岩石力学知识要点

岩石力学知识要点第一章1、岩石：经过地质作用而天然形成的（一种或多种）矿物集合体2、岩体：在一定的地址条件下，含有诸如裂隙、节理、层理、断层等不连续结构面组成的现场岩石，它是一个复杂的地质体3、岩石力学研究的基本内容：①基本理论：岩体地应力、岩体强度、岩体变形、裂隙水力学②材料试验：现场试验和室内试验③工程应用：边坡工程、地下洞室、坝基稳定第二章1、岩石的裂隙连通率：岩裂隙面方向baan（a为裂隙面长度，b为岩桥长度）2、横管各向异性：同一层面内力学性质相同，而不同层面内力学性质有差异的性质3、岩石的物理性质指标：（1）孔隙率：岩石内空隙体积与总体积之比，%1001%100nsv）（VVVV（2）吸水率：①自然吸水率：岩石在常温下浸水48小时后岩体内的含水量与岩石干重量的比值%100%100ss1as1wa②饱和吸水率：岩样在强制状态下（真空、煮沸或高压下）岩样最大吸水量与岩石干重量的比值%100%sssasa）（（3）软化系数：岩石试件的饱和抗压强度与干抗压强度的比值，用c表示，干饱和）（）（cccRR4、岩石的渗透系数：受承压水作用的岩体，在节理裂隙等结构面上将产生渗流，其渗透性大小工程上一般用渗透系数k表示（cm/s）注意：k不仅与岩体性质有关，还与岩体的应力状态有关，即拉压有关。①当外壁水压力大于内壁水压力时，水从外壁流向内壁，岩样受压1k②当内壁水压力大于外壁水压力时，水从内壁流向内壁，岩样受拉2k一般来说2k1k5、岩体质量指标RQD值的概念：%100cm10llcm10ii钻孔总进尺）（钻孔总进尺后的长度扣除岩芯长度小于（修正岩芯采取率）RQD6、岩体分类应考虑的因素：岩块强度、RQD值、节理间距、节理条件及地下水第三章1、岩石的三种破坏形式及特征？①脆性破坏：发生破坏时变形很小，明显声响，一般发生单轴或者是地围压坚硬岩石（岩爆）②延性破坏（塑性破坏）：破坏时变形较大，有明显的“剪胀效应”，一般发生在较软弱岩石或者是高围压坚硬岩石③弱面剪切破坏：岩层中存在节理、裂隙、层理、软弱夹层等软弱结构面，岩层整体性受到破坏，在外荷载作用下当结构面上的剪应力大于该面上的强度时，岩体发生沿弱面的剪切破坏2、岩石的抗剪断强度、抗剪强度的概念：①抗剪强度：岩石沿原生结构面或已被剪断的结构面剪切滑动时的“摩擦阻力”②抗剪断强度：完整岩块、岩石被剪断时表现出的“抵抗剪切破坏”的强度3、岩石的单轴抗压、抗拉、抗剪强度的概念：①单轴抗压强度：岩石试件在单轴压力（无围压而轴向加压力）下抵抗破坏的极限能力或极限强度，数值上等于破坏时的最大压应力②抗拉强度：岩石的抗拉强度是指岩石试件在单向拉伸条件下试件达到破坏的极限值，它在数值上等于破坏时的最大拉应力。③岩石的抗剪强度：就是岩石抵抗剪切滑动的能力，它是岩石力学中需要研究的最重要指标之一，往往比抗压和抗拉强度更有意义4、围压对岩石（岩体）的影响：岩石的强度随着围压的增加而增加，岩石的性状随着围压的增加而由脆性转换为延性5、根据M-C强度条件推证岩石的单轴抗压强度、抗拉强度分别为：sin1ccos2csin1ccos2t推证：设滑动面与大主应力的夹角为，则有：2cos2231312sin231由M-C强度准则知：tancf，将f及带入其中可得：)2cos1(tan2sin)]2cos1(tan2[sinc231对于破坏面有245。f，cos2sin，sin2cos，上式可写为：sin1)sin1(cosc231①单轴压力作用下有：1c03带入其中可得sin1ccos2c②单轴拉力作用下有:013t带入其中可得sin1ccos2t6、说明格里菲斯强度理论的基本观点和推导思路：（1）基本观点：格里菲斯人为材料内部存在着许多细微裂隙，在力的作用下，这些细微裂隙的周围特别是缝端，可以产生应力集中现象。