岩石力学知识要点

矿山岩石力学知识要点Rockmechanicsandminingengineering岩石力学定义/definitionofrockmechanics：(P1)岩石力学固有复杂性/inherentcomplexitiesinrockmechanics：(P2-4)rockstructure/岩石内部普遍存在岩石结构面，sizeeffect，tensilestrength，effectofgroundwater，weathering岩石力学项目实施过程/implementationofarockmechanicsprogram:(P7-9)(Fig.1.3)通常按照下列五个方面依次进行，即Sitecharacterization/，minemodelformulation，designanalysis，rockperformancemonitoring，retrospectiveanalysis，而基于现场实测的反分析结果又进一步指导进行必要的、新的Sitecharacterisation，minemodelformulation和designanalysis，改善实施效果。Stressandinfinitesimalstrain（1） 应力/stress：（P10）theintensityofinternalforcessetupinabodyundertheinfluenceofasetofappliedsurfaceforces.（2） 正应力/normalstresscomponent：（P11）应力在其作用截面的法线方向的分量。（3） 剪应力/shearstresscomponent：（P11）应力在其作用截面的切线方向的分量。（4） 体力：分布在物体体积内的力。（5） 面力：分布在物体表面上的力。（6） 内力：物体本身不同部分之间相互作用的力。（7） 正面：外法线沿着坐标轴的正方向的截面。正面上的应力分量与坐标轴方向一致为正，反之为负。（8） 负面：外法线是沿着坐标轴的负方向的截面。负面上的应力分量与坐标轴方向相反为正，反之为负。（9） 应力变换公式/stresstransformationequation：（P15）b=12b+12b+12b+2（llb+llb+llb）ll xxx VW zzz xvxy vzvzzxzxb=lmb+1mb+1mb+lmx xxx y yyyzz zz+（lm+1m）b+（lm+1m）b+（lm+1m）b xy yx xy y z z y yz zx xzzx（9） 主平面/principleplane：（P15）单元体剪应力等于零的截面。（10） 主应力/principlestress：（P15）主平面上的正应力。（11） 三维主应力方程与应力不变量：（P16）'1=bxx+byy+bzzb3一Ib2'1=bxx+byy+bzzI=bb+bb+bb—G2+b2+b2)2xxyyyyzzzzxxxyyzzx 、I=bbb+2bbb—Mbb2+bb2+bb2)2xxyyzzxyyzzxxxyzyyzxzzxy"1，%，”3」norderofdecreasingmagnitude,andareidentifiedrespectivelyasthe

major,intermediateandminorprincipalstresses最大主应力、中间主应力和最小主应力.主应力之间相互正交条件：人人+人人+人人=0x1x2 y1y2 z1z2静水应力分量与主偏应力分量/hydrauliccomponentandmajorprincipledeviatorstress：(P17-18).二Im3S=b—b，S=b—b，S=b—b(14)静力平衡方程/differentialequationsofstaticequilibrium：(P19)TOC\o"1-5"\h\zdb db db xx+ + zx+X=0dx dy dzdb db db x^+ yy+ y^+Y=0dx dy dz\o"CurrentDocument"db ,db,db , zx+ y^+ zz+Z一0dx dy dz（15）平面问题的主应力及其方向计算：（P21）b—ba=tan-1 **■b—ba=tan-1 **■b xy —b)+b2xxyy xy1,2 2xxyy\4（16）应变-位移关系方程：（P27）yxyyyzyzxdux；8dxduydydu= x+ ydy yxyyyzyzxdux；8dxduydydu= x+ ydy dxduydzdu+zdydu+—（17）（18）（19）du + x-dx dzduzdz1(dudu'ydzJdxJ体积应变/volumetricstrain：(P27)△=8xx+8yy*z变形协调方程/straincompatibilityequations：虎克定律/Hook'slaw:（P29）d28(P28) xx+dy2d28 d2y yy= xydx2dxdy8x8y8z“)]8x8y8zz+b)]x+如]y1 1 1=—c ,Y =—c ,Y=—TxzG xy yzG yzxz Gxz（20）岩土理性关于位移、应力、应变正负的规定（i） 沿坐标轴正向作用的力和位移分量为正；（ii） 收缩正应变为正；（iii） 压缩正应力为正；（iv） 若截面内法线相对于坐标的原点向内指，则截面上剪应力方向相对于坐标原点向内为正，反之亦然。