岩石力学(第1-6章)

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1、2016/11/171岩石岩石岩石岩石（体体体体）力学力学力学力学第一章第一章第一章第一章绪论绪论绪论绪论岩石力学岩石力学岩石力学岩石力学（Rock Mechanics）：研究岩体在各种不同受力状态下产生变形和破坏规律的学科。1.1 岩石力学的定义岩石力学的定义岩石力学的定义岩石力学的定义岩石岩石岩石岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体 。这是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素这是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素这是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素这是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素 。构造构造构造构造: 组成成分的空间分布及其相互间排列关

2、系矿物矿物矿物矿物：存在地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。结构结构结构结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情况。1.2 岩石与岩体岩石与岩体岩石与岩体岩石与岩体岩石分类岩石分类岩石分类岩石分类岩体岩体岩体岩体= = = =岩块岩块岩块岩块+ + + +结构面结构面结构面结构面变质岩：不稳定与变质程度和原岩性质有关岩浆岩：强度高、均质性好沉积岩：强度不稳定，各向异性岩岩岩岩 体体体体结构结构结构结构面面面面岩块岩块岩块岩块不连续面：包括节理、裂隙、孔隙、断面、孔洞、层面1.2 岩石与岩体岩石与岩体岩石与岩体岩石与岩体2016/11/172岩体结构面示意图岩

3、体结构面示意图岩体结构面示意图岩体结构面示意图1.2 岩石与岩体岩石与岩体岩石与岩体岩石与岩体长江三峡链子崖危岩体长江三峡链子崖危岩体长江三峡链子崖危岩体长江三峡链子崖危岩体1.2 岩石与岩体岩石与岩体岩石与岩体岩石与岩体岩体大裂缝岩体大裂缝岩体大裂缝岩体大裂缝1.2 岩石与岩体岩石与岩体岩石与岩体岩石与岩体2016/11/17 Thursday8顺层顺层顺层顺层1.2 岩石与岩体岩石与岩体岩石与岩体岩石与岩体2016/11/1731.3 岩体力学特征和研究内容岩体力学特征和研究内容岩体力学特征和研究内容岩体力学特征和研究内容不连续不连续不连续不连续；各向异性各向异性各向异性各向异性；不均匀性

4、不均匀性不均匀性不均匀性；岩块单元的可移动性岩块单元的可移动性岩块单元的可移动性岩块单元的可移动性；地质因子特性地质因子特性地质因子特性地质因子特性（水水水水、气气气气、热热热热、初应力初应力初应力初应力）。（1）岩体的力学特征岩体的力学特征岩体的力学特征岩体的力学特征（2 2 2 2）岩石力学的研究内容岩石力学的研究内容岩石力学的研究内容岩石力学的研究内容岩石与岩体的物理力学性质岩石与岩体的物理力学性质岩石与岩体的物理力学性质岩石与岩体的物理力学性质；岩石和岩体的本构关系岩石和岩体的本构关系岩石和岩体的本构关系岩石和岩体的本构关系（应力应力应力应力- - - -应变关系应变关系应变关系应变关

5、系）；工程岩体的应力变形和强度理论工程岩体的应力变形和强度理论工程岩体的应力变形和强度理论工程岩体的应力变形和强度理论；岩石岩石岩石岩石（岩块岩块岩块岩块）室内试验室内试验室内试验室内试验；岩体测试和工程稳定监测岩体测试和工程稳定监测岩体测试和工程稳定监测岩体测试和工程稳定监测。1.3 岩体力学特征和研究内容岩体力学特征和研究内容岩体力学特征和研究内容岩体力学特征和研究内容在城市地下空间工程在城市地下空间工程在城市地下空间工程在城市地下空间工程、矿山工程矿山工程矿山工程矿山工程、水利水电工程中水利水电工程中水利水电工程中水利水电工程中涉及到大量岩石力学问题涉及到大量岩石力学问题涉及到大量岩石力

6、学问题涉及到大量岩石力学问题。例如例如例如例如：地铁地铁地铁地铁、人防人防人防人防、隧道隧道隧道隧道、地下洞室群地下洞室群地下洞室群地下洞室群、大型高陡边坡大型高陡边坡大型高陡边坡大型高陡边坡、坝体与坝基坝体与坝基坝体与坝基坝体与坝基等问题等问题等问题等问题。（3 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题（3 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题城市地下空间发展方兴未艾武汉光广场综合体地下空间2016/11/174（3 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩

7、石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题综合管廊就是地下城市管道综合走廊。即在城市地下建造一个隧道空间，将电力、通讯，燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体，设有专门的检修口、吊装口和监测系统，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。它是实施统一规划、设计、施工和维护，建于城市地下用于敷设市政公用管线的市政公用设施。中国仅有北京、上海、深圳、苏州、沈阳等少数几个城市建有综合管廊，据不完全统计，全国建设里程约800公里，综合管廊未能大面积推广的原因不是资金问题，也不是技术问题，而是意识、法律以及利益纠葛造成的。（3 3 3 3） 应用领域

8、的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题城市综合管廊（3 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题城市地铁工程（3 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题青岛地铁工程岩石开挖施工2016/11/175（3 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题国家水封石油储备库石洞库容达300万立方（3 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题

9、应用领域的岩石力学问题（3 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题多点位移计安装多点位移计安装多点位移计安装多点位移计安装（3 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题2016/11/176（3 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题多点位移计安装多点位移计安装多点位移计安装多点位移计安装多点位移计安装等我国在建和拟建我国在建和拟建我国在建和拟建我国在建和拟建10101010- - - -20202020个

10、世界级大型水电工程个世界级大型水电工程个世界级大型水电工程个世界级大型水电工程，岩体稳定等问题是水电工程岩体稳定等问题是水电工程岩体稳定等问题是水电工程岩体稳定等问题是水电工程开发中急需解决的难题开发中急需解决的难题开发中急需解决的难题开发中急需解决的难题。天生桥I级二滩向家坝溪落渡糯扎渡大朝山天生桥II级小湾漫湾三峡鲁布格锦屏岩滩东江葛洲坝飞来峡锦屏II恶滩东风五强溪构皮滩三板溪乌江渡瀑布沟溪落渡隔河岩在建及待建工程在建及待建工程在建及待建工程在建及待建工程已建工程已建工程已建工程已建工程龙滩（3 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石

11、力学问题?大型岩体工程建设规模越来越大大型岩体工程建设规模越来越大大型岩体工程建设规模越来越大大型岩体工程建设规模越来越大。龙滩龙滩龙滩龙滩：388.5 28.5 74.5m； 溪洛渡溪洛渡溪洛渡溪洛渡：300 33 82m。?坝体高度目前突破了坝体高度目前突破了坝体高度目前突破了坝体高度目前突破了305m，世界最高世界最高世界最高世界最高。?高陡边坡提出了越来越多的加固难题高陡边坡提出了越来越多的加固难题高陡边坡提出了越来越多的加固难题高陡边坡提出了越来越多的加固难题。?理论和技术难题越来越突出理论和技术难题越来越突出理论和技术难题越来越突出理论和技术难题越来越突出。?岩土工程灾害的发生本质

12、上往往是岩石力学岩土工程灾害的发生本质上往往是岩石力学岩土工程灾害的发生本质上往往是岩石力学岩土工程灾害的发生本质上往往是岩石力学问题问题问题问题。锦屏二级电站锦屏二级电站锦屏二级电站锦屏二级电站PD14硐硐硐硐龙滩电站地下洞室群龙滩电站地下洞室群龙滩电站地下洞室群龙滩电站地下洞室群溪落渡电站地下洞室群溪落渡电站地下洞室群溪落渡电站地下洞室群溪落渡电站地下洞室群锦屏二级电站高陡锦屏二级电站高陡锦屏二级电站高陡锦屏二级电站高陡边坡边坡边坡边坡（3 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题24锦屏水电站锦屏水电站锦屏水电站锦屏水电站20

13、16/11/17725锦屏水电站锦屏水电站锦屏水电站锦屏水电站26锦屏水电站锦屏水电站锦屏水电站锦屏水电站现场发生塌方和滑坡的实例照片现场发生塌方和滑坡的实例照片现场发生塌方和滑坡的实例照片现场发生塌方和滑坡的实例照片右岸边坡右岸边坡右岸边坡右岸边坡6月份由于基坑月份由于基坑月份由于基坑月份由于基坑岩体开挖卸荷造成的大岩体开挖卸荷造成的大岩体开挖卸荷造成的大岩体开挖卸荷造成的大面积塌方面积塌方面积塌方面积塌方27三峡船闸三峡船闸三峡船闸三峡船闸（3 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题2016/11/178水电在我国能源结构中的

14、地位水电在我国能源结构中的地位水电在我国能源结构中的地位水电在我国能源结构中的地位我国能源资源的基本特点可概括为六个字我国能源资源的基本特点可概括为六个字我国能源资源的基本特点可概括为六个字我国能源资源的基本特点可概括为六个字：“富煤富煤富煤富煤、贫油贫油贫油贫油、少少少少气气气气”。降低国际石油依赖保证石油安全降低国际石油依赖保证石油安全降低国际石油依赖保证石油安全降低国际石油依赖保证石油安全降低煤电比重保护生态环境降低煤电比重保护生态环境降低煤电比重保护生态环境降低煤电比重保护生态环境水电开发应在优先地位水电开发应在优先地位水电开发应在优先地位水电开发应在优先地位（3 3 3 3） 应用领

15、域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题我国近80%的石油进口要经过马六甲陆地陆地陆地陆地18%马六甲马六甲马六甲马六甲77%其他海域其他海域其他海域其他海域5%原油进口海上通道原油进口海上通道原油进口海上通道原油进口海上通道（3 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题（3 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题（3 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题新兴清洁

16、能源新兴清洁能源新兴清洁能源新兴清洁能源2016/11/179（3 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题新兴清洁能源新兴清洁能源新兴清洁能源新兴清洁能源（3 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题2016/11/17 Thursday岩岩岩岩 崩崩崩崩（3 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题2016/11/17 Thursday36隧道不良地质隧道不良地质隧道不良地质隧道不良地质岩溶岩溶岩溶岩溶（3

17、 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题2016/11/17102016/11/17 Thursday桥墩桩基下的岩溶空洞桥墩桩基下的岩溶空洞桥墩桩基下的岩溶空洞桥墩桩基下的岩溶空洞（3 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题38隧道坍塌隧道坍塌隧道坍塌隧道坍塌（3 3 3 3） 应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题应用领域的岩石力学问题1.4 岩体力学的研究方法岩体力学的研究方法岩体力学的研究方法岩体力学的研究方法研究方法研究方法研究方

18、法研究方法：实验实验实验实验、理论分析与工程应用相结合理论分析与工程应用相结合理论分析与工程应用相结合理论分析与工程应用相结合实验实验实验实验室内室内室内室内野外野外野外野外岩块岩块岩块岩块（拉拉拉拉、压压压压、剪剪剪剪）模拟模拟模拟模拟位移位移位移位移应力应力应力应力压力压力压力压力收敛收敛收敛收敛（表面位移表面位移表面位移表面位移）应变应变应变应变绝对位移绝对位移绝对位移绝对位移、相对位移相对位移相对位移相对位移（内部内部内部内部）理论理论理论理论连介连介连介连介非连介非连介非连介非连介数值方法数值方法数值方法数值方法有限元有限元有限元有限元离散元离散元离散元离散元DDA1.4 岩体力学的

