岩石力学-影响岩石力学性质的主要因素
工程岩土学06影响岩体力学性质的主要因素
表征岩石抗冻性能的指标—
①抗冻系数——将岩石试样在-25℃～
+25℃条件下反复冻结和融化25次，以冻融 前的抗压强度（R） 与冻融后的抗压强度 （Rf）之差，除以试验前的抗压强度，即抗 冻系数（Cf）,以百分率表示。 Cf = R-Rf
×100％
RLeabharlann 一般认为: Cf < 25％的岩石是抗冻的
②质量(或重量)损失率——（式6-2） 将岩石试样在-25℃～+25℃条件下反复冻 结和融化25次，反复冻结和融化25次，以 冻融前、后试样固体颗粒质量之差（MsMsf）与冻融前试样固体颗粒质量（Ms）之 比。
4. 应力增加速率
研究资料表明，随加荷速率
的提高，岩石的变形模量和抗拉、
抗压强度都有不同程度的提高。
图6-24～图6-26 。
加荷速率对抗拉强度的影响
抗拉强度与加荷速率的综合关系
抗 压 强 度 与 应 变 率 的 关 系
空隙度与抗压强度增量间的关系
原 因 分 析
由于加荷速率愈高，组成岩石的 基本质点间的相对位移没有得到应有 的发展，在表观上，也就是岩石的应
联结性质 胶结物成分 联结质量——吸引力的大小，主 要取决于相邻质点的距离和吸引 力的特性 联结数量——联结面积的大小， 颗粒大小，形状，胶结类型。例 如细粒岩石的力学性能总是高于 由粗粒组成的风化程度相同的同 类岩石
胶结类型 联结程度
随着岩石的密度减小或空隙度
增大，岩石的弹性模量和强度都明 显降低，说明了粒间接触面积对岩
应力持续时间对弹性模量的影响 实践中测得的岩体的动弹性模量
值总是高于静弹性模量值，其主要原 因即在于前者的应力延续时间大大短 于后者。
§6.6
课件岩石的流变性及影响岩石力学性质的主要因素
05
实际应用与案例分析
工程实例
隧道工程
在隧道施工过程中，岩石的流变性可能导致隧道围岩变形，影响隧道稳定性。 例如，某隧道在施工过程中出现了围岩大变形，分析认为是由于岩石的流变性 引起的。
边坡工程
岩石的流变性对边坡稳定性也有重要影响。例如，某水库大坝的边坡在蓄水过 程中发生了滑坡，分析认为是由于岩石的流变性导致的。
岩石的流变性质与岩石的微观结构、矿物成分和 缺陷等密切相关。通过研究岩石的微观结构和成 分，可以进一步揭示岩石流变性质的机制和规律 。
研究展望
未来研究可以进一步深入探 讨岩石流变性质的影响因素 和机制，如温度、应力和孔 隙压力等对岩石流变性质的 作用方式和相互关系。
针对不同类型和性质的岩石 ，可以开展更加细致和深入 的实验研究和数值模拟，以 揭示其流变性质的规律和特 点。
水和化学物质
水和其他化学物质可以与岩石中的矿物发生化学反应，改变其 结构和性质，从而影响其力学性质。例如，水可以软化某些岩 石，使其强度和硬度降低。
时间因素
时效性
随着时间的推移，岩石的力学性质可 能会发生变化。例如，长期暴露在自 然环境中，岩石可能会发生风化和侵 蚀，导致其强度和硬度降低。
疲劳效应
在循环载荷或交变载荷作用下，岩石 会发生疲劳断裂。随着时间的推移， 这种疲劳效应会导致岩石的强度逐渐 降低。
04
岩石流变性对岩石力学性质的影响
流变性对岩石强度的影响
总结词
流变性对岩石强度的影响是复杂的，它可以通过改变岩石内部的应力分布和裂纹 扩展方式来影响岩石的强度。
详细描述
岩石的流变性主要表现在其内部的微裂纹和孔隙在应力的作用下逐渐扩展和连通 ，这会导致岩石强度的降低。同时，流变性的发展也会改变岩石内部的应力分布 ，使得应力集中区域发生变化，从而影响岩石的强度。
2.4岩石力学性质的影响因素
1)水对岩石力学性质的影响
（2）溶蚀－潜蚀作用：岩石中渗透水在其流动过程中可 将岩石中可溶物质溶解带走，有时将岩石中小颗粒冲走， 使岩石强度大为降低，变形加大。
在岩体中有酸性或碱性水流时，极易出现溶蚀作用。 当水力梯度很大时，对于孔隙度大，连结差的岩石易 产生潜蚀作用。 （3）除了上述五种作用外，水在冻融时的胀缩作用对岩 石力学强度破坏很大。
