岩体力学重点

第0章1.岩体力学的研究内容（1）岩块、岩体地质特征的研究（2）岩石的物理、水理与热学性质的研究（3）岩块的基本力学性质的研究（4）结构面力学性质的研究（5）岩体力学性质的研究（6）岩体中天然应力分布规律及其量测的理论与方法的研究（7）工程岩体分类及分类方法的研究（8）岩体变形破坏机理及其本构关系与破坏依据的研究（9）边坡岩体、地基岩体及地下洞室围岩等工程岩体的稳定性研究（10）岩体性质的改善与加固技术的研究，包括岩体性质、结构的改善与加固，地质环境（地下水、地应力等）的改良等（11）各种新技术、新方法与新理论在岩体力学中的应用研究（12）工程岩体的模型、模拟试验及原位检测技术的研究2.岩体力学的研究方法有哪些？（1）工程地质研究法（2）试验法（3）数学力学分析法（4）综合分析法第1章1.结构面、岩体的定义(1)结构面（Discontinuous）:是地质历史发展过程中，在岩体内部形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带(2)结构面（Discontinuous）:是地质历史发展过程中，在岩体内部形成的具有一定方向、一定规模、一定形态和特征的面、缝、层、带状的地质界面。(3)岩体（Rockmass）：是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。2.结构面的分类（1）地质成因类型1）原生结构面岩体在成岩过程中形成的结构面。沉积结构面:沉积岩在沉积和成岩过程中形成的。岩浆结构面:岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面。变质结构面:在变质过程中形成的结构面。2）构造结构面是岩体形成后在构造应力作用下形成的各种破裂面。3）次生结构面是岩体形成后在外营力作用下产生的结构面。（2）力学成因类型张性结构面（ExtensionDiscontinuous）剪性结构面（ShearDiscontinuous）（3）结构面的5个等级（Scale）I级结构面：是大断层或区域性断层,一般延伸约数公里至数十公里以上。I级结构面属于区域稳定的研究领域，控制工程建设地区的地壳稳定性，直接影响工程岩体稳定性。II级结构面：指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。II级结构面对工程岩体的稳定性起控制作用。III级结构面：指长度数十米至数百米的断层、区域Ⅳ级结构面：延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断层及发育的片理、劈理面等Ⅴ级结构面：微结构面、隐节理、微层面等3.结构面的基本特征（1）产状：走向、倾向、倾角结构面与最大主应力间的关系控制着岩体的破坏机理与强度（2）连续性：结构面的连续性反映结构面的贯通程度。线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面各段长度之和(Σa)与测线长度的比值。迹长：结构面与岩体露头交线的长度。（3）密度：结构面的密度反映结构面发育的密集程度。线密度(Kd)是指结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数(条／m)。间距(d)则是指同一组结构面法线方向上两相邻结构面的平均距离。Kd与d互为倒数关系用线密度来估算岩体质量指标RQD(rockqualitydesignation)岩体质量指标RQD：长度大于10cm的岩心长度之和与钻孔总进尺的百分比。（4）张开度：结构面张开度是指结构面两壁面间的垂直距离。结构面两壁面一般不是紧密接触，使结构面实际接触面积减少，导致结构面粘聚力降低和渗透性增大。（5）形态：结构面的形态可以用侧壁的起伏形态及粗糙度来反映。结构面侧壁的起伏形态分为平直的、波状的、锯齿状的、台阶状的和不规则状的。（6）充填胶结特征结构面胶结后力学性质有所增强，Fe质胶结的强度最高，泥质与易溶盐类胶结的结构面强度最低，且抗水性差。