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1、岩体力学复习资料(小抄版)1.岩石：是组成地壳的基本物质，它是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体。一般认为它是均质的和连续的。岩体：是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。 （区别是岩体包含若干不连续面。 ）结构面：岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面和不连续面，它是在地质发展历史中，尤其是在地质构造变形过程中形成的。结构体：被结构面分割而形成的岩块，四周均被结构面所包围，这种由不同产状的结构面组合切割而形成的单元体成为结构体。2.岩体结构分为六类：块状结构、镶嵌、
2、层状、碎裂、层状碎裂、松散结构3.风化作用：岩石长期暴露在地表之后，经受太阳辐射热、大气、水及生物等作用，使岩石结构逐渐破碎、疏松，或矿物成分发生次生变化，称为风化。衡量岩石（块）风化程度的指标：（1）定性指标：颜色、矿物蚀变程度、破碎程度及开挖锤击技术特征等。（2）定量指标：风化空隙率指标 Iw、波速比指标 kv和风化系数 kf 等。岩石风化分级：未 微 中等 强 全4.相对密度 Gs：岩石的干重量 Ws（KN）除以岩石的实体积 Vs（m 3） （不包括岩石中孔隙体积）所得的量与 1 个大气压下 4时纯水的重度（ w）的比值。G s=Ws / (Vs w)。相对相对密度是一个无量纲量，其值可
3、用比重瓶法测定，试验时先将岩石研磨成粉末并烘干；然后用量杯量取相同体积的纯水和岩石粉末并分别称重，其比值即为岩石的相对密度。岩石的相对密度取决于组成岩石的矿物相对密度，岩石中重矿物含量越多其相对密度越大，大部分岩石的相对密度介于 2.502.80 之间。5.孔隙率 n：岩石试样中孔隙体积 Vv 与岩样总体积 V之比。孔隙比 e：指孔隙的体积 VV 与固体的体积 Vs 的比值。6.含水率 w：天然状态下岩石中水的重量 Ww与岩石 烘干重量 Ws的百分比。w=W W / Ws 100% 吸水率 Wa：指干燥岩石试样在一个大气压和室温条件下吸入水的重量 Ww与岩样干重量 Ws的百分率。w a=WW
4、/ Ws=（W o-Ws）/ W s 100%7.渗透性：指在水压力作用下，岩石的孔隙和裂隙透过水的能力。渗透系数的量纲与速度的量纲相同。 （渗透系数的大小取决于岩石的物理特性和结构特性流体的物理化学特性）8.膨胀性：指岩石浸水后体积增大的性质。岩石膨胀性一般用膨胀力和膨胀率两项指标表示。 膨胀力 Pe：指原状岩（土）样在体积不变时，由浸水膨胀而 产生的最大内应力。 （常用平衡加压法测定） 。膨胀率 ep（）：在一定压力下，试样浸水膨胀后的高度增量与原高度之比，用百分数表示。9.崩解性：是指岩石与水作用时失去黏结性并变成完全丧失强度的松散物质的性能。这种现象是由于水化作用削弱了岩石内部的结构联
5、结而造成的。10.软化性：指岩石与水相互作用时强度降低的特性。影响因素：矿物成分（亲水性可溶性） 、粒间联结方式（结晶联结胶结联结） 、孔隙率、微裂隙发育程度等。岩石的软化性一般用软化系数表示，软化系数是岩样饱水状态下的抗压强度 Rcw与干燥状态的抗压强度 Rc的比值。 c=Rcw/Rc ，软化系数总是小于 1 的。11.岩石的抗冻性：指岩石抵抗冻融破坏的性能。抗冻系数 Cf：指岩样在25的温度区间内，经多次“降温、冻结、升温、融解”循环后，岩样抗压强度下降量与冻融前的抗压强度的比值，用百分率表示。岩石在反复冻融后其强度降低的主要原因：一是构成岩石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化时由于矿物
