岩石力学牛B

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1、岩 石 : 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。 岩块 ：指不含显著 弱面的，较均质的岩 石块体。（岩石力学属性可视为连续性 均 质 性各 向 同 性 的） 。 岩体 ：指一定工程范围内的自然地质 体， 由岩块和各种不 连续面组成的。 岩体 中存在着不连续面是岩体与岩块的重 要区别 。特征 ：1 它 的边界是根据工程 情况确定的2 内部保留了各种永久变 形和各种各样的地 质构造形迹3 至今还受到地应力， 以及 水 温度等因素的影 响。 岩体的力学属性：非连续性各向异性 非均质性非弹性。 岩体结构是指：岩 体中结构面和结构 体的排列组合特

2、征， 它包括两个要素即 结构面和结构体。 结构面 ：在岩体内 形成的具有一定的 延伸方向和长度， 厚 度相对较小的地质 界面或带即强度低 易变形的二锥面， 即 弱面。 主要包括物质分异面和不连续面。 结构体 ：结构面在 岩体中切割而成的 几何体。岩体结构分类：整 体状结构层状结构 块状结构碎裂状结 构 解体状结构工程力学的目的和 任务 ：能够准确的 预测工程岩体的变 形和稳定，进行正确 的工程设计，保证良 好的施工质量， 以达 到工程安全经济和 正常运营。 岩石的结构：是反 映砸岩块的构成上的特征，指岩石内矿 物 颗 粒 的 大 小形 状， 排列方式及微结 构面的发育情况与颗粒间连接方式等。

3、（颗粒大小：等颗 粒结构的岩块强度 比分等颗粒的强且 抗分化能力强。 在等 粒结构中细粒结构岩块强度比粗粒结 构的高） 矿物颗粒的形状： 粒状柱状 片状 鳞 状 矿物颗粒间连结： 岩石的粒间连结分 结晶连结和胶结连结。 （结晶连结：结 晶愈细愈均匀非晶 质成分愈少岩块强 度愈高。 胶结连结：胶结连结的岩块强 度取决于胶结物质 成分及胶结类型。 胶结物成分的性能好坏顺序 ：硅质铁 质 钙质 泥质）。 岩石的构造：矿物 集合体之间及其与其他组成之间的排 列方式。 沉积岩为层状构造，厚度越大（层理不发 育）岩体稳定性 （抗 弯曲能力）越好。 岩石吸水率是岩石在常温常压下吸入 水的质量与其烘干 质量的

4、比值（% ） 。 岩石吸水率的大小 取决于岩石中孔隙 的多少及其连通情 况，岩石吸水率愈 大，表明岩石中的 孔隙大，数量多， 连通性好，岩石的 力学性质差。 岩石的饱水率是岩 石 在 强 制 状 态 下 （高压、真空、煮沸） ，岩石吸入水的 质量与烘干质量的 比值（ %） 。 饱水率 反映岩石中总的张开型裂隙和孔隙的 发育程度，对岩石 的抗冻性和抗风化 能 力 具 有 较 大 影响。饱水系数是指 岩石吸水率与饱水 率的比值（ %) 岩石的透水性：水 在一定压力作用下 通过岩石的性能， 岩 石的透水指标为渗 透系数。 岩石的 膨胀性 ：软 岩浸水后体积增大或体积不变时相应 地引起应力增大的 性能

5、。 岩石的 崩解性 ：指岩石浸水后发生的 解体现象。 岩石的 软化性 ：岩 石浸水后强度降低 的性能，其指标为软 化系数。岩石强度：岩石载 荷作用下破坏时所 承受的最大载荷应 力。 点荷 载强度: 点 荷 载强度试验是一种 最简单的岩石强度 试验，其强度指标值可用做岩石分级 的一个指标，有时 可代替单轴抗压强 度。点荷载试验所获 得 的 强 度 指 标 Is = P/y2 试件直 径为 25-100mm的岩 芯，石块亦可。 ISRM将直径为 50mm 的径 向圆柱体试件加载 点荷载试验的强度 指标值 Is （50）确定为标准试验值。 其他尺寸试件的试 验结果按公式进行修正。 单向压缩试件的破

6、坏形态破坏形态 是表现破坏机理的重要特征；其主要 影响因素：应力 状态试验条 件 破 坏 形 态 有 两 类： （1）圆锥形破 坏 原因： 压板两端 存在摩擦力，箍作 用 （ 又 称 端 部 效 应） ，在工程中也会 出现。（2）柱状劈 裂 破 坏 张 拉 破 坏 （岩石的抗拉强度 远小于抗压强度） 是岩石单向压缩破坏的真实反映（消 除了端部效应） 消除试件端部约束 的方法 1.润滑试件端部（如垫云母 片；涂黄油在端部） 2. 加长试件 岩 石 单 轴 抗 压 强度：是岩石在单向 压缩时能承受的最 大压力。 岩石的抗剪强度： 岩石抵抗剪切破坏 的能力，即岩石能承 受的最大剪切应力。 又可分为抗

