岩体力学复习2.0

1、岩体力学复习2.01、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

2、水的质量 g与岩样干 质量ms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 m2与岩样干质量m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

3、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

4、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T - u 曲线上任一点切线斜率。RQD:大于10cm的岩芯累计长度与钻孔进尺长度之比的百分数。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：RQD Jr JwQ = X X rqdjrJn J a SRF-Q-为岩体的完整性； 厂表示结构面（节理）的形态、充填物特征及其次生变化程度：JnJ a?出表示水与其他应力存

5、在时对岩体质量的影响。SRF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

6、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？ P181 ）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？

7、 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 整体状结构块状结构层状结构碎裂状结构散体状结构5简述在单轴连续加载条件下，岩块的变形全过程。P43 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。 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。 非稳定破裂发展阶段CD段在此阶段会发生应力集

8、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。 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U:开始为直线，至末端则出现非线性屈服段。类型川: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W :中部很陡的“ s ”形曲线。类型V :中部较缓的“ s ”形曲线

9、，是某些压缩性较高的岩石常见的曲线 类型。类型切: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 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0。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，

10、这 种现象称为弹性后效。 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£ p 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 岩性：岩性是影响岩石蠕变性质的内在因素。 应力：对同一种岩石来说，应力大小不同，蠕变曲线的形状及各阶段 的持续时间也不同。 湿度、温度：温度、湿度对岩石蠕变也有较大的影响。10简述影响岩石单轴抗压强度的因素。P56-57 岩石本身性质方面的因素，如矿物组成、结构构

11、造、密度及风化程度 等。 试验条件方面的因素1）试件的几何形状及加工精度；应力集中：圆形多边形2）加载速率3）端面条件4）湿度和温度5）层理结构11简述结构面的法向变形特征。P67 开始时随着法向应力的增加，结构面闭合变形迅速增长，b n- V曲线 及d n- Vj曲线均呈上凹型。 从变形上看，在初始压缩阶段，含结构面岩块的变形 Vt主要是由结构面的闭合造成的 试验研究表明，当法向应力大约在1/3 d C处开始，含结构面岩块的变 形由以结构面的闭合为主转为以岩块的弹性变形为主。 结构面的d n- V曲线大致为一以 Vj=Vm为渐近线的非线性曲线。 结构面的最大闭合量始终小于结构面的张开度。12

12、简述结构面的剪切变形特征。P73 结构面的剪切变形曲线均为非线性曲线。 结构面的峰值位移u受其风化程度的影响。 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. 结构面的剪切刚度具有明显的尺寸效应。 结构面的剪切刚度随法向应力的增大而增大。13根据结构面的形态、填充情况及连续性等特征，将其划分为哪几类？ P75 平直无填充的结构面 粗糙起伏无填充的结构面 非贯通断续的结构面 有填充的软弱结构面14简述各类结构面的强度特征。P75-8015简述承压板法。P85按承压板的刚度不同可分为刚性承压板法和柔性承压板法。刚性承压 板法试验通常是在平巷中进行的，先在选择好的具代表性

13、的岩面上清除浮 石，平整岩面。然后依次装上承压板。千斤顶、传力柱和变形量表等。将 洞顶作为反力装置，通过油压千斤顶对岩面施加荷载，并用百分表测记岩 体变形值。试验时，先将预定的最大载荷分为若干级，采用逐级一次循环 法加压。在加压过程中，同时测记各级压力下的岩体变形值，绘制P-W曲 线。16简述钻孔变形法。P85钻孔变形法是利用钻孔膨胀计等设备，通过水泵对一定长度的钻孔壁 施加均匀的径向载荷，同时测记各级压力的径向变形U。利用厚壁筒理论 可推导出岩体的变形模量Em与U的关系为：Em=dp (1+阿)17简述狭缝法P86狭缝法又称为狭缝扁千斤顶法，是在选定的岩体表面刻槽，然后在槽 内安装扁千斤顶进

14、行试验。试验时，利用油泵和扁千斤顶对槽壁岩体分级 施加法向压力，同时利用百分表测记相应压力下的变形值WR岩体的变形衡 量Em接下式计算：plE(1 - AM)(tan ' tan §) + (1 -毗)(sin2 01 - sin2 02)2Wr18简述岩体的法向变形特征。法向变形曲线(P90-921) 直线型：通过原点的直线。反映岩体在加压过程中 W随P呈正比增 加。陡直线型：特点P-W曲线的斜率较陡，呈陡直线。说明岩体刚度大， 不易变形。卸压后变形几乎可恢复到原点，且以弹性变形为主，反映 岩体接近于均质弹性体。曲线斜率较缓，呈缓直线型，反映出岩体刚度低，易变性。卸压后岩

15、体变形只能部分恢复，有明显的塑性变形和回滞环。(2) 上凹型 每次加压曲线的斜率随加压、卸压循环次数的增加而增大。各次卸压曲线相对较缓，且相互近于平行。 加压曲线变化情况与相同，但卸压曲线较陡，说明卸压后变形大部分不能恢复，为塑性变形。(3 )上凹型：这类曲线方程P=f ( w),竺随p增加而递减，弩 0，呈上凹? ?型曲线。(4)复合型：p-w曲线呈阶梯或“ 剪切变形曲线破坏位移大；峰值后随位移增大，强峰值前变形曲线的平均斜率小，度损失很小或不变。峰值前变形曲线平均斜率打，峰值强度较高。峰值后随剪切位移增大，强度损失较大，有效明显的应力降低。峰值前变形曲线斜率大，曲线具有较清楚的线性段和非线

