岩石力学总复习

岩石力学第一章1.简述岩石与岩体的区别和联系。岩石是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体；岩体则是指在一定的地质条件下，含有诸如节理、裂隙、层理和断层等地质结构面的复杂地质体。岩石就是指岩块，在一般情况下，不含有地质结构面。岩石和岩体的力学性质也是不同的，前者可在实验室条件下进行试验，而后者一般在野外现场的实验场地完成实验。从实验的精确度来看，后者更接近岩体的实际情况，反映了岩体的实际强度，前者则相差甚远。2.岩体的力学特征是什么？①不连续性；②各向异性；③不均匀性；④岩块单元的可移动性；⑤地质因子特性（水、气、热、初应力）。3.岩石可分为哪三大类？他们各自的基本特点是什么？岩浆岩：强度高、均质性好沉积岩：强度不稳定，各向异性变质岩：不稳定与变质程度和原岩性质有关4.简述岩体力学的研究任务与研究内容。任务：①基本原理方面（建模与参数辨别）；②试验方面（试验方法）仪器、信息处理、室内、外、动、静；③现场测试；④实际应用内容：1.岩石与岩体的物理力学性质。2.岩石和岩体的本构关系（应力——应变关系）。3.工程岩体的应力、变形和强度理论。4.岩石（岩块）室内实验，室内实验是岩石力学研究的基本手段。5.岩体测试和工程稳定监测。5.岩体力学的研究方法有哪些？研究方法是采用科学实验、理论分析与工程紧密结合的方法、首先对现场的地质条件和工程环境进行调查分析，掌握工程岩体的组构规律和地质环境，然后进行室内外的物理力学性质试验、模型试验或原型试验，作为建立岩石力学的概念、模型和分析理论的基础。然后，按地质和工程环境的特点分别采用弹性理论、塑性理论、流变理论以及断裂、损伤等力学理论进行计算分析。第二、三章1.名词解释：岩石的质量指标、孔隙比、孔隙率、吸水率、风化指标、膨胀指标、渗透性岩石的质量指标--密度和比重1、岩石的密度：单位体积内岩石的质量。岩石含：固相、液相、气相。三相比例不同而密度不同。（1）天然密度：自然状态下，单位体积质量G——岩石总质量；V——总体积。（2）饱和密度：岩石中的孔隙被水充填时的单位体积质量（水中浸48小时）Vv——孔隙体积（3）干密度：岩块中的孔隙水全部蒸发后的单位体积质量（108℃烘24h）（KN/m3）G1——岩石固体的质量。2、岩石的比重：岩石固体质量（G1）与同体积水在4℃时的质量比Vc——固体体积；——水的比重孔隙比是指孔隙的体积与固体的体积之比，孔隙率是指孔隙的体积与试件总体积之比，吸水率：岩石吸入水的质量与固体质量之比，Wd=（%）风化指标：软化系数（表示抗风化能力的指标）Rcc——干燥单轴抗压强度、Rcd——饱和单轴抗压强度；（）越小，表示岩石受水的影响越大。自由膨胀率：无约束条件下，浸水后所膨胀变形与原尺寸之比VG/)/(31mKNVVGWVdVGc/1)/(1WCVGWCVVVe/VVnV/cd/)(cdccRR/1轴向自由膨胀（%）H——试件高度；径向自由膨胀（%）D——直径渗透性：在一定的水压作用下，水穿透岩石的能力。反映了岩石中裂隙向相互连通的程度，大多渗透性可用达西（Darcy）定律描述：（m3/s）——水头变化率；2.简述岩石的孔隙比与孔隙率的联系3.简述岩柱劈裂破坏机理岩柱劈裂破坏是张拉破坏（岩石的抗拉强度远小于抗压强度是岩石单向压缩破坏的真实反映（消除了端部效应）。采用有效方法消去岩石试件两端面的摩擦力，则试件受到轴向压缩时，横向自由扩张，其中的张拉应力使试件产生平行于轴线的垂直裂缝，呈柱状劈裂破坏（试件丧失了承载力）。4.刚性试验机的工作机理刚性试验机（Km≧Ks），由于试验机释放能ΔEm（刚性试验机的变性能增量）比ΔEs（岩石试件的变形能增量）小，需要继续加载才能使试件产生新的位移，因此，保持峰值强度后的试验平稳进行，并记录下岩石峰值强度后的应力-应变曲线，这就是刚性试验机的工作原理。5.什么是环箍效应？