7、切强度 抗剪断强度摩擦强 度。岩石的抗压强度试 件国际标准：最小 尺寸于岩石内最大 颗粒尺寸的比值至少 10：1，高径比或 高 边 比 为 0.22.5 的圆柱体或棱柱体， 标准试件的直径或 边长 50mm 。 岩石的单轴抗拉强度 ：岩石试件在单 向拉伸时能承受的 最大拉应力。 岩石的三轴抗压强 度 ：岩石试件在三 向压应力作用下所 能抵抗的最大压应 力。试验方法对岩石强 度 ：试件端面效应 尺寸效应加载速率 受力条件。岩石的破坏机理： 一种是张裂引起的 破坏一种是剪切引 起的破坏。摩尔理论：岩石是 在复杂应力状态下 沿某一截面剪切力 达到某一极限值的破坏。摩尔认为该曲 线仅能从实验中确 定。

8、岩石强度曲线的应 用：1 判断岩石是否 破坏。2 预测破坏面 的方向。 3 解释如下问题：1 解释了 X形 剪切的原因。 2 解释 了剪切破坏角大于 45 度的原因。3 解释 了 R3cRcRt。4 岩 石三向受拉时会破 坏， 三轴等压时不会 破坏。 格里菲斯强度理论 认为：材料破坏是拉 应力集中所致。 脆性岩石：在外力 作用下，岩石在破坏 前变形很小（总变形软性 ；数目越多岩 体强度越低。 2 应力 状 态R 趋 近0， R3cRc ， 随增大强 度增大明显。 3 风化 程度 ：随风化程度 的增高，强度降低。4 含水状况： 不仅使 结构面内聚力和内 摩擦角减小外，还导 致结构面正应力减小，应

9、力圆左移。5 岩块性质：随岩性增 强岩体强度增大。 岩体强度确定的方法：原位测定、间 接测定和岩体强度 估算。 典型岩体法线变形 曲 线 包 括 : 压 密 接 段弹性阶段塑性 变形阶段破坏阶段 岩体变形特征 ：1 岩 体变形量大，变形模 量小。2 岩体在变形过程中，有明显的 “扩容”和侧面“扩 张”现像。 3 变形参 数各向异性明显。4变形和破坏没有明 显界限。 地应力 ：是指天然 存在于岩石内而与 任何人为因素无关 的应力。高地应力产生的严 重现象 ：工程软岩 岩爆 地应力测试方法： 应力解除法（孔底应 变 法孔 径 应 变 法 孔壁应变法）和水压 破裂法。孔底应变法优点:1 不用套孔简便

10、工序 2 对岩芯长度没有 要求 可以用于测定软岩或裂隙发育中。 缺点 ：1 需要在不同 方向打三个钻孔：2 孔应力状态复杂， 没有完善的理论解决。 孔径变形法优点： 有专门传感器不用 粘帖应变片； 缺点 ：不能用于软碎岩体， 且需要打三个不同 方向钻孔。孔壁应变法优点： 只打一个钻孔可得 到全应力状态钻进 工作量小测试成本低 是一种有前途的 方法。 水力压裂法是直接 测量地壳深部岩体 应力的唯一方法。 一绪论 1 岩石力学的目的 和任务是能够准确 的预测： 工程岩体 的变形和稳定，进行 正确的： 工程设计 ， 保证好的施工质量， 以达到工程的：安 全、经济和正常运营。 2 岩石力学属于： 力

11、学的分支学科，它 属于： 固体力学 和地质科学 的边缘科 学。 3 岩石力学的研究 方法有： 工程地质研究法 、试验法 、 数学力学分析法和 综合分析法 4 岩石力学是研究 岩石在外界因素（如 荷载、水流、温度变 化等）作用下的： 变形、破坏、稳定 性及加固 的学科， 又称岩体力学。二 岩石与岩体的 地质特征 1 不含显著结构面、 均质的岩石块体叫做岩快 ，它的物理 力学性质除与其组 成成分有关外，还取 决于岩石的：结构 和构造 2关于岩石内颗粒间的连接，在碎屑岩 类中， 硅质 胶结的 岩快强度最高，铁 质胶结次之，钙质 胶结再次之，泥质 胶结的岩快强度最 低，抗水性差 3岩石的粒间连结分：