16、性段，峰值后随位移增大，强度迅速降低。19简述影响岩体变形性质的因素。P92 结构面方位：主要变形在岩体变形随结构面及应力作用方向间夹角的 不同而不同，即导致岩体变形的各向异性。 结构面密度：主要表现在随结构面密度增大，岩体完整性变差，变形 增大，变形模量减小。 结构面的张开度及填充物特征对岩体变形也要明显影响。一般来说， 张开度较大且无填充或填充薄时，岩体变形较大，变形模量较小；反 之，则岩体变形较小，变形模量较大。20简述 RMR分类的5个一级指标。P118岩体地质力学分类（RM分类）由岩块强度、RQDt、节理间距、节理 条件及地下水5类参数组成。分类时，根据各类参数的实测资料，按标准 分

17、别给予评分，然后将各类参数的评分值相加得岩体质量总分（RMR）并 依节理方位对岩体稳定是否有利作适当的修正，最后， 用修正后的岩体 质量总分对照岩休类别及相应的不支护地下开挖的自稳时间和岩体强度指 标值。21简述工程岩体分级标准中对岩体进行分类的二级分级法。 P123首先，按岩体的基本质量指标BQ进行初步分级；然后，针对各类工程 岩体的特点，考虑其他影响因素，如天然应力、地下水和结构面方位等对 BQ进行修正，再按修正后的BQ进行详细分级。岩体基本质量指标BQ用 下式表示：BQ=90+3 cr cw+250Kv22列举天然应力的成因。P132 地壳板块运动及其相互挤压 地幔热对流 地球重力 岩

18、浆侵入 地温梯度 表层剥蚀 流体作用 地形起伏 岩体性 质地下水 （11）地温23简述岩体中天然应力的分布规律。P133（1）地壳汇总主应力以压应力为主，方向基本上是垂直和水平的。（2）天然应力场是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，是是时间和空 间的函数。垂直天然应力随深度呈线性增长(4) 水平天然力分布比较复杂。 岩体中天然应力以压应力为主，出现拉应力者甚少，且多具局部性质。 大部分岩体中的水平应力大于垂直应力。 岩体中两个水平应力b hmax和(T hmin通常都不相等。 在单薄的山体，各坡附近以及未受构造变动的岩体中，天然水平应力 均小于垂直应力。(5 ) 天然水平应力与垂直应力的比值为

19、天然应力比值系数，绝大数情况 下，这个比值在1.5至10.6范围内。(6) 一个相当大的区域内，最大主应力方向是相对稳定的。(7) 区域构造场常常决定局部点的主应力(8) 岩体中天然应力一般处于三维应力状态。24列举常用的岩石强度准则。P155 库伦强度准则 莫尔强度理论 格里菲斯强度理论 Murrell强度准则 德鲁克-普拉格准则25列举主要的岩体破坏机制。P169张破坏 剪破坏 结构体沿软弱结构面滑动破坏 结构体转动 破坏倾倒破坏 溃屈破坏 弯折破坏26简述边坡岩体中的应力分布特征。P177 无论什么样的天然应力场下，边坡面附近的主应力迹线均明显偏转， 表现为最大主应力与坡面近乎平行，最小

20、主应力与坡面近于正交，向 坡体内逐渐恢复初始应力状态。 由于应力的重分布，在坡面附近产生应力集中带，不同部位其应力状 态是不同的。在坡脚附近，平行坡面的切向应力显著升高，而垂直坡 面的径向应力显著降低，由于应力差大，浴室就形成了最大剪应力增 高带，最易发生剪切破坏。在坡肩附近，在一定条件下坡面径向应力 和坡顶切向应力可转化为拉应力，形成一拉应力带。边坡愈陡，则此 带范围愈大，因此，坡肩附近最易拉裂破坏。 在坡面上各处的径向应力为零，因此坡面岩体仅处于双向应力状态， 向坡内逐渐转为三向应力状态。 由于主应力偏转，坡体内的最大剪应力迹线也发生变化，由原来的直 线变为凹向坡面的弧线。27边坡岩体变形

21、的基本类型包括哪几类？ P178(1) 卸荷回弹：成坡前边坡岩体在天然应力作用下早已固结，在成坡过 程中，由于荷重不断减少，边坡岩体在减荷方向必然产生伸长变形， 即“卸荷回弹”（2）蠕变变形：边坡岩体中的应力对于人类工程活动的有限时间来说，可以认为是保持不变的。在这种近似不变的应力作用下，边坡岩体的 变形也将会随时间不断增加，这种变形称为蠕变变形。28简述边坡岩体稳定性分析的步骤。P181 可能滑动岩体几何边界条件的分析； 受力条件分析；确定计算参数；计算稳定性系数；确定安全系 数，进行稳定性评价29简述各类结构围岩的变形与破坏特点。P204岩体可划分为整体状、块状、层状、碎裂状和散体状五种结构类型。 整体状和块状岩体围岩：这类岩体本身具有很高的力学强度和抗变形 能力，其主要结构面试节理，很少有断层，含有少量的裂隙水。这类 围岩具有很好的自稳能力，其变形破坏形式主要有岩爆，脆性开裂及 块体滑移。 层状岩体围岩：