岩石力学复习

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1、岩石力学复习纲要第一章岩体地质与结构特征（一）岩体的概念：是指在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 的结构并赋存与一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。（二）岩块1. 概念：不含有显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元。2. 特征：（1）结构：矿物颗粒的大小、形状、排列方式及颗粒连接方式和微结构面发育状况等反映 岩块构成上的特征。（2）构造：矿物集合体之间及其他组分之间排列组合方式。（3）微结构面：存在于矿物颗粒内部或者颗粒间的软弱面或缺陷，包括矿物解理、晶格缺 陷、粒间空隙、微裂隙等。（二）结构面1. 概念：地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定延

2、伸方向和长度、厚度，相对较小 的地质界面或带。2. 成因：（1）地质成因：原生结构面、构造结构面、次生结构面（P12表）（2）力学成因：张性结构面、剪性结构面3规模和分级：I级：规模最大（大的断层或区域性），影响山体及岩体稳定性，工程应该避开，属于软弱 结构面。II级：规模较大，影响工程布局，应该避开，属于软弱结构面。III级：长度数十米或几公里断层，影响或控制工程岩体，多数为软弱结构面。IV级：延伸较差的节理、层面，影响岩体完整性和力学性质，属于硬性结构面。V级：微结构面，影响岩块的物理力学性质，属于硬性结构面。4.特征：i. 产状：走向、倾向、倾角ii. .连续性：连续性系数K= 乎半一（

3、E a是各段结构面长度之和，1 乙 a + 乙 bE b是完整岩石长度之和，见P ）16iii.密度：线密度K = n （结构面法线方向上单位测线长度上交切的结构面条数），间距 d Ld = L （同一组结构面法线方向上相邻结构面之间的平均距离），二者互为倒数。（注：一般 n不用法线方向）iv张开度v.形状：起伏角i = arctan（L），见P185.软弱结构面：就其物质组成和微观结构而言，主要包括原生软弱夹层、构造及挤压破碎带、 泥化夹层及其他夹层等。实际上是岩体中的具有一定厚度的软弱带（层），与两盘相比具有 高压缩和低强度等特征。（三）岩体的结构特征1. 相关概念：（1）岩体结构：结构面

4、和结构体之间的排列组合特征。（2）结构体：被结构面切割的围限岩石块体。其大小取决于结构面密度，密度愈大，结构体 愈小；反之愈大。2. 岩体结构类型划分：主要根据结构体大小。分为：整体状、块状、层状、碎裂状、三体状。第二章岩块的物理力学性质（一）物理性质1. 岩块密度：干密度、饱和密度、天然密度2. 颗粒密度:固体质量与固体体积之比3. 孔隙性：总孔隙率：n = v x100%总开孔隙率：n =Lx 100% 大开孔隙率：n =Lx 100% 小开孔隙率: 0 Vb Vn =匕 x 100%a V闭孔隙率：n = c X 100%c V（二）水理性质m=m1 x100%，故可用吸水率表示大开孔隙

5、率n =P *wb sa1.岩石吸水性：吸水率 w（常温下岩石吸水，水只能进入大空隙）（注：饱和状态下，水能进入所有开空隙中wm=-mr2 X 100%，ns广 P *w)w饱水系数：wp2. 岩石的软化性：软化系数：K =参即，吸水后强度/干抗压强度，（软化系数愈大，岩石的强度愈高）c3. 岩石抗冻性b抗冻系数：K 2即，反复冻融后抗压强度/冻融前抗压强度（系数大，强度高）4.透水性达奚定律：i = k * j5膨胀性AHAD自由膨胀率：轴向V径向V =H HD D6.崩解性耐崩解性系数：【d = ，越大则强度越高。2$（三）岩块的变形性质（重点）1. 岩块在连续加载条件下：三个阶段:空隙裂

6、隙压密阶段弹性变形至微破裂稳定发展阶段非稳定破裂发展阶段 破坏后阶段。见P432. 三个模量:初始模量（曲线原点处切线斜率）Ei割线模量（曲线上某点与原点连线的斜率）Ec=L 通常取0.5强度处50切线模量（任意一点处切线斜率）Etc _c-2_12 _ 1 2 3 421l3.三轴破坏的形式：脆性破坏（张破裂）、脆性破坏 延性破坏（剪切流动破坏）、延性破坏（塑性流动）（四）岩块的强度性质（横向应变与轴向应变之比）见P45（以张为主）、过渡性破坏（剪破坏）、5. 剪切强度测量方法：直剪实验、三角板剪切试验、三轴试验（掌握库伦强度摩尔圆）第三章结构面的变形和强度性质（一）结构面的变形性质1. 结

7、构面的法向变形性质（P67）京=（AV-AV）AV本构方程（了解）：。=一n a 一 b心 Vj其中：a = -, b = VL- nim2. 法向刚度：品概念：K = （8av ）AV to，即原点处切线斜率确定方法：室内压缩试验、现场压缩试验（中心孔承压板法）（二）结构面剪切变形性质1特征：剪切变形曲线均为曲线结构面峰值位移受到风化程度影响剪切刚度有明显尺寸效应（尺寸大，刚度低）剪切刚度随法向应力增大而增大dr2.剪切刚度（了解）：K = s cAu（三）结构面的强度性质1. 影响结构面强度性质的因素：结构面形态 连续性胶结填充物特征及壁岩性质次生变化和受力历史等。2. 了解几类结构面I.