12、结晶连结 和 胶 结连结 两类，煤矿 常见岩石的粒间多 为： 胶结连结4一般来说，岩石 随风化程度的加深， 岩快的孔隙率和变 形随之 增大 ，强度降低 ，渗透性加大 5把岩体切割成块 体，具有强度低、 易 变形的各种地址界面称之 结构面 。在 坚硬的层状岩层中 夹有：强度低、泥质和炭质含量高、 遇水 易软化、延伸较广和 厚度较薄的软弱岩 层称之： 软弱夹层6根据地址成因的 不同， 可将结构面划 分为 原生 结构面、 构造 结构面和 次生 结构面三类 7节理 是指岩体中 呈有规律组合的裂 隙总体。它是影响岩 体稳定性的又一重 要因素 8根据结构面的力 学性质，把构造面强 度与两侧岩体强度 相差较

13、小，且厚度很小的结构面叫做硬 性结构面，如节理 面、片理面、 层理面 等： 把结构面强度与两侧岩体强度相差 较大， 或者为充填有 一定厚度的软、散、 碎物质的结构面叫做软弱 结构面，如 柔软夹层、 断层、层 间错动、破碎带等 9结构面特征包括 结构面 空间 分布、 形态 和充填胶结 特 征三大部分 10 岩体 是指一定 工程范围内的自然 地质体，由结构体和结构面 网络组成 的。 岩体结构特征是 指岩体中 结构面 与 结构体 的排列组合特征 11 岩土工程勘察 规范 将岩体结构划 分为 整体状 结构、 块状 结构、 层状 结 构、 碎裂状 结构和散体 结构五种类型 12 与岩快相比岩体 的三大自

14、然特征是 边界人为定、保留 构造形迹、受地应 力等影响，岩体力 学属性（基本特征） 为 非连续性、各向异性、非均质性、 非弹性 三、 岩石的物理性质 1岩石的 重度 是指单位体积（包括孔 隙） 的岩石质量所受 的 重 力 ， 单 位 knm-3；岩石的 比重是指单位固体体积 （不包括孔隙体积） 的固体颗粒质量与 同体积纯水质量之比 2岩石的 密度 是指 单位体积（含孔隙体积）岩石的质量， kgm-3，按含水状态 不同分为干密度、 天然密度、和饱和密度 3岩石 孔隙性 指岩 石中空洞和裂隙的 发育程度，常用孔 隙度（ n）或孔隙比 （e）参数表示 4岩石的空隙度是 岩石的 空隙体积与 岩石 总体

15、积 的百分 比； 已知某岩石的空 隙度为 02其空隙 比为 0.25 5残余碎胀系数的 含义是 破碎岩石压实后 体积与 其破碎 前 体积之比，其大 小 主 要 取 决 于 压 力、岩性和作用时间 6岩石的 碎胀系数 是指岩石破碎后体 积与其破碎前体积之比，其大小主要取 决于 块度大小、岩 性和碎裂情况 7岩石的 软化系数 是指某岩石单轴饱 和抗压强度与其干 试件的单轴抗压强 度之比，其值越大说 明该岩石越 难软化 8岩石的 吸水性 是指对于水不崩解的 岩石在一定条件下 吸入水分的能力， 常 用指标有自然吸水率 、强制吸水率和 饱水系数 9岩石的 饱和吸水 率 是指干燥后的岩 样在强制状态下吸

16、入水分的质量与其固体矿物质量的百 分比。岩石的饱水系 数指岩石自然吸水 率和 饱和吸水率之 比 10 岩石的 透水性 是 指谁在一定压力作 用下通过岩石的性能，通常指标为渗 透系数 11岩石的软化性 是指岩石浸水后强度降低的性能， 岩石 的膨胀性 是指软岩 浸水后体积增大变 时相应地引起应力增大的性能 12岩石的崩解行 是指岩石浸水后发 生的解体现象， 反映该性质的常用指标 岩 石 的 耐 崩 解 指 数。四、 岩石的强度性质 1岩石单轴抗压强 度是指岩石在单向 压缩时能承受的最大压应力。国际要 求岩石单轴压缩标 准圆柱体件的直径 为 50+-2mm ， 高径比 为 2-2.5 2影响岩石强度测 定的主要外部因素 有端面效应、尺寸 效应、加载速率、 试验环境 等 3岩石试件在单向 拉伸时能承受的最 大拉应力，称为岩石 的抗拉强度。它常用的间接测定方法 是劈裂法 4岩石的三轴抗压 强度 是指岩石试件在三向压应力作用 下能抵抗的最大压 应力 ，多见的常三 轴试验其三个方向的主应力关系为 12=3