岩体力学复习

1、基本概念 岩体力学 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学 科。 岩体在地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网组成的， 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。 结构面 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，厚度 相对较小的地质界面或带。 结构体 被结构面切割围限的岩石块体。 岩块不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元。 硬性结构面 岩块间呈刚性接触的无任何充填的结构面（百度的） 软弱结构面 力学强度明显低于围岩，一般填充有一定厚度软弱物质的结构。 吸水率 岩石试件在大气压力和温室条件下自由吸入水的质量m wl 与岩样干质量 m s 之比。 饱和吸水率 岩石的饱和吸水率Wp 指岩石试件在高压或者真空条件下吸入水的 质量m w2 与岩样干质量m s 之比 饱水系数 岩石的吸水率Wa 与饱和吸水率 Wp 之比。 软化系数 岩石浸水饱和后强度降低的性质，用Kp 表示。 质量损失率 冻融试验前后干质量之差与试验前干质量之比。 渗透系数 表征岩石透水性的重要指标，其大小取决于岩石中空隙的数量、规模 及连通情况。 自由膨胀率 岩石试件在无任何约束的条件下浸入水后所产生膨胀变形与试件原 尺寸的比值。 侧向约束膨胀率 将具有侧向约束的试件浸入水中，使岩石试件仅产生轴向膨胀变 形而求得的膨胀率。 膨胀压力 岩石试件浸水后，使试件保持原有体积所施加的最大压力。 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。 蠕变岩石在恒定的荷载作用下，其变形随时间而逐渐增大的性质。 松弛当应变不变时，应力随时间增加而减小的现象 弹性后效 加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。 单轴抗压强度 在单向压缩条件下，岩块能承受的最大压力称为单轴抗压强度。 三轴压缩强度 试件在三向压应力作用下能抵抗的最大轴向应力称为三轴压缩强 度。 单轴抗拉强度 岩块试件在单向拉伸时能承受的最大拉应力称为单轴抗拉强度。 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 抗剪断强度 试件在一定的法向应力作用下，沿预定剪切面时对的最大剪应力。 抗切强度 试件上的法向应力为0 时，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。 摩擦强度 试件在一定的法向应力作用下， 沿已有破裂面再次剪切破坏时的最大剪 应力。 法向刚度 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。 剪切刚度 反映结构面剪切变形性质的重要数值，其数值等于峰值前τ -△u 曲线上 任一点切线斜率。 RQDRQD大于 10cm 的岩芯累计长度与钻孔进尺长度之比的百分数。 Q Q 值Q分类是指用岩休顶量指标Q值对岩休进行分类，Q值定义如下 为岩体的完整性；表示结构面（节理）的形态、充填物特征及其次生变化程度； 表示水与其他应力存在时对岩体质量的影响。 天然应力 人类工程活动之前存在于岩体中的应力。P129 天然应力 地应力 地应力 重分布应力 人类在岩体表面或岩体中进行工程活动的结果，必将引起一定范围内 岩体中天然应力的改变，改变后的应力称为重分布应力。 本构关系 反映岩石变形性质的关系。 破坏判据 表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间函数关系，称为破坏判 据或强度准则。 岩体变形 岩体在受力条件改变时，产生体积变化，形状改变及结构体间位置移 动的总和。 稳定性系数 可能滑动面上可供利用的抗滑力与滑动力的比值。 几何边界条件 构成可能滑动岩体的各种边界面及其组含关系。 围岩受重分布应力影响范围内的岩体 围岩应力重分布作用 地下开挖后围岩中应力应变调整而引起围岩中原有应力大小，方 向和性质改变的作用。 围岩压力需要对围岩进行支护衬砌，变形破坏的围岩将对支衬结构施加一定的 荷载。 岩爆当开挖围岩中应力超过岩体的容许极限状态时，将造成瞬间大量弹性应变能 释放使围岩发生急剧变形破坏和碎石抛掷，并发生剧烈声响， 震动和气浪冲击， 造成顶板花落、支护折断等现象，此作用或现象称为岩爆。 围岩抗力在有压洞室中，作用有很高的内水压力，并通过衬砌或洞壁传递给围 岩，这时围岩将产生一个反力，这个力称为围岩抗力 2 结构面的填充可分为哪几类P18 1）薄膜填充 2 ）断续填充 3 ）连续填充 4 ）厚层填充 3 软弱结构面包括哪几类P19 主要包括原生软弱夹层、构造及挤压破碎带、泥化夹层及其他夹泥层等。 4 岩体的结构类型包栝哪几类P21 ① 整体状结构 ②块状结构 ③层状结构 ④碎裂状结构 ⑤散体状结构 5 简述在单轴连续加载条件下，岩块的变形全过程。P43 ① 孔隙裂隙压密阶段 OA 段随着荷载的增加，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。 ② 弹性变形至微破裂稳定发展阶段 AB 段为弹性变形阶段表现为可恢复的弹性变形，B 点的应力可称为弹性极限。BC 段表 现为塑性变形，试件内开始出现新的微破裂，并随应力增加而渐渐发展，当荷载保持不 变时，为破裂也停止发展，C 点称为屈服极限。 ③ 非稳定破裂发展阶段 CD 段在此阶段会发生应力集中效应，应力重新分布。应力集中效应指外载荷保持不变， 破裂仍会不断发展，并在某些薄弱部位首先破坏，应力重新分布，其结果，又引起次薄 弱部位的破坏，试件由体积压缩转为扩容。 ④ 破坏后阶段 D 点以后，岩块承载力达到峰值后，其内部结构完全破坏，但试件扔基本保持整体状。 主要表现为沿宏观断面的块体滑移 6 简述米勒的峰值前应力-轴向应变曲线的六种类型。P44 类型Ⅰ变形特征近似为直线，直到发生突变性破坏，以弹性变形为主。 类型Ⅱ开始为直线，至末端则出现非线性屈服段。 类型Ⅲ开始为上凹型曲线，随后变为直线，直到破坏，没有明显的屈服段。 类型Ⅳ中部很陡的“ s”形曲线。 类型Ⅴ中部较缓的“ s”形曲线，是某些压缩性较高的岩石常见的曲线类型。 类型Ⅵ开始为一很小的直线段，随后出现不断增长的塑性变形和蠕变变形 7 简述围压对岩块变形破坏的影响。P49 首先，破坏前岩块的应变随围压增大而增大；其次随围压增大，岩块的塑性也 不断增大，且由脆性逐渐转化为延性。 8 简述岩块蠕变的三个阶段。P51 ①初始蠕变阶段 AB 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。若在本阶段中某一点P 卸载，则应变沿 PQR 下降至 O。其中 PQ 段为瞬时应变的恢复曲线，而QR 段表示应变随时间逐 渐恢复至 O。由于卸载后应力立即消失，而应变则随时间逐渐恢复，二者恢复不 同步，应变恢复总落后于应力，这种现象称为弹性后效。 ②等速蠕变阶段 BC 段，曲线近似呈直线，应变随时间近似等速增加，知道C 点。若在本阶段内某点下卸载，则应变将沿TUV 线恢复，最后保留以永久应变ε p ③加速蠕变阶段 CD 段，曲线呈上凹型，应变率随时间逐渐增加，应变随时 间增长越来越大，其蠕变加速发展直至岩块破坏。 9 简述影响岩石蠕变性质的因素。P51 ①岩性岩性是影响岩石蠕变性质的内在因素。 ②应力对同一种