19、研究方法岩体力学的研究方法岩体力学的研究方法岩体力学的研究方法研究方法研究方法研究方法研究方法：实验实验实验实验、理论分析与工程应用相结合理论分析与工程应用相结合理论分析与工程应用相结合理论分析与工程应用相结合2016/11/1711相似材料物理模拟试验相似材料物理模拟试验相似材料物理模拟试验相似材料物理模拟试验1.4 岩体力学的研究方法岩体力学的研究方法岩体力学的研究方法岩体力学的研究方法相相相相似似似似材材材材料料料料物物物物理理理理模模模模拟拟拟拟试试试试验验验验1.4 岩体力学的研究方法岩体力学的研究方法岩体力学的研究方法岩体力学的研究方法地质调查工程地质分区岩体结构划分岩石岩体力学性

20、质试验岩体赋存条件分析初始应力结构面几何特征介质的模型化物理数学计算经典解析法数值计算法正反分析分类确定岩体的质量等级模拟试验物理模拟相似材料经验判据岩体工程设计加固措施施工长期监测反馈分析岩石力学研究步骤的框图岩石力学研究步骤的框图岩石力学研究步骤的框图岩石力学研究步骤的框图1.4 岩体力学的研究方法岩体力学的研究方法岩体力学的研究方法岩体力学的研究方法1.5 岩体力学在其它学科中的地位岩体力学在其它学科中的地位岩体力学在其它学科中的地位岩体力学在其它学科中的地位岩石力学涉及两大学科岩石力学涉及两大学科岩石力学涉及两大学科岩石力学涉及两大学科：地质学科和力学学科地质学科和力学学科地质学科和力

21、学学科地质学科和力学学科岩体地质特征是岩体地质特征是岩体地质特征是岩体地质特征是物质基础物质基础物质基础物质基础，岩体力学特性是岩体力学特性是岩体力学特性是岩体力学特性是科学科学科学科学问题问题问题问题，而岩体工程性质是而岩体工程性质是而岩体工程性质是而岩体工程性质是研究目标研究目标研究目标研究目标目标必须明确目标必须明确目标必须明确目标必须明确，基础必须扎实基础必须扎实基础必须扎实基础必须扎实，原理必须正确原理必须正确原理必须正确原理必须正确2016/11/1712（1 1 1 1）材料力学阶段材料力学阶段材料力学阶段材料力学阶段普氏自然平衡拱理论普氏自然平衡拱理论普氏自然平衡拱理论普氏自然

22、平衡拱理论泰沙基岩柱应力传递理论泰沙基岩柱应力传递理论泰沙基岩柱应力传递理论泰沙基岩柱应力传递理论（2 2 2 2）两大学派争鸣阶段两大学派争鸣阶段两大学派争鸣阶段两大学派争鸣阶段地质力学的岩石力学学派地质力学的岩石力学学派地质力学的岩石力学学派地质力学的岩石力学学派（奥地利学派奥地利学派奥地利学派奥地利学派，缪勒缪勒缪勒缪勒）否认小岩块试件的力学否认小岩块试件的力学否认小岩块试件的力学否认小岩块试件的力学试验试验试验试验。主张原位测试主张原位测试主张原位测试主张原位测试，创立创立创立创立 “新奥法新奥法新奥法新奥法”。工程岩石力学学派工程岩石力学学派工程岩石力学学派工程岩石力学学派，法国塔洛

23、布尔法国塔洛布尔法国塔洛布尔法国塔洛布尔，偏重岩石的工程特性偏重岩石的工程特性偏重岩石的工程特性偏重岩石的工程特性，注重岩石弹注重岩石弹注重岩石弹注重岩石弹塑性理论研究塑性理论研究塑性理论研究塑性理论研究，岩块实验和原位测试并举岩块实验和原位测试并举岩块实验和原位测试并举岩块实验和原位测试并举。1.6 岩石力学的发展简史岩石力学的发展简史岩石力学的发展简史岩石力学的发展简史（3 3 3 3）岩体结构力学阶段岩体结构力学阶段岩体结构力学阶段岩体结构力学阶段岩体变形是由岩块变形和结构面变形两部分组成岩体变形是由岩块变形和结构面变形两部分组成岩体变形是由岩块变形和结构面变形两部分组成岩体变形是由岩块

24、变形和结构面变形两部分组成，岩体结构面控制着岩岩体结构面控制着岩岩体结构面控制着岩岩体结构面控制着岩体的变形体的变形体的变形体的变形。岩体结构力学是上述两大学派的交叉岩体结构力学是上述两大学派的交叉岩体结构力学是上述两大学派的交叉岩体结构力学是上述两大学派的交叉。（4 4 4 4）现代发展阶段现代发展阶段现代发展阶段现代发展阶段20世纪世纪世纪世纪60年代以来年代以来年代以来年代以来，计算机技术的迅速发展推动了岩土工程数值方法的计算机技术的迅速发展推动了岩土工程数值方法的计算机技术的迅速发展推动了岩土工程数值方法的计算机技术的迅速发展推动了岩土工程数值方法的广泛应用广泛应用广泛应用广泛应用。1

25、.6 岩石力学的发展简史岩石力学的发展简史岩石力学的发展简史岩石力学的发展简史1.7 我国岩石力学专业的期刊我国岩石力学专业的期刊我国岩石力学专业的期刊我国岩石力学专业的期刊岩石力学与工程学报岩石力学与工程学报岩石力学与工程学报岩石力学与工程学报岩土力学岩土力学岩土力学岩土力学1.7 我国岩石力学专业的期刊我国岩石力学专业的期刊我国岩石力学专业的期刊我国岩石力学专业的期刊岩土工程学报岩土工程学报岩土工程学报岩土工程学报水利学报水利学报水利学报水利学报2016/11/1713岩石岩石岩石岩石（体体体体）力学力学力学力学第二章第二章第二章第二章岩石的基本物理性质岩石的基本物理性质岩石的基本物理性质

26、岩石的基本物理性质本章主要介绍与岩石力学及工程特性密切相关本章主要介绍与岩石力学及工程特性密切相关本章主要介绍与岩石力学及工程特性密切相关本章主要介绍与岩石力学及工程特性密切相关的物理性质的物理性质的物理性质的物理性质，包括容重包括容重包括容重包括容重、密度密度密度密度、孔隙率孔隙率孔隙率孔隙率、风风风风化性化性化性化性、水理性水理性水理性水理性、导热和冻胀性等导热和冻胀性等导热和冻胀性等导热和冻胀性等。主要内容介绍主要内容介绍主要内容介绍主要内容介绍2.1 岩石的容重和相对密度岩石的容重和相对密度岩石的容重和相对密度岩石的容重和相对密度岩石由固体岩石由固体岩石由固体岩石由固体，水水水水，空气

27、等三相组成空气等三相组成空气等三相组成空气等三相组成。VW= = = = 单位体积的岩石的质量称为岩石的单位体积的岩石的质量称为岩石的单位体积的岩石的质量称为岩石的单位体积的岩石的质量称为岩石的密度密度密度密度。单位体积的岩单位体积的岩单位体积的岩单位体积的岩石的重力称为岩石的石的重力称为岩石的石的重力称为岩石的石的重力称为岩石的重度重度重度重度。所谓单位体积就是包括孔隙体所谓单位体积就是包括孔隙体所谓单位体积就是包括孔隙体所谓单位体积就是包括孔隙体积在内的体积积在内的体积积在内的体积积在内的体积。（g/cm3），g(kN /m3)岩石的密度可分为岩石的密度可分为岩石的密度可分为岩石的密度可分

28、为天然密度天然密度天然密度天然密度、干密度干密度干密度干密度和和和和饱和密度饱和密度饱和密度饱和密度。相应相应相应相应地地地地，岩石的重度可分为天然重度岩石的重度可分为天然重度岩石的重度可分为天然重度岩石的重度可分为天然重度、干重度和饱和重度干重度和饱和重度干重度和饱和重度干重度和饱和重度。2.1.1 岩石的容重岩石的容重岩石的容重岩石的容重(1)天然密度天然密度天然密度天然密度（） 和和和和 天然重度天然重度天然重度天然重度（）VW= = = = （g/cm3）(kN /m3)g = = = = 式中式中式中式中：W 天然状态下岩石试件的质量天然状态下岩石试件的质量天然状态下岩石试件的质量天

29、然状态下岩石试件的质量(g) ；V 岩石试件的体积岩石试件的体积岩石试件的体积岩石试件的体积(cm3) ；g 重力加速度重力加速度重力加速度重力加速度 。2.1 岩石的容重和相对密度岩石的容重和相对密度岩石的容重和相对密度岩石的容重和相对密度指岩石在天然状态下的密度和重度指岩石在天然状态下的密度和重度指岩石在天然状态下的密度和重度指岩石在天然状态下的密度和重度。2016/11/1714干密度干密度干密度干密度是指岩石孔隙中的液体全部被蒸发后单位体积岩是指岩石孔隙中的液体全部被蒸发后单位体积岩是指岩石孔隙中的液体全部被蒸发后单位体积岩是指岩石孔隙中的液体全部被蒸发后单位体积岩石的质量石的质量石的

30、质量石的质量，相应的重度即为相应的重度即为相应的重度即为相应的重度即为干重度干重度干重度干重度。VWsd= = = = （2）干密度干密度干密度干密度(d) 和和和和 干重度干重度干重度干重度(d)（g/cm3）(kN /m3)gdd = = = = 式中式中式中式中：Ws岩石试件烘干后的质量岩石试件烘干后的质量岩石试件烘干后的质量岩石试件烘干后的质量(g) ；V岩石试件的体积岩石试件的体积岩石试件的体积岩石试件的体积(cm3) ；g重力加速度重力加速度重力加速度重力加速度 。2.1 岩石的容重和相对密度岩石的容重和相对密度岩石的容重和相对密度岩石的容重和相对密度（3）饱和密度饱和密度饱和密度

31、饱和密度（）和饱和重度和饱和重度和饱和重度和饱和重度(w)饱和密度饱和密度饱和密度饱和密度就是饱水状态下岩石试件的密度就是饱水状态下岩石试件的密度就是饱水状态下岩石试件的密度就是饱水状态下岩石试件的密度。VWww= = = = 式中式中式中式中：WW饱水状态下岩石试件的质量饱水状态下岩石试件的质量饱水状态下岩石试件的质量饱水状态下岩石试件的质量(g)；V岩石试件的体积岩石试件的体积岩石试件的体积岩石试件的体积(cm3)；g重力加速度重力加速度重力加速度重力加速度。gww = = = = （g/cm3）(kN /m3)2.1 岩石的容重和相对密度岩石的容重和相对密度岩石的容重和相对密度岩石的容重

32、和相对密度2.1.2 岩石的比重岩石的比重岩石的比重岩石的比重()（相对密度相对密度相对密度相对密度）岩石的岩石的岩石的岩石的比重比重比重比重就是指岩石固体的质量与同体积水的质量就是指岩石固体的质量与同体积水的质量就是指岩石固体的质量与同体积水的质量就是指岩石固体的质量与同体积水的质量之比值之比值之比值之比值。岩石固体体积岩石固体体积岩石固体体积岩石固体体积，就是指不包括孔隙体积在内的就是指不包括孔隙体积在内的就是指不包括孔隙体积在内的就是指不包括孔隙体积在内的体积体积体积体积。岩石的比重可在实验室进行测定岩石的比重可在实验室进行测定岩石的比重可在实验室进行测定岩石的比重可在实验室进行测定，其

