岩体力学 (2)

1、1、 岩石是矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集形成的自然物体。2、 在岩体力学中，通常将在一定工程范围内的地质体称为岩体。3、 岩体是岩石快和各种各样的结构面共同组成的综合体。4、 结构面：是指具有极低的或没有抗拉强度的不连续面，包括一切地质分离面。5、 岩体结构面是指结构面的发育程度及其组合关系，或者是结构体的规模、形态及其排列形式所表现的的空间形态。6、 岩体结构的两大要素：结构体和结构面。7、 岩体结构分成六大类型：块状结构、镶嵌结构、碎裂结构、层状结构、层状碎裂结构、散体结构。8、 岩体的力学特征：不连续性、各向异性、不均匀性、赋存地质因子的特性。9、 岩石的吸水率是指岩石吸入水的质

2、量与试体固体的质量之比。10、 岩石的渗透性是指岩石在一定的水力梯度作用下，水穿透岩石的能力。11、 软化系数是指岩石饱和单轴抗压强度Rcc与干燥状态下的单轴抗压强度Rcd的比值。 12、 岩石耐崩解性指数Id是通过对岩石试件进行烘干，浸水循环试验所得的指数。13、 岩石的膨胀性含有粘土矿物的岩石，遇水后会发生膨胀的现象。14、 上述三个指标表征岩石的抗风化性物征。15、 膨胀压力是指岩石试件浸水后，使试件保持原有体积所施加的最大压力。16、 岩石的抗冻性系数 Kf=Rf/Rs Rf岩石冻融后的饱和单轴抗压强度 Rs岩石冻融前的饱和单轴抗压强度17、 岩石在冻融条件下单轴抗压强度的损失主要的原

3、因有两个：各种矿物的膨胀系数的差异；岩石孔隙中的水在零下温度下降结冰，造成体积增大。12、 岩石的单轴抗压强度是指岩石试件在无侧限条件下，受轴向力作用破坏时单体面积上所承受的荷载Rc=P/A。13、 单轴抗压强度的影响因素：（1）承压板对单轴抗压强度的影响（2）岩石试件尺寸及形状对单轴抗压强度的影响（3）岩石试件的高径比(4)环境对岩石单轴抗压强度的影响。14、 温度对岩石强度的影响主要表现为两方面：（1）由于温度的升高使岩石内的化学成分，结晶水等产生变化，进而影响了岩石的强度。（2）由于温度的提高，将使岩石内储存着热应力，进而使岩石的抵抗外荷载的能力降低。15、 岩石的抗拉强度是岩石试件在受

4、到轴向拉应力后其试件发生破坏时的单位面所能承受的拉力。16、 巴西劈裂法：Rt=2P/Dt t试件的厚度17、 岩石的抗剪强度是指岩石在一定的应力条件下所能抵抗的最大剪应力，通常用表示。18、 岩石三向压缩强度的影响因素：（1）侧向压力的影响（2）试件尺寸与加载速率的影响（3）加载路径对岩石三向压缩强度的影响（4）孔隙压力对岩石三向压缩强度的影响。19、 岩石应力-应变曲线不同阶段的变性特征：（1）OA阶段，压密阶段，特征是应力-应变曲线呈上凹形，即应变随应力的增加其增量减小，形成这一特性的主要原因是，存在于岩石内的微裂隙在外力作用下发生闭合所致（2）AB阶段，弹性阶段，这阶段应力-应变曲线基

5、本呈直线。（3）BC阶段，塑性阶段，当应力值超过B点（屈服应力）之后，随着应力的增大曲线呈下凹状，明显的表现出应变增大的现象。20、 扩容：是指岩石受外力作用后，发生非线性的体积膨胀，且这一体积膨胀是不可逆的。21、 岩石的流变性包含着三个部分的应容，岩石的蠕变、岩石的应力松弛，岩石的长期强度。所谓的蠕变是指岩石在恒定的外力作用下，应变随时间的增长而增长的特性，也称作徐变，而应力松弛是指在应变保持不变的条件下，应力随时间的增长而减小的特性，长期强度是指在长期荷载的作用下岩石的强度。22、 蠕变是岩石在恒定的外力作用下，应变随着时间的增长而增长的特性，也称作徐变。23、 弹性后效：岩石具有随时间

