岩体力学重点
概念
岩石：是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而成的自然体。
岩石结构：是指岩石中矿物颗粒间的关系，包括颗粒大小、形状、排列、结构连结特点以及岩石中的微结构面。
岩石构造：岩石中不同矿物集合体之间及其与其他组成部分之间在空间的排列方式及充填方式。
岩石块体密度：单位体积岩石（包括岩石孔隙体积）的质量。
颗粒密度：岩石固相物质的质量与其体积的比值（不包括岩石孔隙体积）。
孔隙率：孔隙体积与总体积（包含孔隙）之比。
渗透系数：表征岩石透水性的重要标志，在数值上等于水力梯度为1时的渗流速度。
软化系数：岩石浸水后的饱和抗压强度与岩石干抗压强度之比。
膨胀性：岩石侵水后发生体积膨胀的性质。
岩石吸水性：岩石在一定的实验条件下吸收水分的能力。
扩容：岩石在外力作用下，形变过程中发生的非弹性的体积增长（岩石破坏的前兆）。
弹性模量：单向压缩条件下，弹性变形范围为轴向应力与试件轴向应变之比。
变形模量：岩石在单轴压缩条件下，轴向应力与总应变（弹性应变与塑性应变之和）的比值。泊松比：横向应变与纵向应变之比，也叫横向变形系数。
脆性度：对脆性程度的一种度量，脆性度愈小，材料抗断裂的抗力愈高；反之愈大。
尺寸效应：岩石试件尺寸越大，则强度越低，反之越高，这一现象。
常规三轴试验：试件处于σ1 >σ2=σ3应力状态下。
真三轴试验：试件处于σ1 >σ2 >σ3应力状态下。
岩石三轴压缩强度：岩石在三轴压缩荷载作用下，试件破坏时所承受的最大轴向压应力。流变性：介质在外力不变的条件下，应力与应变随时间而变化的性质。
蠕变：介质在大小和方向均不改变的外力作用下，其变形随时间变化而增大的现象。
松弛：介质的变形（应变）保持不变时，内部应力随时间变化而降低的现象。
弹性后效：介质加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。它是一种延迟发生的弹性变形和弹性恢复，外力卸除后最终不留下永久变形。
岩石长期强度：岩石的强度是随外载作用时间的延长而降低，作用时间t趋向于正无穷的强度（最低值）。
强度准则：表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关系，通过它来判断岩石在什么样的应力应变条件下破坏。
岩石抗拉强度测定方法：直接拉伸法、抗弯法、劈裂法、点载荷法。
简答论述
1、岩石结构与岩石构造有什么区别？并举例加以说明。
岩石结构：是指岩石中矿物颗粒间的关系，包括颗粒大小、形状、排列、结构连结特点以及岩石中的微结构面。岩石构造：岩石中不同矿物集合体之间及其与其他组成部分之间在空间的排列方式及充填方式。如岩浆岩中的流线、流面、块状构造，沉积岩中的层理、叶片状构造，变质岩中的片理、片麻理和板状构造等。
2、岩石颗粒间的连接方式有哪几种？
结晶连结：岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩以及部分沉积岩的结构连结。胶结连结：指颗粒与颗粒之间通过胶结物质连结在一起的连结。如沉积碎屑岩、部分粘土岩的结构连
结。
3、岩石物理性质的主要指标及其表达式是什么？
密度，kg/m3.(块体密度、颗粒密度)。
岩石块体密度：单位体积岩石（包括岩石孔隙体积）的质量（可分为天然密度、饱和密度、干密度）。天然密度：天然状态下，单位体积的质量。饱和密度：水饱和状态下，单位体积的质量。干密度：干质量状态下，单位体积的质量。
颗粒密度：岩石固相物质的质量与其体积的比值（不包括岩石孔隙体积）。