33、计算公式为其计算公式为其计算公式为其计算公式为：式中式中式中式中：岩石的比重岩石的比重岩石的比重岩石的比重；Ws干燥岩石的质量干燥岩石的质量干燥岩石的质量干燥岩石的质量(g) ;Vs岩石固体体积岩石固体体积岩石固体体积岩石固体体积(cm3) ;W 40C时水的密重时水的密重时水的密重时水的密重。wssVW = = = = 2.1 岩石的容重和相对密度岩石的容重和相对密度岩石的容重和相对密度岩石的容重和相对密度孔孔孔孔隙隙隙隙：岩石中孔隙和裂隙的总称岩石中孔隙和裂隙的总称岩石中孔隙和裂隙的总称岩石中孔隙和裂隙的总称。小开型孔隙小开型孔隙小开型孔隙小开型孔隙孔隙孔隙孔隙孔隙闭型孔隙闭型孔隙闭型孔隙

34、闭型孔隙开型孔隙开型孔隙开型孔隙开型孔隙大开型孔隙大开型孔隙大开型孔隙大开型孔隙闭型孔隙闭型孔隙闭型孔隙闭型孔隙：岩石中不与外界相通的孔隙岩石中不与外界相通的孔隙岩石中不与外界相通的孔隙岩石中不与外界相通的孔隙。开型孔隙开型孔隙开型孔隙开型孔隙：岩石中与外界相通的孔隙岩石中与外界相通的孔隙岩石中与外界相通的孔隙岩石中与外界相通的孔隙。包括大开型孔隙和小包括大开型孔隙和小包括大开型孔隙和小包括大开型孔隙和小开型孔隙开型孔隙开型孔隙开型孔隙。在常温下水能进入大开型孔隙在常温下水能进入大开型孔隙在常温下水能进入大开型孔隙在常温下水能进入大开型孔隙，而不能进入小开型孔隙而不能进入小开型孔隙而不能进入小

35、开型孔隙而不能进入小开型孔隙。只有在真空中或在只有在真空中或在只有在真空中或在只有在真空中或在150150150150个大气压以上个大气压以上个大气压以上个大气压以上，水才能进入小开型孔隙水才能进入小开型孔隙水才能进入小开型孔隙水才能进入小开型孔隙。孔隙度孔隙度孔隙度孔隙度：指岩石的裂隙和孔隙发育程度指岩石的裂隙和孔隙发育程度指岩石的裂隙和孔隙发育程度指岩石的裂隙和孔隙发育程度，其衡量指标其衡量指标其衡量指标其衡量指标为孔隙率为孔隙率为孔隙率为孔隙率(n)(n)(n)(n)或孔隙比或孔隙比或孔隙比或孔隙比（e e e e）。2.2 岩石岩石岩石岩石的的的的孔性孔性孔性孔性2016/11/171

36、51、孔隙率孔隙率孔隙率孔隙率2.2.1 定义定义定义定义(1)总总总总孔隙孔隙孔隙孔隙率率率率n:即岩石试件内孔隙的体积即岩石试件内孔隙的体积即岩石试件内孔隙的体积即岩石试件内孔隙的体积（VV)占试件总体占试件总体占试件总体占试件总体积积积积(V)的百分比的百分比的百分比的百分比。%100 = = = =VVnV2.2 岩石的孔隙性岩石的孔隙性岩石的孔隙性岩石的孔隙性所谓所谓所谓所谓孔隙比孔隙比孔隙比孔隙比是指岩石试件内孔隙的体积是指岩石试件内孔隙的体积是指岩石试件内孔隙的体积是指岩石试件内孔隙的体积（VV)与岩石试与岩石试与岩石试与岩石试件内固体矿物颗粒的体积件内固体矿物颗粒的体积件内固体

37、矿物颗粒的体积件内固体矿物颗粒的体积（Vs)之比之比之比之比。nnVVVVVesssV = = = = = = = = = = =12 、孔隙比孔隙比孔隙比孔隙比(e)2.2 岩石的孔隙性岩石的孔隙性岩石的孔隙性岩石的孔隙性岩石的含水率岩石的含水率岩石的含水率岩石的含水率：岩石孔隙中含水量岩石孔隙中含水量岩石孔隙中含水量岩石孔隙中含水量mW与固体质与固体质与固体质与固体质量量量量m1之比的百分数之比的百分数之比的百分数之比的百分数W = mW/m1（%）2.3 岩石的岩石的岩石的岩石的水理性质水理性质水理性质水理性质岩石遇水后会引起某些物理岩石遇水后会引起某些物理岩石遇水后会引起某些物理岩石遇

38、水后会引起某些物理、化学和力学性质的化学和力学性质的化学和力学性质的化学和力学性质的改变改变改变改变，岩石的这种性质称为岩石的水理性岩石的这种性质称为岩石的水理性岩石的这种性质称为岩石的水理性岩石的这种性质称为岩石的水理性2.3.1岩石的含水性质岩石的含水性质岩石的含水性质岩石的含水性质2.3.2 岩石吸水率岩石吸水率岩石吸水率岩石吸水率(1)：岩石的吸水率岩石的吸水率岩石的吸水率岩石的吸水率是指岩石试件在标准大气压力下吸入水的重是指岩石试件在标准大气压力下吸入水的重是指岩石试件在标准大气压力下吸入水的重是指岩石试件在标准大气压力下吸入水的重量量量量W1与岩石干重量与岩石干重量与岩石干重量与岩

39、石干重量Ws之比之比之比之比。岩石的吸水率的大小岩石的吸水率的大小岩石的吸水率的大小岩石的吸水率的大小，取决于岩石所含孔隙取决于岩石所含孔隙取决于岩石所含孔隙取决于岩石所含孔隙、裂隙的数量裂隙的数量裂隙的数量裂隙的数量、大小大小大小大小、开闭程度及其分布情况开闭程度及其分布情况开闭程度及其分布情况开闭程度及其分布情况，并且还与试验条件并且还与试验条件并且还与试验条件并且还与试验条件（整体和整体和整体和整体和碎块碎块碎块碎块，浸水时间等浸水时间等浸水时间等浸水时间等）有关有关有关有关。根据岩石的吸水率可求得岩石的大开根据岩石的吸水率可求得岩石的大开根据岩石的吸水率可求得岩石的大开根据岩石的吸水率

40、可求得岩石的大开孔隙孔隙孔隙孔隙率率率率nb：%10011 = = = = sWWsnbsnbbWVVWVVn = = = = = = =式中式中式中式中：Ws为干燥岩石的重量为干燥岩石的重量为干燥岩石的重量为干燥岩石的重量；d,w分别为干燥岩石和水的重度分别为干燥岩石和水的重度分别为干燥岩石和水的重度分别为干燥岩石和水的重度。wdnbsWVVW 111= = = = = = = =2.3 岩石的岩石的岩石的岩石的水理性质水理性质水理性质水理性质2016/11/1716Adxdhkqx=dxdh2.3.3 岩石的渗透性岩石的渗透性岩石的渗透性岩石的渗透性在一定的水压作用下在一定的水压作用下在一

41、定的水压作用下在一定的水压作用下，水穿透岩石的能力水穿透岩石的能力水穿透岩石的能力水穿透岩石的能力。反映了岩石中裂隙反映了岩石中裂隙反映了岩石中裂隙反映了岩石中裂隙向相互连通的程度向相互连通的程度向相互连通的程度向相互连通的程度，大多渗透性可用达西大多渗透性可用达西大多渗透性可用达西大多渗透性可用达西（Darcy）定律描述定律描述定律描述定律描述：（m3/s）水头变化率水头变化率水头变化率水头变化率；qx沿沿沿沿x方向水的流量方向水的流量方向水的流量方向水的流量；h水头高度水头高度水头高度水头高度；A垂直垂直垂直垂直x方向的截面面积方向的截面面积方向的截面面积方向的截面面积；k渗透系数渗透系数

42、渗透系数渗透系数。2.3 岩石的岩石的岩石的岩石的水理性质水理性质水理性质水理性质2.3.4岩石的软化性岩石的软化性岩石的软化性岩石的软化性软化系数软化系数软化系数软化系数：Rcc饱和单轴抗压强度饱和单轴抗压强度饱和单轴抗压强度饱和单轴抗压强度Rcd干燥单轴抗压强度干燥单轴抗压强度干燥单轴抗压强度干燥单轴抗压强度；（）越小越小越小越小，表示岩石受水的影响越大表示岩石受水的影响越大表示岩石受水的影响越大表示岩石受水的影响越大。cdccRR /=1软化性软化性软化性软化性：岩石浸水饱和后强度降低的性质岩石浸水饱和后强度降低的性质岩石浸水饱和后强度降低的性质岩石浸水饱和后强度降低的性质2.3 岩石的

43、岩石的岩石的岩石的水理性质水理性质水理性质水理性质(1)自由膨胀率自由膨胀率自由膨胀率自由膨胀率：无约束条件下无约束条件下无约束条件下无约束条件下，浸水后胀变形与原尺寸之比浸水后胀变形与原尺寸之比浸水后胀变形与原尺寸之比浸水后胀变形与原尺寸之比轴向自由膨胀轴向自由膨胀轴向自由膨胀轴向自由膨胀（%）H试件高度试件高度试件高度试件高度径向自由膨胀径向自由膨胀径向自由膨胀径向自由膨胀（%）D直径直径直径直径HHVH/=DDVD/=2.3.5 岩石的膨胀性岩石的膨胀性岩石的膨胀性岩石的膨胀性膨胀性膨胀性膨胀性膨胀性：含黏土矿物的岩石含黏土矿物的岩石含黏土矿物的岩石含黏土矿物的岩石，遇水发生膨胀的性质遇

44、水发生膨胀的性质遇水发生膨胀的性质遇水发生膨胀的性质2.3 岩石的水理性质岩石的水理性质岩石的水理性质岩石的水理性质(2) 岩石的侧向约束膨胀率岩石的侧向约束膨胀率岩石的侧向约束膨胀率岩石的侧向约束膨胀率：在侧向约束条件下浸入水中在侧向约束条件下浸入水中在侧向约束条件下浸入水中在侧向约束条件下浸入水中，使使使使岩石试件仅产生轴向膨胀变形而求得的膨胀率岩石试件仅产生轴向膨胀变形而求得的膨胀率岩石试件仅产生轴向膨胀变形而求得的膨胀率岩石试件仅产生轴向膨胀变形而求得的膨胀率。（%）H试件高度试件高度试件高度试件高度h/h1hp=V(3) 膨胀压力膨胀压力膨胀压力膨胀压力：岩石试件浸水后岩石试件浸水后

45、岩石试件浸水后岩石试件浸水后，使其保持原有体积所需施加使其保持原有体积所需施加使其保持原有体积所需施加使其保持原有体积所需施加的最大压力的最大压力的最大压力的最大压力。2.3 岩石的水理性质岩石的水理性质岩石的水理性质岩石的水理性质2016/11/17172.3.6 岩石的抗冻性岩石的抗冻性岩石的抗冻性岩石的抗冻性岩石抵抗冻融循环的能力岩石抵抗冻融循环的能力岩石抵抗冻融循环的能力岩石抵抗冻融循环的能力，称为称为称为称为抗冻性抗冻性抗冻性抗冻性。常用冻融系数和质常用冻融系数和质常用冻融系数和质常用冻融系数和质量损失率来表示量损失率来表示量损失率来表示量损失率来表示。(1)冻融系数冻融系数冻融系数