6、的增长应变逐渐恢复的特性，这一特性称为弹性后效。24、 格里菲斯强度理论的基本思想：（1）在脆性材料的内部存在着许多裂纹（2）根据理论分析可知，随着作用的外力的逐渐增大，裂纹将沿着与最大拉应力成直角的方向扩展（3）当作用在裂纹尖端的有效应力达到形成新裂纹所需的能量时，裂纹开始扩展。25、 格里菲斯强度判据：26、当微裂纹随机分布于岩石中，其最有利于破裂的裂纹方向角，可由下式确定：26、 莫尔库伦直线形强度理论几何关系可以得到以下结论：（1）极限应力圆与强度线相切（2）破坏面的角度是一个定值，与应力状态无关。破坏角为45+/2（3）强度线在轴上的截距为，并不是岩石的抗拉强度。27、 结构面定量描

7、述8个基本参数加以描述：产状、间距、延展性、粗糙度和起伏度、结构面面壁强度、结构面的开度与填充物、结构面的渗透性、结构面的组数和岩块的尺寸。28、29、 应力松弛：是指在应变保持不变的条件下，应力随时间的增长而减小的特性。30、 长期强度是指在长期荷载作用下岩石的强度。31、 影响岩石蠕变的主要因素：（1）应力水平对蠕变的影响（2）温度、湿度对蠕变的影响32、 莫尔强度包络线的主要特征为：在正应力较小的范围内，其曲线斜率较陡，而在较大的正应力作用下，其斜率平缓。公式如下：33、 弹性波：在线弹性体的介质中传播的波。34、 粘弹性波：在非线弹性体中传播的波，这种波除产生弹性应力外，还产生摩擦力或

8、粘滞力。35、 塑性波：应力超过介质弹性极限的波。36、 冲击波：如果固体介质的变形性质能使大扰动的传播速度远比小扰动的传播速度大，在介质中就会形成波头陡峭的，以超声速度传播的波。37、 产状是指结构面在空间的分布状态38、 结构面的间距是指同组相邻结构面的垂直距离。39、 延展性：在一个岩体的露头上，所见到的结构面迹线的长度。40、 粗糙度和起伏度：相对于结构面平均平面的表面不平整度，通常用结构面的粗糙度和起伏度表示。41、 结构面面壁强度：结构面是两个表面组成，在岩体中由于长期的地质作用，该表面发生不同程度的风化，进而影响其表面的力学特性。42、 结构面的开度：结构面两面壁之间的垂直距离称

9、作结构面的开度。43、 充填物：处在结构面缝隙中的物质被称作充填物。44、 结构面的渗透性：在单个结构面或者整个岩体中所见到水流和水量的状态。45、 结构面的组数：岩体中结构面的组数反映了结构面的发育程度，而结构面组数的多少，又可以反映岩体被结构面切割了所形成的岩块的大小。46、 原生节理：通常指在成岩过程中形成的结构面。47、 构造节理：由于构造运动所形成的结构面。48、 次生节理：成岩后期由于风化作用而形成的结构面。49、 岩体破碎程度的分类：由裂隙度和切割度两个定量指标组成。裂隙度K是指沿着某个取样方向，单位长度上节理的数量。K=n/l 平均间距d=l/n=1/K。50、 当岩体上有几组

10、不同方向的节理时：K=1/Mar=1/Mbr51、 切割度：是评价节理分隔岩体程度的一个参数，指单位面积的岩体中结构面面积所占的比例。52、 结构面的法向弹性变形：53、 结构面的楔摩擦效应：在自然界中，大多数的结构面的表面是起伏不平的。这种起伏不平状态将给结构面强度产生一个附加的值。附加的强度与起伏不平的斜面有关，所以被称作楔摩擦效应摩擦。54、 巴顿结构面抗剪强度的经验公式：55、 结构面尺寸效应：存在于岩体的结构面，对岩体力学特性的影响，与人们所选取的研究单位的大小有关。这就是使得在进行结构面强度特征的研究时，应该考虑由于研究对象尺寸大小所给予的影响，即通常所说的结构面尺寸效应。56、

11、结构面的强度公式：57、 巴顿进行了相关的研究，他的主要研究结果：（1）随着结构面面积的增大，峰值剪应力也将随之减小（2）随着结构面面积增大，峰值剪应力所对应的剪切位移也将随之增大（3）随着结构面面积增大，结构面的剪切位移曲线由脆断型向软弱型过度（4）随着结构面面积的增大，结构面的扩容量也具有随之减小的趋势。58、59、应力基本公式，莫尔应力圆。工程岩石分类目的：从工程的实际需求出发，对工程建筑物基础或围岩的岩体进行分类，并根据其好坏进行相关实验，赋予它必不可少的计算指标参数，以便于合理的设计和采取相应的工程措施，以达到经济合理安全的目的，工程岩体分类是为岩体工程建设的勘察设计施工和编制定额提