未胶结的结构面，力学性质取决于其充填情况，可分为：薄膜充填、断续充填、连续充填及厚层充填4类1、薄膜充填是结构面两壁附着一层极薄的矿物膜，厚度多小于1mm，多明显降低结构面的强度。2、断续充填结构面的力学性质与充填物性质、壁岩性质及结构面的形态有关。3、连续充填结构面的力学性质主要取决于充填物性质。4、厚层充填结构面的力学性质很差，主要取决于充填物性质，岩体往往易于沿这种结构面滑移而失稳。（7）结构面的组合关系结构面的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，它是工程岩体稳定性预测与评价的基础。4.岩体的结构类型及岩体结构控制论为了概括地反应岩体中结构面和结构体的成因、特征及其排列组合关系，将岩体划分为5大类：整体状结构、块状结构、层状结构、碎裂状结构、散体状结构岩体结构控制论岩体结构对工程岩体的控制作用主要表现在三方面，即岩体的应力传播特征、岩体的变形与破坏特征及工程岩体的稳定性。软弱结构面是岩体变形破坏的重要控制因素或边界；硬性结构面是划分岩体结构、鉴别岩体力学介质类型的重要依据。5.分析岩体结构对岩体的控制作用应注意哪些方面？岩体结构对工程岩体的控制作用主要表现在三方面，即岩体的应力传播特征、岩体的变形与破坏特征及工程岩体的稳定性。破坏机制方面：岩体破坏难易程度、岩体破坏的规模、岩体破坏的过程及岩体破坏的主要方式等。岩体稳定性方面：见书p23第2章1.岩石物理指标的概念；物理性质是指岩石由于三相组成的相对比例关系不同所表现的物理状态，其由岩石的物质组成和结构决定。2.基本概念密度：指单位体积内岩石的质量，分为颗粒密度和块体密度。颗粒密度：岩石中固体相部分的质量与其体积的比值。块体密度：岩石单位体积内的质量。与矿物组成、岩石的孔隙性及含水状态有关。重度：岩石单位体积的重量。比重：岩石固体部分的重量和4°C时与同体积纯水重量的比值。孔隙率：总空隙率(n)总开空隙率(no)大开空隙率(nb)小开空隙率(na）闭空隙率(nc)见书p34水理性质：岩石在水溶液作用下表现出的性质，称为水理性质吸水率和饱水率：吸水率(Wa)：是指岩石试件在大气压力和室温条件下自由吸入水的质量(mw1)与岩样干质量(ms)之比，用百分数表示，即%1001swammW%100ddawaVbbWWVVn饱和吸水率：岩石的饱和吸水率(Wp)是指岩石试件在高压(一般压力为15MPa)或真空条件下吸入水的质量(mw2)与岩样干质量(ms)之比，用百分数表示，即%1002swpmmW%100dd00WpWVVnwpV软化性：岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性渗透系数：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，称为透水性。常用渗透系数来表征。UKJK为渗透系数，是渗透流速与水力梯度的比值，在数值上等于水力梯度为1时的渗透流速，cm/s或m/d膨胀性：岩石的膨胀性是指岩石浸水后体积增大的性质崩解性：岩石的崩解性是指岩石与水相互作用时失去粘结性并变成完全丧失强度的松散物质的性能3.岩石的初始模量、切线模量、割线模量和平均模量的概念初始模量(Ei)：指应力-应变曲线原点处切线斜率切线模量(Et)：指曲线上任一点处切线的斜率，在此特指中部直线段的斜率割线模量(Es)：指曲线上某特定点与原点连线的斜率，通常取σc／2处的点与原点连线的斜率。4.典型岩块全应力-应变曲线分哪几个阶段(p43)（1）孔隙裂隙压密阶段(OA)。在该阶段，随着载荷的增加，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。Lo2501i50ioABCDEoVREKEKEEG)1()21(3)21)(1()1(2（2）弹性变形至微破裂稳定发展阶段(AC)。曲线呈似直线关系。（3）非稳定破裂发展阶段（CD,累进性破裂阶段），进入本阶段后，微破裂的发展发生了质的变化。（4）破坏后阶段（D以后阶段）岩块承载力达到峰值后，其内部结构完全破坏，但试件仍基本保持整体状。5.