岩石力学知识点整理

岩石主要物质成分正长石，斜长石，石英，黑云母，白云母，辉石，橄榄石角闪石，方解石，白云石，高岭石，赤铁矿基性岩与超基性岩易风化是由于它们主要由易风化的辉石，橄榄石和基性斜长石组成岩石结构连结类型结晶连结，岩石中的矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起胶结连结，岩石中的矿物颗粒通过胶结物连结在一起微结构面，是存在于矿物颗粒内部及矿物颗粒与矿物集合体之间微小的弱面或空隙包括矿物的解理面，矿物晶体或晶粒受力后沿一定结晶方向分裂成的光滑平面晶粒边界，矿物晶体内各粒子之间由离子键，原子键，分子键等相连接，由于矿物表面晶粒电价不平衡而使矿物表面产生一定的粘结力，而这种粘结力比起矿物内部的键要小很多，因此晶粒边界相对软弱微裂隙，矿物颗粒内及颗粒之间多呈闭合状态的破裂迹线，又称显微裂隙晶格缺陷，有由于晶体外原子入侵引起的化学上的缺陷，也有由于化学比例或原子重新排列的毛病引起的物理上的缺陷，与岩石的塑性变形有关粒间空隙，多在成岩过程中形成，如结晶石晶粒之间的小空隙，碎屑岩中由于胶结物填充不完全而留下的空隙，对岩石的透水性和压缩性有较大影响岩石按地质成因分类岩浆岩深成岩，常形成较大入侵体，颗粒均匀，多为中粗粒状结构，致密坚硬，孔隙很小，力学强度高，透水性较差，抗水性较强浅成岩，成分与深成岩相似，但产状与结构不相同，均匀性差，与其他岩种相比，性能较好喷出岩，结构较复杂，岩性不均一，连续性差，透水性较强，软弱结构面较发育沉积岩火山碎屑岩，具有岩浆和普通沉积岩的双重特性和过渡关系，各类火山岩性质差别较大胶结碎屑岩，是由沉积物经过胶结，成岩固结硬化的岩石，其性质取决于胶结物成分，胶结形式和碎屑物成分和特点粘土岩，包括页岩和泥岩，性质较差化学岩和生物岩，碳酸盐类岩石，其中石灰石分布最广，结构致密，坚硬，强度高变质岩，在已有岩石的基础上，经过变质混合作用形成，由于形成过程中形成的温度和压力不同而具有不同的性质，形成变质岩特有的片理，剥理，片麻结构等，具有明显的不均匀性和各向异性接触变质岩，侵入体周围形成岩体，透水性强，抗风化能力差动力变质岩，构造作用产生的断裂带及附近受到影响的岩石，它胶结不好，裂隙，空隙较多，透水性强，强度低区域变质岩，这种变质岩分布范围广，厚度大，变质程度均一，一般块状岩石性质较好，层状片状性质较差岩石破坏形式X状共轭斜面剪切破坏单斜面剪切破坏拉伸破坏劈裂法破坏面上出现拉应力在对径压缩的圆盘中心点压应力值是拉应力值的三倍，而岩石的抗压强度是抗拉强度的5至20倍，因此试件在达到抗压强度前已被抗拉应力破坏，故破坏面上会出现拉应力全应力应变曲线，能显示岩石在受压破坏过程中的应力应变特性，尤其是破坏后的强度和力学性质的变化规律，由于材料试验机的刚度小，在试件压缩时，其支柱上存在很大的变形和变形能，当试件要破坏时，该变形能突然释放，加速试件破坏，从而得不出极限压力后的应力应变关系曲线预测岩爆，左半部分表示当到达峰值强度时，积累在试件中的应变能，右半部分表示岩石从破坏到完全破坏整个过程中所释放的能量，若A＞B，则可能发生岩爆，若A＜B，则不会发生岩爆预测蠕变，当岩石应力小于H点时，岩石不会蠕变，当岩石应力大于H点小于I点时，岩石会发生稳定蠕变，但不会破坏，当岩石应力大于I点，岩石发生不稳定蠕变，最终岩石会破坏预测反复加载卸载条件下岩石的破坏，在低应力条件下，进行反复加载卸载，岩石破坏时的循环次数比在高应力条件下进行反复加载卸载的循环次数要多，当反复加载卸载曲线与全应力应变曲线相交，岩石破坏三轴压缩试验力学性质改变围压增大，岩石抗压强度增大，破坏时的变形增大，弹性极限增大，全应力应变曲线发生明显变化，岩石性质变化，由弹脆性——弹塑性——应变硬化莫尔强度包络线，三轴抗压强度试验得出，对于同一种岩石的不同试件或不同试验条件给出了几个恒定的强度指标值（直线型强度曲线时为岩石的内聚力与内摩擦角），这些指标值是以莫尔强度包络线的形式给出的在不同围压条件下，得出不同的抗压强度