12、供必要的基本依据。岩石质量指标RQD：及修正的岩芯采取率，是选用坚固完整的、其长度大于等于10CM的岩芯总长度与钻孔在岩层中的长度之比，并用百分数表示岩体评分值RMR：衡量岩体工程质量的综合特征值，随着岩体质量从0增长到100.取决于5个通用参数和一个修正参数，分别为：岩石质量指标、节理间距、节理状态、地下水状态、修正参数取决于节理方向对工程的影响汤姆假设：岩体处于潜塑性状态或塑性状态，其泊松比近于0.5，其侧压力系数也近于1，表明岩体所受的垂直自重应力与水平应力相等，即处于静水压力状态，这种现象称为汤姆假说。影响岩体初始应力状态的因素：地质构造、自重应力、地形、地质构造状态、岩体力学性质、水

13、、温度岩石初始应力场分布规律：1：岩体初始应力场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：水平应力普遍大于垂直应力4：平均水平应力与垂直应力额比值随深度增级而减小5：水平主应力随深度呈线性增加关系6：两个水平主应力一般相差较大水压致裂法原理：通过液压泵想钻孔内拟定测量深度加液压将孔壁压裂，测定压裂过程中的个特征点压力及开裂方位，以此计算测点附近岩体中初始应力大小和方向。围岩强度比：围岩内部的围岩强度与最大地应力的比值，当这一比值达到某一水平之才称之为高地应力或极高地应力。高地应力现象：1:岩芯饼化现象2:岩爆3：探洞和地下隧道的洞壁剥离4:岩质基坑底部隆起、剥离以及回弹错动现

14、象5：野外原位测试测得的岩体物理力学指标比实验室岩块实验结果高岩爆：在岩性坚硬完整或较完整的高地应力地区开挖隧洞或探洞的过程中时有岩爆发生。岩爆是岩石被挤压到弹性限度，岩体内聚集的能量突然释放所造成的一种岩体破坏现象岩爆类型：破裂松脱型、爆裂弹射型、爆炸抛射型岩爆产生条件：1：地下工程开挖，洞室空间的形成是诱发岩爆的几何条件2:岩石应力重分布和集中将导致围岩积累大量的弹性形变能，这是诱发岩爆的动力条件3：岩体承受极限应力产生初始破坏后剩余弹性变形能的集中释放量将决定岩爆的弹射程度。4:岩爆通过何种方式出现，取决于围岩的岩性、岩体结构特征、弹性变形能的积累和释放时间的长短。岩爆防治：1:围岩加固

15、措施2：改善围岩加固条件3：改善围岩应力条件 可以从设计与施工的角度采取以下措施：1）在选择隧道及其他地下结构物的位置时应使其长轴方向与最大值应方向平行这样可以减小洞石周边围岩的且向应力2）在设计时选择合理的开挖断面形状，以改善围岩的应力状态3）在施工时，爆破开挖采用短进尺多循环，也可以改善围岩应力状态4）应力解除法，在围岩内部形成一个破碎带，形成一个低弹性区，从而使掌子面及洞石周边应力降低5）喷水或注水，使岩体软化，刚度降低3施工安全措施，主要是躲避及清除浮石围岩：由于人工开挖使岩体的应力状态发生了变化，应力状态被改变了的岩体叫围岩。 二次应力状态：开挖后，无支护时，应力调整后达到新的平衡的

16、应力状态（原始应力，又称一次应力状态）。求二次应力状态时，要给出的基本条件： 原始应力 本构关系 岩体性质参数圆形洞室二次应力、应变和位移的变化特性随着r 的增大而减小，r 却随之而增大。若取定任意一距离，将两应力相加得: + r=2 p0 。这是在=l 的条件下，围岩的二次应力为弹性应力分布的一个比较特殊的结论.围岩的二次应力状态，与岩体的弹性常数E ， 无关，也与径向夹角无关，在一个圆环上的应力是相等的。而应力的大小与洞室半径和径向距离的比值以及初始应力值p0 的大小有关。一、塑性区内的应力状态岩体服从库仑-莫尔准则，理想塑性体塑性区的应力分量： 塑性区内的应力随r 变化，切向塑性应力sq

