岩体力学复习提纲综述.docx

1、岩体力学复习提纲综述一名词解释岩体 指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。弹性物体在收到外力作用瞬间即产生变形，去除外力（卸载）后又能立即恢复其原有形状和尺寸的性质。 三轴抗压强度 试件在三向压应力作用下能抵抗的最大 的轴向应力。 抗拉强度 岩石试件在单向拉伸条件下试件达到破坏的极限值。 抗剪强度 指岩石抵抗剪切破坏的能力。莫尔强度理论 材料在极限状态下，剪切面上的剪应力就达到了随法向应力和材料性质而定的极限值。 稳定性系数稳定性系数=滑动面上可能利用抗滑力/滑动力蠕变岩石在恒定的荷载作用下，变形随时间逐渐增大的

2、性质。 天然应力人类工程活动之前存在于岩体中的应力剪切刚度 反映结构面剪切变形性质的重要参数，其数值等于峰值前 -u曲线上任一点的切线斜率。 法向刚度 指在法向应力作用下，结构面产生单位法向变形所需要的应力，软化系数岩石试件的饱和抗压强度( cw)与干抗压强度( c)的比值变形模量 单轴压缩条件下，轴向压应力与轴向应变之比 围岩指由于人工开挖使岩体的应力状态发生了变化，而这部分被改变了应力状态的岩体称为围岩。地下工程开挖过程中，在发生应力重分布的那一部分工程岩体称为围岩 主应力主平面上的正应力主平面单元体剪应力等于零的截面 结构面指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚

3、度相对较小的地质界面或带。 塑性 物体受力后产生变形，在外力去除（卸载）后变形不能完全恢复的性质。 内摩擦角岩体在垂直作用力下，发生剪切破坏时错动面的倾角 切线模量曲线上任一点处切线的斜率，在此特指中部直线段的斜率 岩体力学 力学的一个分支学科，是研究岩（体）石在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的一门基础学科。 重分布应力 地下开挖扰动后在围岩中形成的新的应力围岩压力地下洞室围岩在重分布应力作用下产生过量的塑性变形或松动破坏，进而引起施加于支护衬砌上的压力。作用在支护物上的围岩的变形挤压力或塌坍岩体的重力称为围岩压力 脆性破坏岩石在破坏前变形很小，出现急剧而迅速的破坏，且破坏后应

4、力降很大渗透系数描述岩体介质和流体平均性质的物理量，是介质特征和流体特征的函数 割线模量曲线上某特定点与原点连线的斜率，通常取 c处的点与原点连线的斜率 尺寸效应 岩石试件的尺寸愈大，则强度愈低，反之愈高，这一现象称为“尺寸效应”。 应力集中系数指岩体中二次应力与原始应力的比值，也可用井巷开挖后围岩中应力与开挖前应力的比值来表示初始模量 应力-应变曲线原点处切线斜率 抗冻系数 是指岩石试件经反复冻融后的干抗压强度( cd2)与冻融前干抗压强度( cd1) 之比 岩爆 是地下洞室开挖过程中围岩发生突然脆性破坏的现象。一般在地应力较大部位，岩石被挤压超过其弹性限度，聚集的能量会突然释放出来，伴随有

5、声音、碎石飞散、坠落等现象。泊松比 指在单轴压缩条件下， 横向应变（ ）与轴向应变（ ）之比 RQD值 长度大于10cm的岩心长度之和与钻孔总进尺的百分比。 安全系数 根据各种因素规定的允许的稳定性系数值形变围岩压力 围岩在二次应力作用下局部进入塑性，缓慢的塑性变形作用在支护上形成的压力，或者是有明显流变性能的围岩的粘弹性或者粘弹粘塑性变形形成的支护压力。一般发生在塑性或者流变性较显著的地层中松动围岩压力 因围岩应力重分布引起的或施工开挖引起的松动岩体作用在隧道或坑道井巷等地下工程支护结构上的作用压力。 冲击围岩压力 强度较高且完整的弹脆性岩体过渡受力后突然发生岩石弹射变形所引起的围岩压力。围