6、的胀缩不均而导致岩石结构的破坏；二是当温度降低到0C 以下时，岩石孔隙中的水将结冰，其体积增大约 9%，会产生很大的膨胀压力，使岩石的结构发生改变，直至破坏。12.岩石强度：指岩石在荷载作用下破坏时所承受的最大荷载应力。有抗压强度（单轴、三轴） 、抗剪强度、抗拉强度。影响因素：岩石特性（矿物组成、结构特征、风化程度各向异性）环境条件（水、温度）试验条件（围岩大小、端部效应、试件形状和尺寸、加载速率）13.端部效应：加压板与试件端部存在摩擦力，约束试件端部的侧向变形，导致端部应力状态不是非限制性的而出现复杂应力状态。减小“端部效应”：将试件端部磨平，并抹上润滑剂，或加橡胶垫层等。使试件长度达到规
7、定要求，以保证在试件中部出现均匀应力状态。14. 高径比 h/D22.5 为宜。15. 加载速率影响：加载速率增加，强度和弹性模量增加，峰值应力越明显。16. 围压影响：岩石抗压强度随围压增加而提高。通常岩石类脆性材料随围压的增加而具有延性。17. 确定岩石抗剪强度的方法： 直接剪切试验楔形剪切试验三轴压缩试验18. 库仑准则：若用 和 代表受力单元体某一平面上的正应力和剪应力，则当 达到如下大小时，该单元就会沿此平面发生剪切破坏，即 式中：c黏聚力；f内摩擦系数。引入内摩擦角，并定义f=tan，这个准则在 平面上是一条直线。若将 和 用主应力 1 和 3 表示（这里 1 3） ，则：式中：剪
8、切面法线方向与最大主应力 1 的夹角。 （库仑准则不适合 390 很好评述：RQD 法是一种单因素分类法。RQD 法的不足：RQD 忽略了节理方位、节理连续性的影响。RQD 不能反映节理间的软弱充填物的情况。25.岩体质量指标 RMR 分类法：由南非人宾尼亚斯基提出。五项参数：岩块强度、 RQD 值、节理间距、节理条件、地下水。得到的总分 RMR 的初值，根据节理裂隙的产状变化对 RMR 的初值加以修正，修正的目的是在于进一步强调节理裂隙对岩体的稳定产生的不利影响，最后用修正的总分既可以求得所研究岩体类别及相应的无支护地下工程的自稳时间和岩体强度指标值。26. 节理面稳定判别（图解法）节理面的
9、抗剪强度一般总是低于岩石的抗剪强度，如图3-17 所示（直线 2 低于直线 1） 。但这并不意味着破坏总是沿节理面发生，有以下几种情况：应力圆与直线 2 相切或相割，但低于直线 1：若应力点在直线 2 之下，则节理岩体稳定；若应力点在直线 2之上，则节理面不稳定。应力圆与直线 1 相切或相割：节理应力点在直线 2 之下，则节理面稳定，节理岩体不稳定，破裂面与节理面不重合；节理应力点在直线2 之上，则节理面不稳定。直线 2 以上的应力圆弧不能作为判别岩块是否稳定的依据，因为此时岩体已沿节理面发生破坏。27.破坏水压力：若结构面在无水状态下是稳定的，若给结构面充水，当水压力达到 Pw时，结构面开始
10、破坏，则 Pw称为破坏水压力。28. Hoek-Brown 经验方程：令 3=0，得岩体单轴抗压强度 Rmc：对于完整岩石，s=1，则 Rmc=Rc，即为岩块抗压强度。对于裂隙岩石，s1。抗拉强度：将 1=0 代入方程（3-41）中，并对 3求解所得的二次方程，可解得岩体的单轴抗拉强度为剪切强度：式（3-43）的剪应力表达式为式中：岩体的剪切强度； 岩体法向应力；A， B常数，查表 3-21 求得；29.层状岩体变形参数估算：层状岩体可概化地质力学模型。假设各岩层厚度相等为 S，且性质相同，层面的张开度可忽略不计。根据室内试验成果，设岩块的弹性模量为 E，泊松比为 ，剪切模量为 G，层面的法向
