重庆大学岩石力学总结

1、重庆大学岩石力学总结第一章1岩石中存在矿物劈开、微裂缝、粒间空隙、晶格缺陷、晶格边界等内部缺陷，是微细结构面的总称。2岩石的基本构成由构成岩石的物质成分和结构两方面决定。3岩石的结构是指岩石中矿物粒子之间的关系，包括粒子的大小、形状、排列、结构连接的特征和岩石中的微细结构面。 其中，结构连接和岩石中的微观结构对岩石工程的性质影响最大。4岩石中结构连接的类型主要有结晶连接、胶着连接两种。5岩石中的微细构造面是指矿物粒子内部或矿物粒子与矿物集合体之间存在的微小的弱面和空隙。 包括矿物的劈开、晶格缺陷、晶界、晶界空隙、微裂纹等。6矿物的解理面是指矿物的结晶或晶粒受到力，沿一定的结晶方向分裂的平滑的平

2、面。7岩石的物理性质是由岩石固有的物质组成和结构特征决定的比重、容积重、气孔率、岩石密度等基本属性。8岩石的空隙率是岩石的空隙体积和岩石的总体积之比。9岩石的水理性：岩石和水相互作用时所表现的性质叫做岩石的水理性。 包括岩石的吸水性、透水性、软化性、抗冻性。10岩石的天然含水率表示岩石中的水的质量、岩石的干燥质量11岩石在一定条件下吸收水分的性能称为岩石的吸水性。 取决于岩石空隙的数量、大小、开关的程度和分布情况。 表示岩石吸水性的指标是吸水率、饱和吸水率和满水系数。 岩石吸水率是岩石的干燥质量，是岩石浸水48小时后的总质量。12岩石的满水率是岩石在强制状态(高压、真空或煮沸)下，岩石吸水的质

3、量与岩石的干燥质量之比。13岩石的透水性：岩石能透过水的性能。 可以用渗透系数测定。 主要取决于岩石空隙的大小、方向和相互连通情况。 k是岩石的渗透系数，h是水头的高度，a是垂直于x方向的截面积，qx是沿x方向的水的流量。 透水性物理意义：介质对特定流体的渗透能力，渗透系数的大小取决于岩石的物理特性和结构特征。14岩石反复冻融后强度降低的主要原因： 1构成岩石的各种矿物的膨胀系数不同，温度变化后矿物的膨胀收缩不均匀，岩石结构被破坏。 2温度在0以下时，岩石空隙的水冻结，体积增加约%，产生大的膨胀压力，岩石的结构发生变化或破坏。15岩石强度实验中选择的试样必须是完整的岩块，不得包括节理裂隙。16

4、岩石强度指标值受到样品尺寸样品形状样品的三维尺寸比率加载速率(加载速率越多测定的岩石强度指标值越高湿度)的影响17体积应变影响单轴抗压强度的因素：矿物成分结晶岩石中石英矿物的含量越多，岩石强度越大云母矿物越多，岩石强度越低浅色矿物的多强度越大，深色矿物的多强度低沉积岩的碎屑粒子成分，石英粒子的强度大于长石粒子(胶着物相同的情况)。结晶的程度和晶粒大小：结晶岩石的强度比非结晶岩石大的细粒结晶比粗粒的结晶强度大。胶着程度：在沉积岩中，交接情况和胶着物对强度的影响很大。 硅胶石灰质泥质同类沉积岩地质年代早晚物理性质：空隙率大，强度低，密度高，强度高。风化作用：风化程度越高，强度越低。水的作用：水侵入

5、岩石的缝隙和裂缝，减弱了岩石粒子间的连接，减弱了强度。19减少端部效应的措施：在样品和铁板之间加入润滑剂：增加样品的长度。20非限制剪切强度So的计算公式： a :单面剪切试验So=Fc/A Fc是在试验片被剪切之前到达的最大剪切力，a是试验片的剪切方向截面积。 b :双面剪切试验So=Fc/2A c:冲击剪切试验a为试验片的厚度，r为冲击孔半径。d:扭转剪切试验：Mc是试料剪切前到达的最大扭矩，d是试料直径。21全应力应变曲线不仅全面显示了岩石压力破坏过程中的应力应变特征，还可以预测岩石爆炸、蠕变破坏、循环负荷条件下岩石的破坏。22岩石受到载荷，最初发生的物理现象是变形。 随着载荷的增加，或

