岩体的变形与破坏资料
岩体力学性质
强度性质
强度性质
岩体在各种压力状态下所能承受的最大应力，称为岩体的强度。它可分为单轴抗压强度、单轴抗拉强度、三 轴抗压强度以及剪切强度等。单轴抗压强度是岩体在单向压缩时所能承受的最大压应力。岩体的单轴抗压强度总 是低于岩块的单轴抗压强度。二者的比值变化较大，通常为0.05～0.65。单轴抗拉强度是岩体或接近于零。岩体在三向受压状态下所能承 受的最大压应力，称为岩体三轴抗压强度。原位岩体三轴压缩试验的开展，有益于更好地评价岩体的各向异性。 岩体内任一方向切面在任一法向压应力下所能抵抗的最大剪应力，称为岩体该方向切面在该法向应力下的剪切强 度。它可分为剪断强度、重剪强度和抗切强度。剪断强度是岩体中先前没有破坏的面在任一法向应力下能抵抗的 最大剪应力。剪切面上法向应力等于零时的剪断强度，称为抗切强度。岩体中先前存在的破坏面在任一法向压应 力下能抵抗的最大剪应力，称为重剪强度。岩体剪切强度的大小，通常用库仑强度参数，即内聚力和内摩擦角的 大小来说明。岩体的剪切强度远小于岩块的剪切强度。岩体重剪强度的内聚力值一般在0～0.3兆帕，内摩擦角多 为10°～48°。岩体剪断强度的内聚力值一般在0.05～4兆帕,内摩擦角多为20°～55°。岩体剪切强度具有各向 异性。沉积岩体的各向异性最为显著，火成岩体的各向异性表现不明显，变质岩体的各向异性则介于沉积岩体和 火成岩体之间。
岩体力学性质
岩体在受力状态下抵抗变形和破坏的能力
01 变形表征
03 力学性质
目录
02 强度性质
基本信息
岩体力学性质是指岩体在受力状态下抵抗变形和破坏的能力。它包括变形性质和强度性质两个方面。岩体的 力学性质，是设计一切大型岩体工程的重要依据。
变形表征
变形表征
岩体变形性质的物理量主要是变形模量、弹性模量和泊松比等。具有弹性和非弹性性能的岩体在加荷时应力 与应变的比值，称为变形模量。岩体在弹性变形阶段内，应力与应变的比值，称为弹性模量或杨氏模量。轴向加 荷的岩体试件的侧向应变与轴向应变的比的负值，称为泊松比。岩体的变形模量值普遍低于岩块的变形模量值， 两者的比值一般为0.2～0.6。岩体变形模量与其弹性模量的比值，也多为0.2～0.6。岩体的变形性质普遍具有各 向异性，不同方向的模量值不相同，在有些情况下，高达1∶10,通常为1∶2。此外，岩体变形模量与弹性模量的 比值，也常常随着方向不同而变化。
第二节 洞室围岩变形及坡坏的主要类型
一. 围岩应力引起的变形与破坏 1. 围 岩：工程开挖后，应力变化范围内的岩体。 2. 二次应力：工程开挖后，岩体中一定范围内原始应力 发生变化，其改变后重新分布的应力叫二 次应力。又叫重分布应力或围岩应力。 (一) 围岩应力变化规律
地下洞室开挖后，破坏了岩体中原有地应力平衡状态，岩体 内各质点在弹性应变能作用下，力图沿最短距离向消除了阻力的 临空面方向移动，直到达到新的平衡，将这种位移现象叫做卸荷 回弹。随着岩体质点的位移，岩体内一些方向由原来的紧密状态 发生松弛，另一些方向反而挤压程度更大，岩体中应力的大小和 主应力方向也随之发生变化，并产生局部应力集中。这种岩体应 力变化，一般发生在地下洞室横剖面最大尺寸的5-6倍范围内。 在此范围以外，岩体基本处于原来的天然应力状态。
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
7. 膨胀内鼓：在膨胀岩地区，洞室开挖后水分向松动圈集 中，导致岩石吸水膨胀，并向洞内鼓出的现象。
洞室开挖后，由于围岩松动圈的存在，形成围岩低应力区，地下 水往往由围岩高应力区向围岩低应力区转移，当围岩内含大量膨胀矿 物时，易于吸水膨胀的岩体发生强烈的膨胀并导致围岩内鼓变形。常 造成洞室设计空间不足，围岩表部膨胀开裂。随着风化加深，围岩甚 至可以解体。除地下水的作用外，这类岩体开挖后也会从空气中吸收 水分而自身膨胀。 遇水后易于膨胀的岩石主要有两类，一类是富含蒙脱石、伊犁石 的粘土岩类；另一类是富含硬石膏的地层。隧道围岩中若遇到遇水体 积增加2.9%的岩石，就会给开挖造成困难。而有些富含蒙脱石的岩体， 遇水后体积可增加到14~25%。据挪威对水工隧洞的调查，有70%的隧 洞衬砌开裂和破坏均与此有关。与围岩塑性挤出相比，围岩吸水膨胀 是一个更为缓慢的过程，往往需要相当长的时间才能达到稳定。
