岩石力学考试复习资料

岩石力学是研究岩石的力学性质的一门理论与应用科学；它是力学的一个分支；它探讨岩石对其周围物理环境中力场的反应。岩石力学的几个特点：天然材料；非连续介质；释放载荷；

工程岩石力学——为各类建筑工程及采矿工程等服务的岩石力学，重点是研究工程活动引起的岩体重分布应力以及在这种应力场作用下工程岩体（如地下工程、边坡工程、岩基工程等）的变形和稳定性。

构造岩石力学——为构造地质学、找矿及地震预报等服务的岩石力学，重点是探索地壳深部岩体的变形与断裂机理，为此需研究高温高压下岩石的变形与破坏规律以及与时间效应有关的流变特征。

破碎岩石力学——为掘进、钻井及爆破工程服务的岩石力学，主要是研究岩石的切割和破碎理论以及岩体动力学特性。

研究方法：工程地质研究方法、科学实验方法、数学力学分析方法、整体综合分析方法。

地下工程的特点：岩石在结构和力学性质上与其他材料不同，如岩石具有节理和塑性段的扩容（剪胀）现象等；地下工程是先受力（原岩应力），后挖洞（开巷）；深埋巷道属于无限域问题，影响圈内自重可以忽略；大部分较长巷道可作为平面应变问题处理；围岩与支护相互作用，共同决定着围岩的变形及支护所受的荷载与位移；地下工程结构容许超负荷时具有可缩性；地下工程结构在一定条件下出现围岩抗力；几何不稳定结构在地下可以是稳定的。

岩块：是指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。

岩体：是指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。

内力地质作用：动力来自地球本身，并主要发生在地球内部，按其作用方式可分为四种：构造运动、岩浆作用、变质作用、地震。

外力地质作用：风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、固结成岩作用。

岩石的单轴抗压强度和弹性模量等力学参数取决于岩石的组成结构、矿物颗粒性质以及微观裂隙等。影响因素：压力试验机的刚性；承压板与试件端面的摩擦；试件几何形态（形状、高径比和尺寸）；加载速度。

岩石试件单轴受压时，由于受到多种因素的干扰，真实的破裂形式不大明确，常常观察到的是剪切破坏、锥形破坏和劈裂破坏，对试件破坏形态影响最大的是端面摩擦约束效应，对于比较坚硬的脆性岩石，当采取减少端面摩擦约束的措施时，出现纵向劈裂破坏。

承压板变形对试件端面周边的约束。由于试验机承压板大于试件端面，加载时承压板因受力而变形，对试件的周边产生横向约束；同时承压板的变形还会改变对试件作用的纵向应力分布。端面摩擦。试件发生横向变形时，承压板对试件端面产生摩擦力，从而影响试件的应力分布。

减少试件端面摩擦的方法：1、可选用与试件端面相同、侧面膨胀相同(即泊松比υ/弹模E 值相等)的金属块加于试件两端，以消除端面效应，那么在弹性阶段端部效应就不出现。多数岩石都可找到适当的金属。2、在试件端面与承压板之间嵌放适宜的薄层材料，如二硫化钼，附加有滑石的硬酯酸、聚四氯乙烯、硬纸板、金属薄板等。

巴西法(即劈裂法)简单易行，实验结果最接近直接法而获得广泛应用。为保证巴西试验的正确性，要求圆盘的破坏从试件中心开始,并沿加载方向发展，即破裂面平行于加载方向。根据格林菲斯理论分析巴西法试验得出如下结论：①加荷垫条角度（或宽度）较小时，计算公式为：

式中：F──荷载；r0 、t ──圆盘半径与厚度。

抗剪强度的概念有四种：纯剪应力状态下的抗剪强度、在垂直破坏面的正应力等于零的条件下破坏时的剪应力、固体力学中取决于施加应力的剪力图解、摩尔应力包络线。

抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和粘结力的相关关系如下：

( 的系数变化范围为6~20)

( 的系数变化范围为2.5~7.5)

( 的系数变化范围为0.3~1.1)

围压效应可以总结如下：1、随围压的增加，岩石强度增大。2、岩石随围压的增加，延性变形逐渐增大，当围压达到一定值后，岩石由线弹性材料转变为弹塑性材料。3、岩石越坚硬，则脆性—延性转变所需的围压值越高。4、岩石试件的破坏形态，由围压为零时的劈裂破坏，随围压的增大而逐步转变为以剪切面形式的剪切破坏、以剪切带形式的剪切破坏，以至演变为延性变形。5、微观观测以及声发射和弹性波速等测试表明，在脆性—延性转变前后，岩石都有微破裂发生。

中间主应力σ2对最大主应力σ1极限荷载的影响：

在应力空间中岩石强度极限构成一个曲面，曲面上每一点都代表岩石发生破坏时的一种应力组合。许多试验设计都是给最小主应力σ3一个定值，测试不同的σ2值时的最大主应力σ1的极限荷载。由图可以看出：在σ3一定的条件下，σ1c—σ2曲线类似于抛物线，曲线前段σ1c随σ2 的增大而增大，σ1c取得极大值后，在曲线的后段σ1c随σ2的增大而减小。

根据表可以得出如下结论：

各种岩石都存在中间主应力效应。根据所收集的资料，花岗岩中间主应力效应最大。

中间主应力影响系数β一般为0.2~0.5。根据已有资料，β的平均值为0.30（不计表中的β最大值0.75，该值偏差过大），即中间主应力可使σ1c增大30%。

对于同一种岩石，β值与σ3有比较明显的相关关系。如：根据红砂岩实验资料，当σ3/σ0分别为0，0.08，0.06时, β值则分别为0.38，0.34，0.25。

σ2荷载的加载钢块(或钢板)与试件端面的摩擦力是影响实验结果的最主要因素。

岩石流变试验岩石试件破坏形态：

岩石试件的最终破坏面方位介于劈裂破坏和剪切破坏之间。从破坏过程看，最终破坏之前出现的宏观裂纹基本上都是纵向裂纹，应属劈裂破坏。

一段时间之后发生的宏观破裂面有所倾斜，且在破坏时产生有大量的石粉，表明破坏时发生了剧烈的剪切摩擦，这可能是由于试件的受力不均匀而导致的承压板滚动造成的。

宏观破裂面的各局部仍然是劈裂形态。因此，单轴压缩荷载下的蠕变破坏为劈裂破坏。

岩石的全应力—应变曲线：应力—应变曲线可以分为四个阶段：①原生裂隙的压缩闭合阶段；②线弹性变形阶段；③裂隙稳定扩展阶段(稳定破裂阶段)；④裂隙非稳定扩展阶段(不