6、岩抗力 支护在挤压围岩时引起的围岩对支护的作用力强度包络线 根据一组试件试验得到的三轴压缩强度1m和相应的3以及单轴抗拉强度t。在-坐标系中可绘制出一组破坏应力及其公切线，爬坡角岩石吸水率 指岩石在常温压下自由吸入水的质量与岩样干密度之比。岩石的饱和吸水率是指岩试件在高压或者真空的条件下吸收水的质量与岩式样干质量之比。饱水系数：岩石的吸水率与饱和吸水率之比围岩抗力系数围岩产生单位长度的径向位移（向围岩内方向）所需单位面积上的径向压力动弹性模量 围岩应力孔隙比抗压强度 脆性物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质复习提纲 第一章1. 何谓岩体力学？它的研究任务和对象是什么？岩体力学是力学的分支学科

7、，是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。研究对象是各类岩体 2. 岩体力学采用的研究方法有哪些？工程地质法、测试试验法、理论研究法、综合研究法第二章1. 何谓岩块？岩体？试比较岩块、岩体与土的异同点。岩体指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。岩石是一种地质材料，是组成岩体的固相基质，是连续、均匀、各向同性或正交各向同性的力学介质异同点：1）岩体赋存于一定地质环境之中，地应力、地温、地下水等因素对其物理力学性质有很大影响，而岩石试件只是为实验而加工的岩块，已完全脱离

8、了原有的地质环境。（2）岩体在自然状态下经历了漫长的地质作用过程，其中存在着各种地质构造面，如不整合、褶皱、断层、节理，裂隙等而岩石相对完整。（3）一定数量的岩石组成岩体，且岩体无特定的自然边界，只能根据解决问题的需要来圈定范围。（4）岩体是地质体的一部分，并且是由处于一定地质环境中的各种岩性和结构特征岩石所组成的集合体，也可以看成是由结构面所包围的结构体和结构面共同组的 2. 何谓岩块结构？它是怎样影响岩块的力学性质的？ 岩块的结构是指岩石内矿物颗粒的大小、形式和排列方式及微结构面发育情况与粒间连接方式等反应在岩块构成上的特征。力学性质主要取决于矿物颗粒连接及微结构面的发育特征。3. 何谓结

9、构面？从地质成因上和力学成因上结构面可划分为哪几类？各有什么特点？结构面是指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定延伸方向和长度，厚度相对较小的地址界面或带。地质成因类型分类：原生结构面（沉积结构面、岩浆结构面、变质结构面）：原生结构面中，除部分经风化卸载作用裂开者外，多具有不同程度的联结力和较高的强度； 构造结构面：工程地质性质很差，其强度接近于岩体的残余强度，主要影响岩体的完整性和力学性质； 次生结构面：包括卸荷裂隙（具有张特性）、风化裂隙、次生夹泥层和泥化夹层（性质差，属于软弱结构面）等。力学成因类型分类张性结构面：张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙、起伏大及破碎带较宽等，构造岩

10、多为角砾岩，因此含水丰富，导水性强；剪性结构面：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕、镜面等现象发育4. 何谓岩体结构？各类岩体结构的主要区别是什么？ 5.结构面特征包括哪些方面？各自用什么指标来表示？定义如何？它们怎样影响岩体的性质？a)产状：用走向、倾向、倾角表示，结构面与最大主应力的关系控制着岩体的破坏机理和强度；b)连续性：结构面的连续性反映结构面的贯通程度，常用线连续性系数，迹长和面连续性系数等表示。结构面的连续性对岩体的变形、破坏机理、强度和渗透性都有很大的影响；c)密度：结构面的密度反映结构面发育的密集程度，常用线密度Kd、间距d（两者互为倒数）等指标表示；d)张开度：结构面的张

