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总复习&岩体及其赋存环境&岩石物理性质与结构面性态&岩石与结构面的基本力学性质&岩体的力学性质&岩石力学理论体系一.岩体及其赋存环境1.对岩石力学的初步认识A.复杂的研究对象~天然地质体：非均质、各向异性、非连续~复杂的赋存环境：①地应力：影响岩体的承载能力、变形破坏机制和应力传播法则等②地下水：影响岩体的变形破坏及其稳定性等③地温：影响岩体的承载能力和变形破坏机制等B.岩石力学及其发展历史~岩石力学的定义：岩石力学是岩石力学性态的理论和应用的科学，它是与岩石性态对物理环境的力场反应有关的力学分支。~四个发展阶段：初始、经验、经典、现代2.岩体及其分类A.岩石与岩体的定义~岩体：广义-把地质体作为工程作用或力学作用对象研究时，称该地质体为岩体。狭义-把人类工程活动涉及到的地质体也狭义地称为岩体。~地质体：由岩石组成的岩块及在不连续面切割下具有一定结构和构造的、占据地球上一定空间的实体称为地质体。~岩石：由一种或几种矿物组成的具有一定结构和构造的集合体称为岩石。结构面：所谓结构面是指岩体中存在着的各种不同成因和不同特性的地质界面（即不连续面），包括物质的分界面、不连续面如节理、片理、断层、不整合面等，亦称弱面。@基本属性：具有一定厚度的面的几何属性@变形机理：上、下盘岩体的闭合或滑移~矿物：在地质学中，把具有一定化学成分及结构的化合物称为矿物。B.岩体的地质成因与分类：①沉积岩：又称水成岩，是由风化剥蚀作用或火山作用形成的物质，在原地会被外力搬运，在适当条件下沉积下来，经胶结和成岩作用而形成。依其形成条件和结构特点不同，水成岩分为火山碎屑岩、胶结碎屑岩、粘土岩、化学岩和生物岩等。②岩浆岩：地幔中处于高温高压熔融体的物质沿地壳裂缝上升在地壳中冷凝而成的岩体。依其形成的地质环境不同，岩浆岩分为深成岩、浅成岩和喷出岩三类。③变质岩：变质岩是在已经形成的岩石的基础上，经过变质混合作用后形成的岩石。由于温度、压力的不同，有高温高压变质、高温中压变质、中温高压变质和低温变质等等，依其环境条件不同，变质岩分为接触变质岩、动力变质岩、区域变质岩等。C.岩体结构及其基本类型~分类依据：第一依据：结构面类型（结构级序）①软弱结构面－I级岩体结构（有充填物）②坚硬结构面－II级岩体结构（无充填物）第二依据：第二结构面切割程度及结构体类型（岩体结构基本类型）I级岩体结构：块状岩体结构－块裂结构板状岩体结构－板裂结构II级岩体结构：结构面贯通切割－碎裂结构结构面断续切割－断续结构无显结构面切割－完整结构亚类划分依据：岩体的原生结构块状的－块状碎裂结构层状的－层状碎裂结构~分类方案：2个级、5个序和12亚类~各类岩体结构的地质特征：1.完整结构岩体：多半是碎裂结构岩体中结构面被后生作用愈合而成，后生愈合方式有两种：①压力愈合：具有粘性成分物质，如粘土岩、长石质、石灰质矿物成分组成的岩体，在高围压作用下，其结构面可以重新粘结到一起，形成完整结构。②胶结愈合：在硅质、铁质、钙质及后期侵入的岩浆等胶结物的胶结愈合作用下碎裂结构岩体可转化为完整结构，但后期愈合面的强度仍低于原岩强度，故在后期振动、热力胀缩作用下又可能开裂，开裂程度高者可恢复为碎裂结构岩体，低者可转化为断续结构岩体。2.块裂结构岩体:该类岩体是由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，其结构体有的是由岩浆岩、变质岩及厚层大理岩、灰岩、砂岩等块状原生结构岩体构成，有的为薄至中厚层沉积岩，层状浅变质岩及岩浆喷出岩等层状原生结构岩体组成，其软弱结构面主要为断层、层间错动等．参与切割的坚硬结构面一般延展较长，亦多数为错动过的坚硬结构面。3.板裂结构岩体:主要发育于经过褶皱作用的层状岩体内．受一组软弱结构面切割，结构体呈板状．软弱结构面主要为层间错动面或块状原生结构岩体内的似层间错动面结构体多数为组合板状结构体，有的亦为完整板状结构体。4.