孔隙率：孔隙体积与总体积（包含孔隙）之比。
含水率：岩石中含水质量与岩石干质量之比
吸水率：岩石在常温常压下吸入水的质量与岩石干饱和吸水率：岩石在高温高压下吸入水的质量与岩石干质量之比。
饱水系数：岩石吸水率与饱水率之比
软化系数：岩石浸水后的饱和抗压强度与岩石干抗压强度之比
耐崩解指数：崩解后岩石干质量与崩解前岩石干质量之比。
自由膨胀率：岩石在无任何约束条件下浸水后所产生的膨胀变形与岩石原尺寸的比值。
侧向约束膨胀率：将具有侧向约束的岩石浸水，岩石仅能产生的轴向膨胀变形与岩石原尺寸的比值。
4、何为岩石的水理性？水对岩石力学性质有何影响？
岩石在水溶液作用下所表现出的力学的、物理的、化学的作用性质称为岩石的水理性质。水对岩石力学性质的影响：1）连结作用：束缚在矿物表面的水分子通过其吸引力作用将矿物颗粒拉近、接紧，起连接作用。2）润滑作用：由可溶盐、胶体矿物连接的岩石，当有水入侵时，可溶盐溶解，胶体水解，导致矿物颗粒间连接力减弱，摩擦力减低，从而降低岩石的强度。3）水楔作用：当两个矿物颗粒靠得很近，有水分子补充到矿物表面时，矿物颗粒利用其表面吸附力将水分子拉倒自己周围，在两个颗粒接触处由于吸着力作用使水分子向两个矿物颗粒之间的缝隙内挤入，这种现象称水楔作用。（a）使岩石体积膨胀，产生膨胀压力(b)水胶连接代替胶体连接产生润滑作用，降低岩石强度4）孔隙压力作用：岩石受压时，岩石内孔隙水来不及排出，在孔隙内产生很高的孔隙压力，降低了岩石的内聚力和内摩擦角，减小了岩石的抗剪强度。5）溶蚀-潜蚀作用：岩石中渗透水在流动过程中可将岩石中可溶物质溶解带走，从而使岩石强度大为减低。
5、岩石受载时会产生哪些类型的变形？岩石的塑性和流变性有什么不同？从岩石的破坏特征看，岩石材料可分为哪些类型？
弹性变形、塑性变形和粘性（流动）变形3种。塑性流动只有当应力达到或超过屈服极限时发生；当小于屈服极限时，塑性体表现出刚性的特征。而粘性流动不需要应力超过某一定值，只要有微小的应力存在，牛顿体就会发生变形（流动）。划分为脆性材料和延性材料。
6、简述岩石单向压缩条件下的变形特征。
1）孔隙裂隙压密阶段(OA)：岩石试件中的孔隙裂隙被压密，形成早期的非线形变形，σ -ε 曲线呈上凹型。（2）弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段(AC)：该阶段的应力-应变曲线近似为直线。其中AB段为弹性变形阶段，BC段为微破裂稳定发展阶段。（3）非稳定破坏发展阶段(CD)：C点是岩石从弹性变为塑性的转折点，称为屈服点。该点相应的应力为屈服应力。该阶段中，微裂隙的发展出现了质的变化，破裂不断发展，直至试件完全破坏。（4）破裂后阶段(D点以后)：轴压力达到试件的峰值强度后，试件内部结构遭到破坏，但试件基本保持整体状。之后，裂隙快速发展，形成宏观断裂面，试件承载能力随变形增大
而迅速下降，但并不为零，说明破裂的岩石仍具有一定的承载力。
7、简述循环荷载条件下岩石的变形特征。
对于线弹性岩石，反复加载和卸载时的应力应变路径完全相同，对于完全弹性岩石，反复加载和卸载时的应力应变路径完全相同，但是应力应变关系是曲线。对弹性岩石，加载与卸载曲线不重合，但反复加载和卸载时的应力应变路径总是服从此环路的规定。非弹性体岩石在弹性范围内服从弹性岩石的变形特征，当卸载点P 超过屈服点时，卸载曲线与加载曲线不重合，形成塑性滞回环。等荷载循环加载、卸载时的应力应变曲线，如图1-29 所示。塑性滞回环随着加载卸载次数的增加而变窄，直至接近弹性变形，没有塑性变形为止。不断增大荷载的循环加载、卸载时的应力应变曲线，如图1-30 所示。在每次卸载后再加载，在荷载超过上一次循环的最大荷载以后，变形曲线仍沿着原来的单调加载曲线上升(图1-30 中的OC 线)好像不曾受到循环加载的影响似的，这种现象成为岩石的变形记忆。