矿山岩体力学知识点
矿山岩体力学知识点岩体力学是矿山工程中的一个重要学科，它研究岩石的力学性质和其在地下开采中的变形和破坏规律。
了解岩体力学的知识点对于合理设计和稳定的矿山开采至关重要。
以下是一些岩体力学的主要知识点。
1.岩石的物理力学性质：包括岩石的密度、弹性模量、泊松比、抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。
这些物理力学性质对于岩石的变形和破坏具有重要影响，也是评估岩石力学性质的基本指标。
2.应力与应变：应力是指在力作用下岩石内部的应力状态，包括垂直和平行两个方向的应力。
应变是岩石在受力下发生的变形。
研究岩石的应力与应变关系有助于了解岩石在开采过程中的应力分布规律和力学特性。
3.岩石的变形与破坏规律：岩石在受到外力作用后会发生变形和破坏。
弹性变形是岩石在小应力作用下发生的可恢复变形，塑性变形是岩石在大应力作用下发生的不可恢复变形，破坏是岩石超过其承载能力导致破坏的过程。
了解岩石的变形与破坏规律可以指导矿山开采的安全与高效。
4.岩石力学参数的测定与试验方法：准确获取岩石力学参数是进行合理设计和分析的基础。
常用的试验方法包括岩石强度试验、应力-应变试验、岩石断裂试验等。
这些试验方法可以用于测定岩石的强度、变形特性和破坏特征，为岩石力学参数的确定提供依据。
5.岩体的稳定性分析：岩体的稳定性是矿山开采过程中一个重要的问题。
通过分析岩体力学参数、岩体结构、地应力等因素，预测和评估岩体的稳定性，选择合适的支护方法和措施，以确保矿山的安全运营。
6.岩石动力学：矿山开采中常伴随着岩爆、岩石震动等动力学问题。
了解岩石的动力学特性，包括岩爆的发生机制、岩石振动的传播规律等，对于预防和控制岩爆事故、减轻岩石震动的影响具有重要意义。
7.岩石支护与巷道设计：在矿山开采中，为了稳定岩体结构，需要进行巷道支护和巷道设计。
岩石力学的研究可以指导巷道的合理设计、支护方法的选择和支护结构的设计，提高巷道的稳定性和安全性。
8.岩层间的相互作用与岩爆防控：在矿山开采中，岩层间的相互作用对于岩体稳定性具有重要影响。
岩体变形破坏过程的能量机制
岩体变形破坏过程的能量机制岩体变形破坏过程是一个由外力作用引起的能量释放过程。
岩体在受到外力的作用下逐渐累积能量，当这部分能量超过岩体的抗力时，就会引发岩体的变形和破坏。
岩体变形破坏的能量机制主要包括应变能的积累和释放过程、动能转化为应变能的过程以及应变能转化为破坏能的过程。
首先，岩体受到外力作用后，从初态到终态的过程中会产生应变能的积累和释放过程。
外力的作用使岩石产生弹性应变、塑性应变和破裂应变。
弹性应变是可恢复的应变，塑性应变是不可恢复的应变，破裂应变是岩石的断裂。
在岩石受到外力作用时，弹性应变首先发生，然后逐渐转化为塑性应变，当塑性应变达到一定程度时，就会引发破裂。
岩体的弹性势能和塑性变形能都积累在岩体中，这部分能量通过震动、热量等方式释放出来，当释放的应变能超过岩体抗力时，就会引发岩体的破坏。
其次，动能转化为应变能是岩体变形破坏过程的另一个能量机制。
当外力作用于岩石时，岩石受到的应变能不仅来自于外力的作用，也包括岩石内部的动能转化为应变能。
当岩体受到外力时，外力对岩体的作用会使岩体发生变形，变形速度越快，岩石的动能就越大。
岩石动能的转化主要通过岩石内部的位移和变形来实现。
当岩石受到外力时，岩体内部各个部分的位移不同，不同的位移速度导致了动能的差异，这部分动能会转化为应变能。
最后，应变能转化为破坏能是岩体变形破坏的关键能量机制。