材料的破坏往往从缝端开始，裂缝扩展，最后导致材料的完全破坏，属于微观强度理论。（2）推导思路：①从岩石中取出任一条裂缝，简化为椭圆裂纹（长轴a、短轴b），外部应力场σ1、σ3；②分析裂纹周边的切向应力σb，取σbmax；③求危险裂纹方向β（从若干条裂纹中挑出最危险裂纹）；④与材料参数建立联系，导出强度准则；7、说明岩石强度的主要因素：①矿物成分：造岩矿物强度越高，颗粒级配越好，岩石强度就越高②节理裂隙发育程度：节理裂隙越发育，岩石强度越低③围压水平④加荷速度：速度越快，强度越高⑤含水率：含水率越大，强度越低⑥层面方向8、说明岩体中软弱结构面的强度分析方法：9、说明岩石抗剪强度巴顿公式中）（cjjflgtanRJRC各符号的含义及如何取值？JRC——节理（结构面）粗糙系数，介于0—20之间，由实测起伏状态，十条标准剖面对比确定cjR——裂隙面围岩的抗压的强度）（cjRj——节理（结构面）基本摩擦角（光面摩擦角）——节理（结构面）的法向应力f——节理（结构面）的抗剪强度第四章1、岩石的弹性、塑性、粘性变形的概念①弹性变形：荷载卸去后，变形可恢复。包括线性和非线性（弹性后效，粘弹性）②塑性变形：荷载卸去后，变形不能全部恢复，残留一部分永久变形。③粘性变形：荷载一定，变形随时间t增加而增加。2、岩石的~曲线一般包括哪几个阶段？其变形特征如何？①OA段——压密阶段：岩体中细微裂隙受压闭合②OB段——线弹性阶段：卸载后变形可恢复，岩石颗粒变形③BC段——强化阶段：卸载后变形不能完全恢复④CD段——软化阶段：ε↑，强度下降，塑性变形比重大3、岩石的弹模、变模切线、割线的概念？（1）弹性模量：是指单轴受力时正应力σ与弹性正应变εe之比eE分为：①初始弹性模量iE：曲线上零荷载时的切线斜率②切线弹性模量tE：曲线在某点处切线斜率，随应力状态变化③平均弹性模量avE：曲线近乎直线段的平均斜率④割线弹性模量sE：原点与曲线上某点连线的斜率（2）变形模量：岩石的变形模量是以正应力σ与总应变ε(为弹性应变εe与塑性应变εp之和的比值表示peE4、岩石的弹性抗力系数和单位弹性抗力系数的概念？①弹性抗力系数：用以表示岩石反力（弹性抗力）大小的系数r1ypk）（E，其物理意义是：使隧洞周围的岩石达到一个单位变形时所需要的压力大小②单位弹性抗力系数：隧洞半径D=1m时，产生单位位移所需的压力，1Ekrk05、动弹模概念及与静弹模的关系？概念：通过激振（地震波、声波等）岩石的方式，测定弹性介质（岩体中）的波速，并换算得到的岩体弹性模量称为动弹模，用dE表示与静弹模的关系：用动力法测得的弹性模量比静弹模要大，一般动弹模Ed=(1.0～2.56)静弹模Es，工程上一般取Ed=1.3Es6、岩石蠕变概念及三种蠕变类型？（初期、恒速、加速）岩石蠕变：指岩石在应力恒定情况下，应变随时间增长的特性①初期蠕变：应变—时间曲线向下弯曲，蠕变速率递减，变形可完全恢复②恒速蠕变：曲线有近似不变的斜率，单位时间应变增加相同，变形部分可恢复③加速蠕变：蠕变速率不断增大，变形破坏7、试写出马克思威尔和凯尔文蠕变模型的微分形式本构关系？马克思威尔模型凯尔文模型①马克思威尔模型：②凯尔文模型：弹性元件与粘性元件串联，有：弹性元件与粘性元件并联，有babadcdcba。。。。cGd而aa。bbGG。Gba。。或者）（Gdtd或者dtddtd11）（G第五章1、岩体地应力二次应力概念？由于人类活动（工程开挖，修建建筑物）影响一定范围的天然应力，这种岩体被挠动后的应力称为“重分布应力”或“二次应力”2、说明形成岩体地应力的主要力源，以及影响地应力分布的主要因素？