岩石力学期末复习资料,必过。

岩石力学

第一章

1.岩石：是经过地质作用而天然形成的（一种或多种）矿物集合体。

2.岩体：是指在一定地质条件下，含有诸如利息，结里，断层，层理等不连续的结构面组成的现场岩石

第二章

1.岩石的物理性质指标：容重和密度，比重，孔隙率，吸水率和饱水率，抗冻性

2.岩石的热学和电学性质：容热性，导热性，热膨胀性，导电性

3.岩石的抗风化指标：抗冻性

4.岩石与水有关的性质：渗透性，崩解性，膨胀性，软化性

5.岩石结构面的类型：原生结构面，构造结构面，次生结构面

原生结构面：就是指在成岩过程中形成的结构面

构造结构面：指岩体受构造应力作用所产生的破裂面和破碎带。包括构造节理，层理，劈里以及层间错动面等

次生结构面：指岩体受卸荷作用，风化作用和地下水活动所参数的结构面，如卸荷裂隙，风化裂隙及次生夹泥，泥化夹层等

结构面的自然特征：结构面的规模（Ⅰ.Ⅱ.Ⅲ.Ⅳ级），结构面的物质组成，结构面的结合状态和空间分布以及密集程度（①结构面的困数②单位体积的结构面数目）等6.岩石质量指标RQD：是根据修正的岩心采取率来决定的。

修正的岩心采取率：指将钻孔中直接获取的岩心总长度，在扣除破碎岩心和软弱夹泥的长度，在与钻孔总进尺之比。

引去规定计算岩心长度时，只计算大于100m坚硬和完整的岩心。

RQD是一种比岩心采取率更灵敏，更适合的指标。RQD只是一项分类的重要因素，而不是决定性因素。

岩石工程分类：按岩石强度分类：硬质岩，中等坚硬岩，软质岩。

按完整岩块的强度等级分类：A B C D E

按完整岩块的模量比等级分类：H、ML

完整岩块的工程分类：AH、BH、CH…等15

第三章

1.岩石的破坏形式及其特点

①脆性破坏：岩石在荷载作用下没有显著觉察的变形就突然破坏；可能是由于岩石中裂隙的

发生和发展的结果。

②延性破坏：岩石在破坏之前的变形很大，且没有明显的破坏荷载，表现出显著的塑性变形，

流动或挤出。

③弱面剪切破坏：由于岩层中存在节理，裂隙，层理，软弱夹层等软弱结构面，岩层的整体

性受到破坏。在荷载作用下，这些软弱结构面的剪应力大于该面上的强度时，

岩体就发生沿着软弱面的剪切破坏。

2.⑴岩石的抗压强度：岩石试件在单轴压力下（无围压儿轴向加压力）抵抗破坏的极限能力，

或极限强度，它在数值上等于破坏时的最大压应力。

⑵试件及试件断面尺寸高度：

圆柱形试件：D=5cm或D=7cm，h=（2-2.5）D

立方柱状试件：采用5cm X 5cm 或7cm X 7cm，h=（2-2.5）√A

⑶规定：对于圆柱形试件，沿试件各截面的直径误差应不大于0.3mm，两端面的不平行度

最大不超过0.05mm。

⑷试验时以每秒0.5-0.8mPa的加荷，直至试件破坏。

⑸影响岩石的抗压强度的因素：（论述题）

①岩石本身方面的因素：如矿物成分，结晶程度，颗粒大小，颗粒联结和胶结情况，

密度，层理和裂隙的特性和方向，刚化程度和含水情况等等。

A.矿物成分：即使相同矿物组成的岩石，也受到颗粒大小，连接胶结情况，生产条件

的影响，他们的抗压强度也可相差很大。

B．晶体程度和颗粒大小：一般而言，晶体岩石比非结晶岩石的强度高，细沙结晶的岩石比粗粒结晶的岩石强度高。

C．条件：在岩浆岩结构中，若其形成具有非结晶物质，则就要大大地降低岩石的强度。另外埋藏在深部的岩石的强度比接近地表的岩石强度要高。（埋藏越深，岩石受压越大，孔隙率越小，岩石强度越高）