Rockstrengthanddeformability（1） 强度（峰值强度）/strengthorpeakstrength：（P42）（2） 残余强度/residualstrength：（P42）（3） 应变软化/strain-softeningorstrain-weakeningbehavior：（P42）指岩石达到峰值强度以后继续变形，其强度随变形量增加而降低/减少的特性。（4） 塑性变形/ductiledeformation：（P42）（5） 屈服/yield：（P42）(6)有效应力/effectivestress：(P42)b'=b—w5ijijijsecantYong'smodulusEs：(7)TangentYong'smodulus与，averageYong'smodulus%(secantYong'smodulusEs：（8）岩石单轴压缩与三轴压缩典型特性：（P42）（P50-51）（Fig.3.2）（Fig.3.11（Fig.3.12）岩石单轴压缩特性：从变形的四个阶段理解：弹性变形、塑性变形、（峰值强度以后）应变软化、残余变形。岩石三轴压缩特性：与单轴压缩特性，比较不同围压下的强度、变形性能，脆-塑性转变等。（9）扩容/dilation：（P51）(10)Coulomb'sshearstrengthcriterion：(P54-55)s=c+btan©2ccos巾+b(1+sin巾) 兀。1-sin© ，P=4+2b=2ccos©c1一sin©(11)Griffithcracktheory：(P57)(12)岩石结构面强度：(P64)b=b+ 2(C+b3•tan中)1 3(1-tan中-ctgP)sin2PRockmassstructure（1） 岩石/rock：（P75）（2） 岩体/rockmass：（P75）（3） 岩石结构的主要类型/majortypesofstructuralfeature:（P75-78）beddingplanes，folds，faults，shearzones，dykes，jionts.（4） 岩石结构面的产状/orientation：（P78）dipdirection/azimuth，dip（5） 结构面的间距/spacing：（P78）补充：（i）结构面的线密度Kd:指结构面法线方向单位长度上交切结构面的条— —1数（条/m）。（ii）岩体结构面的平均间距d.与线密度Kd关系：数（条/m）。（iii）取样线上的结构面线密度即为各组节理面线密度之^Uv）PriestandHudson（1976）foundthatanestimateofRQDcouldbeobtainedfromdiscontinuityspacingmeasurementsmadeoncoreoranexposureusingtheequation. RQD=100e-0-1入（0.1入+1）Forvaluesofeintherange6to16/m,agoodapproximationtomeasuredRQDvalueswasfoundtobegivenbythelinearrelation.RQD=-3.68X+110.4（6） RQDqualitydesignation：（P79）RQD= LL（7） 结构面的连通性/persistence：（P80）（8） 结构面的粗糙度/roughness：（补充）Roughnessisameasureoftheinherentsurfaceunevennessandwavinessofthediscontinuityrelativetoitsmeanplanes.（9） 结构面的开度/aperture：（P82）（10） 结构面的填充性/filling：（P83）（11） Bieniawski'sgeomechanicsclassification：（P83-84）（补充）（12） 岩石与岩体的区别/differencesbetweenrockmassandrockelement：（P87）Inthefabric：岩石存在微观节理；岩体由岩块与宏观结构面组成。Inmechanicalproperties：与岩石比较，岩体具有smallerelasticmodulus，lowerpeakstrength，lowerresidualstrength，largerdeformation（creep），largerPoissonratio，strongeranisotropy.Virginstressesintheroc