46、冻融系数是指岩石试件经反复冻融后的干抗压强度是指岩石试件经反复冻融后的干抗压强度是指岩石试件经反复冻融后的干抗压强度是指岩石试件经反复冻融后的干抗压强度（Rc2）与冻融前干抗压强度与冻融前干抗压强度与冻融前干抗压强度与冻融前干抗压强度（Rc1）之比之比之比之比，用百分数表示即用百分数表示即用百分数表示即用百分数表示即，%100C12R=ccRR(2)质量损失率质量损失率质量损失率质量损失率（Cm）是指冻融试验前后干质量之差是指冻融试验前后干质量之差是指冻融试验前后干质量之差是指冻融试验前后干质量之差（mc1-mc2）与试验前干质量与试验前干质量与试验前干质量与试验前干质量（mc1）之比之比之比

47、之比，以百分数表示即以百分数表示即以百分数表示即以百分数表示即，%100C121=cccmmmm2.3 岩石的水理性质岩石的水理性质岩石的水理性质岩石的水理性质2.3.6 岩石的抗冻性岩石的抗冻性岩石的抗冻性岩石的抗冻性西部寒区四季交替变化的自然冻融循环，对岩土工程稳定性的影响是一个不可忽视的主要因素。由于岩体本身就是一种自然损伤材料，且含水量较高，冻结时，部分水分的凝固将导致岩体原有的平衡损伤破坏，引起水分向正冻带运动，在其内部形成水、冰、岩的多相损伤介质。2.3 岩石的水理性质岩石的水理性质岩石的水理性质岩石的水理性质多年冻土区非冻土区岩体中冰体的形成和发育，使冻结面处各相的受力情况发生变

48、化产生巨大的冻胀力。这种不均匀的冻胀力和冻胀变形对岩土工程稳定性产生重要的影响，而在融化过程中这种变形不能完全恢复，从而加剧了岩土体内部的缩胀、损伤开裂等一系列物理、力学的交替变化，加剧了岩土工程失稳及各种冻害。2.3.6 岩石的抗冻性岩石的抗冻性岩石的抗冻性岩石的抗冻性我国近20 年来大兴土木，如青藏铁路和青藏公路建设，南水北调工程；中俄、中哈石油管线建设；东北及西部众多深长隧道工程；岩质边坡的冻融剥蚀、滑塌以至滑坡；隧道岩体的冻胀开裂、失稳；路基及建筑地基由于冻融产生的岩石底板冻胀抬升和融化下沉；输油气管线围岩的冻胀使得管道挤压开裂；液化天然气储存库岩腔冻胀影响储存罐的安全等，这些都为我们

49、研究冻岩问题提供了契机。2.3 岩石的水理性质岩石的水理性质岩石的水理性质岩石的水理性质2.3.6 岩石的抗冻性岩石的抗冻性岩石的抗冻性岩石的抗冻性2.3 岩石的水理性质岩石的水理性质岩石的水理性质岩石的水理性质2016/11/17182.3.6 岩石的抗冻性岩石的抗冻性岩石的抗冻性岩石的抗冻性2.3 岩石的水理性质岩石的水理性质岩石的水理性质岩石的水理性质岩石岩石岩石岩石（体体体体）力学力学力学力学第三章第三章第三章第三章岩石的基本物理力学性质岩石的基本物理力学性质岩石的基本物理力学性质岩石的基本物理力学性质本章内容本章内容本章内容本章内容：3-1 概述概述概述概述3-2 岩石的岩石的岩石的

50、岩石的强度性质强度性质强度性质强度性质3-3 岩石的岩石的岩石的岩石的变形性质变形性质变形性质变形性质3-4 岩石的流变性质岩石的流变性质岩石的流变性质岩石的流变性质3-5 岩石的强度准则岩石的强度准则岩石的强度准则岩石的强度准则1、岩石的基本物理性质岩石的基本物理性质岩石的基本物理性质岩石的基本物理性质；2、岩石的单轴压缩变形特性岩石的单轴压缩变形特性岩石的单轴压缩变形特性岩石的单轴压缩变形特性，应力应力应力应力应变全过程曲应变全过程曲应变全过程曲应变全过程曲线线线线的的的的工工工工程程程程意义意义意义意义；3、岩石的抗压岩石的抗压岩石的抗压岩石的抗压强强强强度度度度、抗抗抗抗拉强拉强拉强拉

51、强度度度度、抗抗抗抗剪强剪强剪强剪强度及其实验室测定度及其实验室测定度及其实验室测定度及其实验室测定方方方方法法法法；4、岩石在三轴压缩条件下的力岩石在三轴压缩条件下的力岩石在三轴压缩条件下的力岩石在三轴压缩条件下的力学学学学特性特性特性特性；5、莫尔强莫尔强莫尔强莫尔强度理度理度理度理论论论论、格里菲斯断格里菲斯断格里菲斯断格里菲斯断裂裂裂裂强强强强度理度理度理度理论论论论及及及及判判判判据据据据；6、岩石的流变性岩石的流变性岩石的流变性岩石的流变性。重点内容重点内容重点内容重点内容：2016/11/1719岩石的流变性岩石的流变性岩石的流变性岩石的流变性。难点内容难点内容难点内容难点内容：

52、脆性脆性脆性脆性、塑性塑性塑性塑性、延性延性延性延性、粘性粘性粘性粘性（流变性流变性流变性流变性）；）；）；）；蠕变蠕变蠕变蠕变；松松松松弛弛弛弛；弹性后效弹性后效弹性后效弹性后效；扩容扩容扩容扩容；岩石的强度岩石的强度岩石的强度岩石的强度；抗压强度抗压强度抗压强度抗压强度；抗抗抗抗拉强度拉强度拉强度拉强度；抗剪强度抗剪强度抗剪强度抗剪强度；峰值强度峰值强度峰值强度峰值强度；长期强度长期强度长期强度长期强度；残余强残余强残余强残余强度度度度；岩石的变形岩石的变形岩石的变形岩石的变形；全应力全应力全应力全应力应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线；刚性压力机刚性压力机刚性压力机刚性压力机；强度理论强度

53、理论强度理论强度理论。关键术语关键术语关键术语关键术语：1、必须掌握必须掌握必须掌握必须掌握本本本本课课课课程重点程重点程重点程重点难难难难点内点内点内点内容容容容；2、了了了了解解解解岩石的岩石的岩石的岩石的扩容扩容扩容扩容；3、了了了了解影响解影响解影响解影响岩石力岩石力岩石力岩石力学学学学性质的性质的性质的性质的因素因素因素因素；4、理理理理解解解解岩石流变本岩石流变本岩石流变本岩石流变本构模构模构模构模型型型型。基本要求基本要求基本要求基本要求：岩石岩石岩石岩石工工工工程程程程结构结构结构结构在多大外力作用下在多大外力作用下在多大外力作用下在多大外力作用下，会引起局会引起局会引起局会引

54、起局部或整体部或整体部或整体部或整体破坏破坏破坏破坏；3-1 概述概述概述概述对对对对岩石力岩石力岩石力岩石力学工学工学工学工程实程实程实程实践践践践来来来来讲讲讲讲，岩石力岩石力岩石力岩石力学必须回答两学必须回答两学必须回答两学必须回答两个个个个问题问题问题问题：在在在在荷载荷载荷载荷载作用下作用下作用下作用下，岩石岩石岩石岩石工工工工程程程程结构结构结构结构所所所所产产产产生的变形是生的变形是生的变形是生的变形是否会影响工否会影响工否会影响工否会影响工程程程程正正正正常的使用常的使用常的使用常的使用。2016/11/1720弹弹弹弹性性性性：指物体在外力作用下发生变形指物体在外力作用下发生

55、变形指物体在外力作用下发生变形指物体在外力作用下发生变形，当当当当外力外力外力外力撤出撤出撤出撤出后变形后变形后变形后变形能能能能够恢复够恢复够恢复够恢复的性质的性质的性质的性质。塑塑塑塑性性性性：指物体在外力作用下发生变形指物体在外力作用下发生变形指物体在外力作用下发生变形指物体在外力作用下发生变形，当当当当外力外力外力外力撤出撤出撤出撤出后变形后变形后变形后变形不能不能不能不能恢复恢复恢复恢复的性质的性质的性质的性质。脆脆脆脆性性性性：物体在外力作用下变形物体在外力作用下变形物体在外力作用下变形物体在外力作用下变形很很很很小时就发生小时就发生小时就发生小时就发生破坏破坏破坏破坏的性质的性质

56、的性质的性质。延延延延性性性性：物体能物体能物体能物体能够承受较够承受较够承受较够承受较大的大的大的大的塑塑塑塑性变形而不性变形而不性变形而不性变形而不丧丧丧丧失其失其失其失其承载承载承载承载能力能力能力能力的性质的性质的性质的性质。黏黏黏黏性性性性（流变性流变性流变性流变性）：物体物体物体物体受受受受力后变形不能在力后变形不能在力后变形不能在力后变形不能在瞬瞬瞬瞬间间间间完完完完成成成成，且应且应且应且应变速度变速度变速度变速度（d/dt）随随随随应力大小而变应力大小而变应力大小而变应力大小而变化化化化的性质的性质的性质的性质。3-1 概述概述概述概述（1）屈服屈服屈服屈服：岩石岩石岩石岩石

57、受荷载受荷载受荷载受荷载作用后作用后作用后作用后，随着荷载随着荷载随着荷载随着荷载的的的的增增增增大大大大，由由由由弹弹弹弹性状性状性状性状态过态过态过态过渡到塑渡到塑渡到塑渡到塑性状态性状态性状态性状态，这种这种这种这种过过过过渡渡渡渡称为称为称为称为屈服屈服屈服屈服。（2）破坏破坏破坏破坏：把材料把材料把材料把材料进入无进入无进入无进入无限塑限塑限塑限塑性性性性增增增增大时称为大时称为大时称为大时称为破坏破坏破坏破坏。（3）岩石的岩石的岩石的岩石的强强强强度度度度：是指岩石抵抗是指岩石抵抗是指岩石抵抗是指岩石抵抗破坏破坏破坏破坏的能力的能力的能力的能力。岩石在外力作岩石在外力作岩石在外力作

58、岩石在外力作用下用下用下用下，当当当当应力达应力达应力达应力达到某到某到某到某一一一一极限极限极限极限值时值时值时值时便便便便发生发生发生发生破坏破坏破坏破坏，这这这这个个个个极限极限极限极限值就值就值就值就是岩石的是岩石的是岩石的是岩石的强强强强度度度度。3-2 岩石的强度特性岩石的强度特性岩石的强度特性岩石的强度特性基本概念基本概念基本概念基本概念：3.2.1岩石的单轴抗压强度岩石的单轴抗压强度岩石的单轴抗压强度岩石的单轴抗压强度3.2.1.1定义定义定义定义APc= = = = 岩石的单轴抗压强度是指在无侧限条件下，岩石试件破坏前所能承受的最大轴向应力。通常表达为：试件制作试件制作试件制

