西科大《岩石力学》复习重点

第一章岩石物理力学性质1微结构面:存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒与矿物集合体之间微小的弱面及空隙。包括矿物的解理、晶格缺陷、晶粒边界、粒间空隙、微裂隙等。2影响岩石强度指标值因素:试件尺寸,试件形状,试件三维尺寸比例,加载速率,湿度。3岩石试件在单轴压缩载荷作用下的破坏形式:X状共轭斜面剪切破坏,单斜面剪切破坏,拉伸破坏。4抗剪切强度:岩石在剪切载荷作用下达到破坏前能承受的最大剪应力。5获得莫尔强度包络线的方式:三轴抗压强度试验,直剪仪压剪试验。6单轴压缩实验条件下全应力的过程中的三个用途:--应变曲线的用途:能全面显示岩石在受压破坏应力、变形特征,特别是破坏后的强度与力学性质变化规律。此外,还有预测岩爆,预测蠕变破坏,预测循环加载条件下岩石的破坏。7岩石的变形类型:弹性变形、塑性变形和黏性变形。8单轴压缩条件岩石变形阶段(全应力-应变曲线将岩石变形分为四个阶段):1孔隙裂隙压密阶段2弹性变形至微弹性变形裂隙稳定发展阶段3非稳定破坏阶段4破裂后阶段9临界应力:当应力超过循环应力峰值岩石将在某次循环中发生破坏,这一数值称为临界应力10岩石的变形特性指标:弹性模量,变形模量和泊松比。

第二章岩体力学性质1影响岩体力学性质的基本因素:结构体(岩石)力学性质、结构面力学性质、岩体结构力学效应和环境因素(特别是水和地应力的作用)。2根据结构面的形成原因,分为三种类型:原生结构面,构造结构面和次生结构面。3结构面的力学性质:法向变形,剪切变形及抗剪强度。4结构面的剪切变形和法向变形与结构面的哪些因素有关?答:剪切变形与岩石强度,结构面粗糙度和法向力有关。结构面的法向变形不仅取决于岩石本身力学性质,更取决于粗糙结构面接触点数、接触面积和结构面两侧微凸体相互啮合程度。5结构面的尺寸效应体现在哪几个方面?答:结构面试块长度增加,平均峰值摩擦角降低;试块面积增加,平均峰值剪切应力呈减少趋势。此外,还体现在以下几个方面:1随结构面尺寸的增大,达到峰值强度时的位移量增大;2试块尺寸增加,剪切破坏形式由脆性破坏向延性破坏转化;3尺寸增大,峰值剪胀角减小;4随结构面尺粗糙度减小,尺寸效应也减小。6岩石强度包括:抗压强度、抗拉强度、抗剪强度。7应力莫尔圆任意一点物理意义:应力莫尔圆的某一点代表试件上某一方向的一个截面上的受力状态。8地下水对岩体的物理作用和化学作用体现在哪几个方面?答:物理作用:润滑作用、软化和泥化作用、毛细水的强化作用。

化学作用:离子交换、溶解作用和溶蚀作用、水化作用、水解作用、氧化还原作用。论述:地下水对岩体的影响分为:物理的、化学的和力学的影响。(1)岩体的物理作用:(a)润滑作用:在裂隙面上,水使裂隙面之间的摩擦系数减小。(b)软化和泥化作用:结构面内某些物质与水结合后变软并成泥,减小了结构面之间的粘聚力和摩擦力。(c)结合水的强化作用:在非饱和状态下,岩体含水能增强岩体颗粒之间的联系,从而增加岩体的强度。(2)对岩体的化学作用:(a)离子交换作用:富含Ca、Mg离子的地下水在流经富含Na离子的岩土时,Ca、Mg离子置换岩土中的Na离子,一方面,由水中Na离子富集使天然地下水软化,另一方面,岩土中的Ca、Mg离子增加了孔隙度和渗透性能。(b)溶解作用和溶蚀作用:大气降雨中的酸性物质在地下水中对岩石中的石灰岩、白云岩、石膏等产生溶蚀作用,使岩体产生裂隙和溶洞,增加了岩体的渗透性能。(c)水化作用:水渗透到岩体的矿物结晶格架中,使岩体的结构发生微观及宏观的改变,减小了岩体的内聚力,膨胀岩体与水结合,使起岩体内部产生膨胀力。

(d)水解作用:当岩土体中的阳离子与水作用H2O=MgOH+H+)浓度增加,当岩土体中的阴离子与水作用,使地下水一方面改变地下水的PH值,另一方面,也使岩土体物质发生改变,从而影响岩土体的力学性质。,使地下水中的H+(Mg++,水的酸度增加中的OH-浓度增加,水的碱度增加。水解作用(e)氧化还原作用:岩土体与氧气作用发生氧化反应,岩土体的变,地下水的化学组成也发生改变(如硫化铁氧化后生成氧化铁和硫酸),从而影响岩土体的力学性质。矿物组成发生改第三章地应力及其测量1地应力的成因有哪些?答:板块边界受压,地幔热对流,地球内应力,地心引力,地球旋转,岩浆侵入和地壳非均匀扩容。2地应力的分布基本规律?答:1地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场,它是时间空间的函数。2实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量。3水平应力一般大于垂直应力。4平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小,但在不同地区,变化的速度很不相同。5最大水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线性增长关系。6最大水平主应力和最小主应力一般相差较大,很强的方向性。