Ky＝0.65－0.90
微风化
Ky＝0.90－1.00
新鲜岩石
岩石风化程度Ky的概念，是表示岩石风化程度深浅的 一个相对指标，不是绝对值。
水对岩石的软化作用
岩浆岩
岩石名 软化系数 称
花岗岩 0.72－0.97 闪长岩 0.60－0.80 闪长玢 0.78－0.81
岩 辉绿岩 0.33－0.90 流纹岩 0.75－0.95 安山岩 0.81－0.91 玄武岩 0.30－0.9火山集块岩 火山角砾岩 安山凝灰集块
5)风化对岩石力学性质的影响
风化作用：是一种表生的自然营力和人类作用的共同产物，是 一种很复杂的地质作用，将涉及到气温、大气、水分、生物、 原岩的成因、原岩的矿物成分、原岩的结构和构造等诸因素的 综合作用。 风化作用降低岩体的物理力学性质： ①降低岩体结构面的粗糙程度，产生新的裂隙，破坏岩体的完 整性。岩石结构连结被削弱,坚硬岩石变为半坚硬岩石、疏松土。 ②在化学风化过程中，矿物成分发生变化，原生矿物经受水解、 水化、氧化等作用，逐渐为次生矿物，特别是产生粘土矿物 （如蒙脱石、高岭石等）。 ③成分结构和构造的变化,导致抗水性降低、亲水性增高（如膨 胀性、崩解性、软化性增强）；力学强度降低，压缩性加大。
破坏的时间为5~10分钟。
4)围压对岩石力学性质的影响
由三轴压缩试验可知： 岩石的脆性和塑性并非岩石固有的性质，它与其受力
岩石力学复习资料
9． 结构面的剪切变形、法向变形与结构面的哪些因素有关？答：结构面的剪切变形、法向变形与岩石强度、结构面粗糙性和法向力有关。
10.结构面力学性质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，剪切应力呈现出减小趋势。
此外，还体现在以下几个方面：（1）随着结构面尺寸的增大，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伸破坏转化；（3）尺寸增加，峰值剪胀角减小，结构面粗糙度减小，尺寸效应也减小。
12.具有单结构面的岩体其强度如何确定？答：具有单结构面的岩体强度为结构面强度与岩体强度二者之间的最低值。
结构面强度为：σ1 = σ3+2 ⋅ (C j +σ3⋅tg φj )(1 -tg φj ctg β ) ⋅ sin 2β岩体强度为：σ=1 + sin φσ +2 ⋅C ⋅ cos φ 1- sinφ3 1 - sin φ118.岩体质量分类有和意义？答：为了在工程设计与施工中能区分岩体质量的好坏和表现在稳定性上的差别，需要对岩体做出合理分类，作为选择工程结构参数、科学管理生产以及评价经济效益的依据之一，也是岩石力学与工程应用方面的基础性工作。
19.CSIR 分类法和Q 分类法各考虑的是岩体的哪些因素？答: 岩体地质力学分类是由岩体强度、RQD 值、节理间距、单位长度的节理条数及地下水５种指标分别记分，然后累加各项指标的记分，得出该岩体的总分来评价该岩体的质量。
CSIR=A+B+C+D+E＋FA——岩体强度（最高15分）；B——RQD 值（最高分20分）；C——节理间距（最高分20 分）D——单位长度的节理条数（最高分30 分）E——地下水条件（最高分15 分）。
F——节理方向修正分（最低－60，见表2-17b）巴顿岩体质量（Q）分类由Barton 等人提出的分类方法：Q ＝RQD⋅J r⋅Jw J n J aSRF考虑因素: RQD——岩石质量指标；J n——节理组数；J r——节理粗糙系数；J a——节理蚀变系数；J w——节理水折减系数；SRF——应力折减系数。
岩石力学
一、名词解释：1、岩石力学：研究岩石的力学性状和岩石对各种物理环境的力场产生效应的一门理论科学，是力学的一个分支，同时它也是一门应用科学。
2、岩石：是由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而成的多种矿物颗粒集合体，是组成地壳的基本物质。
3、岩体：是地质体，它的形成于漫长的地质年代有关，它是一定工程范围内的自然地质体，经过各种地质运动，内部含有构造和裂隙。