碎裂结构岩体:碎裂结构岩体尽管可以划分为块状碎裂结构岩体及层状碎裂结构岩体两亚类，但它们的共同点是切割岩体的结构面是有规律的，即主要为原生结构面及构造结构面块状碎裂结构主要形成于岩浆岩侵人体、深变质的片麻岩、混合岩、大理岩、石英岩及层理不明显的巨厚层灰岩、砂岩等岩体内其特点是结构体块度大，大多为1-2m，但块度较均匀层状碎裂结构的特点是块度小，其块度与岩层厚度有关，浅海相及海陆交互相沉积岩多数为这种结构有时还可分为一种镶嵌状碎裂结构，大多发育于强烈构造作用区内的硬脆性岩体内，结构面组数多，结构面组数多于5组时可形成这种结构。5.断续结构岩体:断续结构岩体特点是显结构面不连续，对岩体切而不断，个别部分亦有连续贯通结构但这种部位很少，多数为不连续切割，形不成结构体在力学上来说，宏观上具有连续介质特点；微观上多数不连续，应力集中现象明显，这种应力集中对岩体破坏具有特殊意义，断裂力学判据对这种岩体也具有特殊意义。6.散体结构岩体:散体结构分为两亚类：①碎屑状散体结构岩体:碎屑状散体结构岩体特点是结构面无序分布、结构面中有软弱的，也有坚硬的结构体主要为角砾，角砾中常充填夹杂有泥质成分一般来说，以角砾成分为主，即所谓“块夹泥”。也有的泥质成分局部集中，但角砾仍起主导作用，其成因有两种类型，其一为构造型，其二为风化型。结构体块度不等，形状不一“杂乱无序”可以用来描述这类岩体的结构特征。②糜棱化散体结构岩体:糜棱化散体结构岩体主要指断层泥而言，断层泥主要是由糜棱岩风化而成，而糜棱岩主要为压力愈台连结．当压力卸去后，又转化为糜棱岩粉，糜棱岩体风化后便转化为断层泥，这种现象在岩浆岩体剖面内极为常见还有一种断层泥是泥质沉积岩在构造错动下直接形成的，如粘土岩中的断层泥便属于此类这种岩体中次生错动面常极发育，易被误视为均质体其实不然，在次生错动作用下形成的擦痕面对其力学性质仍具有一定的控制作用．但这种控制作用由于结构面强度与断层泥强度相差不大，并不十分显著。~相对性和唯一性：众所周知，岩体结构分类的最终目的在于为岩石工程的建设服务，对于工程岩体而言，由于工程规模和工程尺寸的变化，岩体结构也发生相对变化。因此，岩体结构是相对的，只有在确定的地质条件和工程尺寸条件下，工程岩体结构才是惟一确定的．工程岩体结构不同，岩体的力学机制和工程的稳定性分析方法是不一样的。D.岩体质量评价与分类~必要性与分类方法：由于组成岩体的岩石性质、组织结构不同，以及岩体中结构面发育情况的差异，致使岩体力学性质相当复杂。为了在工程设计与施工中能区分出岩体质量的好坏和表现在稳定性上的差别，需要对岩体作出合理分类。作为选择工程结构参数、科学管理生产以及评价经济效益的依据之一，这也是岩石力学与工程应用方面的基础性工作。分类方法：按目的，可分为综合性和专题性按所涉及的因素：可分为单因素分类法和多因素分类法~单一因素分类法：A按岩石质量指标（RQD）分类岩石（芯）质量指标（RQD）：具体分类方案：B按岩体结构类型分类基本思路：这种分类方法将岩体结构分为四类，即整块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构。在前三类中每类又分为2~3个亚类.~具体分类方案：见下表~多因素综合分类法：A乘积法与和差法~乘积法：根据各参数分级评分值的乗积值对岩体进行分类。~和差法：根据各参数分级评分值的代数和对岩体进行分类。B按岩体质量分级分类岩体基本质量指标BQ的计算：岩体基本质量指标BQ的修正：具体分类方案岩体分级级别及其稳定性：(课件2改pps第153张PPT)C．按岩体地质力学分级分类（CSIR法）（课件2改pps第156张PPT）D按巴顿岩体质量（Q）分类（NGI法）（同上161张PPT）~岩体质量评价及其分类的发展趋势：①运用多因素综合指标；②定性与定量的结合；③充分结合工程岩体处理和工程施工方法；④尽量利用简易岩体力学测试技术；⑤重视新理论与新方法3.岩体赋存环境A.地应力~定义：地应力是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。