主要力源：自重应力和构造应力影响岩体天然应力大小和分布规律的因素很多，主要有岩体自重（自重应力）、地质构造运动（构造应力）等；此外，成岩过程中的物理化学变化、地形地貌、地温梯度岩体特性等均对岩体天然应力有不同程度的影响。3、结合图说明应力解除法和应力恢复法的基本原理？①应力解除法基本原理：（共同点）通过解除岩体中应力→量测孔径（孔底、孔壁）变形（应变）→利用弹性理论→反求外部释放应力（地应力）应力恢复法示意图槽应变片岩体②应力恢复法基本原理：在量测部位→磨平→贴应力片→初始读数；开挖（沿与待测主应力垂直方向开槽）→地应力释放→应变增加；利用扁千斤顶反向加压（应力恢复）→使应变读数恢复至初始读数地应力＝反向油压4、掌握1000KK，条件下圆孔周边上的切向应力集中程度，椭圆洞室xz与a，b的关系？(1)①00K时，0p0vhpK②10K时，vhpp0rr0rHrrr)1(220）（2cos21vpHrr)1(220，0vp30r232，vp从以上可以看出：洞壁处有较大的切向应力，从以上可以看出：①围岩中的径向应洞室边界附近产生应力集力均小于岩体中中现象的初始应力H②围岩中的切向应力均大于岩体中的初始应力③若令0r6r带入，则有Hr028.1/(2)0x，洞顶受拉；zx洞顶受压0z，拱腰受拉；zx拱腰受压HBbazx设计中可以根据xz通过调整长短轴之比使椭圆洞室切向均匀受力5、地下洞室轴线及体形与地应力特征的关系，地下洞室岩壁稳定性如何判定？如何确定支护力？第六章1、山岩压力的概念（松动、变形）？把由于地下洞室开挖形成的围岩变形或破坏，且作用于衬砌（支护）上的压力，称为山岩压力，包括松动和形变压力2、影响山岩压力的主要因素？①初始地应力②洞室的形状及大小③岩体质量④支护刚度和时间⑤施工方法⑥洞室埋深⑦围岩弹性变形⑧围岩塑性变形3、说明普氏压力拱理论的基本观点及岩石坚固系数kf的概念？普氏认为：岩体内总是有许多大小的裂隙、层理、节理等软弱结构面，将岩体切割成各种大小的块体，破坏岩体的完整性，造成松动性。可以把洞室周围的岩体看成没有凝聚力的大块散粒体。但实际上岩石是有凝聚力的，因此用增大内摩擦系数的方法来补偿这一因素实际上岩石存在凝聚力，一般采用增大内摩擦系数的方法来补偿这一因素，这个增大的内摩擦系数称为岩石的坚固系数，用kf表示。4、结合围岩压力芬纳公式，说明喷锚支护的原理？芬纳公式：100))](sin1(tan[tanNiRrpccp原理：洞室开挖后，围岩应力重分布而逐渐进入塑性平衡状态，塑性区不断扩大，洞室周界的位移量也随着塑性圈的扩大而增长。设置衬砌、支护、支撑以及灌浆的目的，就是要给予洞室围岩一个反力，阻止围岩塑性圈的扩大和位移量的增长，以保证岩体在某种范围内的的稳定。如果及时进行衬砌支护或喷锚支护，则其与围岩要产生共同变形，在洞室开挖后及时向围岩表面喷一层砼，必要时增设部分锚筋，从而及时有效地控制和调整围岩变形和应力重分布范围，充分发挥围岩的自承能力，达到安全和经济的支护目的。5、说明喷锚支护的设计原则？①整体围岩：岩壁表层喷薄层砼防止风化（岩体出现破碎）；在主应力区→布置预应力锚杆；以减小拉应力水平，或转化为压应力；锚杆长度→穿过拉应力区，锚固至压力区②快状围岩：控制岩块稳定的关键块体重点加固（锚杆、喷砼）锚杆加固围岩裂隙面；喷砼层支护危石③层状围岩：洞室开挖后由层面粘结强度很低，洞顶塌落；采用锚杆形成“组合梁”保持稳定；增加层间握裹力，切向摩擦力④软弱围岩：应考虑围岩在压应力作用下的剪切破坏第八章1、结合图说明坝基深层抗滑稳定分析方法：①抗力体极限平衡法②等K法③不平衡推力法的概念及计算思路？Page186—189第九章岩坡稳定分析1、岩质边坡的特点？岩质边坡不同于一般的土质边坡，其特点是岩体结构复杂