4、结构面：①指在地质历史发展过程中岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的宏观地质界面或带。
②又称弱面或地质界面，是指存在于岩体内部的各种地质界面，包括物质分异面和不连续面，如假整合、不整合、褶皱、断层、层面、节理和片理等。
5、岩石结构：结构面和结构体在岩体内的排列组合形式，称为岩体结构。
6、软化系数：指岩石试件的饱和抗压强度与干燥状态下的抗压强度的比值7、弹性模量：弹性范围内轴向应力与轴向应变之比。
8、变形模量：岩石在单轴压缩条件下，轴向应力与轴向应变之比。
9、泊松比：岩石在单向受压条件下，横向应变与纵向应变之比10、抗压强度：是指岩石试件在单轴压力下达到破坏的极限值。
11、抗拉强度：是指岩石试件在单向拉伸条件下试件达到破坏的极限值。
12、抗剪强度：是指岩石抵抗剪切破坏的能力13、流变性：指在外界条件不变时，岩石应变或应力随时间而变化的性质。
14、蠕变：在大小和方向都保持不变的外力作用下，变形随时间不断增长的现象。
15、准岩体强度：考虑裂隙发育程度，经过修正后的岩石强度称为准岩体强度。
16、完整性系数：是岩体中纵波速度和同种岩体的完整岩石中纵波速度之平方比。
17、普氏系数：岩石单轴抗压强度的十分之一。
18、RQD ：指大于10cm 的岩芯累计长度与钻孔进尺长度之比的百分数。
19、原岩应力：岩石是地球表层的物质，在漫长的地质年代里，由于地质构造运动等原因使地壳物质产生了内应力效应在，这种应力称为地应力或原岩应力。
20、自重应力：由于岩体自重而产生的天然应力叫自重应力。
(完整版)重庆大学-博士、硕士-采矿工程岩石力学考题3
一. 试述库仑准则和莫尔假定的基本内容。
（20分）二. 论述岩石在复杂应力状态下的破坏类型，并阐述其在工程岩体稳定性研究中的意义。
（20分）三. 论述影响岩石力学性质的主要因素。
（20分）四. 什么是岩石的水理性？如何描述岩石的水理性？（20分）五. 什么是岩石的应力-应变全过程曲线，研究应力-应变全过程曲线的意义是什么？（20分）一. 试述库仑准则和莫尔假定的基本内容该准则是1773年由库仑引入的，他认为趋于使一平面产生破坏的剪应力受到材料的内聚力和乘以常数的平面的法应力的抵抗，即|τ| = S 0 + μσ其中，σ和τ是该破坏平面的法向应力和剪应力，S 0可以看作是材料的固有剪切强度的常数，μ是材料的内摩擦系数的常数。
根据该理论可以推论出，当岩石发生破坏时所产生的破裂面将有两个可能的共轭破裂面，且均通过中间主应力的方向，并与最大主应力方向成夹角(φπ2141-)，这里的内摩擦角μφ1tan-=。
莫尔假定是莫尔于1900年提出的一种剪切破坏理论，该理论认为岩石受压后产生的破坏主要是由于岩石中出现的最大有效剪应力所引起，并提出当剪切破坏在一平面上发生时，该破坏平面上的法向应力σ和剪应力τ由材料的函数特征关系式联系：|τ| = f （σ）按莫尔假定可以看出：①岩石的破坏强度是随其受力条件而变化的，周向应力越高破坏强度越大；②岩石在三向受压时的破坏强度仅与最大和最小主应力有关，而与中间主应力无关；③三向等压条件下，莫尔应力圆是法向应力σ轴上的一个点圆，不可能与莫尔包络线相切，因而岩石也不可能破坏；④岩石的破裂面并不与岩石中的最大剪应力面相重合，而是取决于其极限莫尔应力圆与莫尔包络线相切处切点的位置，这也说明岩石的破裂不仅与破裂面上的剪应力有关，也与破裂面上出现的法向正应力和表征岩性的内聚力和内摩擦角有关。
总之，莫尔假定考虑了岩石的受力状态、周向应力约束的影响和岩石的本身性能，能较全面的反映岩石的破坏强度特征，但该假定忽视了中间主应力对岩石破坏强度的影响，而事实证明中间主应力对其破坏强度是有一定程度影响的。
岩石力学重要知识点总结,期末考试复习
第一章1.岩石力学：固体力学的分支，研究岩石在不同物理环境的力场中产生力学效应的学科，也称为岩体力学。