11、开度e是指结构面两壁之间的垂直距离。一般导致粘聚力降低，若有填充物则其强度主要由填充物决定。另外，结构面的张开度对岩体的渗透性有很大的影响。（分级有闭合结构面、裂开结构面和张开结构面）；e)填充胶结特征：结构面经胶结后，力学性质有所改善。改善程度随胶结物成分不同而异。未胶结的张开面往往被外来物质填充，其力学性质取决于填充物成分、厚度、含水性和的壁岩性质等。（分类薄膜填充、断续填充、连续填充及厚层填充）；f)结构面组合关系：结构面组合关系控制着可能滑移岩体的几何边界条件、形态、规模、滑动方向及滑移破坏类型。 6.何谓岩体分类？主要有哪几种分类方法？分类指标是什么？Deere&Miller双指标分

12、类分类指标：岩块抗压强度（sc）、模量比（Et/sc）国标岩土工程勘察规范分类分类指标：新鲜岩块的饱和单轴抗压强度（scw）1）简易分类2）岩石质量指标（RQD）分类3）岩体地质力学分类(RMR分类)分类指标：岩块强度、RQD值、节理间距、节理条件及地下水及总分RMR值4）巴顿岩体质量(Q)分类分类指标：Q值确定各参数的数值，求得Q值，以Q值为依据将岩体分为9类。5)岩体BQ分类7.RMR值和Q值根据哪些指标确定？如何求取？岩体分类是通过岩体的一些简单和容易实测的指标，把工程地质条件和岩体力学性质参数联系起来，并借鉴已建工程设计、施工和处理等方面成功与失败的经验教训，对岩体进行归类的一种工作方

13、法。RMR值分类（P118）分类指标：岩块强度、RQD值、节理间距、节理条件及地下水方法：（1）根据各类指标的数值，按表中A的标准评分，求和得总分RMR值。（2）按表的规定对总分作适当的修正（3）用修正后的总分对照表中C求得岩体的类别及相应的无支护地下洞室的自稳时间和岩体强度指标(C，)值。第三章1.何谓岩石的吸水性、软化性、抗冻性、渗透性？各自用什么指标表示？如何定义？a)岩石的吸水性是指岩石在一定条件下吸收水分的能力常用吸水率Wa，饱和吸水率Wp和饱和系数，沉积岩吸水性较强。b)岩石的软化性是指岩石浸水饱和后强度降低的性质，用软化系数KR表示，为岩石试件的饱和抗压强度(cw)与干抗压强度(

14、c)的比值，用百分比表示。当岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，且含大开空隙较多时，岩石的软化性较强，软化系数较小。c)岩石的抗冻性是指岩石抵抗冻融破坏的能力，抗冻系数(Rd)是指岩石试件经反复冻融后的干抗压强度(c2)与冻融前干抗压强度(c1)之比，用百分数表示；质量损失率(Km)是指冻融试验前后干质量之差(ms1ms2)与试验前干质量(ms1)之比，以百分数表示。d)岩石的渗透性是指在一定的水力梯度或压力差作用下，岩石能被水透过的性质，常用渗透系数K（渗透流速与水力梯度的比值）表示。一般裂隙发育时，渗透系数急剧增大。2.吸水性与空隙率的关系？ 因为岩石中包含空隙，才导致岩石吸水性的存在。空

15、隙越多，吸水性越明显。岩石的吸水率是在常温常压下进行的，水只能进入大开空隙，而小开空隙和闭空隙水不能进入，因此它与大开空隙率有关。岩石的饱和吸水率在高压(或真空)条件下浸水，一般认为水能进入所有开空隙中，因此它与开空隙率有关。第四章1.岩块在单向压力条件下的变形过程有什么特征？ 2.常用于岩块变形与强度性质的指标有哪些？定义如何？各自的测定方法是什么？影响各种力学指标的因素有哪些？抗拉强度为什么远小于抗压强度？ 3.何谓三轴压缩强度、强度包络线？围压对岩块变形、破坏及强度的影响如何？ 三轴压缩强度：试件在三向压应力状态下能抵抗的最大轴向应力根据一组试件试验得到的三轴压缩强度1m和相应的3以及单