59、作试件制作：岩石试件的大小岩石试件的大小岩石试件的大小岩石试件的大小、形状形状形状形状、高宽比高宽比高宽比高宽比、加工精度都会直接影响试加工精度都会直接影响试加工精度都会直接影响试加工精度都会直接影响试验结果验结果验结果验结果。国际岩石力学学会国际岩石力学学会国际岩石力学学会国际岩石力学学会（ISRM）1979年开始陆续发表了关于岩石试年开始陆续发表了关于岩石试年开始陆续发表了关于岩石试年开始陆续发表了关于岩石试验的制作标准验的制作标准验的制作标准验的制作标准、加载时间和加载速度加载时间和加载速度加载时间和加载速度加载时间和加载速度。单轴压缩实验单轴压缩实验单轴压缩实验单轴压缩实验：1. IS

60、RM建议岩石单轴压缩试件的高径比为建议岩石单轴压缩试件的高径比为建议岩石单轴压缩试件的高径比为建议岩石单轴压缩试件的高径比为2.5-3，主主主主要为了避免或减轻端部效应要为了避免或减轻端部效应要为了避免或减轻端部效应要为了避免或减轻端部效应；2. ISRM还建议在岩石试件的上还建议在岩石试件的上还建议在岩石试件的上还建议在岩石试件的上、下加垫块下加垫块下加垫块下加垫块。3.2.1岩石的单轴抗压强度岩石的单轴抗压强度岩石的单轴抗压强度岩石的单轴抗压强度3.2.1.2试验试验试验试验2016/11/1721数据整理数据整理数据整理数据整理：计算计算计算计算- - - -求平均值求平均值求平均值求平

61、均值- - - -求偏差求偏差求偏差求偏差- - - -求标准方差求标准方差求标准方差求标准方差- - - -求离散系数求离散系数求离散系数求离散系数- - - -评价试评价试评价试评价试验结果验结果验结果验结果非标准试件的修正非标准试件的修正非标准试件的修正非标准试件的修正：3.2.1岩石的单轴抗压强度岩石的单轴抗压强度岩石的单轴抗压强度岩石的单轴抗压强度3.2.1.2试验试验试验试验圆锥圆锥圆锥圆锥形形形形破坏破坏破坏破坏3.2.1岩石的单轴抗压强度岩石的单轴抗压强度岩石的单轴抗压强度岩石的单轴抗压强度3.2.1.3破坏形态破坏形态破坏形态破坏形态柱柱柱柱状状状状劈劈劈劈裂裂裂裂破破破破坏

62、坏坏坏（1）承压板的影响承压板的影响承压板的影响承压板的影响（2）试件尺寸及形状的影响试件尺寸及形状的影响试件尺寸及形状的影响试件尺寸及形状的影响（3）加载速率的影响加载速率的影响加载速率的影响加载速率的影响（4）环境的影响环境的影响环境的影响环境的影响（5）层理结构的影响层理结构的影响层理结构的影响层理结构的影响3.2.1岩石的单轴抗压强度岩石的单轴抗压强度岩石的单轴抗压强度岩石的单轴抗压强度3.2.1.3影响因素影响因素影响因素影响因素1、直接拉伸试验直接拉伸试验直接拉伸试验直接拉伸试验APt = = = = 3.2.2岩石的单轴抗拉强度岩石的单轴抗拉强度岩石的单轴抗拉强度岩石的单轴抗拉强

63、度2016/11/17222、间接拉伸试验间接拉伸试验间接拉伸试验间接拉伸试验劈裂法劈裂法劈裂法劈裂法（巴西试验法巴西试验法巴西试验法巴西试验法）3.2.2岩石的单轴抗拉强度岩石的单轴抗拉强度岩石的单轴抗拉强度岩石的单轴抗拉强度方形试件方形试件方形试件方形试件：ahPt 2 = = = =式中式中式中式中：P破坏破坏破坏破坏时的时的时的时的荷载荷载荷载荷载，N;d试件直径试件直径试件直径试件直径，cm；t试件试件试件试件厚厚厚厚度度度度，cm；a，h方形方形方形方形试件试件试件试件边长边长边长边长和和和和厚厚厚厚度度度度，cm。圆饼圆饼圆饼圆饼试件试件试件试件：tdPt 2 = = = =3.

64、2.2岩石的单轴抗拉强度岩石的单轴抗拉强度岩石的单轴抗拉强度岩石的单轴抗拉强度2、间接拉伸试验间接拉伸试验间接拉伸试验间接拉伸试验1、剪切面上无压应力的剪切试验剪切面上无压应力的剪切试验剪切面上无压应力的剪切试验剪切面上无压应力的剪切试验3.2.2岩石的抗剪强度岩石的抗剪强度岩石的抗剪强度岩石的抗剪强度AP=AT=试件尺寸试件尺寸试件尺寸试件尺寸：直径或边长不小于直径或边长不小于直径或边长不小于直径或边长不小于50mm，高度应等于直径或边长高度应等于直径或边长高度应等于直径或边长高度应等于直径或边长。改变改变改变改变P,即可测得多组即可测得多组即可测得多组即可测得多组、，作出作出作出作出曲线曲

65、线曲线曲线。2、剪切面上有压应力的剪切试验剪切面上有压应力的剪切试验剪切面上有压应力的剪切试验剪切面上有压应力的剪切试验3.2.2岩石的抗剪强度岩石的抗剪强度岩石的抗剪强度岩石的抗剪强度2016/11/17233.2.2岩石的抗剪强度岩石的抗剪强度岩石的抗剪强度岩石的抗剪强度2、剪切面上有压应力的剪切试验剪切面上有压应力的剪切试验剪切面上有压应力的剪切试验剪切面上有压应力的剪切试验3、斜剪试验斜剪试验斜剪试验斜剪试验(角模压剪试验角模压剪试验角模压剪试验角模压剪试验)忽略端忽略端忽略端忽略端部部部部摩擦摩擦摩擦摩擦力力力力，根据力的根据力的根据力的根据力的平平平平衡原理衡原理衡原理衡原理，作作

66、作作用于用于用于用于剪切剪切剪切剪切面上的面上的面上的面上的法法法法向力向力向力向力N N N N和和和和切切切切向力向力向力向力Q Q Q Q可可可可按按按按下下下下式计算式计算式计算式计算：N = PcosQ = Psin剪切剪切剪切剪切面上的面上的面上的面上的法法法法向应力向应力向应力向应力和和和和剪剪剪剪应力应力应力应力为为为为： cosAPAN= = = = = = = sinAPAQ= = = = = = =3.2.2岩石的抗剪强度岩石的抗剪强度岩石的抗剪强度岩石的抗剪强度这是一种简易、快速、价廉的测定岩石的单轴抗拉强度和抗压强度的试验方法。3.2.4点载荷试验点载荷试验点载荷试验

67、点载荷试验岩石在三轴压缩下的岩石在三轴压缩下的岩石在三轴压缩下的岩石在三轴压缩下的极限极限极限极限应力应力应力应力1c为三轴抗压为三轴抗压为三轴抗压为三轴抗压强强强强度度度度，它它它它随围随围随围随围压压压压增增增增大而大而大而大而升升升升高高高高。真三轴试验真三轴试验真三轴试验真三轴试验假假假假三轴试验三轴试验三轴试验三轴试验3.2.5岩石的三轴抗压强度岩石的三轴抗压强度岩石的三轴抗压强度岩石的三轴抗压强度2016/11/17243.2.5岩石的三轴抗压强度岩石的三轴抗压强度岩石的三轴抗压强度岩石的三轴抗压强度3.2.5岩石的三轴抗压强度岩石的三轴抗压强度岩石的三轴抗压强度岩石的三轴抗压强度

68、 3.2.5岩石的三轴抗压强度岩石的三轴抗压强度岩石的三轴抗压强度岩石的三轴抗压强度3.2.5岩石的三轴抗压强度岩石的三轴抗压强度岩石的三轴抗压强度岩石的三轴抗压强度2016/11/1725三轴压缩试验的破坏类型三轴压缩试验的破坏类型三轴压缩试验的破坏类型三轴压缩试验的破坏类型3.2.5岩石的三轴抗压强度岩石的三轴抗压强度岩石的三轴抗压强度岩石的三轴抗压强度31sin1sin1 + + + + + + += = = =cc按照莫尔强按照莫尔强按照莫尔强按照莫尔强度理度理度理度理论论论论,可可可可按按按按下式计算三向抗压下式计算三向抗压下式计算三向抗压下式计算三向抗压强强强强度度度度:式中式中式

69、中式中: 1c岩石的三向抗压强度岩石的三向抗压强度岩石的三向抗压强度岩石的三向抗压强度；c岩石的单向抗压强度岩石的单向抗压强度岩石的单向抗压强度岩石的单向抗压强度；岩石的内摩擦角岩石的内摩擦角岩石的内摩擦角岩石的内摩擦角。3.2.5岩石的三轴抗压强度岩石的三轴抗压强度岩石的三轴抗压强度岩石的三轴抗压强度弹弹弹弹性变形性变形性变形性变形塑塑塑塑性变形性变形性变形性变形线弹线弹线弹线弹性变形性变形性变形性变形非线弹非线弹非线弹非线弹性变形性变形性变形性变形变形变形变形变形3-3 岩石的变形特性岩石的变形特性岩石的变形特性岩石的变形特性试件爆裂刚性试验机岩石应力-应变全过程曲线伴随试验手段和计算技术

70、的发展，岩石力学是一门逐步发展和持续前进的学科。刚刚刚刚度度度度K K K K：指物体指物体指物体指物体产产产产生单位位生单位位生单位位生单位位移移移移所需的外力所需的外力所需的外力所需的外力。hPK=SEsssSssssssPsEsSPKhhhhhhssh=岩岩岩岩 石石石石mmMNKs/5 . 0普普普普通试验通试验通试验通试验机机机机mmMNKm/2 . 015. 03.3.1刚性试验机的工作原理刚性试验机的工作原理刚性试验机的工作原理刚性试验机的工作原理3.3.1.1 含义含义含义含义：2016/11/1726压力压力压力压力机机机机加压加压加压加压（贮存弹贮存弹贮存弹贮存弹性应能性应

71、能性应能性应能）岩石试件达岩石试件达岩石试件达岩石试件达峰峰峰峰点点点点强强强强度度度度（释放释放释放释放应变能应变能应变能应变能）导致导致导致导致试件试件试件试件崩溃崩溃崩溃崩溃。AAO2O1面积面积面积面积峰峰峰峰点后点后点后点后，岩块岩块岩块岩块产产产产生生生生微微微微小位小位小位小位移移移移所需的能所需的能所需的能所需的能。ACO2O1面积面积面积面积峰峰峰峰点后点后点后点后，刚刚刚刚体体体体机释放机释放机释放机释放的能的能的能的能（贮存贮存贮存贮存的能的能的能的能）。ABO2O1峰峰峰峰点后点后点后点后，普普普普通通通通机释放机释放机释放机释放的能的能的能的能（贮存贮存贮存贮存的能的

72、能的能的能）。3.3.1.2 刚性试验机的工作原理刚性试验机的工作原理刚性试验机的工作原理刚性试验机的工作原理3.3.1刚性试验机的工作原理刚性试验机的工作原理刚性试验机的工作原理刚性试验机的工作原理3.3.1.3测定岩石峰值后应力测定岩石峰值后应力测定岩石峰值后应力测定岩石峰值后应力-应变曲线的途径应变曲线的途径应变曲线的途径应变曲线的途径1.提提提提高试验高试验高试验高试验机刚机刚机刚机刚度度度度2.改改改改变变变变峰峰峰峰值后的加值后的加值后的加值后的加载载载载方式方式方式方式3.伺服控制伺服控制伺服控制伺服控制试件位试件位试件位试件位移移移移3.3.1刚性试验机的工作原理刚性试验机的工

