岩石力学考试重点

岩石的泊松比：岩石横向与纵向的比值。扩容：岩石在荷载下，在破坏前产生的一种明显非弹性体积变形。当外力增加到一定程度，随压力增大，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完全破坏。岩爆：岩石破坏后尚余一部分能量，这部分能量突然释放就产生岩爆。各向异性：岩石全部或部分物理、力学性质随方向不同而表现出差异的现象。软化系数：岩样饱水状态抗压强度与自然风干状态之比。岩石吸水率：岩石在常温常压下吸入水的质量与其烘干质量百分比。弹性：物体在外力作用下瞬间即产生全部变形，去除外力后又能立即恢复原有形状和尺寸的性质。塑性：物体受力后产生变形，卸载后变形不能完全恢复的性质。粘性：物体受力后变形不能在瞬时完成，且随的增大而增大。脆性：物体受力后变形很小即破裂的性质。延性：物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质。全曲线：全面显示岩石在受压破坏过程中特征，特别是破坏后强度与力学性质变化规律的曲线。（OA段：孔隙裂隙压密阶段。）转化压力：岩石由脆性转化为塑形的临界围压。塑性滞回环：卸载与加载曲线不重合。岩石记忆性：每次卸载后再加载，在荷载超过上一次循环的最大荷载后，变形曲线仍沿原来单调加载曲线上升，好像不曾受到反复加载的影响一般。岩体裂隙度K：沿取样线方向单位长度上的节理数量，K=n/L切割度：岩体被节理割裂分离的程度，取贯通整体的假想平直断面，节理面面积与断面面积之比。完整性（龟裂）系数：岩体中纵波速度与岩块之比的平方。RQD：长度=10cm岩芯积累长度占钻孔总长度的百分比。线密度：取样线垂直结构面的K单结构面强度效应：；地应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力（初始应力、绝对/原岩应力）。抗冻系数：岩样经冻融后抗压强度下降值与冻融前抗压强度之比。流变性质：材料的关系与时间因素有关的性质。流变现象：材料变形过程中具有时间效应的现象。蠕变：不变，材料变形随时间增加而增长的现象。松弛：不变，随时间增加而减小的现象。弹性后效：加载或卸载时，弹性滞后于的现象。长期强度：作用时间的强度（最低值）瞬时强度：岩石单轴抗压强度，岩石强度是随外载作用时间的延长而降低。强度理论：关于材料破坏原因和条件的假说。围岩：在岩石地下工程中，由于受开挖影响而发生应力状态改变的周围岩体。应力重分布：从原始地下应力场变化到新的平衡应力场的过程。次生/诱发应力：岩体受扰动，经应力重分布形成的新的平衡应力。膨胀地压：粘性吸水矿物吸水后产生膨胀而对支架产生的压力。变形地压：由于岩体变形应力重分布产生对支架的压力。冲击地压：岩爆，岩体中聚集的弹性能突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来。等应力轴比：使巷道周边应力均匀分布时的椭圆长短轴之比。零应力轴比：设计隧道时，不出现拉应力的轴比。松动：边坡形成的初始阶段，坡体表部往往出现一系列与坡面近于平行的陡倾角张开裂隙，被这种裂隙切割的岩体向临空方向松开、移动，这种过程和现象称为松动。蠕动：边坡岩体在自重应力为主的坡体应力长期作用下，向临空方向缓慢而持续的变形。表层蠕动：边坡浅部岩体在重力长期作用下向临空方向缓慢而持续的变形，构成一剪变带，其位移由坡面向坡体内部逐渐降低直至消失。深层蠕动：主要发育在坡体下部或坡体内部：软弱基座蠕动、坡体蠕动。崩塌：边坡表层岩体突然脱离母体，迅速下落且堆积于坡脚下，伴随岩石的翻滚和破碎。滑坡：岩体在重力作用下，沿坡内软弱结构面产生的整体滑动。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。稳定/安全系数：沿最危险破坏面作用的最大抗滑力（力矩）与下滑力（力矩）的比值。水压致裂法原理、步骤：原理：由弹性力学，当一个位于无限体中的钻孔受到无穷远处二维应力场的作用时，离开孔端部一定距离的部位处于平面应力状态。在这些部位，钻孔周边应力场为：——钻孔周边的切向应力；——钻孔周边的径向应力；θ——周边一点与轴的夹角。