D．胶结情况：对沉积岩来说，胶结情况和胶结物对强度的影响大。

E．风化作用：风化作用破坏了岩石的粒间连接和晶粒本身，使强度降低。

F．密度：岩石的密度增加，抗压强度也随之增加。

G．水的作用：水渗入岩石时，由于水分子的侵入从而削弱了颗粒间联系，使强度降低。

②．实验方法上的因素，如试件尺寸，尺寸相对比例，形状，试件加工情况和加荷速率等。a．试件形状和尺寸：一般而言，圆柱形试件的强度高于棱柱试件的强度，这是因为后者应力集中之故，根据研究，强度随着试件横断面增大而减小。

b．加荷速率：加荷速率愈快，岩石的强度就愈大，这是因为快速加荷具有动力的特性之故。

4．RL=PT/A

巴西劈裂法：测定抗拉强度。试件的形状用得最多的是圆柱体和立方体。试验时沿着圆柱体的直径方向施加集中荷载，试件受力后可能沿着受力方向的直径裂开。

垂直向产生几何均匀的水平方向的拉应力：公式

水平向直径平面内产生最大的压应力：公式

圆柱体抗拉强度：

立方体抗拉强度：

5．莫尔-库伦准则：

（1）理论假设：材料内某一点的破坏主要决定于于它的大应力和小主应力，即瑟给马1和瑟给马2，而与中间应力无关。

（2）每一莫尔应力圆都反映一种达到破坏极限的应力状态。这种应力圆称为极限应力圆。然后作出这一系列应力圆的包络线；叫做莫尔包络线。这根包络线代表材料的破坏条件或强度条件。

(3)材料的破坏与否一方面与财力哦啊内的剪应力有关，同时与正应力也有很大的关系，因为正应力直接影响抗剪强度的大小。

(4)根据莫尔强度理论，在判断材料内某点处于复杂盈利状态下是否破坏时，只要在平面上作出该店的莫尔应力圆。①如果所作应力圆在莫尔包络线以内，则通过该点任何面上的剪应力都是小于相应面上帝的抗剪强度，说明该点没有破坏，处于弹性状态②如果所绘

应力圆刚好与包络线相切，则通过点有一对平面上的剪应力刚好达到相应面上的抗剪强度，该点开始破坏，或称之为处于极限平衡状态或塑性平衡状态。③如果所绘应力圆与包络线相割，则实质上它是不纯在的，因为当应力达到这一状态之前，该点就沿着一对平面破坏了。

库伦方程

由令则单轴抗压强度的公式：

又令则

(5)岩石中水对强度的影响：岩石中由于孔隙水压力存在而使其强度降低

第四章岩石的变形：指岩石在向物理因素作用下形状和大小的变化。

1.表示岩石变形特性的常数：①泊松比②弹性模量E③体积弹性模量K

为了表征岩的总的变形（弹性变形和永久变形）有时还用变形模量E.和侧膨胀系数。2.①轴向应变：；轴向应变：;应力：

压缩时弹性模量；泊松比

②弹性模量的分类：

A．初始弹性模量曲线在零荷载时的切线斜率

B．切线弹性模量曲线在某点处的（一般抗压强度的50%）切线斜率

C．平向弹性模量曲线中的近乎直线段的平均斜率

D．割线弹性模量原点与曲线上某点的连接直线的斜率

（2）三轴压缩试验：侧压力为，轴向应力为，侧向应力，令

弹性模量

3．（1）岩石应力-应变的一般关系

（a）对于较多岩石来说，曲线具有近似直线的形式，并在直线的末端F点处发生突然破坏。关系式为

（b）如果关系不是直线，而是曲线，但与之间有

着唯一的关系，即：

由于是曲线关系，因此这是没有唯一的模量，但对于相应于P点的任何的值，都有一个切线模量和割线模量切线模量割性模量

（c）加卸荷形成滞回环的弹性材料。卸载曲线上P点的切线PQ 的斜率就是相应于该应力的卸载模量

（d）弹性变形（能恢复），塑性变形（不能恢复）

加载曲线与卸载曲线形成的环，叫做塑性滞回环。

弹性模量E就是加载曲线直线段的斜率；而加载曲线直线段大致与卸载曲线的割线平行。因此，一般可将卸载曲线的割线的斜率作为弹性模量

C点以前称为峰前加载，C点以后称为峰后加载。1,2——弹性阶段曲线，3——弹塑性阶段曲线。

四个区段研究表明：第一区段属于压密阶段，是由于细微裂缝受压闭合造成的，第二区段AB相应于弹性工作阶段，σ——ε关系曲线为直线，第三区段BC为材料的塑性性状阶段，主要是由于平行于荷载轴的方向内开始强烈的形成新的细微裂隙，B点事岩石以弹性转变为塑性的转折点，也就是所谓的屈服点，相应于该点的应力σ0称为屈服应力，第四个区段CD为材料的破坏阶段，C点的纵坐标表示单轴抗压强度Rc0