列举在单轴压缩中克服它的措施试件受压时，由于轴向趋于缩短，横向趋于扩张，而试件和压板间的摩擦约束作用则阻止其扩张，在试件端面部分形成了一个箍的作用，即环箍效应。措施：润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部）；加长试件。6.简述抗剪试验及裂隙法试验的试验要点抗剪试验要点：将按一定的精度要求加工好的立方体（5cm×5cm×5cm）岩石试件，放入钢制楔形角模内，再将夹有试件的角模放在试验机上缓慢加压至破坏，并记下极限荷载p。关键技术：保持角模整体平衡，防止偏心荷载，使试件按预定的剪切面剪断；在加载过程中，角模会产生水平位移，为了减少角模与试验机压板之间的摩擦力，在二者之间放滚柱板，角模的倾角不能太小也不能太大，一般在30º﹣70º，太大容易造成角模倾倒，太小可能会由于预剪断面上的剪切力太小，试件被压缩破坏而不沿预定的方向间断。裂隙法试验要点：用一个实心圆柱形试件，使它承受径向压缩荷载至破坏，再利用弹性理论推算出岩石的抗拉强度，用钢丝将试验机压板荷载转化为线性荷载传递给试件。试件尺寸是直径d=50mm,长度t=25mm。为防止试件承受偏心荷载，要求钢丝垫条平行于试件轴线，上、下两钢丝的连线为试件的直径，保证破裂面通过试件的直径。7.简述莫尔曲线的制作方法（1）在σ-τ平面上，做一组不同应力状态下（其中包括单轴抗拉和单向抗压）的极限应力圆；（2）找出各应力圆上的破坏点；（3）用光滑曲线连接个破坏点，这条光滑曲线就是极限莫尔应力圆的包络线，也就是莫尔准则曲线。8．影响岩石强度的主要因素有哪些？（1）承压板端部的摩擦力及其刚度（2）试件的形状和尺寸——形状：圆形试件不易产生应力集中，好加工；尺寸：大于矿物颗粒的10倍；φ50的依据；高径比：研究表明；h/d≥(2－3)较合理（3）加载速度：加载速度越大，表现强度越高（4）环境——含水量：含水量越大强度越低；岩石越软越明显，对泥岩、粘土等软弱岩体，干燥强度是饱和强度的2－3倍。温度度：180℃以下部明显：大于180℃，湿度越高强度越小。9.简述单向压缩下的岩石全过程应力应变曲线的特征（1）孔裂隙压密阶段σ-εL曲线特征：曲线呈上凹形，其斜率随应力增加而逐渐增大，包含永久变形。应变率随应力增加而减小；塑性变形（变形不可恢复）。（2）弹性变形至微破裂稳定发展阶段σ-εL曲线特征：呈近似直线，弹性模量为常数，变形可恢复。（3）非稳定破裂发展阶段σ-εL曲线特征：曲线呈下凹状，有应变软化现象；塑性变形，变形不可恢复；应变速率减小。（4）应变软化阶段σ-εL曲线特征：曲线斜率为负，软化现象显著，试件承载力随变形的增大而迅速下降。WcVVCVCVGnnnVVVVVVVVVVVe/11//WcVVCVCVGnnnVVVVVVVVVVVe/11//AdxdhkqxdxdhHHVH/DDVD/tgc10.说明岩石流变三阶段的特点1、初始蠕变阶段（瞬态蠕变阶段）AB。特点：①加载岩石产生瞬时的弹性应变，与时间无关；应变率随时间增长而减小；②卸载后，瞬时弹性应变恢复，之后出现弹性后效。2、稳定蠕变阶段（BC）。特点：①加载应变与时间呈直线变化，应变速率为常数；②卸载：有瞬时弹性应变恢复，有弹性后效，粘性流动，应变无法全部恢复，有部分不可恢复的永变形。3、非稳定蠕变阶段（加速蠕变阶段）特点：①应变速率剧烈增加；②曲线呈上凹形；③经过短暂的时间后试件将发生破坏。12.蠕变力学模型（两元件）的结构关系推导过程（1）Maxwell；（2）Kelvin13．莫尔-库伦准则提出机理是什么？其推导、图解、主应力表示方法①基本思想：该准则认为岩石的破坏属于压剪破坏，在破坏面上，剪切破坏力的一部分用来克服与正应力无关的粘结力，使材料颗粒间相脱离；另一部分用来克服与正应力成正比的摩擦力，使面间发生错动而最终破坏。②库仑准则的一般表达式式中：,－破坏面上的正应力和剪应力；其它符号同前。