8、简述岩石在三轴压缩条件下的变性特征与强度特征。
①弹性段斜率变化不大，与单轴压缩下基本相同。②屈服极限、峰值极限应变量、峰值强度、残余强度都与围压成正变。③大部分岩石在一定临界围压下，出现屈服平台，出现塑性流动现象。④达到临界围压后继续提高围压，残余强度和极限强度相等。应力应变关系总体表现为单调递增⑤不同围压下，各峰值强度连线为直线，初始弹性段几乎重合。⑥岩石强度也与最大主应力和最小主应力的差值有关系。
9、岩石的弹性模量与变形模量有和区别？
弹性模量：单向压缩条件下，弹性变形范围为轴向应力与试件轴向应变之比。
变形模量：岩石在单轴压缩条件下，轴向应力与总应变（弹性应变与塑性应变之和）的比值。
10、什么是岩石全应力—应变曲线？为什么普通材料试验机得不出全应力—应变曲线？研究它有何意义？
全应力应变曲线：能显示岩石在受压破坏过程中的应力、变形特性，特别是破坏后的强度与力学性质的变化规律。由于材料试验机的刚度小，在试件压缩时，其支柱上存在很大的变形和变形能，在试件快要破坏时，该变形能突然释放，加速试件破坏，从而得不出极限压力后的应力应变关系曲线。意义：工程岩体在破坏后仍具有承载能力，故岩石破坏后仍具有他的变形与强度特性，为了了解岩石破坏后的应力应变关系。
11、岩石各种强度指标及其表达式是什么？
12、岩石抗拉强度有哪几种测定方法？在劈裂法试验中，试件承受对径压缩，为什么在破坏面上出现拉应力破坏？
岩块的抗拉强度是通过室内试验测定的，其方法包括直接拉伸法和间接拉伸法两种。其中以间接拉伸法中的劈裂法和点荷载法最常用。根据弹性理论可知，受径向压缩作用的圆盘中，在纵向直径平面上作用着几乎等值的拉应力。圆盘试件便在拉应力作用下，沿加载方向断裂。在试件中心附近拉应力分布均匀，应力数值近于相等。如果作用在圆盘上载荷不是理想的线集中载荷时，在距圆盘中心上下方向0.8R(半径)处，应力值为零。大于0.8R 处应力转为压应力。在两端受力点处压应力为最大，其值为拉应力值10 倍以上。但因岩石抗拉强度很低，抗压强度较高，所以岩石试件是在拉应力作用下断裂。
13、岩石抗剪强度有哪几种测定方法？如何获得岩石的抗剪强度曲线？
当前在实验室测定岩石抗剪强度的方法有直剪试验、倾斜压模剪切法和三轴试验等。
按照莫尔强度理论确定岩石强度曲线一般有下述三种方法：三向压缩试验求强度曲线，按单向抗拉、抗压强度绘制强度曲线，倾斜压模剪切法。
14、岩石的受力状态不同对其强度大小有什么影响？哪一种状态下的强度较大？
岩石在不同应力状态下的强度值不同，一般符合如下规律：三轴抗压强度>双轴抗压强度>单轴抗压强度>抗剪强度>抗弯强度>抗拉强度。
15、蠕变一般包括几个阶段？每个阶段的特点是什么？
当作用在岩石上的应力超过某一值时，岩石的变形速率随着时间的增加而增加，最后导致岩石的破坏，这种蠕变成为不稳定蠕变。根据应变速率不同，其蠕变过程分为三个阶段：
第一阶段：图中ab段，应变速率随时间增加而减小，又称减速蠕变或初始蠕变阶段。
第二阶段：图中bc段，应变速率基本不变，也叫等速蠕变阶段。
第三阶段：图中cd段，应变速率迅速增加直到岩石破坏为止，也叫加速蠕变阶段。
16、岩石流变模型的基本元件有哪几种？分别写出其本构关系。
流变模型主要由三个基本元件——弹性元件、粘性元件、塑性元件组成。
本构关系：（见课本）
17、不同受力条件下岩石流变具有哪些特征?
