最新岩石力学总结
1. 试述库仑准则和莫尔假定的基本内容，并说明对其研究的工程实际意义。（补:
莫尔假定的优缺点）
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
| T | = S o + 卩①
其中，C和T是该破坏平面的法向应力和剪应力，S o可以看作是材料的固有剪切强度的常数，卩是材料的内
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（扌二-畀），这里的内摩擦角t an」」。
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C和剪应力
T由材料的函数特征关系式联系：
| T |= f （C）
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C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。
补卜：摩尔判据的优点是：①在判断复杂应力状态下岩石是否发生破坏以及破坏面的方向时，很简单，也很方便；②能比较真实地反映岩石的抗剪特性；③可以解释为什么在三向等拉时会发生破坏，而在三向等压时不会发生破坏。但其缺点是：①只考虑了最大主应力和最小主应力对岩石破坏强度的影响，而忽略了中间主应力的作用，实验表明中间主应力对岩石破坏强度是有一定程度影响的；②摩尔判据不适用于含有结构面的岩石试件，尽管岩石中的结构面会严重地影响岩石试件的破坏强度；③摩尔判据只适用于剪切，对受拉区研究不够充分，不适于膨胀或蠕变破坏。
2. 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
在关于岩石破裂的所有讨论中，破裂面的性质和描述是最重要的，出现的破裂类型可用下图中岩石在各种围压下的行为来说明。
在无围压受压条件下，观测到不规则的纵向裂缝［见图（a）］，这个普通现象的解释至今仍然不十分清楚；加中等数量的围压后，图（a）中的不规则性态便由与方向倾斜小于45度
血Q
干〒nr +
2〉（b> Y）（d）t*）
M4 5,1 J）至轴举第i中旳纵間於須■- ￡3 剪切睥裂- 孕仲何
切ttlf毂.拉仲减裂-￡刁L由臘荷報产生旳拉忡破型
K s V 1 V 2
角的单一破裂面所代替［图(b)］，这是压应力条件下的典型破裂，并将其表述为 剪切破坏，它 的特征是沿破裂面的剪切位移，对岩石破裂进行分类的 Griggs 和Handin (I960)称它为断层； 因为它符合地质上的断层作用，后来有许多作者追随着他们；然而，更可取的似乎是限制术 语断层于地质学范围，保留术语剪切破裂于试验范围更好；如果继续增加围压，使得材料成 为完全延性的，则出现剪切破裂的网格［图(c)］，并伴有个别
晶体的塑性。
破裂的第二种基本类型是拉伸破裂，它典型地出现于单轴拉伸中，它的特征是明显的分 离，而在间没有错
动［图(d)］ o
在较为复杂的应力条件下出现的破裂，可以认为上述类型之一或其它。如果平板在线载 荷之间受压［图
(e)］，则在载荷之间出现一个拉伸破裂，如果这些载荷是由环绕材料的外套挤 入材料的裂缝中引起的，则将破裂表述为侵入破裂，当检查图(a)情况中的破裂面时，它们中 的一些部分有剪切破裂的状态。而其他一些部分显然是拉伸破裂。岩石破裂中，注意力还将 集中于重要的扩容现象，它发生于岩石试件的单轴和三轴受压期间?通常，在三轴试验中， 围压是由流体通过一个刚度可忽略不计的不渗透膜来施加的，在这样的试验中，试件的径间 膨胀和扩容显然不会由于围压的增加而被局部或均匀地阻挡；如果试件被更多的岩石包围， 象实际情形中听发生的那样，那就将是这种情况，不管围岩是否破坏，预料它所提供的阻力 会有增加最小主应力值的效应，因此趋于阻止破坏和集中破裂于有限的体积内。
