岩石力学复习重点.docx

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岩石力学复习重点

岩石力学复习重点

1.、绪论

1.岩石材料的特殊性：

岩石材料不同于一般的人工制造的固体材料，岩石经历了漫长的地质构造作用，内部产生了很大的压应力，具有各种规模的不连续面和孔洞，而且还可能含有液相和气相，岩石远不是均匀的、各向同性的弹性连续体。

2.岩石与岩体的区别：

（1）岩石：

是组成地壳的基本物质，他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。

（2）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各样的地质构造形迹如不整合褶皱断层层理节理劈理等不连续面。

重要区别就是岩体包含若干不连续面。

起决定作用的是岩体强度，而不是岩石强度。

3.岩体结构的两个基本要素：

结构面和结构体。

结构面即岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面与不连续面。

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称为结构体。

2.岩石的物理力学性质

1.名词解释：

孔隙比：

孔隙的体积（Vv）与岩石固体的体积的比值。

孔隙率：

是指岩石试样中孔隙体积与岩石总体积的百分比。

吸水率：

干燥岩石试样在一个大气压和室温条件下吸入水的重量与岩石干重量之比的百分率。

其大小取决于岩石中孔隙数量多少盒细微裂隙的连通情况。

膨胀性：

是指岩石浸水后体积增大的性质。

崩解性：

岩石与水相互作用时失去粘结力，完全丧失强度时的松散物质的性质。

扩容：

岩石在压缩载荷作用下，当外力继续增加时，岩石试件的体积不是减小，而是大幅度增加的现象。

蠕变：

应力恒定，变形随时间发展。

松弛：

应变恒定，应力随时间减少。

弹性后效：

在卸载过程中弹性应变滞后于应力的现象。

长期强度：

当岩石承受超过某一临界应力时，其蠕变向不稳定蠕变发展，当小于该临界值时，其蠕变向稳定蠕变发展，称该临界值为岩石的长期强度。

2.岩石反复冻融后强度下降的原因：

①构成岩石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化时由于矿物的涨缩不均而导致岩石结构的破坏；

②当温度减低到0℃以下时岩石孔隙中的水将结冰，其体积增大约9%，会产生很大的膨胀压力，使岩石的结构发生改变，直至破坏。

3.影响岩石强度的主要实验因素有哪些？

1.温度,一般而言,随温度的升高,岩石的延性加大,屈服点降低,强度也降低.

2.2.加载速度,加载速度队岩石的变形性质和强度指标有明显的影响：

加载速度越快,测得的弹性模量越大,强度指标越高.

3.3.受力状态,岩石的脆性和塑性并非岩石固有的性质,而与岩石的受力状态有关,随着受力状态的变化,其脆性和塑性是可以相互转化的,强度指标也随之变化.

4.岩石破坏有哪些形式？

对各种破坏的原因做出解释

脆性破坏：

由于应力条件下岩石中裂隙的产生和发展的结果。

?

塑性破坏：

是在塑性流动状态下发生的，这是由于组成物质颗粒间相互滑移所致。

5.什么是岩石的全应力—应变曲线？

什么是刚性试验机？

为什么普遍材料试验机不能得出岩石的全应力—应变曲线？

（1）在刚性试验机进行单轴压力试验可以获得完整的岩石应力应变全过程曲线。

分为四个区段：

（1）在OA区段，曲线稍微向上弯曲；

（2）在AB区段，很接近于直线；（3）在BC区段，曲线向下弯曲，直至C点的最大值；（4）下降段CD?

（2）刚性试验机：

符合压力机刚度大于试件刚度的压力试验机。

（3）因为普通材料试验机刚度小于岩杨刚度。

6.简述岩石在单体压力试验下的变形特征

1）原生微裂隙压密阶段（OA）?

①σ1－ε1?

曲线，应变率随应力增加而减小；?

②塑性变形（变形不可恢复）?

原因：

微裂隙闭合（压密）

2）弹性变形阶段（AB）?

①?

σ1－ε1?

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σB应力为屈服极限，超过B点卸载有塑性变形。

?