岩石在不同的应力作用下，岩石变形与时间的关系各不相同。当作用在岩石上的应力小于某一值时，岩石的变形速率随时间的增加而减小，最后趋于稳定，这中蠕变成为稳定蠕变。当作用在岩石上的应力超过某一值时，岩石的变形速率随着时间的增加而增加，最后导致岩石的破坏，这种蠕变成为不稳定蠕变。
18、何为岩石长期强度其与岩石瞬时强度的关系如何其研究实际意义是什么？
岩石的长期强度：一般岩石在载荷达到瞬时强度时，岩石发生破坏。岩石在承受低于瞬时强度的情况下，如果载荷持续作用在岩石上，由于流变作用，岩石也可能发生破坏。因此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 →∞时的强度称之为岩石
的长期强度。长期强度与瞬时强度之比：0 σ σ ∞0.4 ~ 0.80= ∞σσ 岩石长期强
度是一种极有意义的时间效应指标。当衡量永久性及使用期长的岩石工程的稳定性时，不应以瞬时强度而应以长期强度作为岩石强度的计算指标。
19、何为强度准则？研究强度准则的意义是什么？常用的岩石强度准则有哪些？
岩石强度准则（破坏判据），它表征岩石在极限应力状态下（破坏条件）的应力状态和岩石强度参数之间的关系，一般可表示为极限应力状态下的主应力间的关系方程。σ 1 =f(σ 2 ,σ 3) 或τ =f(σ )各种岩石的破坏方式机理，因此提出了不同的强度准则。提出强度准则是为了更好地了解岩石在何种应力条件下发生破坏，从而避免该种应力状态的发生保护岩石，或促使该种应力状态的发生破坏岩石，达到其工程目的。常用的有格里菲斯理论、莫尔强度理论等。
20、岩石的破坏有几种形式？破坏的机理是什么？
1）脆性拉伸破坏。破坏机制：微裂缝或裂隙周围的局部拉应力2）剪切破坏。破坏机制：剪切断裂，即剪应力超过其抗剪强度。3）沿结构面滑移(重剪切破坏)。破坏机制：破坏面剪应力超过其抗剪强度4）塑性破坏。破坏机制：微观上是岩石中的结晶颗粒内部晶格间或颗粒之间的滑移破坏，宏观上是在剪应力作用下产生。
21、莫尔强度理论的主要观点是什么？如何根据莫尔强度理论判断岩石中一点破坏与否？
莫尔强度理论认为材料在压应力作用下发生破坏或屈服，主要因某一截面上的剪应力达到一定的限度，即抗剪强度。但也和作用在该面上的正应力所产生的摩擦阻力和材料特性有关。如反映某点应力状态的应力圆处于强度曲线之下(图中由σ1 、σ3 确定的小圆)，说明该点不会发生破坏是处于弹性变形状态。应力圆如刚好与强度曲线相切(图中大圆)，岩石处于极限平衡状态，说明岩石将在一个与最小主应力σ3 方向呈α角的截面上破坏。若应力圆与强度曲线相割，则岩石将发生破坏。
22、简述格里菲斯强度理论的基本观点,并写出格里菲斯条件。
格里菲斯认为：在任何材料内部存在着各种缺陷(称为格里菲斯裂隙)当含有这些缺陷的材料处于复杂应力状态之下，在这些裂隙端部会产生大的拉应力集中。当这些裂隙端部某一个拉
应力值超过该材料的抗拉强度值时，裂隙便开始扩展，其方向最后将与最大主应力方向平行导致材料发生脆性拉伸破坏。
格里菲斯条件①当σ 1 + 3σ 3 > 0 时(σ 1 ? σ 3 ) + 8σ t (σ 1 + σ 3 ) = 0 ②当σ 1 + 3σ 3 < 0 时σ 3 = σ t
23、对岩石进行单轴抗压试验，如果发生剪切破坏，破坏面是否一定是试样中的最大剪应力面？为什么？如果发生拉断破坏，此时抗压强度是否即为抗拉强度？为什么？
24、库仑—纳维尔理论的主要观点是什么？其能否解释受拉区的强度？
库仑—纳维尔理论认为，岩石发生剪切破坏时，破坏面上的剪应力应等于岩石本身的内聚力和作用于该面上由法向应力引起的摩擦阻力之和。由此得到库仑—纳维尔强度准则为τ= C + fσ 。试验结果表明，该准则不适用于σ 3 < 0 ，即有拉应力的情况。