③库仑准则的主应力表示该准则在,坐标上是一条直线，若某点有一个斜面正好处于极限破坏状态，则该点应力圆与强度直线相切，如图所示。由图的三角关系可以得出：整理后，得：31sin1sin1sin1cos2c极限破坏角：2450，为最大主应力与破坏面外法向的夹角；破坏面一般为一对共轭面。14.格里菲斯准则的基本思想是什么？在脆性材料的内部存在许多随机分布的相互独立的微裂纹，在外EEeettNNENNe11.分析影响岩块单轴抗压强度的影响因素（1）承压板端部的摩擦力及其刚度（2）试件的形状和尺寸——形状：圆形试件不易产生应力集中，好加工；尺寸：大于矿物颗粒的10倍；φ50的依据；高径比：研究表明；h/d≥(2－3)较合理（3）加载速度：加载速度越大，表现强度越高（4）环境——含水量：含水量越大强度越低；岩石越软越明显，对泥岩、粘土等软弱岩体，干燥强度是饱和强度的2－3倍。温度度：180℃以下部明显：大于180℃，湿度越高强度越小。tE00力作用下，当微裂纹尖端处的变形达到某极值时，裂纹产生扩展、连接、贯通等现象，最终导致材料的破坏。其中有一个方向的裂纹最有利于破裂，在外力作用下，首先在该方向裂纹的尖端张拉扩展。第四章1.名词解释：结构面、岩体扩容及其原因结构面是在形成岩体和漫长地质作用的工程中，在岩体内形成并不断发育的地质界面，在连续介质力学理论中被视为不连续面。扩容是指岩体在压、剪应力状态下体积增大的现象。当结构面产生剪切滑移和膨胀性软弱岩体产生变形时，都可能出现扩容现象，其实是一种岩体体积膨胀现象。原因：在齿状接触的结构面中，当结构面沿齿斜面上升时，其上部的岩体会隆起，出现体积增大现象，此种扩容现象叫做剪胀现象；而当结构面沿齿斜面下降的方向滑移时，滑动面以上的岩体会产生沉降，出现体积缩小现象，扩容为负，称为减缩现象。2.简述结构面分类及其特征指标1按地质成因分类可将结构面划分为原生结构面、构造结构面和次生结构面。2按结构面的破坏属性分类分为：单个节理、节理组、节理群、节理带以及破坏带或糜棱岩等五大类型。3.按结构面的分布规模分类：相对分类是相对于工程的尺度和类型对结构面的规模进行分类，可分为细小、中等、大型等3类；绝对分类只考虑了结构面的延伸长度和破坏带的宽度，将结构面分为5级。3.简述结构面的切向、法向变形特性切向变形：（1）τ-Δμ曲线形状多种多样，分为四类：有充填结平面接触、无充填齿状接触、部分充填齿状接触、软弱式接触（2）有扩容现象法向变形：（1）开始时随着法向应力的增加，结构面闭合变迅速增长，σ-μ曲线呈上凹形（2）随应力σ的不断增大，σ-μ曲线逐渐变陡，趋向各自的渐近线（3）当法向应力大于岩块的极限抗压强度的三分之一时，含结构面岩体试件的变形由以结构面的闭合为主，转变为以岩块的弹性变形为主。（4）结构面的应力-位移曲线与结构面的类型及岩壁性质基本无关，属于非线性曲线，可以拟合为双曲线或指数曲线。4.结构面的强度指标有哪些？Cψ？抗拉强度（极小忽略）压剪强度5.结构面的力学效应分析（结构面倾角与强度的关系）1.当β＜βmin或β＞βmax时，岩体在实体部分产生新的破裂面导致破坏。2.当βmin＜β＜βmax时，沿结构面破坏。3.当β＝βmin或β＝βmax时，岩石实体和结构面同时破坏。6.碎块岩体破坏机理和强度条件是什么？7.什么是岩体的变形模量，其表达方法。与弹性模量有何不同？确定变形模量的方法有哪些？岩体变形模量是反映岩体变形特征的重要力学参数，Em=σ/εp+εe，弹性模量E=σ/εeεp+εe为岩体在压应力σ作用下产生的总应变，εp为永久应变，εe为弹性应变，Em为岩体的变形模量，是σ-ε曲线的割线斜率。方法：承压板法、钻孔变形法、狭缝压力枕法、岩体变形参数估算法第五章1.简述工程岩体分类的目的及原则，意义，考虑的因素。分类的目的：1.为岩体的质量做出归类评价；2.为工程设计、施工、成本预、结算，定额标准确定等方面提供必要的参数；3.为岩体力学试验结果，施工经验