岩石力学知识要点

岩石力学知识要点

第一章

1、 岩石：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：在一定的地址条件下，含有诸如裂隙、节理、层理、断层等不连续结构面组成的现场岩石，它是一个复杂的地质体

3、 岩石力学研究的基本内容：

① 基本理论：岩体地应力、岩体强度、岩体变形、裂隙水力学 ② 材料试验：现场试验和室内试验

③ 工程应用：边坡工程、地下洞室、坝基稳定 第二章

1、岩石的裂隙连通率：岩裂隙面方向b

a a n +=

（a 为裂隙面长度，b 为岩桥长度）

2、横管各向异性：同一层面内力学性质相同，而不同层面内力学性质有差异的性质

3、岩石的物理性质指标：

（1）孔隙率：岩石内空隙体积与总体积之比，%1001%100n s v ⨯-

=⨯=

）（V

V V

V

（2）吸水率： ①自然吸水率：岩石在常温下浸水48小时后岩体内的含水量与岩石干重

量的比值%100%100s

s

1a s

1w a ⨯-=

⨯=

W W W W W W

②饱和吸水率：岩样在强制状态下（真空、煮沸或高压下）岩样最大吸水量与

岩石干重量的比值%100%s

s

sa sa

⨯-=W W W W ）（

（3）软化系数：岩石试件的饱和抗压强度与干抗压强度的比值，用c η表示，

干

饱和

）（）（c c c

R R =η 4、岩石的渗透系数：受承压水作用的岩体，在节理裂隙等结构面上将产生渗流，其渗

透性大小工程上一般用渗透系数k 表示（cm/s ）

注意：k 不仅与岩体性质有关，还与岩体的应力状态有关，即拉压有关。

① 当外壁水压力大于内壁水压力时，水从外壁流向内壁，岩样受压1k ② 当内壁水压力大于外壁水压力时，水从内壁流向内壁，岩样受拉2k 一般来说2k >1k

5

、

岩

体

质

量指标RQD 值的概念

：

%

100cm 10l

l cm 10i

i

⨯>=

=

∑钻孔总进尺

）

（钻孔总进尺

后的长度

扣除岩芯长度小于（修正岩芯采取率）

RQD

6、岩体分类应考虑的因素：岩块强度、RQD 值、节理间距、节理条件及地下水

第三章

1、岩石的三种破坏形式及特征？ ①脆性破坏：发生破坏时变形很小，明显声响，一般发生单轴或者是地围压坚硬岩石（岩爆） ②延性破坏（塑性破坏）：破坏时变形较大，有明显的“剪胀效应”，一般发生在较软弱岩石或者是高围压坚硬岩石

③弱面剪切破坏：岩层中存在节理、裂隙、层理、软弱夹层等软弱结构面，岩层整体性受到

破坏，在外荷载作用下当结构面上的剪应力大于该面上的强度时，岩体 发生沿弱面的剪切破坏

2、岩石的抗剪断强度、抗剪强度的概念：

①抗剪强度：岩石沿原生结构面或已被剪断的结构面剪切滑动时的“摩擦阻力” ②抗剪断强度：完整岩块、岩石被剪断时表现出的“抵抗剪切破坏”的强度

3、岩石的单轴抗压、抗拉、抗剪强度的概念：

①单轴抗压强度：岩石试件在单轴压力（无围压而轴向加压力）下抵抗破坏的极限能力或极限强度，数值上等于破坏时的最大压应力

②抗拉强度：岩石的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，它在数值上等于破坏时的最大拉应力。

③岩石的抗剪强度：就是岩石抵抗剪切滑动的能力，它是岩石力学中需要研究的最重要

指标之一，往往比抗压和抗拉强度更有意义 4、围压对岩石（岩体）的影响：岩石的强度随着围压的增加而增加，岩石的性状随着围压

的增加而由脆性转换为延性 5、根据M-C 强度条件推证岩石的单轴抗压强度、抗拉强度分别为： ϕ

ϕσsin 1ccos 2c -=

ϕ

ϕσsin 1ccos 2t +=

推证：设滑动面与大主应力的夹角为α，则有： ασσσσσ2cos 2

2

3

13

1-+

+=

ασστ2sin 2

3

1-=

由M-C 强度准则知：ϕστtan c f +=，将f ττ=及σ 带入其中可得： )

2cos 1(tan 2sin )]

2cos 1(tan 2[sin c 231αϕααϕασσ+--++=

对于破坏面有2

45π

α

α+

==。

f

，ϕαcos 2sin =，ϕαsin 2cos -=，上式可写为：

ϕ

ϕσϕσsin 1)

sin 1(cos c 231-++=

①单轴压力作用下有：1σσ=c 03=σ带入其中可得ϕϕσsin 1ccos 2c -=

②单轴拉力作用下有:01=σ 3t σσ-=带入其中可得ϕ

ϕ

σsin 1ccos 2t +=

6、说明格里菲斯强度理论的基本观点和推导思路：

（1）基本观点：格里菲斯人为材料内部存在着许多细微裂隙，在力的作用下，这些细微

裂隙的周围特别是缝端，可以产生应力集中现象。材料的破坏往往从缝端开始，裂缝扩展，最后导致材料的完全破坏，属于微观强度理论。

（2）推导思路：①从岩石中取出任一条裂缝，简化为椭圆裂纹（长轴a 、短轴b ），

外部应力场σ1、 σ3；

②分析裂纹周边的切向应力σb ，取σbmax ；

③求危险裂纹方向β（从若干条裂纹中挑出最危险裂纹）； ④与材料参数建立联系，导出强度准则；

7、说明岩石强度的主要因素：①矿物成分：造岩矿物强度越高，颗粒级配越好，岩石强度就越高②节理裂隙发育程度：节理裂隙越发育，岩石强度越低③围压水平④加荷速度：速度越快，强度越高⑤含水率：含水率越大，强度越低⑥层面方向

8、说明岩体中软弱结构面的强度分析方法：

9、说明岩石抗剪强度巴顿公式中）

（σ

ϕστcj

j f lg

tan R JRC +=各符号的含义及如何取值？ JRC ——节理（结构面）粗糙系数，介于0—20之间，由实测起伏状态，十条标准剖面

对比确定

cj R ——裂隙面围岩的抗压的强度）

（

σ

cj

R j ϕ——节理（结构面）基本摩擦角（光面摩擦角）

σ——节理（结构面）的法向应力 f τ——节理（结构面）的抗剪强度

第四章

1、岩石的弹性、塑性、粘性变形的概念

①弹性变形：荷载卸去后，变形可恢复。包括线性和非线性（弹性后效，粘弹性） ②塑性变形：荷载卸去后，变形不能全部恢复，残留一部分永久变形。 ③粘性变形：荷载一定，变形随时间t 增加而增加。

2、岩石的εσ~曲线一般包括哪几个阶段？其变形特征如何？

①OA 段——压密阶段：岩体中细微裂隙受压闭合

②OB 段——线弹性阶段：卸载后变形可恢复，岩石颗粒变形 ③BC 段——强化阶段：卸载后变形不能完全恢复