当θ=0时，取最小值，在孔内加入压力，当超过孔壁处的最小压应力和岩体的抗拉强度之和时，孔壁就会破裂，此时，在θ=0的方向，即轴的方向会产生裂隙，即：(3)如果继续加压，直到裂隙深度达到3倍孔径时，此时已接近原岩应力状态，停止加压，保持压力恒定，将该恒定压力记为，与相平衡，即（4）只要测量出岩体的抗拉强度T和记录的和就可由（3），（4）式求出和。这样就可得出和的大小和方向。如果孔内有裂隙水压,则（3）式变为：(5)在不测试岩体的抗拉强度条件下，通过增加一个环节，即可求出和。在初始裂隙产生后，将水压卸除，使裂隙闭合，然后再重新向封隔段加压，使裂隙重新打开，记录裂隙重新开时的压力,则有：(6)由（5）和（6）式，可求出和。步骤：(a)打钻孔到准备测量应力的部位；并将钻孔中待加压段用封隔器密封起来；(b)向隔离段注入高压水，记录孔裂开时的压力值继续加压，直到裂隙扩张到孔径的3倍，关闭高压水系统，保持水压恒定，此时的应力为关闭应力，记为，最后卸压，使裂隙闭合，此时孔内压力为；(c)重新向密闭段注入高压水，使裂隙重新打开，记录裂隙重新打开时的压力,和随后的恒定关闭压力；(d)将封隔器卸压，从孔中取出；(e)用摄像机记录孔内的水压致裂裂隙，天然节理、裂隙的位置、方向和大小。岩体地质力学分类（CSIR分类）指标值（RMR）的组成指标、分类方法及其意义：组成指标：岩块强度、RQD值、节理间距、节理条件及地下水5种。分类方法：按各种指标的数值按标准评分，求和得总分RMR值，然后按规定对总分作适当修正。最后用总分对照表求得所研究岩体的类别及相应的无支护地下工程的自稳时间和岩体强度指标值。意义：由于组成岩体的岩石性质、组织结构不同，以及岩体中结构面发育情况差异，致使岩体力学性质相当复杂。为了在工程设计与施工中能区分出岩体质量的好坏和表现在稳定性上的差别，需要对岩体做出合理分类，作为选择工程结构参数、科学管理生产以及评价经济效益的依据之一，这也是岩石力学与工程应用方面的基础性工作。CISR分类原为解决坚硬岩体中浅埋隧道工程而发展起来的，从现场应用看，使用较简便，大多数场合岩体评分值都有用，但在处理那些造成挤压、膨胀和涌水的极其软弱的岩体问题时，此分类法难于使用。维护岩体地下工程稳定的基本原则（新奥法）：1.合理利用和充分发挥岩体强度：选择良好工程地质条件；尽量避免岩石强度破坏；充分发挥岩体承载能力；加固岩体。2.改善围岩应力条件：选择合理断面尺寸、形状；选择合理尺寸、方向；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，指导修改设计和施工。5.注重涌水处理：堵水、疏水。岩体边坡主要破坏形式、主要类型和滑坡防治的主要措施、原则：主要形式：崩塌、滑坡、倾倒、滑塌、岩块流动、岩层曲折主要类型：岩块流动滑坡、平面剪切破坏滑坡、旋转剪切滑坡防治措施：避——避开滑坡影响（大中型）；排——排水导流，使水不再进入或停留在滑坡范围内，并排除和疏干其中已有的水，以增加边坡的稳定性；挡——抗滑支挡，在滑坡舌部或中前部修建各种形式的抗滑挡墙，在滑坡其他不同部位修建各种多级挡墙，阻挡滑坡体的滑动（作用长久）；减——减重反压，把滑坡体上部主滑和牵引地段的土石方挖去，填在滑坡下的抗滑地段，反压阻滑，改善边坡，减小下滑力，增加抗滑力，提高滑坡的稳定性（简便，中小型）。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。植——植树造林，采取绿化山坡，种树植被等措施来防止滑体、岸坡冲刷，稳定滑坡。防治原则：1.尽量避免存在滑动条件区域，对可能引起滑坡地段要有相应措施预防。2.对大中型复杂滑坡，全面搜集资料，摸清规律，做出全面整治规划。3.针对病因采取综合措施，治早治小，防患于未然。4.因地制宜，从实际出发。5.在滑坡已经出现或即将出现各种急剧变形的征兆时，对各种建筑物可能产生危害的滑坡，必须采用果断有效的应急工程措施。6.全面规划，选择最佳整治方案。预报为主，定性要准，治理要早，措施要稳，要狠，养护要勤。“准、早、稳、狠、勤”。