16、轴抗拉强度t。在-坐标系中可绘制出一组破坏应力及其公切线，即为岩块的强度包络线。各种岩石的三轴压缩强度1m均随围压3的增大而增大，但1m增加速率小于3的增加率，此外围压还影响岩块的残余强度。4.何谓蠕变、蠕变模型？研究它有何实际意义？常见的几种模型的本构关系如何？ 蠕变是指岩石在恒定的荷载应力作用下，其变形随时间而逐渐增大的性质。蠕变模型法是将岩石材料抽象成一系列简单的元件及其组合模型来模拟岩石的蠕变特性构成其本构方程的方法。岩石蠕变是一种十分普遍的现象，在天然斜坡，人工边坡及地下洞室中都可以直接观测到，由于岩石蠕变的影响，在岩体内及建筑物内会产生应力集中而影响其稳定性。Maxwall模型由弹

17、性元件和粘性元件串联而成。Kelvin模型由弹性元件和粘性元件并联而成。5.何谓强度判据？常见的几种判据的表达式与应用条件如何？如何判别岩石中一点是否破坏？ 第五章1.分别总结结构面的法向变形与剪切变形的主要特征？ 2.结构面的法向刚度与剪切刚度的定义如何？各自如何确定? 法向刚度是指在法向应力作用下，结构面产生单位法向变形所需要的应力，在数值上等于-曲线上一点的切线斜率。剪切刚度KS是反映结构面剪切变形性质的重要参数，其数值等于峰值前- u曲线上任一点的切线斜率。3.总结四种类型结构面的剪切强度特征（表达式及强度曲线特征） 第六章1.岩体的变形性质与岩块相比有什么区别？ 在外力作用下岩体的变

18、形是岩块变形和结构变形的总和，而结构变形通常包括结构面闭合、充填物的压密及结构体转动和滑动等变形。2.常见确定岩体变形参数的原位试验有哪几种？静力法：承压板法、钻孔变形法、狭缝法、水压洞室法、单(双)轴压缩试验法。 动力法：声波法、地震波法。 3.岩体的动弹性模量与静弹性模量相比如何？为什么？ 不管岩体还是岩块，其动弹性模量普遍大于静弹性模量，一般两者的比值Ed/Eme对于完整坚硬的岩体为1.2到2.0；而对于风化，裂隙发育的岩体和软弱岩体Ed/Eme较大，一般为1.5到10.0。原因： 静力法采用的最大应力一般在1到19Mpa之间，少数则更大，变形量常以毫米计，而动力法的作用应力则约为10-

19、4Mpa量级，引起的变形量微小，因此静力法必然会测得较大的不可逆变形，而动力法测不到这种变形。静力法持续的时间比较长。静力法扰动了岩体的天然结构和应力状态。然而由于静力法实验时，岩体的受力情况更接近于工程岩体的实际受力状态，故在实际应用中除某些特殊情况外，多数工程仍以静力变形参数为主要设计依据。4.在垂直层面的法向应力作用下，层状岩体的变形参数怎样确定？ 5.工程岩体常见的破坏形式有哪几种？对应的强度叫什么强度？各自有何区别？ 第七章1.何谓天然应力、重分布应力及天然应力比值系数？研究天然应力的意义何在？天然应力是指人类工程活动之前存在于岩体中的应力。重分布应力是指岩体中由于工程活动改变后的应

20、力。岩体中的天然应力状态，在研究区域地壳稳定性、地震预报、油田油井的稳定性、核废料储存、岩爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球动力学的研究均具有重要的实际意义。（或区域稳定性、地下洞室稳定性、高陡边坡稳定性、地基岩体稳定性） 2.岩体中的天然应力有哪些基本特征？影响因素有哪些？基本特征：a) 地壳中主应力一压应力为主，方向基本上是水平和垂直的b) 天然应力场是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，是时间和空间的函数。c) 垂直天然应力随深度呈线性增长d) 水平天然应力分布较为复杂 岩体中水平天然应力以压应力为主，出现拉应力者甚少 大部分岩体中的水平天然应力大于垂直应力 岩体中的两个水平应力hmax和hm