11、刚度为 Kn，切向刚度为 Ks。取 n-t 坐标系，n 垂直层面，t 平行层面。在以上假定条件下取一由岩块和层面组成的单元体（图 3-32b）来考察岩体的变形。讨论以下几种受载情况下的岩体变形参数估算：A.法向应力 n 作用下的岩体参数：沿 n 方向加荷时，在 n作用下，岩块产生的法向变形 Vr 和层面产生的法向变形 Vj 分别为：则岩体的总变形 Vn 为：简化后得层状岩体垂直层面方向的变形模量 Emn 为：假设岩块本身是各向同性的，n 方向加荷时，由 t 方向的应变可求出岩体的泊松比 nt 为：沿 t 方向时，岩体的变形主要是岩块引起的，因此岩体的变形模量 Emr 和泊松比 tn 为：Emr
12、 = E ，tn = B剪应力作用下的岩体变形参数：对岩体施加剪应力 时，则岩体剪切变形由沿层面滑动变形 u 和岩块的剪切变形 ur 组成，分别为： 岩体的剪切变形 uj 为： 简化后得岩体的剪切模量 Gmr 为： 可求出表征层状岩体变形性质的 5 个参数。法向应力垂直于层面时的变形模量 Emn 和泊松比 nt；法向应力平行于层面时的变形模量 Emr 泊松比 tn；剪应力作用下的剪切模量 Gmr。30.纵波速度 Vp 和横波速度 Vs(km/s)可表示为：式中：E d动弹性模量； d动泊松比；介质密度。岩石质量密度 （kg/m 3）=g31.结构面对弹性波的传播：起隔波或导波作用，致使沿结构面
13、传播速度大于垂直结构面传播的速度，造成波速及波动特性的各向异性。32. 结构效应:结构面的影响包括结构面方位、密度、d1 2-49 (2-50)tEEt（ ） 或 2133 (3-41)ccmRs (-42)mcs24 (-4)mlcs 3BcRT）24,31ms=查 表 求 得 。 62)-( 1213sddpv21331c充填特征及其组合关系等方面的影响。结构面方位的影响主要表现在岩体变形随结构面及应力作用方向间夹角的不同而不同，即导致岩体变形的各向异性。另外，岩体的变形模量也具有明显的各向异性。结构面密度的影响主要表现在随结构面密度增大，岩体完整性变差，变形增大，变形模量减小。结构面的张
14、开度及充填特征对岩体的变形也有明显的影响。一般来说，张开度较大且无充填或充填较薄时，岩体变形较大，变形模量较小；反之，则岩体变形较小，变形模量较大。33.地应力:是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力。当工程开挖后，应力受到开挖扰动的影响而重新分布，重分布后形成的应力则称为二次应力或诱导应力。34.海姆假定地应力是一种静水应力状态，即地壳中任意一点的应力在各个方向上均相等，且等于单位面积上覆岩层的重量，即 h=v= H,式中：h、v-分别为水平和垂直应力；-上覆岩层重力密度；H-深度。金尼克假说他认为地壳中各点的垂直应力等于上覆岩层的重量 v=H ，而侧向应力（水平应力）是泊松效应的结果，即：
15、 式中：-上覆岩层的泊松比。上式中 称为侧压力系数。35.地应力场的组成：1 大陆板块边界受压引起的应力场 2 地幔热对流引起的应力场 3 由地心引力引起的应力场 4 岩浆侵入引起的应力场 5 地温梯度引起的应力场 6地表剥蚀产生的应力场。自重应力场和构造应力场叠加起来构成岩体中初始的应力场的主体。36.高地应力判别准则：高地应力是一个相对的概念。不同的岩石具有不同的弹模，因而其储能性能也不同。一般来说,地区初始地应力大小与该地区岩体的变形特性有关，岩质坚硬，则储存弹性能多，地应力也大。因此，高地应力是相对围岩强度而言的。即应以围岩内部的最大地应力与围岩强度（Rb）的比值（围岩强度比= Rb /max）来 判别是否是高地应力。37.直接测量法是由测量仪器直接测量和记录各种应力的量，如补偿应力、恢复应力、平衡应力，并由这些应力量和原岩应力的相互关系，通过计算获得原岩应力值。在计算过程中并不涉及不同物理量的换算，不需要知道岩石的物理力学性质和应力应变关系。间接测量法是借助某些传感元件或某些介质，测量和记录岩体中某些与应力有关的间接物理量的变化。然后由测得的间接物理量的变化，通过已知的公式计算岩体中的应力值。为了计算应力值，首先必须确定岩体的某些物理力学