7上述分布规律还受到地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特征、岩体力学性质、温度、地下水的影响,特别是地形和断层的扰动影响最大。8中国大陆地应力状态有明显分区特点。3地应力解除法的原理:当需要测定岩体中某一点的应力状态时,人为的将该处岩体单元和周围岩体分离,这时岩体单元所受的拉力将解除,同时该单元位的几何尺寸也将产生弹性恢复,应用一定的仪器测定弹性恢复的应变值或变形值,并且认为岩体是连续的,均质的,各向同性的弹性体,于是可以借助弹性理论解答计算岩体所受应力状态。第四章岩石本构关系与强度理论1岩石本构关系是指岩石的应力或应力速率与其应变或应变速率的关系。2岩石破坏形式主要有两类:断裂破坏和流动破坏。3应力达到屈服极限和强度极限有什么不同?答:断裂破坏发生于应力达到强度极限,流动破坏发生于应力达到屈服极限。4岩石塑性本构关系特点:1应力—应变关系的多值性,2本构关系的复杂性(1屈服条件、2加—卸载准则、3本构方程)5岩石流变模型基本元件:弹性元件、塑性元件、黏性元件。6胡克体:在荷载作用下,其变形性完全符合胡克定律的材料。性质:1具有瞬时弹性变形性质,没有弹性后效,与时间无关。2应变为恒定时,应力保值不变,无应力松弛性质。3应力保持恒定,应变也保持不变,无蠕变性质。牛顿体:是一种黏性体,符合牛顿流动定义,应力与应变速率成正比。

性质:1应变与时间有关,无瞬时变形。2无弹性后效,有永久变形。3应变保持某一恒值后,应力为零。7岩石长期强度:岩石的强度随外载荷的作用时间的延长而减低,通常把作用时间t→∞时的强度(最低值)称之为岩石的长期强度。8莫尔应力圆的物理意义:如果应力圆上的点落在强度曲线之下,则说明该点表示的应力还没有达到材料的强度值,材料不会发生破坏;如果应力圆上的点超过了上述区域,则说明该点表示的应力已超过材料强度极限并发生破坏;如果应力圆上的点正好与强度曲线相切,则说明材料处于极限平衡状态,此时岩石所发生的剪切破坏将可能在该点所对应的平面间的夹角岩石破坏角。9岩石强度曲线用哪些参数表示?剪切强度、黏结力(内聚力)、内摩擦角、剪切面上的正应力。10莫尔强度理论质实和优缺点是什么?答:实质:是一种剪应力强度理论优点:1比较全面反映岩石的强度特征,适用于塑性,脆性岩石的剪切破坏。2反映岩石抗拉强度远小于抗压强度,解释岩石在三向等拉时会破坏,在三向等压时不会破坏。缺点,忽略了中间主应力的影响,与试件结果有一定的出入。只适用于剪切破坏,不适用膨胀或蠕变破坏。第五章岩石力学数值分析方法初始地应力包括哪些内容?答:初始地应力是指对于天然状态的岩体,在工程之前已存在的应力。

包括自重应力和构造应力。第六章岩石地下工程1围岩:在岩石地下应力场中,由于受开挖影响而发生应力改变状态的周围岩体。围岩压力:引起地下开挖周围岩体和支护变形破坏形式的地应力。围岩应力:由于人工洞室开挖围岩应力状态改变在无支护情况下经过应力重新调整达到新的平衡状态时为围岩应力。2普氏地压理论意义:普氏地压理论反映了地下岩石工程一种自我稳定的性能。3维护岩石地下工程基本稳定的基本原则:1合理利用和充分发挥岩体强度。【1地下的地质条件相当复杂2避免岩石强度的损坏3充分发挥岩体的承载能力4加固岩体】2改善围岩的应力条件【1合理选择巷道断面的形状和尺寸2选择合理的位置和方法3“卸压”方法】3合理支护【支护的形式,支护刚度,支护时间,支护受力情况的合理性及支护的经济性】4强调监测和信息反馈4围岩抗力:支护在挤压围岩时引起的围岩对支护的作用。特点:1围岩抗力一不均匀性,支护对围岩的挤压变形往往都是局部的,所以支护上的围岩抗力分3围岩抗力也是一种支护外载荷,也会造成支护的内力。4可以改善支护内力情况,有利于减少构件的弯矩。5由于围岩压力的存在,可以使得地下工程中采用一结构。般是在地压的主动作用下产生的2因为围岩压力的布也是局部的些不稳定

5锚杆支护(工作)的特点:通过置入岩体内部的锚杆,提高围岩的稳定能力,完成其支护作用。(支护迅速及时、支护效果良好、用料省)6锚杆支护的作用机理:悬吊作用,减跨作用,组合梁作用,组合拱作用,加固作用等。7锚杆的设计原则:锚固力不能小于锚杆杆体能承受的荷载。8锚杆施工要求:1、首先要有足够和可靠的锚固力(锚杆发挥功能的根本);2、密封岩帮,保持岩帮不会垮落,并充分保证锚杆端部紧贴围岩,充分形成对围岩的挤压作用(发挥锚杆支护效果的必要条件);3、维持岩体有一定的自身强度。9锚索和锚杆的区别:除其规格尺寸和荷载能力外,主要在于锚索一般需要施加预应力。10岩体注浆的功能:主要有抗渗和加固两个功能。11围岩注浆加固的特点:依靠注浆液黏结裂隙岩体,改善围岩的物理力学性质和及其力学状态,加强围岩的自身承载能力,并使围岩产生成拱作用。(选择时机,滞后于前方工作面100m左右距离)12工程软岩定义:指在工程作用下能产生显著塑形变形的工程岩体。意义:揭示软岩相对性质,即取决于工程力与岩体强度的相互关系。13软岩的物理性质和工程特性:软