武汉理工大学岩石力学复习资料

1岩石力学一、名词解释：（1）岩石：岩石是由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而成的多种矿物颗粒的集合体，是组成地壳的基本物质。（2）岩体：岩体是地质体，它的形成与漫长的地质年代有关，它是一定工程范围内的自然地质体，经过各种地质运动，内部含有构造和裂隙。（3）岩石结构：岩石矿物颗粒的大小、形状、表面特征、颗粒相互关系、脉结类型等。（4）岩石构造：岩石的组成部分在空间排列的情况，如岩石的层面构造、层理构造等。（5）岩石的密度：是指单位体积岩石的质量，单位是kg/mmmm。分为块体密度和颗粒密度。（6）块体密度：是指单位体积岩石的质量。根据岩石试样的含水状态不同，分为天然密度、饱和密度和干密度。（7）颗粒密度：岩石颗粒密度ρs是岩石固相物质的质量与其体积的比值。（8）容重:岩石容重是指单位体积内岩石的重量单位为KN/m3。（9）比重:是指岩石的干的重力除以岩石的实体体积（不包括孔隙）再与4摄氏度时水的容重相比。（10）孔隙性：岩石依其生成原因和生成条件不同，可能含有形状、体积不同的孔隙和裂隙。把岩石所具有的孔隙和裂隙特性，统称为岩石的孔隙性。通常用孔隙率大小表示。（11）孔隙率：岩石孔隙率n为岩石试件中孔隙总体积与岩石试样总体积之比。（12）渗透性：地下水在水力坡度（压力差）作用下，岩石能被水透过的性能成为岩石的渗透性。用渗透系数K来表征岩石渗透性能的大小。（13）渗透系数：是表征岩石透水性的重要指标，其大小取决于岩石中孔隙的大小、数量、方向、相互贯通情况，并根据达西定律在室内测定。（14）软化性：岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性，通常用软化系数Kr表示。（15）软化系数：岩石试件的饱和抗压强度与干抗压强度的比值。（16）岩石的膨胀性：是指岩石浸水后发生体积膨胀的性质。通常以岩石的自由膨胀率、岩石的侧向约束膨胀率、膨胀压力等来表达。（17）自由膨胀率：指岩石试件在无任何约束件下浸水后所产生膨胀应2变与试件原尺寸的比值。（18）侧向约束膨胀率：是将具有侧向约束的试件水中，使岩石试件仅产生轴向膨胀变形而求得的膨胀率。（19）膨胀压力：是指岩石试件浸水后，使试件保持原有体积所施加的最大压力。（20）岩石的吸水性：岩石在一定的实验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性。其吸水量的大小取决于岩石孔隙体积的大小及其敞开或封闭的程度。（21）含水率：岩石含水率w是指天然状态下岩石孔隙中水的质量与岩石固体质量之比，一般用百分数表示。（22）吸水率：是指岩石试样在大气压力和室温条件下吸入水的质量与试样固体质量的比值，以百分数表示。（23）饱和吸水率：是岩石试样在强制状态（真空、煮沸或高压）下的最大吸水量与试样固体质量的比值，以百分数表示。（24）饱水系数：岩石吸水率与岩石饱和吸水率之比，成为饱和洗漱Kw。（25）弹性模量：是指在单项压缩条件下，弹性变形范围为轴向应力与试件轴向应变之比，即E=σ/ε。（26）变形模量：是指岩石在单轴压缩条件下，轴向应力与轴向应变（弹性应变和塑性应变之和）之比。（27）泊松比：在单向载荷作用下，横向应变和轴向应变之比成为泊松比。（28）初始弹性模量：用应力应变曲线坐标原点斜线斜率表示。（29）割线弹性模量：用应力应变曲线原点与某一特定应力点之间的弦的斜率表示。一般规定特定应力为极限强度σc的50%。（30）切线弹性模量：用应力应变曲线直线段的切线斜率表示E=（σ2-σ1）/(ε2-ε1)（31）扩容:受载岩石试件随载荷增加直到破坏，试件体积不是减少而是增加。这种体积增大现象称为扩容，即岩石受载破坏经历一个扩容阶段。（32）尺寸效应：通过不同尺寸试件测定结果看出，岩石试件的尺寸越大，则强度越低，反之越高，这一现象称为尺寸效应。（33）常规三轴试验：用常规三轴压力试验机进行。实验表明：岩石处于三向应力状态下，其强度随侧向压力增加而择增大。其变形特征显现塑性变形的能力亦增加。