（2）应力——应变曲线的变型

类型1——弹性，类型2——弹塑性，类型3——塑弹性，类型4——塑弹塑性类型5弹塑弹性，类型6——弹塑蠕变

4 岩石σ——ε曲线的影响因素（论述题）

（1）荷载速率：加荷速率越快，则测得的弹性模量越大，加荷速率越慢，弹性模量越小，峰值应力不显著，并且冲击荷载测得的弹性模量比用静荷载测得的腰高得多。

（2）温度：在室温时表现为脆性的岩石，在较高的温度时间以产生大量永久变形，工程建筑中遇到的岩石温度变化甚小，一般可以不考虑。

（3）侧向压力：侧向压力___对于岩石的强度和变形都有很大的影响。

a由于侧向压力___的存在，岩石在破坏时总的变形增加了，并且随着___的增大而增加，这也说明了岩石的塑性变形随着____的增加而表现得更加明显了。

b当___增大到一定的范围时，岩石开始几乎符合理想塑性变形，若___再增大，岩石的变形特性变化不大。

c在有___的情况下，岩石的变形与________的数值都有关，不论_______或很大时，岩石的σ——ε曲线起初都有一段近似的直线阶段，说明当________的数值在一定范围内岩石的变形总是符合线性弹性的，而当_______的数值超出一定范围时，岩石的变形符合塑性变形的性质。

（3）各向异性：由于岩石内有层理或者在某一方向内的节理特别发育，所以即使对于同一种岩石，他们的弹性模量和泊松比也随着其方向的不同而异的。

5现场变形试验方法：（1）静力法：1承压板法，通过刚性或者柔性承压板将荷载加加在岩面上，测定变形，2狭缝法，该法是根据椭圆孔受内水压力作用，产生应力与变形关系的原理建立起来的，试验时通过埋置在狭缝中的钢枕，对狭缝两侧的岩体施加压力，同时测量岩体的变形，从而算出岩体的变形特性。3环形加荷法，水压法，径向千斤顶法（奥地利法），钻孔膨胀计法。（2）动力法，动力法现场调试工作：1激发，2接收弹性波，3记测弹性波的传播时间，振幅和波形。

6岩石的蠕变：指在应力____不变的情况下岩石的变形（或应变____）随着时间而增长

阶段1：应变——时间曲线向下弯曲，此阶段的蠕变称为初期蠕变或者暂时蠕变。

阶段2：该阶段内，曲线斜率近似不变，此阶段内蠕变称为二次蠕变或者稳定蠕变。

阶段3：称为加速蠕变或第三期蠕变。这种蠕变倒是迅速破坏。

影响：蠕变与所加应力的大小有很大的关系，在低应力时，蠕变可以逐渐趋于稳定，材料部被破坏，在高应力时，蠕变加速，引起破坏。

2蠕变模型

（1）弹性模型：也称弹性单元，这种模型是线性弹性的，完全服从虎克定律，因此也称为虎克物质。此模型应力作用应变下应变瞬时发生且应变成正比例关系，______________