3）弹塑性（非线性）变形阶段（BC）?

①σ1－ε1?

曲线；?

②有塑性变形产生，变形不可恢复；?

③应变速率不断增大。

?

原因：

新裂纹产生，原生裂隙扩展。

7.简述岩石在反复加载卸载下的变形特征

对于弹塑性岩石，在反复多次加载与卸载循环时，所得的应力-应变曲线将具有以下特点

（1）卸载应力水平一定时，每次循环中的塑性应变增量逐渐减小，加、卸载循环次数足够多后，塑性应变增量将趋于零。

因此，可以认为所经历得加、卸载玄幻次数愈多，岩石则愈接近弹行变形。

（2）加卸载循环次数足够多时，卸载曲线与其后一次再加载曲线之间所形成得滞回环得面积将愈变愈小，且愈靠拢而又愈趋于平行

（3）如果多次反复加载、卸载循环，每次施加得最大荷载比前一次循环得最大荷载为大。

随着循环次数增加，塑性滞回环的面积也有所扩大，卸载曲线得斜率也逐次略有增加。

这个现象称为强化。

此外，每次卸载后再加载，在荷载超过的上一次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，好像不曾受到反复加卸荷载得影响似的，这就是所谓的岩石具有记忆效应。

3.岩体的力学特性

（1）名词解释：

切割度：

假设有一平直的断面，他与考虑的结构面重叠而且完全的横贯所考虑的岩体，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。

工程岩体：

岩石工程影响范围内的岩体

RQD：

是指单位长度的钻孔中10cm以上的岩芯占有的比例。

BQ：

岩体基本质量指标。

RMR：

CSIR分类指标值。

（2）简述结构面的自然特征

P48

（3）结构面的剪切变形、法向变形与结构面的哪些因素有关？

结构面的剪切变形与岩石强度、结构面粗糙性有关；

法向变形与结构面抗压强度、结构面粗糙性、结构面张开度有关。

（4）结构面的剪切变形曲线，抗剪强度公式

P54

（5）影响结构面力学性质的因素：

（1）尺寸效应

（2）前期变形历史（3）后期充填性质

（6）在CSIR分类法、Q分类法和BQ分类法中各考虑了岩体的哪些因素？

（1）岩块强度、RQD值、节理间距、节理条件即地下水5种指标

（2）岩体的完整性，结构面的形态、填充物特征及其次生变化程度，水与其他应力存在是对质量影响。

（3）岩块饱和单轴抗压强度和岩体的完整度系数。

7.BQ修正系数：

软弱结构面产状影响修正系数；地下水影响修正系数；天然应力影响修正系数

8.结构面的剪切变形曲线的角度的含义

P54

9.简述Hoek-Brown岩体强度估算方法

P74

10.岩体变形曲线可分为几类？

各类岩体变形曲线有何特点？

P84

第4章岩体地应力及其测量方法

1.岩体地应力的构成与特点：

构造应力，自重应力。

2.地应力的分布规律（特点）

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覆岩层的质量

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

5）最大水平主应力和最小水平主应力也随深度线性增长

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）地应力的上述分布规律还会受到地形、地表腐蚀、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，特别是受地形和断层的扰动影响最大。