3. 论述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、加荷速度、围压的大小、各向 异性等等，对岩石
的力学性质都有影响。现分述如下：
1、 水对岩石力学性质的影响。主要表现在连接作用、润滑作用、水楔作用、孔隙压力作 用、溶蚀及潜蚀
作用；
2、 温度对岩石力学性质的影响。随着温度的增高，岩石的延性加大，屈服点降低，强度 也降低；
3、 加荷速度对岩石力学性质的影响。随着加荷速度的降低，岩石的延性加大，屈服点降 低，强度也降
低；
4、 围压对岩石力学性质的影响。随着温度的增高，岩石的延性加大，屈服点降低，强度 也降低；
5、 风化对岩石力学性质的影响。产生新的裂隙、矿物成分发生变化、结构和构造发生变 化。
4?什么是岩石的水理性？如何描述岩石的水理性？
岩石遇水作用后，会引起某些物理、化学和力学等性质的改变，水对岩石的这种作用特 性称为岩石的水理
性。岩石的水理性主要包括吸水性、抗冻性和软化系数三个方面。
岩石的吸水性是指岩石吸收水分的性能，其水量的大小取决于岩石孔隙体积的大小及其 敞开或封闭程度
等，描述岩石吸水性的指标有吸水率、饱水率和饱水系数。岩石的吸水率
V 1
为标准大气压力下，岩石吸入水的重量 W 与岩石干重量 W 之比： V^W L 100%
W d
岩石的饱水率 V 为高压(150个大气压)或真空条件下，岩石吸入水的重量
W 与岩石干
重量W 之比： v 2 =W2
100%
W d 岩石的饱水系数K.为吸水率V 1与饱水率V 2之比:
显然，吸水性较大的岩石在吸水后往往会产生较大的膨胀，它将会给地下空间的支护造成很大的压力。
岩石的抗冻性是指岩石抵抗冻融破坏的性能，它是评价岩石抗风化稳定性的一个重要指标。当岩石经过反复冻结和融解时，由于岩石中含各种矿物的膨胀系数不同，岩石产生不均匀膨胀而导致岩石结构破坏，同时由于岩石中的水分冻结对岩石产生膨胀压力，这都将致使岩石强度降低，甚至引起岩石的破坏。岩石的抗冻性可用抗冻系数C表示，它是指岩石试件
在土25°C的温度区间内，反复降温、冻结、升温、融解，然后测量其抗压强度的下降值c^ccf，以此强度下降值与冻融实验前的抗压强度二c之比的百分率作为抗冻系数C:
? C _ 二cf
C f =一一100%
其中，二c冻融实验前岩石试件的抗压强度,
岩石中含水量的多少也会影响岩石的强度，一般而
言，岩石含水越多，其强度就会越低，通常可以用软化系数c来反映岩石的这种关系。所谓软化系数c，是指岩石试件在饱水状态下的抗压强度％与干燥状态下的抗压强度％'的比值：
各类岩石的软化系数一般在0.45-0.90之间变化
5?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？
所谓岩石的应力-应变全过程曲线是指采用刚性材料试验机对岩石
试件在外载荷作用的全过程中所测取的的应力与应变所绘制的应力-应
变关系曲线。一般而言，在不同应力条件下，岩石材料的完整应力-应
变全过程曲线可分为以下四个部分，亦即是岩石变形的四个基本阶段
（如右图所示）：①OA段，曲线稍向上凹，为岩石材料的孔隙压密变
形阶段，对于孔隙度较大或结构较为松散的岩石类材料，该变形阶段
较为明显；②AB段,曲线非常接近直线的部分,为岩石类材料的弹性变
形阶段，并将B点所对应的应力值称为屈服应力或弹性极限，对于坚
硬致密的岩石类材料，该直线部分十分明显；③BC段,曲线稍向下凹，