21、in通常不相等 在单薄的山体、谷泊附近以及未受构造变动的岩体中，水平天然应力小于垂直应力。e) 天然水平应力和垂直应力的比值在1.5-10.6范围内f) 一个相当大的区域内，最大主应力的方向是相对稳定的g) 区域构造场常常决定局部点的主应力h) 岩体中天然应力状态一般处于三维应力状态影响因素：地壳板块运动及其相互挤压、地幔热对流、地球重力、岩浆侵入、地温梯度、地表剥蚀。 3.常见的实测天然应力的方法有哪些？各自的基本原理如何？ 应力恢复法：用扁千斤顶使得已解除了应力的岩石恢复到初始应力状态。 套心法：在钻孔中安装变形测量元件，通过测量套心应力解除前后，钻孔孔径变化或孔底应变变化或孔壁表面应变变

22、化值来确定天然应力的大小和方向。 水压致裂法：把高压水泵入由栓塞隔开的试段中。当钻孔试段中的水压升高时，钻孔孔壁的环向压应力降低，并在某些点出现拉应力。第八章1.何谓地下洞室？地下洞室的岩体力学问题有哪些？地下洞室是指人工开挖或天然存在于岩体内的构筑物。a) 围岩应力重分布问题重分布应力计算b) 围岩变形与破坏问题位移计算、破坏区确定c) 围岩压力问题围岩压力计算d) 有压洞室围岩抗力问题围岩抗力计算 2.以水平圆形无压洞室为例，说明弹性围岩应力的分布规律。 1) 围岩内重分布应力与角无关，仅与R0和0有关。2) 由于r=0，则r，均为主应力，且恒为最大主应力，r恒为最小主应力。3) 当rR0

23、(洞壁)时，r=0，=20，可知洞壁上的应力差最大，且处于单向受力状态，说明洞壁最易发生破坏。4) 随着离洞壁距离r增大，r逐渐增大，逐渐减小，并都渐渐趋近于天然应力0值。在理论上，r，要在r处才达到0值，但实际上r，趋近于0的速度很快。5) 当r=6R0时，r和与0相差仅2.8%。因此，一般认为，地下洞室开挖引起的围岩分布应力范围为6R0。在该范围以外，不受开挖影响，这一范围内的岩体就是常说的围岩，是有限元计算模型的边界范围。3.何谓围岩？其范围一般为多大？ 一般认为，地下洞室开挖引起的围岩分布应力范围为6R0。在该范围以外，不受开挖影响，这一范围内的岩体就是常说的围岩，是有限元计算模型的边

24、界范围。3.何谓塑性松动圈？具有塑性圈后围岩中的重分布应力如何变化？ 地下开挖后，洞壁的应力集中最大,当它超过围岩屈服极限时，洞壁围岩就由弹性状态转化为塑性状态，并在围岩中形成一个塑性松动圈。1) 随着距洞壁距离增大，径向应力r由零逐渐增大，应力状态由洞壁的单向应力状态逐渐转化为双向应力状态，围岩也就由塑性状态逐渐转化为弹性状态。围岩中出现塑性圈和弹性圈。2) 塑性松动圈的出现，使圈内一定范围内的应力因释放而明显降低，而最大应力集中由原来的洞壁移至塑、弹圈交界处，使弹性区的应力明显升高。3) 弹性区以外则是应力基本未产生变化的天然应力区(或称原岩应力区)。4.试总结各类结构围岩的变形破坏特点？

25、 1) 整体状和块状岩体围岩：在力学属性上可视为均质、各向同性、连续的线弹性介质，应力应变呈近似直线关系。围岩具有很好的自稳能力，其变形破坏形式主要有岩爆、脆性开裂及块体滑移等。2) 层状岩体围岩: 常呈软硬岩层相间的互层形式。结构面以层理面为主，并有层间错动及泥化夹层等软弱结构面发育。变形破坏主要受岩层产状及岩层组合等控制，破坏形式主要有：沿层面张裂、折断塌落、弯曲内鼓等。3) 碎裂状岩体围岩: 碎裂岩体是指断层、褶曲、岩脉穿插挤压和风化破碎加次生夹泥的岩体。变形破坏形式常表现为塌方和滑动。4) 散体状岩体围岩: 围岩结构均匀时，以拱顶冒落为主。当围岩结构不均匀或松动岩体仅构成局部围岩时，常

