岩石力学复习资料

一、概念题

1.原岩应力：指天然环境下地壳岩土体内某一点所固有的应力状态，通常称为地应力。

2.蠕变：即应力σ=const，随时间t延长，应变ε增加的现象。

3.岩石强度准则：判断岩土工程的应力应变是否安全的准则。

4.软化系数：饱和岩石试件单向抗压强度与干燥岩石试件单向抗压强度之比。

5.剪胀现象：岩石在塑性段或峰后区的体积发生膨胀的现象。

6.弹性后效：加载（或卸载）后经一段时间应变才增加（或减少）到一定数值的现象。

7.尺度效应：岩土试件的尺寸或岩土体受载荷作用的大小对岩土力学性质的影响

8.地压：围岩作用在支护体上的压力。

9.侧压力系数：根据金尼克假说，原岩自重应力水平分量与铅垂应力之比。

10.二次应力：受井巷开挖、矿产资源开采等工程的影响，在影响范围内的原岩应力平衡状态被破坏的应力。

三、简述题

1.计算原岩自重应力的海姆假说与金尼克假说的内容是什么？列出各自的计算表达式。

答：海姆假说：铅垂应力为上覆岩体的重量，经历漫长的地质年代后，由于材料的蠕变性及地下水平方向的约束条件，导致水平应力最终与铅垂应力相均衡。 计算表达式：σx =σy =σz =ρgh=γz 主应力状态：σ1=σ2=σ3=γz

金尼克假说：根据线弹性约束条件的假说得出水平应力总归小于铅垂应力的另一结论。

铅垂应力仍是自重应力：σz =γz

而在水平方向上，均质岩体相邻微元体相互受到弹性约束，且机会均等，故由胡

克定律应有：εx =E 1[σx -μ(σy +σz )]=0 εy =E 1

[σy -μ(σx +σz )]=0

得到自重应力的水平分量为σx =σy =

μ

-1μ

γz 通常称λ=

μ

-1μ

为侧压力系数，由岩石的泊松比的常值范围（0.15～0.30）可知λ<1，即原岩应力中两个水平方向应力分量恒小于铅垂应力：σ1=γz>σ2=σ3=λσ1

2.井巷维护的目的是什么？遵循的原则的是什么？影响井巷稳定性的主要因素有哪些？

答：井巷维护的目的首先在于保证井巷稳定性，但必须以经济合理为前提。

影响井巷稳定性的主要因素有：围岩岩性、井巷位置、所处深度、巷道轴线方位、断面形状尺寸、掘进破岩方法、掘进时间、掘进方案、巷道布置与采动影响，以及支护类型与特性等。

3.岩石地下工程中支护遵循的原理是什么？原理的基本观点是什么？ 答：岩石地下工程中支护遵循共同作用原理。

原理：如果不受支护阻挡，在地下工程空间的周边的破裂岩体处于周边切向和空间轴向的双轴受力状态。通常轴向应力应该是中间主应力，若忽略它，周边的破裂岩体就相当于处于单轴受力状态。这时岩体要产生横向位移（对地下工程空间来将相当于径向位移），而支护抑制强加于它的这种横向位移，最后由岩体和支护体各自的力学特性共同决定了各自体内的应力和位移，在岩体和支护体接触面的法向则应该有相同的应力和位移。

围岩-支护共同作用原理的基本观点是：1 围岩是一种天然承载结构 2合理的支护方式应该是合理充分利用围岩的自承能力3在保证安全的前提下，充分利用自承能力4途径：是指护体和围岩在相互约束的状态下共同存在

4.岩石力学工程稳定如何定义？其本质是什么？

答：在地下工程（井巷）工作期限内，安全和所需最小断面得以保证，称为稳定。 稳定性问题的力学本质如下表所示：

< 岩体强度 →自稳

（极限位移）

开井巷后岩 体最大最危

险应力(位移) > 岩体强度 >支护材

料强度→人工稳定

(极限位移）→不稳定地压支护最大最危险应力 <支护材

料强度→不稳定 改革支护 人工稳定

5.图示并说明岩石蠕变三阶段及特点 ε

答：蠕变三阶段说明应力水平愈高，蠕变变形愈大。其中，长时强度起重要作用。应力水平低于长时强度，一般不导致岩石破裂，蠕变过程只包含前两阶段。应力水平高于长时强度，则经过或长或短的时间，最终必将导致岩石破裂。蠕变过程三阶段包含俱全。

Ⅰ Ⅱ Ⅲ

Ⅰ-初始段或瞬态段（斜率渐减） Ⅱ-等速段或稳态段（斜率不变） Ⅲ-加速段或不稳定段（斜率渐增）

6.说明地壳浅部，原岩应力的分布规律。 答：（1）地壳应力场是一个相对稳定的，非稳定应力场 （2）实测垂直应力分量基本符合σz =γH

（3）靠近地表的水平原岩应力分量一般大于垂直原岩应力分量 ，即λ>1

（4）侧压力系数λ与深度的关系一般可用下式表示：H 100+0.3≦λ≦H

1500

+0.5

（5）一般来讲，水平应力分量在一个大的区域内会有大小、方向上的变化

四、计算题

1.抗拉强度计算公式 间接拉伸（巴西法）：

这是一种圆饼状试件（高径比0.5）径向加载使之劈裂， 岩石间接抗拉强度计算

公式为: st= t πD P 2=0.636 t

D P

式中，P-劈裂荷载 D-试件直径 t-试件厚度 2.原岩自重应力的计算

铅垂应力σz =γz ，自重应力的水平分量为σx =σy =μ

-1μγz ：σ1=γz>σ2=σ3=λσ1

3 解：因α=45°+2

ϕ

，又α=60°，则φ=30°，由莫尔-库伦准则方程知，岩石单轴抗压破坏时S c =

ϕ

ϕ

sin -1cos C 2=120MPa ，得C=34.64MPa,由 τ=C+ ƒσ=C+σtan φ，当

σ=0时，岩石抗剪强度τ=C=34.64MPa