至V达点时岩石发生宏观破坏，当在BC中任意点K卸载
后再加载时，则其B点将移至K点，因此，称此阶段为岩石材料的应变硬化变形阶段，对于软
弱类岩石，该应变阶段较为明显；④ CD段,岩石此时虽然已经发生宏观破坏，但由于尚未完全破裂仍能够承受一定载荷，但其承载能力将随变形的逐渐增大而减小，当在BC中任意点Q
卸载后再加载时，则其所能达到的最高应力值将比Q点的应力值要低，所以称此变形阶段为
应变软化变形阶段。
研究应力-应变全过程曲线的工程意义主要表现在以下两个方面：一是从岩石应力-应变
全过程曲线中可以看出，岩石即使在发生破坏而且变形很大的情况下，也具有一定的承载能力，事实上，在矿井中所看到的岩体都有程度不同的破裂，但仍具有一定的承载能力，也就是这个原因；二是从岩石应力-应变全过程曲线中可以判定该种岩石在高应力作用下是否会易于发生岩爆，因为一般而言，岩石试件中的应力在达到峰值以前，积蓄于岩石试件内部的弹性应变能就约等于应力-应变全过程曲线峰值左侧的面积A,而岩石试件破坏时所消耗的能量也就等于应力-应变全过程曲线峰值右侧的面积B，若A>B则表示该岩石在高应力作用下破坏后尚剩余部分能量，这部分能量的突然释放就及有可能会引起岩爆。另外，也可以通过岩石的应力-应变全过程曲线预测其是否发生蠕变破坏和循环载荷条件下是否发生破坏。
Ccf冻融实验后岩石试件的抗压强度
& a—1窘启应力-应变全过程倉垛「
6. 评述岩石在复杂应力条件下的变形特性。
在外力作用下，岩石一般不遵从虎克定律，没有明显的比例极限、弹性极限和屈服点等，通常是紧随着出现弹性变形就开始出现塑性变形，且一旦受力产生变形再卸载后会或多或少的都残留有一定数量的永久变形，该永久变形一般将随外力的增加而增大。因此，再描述岩石的变形特性时，所谓的“线弹性”、“可逆”、“杨氏摸量”、“泊松比”、“屈服应力”等等术语都是近似的或在一定条件下的平均值。
在各种不同应力条件下，岩石材料的变形特性可采用应力对应变作图所得到的应力应变曲线来表示。一般而言，岩石材料的完整应力应变曲线可分为四个部分，亦即是岩石变形的四个阶段（如右图所示）：①0A 段，曲线稍向上凹，为岩石材料的孔隙压密变形阶段，对于孔隙度较大或结构较为松散的岩石类材料，该变形阶段较为明显；② AB段，曲线非常接近直线的部分，为岩石类材料的弹性变形阶段，并将B点所对应的应力值称为屈服应力或弹性极限，对于坚硬致密的岩石类材料，该直线部分十分明显；③ BC段，曲线稍向下凹，到达C点时岩石发生宏观破坏，当在BC中任意点K卸载后再加载时，则其B点将移至K点，因此，称此阶段为岩石材料的应变硬化变形阶段，对于软弱类岩石，该应变阶段较为明显；④CD段,岩石
此时虽然已经发生宏观破坏，但由于尚未完全破裂仍能够承受一定载荷，但其承载能力将随变形的逐渐增大而减小，当在BC中任意点Q卸载后再加载时，则其所能达到的最高应力值将
比Q点的应力值要低，所以称此变形阶段为应变软化变形阶段根据现有大量的实验研究成果，岩石在各种不同应力条件下的变形曲线大致可以归纳为以下四种基本类型：
①直线型，由加载至产生破坏，其应力应变曲线都近似呈线性
特性，称此类曲线为弹脆性变形曲线；②下凹型，0A段几乎
不存在，且其应力应变曲线在接近破坏时将出现连续的非弹性
变形，称此类曲线为弹塑性变形曲线；③上凹型，岩石在发
生破坏之前，主要表现为孔隙压缩变形和线弹性变形，其应力
应变曲线在低应力下表现出向上弯曲
的现象，随后近似呈线性关系，直至发生破坏，称
n二曲心环沁过丽曲
此类曲线为塑弹性变形曲线；④反曲型，岩石发生'
破坏前，OA AB和BC段都较为明显，其应力应变曲线呈现S型曲线，在接近破坏时将产生较大的非弹性变形，称此类曲线为塑弹塑性变形曲线。