研究对象：岩石与岩体2.岩石：地质作用下矿物或岩屑按一定规律聚集形成的自然物体。
可以有微小裂纹、间隙、层理等缺陷，但没有弱面，是较完整的岩块。
3.影响岩石的力学和物理性质的三个重要因素：（1）矿物：构成岩石的自然元素和化合物，如方解石、石英、云母等。
（2）结构：构成岩石的物质成分、颗粒大小和形状、相互结合情况。
（3）构造：组成成分的空间分布及其相互间排列关系。
4. 岩石按成因分类（1）岩浆岩：岩浆冷凝形成，也称火成岩。
大数由结晶矿物组成，成分和物性均一稳定，强度较高。
代表：玄武岩、花岗岩。
（2）沉积岩：母岩经风化剥蚀、搬运、海湖沉积、硬结成岩，由颗粒和胶结物组成，显著层状特点。
力学特性与矿物、岩屑、胶结物、沉积环境相关。
代表：砾岩、砂岩、石灰岩。
（3）变质岩：地壳中母岩受变质作用(高温、高压及化学流体)形成。
力学性能与母岩性质、变质作用及变质程度有关。
代表：大理岩、石英岩。
注：沉积岩和变质岩的层理构造产生各向异性特征，应注意垂直及平行于层理构造方向工程性质的变化。
5. 岩体：在地质环境中经受变形、破坏，具有一定结构的地质体。
包括岩石结构体和一定的结构面(地质构造形迹)，强度远小于岩石。
6.岩体结构要素：结构面和结构体（1）结构面：一定方向，延展较大，厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面和不连续面，如断层、节理、层理、片理、裂隙等。
结构面产状、切割密度、粗糙度和黏结力、填充物性质等是评定岩体强度和稳定性能的重要依据。
（2）结构体：四周被不同产状结构面分割包围的岩块。
常见的结构体形式：块状、柱状、板状、菱形、楔形等。
7. 岩体结构类型及特征8.岩体特征（1）岩体是非均质各向异性材料；（2）岩体内存在着原始应力场。
主要包括重力和地质构造力，重力应力场以铅垂应力为主，构造应力场是以水平应力为主。
（3）岩体内存在着一个裂隙系统。
岩石力学性质讲解
2）塑性变形
? y为屈服应力。 变形特征： 产生永久
变形，当应力消除后
部分复原，大部分保
?y
留变形时的状态。
3）断裂变形
同一岩石的强度，在不同方式的力的 作用下差别很大。
》
常温常压下岩石表现为脆性破裂 高温高压下岩石表现为韧性变形
4）流动变形 变形特征：象牛顿流体
?
（蜂蜜体. ）一样发生流 动变形，应力越大，流
（三）断裂变形：外力达到强度极限时，岩石失去完整形状， 并产生破坏现象的变形。 *强度极限 ——在外力作用下固体物质抵抗破坏的能力 （抗破能力）
（四）脆性变形：在破坏前不出现或很少出现塑性变形的变 形。
（五）韧性变形：在破坏前出现了显著塑性变形的变形。
第一节 岩石力学性质的基本概念
三轴应力条件下的岩石力学实验
松弛：
部分变形成为永久变形，降低了岩石的弹性极限。
第三节 岩石的能干性
? 能干性：用来描述岩石变形行为相对差异。
? 能干的：强的、粘度大的、不易流动的 ? 不能干的：弱的、粘度小的、易流动的
岩石能干性
? 反映岩石变形程度的差异，近似可以用粘度的大小来说明。
岩石能干性差异估测：
前提：在相同的构造变形环境下：
同一岩性的岩石由于 层理或次生面理 的发 育，造成岩石力学性质的各向异性。
? 如：层状岩石受压形成褶皱，块状则不易 形成褶皱。
三、围压对岩石力学性质的影响
?在低围压 下，岩石表现为 脆性，在弹性变形或发生少量的塑性变形后立即破坏； ?在围压超过 20MPa 时，在宏观破裂之前所达到的应变增加的非常明显，岩石表现为 ?随着围压的增高，岩石的屈服极限、强度和韧性也大大提高。
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KW
1 2
（吸水率系数）；
n1 R1 1 为新鲜岩石的孔隙率、抗压强度、吸水率；
n2 R2 2 为风化岩石的孔隙率、抗压强度、吸水率。
利用 K y 分级如下：
K y 0.1 Ky 0.1 ~ 0.35
Ky 0.35 ~ 0.65
Ky 0.65 ~ 0.90