6、在一定的载荷下，岩石的变形随时间的推移逐渐增大，最终导致岩石破坏。 岩石的变形有弹性变形、塑性变形、粘性变形。23周围压力为0或低时，岩石呈脆性状态，周围压力变大时，岩石呈从脆性向塑性的过渡状态，持续增加时，岩石呈塑性流动状态，增加呈所谓的应变硬化现象。岩石从脆性变化为塑性的临界周压通常称为变化压力。 岩石越硬，转化压力就越大。24围压对岩石变形的影响：随着围压的增大，岩石的抗压强度显着增加随着围压的增大，岩石变形显着增加随着围压的增大，岩石的弹性极限显着增加随着围压的增大，岩石的应力应变曲线显着变化，岩石的性质25岩石的变形特性通常用弹性模量、变形率、泊松比等指标来表示。 卸载曲线不走负载曲

7、线的路线的话，此时产生所谓的滞后，这个材料被称为弹性。 如果卸载曲线不通过加载曲线的根，而且应变也不回到0，则此材料称为弹塑性，可恢复的变形称为弹性变形。 由加载曲线和卸载曲线组成的环称为塑性滞后环。26泊松比：岩石的横向应变与纵向应变之比。影响岩石力学性质的因素有：水、温度、风化程度、加载荷率、周围压力大小、各向异性等。28水对岩石力学性质的影响：连接作用、润滑作用、水楔作用、空隙压力作用、腐蚀和潜蚀作用。29岩石的脆性和塑性不是岩石固有的性质，他与受力状态有关，随着受力状态的变化，其脆性和塑性可以相互转化。第二章30结构和结构面称为岩体结构单元(要素)31层状结构容易崩塌，块状结构是不稳定

8、的结构，由块状原始结构岩体构成，破碎块状结构容易引起大规模岩体的失稳，碎屑状颗粒状结构容易引起大岩体的失稳。32阶级秩序等级的根据对岩体稳定性的作用第一类延伸了好几公里，深度可以切断构造层，破碎带的宽度在几米到几十米以上影响地区稳定性、山体稳定性第二级从数百米延伸到数公里，破碎带的宽度从数厘米狭窄到数米控制山体的稳定性级战列舰伸长十米或几十米，没有破碎带，只分布在一个地质时代的岩层上控制岩体的稳定性级长了好几米，没错，没夹泥岩体力学性质、结构效应基础、破坏岩体完整性级连续性非常差，刚性接触的小或微小的龟裂面分布随机，降低岩块的强度33结构面根据贯通情况分为非贯通性、半贯通性、贯通性三种类型。3

9、4结构面形态的三要素：起伏形态、起伏角、粗糙度。 结构面的形态决定结构面的滑动阻力的大小，结构面的起伏程度大，粗糙度高，滑动阻力大。35构造面的密集度：用岩体裂隙度k和切断度Xe来表现岩体构造面的密集度。 K=n/L，l是采样线的程度，n是在该程度内出现的节数。 切断度Xe是指岩体被节理地切断分离的程度，节理面的面积a与该截面积a的比是岩体的切断度Xe。36 Xv=Xe*K。 Xv表示岩体内一个节理组的实际切断度。37平面结构面剪切强度=tan C38结构面的尺寸效果：随着结构面的尺寸变大，达到峰值强度时的位移量变大随着尺寸的增加，剪切破坏形式从脆性破坏向延展性破坏变化尺寸变大，峰值剪切角变小

10、随着结构面的粗糙度变小，尺寸效果39现场岩体单轴和三轴压缩试验的应力应变全过程曲线显示，岩体在负荷中，由于岩体内部的结构调整，结构面压实和封闭，应力应变曲线呈凹型，途中卸载弹回变形有滞后，出现了无法恢复的残馀变形。 这是因为在结构面受到压迫时关闭、滑动、偏移。 各级载荷和卸载循环曲线为开环型，随着外载荷的增加，残留变形量的增加速度变小，累积残留变形变大。40岩体结构效应：峰值强度后，岩体开始破坏，应力下载慢，仍有残馀应力。41单结构面强度效应=1/2(1 3) 1/2(1-3)cos2=1/2(1-3)sin2 是AB面和最大主应力方向的角度。42岩体完整性系数Kv=(Vml/Vcl)2 Vm

11、l为岩体中弹性波的纵波传播速度，Vcl为岩体中弹性波的纵波传播速度岩体的种类岩体完整性系数完整性块状破裂的书0.750.450.750.4543 1是破坏时的最大主应力，3是作用于岩石样品的最小主应力，c是岩块的单轴抗压强度，m，s是关于岩性和结构面状况的常数。44长10厘米以上岩盘的累积长度在挖掘总工厂中所占的比例称为岩石质量指标RQD45岩体基本品质指标BQ=90 3cw 250Kv cw在岩石单轴满水抗压强度cw90 Kv 30时，代入cw=90 Kv 30。 在Kv0.04cw 0.4的情况下，代入Kv=0.04cw 0.4。46主要软土构造面产状影响修正系数K2、地下水影响修正系数K