2粘性模型：也称单元或牛顿物质，这种模型完全服从粘性定律，表示与速率成正比，

组成：用充满粘性液体的圆筒形容器内的有孔活塞（称为缓冲壶）来表示。

其他模型：

马克斯威尔：

伏埃特模型：

广义的马克斯威尔模型：

广义的伏埃特模型：

鲍格斯模型：

第五章

1由地壳构造运动在岩体中所引起的应力称之为构造应力。

应力：构造应力，自重应力，温度应力，地震应力，附加应力等。

不论由哪种原因引起的岩体应力，一般泛称为地应力。

习惯上将工程施工前就存在于岩体中的地应力，称为初始应力或天然应力。（取决于上覆岩的质量，构造作用的类型，强度和持续时间长短等。）

2（1）地应力的变化规律：对于3000m以内的地壳而言（浅埋地层）

A地应力场属于不稳定力场：一般情况下，地应力是一个三向不等压的空间应力力场，其中主应力大小和方向是随空间和时间的变化而变化的。

B垂直与水平应力的特征：水平地应力为大于垂直应力

人们常将平均水平应力与垂直应力的比值称之为侧压比，其值随深度的增大而减小。对于不同地区，略有差异

（2）垂直应力：

当k0 =1时，就出现侧向水平应力与垂直应力相等的所谓静水压力式的情况。

海姆假说：在岩体深处的初始垂直应力与其上覆岩体的重量成正比，而水平应力大致与垂直应力相等

3岩体应力现场量测方法：

（1）应力解除法：

基本原理：1为了测定距边墙表面深度为Z处的应力，利用钻头自边墙钻一深度为Z 的钻孔。2用嵌有细粒金刚石的钻头将孔底磨平磨光。3用与钻头直径相同的“套钻钻头”在钻孔底部的四周进行“套钻”掏槽（槽深约5m）。4掏槽前周围岩体作用于岩芯上的应力就被解除，岩芯也产生相应的变形。5根据所测的岩芯变形就可换算出掏槽前的岩芯所承受的应力。

掩体的三向应力量测：1采用共面三钻孔法确定三维应力。2孔壁应变测试法。（2）应力恢复法：

方法：在岩体表面沿不同方向安置三个应变计，以便能够测出岩体沿三个不同方向的伸缩变形。

原理：1读出应变计的初始读数2沿着与所测应力相垂直的方向开挖一狭长槽。挖槽后，槽壁上的岩体应力即被解除。3将扁千斤顶装于槽中并增加千斤顶中的油压，使千斤顶对槽壁逐渐施加压力直到岩体表面上的三个应变单位压力近似为槽壁上原有的法向应力。

10.补充：地应力是如何产生的？

答：地应力是由于地壳构造运动，上覆岩体的重量影响，气温变化，地震力，结晶作用，变质作用，沉积作用，团结作用，脱水作用以及地下研究在洞室围岩中引起的应力重分布和高坝等建筑物在岩基中所引起的。

第六章．1山岩压力：在水工建设中，把由于洞室围岩的变形和破坏而作用在支护或衬砌造成的压力称为山岩压力。

2山岩压力的形成及其影响因素。（论述）

答：形成：一般都认为，山岩压力是由于洞室开挖后岩体变形和破坏所形成的。

产生山岩压力的主导因素：①在整体性良好，裂隙节理不发育的坚硬岩石中，洞室围岩的应力一般总小鱼岩石强度，洞室支护主要用来形成岩石的风化一级剥落碎块的掉落。②在中等

质量的岩石中，洞室围岩的变形较大，不仅有弹性变形，而且还有塑形变形，少量岩石破碎。

③在破碎和软弱岩石中，由于裂隙纵横切割，岩体强度很低，围岩应力超过岩体强度很多。

(2)影响因素：①洞室的形状和大小：圆形、椭圆形和拱形洞室的应力集中程度较小，破坏较少，岩石比较稳定，山岩压力也就较小;矩形断面洞室的应力集中程度较大，尤宜转角处最大。因而山岩压力比其他形状的山岩压力要大些。②地质构造：地质构造简单，地层完整，无软弱结构面，围岩就稳定，山岩压力就小。反之地质构造越复杂，地层越不完整，有软弱结构面，围岩就不稳定，山岩压力就较大。③支护的形成和刚度：a外部支护作用在围岩的外部，依靠支护结构的承载能力来承受山岩压力，也能起到限制围岩变形维持围岩稳定的作用。b内承支护是通过化学灌浆或水泥灌浆、锚杆支护、预应力锚杆支护和喷混凝支护等方式，加固围岩，使围岩处于稳定状态。c，支护的刚度愈大，则允许的变形就愈小，山岩压力就愈大；反之，山岩压力愈小。④洞室深度：当围岩处于塑形变形状态时，洞室埋置愈深，山岩压力也就愈大。⑤时间⑥施工方法：施工作业暴露过长，衬砌较晚，回填不实或者回填材料不好都会引起山岩压力增大。

3

4芬纳公式

塑性平衡微分方程式

塑性平衡条件

5喷锚支护原理和设计原则（论述题）

原理：就是在洞室开挖后及时地向围岩的表面上喷一层薄的混凝土（一般厚度为5-20cm），有时再向围岩内增加一些锚杆，从而部分地阻止围岩向洞室变形，已达到支护的目的。这种支护方法简称新奥法。喷锚支护不是“被动”承受松动压力，而是与围岩协调工作，承受变形压力。