2高地应力判别准则

当围岩内部的最大地应力6max与围岩强度Rb的比值达到某一水平时，才能称为高地应力或极高地应力,即围岩强度比=Rb|6max（P105）

3.地应力判别准则岩爆的产生条件：

（1）地下工程开挖，洞室空间的形成是诱发岩爆的几何条件；（空间条件）

（2）围岩应力重分布和集中导致围岩积累大量弹性变形能，这是诱发岩爆的动力条件；

（3）岩体承受极限应力产生初始破裂后的剩余弹性变形能的集中释放量决定岩爆的弹射程度；

（4）岩爆通过何种方式出现，这取决于围岩的岩性、岩体结构特征、弹性变形能的积累和释放时间长短。

4.地应力测量

P113

水压致裂法：

（1）测量原理：

由弹性理论可知，钻孔位于无限岩体，受到二维应力场（σ1，σ2）的作用时，在钻孔周围的应力为：

σθ=σ1+σ2-2（σ1-σ2）·cos2θ

（1）

σr=0

（2）

σθ——钻孔周边的切向应力；

σr——钻孔周边的径向应力；

θ——周边一点与σ1轴的夹角。

当θ=0时，σθ取最小值，σθ=3σ2-σ1

声发射法测试原理：

凯泽效应为测量岩石应力提供了一个途径，即如果从原岩中取回定向的岩石试件，通过对加工的不同方向的岩石试件进行加载声发射试验，测定凯泽点，即可找出每个试件以前所售的最大应力，并进而求出取样点的原始三维应力状态。

（5）岩石地下工程

1.围岩:

是指在岩石地下工程中，由于受开挖影响而发生应力改变的周围岩体。

2.简述地下工程按埋置深度的分类：

地下工程分为深埋与浅埋两大类。

3.简述地下工程围岩的破坏机理：

P140

4.我国地下工程围岩压力计算方法

P145…149

5.什么是围岩变形曲线、支护特性曲线和围岩松动压力曲线？

支护特性曲线的主要作用是什么？

支护特性曲线是是作用在支护结构上的形变压力与支护结构外缘所产生的径向位移间的关系。

（6）岩石边坡工程

1.岩石边坡破坏的基本类型：

从形态上可分为崩塌和滑坡：

崩塌是指块状岩体与岩坡分离，向前翻滚而下；

滑坡是指岩体在重力作用下，沿坡内软弱结构面产生的整体滑动。

2.边坡稳定的影响因素

（1）结构面

（2）边坡外形

（3）岩体力学性质

（4）各种外力直接作用

3.了解岩质边坡的应力分布特征（补充XX）

坡面附近,大主应力近似与坡面平行,小主应力与坡面垂直；远离坡面初,大主应力与重力方向平行,小主应力与重力方向垂直。

4.坡顶张裂缝的最大深度

（P163页的计算公式）

5.平面滑动的一般条件:

1）滑动面的走向必须与坡面平行或接近平行（约在+-20度的范围内）；

2）滑动面必须在边坡面露出，即滑动面的倾角β必须小于坡面的倾角α；

3）滑动面的倾角β必须大于该平面的摩擦角；

4）岩体中必须存在滑动阻力很小的分离面，以定出滑动的侧面边界。

（7）岩石地基工程

1.岩石地基工程的两大特点：

（1）相较于土质地基，岩石地基可以承担大得多的外载荷；

（2）岩石中各种缺陷的存在可能导致岩体强度远远小于完整岩块的强度。

2.设计三原则：

（1）基岩体需要有足够的承载能力，以保证在上部建筑荷载作用下不产生碎裂或蠕变破坏；

（2）在外载荷作用下，由岩石的弹性应变和软弱夹层的非弹性压缩产生的岩石地基沉降值应该满足建筑物安全与正常使用的要求；

（3）确保由交错结构面形成的岩石块体在外载荷作用下不会发生滑动破坏，这种情况通常发生在高陡岩石边坡上的基础工程中。

3.嵌岩桩基础：

当浅层岩体的承载力不足以承担上部建筑物荷载，或者沉降值不满足正常使用要求时，就需要使用嵌岩桩将上部荷载直接作用到深层坚硬岩层上。

嵌岩桩的承载力由桩侧摩阻力、端部支承力和嵌固力提供。

4.将岩石地基的沉降分为以下三种类型：

（1）由岩石本身的变形、结构面的闭合与变形以及少数粘土夹层的压缩三个部分组合形成的地基沉降。

适用范围包括均质、各向同性岩石地基，成层岩石地基、横观各向同性岩石地基。

（2）由于岩石块体沿结构面剪切滑动产生的地基沉降。

绝大多数这种情况发生在基础位于岩石边坡顶部时，且边坡岩体中存在潜在滑动的块体。

（3）与时间有关的地基沉降。

沉降主要发生在软弱岩石地基和脆性岩石地基中，当地基岩体中包含有一定厚度的粘土夹层时，也会有此类沉降发生。