岩体侧向受拉应力，由于岩体抗拉能