蠕变两类型、三阶段：两类型：稳定蠕变——变形量随时间增长而有所增加，但蠕变变形速率随时间增长而减少，最后变形趋于一个稳定的极限值；不稳定蠕变——蠕变不能稳定与某一极限值，而是无限增长直到破坏。（不稳定蠕变）三阶段：减速/初始蠕变阶段，应变速率随时间增加而减小；等速蠕变阶段，应变速率保持不变；加速蠕变阶段应变速率迅速增加直到岩石破坏。什么是全应力应变曲线？为什么普通材料试验机做不出岩石的全应力-应变曲线？岩石的全应力-应变曲线一般分为哪四个阶段及各阶段特点是什么？全应力-应变曲线：全面显示岩石在受压破坏中应力，变形特征，特别是破坏后的强度与力学性质变化规律的曲线。四阶段：OA——孔隙裂隙压密阶段：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，曲线呈上凹型。此阶段试件横向膨胀较小，体积随荷载增大而减小。AC——弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段：该阶段曲线近似直线型，AB为弹性变形阶段，BC为微破裂稳定发展阶段。CD——非稳定破裂发展阶段：C为屈服点，试件由体积压缩转为扩容阶段，轴向应变和提及应变速率迅速增大。D点后——破裂后阶段：岩块变形主要表现为宏观断裂面的块体滑移，试件承载力随变形增大迅速下降，但并不为零。为什么：普通试验机刚度不够，试件受压，试验机框架受拉，试验机受拉产生的变形以应变能形式存在机器中，当施压的压缩应力超过岩石抗压强度时试件破坏，此时试验机迅速回弹，以便返回其原始位置，并将其内部贮存的应变能释放到岩石试件上，从而引起岩石试件的急剧破裂和崩解，即岩石达到峰值强度后会发生突变性破坏而不能得到该曲线。浅部地壳中地应力分布的基本规律，地应力成因：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.实测垂直应力基本等于上负岩层的重量。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，但在不同地区，变化的速度很不相同。5.最大水平主应力和最小水平主应力也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之值一般相差较大，显示出很强的方向性。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.地表剥蚀引起的应力场。莫尔强度理论主要内容，优缺点：内容：材料性质本身是应力的函数。岩石剪切破坏由剪应力引起，但不是最大剪应力，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，并可用表示，可通过事先给出的莫尔圆包络线叠加上反映实际试件应力状态的莫尔圆，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，则不会产生破坏。优点：比较全面地反映了岩石的强度特征，既适用于塑性岩石也适用于脆性岩石的剪切破坏，同时反映了岩石抗拉强度远小于抗压强度这一特性。缺点：忽略了中间主应力的影响，与试验结果有一定的出入，只适用于剪破坏，受拉区的适用性值得进一步探讨，不适用于膨胀或蠕变破坏。围岩与支架共同作用原理，对围岩支护指导意义：原理：1.围岩周边位移和支护反力成反变关系。2.支架的支护力与支架变形成正变关系。3.围岩特性曲线与支架特性曲线交点为共同作用的工作点，构成共同作用关系。4.一定范围内，围岩变形越大所需变形支护力越小。意义：反映了围岩稳定与支护相互作用的某些基本原理，为确定支护的内应力及其变形位移和选择支护结构、尺寸提供了基本思路。但上述理论仍然十分不完善，不能反映岩石在强度峰值以后的普遍情况，距离实际应用还有相当的距离。弹塑性岩石在反复加载与卸载过程变形特征：1.恒荷载循环加卸载：多次反复加卸载，每次施加最大荷载相同，每次都形成一个塑性滞回环，这些塑性滞回环随加卸载次数增加而越来越狭窄并彼此越来越接近，岩石越来越接近弹性变形，一直到某次没有塑性变形为止。循环应力峰值小于某一数值时，即使加卸载次数很多也不回发生破坏，当循环应力峰值超过某一数值，岩石将在某次循环中发生破坏（疲劳破坏）