73、作原理刚性试验机的工作原理刚性试验机的工作原理伺服伺服伺服伺服试验试验试验试验机机机机原理示原理示原理示原理示意图意图意图意图1.岩石试件岩石试件岩石试件岩石试件；2.垫垫垫垫块块块块；3.上压上压上压上压板板板板；4.下压下压下压下压板板板板；5.位位位位移传感器移传感器移传感器移传感器3.3.1刚性试验机的工作原理刚性试验机的工作原理刚性试验机的工作原理刚性试验机的工作原理各类各类各类各类岩石的变形特性岩石的变形特性岩石的变形特性岩石的变形特性差别很差别很差别很差别很大大大大，根据根据根据根据峰峰峰峰值后变形曲值后变形曲值后变形曲值后变形曲线线线线特特特特征将征将征将征将岩岩岩岩块全过程曲

74、块全过程曲块全过程曲块全过程曲线线线线分为分为分为分为稳稳稳稳定型和定型和定型和定型和非稳非稳非稳非稳定型曲定型曲定型曲定型曲线线线线。型为型为型为型为稳定型稳定型稳定型稳定型，当当当当试件所试件所试件所试件所受受受受的的的的荷载超荷载超荷载超荷载超过其过其过其过其峰峰峰峰值应力后值应力后值应力后值应力后，只有只有只有只有在外力在外力在外力在外力继续继续继续继续作作作作功功功功的情况下的情况下的情况下的情况下，才能使其变形进一才能使其变形进一才能使其变形进一才能使其变形进一步步步步发发发发展展展展。型为型为型为型为非稳定型非稳定型非稳定型非稳定型，该类该类该类该类试件试件试件试件将出现将出现将

75、出现将出现不不不不稳稳稳稳定的裂定的裂定的裂定的裂纹扩展纹扩展纹扩展纹扩展，峰峰峰峰值后无需外力值后无需外力值后无需外力值后无需外力继续继续继续继续作作作作功功功功，试件试件试件试件会会会会持持持持续续续续变形变形变形变形，直直直直至丧至丧至丧至丧失失失失承载承载承载承载能力能力能力能力。3.3.2 岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性3.3.2.1 概述概述概述概述峰前阶段裂隙压密弹性变形塑性变形峰后阶段应变软化2016/11/1727（1）0A段段段段：微微微微裂隙闭裂隙闭裂隙闭裂隙闭合阶段合阶段合阶段合阶

76、段,微微微微裂隙压密裂隙压密裂隙压密裂隙压密极限极限极限极限A。（2）AB段段段段：近似近似近似近似直直直直线线线线，弹弹弹弹性性性性阶段阶段阶段阶段，B为为为为弹弹弹弹性性性性极限极限极限极限。（3）BC段段段段：屈服阶段屈服阶段屈服阶段屈服阶段，C为为为为屈服极限屈服极限屈服极限屈服极限。（4）CD段段段段：破坏阶段破坏阶段破坏阶段破坏阶段，D为为为为强强强强度度度度极限极限极限极限，即单轴抗压即单轴抗压即单轴抗压即单轴抗压强强强强度度度度。（5）DE段段段段：即即即即破坏破坏破坏破坏后后后后阶段阶段阶段阶段,E为为为为残余强残余强残余强残余强度度度度。3.3.2.2 变形特性变形特性变形

77、特性变形特性3.3.2 岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性（1）直直直直线线线线型型型型：弹弹弹弹性性性性、脆脆脆脆性性性性石石石石英英英英英英英英、玄武玄武玄武玄武岩岩岩岩、坚硬砂坚硬砂坚硬砂坚硬砂岩岩岩岩。（2）下下下下凹凹凹凹型型型型：弹弹弹弹塑塑塑塑性性性性石石石石灰灰灰灰岩岩岩岩、粉砂粉砂粉砂粉砂岩岩岩岩；软化效软化效软化效软化效应应应应。（3）上上上上凹凹凹凹型型型型：塑塑塑塑弹弹弹弹性性性性硬化效硬化效硬化效硬化效应应应应，原生裂隙压密原生裂隙压密原生裂隙压密原生裂隙压密，实体部分实体部分实体部

78、分实体部分坚硬坚硬坚硬坚硬的岩石的岩石的岩石的岩石。例如例如例如例如：片麻片麻片麻片麻岩岩岩岩。（4）S型型型型：塑塑塑塑弹弹弹弹塑塑塑塑型型型型多孔隙多孔隙多孔隙多孔隙，实体部分实体部分实体部分实体部分较软较软较软较软的岩石的岩石的岩石的岩石：沉沉沉沉积岩积岩积岩积岩（页页页页岩岩岩岩）3.3.2.3 岩石应力岩石应力岩石应力岩石应力-应变曲线类型应变曲线类型应变曲线类型应变曲线类型3.3.2 岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性普普普普通试验通试验通试验通试验机机机机中单轴压缩的岩石应力中单轴压缩的岩石应力

79、中单轴压缩的岩石应力中单轴压缩的岩石应力- - - -应变曲应变曲应变曲应变曲线类线类线类线类型型型型3.3.2.3 岩石应力岩石应力岩石应力岩石应力-应变曲线类型应变曲线类型应变曲线类型应变曲线类型3.3.2 岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性3.3.2.4 变形参数的测定变形参数的测定变形参数的测定变形参数的测定 = = = =E（1）弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量E的确定的确定的确定的确定a、线弹性类岩石线弹性类岩石线弹性类岩石线弹性类岩石：曲线呈线性关系曲线呈线性关系曲线呈线性关系曲线呈线性关系，曲

80、线上任一曲线上任一曲线上任一曲线上任一点点点点P的弹性模量的弹性模量的弹性模量的弹性模量E。3.3.2 岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性2016/11/1728b、曲线呈非线性关系曲线呈非线性关系曲线呈非线性关系曲线呈非线性关系初始模初始模初始模初始模量量量量: : : :0= = = = ddE初初初初1212aaaaE 切切切切 = = = =割割割割E505050 = = = =E切线模切线模切线模切线模量量量量（直直直直线段线段线段线段）：割线模割线模割线模割线模量量量量：工工工工程上常用程上常用程

81、上常用程上常用E50：3.3.2 岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性初始模初始模初始模初始模量反映了岩石中量反映了岩石中量反映了岩石中量反映了岩石中微微微微裂隙的多少裂隙的多少裂隙的多少裂隙的多少；切线模切线模切线模切线模量反映了岩石的量反映了岩石的量反映了岩石的量反映了岩石的弹弹弹弹性变形特性变形特性变形特性变形特征征征征；割线模割线模割线模割线模量反映了岩石的总体变形特量反映了岩石的总体变形特量反映了岩石的总体变形特量反映了岩石的总体变形特征征征征。3.3.2 岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩

82、状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性（2）变形模量变形模量变形模量变形模量peE + + + += = = =0式中式中式中式中：Ee弹弹弹弹性性性性模模模模量量量量；Ep塑塑塑塑性性性性模模模模量量量量3.3.2 岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性1 1 1 1、弹性岩石弹性岩石弹性岩石弹性岩石：在逐级依次加卸载条件下在逐级依次加卸载条件下在逐级依次加卸载条件下在逐级依次加卸载条件下，其应力应变曲线的外包络线与连续加载其应力应变曲线的外包络线与连续加载其应力应变曲线的

83、外包络线与连续加载其应力应变曲线的外包络线与连续加载条件下曲线基本一致条件下曲线基本一致条件下曲线基本一致条件下曲线基本一致。2 2 2 2、弹塑性岩石弹塑性岩石弹塑性岩石弹塑性岩石：卸载点应力高于弹性极限卸载点应力高于弹性极限卸载点应力高于弹性极限卸载点应力高于弹性极限，产生塑性产生塑性产生塑性产生塑性回滞环回滞环回滞环回滞环3 3 3 3、塑塑塑塑弹性岩石或塑弹性岩石或塑弹性岩石或塑弹性岩石或塑弹弹弹弹塑岩石塑岩石塑岩石塑岩石：回滞环回滞环回滞环回滞环4 4 4 4、卸载后再加载曲线随反复加载卸载后再加载曲线随反复加载卸载后再加载曲线随反复加载卸载后再加载曲线随反复加载、卸载次数的增加卸载

84、次数的增加卸载次数的增加卸载次数的增加，而逐渐变陡而逐渐变陡而逐渐变陡而逐渐变陡，滞环面积变小滞环面积变小滞环面积变小滞环面积变小5 5 5 5、疲劳强度疲劳强度疲劳强度疲劳强度3.3.2.5 岩石的循环加载特性岩石的循环加载特性岩石的循环加载特性岩石的循环加载特性弹弹弹弹性性性性恢复恢复恢复恢复、弹弹弹弹性后性后性后性后效效效效、滞滞滞滞环环环环3.3.2 岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性岩石在单轴压缩状态下的力学特性2016/11/1729岩石在常岩石在常岩石在常岩石在常规规规规三轴试验条件三轴试验条件三轴试验条件三轴试验条件下的变

85、形特下的变形特下的变形特下的变形特征征征征通常用轴向通常用轴向通常用轴向通常用轴向应变应变应变应变1与与与与主主主主应力应力应力应力差差差差(1-3)的关系曲的关系曲的关系曲的关系曲线线线线表示表示表示表示。（1） 常规三轴压缩常规三轴压缩常规三轴压缩常规三轴压缩 （）32=3.3.3 岩石三轴压缩下的变形特性岩石三轴压缩下的变形特性岩石三轴压缩下的变形特性岩石三轴压缩下的变形特性在不同围压下的轴向应力在不同围压下的轴向应力在不同围压下的轴向应力在不同围压下的轴向应力-应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线1.随着围随着围随着围随着围压压压压增增增增加加加加，岩石的岩石的岩石的岩石的屈服屈服屈服屈服

86、应力应力应力应力、峰峰峰峰值值值值强强强强度度度度、残余强残余强残余强残余强度度度度、峰峰峰峰值时的值时的值时的值时的极限极限极限极限应变应变应变应变、应变应变应变应变强化强化强化强化度度度度都将提都将提都将提都将提高高高高。2.岩石的岩石的岩石的岩石的弹弹弹弹性性性性模模模模量变量变量变量变化化化化不大不大不大不大，但随但随但随但随着围着围着围着围岩的岩的岩的岩的增增增增大有大有大有大有增增增增大的大的大的大的趋势趋势趋势趋势。3.随着围随着围随着围随着围压的压的压的压的增增增增加加加加，峰峰峰峰值应力所值应力所值应力所值应力所对对对对应的应变值有所应的应变值有所应的应变值有所应的应变值有所

87、增增增增加加加加，变形特性变形特性变形特性变形特性表表表表现出现出现出现出低低低低围围围围压下的压下的压下的压下的脆脆脆脆性向高性向高性向高性向高围围围围压压压压下的下的下的下的延延延延性性性性转转转转变的变的变的变的规规规规律律律律。32=3.3.3 岩石三轴压缩下的变形特性岩石三轴压缩下的变形特性岩石三轴压缩下的变形特性岩石三轴压缩下的变形特性（2）岩石在真三轴试验条件下的变形特性岩石在真三轴试验条件下的变形特性岩石在真三轴试验条件下的变形特性岩石在真三轴试验条件下的变形特性岩石的真三轴试验岩石的真三轴试验岩石的真三轴试验岩石的真三轴试验在在在在20世纪世纪世纪世纪60年代年代年代年代才才