，就可以做出不同的莫尔应力圆，这些莫尔应力圆的包络线就是莫尔强度包络线单轴压缩条件下的变形特征全应力应变曲线分为四个阶段孔隙裂隙压密阶段OA，岩石试件中的孔隙裂隙被压密，形成早期的非线性变形，应力应变曲线呈上凹形弹性变形至微裂隙稳定发展阶段AC，该阶段应力应变曲线近似为直线，其中AB为弹性变形阶段，BC为微裂隙稳定发展阶段非稳定破坏发展阶段CD，C点是岩石由弹性到塑性的转折点，成为屈服点，该点对应的应力为屈服应力，该阶段，微裂隙发展产生质的改变，破裂不断发展，直至试件完全破坏破坏后阶段D点后，轴压力达到峰值强度后，试件内部结构遭到破坏，但试件基本保持整体状，之后裂隙快速发展，形成宏观断裂面，试件承载力随变形增大而迅速下降，但并不为零，说明破裂的岩石仍具有一定的承载力反复加载卸载条件下的变形特征对于线弹性岩石，反复循环加载卸载时的应力应变路径完全重合对于完全弹性岩石，应力应变路径也完全重合，但应力应变关系呈曲线对于弹性岩石，加载卸载曲线不重合，但应力应变曲线总是服从环路的规定对于非弹性岩石，在弹性范围内服从弹性岩石的变形特征，当卸载点超过屈服点时，卸载曲线与加载曲线不重合，形成塑性滞回环等荷载循环加载卸载时，塑性滞回环随着加载卸载次数的增加而变窄，直至接近弹性变形，没有塑性变形为止不断增大荷载的循环加载卸载时，每次卸载后加载，在荷载超过上一次循环的最大荷载后，变形曲线仍沿着原来的单调加载曲线上升，好像不曾受到循环加载的影响似的，这种现象称为岩石的变形记忆岩石的扩容,在荷载作用下,在破坏之前产生的非线性体积变形,对于E和u不变的岩石，体积应变曲线分为三个阶段体积变形阶段，体积应变在弹性范围内随应力增加而呈线性减小体积不变阶段，在该阶段，随应力增加，体积应变增量几乎为零扩容阶段，外力继续增加，岩石体积增大，且增加速率越来越大，直至岩石破坏岩石各向异性岩石的全部或部分物理，力学性质随不同方向表现出差异正交各向异性某弹性体存在三个互相正交的弹性对称面，在各面两边的对称方向上，弹性相同，而在弹性主向上弹性不同横观各向异性某岩石在某一平面内的各方向弹性相同,此面成为各向同性面,而垂直该面的方向上力学性质不同影响岩石力学性质的主要因素水连结作用，束缚在矿物表面的水分子通过其吸引力将矿物颗粒拉近，连接润滑作用，由水溶盐，胶体连接岩石，当水入侵时，水溶盐溶解，胶体水解，使矿物颗粒连接力减弱，摩擦力降低，从而降低岩石强度水楔作用，当两个矿物颗粒靠得很近，水分子补充到矿物表面时，矿物颗粒利用其表面吸附力将水分子拉到自己周围，在两个颗粒接触处水分子向两颗粒之间的缝隙挤入，使岩石体积膨胀，产生膨胀压力，水胶代替胶体连接，起润滑作用，降低岩石强度孔隙压力作用，岩石受压时，岩石内的孔隙水来不及排除，在孔隙内产生较大的孔隙压力，降低岩石内聚力和内摩擦角，减小岩石的抗剪强度溶蚀-潜蚀作用，岩石中渗透水在流动过程中将可溶物质溶解带走，降低岩石强度温度，随着温度的增高，岩石延性增大，屈服点降低，强度降低加载速度越大，测得的弹性模量越大，强度指标越高围压，在三轴压缩试验中，岩石的强度和弹性极限都显著增加风化降低岩石结构面粗糙程度并产生新的裂隙在化学风化作用下，矿物成分发生改变，强度降低岩石赋存环境，地应力，地下水，地温地应力对力学性质的影响承载能力，围压越大，承载能力越大变形和破坏机制，低围压条件下破坏的岩体，在高围压条件下呈现出塑性变形和塑性破坏应力传播法则，高围压条件下，非连续介质岩体的力学性质具有连续介质岩体特征岩石结构划分依据，结构面及结构体的类型岩体结构地质特征完整结构岩体，多半是碎裂岩体的结构面被后生作用愈合而成，后生愈合作用包括压力愈合和胶结愈合块状结构岩体，多组或至少一组软弱结构面切割，及坚硬结构面参与切割成块状结构体的高级序岩体结构，软弱结构面多为断层，层间错动面，坚硬结构面一般延展较长，多数错动过板裂结构岩体，主要发育于经过褶皱作用的层状岩体内，由一组软弱结构面切割，结构体呈板状，软弱结构面多为层间错动面，结构体为组合板状结构体碎裂结构岩体，结构面主