基本概念(p44-46)泊松比：（poisson`sratio）是指在单轴压缩条件下，横向应变（εｄ）与轴向应变（εＬ）之比体积模量（Kv）：剪切模量(G)：流变和蠕变：(1)流变:在外部条件不变的情况下，岩石的变形或应力随时间而变化的现象叫流变，主要包括蠕变、松弛。(2)蠕变(creep):是指岩石在恒定的荷载作用下，变形随时间逐渐增大的性质。6.岩块的蠕变曲线分哪几个阶段(1)AB段-初始蠕变阶段：曲线呈下凹型，应变最初随时间增大较快，但其应变率随时间迅速递减，到B点达到最小值。(2)BC段-等速蠕变阶段：曲线近似呈直线，应变随时间近似等速增加，直到C点。(3)CD段-加速蠕变阶段：曲线呈上凹型，应变率随时间迅速增加，应变随时间增长越来越大，其蠕变加速发展直至岩块破坏（D点）7.岩块的破坏形式岩块在三轴压缩条件下的破坏形式可分为脆性劈裂、剪切、塑性流动三类。根据破坏时的应力类型，岩块的破坏有拉破坏。剪切破坏和流动三种基本类型。8.影响岩块抗压强度的因素（1）试件的几何形状及加工精度（2）加载速率（3）断面条件（4）湿度和温度（5）层理结构9.抗压强度、抗拉强度及抗剪强度的概念及测试计算方法（1）单轴抗压强度σc：在单向压缩条件下，岩块能承受的最大压应力，简称抗压强度（MPa）测定方法：抗压强度试验、点荷载试验（2）单轴抗拉强度σt：单向拉伸条件下，岩块能承受的最大拉应力，简称抗拉强度。测定方法：直接拉伸、间接法（劈裂法、点荷载法、三点弯曲法）（3）剪切强度：在剪切荷载作用下，岩块抵抗剪切破坏的最大剪应力，称为剪切强度。a抗剪断强度：指试件在一定的法向应力作用下，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。测试方法：直剪试验、变角板剪切试验、三轴试验b抗切强度：指试件上的法向应力为零时，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。c摩擦强度：指试件在一定的法向应力作用下，沿已有破裂面（层面、节理等）再次剪切破坏时的最大剪应力。10.岩块的抗剪强度的定义，直接剪切试验曲线三个阶段剪切强度：在剪切荷载作用下，岩块抵抗剪切破坏的最大剪应力，称为剪切强度。第3章1.结构面的法向变形与剪切变形的主要特征法向变形：p67（1）开始时随着法向应力增加，结构面闭合变形迅速增长；（2）初始压缩阶段，含结构面的岩块变形ΔＶｔ主要由结构面闭合造成；jjCtguKs（3）法向应力σｎ大约从σｃ/3处开始，含结构面的岩块变形由以结构面的闭合为主转为以岩块的弹性变形为主；（4）结构面的σｎ-ΔＶｊ曲线大致为以ΔＶｊ＝Ｖｍ为渐近线的非线性曲线；（5）结构面的最大闭合量始终小于结构面的张开度（ｅ）剪切变形：p73（1）结构面的剪切变形曲线均为非线性曲线；（2）结构面的峰值位移Δu受其风化程度的影响；（3）对同类结构面而言，遭受风化的结构面，剪切刚度比未风化的小1/4~1/2;（4）结构面的剪切刚度具有明显的尺寸效应；（5）结构面的剪切刚度随法向应力的增大而增大。2.结构面的法向刚度和剪切刚度的定义和确定方法（1）法向刚度Ｋｎ（normalstiffness）：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σｎ-。P70确定方法：试验法（室内压缩试验、现场压缩试验）本构方程和经验估算（2）剪切刚度KS（shearstiffness）：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τ-u曲线上任一点的切线斜率。确定方法：试验法（室内试验、现场试验）经验估算法方程3.平直无填充结构面和有填充的软弱结构面的剪切强度特征p75、p80（1）平直无填充结构面：抗剪强度大致与人工磨制面的摩擦强度接近，即：结构面的抗剪强度主要来源于结构面的微咬合作用和胶黏作用，且与结构面的壁岩性质及其平直光滑程度密切相关。特点是面平直、光滑，只具微弱的风化蚀变。坚硬岩体中的剪破裂面还发育有镜面、擦痕及应力矿物薄膜等。（2）有填充的软弱结构面：具有充填物的软弱结构面包括泥化夹层和各种类型的夹泥层，其(MPa/cm)jnnVK形成多与水的作用和各类滑错作用有关。这类结构面的力学性质常与充填物的物质成分、结构及充填程度和厚度等因素密切相关。4.非贯