26、表现为局部塌方、塑性挤入及滑动等变形破坏形式。5.何谓围岩压力？按其成因可分为哪几类？各自用什么方法确定？围岩压力是指地下洞室围岩在重分布应力作用下产生过量的塑性变形或松动破坏，进而引起施加于支护衬砌上的压力。按围岩压力的形成机理，可将其划分为： 形变围岩压力：由于围岩塑性变形如塑性挤入、膨胀内鼓、弯折内鼓等形成的挤压力； 松动围岩压力：由于围岩拉裂塌落、块体滑移及重力坍塌等破坏引起的压力，这是一种有限范围内脱落岩体重力施加于支护衬砌上的压力； 冲击围岩压力：由岩爆形成的一种特殊围岩压力。 6.试述形变围岩应力确定的基本原理与方法。 7.利用平衡拱理论与太沙基理论计算围岩压力的原理。 8.试述

27、用块体极限平衡方法确定松动围岩压力的方法与步骤。在整体块状结构岩体中，常被各种结构面切割成不同形状不同大小的结构体。地下洞室开挖后，围岩中的某些块体在自重作用下向洞内滑移，那这些作用在支护衬砌上的压力就是这些滑块的重量。采用块体极限平衡方法确定松动围岩压力时，首先从地质构造分析入手，找出结构面的组合形式与洞轴线的关系。进而得出围岩中可能的不稳定块体的位置和形状，并对不稳定体塌落或滑移的运动学特征进行分析，确定其滑动面的方向、可能滑动面的位置、产状和力学强度参数，然后对块体进行稳定性校核。如果校核后块体处于稳定状态，其围岩压力为0，若不稳定则进行具体计算。 9.何谓围岩抗力及围岩抗力系数？常用什

28、么方法确定抗力系数？ 在有压洞室中，作用有很高的内水压力，并通过洞壁传递给围岩，这时围岩将产生一个力，称为围岩抗力。围岩抗力的大小常用抗力系数K表示。K值越大常用的直接测定法，说明围岩承受内水压力的能力越大。常用的直接测定法有双筒橡皮囊法、隧洞水压法和径向千斤顶法。第九章1.边坡岩体中的重分布应力有哪些主要特征？与哪些因素有关？ 特征：1) 无论在什么样的天然应力场下，坡面附近的主应力迹线均明显偏转，表现为最大主应力于坡面平行，最小主应力与坡面近似正交，向坡体内逐渐恢复初始应力状态。2) 由于应力的重分布，在坡面附近产生应力集中带，不同部位其应力状态是不同的。在坡脚附近，平行坡面的切向应力显著

29、提高，而垂直坡面的径向应力显著降低，由于应力差大，于是就形成了最大剪应力增高带最易发生剪切破坏，在坡肩附近形成拉应力带。3) 在坡面上各处径向应力为0，因此坡面岩体仅处于双向应力状态，向坡内逐渐转为三向应力状态。4) 由于主应力偏转，坡体的最大剪应力迹线也发生变化，由原来的直线变为凹向剖面的弧线影响因素：1) 天然应力：水平天然应力增大，坡内拉应力范围增大。2) 坡形、坡高、坡角及坡底宽度等：坡高增大主应力量值增大；坡角增大，边坡岩体中拉应力区范围增大，坡脚剪应力也增高。3) 岩体性质及结构特征：泊松比是水平自重应力发生改变；结构面的存在使坡体中应力发生不连续分布。2.边坡岩体变形破坏有哪些基本类型？各自特点如何？影响因素？ 3.利用刚体极限平衡理论计算边坡稳定性的步骤有哪些？ 4.何谓几何边界条件、受力条件、稳定性系数、安全系数？几何边界条件是指构成可能滑动岩体的各种边界面及其组合关系。受力条件是指在工程是使用期间，可能滑动岩体或其边界面上承受里的大小、方向和合力的作用点的统称。稳定性系数是反映滑动面上抗滑力于滑动力的比例关系。安全系数，简单的说就是允许的稳定性数值，安全系数的大小是根据各种影响因素人为规定的 5.单平面滑动的稳定性系数如何确定？推导其计算公式？