Ky 0.90 ~ 1.00
三、加载速度对岩石力学性质的影响
做单轴压缩试验时施加荷载的速度对岩石的变形性质和 强度指标有明显影响。加载速率愈快，测得的弹性模量愈大； 反之，愈小。
ISRM（国际岩石力学学会）建议的加载速率为0.5～ 1MPa，一般从开始试验直至试件破坏的时间为5～10分钟。
四、围岩对岩石力学性质的影响
侧向压力（围压）对岩石的变形有很大的影响， 由三轴压缩试验可知：岩石的脆性和塑性并非岩石 固有的性质，它与受力状态有关，随着受力状态的 改变，其脆性和塑性是可以相互转化的。
岩石的风化程度可以通过室内岩石物理力学 性质指标评定的方法，也可以用声波及超声波的 方法。
1964年以来，水电部成都勘察设计研究院科 研所提出用岩石风化程度系数（ Ky ）来评定岩石 的风化程度。
Ky
1 3
(
K
n
KR
Байду номын сангаас
KW
)
（1－46）
式中：
Kn
n1 n2
（孔隙率系数）
KR
R1 R2
（强度系数）
剧风化 强风化 弱风化 微风化 新鲜岩石
用上述分级法与地质上肉眼判断等级进 行对比，大多数是吻合的，所以采用以地质 定性评价为基础，再用定量分级加以补充， 可以消除认为的误差。
上述岩石风化程度的概念，仅是表示岩 石风化程度深浅的一个相对指标，而不是绝 对值。
Former section
return
水楔作用（如图1）：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着力拉到自己 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 物颗粒之间得缝隙内挤入，这种现象称水楔作用。
自由水：它不受矿物表面吸着力控制，其运动主要受重 力作用控制。它对岩石力学性质的影响主要表现在孔隙水压 力作用和溶蚀、潜蚀作用。
连结作用 润滑作用 结合水 水楔作用
孔隙压力作用 重力水
溶蚀及浅蚀作用
连结作用：束缚在矿物表面的水分子通过其吸引力作用将 矿物颗粒拉紧接近，起连结作用，这种作用在松散土中是明 显的，但对于岩石，由于矿物颗粒间的连结强度远远高于这 种连结作用。
润滑作用：由可溶盐、胶体矿物连结的岩石，当有水侵 入时，可溶盐溶解，胶体水解，使原有的连结变成水胶连结， 导致矿物颗粒间连结力减弱，摩擦力减低，水起到润滑剂的 作用。
（2）岩石在化学风化过程中，矿物成分发生变化，原生矿物 经受水解、水化、氧化等作用后，逐渐为次生矿物缩代替。
（3）由于岩石和岩体的成分结构和构造的变化，岩体的物理 性质也随之改变。一般是：抗水性降低亲水性增高；力学强 度降低，压缩性加大；孔隙性增加，透水性增强。
风化对岩石力学性质的影响可以通过岩石的 风化程度的评价来进行。
五、风化对岩石力学性质的影响
风化作用是一种表生的自然营力和人类作用的 共同产物，是一种很复杂的地质作用，将涉及到气 温、大气、水分、生物、原岩的成因、原岩的矿物 成分、原岩的结构和构造等诸因素的综合作用。
岩石风化的结果主要从以下几个方面来降低岩体的性质：
（1）降低岩体结构面的粗糙程度并产生新的裂隙，使岩体被 再次分裂成更小的碎块，进一步破坏了岩体的完整性。
第五节 影响岩石力学性质的主要因素
影响岩石力学性质的因素很多，如 水、温度、风化程度、加荷速率、围压 的大小、各向异性等，对岩石力学性质 都有影响。
一、水对岩石力学性质的影响
岩石中的水通常以两种方式赋存，一种称之为结合水或 束缚水，一种为重力水或称为自由水，它们对岩石力学性质 的影响，主要体现在以下5个方面，即
溶蚀和潜蚀作用：岩石中渗透水在其流动过程中可将岩 石中可溶物质溶解带走，有时将岩石中小颗粒冲走，从而使 岩石强度大为降低，变形加大，前者称为溶蚀作用，后者称 为潜蚀作用。
除了上述五种作用外，孔隙、微裂隙中的在冻融时的胀 缩作用对岩石力学强度破坏很大。
二、温度对岩石力学性质的影响
一般来说，随着温度的增高，岩石的延性加大，屈服 点降低，强度也降低。