12、1、天然应力影响修正系数K3. BQ=BQ-100(K3 K1 K2 )。47岩体地质力学分类CSIR分类指标值RMR来自岩体强度、RQD值、节理间隔、节理条件和地下水。48巴顿岩体质量q分类Q=(RQD/Jn)*(Jr/Ja)*(Jw/SRE )RQD是岩石的质量指标，Jn是节理组数，Jr是节理粗糙度系数，Ja是节理蚀刻系数Jw是节理水的减少系数，SRF是应力的减少系数，RQD/Jn是岩体的完整性，Jr/Ja是结构面的形态，填充物的特征及其次要变化程度Jw/SRF是水和第三章49地应力是地层中存在的不妨碍工程的天然应力，又称为岩体的初始应力、绝对应力或原岩应力。 是岩石挖掘工程变形和破坏的根

13、本力量。50地应力的原因：大陆板块边界压力引起的应力场地幔热对流引起的热场重力引起的地热场岩浆侵入引起的地热场地温梯度引起的热场地表侵蚀引起的应力场51地应力分布的一些基本规律：1)地应力是比较稳定的非稳定应力场，他是时间和空间的函数。 2 )实测垂直应力基本上等于上霸岩层的重量；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之比随深度的增加而减少，但不同地区的变化速度不同。 5 )最大水平的主应力和最小水平的主应力根据深度呈线性增长关系。 6 )最大水平主应力和最小水平主应力的值一般差异很大，显示出很强的方向性。 7 )地形、地表侵蚀、风化、岩体结构特征、岩体力学性质、温度、地

14、下水等因素的影响，尤其是地形和断层干扰的影响最大。52水压诱发法钻头周围的应力=1 2-2(1-2)cos2 r=0、r分别是钻头周边的切线应力和径向应力，是周边的一点和1轴的角度。53声辐射法的材料在外载荷作用时，其内部储藏的应变迅速放出弹性波，产生声，称为声辐射。 多晶金属的应力从其历史的最高水平放出后，再次被加载，如果应力未达到以前的最大应力值，则很少发生声音放出，但应力达到历史的最高水平后，大量发生声音放出的现象被称为凯泽效应第四章54库仑基准平面上的剪切强度基准|=C tan。 是剪切面上的剪应力，是剪切面上的正应力，c是粘接力，是内摩擦角。 设最大主应力方向和剪切面所成的角为，则2

15、= ，=sin2，=(1 3) (1-3)cos2，破坏面与最大主平面成45 即角，与最大主应力成45-。55摩尔强度理论强度包络线的二次抛物线方程式2=n( t )，t是岩石的单轴拉伸强度，n是未定系数。 二次抛物线型包络的主应力公式：(1 -3 )2=2n (13 ) 4nt-N2、在单轴压缩条件下1=c、n=C2T2t (ct )56格林强度理论最容易破坏的裂隙方向=arccos(1 -3 )/2 (13 )(1 -3 )2/(13 )=8t (130 )。第六章57岩石地下工程中，受挖掘影响应力状态变化的周围岩体称为围岩。 由原始地应力场转变为新平衡应力场的过程称为应力再分布，由应力再

16、分布形成的新平衡应力称为二次应力或二次应力58孔壁应力计算公式59狭义的压力定义是围岩作用于支架上的压力。 地下岩体挖掘产生的力学效果有多种形式，如巷道的山顶、底或两组接近、底舍、围岩的观赏或宏观破裂、岩层的移动、一组屋顶、支座的破坏、开采场的崩溃等也是压力表现。60根保护所受到的压力及其变形，从周围岩石在自平衡过程中的变形和破裂对保护的作用来看，保护以自己的刚性和强度抑制岩体变形和破裂的进一步发展。 因此，围岩和支保与形成共同体的共同体两面的结合作用相互影响的状况称为围岩支保共同作用。 充分利用共同作用原理，发挥围岩的自承能力，对维持地下工程稳定，减少对支护的投入是非常有利的。61普氏压说：岩石的单轴抗压强度。 c是粘合力，真内摩擦角。62普氏压说：两组稳定时的顶压计算式：矩形巷道、宽度2a、高度h、顶部有可能落下的岩拱高度b总顶压力集度两个不稳定时的压力和压力：拱高总压力是总压力的近似压力集中度充分发挥63围岩的自承能力是实现岩石地下工程稳定的最经济可靠的方法，岩体内的应力及其强度是决定围岩稳定的主要因素，在岩体应力超过强度设置支撑时，支撑应力和支撑强度成为岩石工程稳定的决定性因素。 因此，保持岩石地下工程的稳定起点和基本原则，是合理解决这两个矛盾。根据64支护作用的性质，将支护分为普通支护和锚定支护。 普通