8、 规则锯齿结构面（P76）：会发生剪胀现象II. 非贯通断续结构面（P79）：强度强于贯通性机构面III. 具有填充物的软弱结构面：填充度d （填充厚度/平均起伏差），填充度越大，结构面抗h剪强度越低。第四章岩体的力学性质（一）岩体变形性质1. 变形试验：静力法：承压板法、狭缝法、钻孔变形法、水压硐室法及单轴压缩试验法等。（P85）动力法：弹性波。2. 变形参数确定（二）岩体变形参数估算（P88）层状岩体变形参数估算：垂直层面方向压缩模量： 卢=E+K1Smn 剪切模量：上=A+!mts1 v S多层情况下：4 =匕十一E、E Si=i mnmni3. 岩体变形曲线的类型及特征（P90）了解内

9、容直线型、上凹形、上凸形、复合型4. 影响岩体变形性质的因素组成岩体的岩性、结构面发育特征及载荷条件、试件尺寸、试验方法和温度等。 其中结构面影响又称为结构面效应。一般来说，平行结构面方向变形模量E/大于垂直方向的变形模量E5岩体的强度性质（P94）Hoek和Brown方程：b =b +如。+ S6 了解内容6. 岩体的动力学性质131 3动模量和静模量的经验关系：E = jE （动模量比静模量大，j U （o,1）完整性系数：K =!pu（0,1）U rp J7. 岩体的水力学性质：渗透性及渗流作用下表现出的性质*含一组结构面的渗透性能：等效渗透系数K = SK + K，（ e为张开度，K

10、为结构面的渗透系数，K岩块的渗透系数（通常情况下忽略不计），s岩层厚 度）第五章岩体分类（一）国际分类：1. 单一指标：单轴抗压强度、岩体完整性系数、RQD分类（十公分以上岩芯累计长度与钻 孔长度之比）2. 综合指标：RMR分类（P118）：分为五级、Q分类（二）国内分类：（P123）标准：GB-50218-94原则：先根据岩体基本质量指标（坚硬程度和完整性）BQ进行初分，再根据具体工程地 质条件进行修正，即两个公式：BQ = 90 + 3。+ 250 KBQ= BQ -100（K + K + K ）123（三）工程岩体分类的具体应用：岩体参数估计、稳定性评价及其加固与支护*第六章岩体的天然应

11、力（一）天然应力的组成、分布规律及影响因素1. 组成：自重应力、构造应力为主2. 分布规律：压应力为主，方向基本上是垂直和水平的天然应力场是一个相对稳定的非稳定应力垂直天然应力随深度增加呈线性增长水平天然应力分布比较复杂，一压应力为主，且大部分岩体中水平应力大于垂直应力,即C心b心b 有时候bg b仲心比一定大于。VC天然应力比值系数人=寸1，一般介于（1.510.6）V3. 影响因素：地形起伏、底边剥蚀、结构面、岩体性质、地下水（二）天然应力的测量PnR138方法：1. 应力恢复法2. 套心法3. 水压至裂法（普遍采用）水压至裂法：1.开裂方向平行于大主应力方向垂直于小主应力方向b9 min

12、 9 =0=b 1+b 2 2（bb 2）008 29b = 3b -b9213b -b +b = p21 tC1b = P2 s3b -b - P = 02.四个方程： J21 x c 2nb b b12 t3. 水压至裂法的优点：a不需要套心不受测量深度限制b不需要使用应变计c测量范围大d 不需要知道岩体弹性参数第七章岩体本构关系和强度理论(一) 本构关系(P150)(二) 强度理论：1.库伦强度准则：c= C + b tan b 一史 +b)=b三轴压缩强度条件：n8 = 1(C 日(b +b ) =8 =巳3 E 312 t E2.摩尔强度理论：T = f (b)I (b -b )2_ _ _3.格里菲斯强度理论：j +$ =8 ti+ 3 - 0) I 13b =-b ,(a +b 0)1.单轴抗压强度c = 一了c A2.影响单轴抗压强度的因素I内因：岩石本身性质，包括矿物组成、结构构造、密度及风化程度等II外因（试件条件）：试件几何形状及加工精度（尺寸效应：尺寸越大，强度越低）加 载速率端面条件（摩擦问题）温度和湿度层理结构3.三轴压缩强度（P60）影响因素：岩块本身性质、围压、温度、湿度、空隙压力、试件高径比等4.单轴抗拉强度试验方法：直接拉伸间接拉伸：劈裂法、点载荷法、抗弯法（见P 61）