要为原生结构面和构造结构面，块状碎裂结构的块度大，层状碎裂结构块度小，起块度与岩体厚度有关断续结构岩体，结构面不连续，对岩体切割而不断，个别地方有连续贯通结构散体结构岩体碎屑状散体结构岩体，结构面无序分布，有软弱也有坚硬，结构体多为角砾糜棱化散体结构岩体，多指断层泥工程岩体唯一性在不同工程条件下，岩体结构可视为块裂结构，断续结构，碎裂结构，因此岩体结构是相对的，在确定的地质条件和工程尺寸条件下，工程岩体结构才是唯一的结构面按成因分类原生结构面，成岩过程中形成的结构面，成因不同又分沉积结构面，火成结构面，变质结构面构造结构面，岩体在构造运动作用下形成的结构面次生结构面，在外力作用（风化，地下水，卸载，爆破等）下形成的各种界面结构面级别与特征根据结构面的发育程度，规模大小，组合形式将结构面分为五级I级，对区域构造起控制作用的断裂带，延伸数十公里，深度可穿透一个构造层II级，延伸性强但宽度有限的地质界面，延伸数百米III级，局部性的断裂结构，多为小断层，延伸数十米IV级，一般延伸性较差，无明显宽度的结构面，延伸数米V级，延伸性甚差的微裂隙，节理结构面状态指标产状，对岩体是否会沿一个结构面滑动起控制作用形态，决定结构面抗滑力的大小，起伏越大，抗滑力越大延展尺度，在工程范围内，延展尺度最大的结构面，决定岩体的强度密集程度，以岩体裂隙度K和切割度X表示结构面的密集程度结构面剪切变形,法向变形与结构面的哪些因素有关岩体强度，结构面粗糙程度和法向力结构面力学性质的尺寸效应试块长度增大，平均峰值摩擦角降低，试块面积增大，剪切应力减小随着试块尺寸增加，达到峰值的位移量增大，剪切破坏形式由脆性破坏向延性破坏转化峰值剪胀角减小，结构粗糙程度减小，尺寸效应也减小多结构面岩体破坏形式当岩体内存在多组结构面时，岩体强度受加载方向与多组结构面的控制，根据多组结构面与加载方向的夹角，分别求出各组结构面单独存在时，在最大主应力作用下的岩石强度，取其中最小值作为多结构面的岩体强度岩石中水渗流与土体中水渗流区别土体渗流，以孔隙为主渗透性取决于岩性，颗粒越细，渗透性越差可看做多孔连续介质渗透性一般具有均质各向同性土体渗流符合达西渗流定律岩体渗流，以裂隙为主渗流大小取决于岩体结构面的性质和岩块的性质裂隙导水，微裂隙和孔隙储水为其特征岩体裂隙渗流网络具有定向性一般视为非连续介质具有高度的非均匀性和各向异性受应力场影响明显复杂裂隙系统，在裂隙交叉处，有偏流效应地下水对岩体的物理作用润滑作用，在裂隙面上，水使裂隙面之间的摩擦系数减小软化泥化作用，岩体内某些物质与水结合变软成泥，减小结构面的粘聚力和摩擦力结合水的强化作用，在非饱和状态下，岩体含水能增强颗粒之间的联系，从而增加岩体强度地下水对岩体的化学作用离子交换作用，使天然地下水软化，增加岩体的孔隙度和渗透性能溶解溶蚀作用，大气降水中的酸性物质在地下水中对岩体中的石灰岩，白云岩等产生溶蚀，在岩体内产生裂隙和孔洞，增加岩体渗透性水化作用，水渗透到岩体的矿物结晶格架中，使岩体的结构发生微观与宏观的改变，减小岩体内聚力，在岩体内产生膨胀力水解作用，改变地下水的PH值，同时改变岩体成分，影响岩体力学性质氧化还原作用，岩体与氧气发生氧化反应，矿物成分发生改变，影响岩体力学性质地下水对岩体的力学作用主要通过空隙静水压力和空隙动水压力对岩体的力学性能施加影响前者减小岩体的有效应力而降低岩体强度，使裂隙扩容变形后者对岩体产生切向推力而降低岩体抗剪强度岩体质量分类意义为了在工程设计与施工中能区分岩石质量的好坏与稳定性上的差别，对岩体做出合理分类作为选择工程结构参数，科学管理生产及评价经济效益的依据之一，也是岩石力学与工程应用方面的基础性工作蠕变，应力不变时，变形随时间增加而增加的现象松弛，应变不变时，应力随时间增加而减小的现象弹性后效，加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象流变，材料的应力应变关系与时间因素有关的性质不同受力条件下流变特性当作用在岩石上的应力小于某一值时，岩石的