（34）真三轴试验：真三轴试验是使岩石试件处于三个主应力不相等（即3σ1σ2σ3）的应力组合状态下的三轴压缩试验。真三轴试验可以研究中间主应力（σ2）对岩石变形及强度特性的影响。（35）岩石三轴压缩强度：是指岩石在三轴压缩荷载作用下，试件破坏时所承受的最大轴向压应力。（36）流变性：是指介质在外力不变条件下，应力或应变随时间而变化的性质。（37）蠕变：是指介质在大小和方向均不改变的外力作用下，其变形随时间的变化而增大的现象。（38）松弛：是指介质的变形（应变）保持不变时，内部应力随时间变化而降低的现象。（39）弹性后效：是指介质在加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。它是一种延迟发生的弹性变形和弹性恢复，外力卸载后最终不留下永久变形。（40）岩石长期强度：岩石的强度时随外载作用时间的延长而降低，通常把作用时间t→∞的强度（最低值）S∞称为岩石长期强度。（41）强度准则：又称破坏判据，它表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关系，一般可以用破坏条件下（极限应力状态）的应力间关系σ1=f(σ2,σ3)或τ=f(σ)来表示。（42）结构面密度：反应结构面发育的密集程度，常用线密度、间距等指标表示。（43）岩体完整性系数：岩体完整性系数又称裂隙系数，为岩体与岩石的纵波速度之比的平方，用动力法可以测定完整性系数。根据岩体完整性系数对岩体完整程度进行分类，可分完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎五类。（44）混凝土：混凝土是胶结材料、水、细骨料和粗骨料按适当比例配合的混合物，经过硬化后形成的一种人工石材。（45）细骨料：是指颗粒粒径在0.15-50.mm的天然砂石，如河砂、海砂以及山砂，其中以河砂应用较多。粗骨科：颗粒粒径大于5mm的石子。有卵石和碎石两种。（46）握裹力：是指水泥砂浆固结后，水泥砂浆对其所包裹的钢丝绳或钢绞线等芯材的一种约束力。（47）喷射混凝土有三种方案：干式喷射、半湿式喷射、湿式喷射。（47）干式喷射：是指水泥、砂、石的干混合料经过搅拌，借助风压和4管道输送至喷头，在喷头处与水混合后喷射到岩石表面。这种工艺的回弹率高，工作面粉尘浓度大，使用量逐渐减小。（48）喷锚支护：是指在井巷表面喷射混凝土或在井巷围岩中安装锚杆来支护巷道，也可以采用喷射混凝土和安装锚杆的联合支护，喷锚支护还可以与其他支护手段联合应用。二、问答题1．岩石颗粒间连接方式有哪几种？答：岩石颗粒间连接方式分为结晶连接和胶结连接两类。2．何谓岩石的水理性？水对岩石力学性质有何影响？答：岩石在水溶液作用下所表现出的力学的、物理的、化学的作用性质，称为岩石的水理性质。主要影响：岩石的吸水率愈高，岩石质量愈差。吸水性较大的岩石（如软岩）当吸水后往往产生膨胀，它会给井巷支护造成很大的压力。岩石渗透系数溶蚀作用使岩石致密程度降低，孔隙率增大，导致岩石强度降低。岩石浸水饱和后强度降低的性质，具有软化性。通常含粘土质矿物岩石遇水易于产生膨胀，影响岩石工程稳定。3．岩石受载时会产生哪些类型的变形?岩石的塑性和流变性有什么不同?从岩石的破坏特征看，岩石材料可分为哪些类型？答：按照应力－应变－时间的关系，岩石的变形可分为弹性变形、塑性变形和粘性（流动）变形三种。弹性在一定的应力范围内，物体受外力作用产生全部变形，而去除外力(卸荷)后能够立即恢复其原有的形状和尺寸大小的性质，称为弹性。塑性物体受力后产生变形，在外力去除(卸荷)后不能完全恢复原状的性质，称为塑性。不能恢复的那部分变形称为塑性变形，或称永久变形、残余变形。粘性物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质，称为粘性。应变速率随应力变化的变形称为流动变形。根据岩石材料的应力应变曲线所表现出的破坏特征，可将岩石划分为脆性材料和延性材料。脆性物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质，称为脆性。54．岩石在单轴压缩下典型的应力—应变曲线有哪几种类型？