~基本组成：自重应力、构造应力、热应力、地震应力、扰动应力~成因：①大陆板块边界受压引起的地应力场②地幔热对流引起的地应力场③由地心引力引起的地应力场④岩浆侵入引起的地应力场⑤地温梯度引起的地应力场⑥地表剥蚀引起的地应力场~分布规律：1)地应力是一个具有相对稳定的非稳定应力场，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重量；3)最大水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线性增长关系；4)水平应力普遍大于垂直应力；5)平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小，但不同地区变化的速度不同；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)地应力分布受地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特征、岩体力学性质、温度和地下水等因素的影响。~测量方法：①直接方法：1)扁千斤顶法：@是一种一维应力测量方法。@测量的是一种受开挖扰动的次生应力场2)刚性包体应力计法3)水压致裂法基本原理:对测试段钻孔用特制封隔器密封起来，然后对密封段加高压水直至孔壁岩石产生张裂隙。根据裂隙的方向及泵压的大小分析确定原岩的应力状态。基本假设:（1）一个主应力方向是垂直的，其大小等于上覆岩层的自重应力。而另外两个主应力是水平的，且破裂方向垂直于最小主应力方向。（2）岩体是均质、各向同性的线弹性体。4)声发射法②间接方法：1)全应力解除法：~定义：使测点岩体完全脱离地应力作用的方法。~基本原理：当需要测定岩体中某点的应力状态时，人为的将该处岩体单元和周围的岩体分离，此时，岩体单元上所受的地应力将被解除。同时，该单元体的几何尺寸也将产生弹性恢复。若应用一定的仪器，测定弹性恢复的应变值或变形值，并且认为岩体时连续、均质和各向同性的弹性体，于是就可以借助弹性理论的解答计算岩体单元所受的应力状态。~测量步骤：(1)在测试地点打大孔2)从大孔底打同心小孔(3)在小孔中央位置安装测量探头(4)用薄壁钻头延伸大孔，使小孔周围岩芯实现应力解除(5)将岩芯与探头一并取回，进行围压率定和温度标定试验。(6)数据修正和处理，计算地应力值~几种主要的方法：①孔径变形法：P158即通过应力解除过程中钻孔直径的变化而计算出垂直于钻孔轴线的平面内的应力状态，并可通过三个互不平行钻孔的测量确定一点的三维应力状态。②孔底应变法：P162③孔壁应变法：P165即通过应力解除过程中测量钻孔表面的应变即可求出钻孔表面的应力并进而计算出原沿应力状态。④空心包体应变法：P168⑤实包体应变法：P1712)局部应力解除法：P150基本原理：只实现测点的部分应力解除。主要方法：①切槽解除法②平行钻孔法③中心钻孔法3)松弛应力测量法：~微分应变曲线分析法基本原理（P153）测量步骤（P153）~非弹性应变恢复法基本原理（P155）测量步骤（P155）4)孔壁崩落测量法：P155①钻孔壁的优势崩落方向②破坏点的应力状态方程：（P156）③主应力的基本计算式：（P156）5)地球物理探测法：P157~声波观测法（P157）基本原理测量步骤~超声波谱法（P157）基本原理测量步骤B.地下水~岩体与土体渗流的区别~岩体空隙的结构类型（了解）~岩体渗流问题（了解）~地下水渗流对岩体力学性质的影响：物理、化学和力学C.地温~物理化学作用~热应力作用二.岩石物理性质与结构面性态（1.岩石的物理性质2.结构面性态）1.岩石的物理性质(定义、指标与测定、影响因素，取值等)A.重量指标~容重：岩石单位体积的重量，分干、天然和饱和容重及其计算式：岩石单位体积（包括岩石内孔隙体积）的重量称为岩石的容重，其计算式为：γ＝ρg(kN/m3)式中，ρ为岩石的密度，g为重力加速度。~密度：(分干、天然和饱和)密度及其计算式：岩石单位体积（包括岩石内孔隙体积）的质量称为岩石的密度，其计算式为：ρ=w／v（g/cm3）式中，W为岩石的质量，V为包括孔隙体积在内的岩石的体积。~密度和容重的分类：由于岩石的质量或重量的大小与其内部的含水多少有关，所以，岩石的密度和容重无疑也与岩石内部的含水量相关，根据岩石的含水状态不同，我们将其分为了干密度