岩石的变形和破坏主要是由于岩石内部的应变能积累到一定程度时超过了岩石的抗力，从而导致岩体的破坏。
在岩体变形过程中，应变能主要以形变和塑性变形的形式存在，当应变能积累到一定程度时，塑性变形和应力集中会导致裂隙的发展和联合，从而进一步加剧岩体的破坏。
这部分应变能的释放主要通过断裂面的形成和扩展，将岩体内部的应变能释放出来，并以破碎、破裂等形式表现出来。
总之，岩体变形破坏过程的能量机制包括应变能的积累和释放过程、动能转化为应变能的过程以及应变能转化为破坏能的过程。
这些过程都是岩体变形破坏的重要能量机制，对于理解和预测岩体变形破坏具有重要意义。
岩体变形破坏过程的能量机制
岩体变形破坏过程的能量机制
岩体变形破坏是岩石受外力作用下发生的物理现象，其能量机制主要包括应变能、势能和动能三种形式。
首先，应变能是指由于外力作用使岩体内部产生应变而存储的能量。
当岩体承受的应力超过其强度极限时，应变能将会被释放，导致岩体发生变形和破坏。
其次，势能是指岩体在重力作用下所具有的能量。
岩体在垂直方向上的质量分布不均匀，因此会产生不同高度处的势能差异。
当岩体承受外力扰动时，岩体的势能分布状态将发生变化，进而影响岩体的稳定性和破坏形态。
最后，动能是指岩体在受到外力作用下所具有的能量。
当岩体受到冲击或震动等外界扰动时，其将产生动能，进而促进岩体的变形和破坏。
综上所述，岩体变形破坏过程的能量机制十分复杂，应变能、势能和动能三种形式的相互作用和转化，决定了岩体的稳定性和破坏形态。
对于岩体工程设计和安全评估来说，深入了解岩体变形破坏过程的能量机制，具有重要的理论和实际意义。
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岩体力学
岩体：是位于一定地质环境中，在各种宏观地质界面分割下形成的有一定结构的地质体。
结构体：被结构面切割成的岩石块体。
结构面：是指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。
岩体复杂性表现：一.不连续性，二.非均质性，三.各向异性，四.岩体中存在着不同于自重应力场的天然应力场，五.岩体赋存于一定地质环境中，对岩体影响较大。
岩石的变形性状：1.塑性。
2.弹性。
3.粘性。
弹性：指材料在外力作用下产生变形，而撤去外力后立即恢复到它原有的形状和尺寸的性质。
弹性变形：外力撤去后能够恢复的变形。
如应力—应变关系呈直线关系，称线弹性，不呈直线关系称非线弹性。
塑性：指材料受力后，在应力超过屈服应力时仍能继续变形而不即行断裂，撤去外力后变形又不能完全恢复的性质。
不能恢复的变形，称塑性变形。
应变硬化：在屈服点之后，应力—应变关系呈上升曲线，说明晶粒滑到新位置后，导致粒间相嵌、挤紧和晶粒增大，如使之继续滑动，要相应增大应力的现象。
粘性：指材料受力后变形不能在瞬间完成，且应变的速率随应力的大小而改变的性质。
流动变形：应变速率随应力而变化的变形。
峰值前变形机理：1.以裂纹行为为主导的变形。
2.以弹性变形为主的变形。
3.以塑性变形为主的变形。
轴向应力—应变曲线：直线型（弹），下凹型（弹—塑），上凹形（塑—弹），S型（塑—弹—塑）。
扩容：随着裂纹的继续发生和扩展，岩石体积应变增量由压缩专为膨胀的力学过程。
弹性模量：E是指单轴压缩条件下轴向压应力与轴向应变之比。
有效弹性模量：包含裂纹的弹性模量。
固有弹性模量：E未受裂纹的存在所影响的岩石弹性模量。
刚性压力机：用岩石试件的变形作为控制变量，并用着一信号的反噬来控制机器压板的位移速率或加速速率的压力机。
单调加载：岩石在峰值前承受的荷载一直增加。
它可分为等加载速率加载和等应变速率加载两种方式。
循环加载：逐级循环加载：指在试验过程中，当荷载加到一定值时，将荷载全部卸除，然后又加载至比原来卸载点高的压力值，再卸载，如此不断循环的加载方式。
多场耦合条件下混合岩(土)体变形破坏机理与工程防灾技术