并用图加以说明。答：试件受载后直到破坏历经以下五个阶段：（1）微裂隙压密阶段(O-A)岩石试件受载初期，内部已存在裂隙及孔隙受压闭合，岩石被逐渐压密，形成早期的非线性变形。（2）弹性变形阶段(A-B)在此阶段应力应变曲线保持线性关系，服从虎克定律σ=Eε。试件中原有裂隙继续被压密，体积变形表现继续被压缩。（3）裂隙发生和扩展阶段(B-C)在此阶段轴向(εl)曲线仍保持近于直线；过B点后，随载荷增加，曲线εv偏离直线。新的裂隙产生，呈稳定状态发展。岩石变形表现为塑性变形。（4）裂隙不稳定发展直到破裂阶段(C-D)从εv曲线看出，C点切线斜率为无穷大(dσ/dεv=∞)，是εv曲线拐点。过C点后，试件体积增大。裂隙进入不稳定发展阶段，裂隙扩展接交形成滑动面，导致岩石试件完全破坏。（5）破裂后阶段（D-E）岩石试件通过峰值应力后，其内部结构遭到破坏，但试件基本保持整体状。裂隙快速发展，交叉且相互联合形成宏观断裂面。试件具有残余强度。5．简述循环荷载条件下岩石的变形特征。答：在逐级循环加载条件下。如果卸载点P超过屈服点，形成塑性回滞环。随循环次数增加，卸载应力下的岩石材料的弹性有所增强。加、卸荷过程并未改变岩石变形的基本习性，这种现象也称为岩石记忆。6在反复循环加载（在同一荷载水平上反复加卸载）条件下。当循环应力峰值在弹性极限以上，回滞环的面积变小，岩石越来越接近弹性变形。岩石在反复加、卸荷曲线与应力-应变全过程曲线交点处，形成疲劳破坏。当循环应力峰值低于某一极限应力水平时，岩石不会破坏。6．简述岩石在常规三轴压缩条件下的变形特征与强度特征。答：以常规三轴为例①破坏前岩石的应变随围压σ3增大而增加；②随围压σ3增大，岩石的塑性也不断增大，且由脆性逐渐转化为延性。通常把岩石由脆性转化为延性的临界围压σ3称为转化围压。③岩石的峰值强度随σ3增大而增大④随σ3增大岩石弹性模量增大，软岩增大明显，致密的硬岩增大不明显。7．岩石的弹性模量与变形模量有何区别？答：变形模量的定义在表达式上和弹性模量是一样的E=ζ/ε，对于变形模量ε是指应变，包括弹性应变εe和塑性应变εp，对于弹性模量而言，ε就是指εe(计算变形模量时，应变ε包括了弹性应变和塑性应变)。8．岩石有哪些强度指标？7答：单轴天然、饱和、烘干3种抗压强度；抗剪强度（直剪及三轴）；抗拉强度（较少用）9.岩石抗拉强度有哪几种测定方法？在劈裂法试验中，试件承受对径压缩，为什么在破坏面上出现拉应力破坏？答：岩块的抗拉强度是通过室内试验测定的，其方法包括直接拉伸法和间接拉伸法两种。其中以间接拉伸法中的劈裂法和点荷载法最常用。根据弹性理论可知，受径向压缩作用的圆盘中，在纵向直径平面上作用着几乎等值的拉应力。圆盘试件便在拉应力作用下，沿加载方向断裂。在试件中心附近拉应力分布均匀，应力数值近于相等。如果作用在圆盘上载荷不是理想的线集中载荷时，在距圆盘中心上下方向0.8R(半径)处，应力值为零。大于0.8R处应力转为压应力。在两端受力点处压应力为最大，其值为拉应力值10倍以上。但因岩石抗拉强度很低，抗压强度较高，所以岩石试件是在拉应力作用下断裂。10．岩石抗剪强度有哪几种测定方法？如何获得岩石的抗剪强度曲线？答：当前在实验室测定岩石抗剪强度的方法有直剪试验、倾斜压模剪切法和三轴试验等。按照莫尔强度理论确定岩石强度曲线一般有下述三种方法：三向压缩试验求强度曲线，按单向抗拉、抗压强度绘制强度曲线，倾斜压模剪切法。11．岩石的受力状态不同对其强度大小有什么影响？哪一种状态下的强度较大？答：岩石在不同应力状态下的强度值不同，一般符合如下规律：三轴抗压强度＞双轴抗压强度＞单轴抗压强度＞抗剪强度＞抗弯强度＞抗拉强度。12．简述影响岩石单轴抗压强度的主要因素。答：这些因素主要包括两方面：一方面是岩石本身方面的因素，如岩石的矿物组成、结构构造、密度、风化程度及含水量等；另一方面是实验条件方面的因素，如试件的几何形状、尺寸、试件加工精度、端面条件、加载速率及温度等因素。13．岩石典型蠕变可划分为几个阶段，图示并说明其变形特征？答：根据蠕变曲线特征，可划分成下列几个阶段：81)瞬时弹性变形阶段(OA段)加载后以近于声速速度完成的弹性变形，其