在反复加卸载过程中，每一对加、卸载曲线都不相互重合，其间将呈现出所谓的“塑性滞环”现象，这也表明了岩石类材料的应力应变关系具有明显的非单值性，但若将加、卸载值固定后，再反复进行加、卸载，则该“塑性滞环”所围成的面积将随加、卸载循环次数的递增而减少，其相应的残余变形量也将逐渐降低。
岩石类材料的变形特性还将受到各种外界与内在因素的影响，其主要影响因素有周向应力、加载速率、加载路径、环境温度、含水量、孔隙及孔隙液压等等。
7. 试论述岩体结构类型。
1. 岩体结构分类依据：
第一依据：结构面类型：软弱结构面和坚硬结构面
第二依据：结构面切割程度及结构体类型：块裂结构、板裂结构、碎裂结构、断续结构、完整
结构
2. 岩体结构分类方案：
级结构类型
亚类
I 块裂结构
块状块裂结构
层状块裂结构
块状板裂结构
3. 各类岩体结构的地质特征：
完整结构岩体
块裂结构岩体
板裂结构岩体
碎裂结构岩体
断续结构岩体散
体结构岩体
4. 岩体结构的相对性及工程岩体结构的唯一性：对于工程岩体而言，由于工程规模和尺寸的变化，岩体结构也发生相对变化。因此，岩体结构是相对性，只有在确定的地质条件和
工程尺寸条件下，工程岩体结构才是唯一确定的。
8. 论述岩石的流变特性以及蠕变变形曲线特征。
所谓岩石的流变性质就是指岩石的应力-应变关系与时间因素有关的性质，包括蠕变、松弛与弹性后效三个方面。所谓蠕变是指当载荷不变时，变形随着时间而增长的现象；所谓松弛是指当应变保持不变时，应力随着时间增长而减小的现象；所谓弹性后效是指当加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。
岩石的蠕变变形特性曲线可以通过单轴或三轴压缩、扭转或弯曲等蠕变实验来进行研究。
实验表明，在恒定载荷作用下，只要有充分长的时间，应力低于或高于弹性极限均能产生蠕变现象。但在不同的恒定载荷下，变形随时间增长的蠕变曲线却有差异。岩石的蠕变曲线不仅与应力大小、性质及岩石种类有关、而且还与其所在的物理环境如温度、围压、湿度等因
素有关，上图为岩石的一典型蠕变曲线。当在岩石试件上施加一恒定载荷,
瞬时弹性应变& e（0A段）。这种变形往往按声速完成，可
以近似认为在t=0完成，其应变为& e = c /E。若载荷保持恒定
且持续作用，应变则随时间缓慢地增长，进入到蠕变变形阶
段，将蠕变变形一般可分成三个阶段：（1）第一蠕变阶段
（AB段），也称过渡蠕变阶*段,在这个阶段内，蠕变为向下
弯曲的形状，也就是说曲线的斜率逐渐变小，若在这一阶段之
中（曲线上某一点E）进行卸载，则应变沿着曲线EFGF
降，最后应变为零、其中EF曲线为瞬时弹性应变之恢复曲
圉4 — 1 岩石的典水《!；变曲
线，而FG曲线表示应变随时间逐渐恢复为零；（2）第二蠕变
阶段（BC 段），也称稳定蠕变阶段，蠕变变形曲线近似一倾斜直线，即蠕变应变率保持常量，一直持续到C点。若在这一阶殷中进行卸载，则应变沿曲线HJ逐渐恢复趋近于一渐近线，最后保留一定永久应变；（3）第三蠕变阶段（CD段），也称加速蠕变阶段，应变率由C点开始迅速增加, 达到D点，岩石即发生破坏，这一阶段完成时间较短，严格地说，这一阶段可分为两个区间: 即发育着延性变形但尚未引起破坏的阶段（CP段）和微裂隙剧烈发展导致变形剧增和引起破坏的阶段（PD段），它相当于褶皱形成后的断裂形成阶段。
同一种岩石，其载荷值越大，在第二阶段持续的时间也就越短，第三阶段破坏出现也就越快。在载荷很大的情况下，几乎加载之后立即产生破坏。一般中等载荷，所有的三个蠕变变形阶段表现得十分明显。任何一个蠕变变形阶段的持续时间，都取决子岩石类型、载荷值及温度等因素。