88、才才开开开开始始始始的的的的。（a）3常数常数常数常数， 极限应力极限应力极限应力极限应力1随随随随2增大而增大增大而增大增大而增大增大而增大，但破坏前的塑性变形量却但破坏前的塑性变形量却但破坏前的塑性变形量却但破坏前的塑性变形量却减小减小减小减小；破坏形式从延性向脆性变化破坏形式从延性向脆性变化破坏形式从延性向脆性变化破坏形式从延性向脆性变化；（b）2常数常数常数常数， 极限应力极限应力极限应力极限应力1随随随随3增大而增大增大而增大增大而增大增大而增大，破坏前的塑性变形量增大破坏前的塑性变形量增大破坏前的塑性变形量增大破坏前的塑性变形量增大，但屈服极限未变但屈服极限未变但屈服极限未变但屈服

89、极限未变。破坏形式从脆性向延性变化破坏形式从脆性向延性变化破坏形式从脆性向延性变化破坏形式从脆性向延性变化。3.3.3 岩石三轴压缩下的变形特性岩石三轴压缩下的变形特性岩石三轴压缩下的变形特性岩石三轴压缩下的变形特性3.3.3 岩石三轴压缩下的变形特性岩石三轴压缩下的变形特性岩石三轴压缩下的变形特性岩石三轴压缩下的变形特性2016/11/17303.3.4 岩石力学模型与本构方程岩石力学模型与本构方程岩石力学模型与本构方程岩石力学模型与本构方程研究研究研究研究岩石变形特性的岩石变形特性的岩石变形特性的岩石变形特性的目目目目的就是的就是的就是的就是确确确确定岩石的应力定岩石的应力定岩石的应力定岩

90、石的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系，又又又又称为本称为本称为本称为本构构构构关系或本关系或本关系或本关系或本构构构构方程方程方程方程。常常常常见见见见的岩石力的岩石力的岩石力的岩石力学模学模学模学模型包括型包括型包括型包括：1.线弹线弹线弹线弹性性性性2.理理理理想弹塑想弹塑想弹塑想弹塑性性性性3.双线双线双线双线性性性性（线弹线弹线弹线弹性性性性、线线线线性性性性硬化硬化硬化硬化）4.多多多多线线线线性性性性5.双双双双曲曲曲曲线线线线3-4 岩石的流变性质岩石的流变性质岩石的流变性质岩石的流变性质流变的概流变的概流变的概流变的概念念念念岩石的流变性岩石的流变性岩石的流变性岩石的流变

91、性 是指岩石应力应变关系是指岩石应力应变关系是指岩石应力应变关系是指岩石应力应变关系随随随随时间而变时间而变时间而变时间而变化化化化的性质的性质的性质的性质。流变性流变性流变性流变性（粘粘粘粘性性性性）蠕蠕蠕蠕变变变变松弛松弛松弛松弛弹弹弹弹性后性后性后性后效效效效蠕蠕蠕蠕变变变变现象现象现象现象当当当当应力保持应力保持应力保持应力保持恒恒恒恒定时定时定时定时，应变应变应变应变随随随随时间时间时间时间增长增长增长增长而而而而增增增增大大大大。松弛现象松弛现象松弛现象松弛现象当当当当应变保持应变保持应变保持应变保持恒恒恒恒定时定时定时定时，应力应力应力应力随随随随时间时间时间时间增长增长增长增长

92、而而而而逐渐减逐渐减逐渐减逐渐减小的小的小的小的现象现象现象现象。弹弹弹弹性后性后性后性后效效效效加加加加载载载载或或或或卸载卸载卸载卸载时时时时，弹弹弹弹性应变性应变性应变性应变滞滞滞滞后于应力的后于应力的后于应力的后于应力的现象现象现象现象。3-4 岩石的流变性质岩石的流变性质岩石的流变性质岩石的流变性质弹弹弹弹性性性性（可可可可恢复恢复恢复恢复）与时间无关的变形与时间无关的变形与时间无关的变形与时间无关的变形塑塑塑塑性性性性（不不不不恢复恢复恢复恢复）与时间有关的与时间有关的与时间有关的与时间有关的流变流变流变流变蠕蠕蠕蠕变变变变：应力应力应力应力恒恒恒恒定定定定，岩石应变岩石应变岩石应

93、变岩石应变随随随随时间时间时间时间增增增增大大大大，所所所所产产产产生的变形称为生的变形称为生的变形称为生的变形称为蠕蠕蠕蠕变变变变（又又又又称为流变称为流变称为流变称为流变）。松驰松驰松驰松驰：应变应变应变应变恒恒恒恒定定定定，岩石中的应力岩石中的应力岩石中的应力岩石中的应力随随随随时间时间时间时间减减减减少少少少，这种现象这种现象这种现象这种现象称称称称“松驰松驰松驰松驰”。岩石变形岩石变形岩石变形岩石变形蠕蠕蠕蠕变变变变松弛松弛松弛松弛岩石的时间岩石的时间岩石的时间岩石的时间效效效效应应应应3-4 岩石的流变性质岩石的流变性质岩石的流变性质岩石的流变性质2016/11/17313.4.1

94、 典型蠕变曲线特征典型蠕变曲线特征典型蠕变曲线特征典型蠕变曲线特征通常用通常用通常用通常用蠕蠕蠕蠕变曲变曲变曲变曲线线线线（-t曲曲曲曲线线线线）表示岩石的表示岩石的表示岩石的表示岩石的蠕蠕蠕蠕变特性变特性变特性变特性。（一一一一） 岩石的蠕变特性岩石的蠕变特性岩石的蠕变特性岩石的蠕变特性（1 1 1 1）稳稳稳稳定定定定蠕蠕蠕蠕变变变变：岩石在岩石在岩石在岩石在较较较较小的小的小的小的恒恒恒恒定力作用下定力作用下定力作用下定力作用下，变形变形变形变形随随随随时间时间时间时间增增增增加加加加到到到到一定程度后就一定程度后就一定程度后就一定程度后就趋趋趋趋于于于于稳稳稳稳定定定定，不不不不再随再

95、随再随再随时间时间时间时间增增增增加而变加而变加而变加而变化化化化，应变保持应变保持应变保持应变保持为一个常数为一个常数为一个常数为一个常数。稳稳稳稳定定定定蠕蠕蠕蠕变一变一变一变一般般般般不不不不会导致会导致会导致会导致岩体整体失岩体整体失岩体整体失岩体整体失稳稳稳稳。（2 2 2 2）非稳非稳非稳非稳定定定定蠕蠕蠕蠕变变变变：岩石岩石岩石岩石承受承受承受承受的的的的恒恒恒恒定定定定荷载较荷载较荷载较荷载较大大大大，当当当当岩石应力岩石应力岩石应力岩石应力超超超超过过过过某某某某一一一一临临临临界值时界值时界值时界值时，变形变形变形变形随随随随时间时间时间时间增增增增加而加而加而加而增增增增

96、大大大大，其变形速率其变形速率其变形速率其变形速率逐渐增逐渐增逐渐增逐渐增大大大大，最最最最终导致终导致终导致终导致岩体整体失岩体整体失岩体整体失岩体整体失稳破坏稳破坏稳破坏稳破坏。（3 3 3 3）岩石的岩石的岩石的岩石的长期强长期强长期强长期强度度度度：岩石的岩石的岩石的岩石的蠕蠕蠕蠕变形式取决于岩石应力大小变形式取决于岩石应力大小变形式取决于岩石应力大小变形式取决于岩石应力大小，当当当当应力小于应力小于应力小于应力小于某某某某一一一一临临临临界值时界值时界值时界值时，岩石岩石岩石岩石产产产产生生生生稳稳稳稳定定定定蠕蠕蠕蠕变变变变；当当当当应力大于应力大于应力大于应力大于该该该该值值值值

97、时时时时，岩石岩石岩石岩石产产产产生生生生非稳非稳非稳非稳定定定定蠕蠕蠕蠕变变变变。则将该临则将该临则将该临则将该临界应力称为岩石的界应力称为岩石的界应力称为岩石的界应力称为岩石的长期强长期强长期强长期强度度度度。3.4.1 典型蠕变曲线特征典型蠕变曲线特征典型蠕变曲线特征典型蠕变曲线特征（一一一一） 岩石的蠕变特性岩石的蠕变特性岩石的蠕变特性岩石的蠕变特性（二二二二） 岩石的典型蠕变曲线及其特征岩石的典型蠕变曲线及其特征岩石的典型蠕变曲线及其特征岩石的典型蠕变曲线及其特征典典典典型的型的型的型的蠕蠕蠕蠕变曲变曲变曲变曲线线线线可分为可分为可分为可分为4个个个个阶段阶段阶段阶段：(1)(1)(

98、1)(1)瞬时弹性变形阶段瞬时弹性变形阶段瞬时弹性变形阶段瞬时弹性变形阶段（OA）：）：）：）：E00 = = = =(2)(2)(2)(2)一次蠕变阶段一次蠕变阶段一次蠕变阶段一次蠕变阶段（AB）：）：）：）：（瞬态蠕变段瞬态蠕变段瞬态蠕变段瞬态蠕变段）(3)(3)(3)(3)二次蠕变阶段二次蠕变阶段二次蠕变阶段二次蠕变阶段（BC）：）：）：）：（等速或稳定蠕变段等速或稳定蠕变段等速或稳定蠕变段等速或稳定蠕变段）(4)(4)(4)(4)三次蠕变阶段三次蠕变阶段三次蠕变阶段三次蠕变阶段（CD）：）：）：）：（加速蠕变段加速蠕变段加速蠕变段加速蠕变段）022 tdd 022= = = =tdd

99、022 tdd 蠕变变形总量蠕变变形总量蠕变变形总量蠕变变形总量：=0+1(t)+2(t)+3(t)式中式中式中式中：0为瞬时弹性应变为瞬时弹性应变为瞬时弹性应变为瞬时弹性应变；1(t)，2(t)，3(t)为与时间有关的一次蠕变为与时间有关的一次蠕变为与时间有关的一次蠕变为与时间有关的一次蠕变、二次二次二次二次蠕变蠕变蠕变蠕变、三次蠕变三次蠕变三次蠕变三次蠕变。v 为粘塑性应变为粘塑性应变为粘塑性应变为粘塑性应变，Q 为粘弹性应变为粘弹性应变为粘弹性应变为粘弹性应变。3.4.1 典型蠕变曲线特征典型蠕变曲线特征典型蠕变曲线特征典型蠕变曲线特征（三三三三） 岩石的蠕变曲线类型岩石的蠕变曲线类型岩

100、石的蠕变曲线类型岩石的蠕变曲线类型类型类型类型类型1：稳定蠕变稳定蠕变稳定蠕变稳定蠕变 。曲线曲线曲线曲线包含瞬时弹性变形包含瞬时弹性变形包含瞬时弹性变形包含瞬时弹性变形、瞬态蠕瞬态蠕瞬态蠕瞬态蠕变和稳定蠕变变和稳定蠕变变和稳定蠕变变和稳定蠕变3个阶段个阶段个阶段个阶段（压压压压应力应力应力应力10MPa，12.5MPa）类型类型类型类型2：典型典型典型典型蠕变蠕变蠕变蠕变 。曲线曲线曲线曲线包 含包 含包 含包 含4个 阶 段个 阶 段个 阶 段个 阶 段 （ 压 应 力压 应 力压 应 力压 应 力15MPa，18.1MPa）类型类型类型类型3：加速加速加速加速蠕变蠕变蠕变蠕变 。曲线几乎