17、p和径向塑性应力rp 都随r 的增大而增大; 在塑性区内的应力都应满足qp =rp+c的强度条件。的两个莫尔圆与强度线相切，表示了塑性区内任意一点应力状态都满足岩体的强度条件的这一特性弹-塑性区应力分布图塑性区切向应力分布曲线弹性区切向应力分布曲线塑性区径向应力分布曲线弹性区径向应力分布曲线弹性状态径向应力分布曲线塑性区弹性区应力升高区原岩应力区围 岩原 岩应力降低区弹性状态切向应力分布曲线强度线塑性区内任一点的应力圆均与该线相切一、围岩压力的基本概念：狭义围岩压力：围岩作用于支护上的压力。（围岩和支护被看成独立的两个体系）广义围岩压力：支护与围岩是一个共同体，二次应力的全部作用力视为围岩压力

18、。3、 围岩压力分类 ：1、松动压力：松动的岩体或者施工爆破所破坏的岩体等在自重的作用下， 掉落在洞室上的压力称为松动压力。2. 形变压力:当岩体开挖后，围岩进行应力调整，并逐渐向洞内产生变形，当进行了支护后，支护将限制岩体产生向内的变形而产生压力。因此，所谓的形变压力是支护阻止了岩体的变形，岩体作用在支护上的力。3、冲击压力：岩体中的能量突然释放（岩爆）所形成的压力。4、膨胀压力：围岩膨胀所形成的压力1） 岩柱法：作用在洞室顶部的围岩压力为向下位移的最大块体自重，克服两侧岩体的摩擦力后剩余的力从地面到洞室顶部最大可能向下位移的块体自重为：作用在洞室顶部的围岩压为：作用在洞室侧向的围岩压力可根

19、据莫尔-库伦强度公式求 新奥法简介“新奥地利隧道施工法”（NATM）法，由奥地利学派创始人之一米勒教授提出的。包括三方面的内容：1、支护-围岩共同作用原理。2、柔性支护观点/锚喷网综合支护主要支护手段。3、设计、施工、监测一条龙作业方式。优点：较好利用岩体力学特性，充分发挥围岩的自身的承载能力，合理设计支护结构和施工顺序。1、支护-围岩共同作用原理 ： 围岩既是生产支护荷载的主体，又是承受岩层荷载的结构，支护-围岩作为整体相互作用，共同承担围岩压力。摒弃了过去岩体作为对支护结构的荷载采用厚衬砌的传统做法。 围岩压力是变形压力和松动压力的组合，大部分压力(特别是变形压力)由围岩自身承担，只有少部

20、分转移到支护结构上；支护荷载既取决于围岩的性质，又取决于支护结构的刚度和支护时间；围岩的松动区和围岩内的二次应力状态又与支护结构的性质和支护时间有关。2、柔性支护观点 ： 支护刚度不必太大，当支护做完后，能与岩体一起生产一定的位移，释放部分变形能，但又能使支护足以保持平衡，保持围岩稳定。 柔性支护，尽早支护，既及时封闭围岩，防止风化，又能释放变形能，合理利用围岩与支护共同承担应力调整过程中的所有作用。 支护结构为闭合环，锚喷网综合支护主要支护手段。新奥法建设隧道的基本思想：支护结构为一个闭合环，支护结构所采用的基本形式是：喷射混凝土+金属网+锚杆+钢拱肋的支护形式，通常称为喷锚支护结构。采用这

21、种支护形式的目的是消除传统支护与岩体不能紧密的贴在一起，使支护与岩体形成一个整体的弊端。此外，这喷锚结构喷射混凝土的厚度一般为30cm左右，再加上金属网形成柔性支护，能够使支护与岩体产生一定量的位移，但仍能控制岩石位移，使岩石保持稳定。如果，岩石二次应力较大，这可以采有加大喷射混凝土厚度和缩短各锚杆之间的距等手段，甚至在洞内加设钢拱肋等方法，以确保支护有足够的承载力，保持洞室的稳定。新奥法施工中，要求尽量采用全断面开挖，以减少因分级二引起对岩体的多次扰动。影响边坡稳定性的因素：1、岩体自然因素包括岩性、结构、地应力及地形、地貌。2、扰动因素包括水的作用、风化作用及地震。3、人为因素主要是指边坡