9?什么是初始地应力？试论述初始地应力的成因及其分布规律。
初始地应力
初始地应力是指未受到任何工程扰动的岩体在天然状态下所具有的内应力，主要由岩体自重及地质构造作用所引起，地形、地质构造、地震力、水压力、热应力等也会在一定的时间和空间范围内一定程度上影响到岩体中的初始地应力。
工程岩体中的地应力主要由自重应力和构造应力两部分组成。自重应力在岩体中的分布
是随深度变化大致呈线性增长的，若设在距地表深为z处的竖直方向的自重应力为C z,水平
方向的自重应力为C x和C y，贝U：
n
铅垂分量J八i Z
im
A
水平分量二x=；y z
'1 -卩
这里，丫i是第i层地层的容重，Z i是第i层地层的厚度，卩是当前地层的泊松比。构造应力是由于地球自转角速度的变化、地球壳体绕地轴旋转产生的离心力和地幔对流等因素所引起的，所以在工程岩体中的构造应力是以水平应力分量为主，其大小将因地层的褶皱、断裂、升降等等地质构造现象及程度不同而异。
初始地应力的成因：
大陆板块边界受压引起的地应力场；
地幔热对流引起的地应力场；由地心引力引起的地应力场；岩浆浸入引起的地应力场；地温梯度
引起的地应力场；
地表剥蚀产生的地应力场。
初始地应力的分布规律：地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它是时间和空间的函数；地应力中的铅垂应力分量基本等于上覆岩层的重量，它随深度呈线性增长；地应力中的水平应力普遍大于铅垂应力；平均水平应力与铅垂应力的比值随深度增长而减小；最大水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线性增长关系；最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大，显示出很强的方向
性；地应力的分布受地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特征、岩体力学性质、温度、地下水等因素的影响，特别是地形和断层的扰动影响最大。
补：综合大量实测资料和近代理论，初始地应力场的一般分布规律有如下特点：1）初
始地应力一般是三轴压应力状态，且受地表地形地貌、山川河流和构造影响，其分布往往十分复杂；2）三个主应力的大小一般互不相等，其中两个（近）水平方向主应力也不相同，且最大水平主应力的方向与区域性构造形迹密切相关，往往是构造应力影响的结果；3）三个主应力的方向一般偏离铅垂或水平方向不大，引起偏离的主要原因是构造、岩层倾角或局部不均质影响；4）初始地应力中的铅垂应力分量基本上等于上覆岩体的自重，它随深度呈线性增长；5）初始地应力的两个近水平应力分量分布十分复杂，因地而异，且随深度而变化；两个水平应力的平均值与铅垂应力的比值入的统计规律可概括为侧应力系数（平均）与深度呈双曲线变化，越近地表平均水平应力相对高于铅垂应力；往下越相接近，一定深度之后变得小于铅垂应力。
10. 论述在单轴压缩载荷作用时岩石试件的端部约束效应。由于岩石材料与铁板之间的泊松
比值存在差异，这将在试件端面与铁板之间的接触面上产生摩擦力，该摩擦力将影响岩石试件的横向变形和岩石试件端面附件区域的应力状态。由于该摩擦力的存在，导致岩石试件内部应力分布不均，致使岩石试件并非只产生纵向劈裂破坏（亦称拉伸破坏），还有可能产生X 状共轭斜面剪切破坏和单斜面剪切破坏等破坏形式。
为了尽量减小试件端面与铁板之间的接触面上产生摩擦力，以保证岩石试件端面附件区域的应力状态也为单向受力状态，必须要在试件端面与铁板之间的接触面上添加缓冲材料。
国际岩石岩石力学学会建议在试件端面与铁板之间使用与同样直径大小的钢件垫块。