多场耦合条件下混合岩(土)体变形破坏机理与工程防灾技术多场耦合条件下混合岩（土）体是指由不同的岩石和土层组成，在地下工程中经常遇到。
这些混合体在地下工程中的变形和破坏机理受到多种因素的耦合作用，包括地下水、地应力、温度、岩土体特性等。
理解混合岩（土）体的变形破坏机理对工程设计和防灾技术的制定至关重要。
一.混合岩体的变形机理：1.地下水的影响：①饱和与非饱和区域：地下水的存在导致混合岩体中存在饱和区域和非饱和区域，两者的力学性质和变形行为不同。
②季节性变水位：季节性水位变化会导致混合岩体中的孔隙水压变化，从而影响岩土体的有效应力状态。
2.地应力的影响：①地下深度：地应力随深度增加而增大，深埋的混合岩体受到的地应力较大，可能引起岩土体的弯曲和屈服。
②多层次压力：混合岩体中存在不同地层，地应力的分布可能导致不同层次之间的相互影响。
3.温度的影响：季节性温度变化引起的热胀冷缩效应可能导致混合岩体中的温度应力，影响其变形和稳定性。
4.岩土体特性的影响：①岩土体强度：不同岩土体的强度差异会导致混合岩体中的局部破坏和滑动。
②岩土体变形模量：不同岩土体的变形模量差异可能引起变形的集中和不均匀分布。
二．工程防灾技术：1.地下工程设计：①合理布置排水系统：针对地下水的影响，合理设计和布置排水系统，降低季节性水位变化对混合岩体的影响。
②考虑地下应力状态：在设计中充分考虑地下应力的分布和变化，采用合适的支护结构。
2.地下工程施工：①合理的开挖顺序：根据混合岩体的性质和地下条件，制定合理的开挖顺序，减小地下应力的改变。
②监测与调整：在施工过程中进行实时监测，及时调整工程方案，以应对混合岩体变形的风险。
3.防灾技术：①灾害评估：利用先进的岩土工程技术进行混合岩体的灾害评估，了解可能的灾害类型和程度。
②监测体系：建立完善的监测体系，包括地下水位监测、地应力监测、温度监测等，实时监测混合岩体的变形和破坏情况。
③预警与紧急处理：根据监测结果建立预警机制，一旦发现异常情况，采取紧急处理措施，保障工程和周边环境的安全。
第二节洞室围岩变形及破坏的基本类型
R、K、J红层及T灰岩等中的含膏地层 泥炭、淤泥、沼泽等地 我国东南沿海有红树林残体的冲积层 我国长江以南的酸性红土 含硫矿床的地下水层 冶炼厂、化工厂、废渣场、堆煤场等地的地下水层
第三节 地下洞室特殊地质问题
T＝T0 (H h)G
0.05 k
道的现象。地下洞室中，地下水影响可归纳为以下几个方面：
1．以静水压力的形式作用于同室衬砌。 2．使岩石和结构面软化，使其强度降低。 3．促使围岩中的软弱夹层泥化，减少层间阻力，造成岩体易于
滑动。
4．石膏、岩盐及某些以蒙脱石为主的粘土岩类，在地下水的作 用下将易发生剧烈的溶解或膨胀。随着膨胀的产生，将会出
v
v H
H H
v
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
三. 松散围岩的变形与破坏： 1. 重力坍塌：固结程度差的散体结构围岩，开挖后在重 力作用下自由坍落。
塑流涌出：当开挖饱水断层破碎带时，松散物质常形 成碎屑流涌出。
第三节 地下洞室特殊地质问题
一. 突水突泥： 突水突泥是指隧道开挖过程中，突然产生大量的水或泥涌入隧
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
隧道掌子面
隧道掌子面开挖
隧道掌子面开挖
隧道盾构施工
隧道盾构施工
隧道锚喷支护
隧道衬砌施工
建好的地下厂房（二滩电站）
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
一. 围岩应力引起的变形与破坏
1. 围 岩：工程开挖后，应力变化范围内的岩体。 2. 二次应力：工程开挖后，岩体中一定范围内原始应力
常温、常压下各种易爆炸气体与空气合成的混合物的爆炸界限值
气体名称 爆炸限度含量 气体名称 爆炸限度含量
甲烷（沼气）