101、无稳定蠕变阶段曲线几乎无稳定蠕变阶段曲线几乎无稳定蠕变阶段曲线几乎无稳定蠕变阶段，应变率很高应变率很高应变率很高应变率很高（压压压压应力应力应力应力20.5MPa，25MPa）3.4.1 典型蠕变曲线特征典型蠕变曲线特征典型蠕变曲线特征典型蠕变曲线特征2016/11/17321.岩性岩性岩性岩性-岩石本身的性质是影响其蠕变的内在因素岩石本身的性质是影响其蠕变的内在因素岩石本身的性质是影响其蠕变的内在因素岩石本身的性质是影响其蠕变的内在因素。3.4.2 岩石蠕变的影响因素岩石蠕变的影响因素岩石蠕变的影响因素岩石蠕变的影响因素t2.应力状态应力状态应力状态应力状态：第二阶段越长第二阶段越长第二阶段

102、越长第二阶段越长；小小小小到到到到一定程度一定程度一定程度一定程度，第第第第三三三三阶段蠕阶段蠕阶段蠕阶段蠕变不变不变不变不会出现会出现会出现会出现；很很很很高高高高，第二阶段短第二阶段短第二阶段短第二阶段短，立立立立即进入三即进入三即进入三即进入三阶段阶段阶段阶段由由由由图图图图可可可可见见见见，随着随着随着随着温度的温度的温度的温度的提提提提高高高高，岩石的总应变与等速岩石的总应变与等速岩石的总应变与等速岩石的总应变与等速阶段阶段阶段阶段的的的的应变速率应变速率应变速率应变速率都明显增都明显增都明显增都明显增加了加了加了加了。另另另另外外外外，试验试验试验试验研究研究研究研究表表表表明明明

103、明岩性不同岩性不同岩性不同岩性不同，岩石的总应变及岩石的总应变及岩石的总应变及岩石的总应变及蠕蠕蠕蠕变速率变速率变速率变速率随随随随温度温度温度温度增增增增加的加的加的加的幅幅幅幅度度度度也也也也不相同不相同不相同不相同。4.湿度湿度湿度湿度3.4.2 岩石蠕变的影响因素岩石蠕变的影响因素岩石蠕变的影响因素岩石蠕变的影响因素3.温度温度温度温度岩石的流变本岩石的流变本岩石的流变本岩石的流变本构模构模构模构模型型型型 ：用于描述岩石应力用于描述岩石应力用于描述岩石应力用于描述岩石应力应变关系应变关系应变关系应变关系随随随随时时时时间变间变间变间变化化化化的的的的规规规规律律律律。它它它它是通过试

104、验是通过试验是通过试验是通过试验理理理理论论论论应用证实而得应用证实而得应用证实而得应用证实而得到到到到的的的的。常用的流变力常用的流变力常用的流变力常用的流变力学学学学方程中最重方程中最重方程中最重方程中最重要要要要的是的是的是的是蠕蠕蠕蠕变方程变方程变方程变方程。本本本本构模构模构模构模型分型分型分型分类类类类：1、经经经经验公式验公式验公式验公式模模模模型型型型2、积分积分积分积分模模模模型型型型3、微微微微分流变分流变分流变分流变模模模模型型型型3.4.3 岩石的流变力学模型岩石的流变力学模型岩石的流变力学模型岩石的流变力学模型1、经经经经验公式验公式验公式验公式模模模模型型型型：根据

105、不同试验条件及不同岩石根据不同试验条件及不同岩石根据不同试验条件及不同岩石根据不同试验条件及不同岩石种类种类种类种类求得的求得的求得的求得的数数数数学学学学表达式表达式表达式表达式，这种这种这种这种表达式通常表达式通常表达式通常表达式通常采采采采用用用用幂函幂函幂函幂函数数数数、指数指数指数指数函函函函数数数数、对对对对数数数数函函函函数的形式表达数的形式表达数的形式表达数的形式表达。2、积分积分积分积分模模模模型型型型：是在是在是在是在考虑考虑考虑考虑施加的应力不是一个常数时的施加的应力不是一个常数时的施加的应力不是一个常数时的施加的应力不是一个常数时的更更更更一一一一般般般般的情况下的情况

106、下的情况下的情况下，采采采采用积分的形式表示应力用积分的形式表示应力用积分的形式表示应力用积分的形式表示应力应变应变应变应变时间关系的本时间关系的本时间关系的本时间关系的本构构构构方程方程方程方程。3、微微微微分流变分流变分流变分流变模模模模型型型型：将将将将岩石岩石岩石岩石抽象抽象抽象抽象成一系成一系成一系成一系列简列简列简列简单单单单元元元元件件件件（弹簧弹簧弹簧弹簧、阻阻阻阻尼器尼器尼器尼器、摩擦摩擦摩擦摩擦块块块块），），），），将将将将其组其组其组其组合合合合来来来来模拟模拟模拟模拟岩石的流变特性而岩石的流变特性而岩石的流变特性而岩石的流变特性而建建建建立立立立的的的的本本本本构构构

107、构方程方程方程方程。刚刚刚刚性性性性、弹弹弹弹性性性性、塑塑塑塑性和性和性和性和黏黏黏黏性性性性。3.4.3 岩石的流变力学模型岩石的流变力学模型岩石的流变力学模型岩石的流变力学模型2016/11/17331、流变模型基本元件流变模型基本元件流变模型基本元件流变模型基本元件刚性刚性刚性刚性、弹性弹性弹性弹性、塑性和塑性和塑性和塑性和黏性黏性黏性黏性。元元元元件件件件-组组组组合元合元合元合元件的应件的应件的应件的应力力力力- - - -应变关系应变关系应变关系应变关系3.4.3.1 微分流变模型微分流变模型微分流变模型微分流变模型dtdEdtd = = = = E= = = =弹性介质性质弹性

108、介质性质弹性介质性质弹性介质性质：（1）具有瞬时变形性质具有瞬时变形性质具有瞬时变形性质具有瞬时变形性质；（2）常数常数常数常数，则则则则保持不变保持不变保持不变保持不变，故无应力松弛故无应力松弛故无应力松弛故无应力松弛性质性质性质性质；（3）常数常数常数常数，则则则则也保持不变也保持不变也保持不变也保持不变，故无蠕变性故无蠕变性故无蠕变性故无蠕变性质质质质；（4）0（卸载卸载卸载卸载），），），），则则则则0，无弹性后效无弹性后效无弹性后效无弹性后效。可见可见可见可见，、与时间与时间与时间与时间t无关无关无关无关。（1）弹性介质及弹性元件弹性介质及弹性元件弹性介质及弹性元件弹性介质及弹性元件

109、（虎克体虎克体虎克体虎克体）3.4.3.1 微分流变模型微分流变模型微分流变模型微分流变模型（2）粘性介质及粘性元件粘性介质及粘性元件粘性介质及粘性元件粘性介质及粘性元件（牛顿体牛顿体牛顿体牛顿体） = = = =dtdct + + + += = = = t 0= = = =加加加加载瞬载瞬载瞬载瞬间间间间，无变形无变形无变形无变形即即即即当当当当t=0 时时时时, =0, =0, 则则则则c=03.4.3.1 微分流变模型微分流变模型微分流变模型微分流变模型粘粘粘粘性性性性介介介介质性质质性质质性质质性质：（1）当当当当0 时时时时，说说说说明明明明在在在在受受受受应力应力应力应力0作用作用

110、作用作用，要产要产要产要产生相应的生相应的生相应的生相应的变形变形变形变形必须经必须经必须经必须经过时间过时间过时间过时间t，表表表表明明明明无无无无瞬瞬瞬瞬时时时时变形变形变形变形，粘粘粘粘性性性性元元元元件件件件具具具具有有有有蠕蠕蠕蠕变性质变性质变性质变性质；t00 =（2）0（卸载卸载卸载卸载），），），），则则则则常数常数常数常数，故无弹性后效故无弹性后效故无弹性后效故无弹性后效，有永久变形有永久变形有永久变形有永久变形；（3）常数常数常数常数，则则则则0，粘性元件不受力粘性元件不受力粘性元件不受力粘性元件不受力，故无应力松弛性质故无应力松弛性质故无应力松弛性质故无应力松弛性质。3.

111、4.3.1 微分流变模型微分流变模型微分流变模型微分流变模型（2）粘性介质及粘性元件粘性介质及粘性元件粘性介质及粘性元件粘性介质及粘性元件（牛顿体牛顿体牛顿体牛顿体）2016/11/1734（3）塑性介质及塑性元件塑性介质及塑性元件塑性介质及塑性元件塑性介质及塑性元件（圣维南体圣维南体圣维南体圣维南体）当当当当: s，=0s , 可可可可模拟刚塑模拟刚塑模拟刚塑模拟刚塑性体的变形性质性体的变形性质性体的变形性质性体的变形性质。3.4.3.1 微分流变模型微分流变模型微分流变模型微分流变模型牛顿牛顿牛顿牛顿体体体体具具具具有有有有粘粘粘粘性流性流性流性流动动动动的特点的特点的特点的特点。塑塑塑塑

112、性性性性元元元元件件件件具具具具有有有有刚塑刚塑刚塑刚塑性体变形性体变形性体变形性体变形（塑塑塑塑性变形性变形性变形性变形也也也也称称称称塑塑塑塑性流性流性流性流动动动动）的特点的特点的特点的特点。粘粘粘粘性流性流性流性流动动动动：只只只只要要要要有有有有微微微微小的力就小的力就小的力就小的力就会会会会发生流发生流发生流发生流动动动动。塑塑塑塑性流性流性流性流动动动动：只有只有只有只有当当当当应力应力应力应力达达达达到到到到或或或或超超超超过过过过屈服极限屈服极限屈服极限屈服极限s才才才才会产会产会产会产生流生流生流生流动动动动。粘弹粘弹粘弹粘弹性体性体性体性体：研究研究研究研究应力小于应力小

113、于应力小于应力小于屈服极限屈服极限屈服极限屈服极限时的应力时的应力时的应力时的应力、应变与时间的关应变与时间的关应变与时间的关应变与时间的关系系系系；粘弹塑粘弹塑粘弹塑粘弹塑性体性体性体性体：研究研究研究研究应力大于应力大于应力大于应力大于屈服极限屈服极限屈服极限屈服极限时的应力时的应力时的应力时的应力、应变与时间的应变与时间的应变与时间的应变与时间的关系关系关系关系；3.4.3.1 微分流变模型微分流变模型微分流变模型微分流变模型2、常用的岩石介质模型常用的岩石介质模型常用的岩石介质模型常用的岩石介质模型（1） 弹塑性介质模型弹塑性介质模型弹塑性介质模型弹塑性介质模型 os 当当当当:s，=

114、s , 保持不变保持不变保持不变保持不变，持持持持续增续增续增续增大大大大，。E = = = =3.4.3.1 微分流变模型微分流变模型微分流变模型微分流变模型（2）马克斯威尔模型马克斯威尔模型马克斯威尔模型马克斯威尔模型（Maxwell）该模型由弹性元件和粘性元件串联而成该模型由弹性元件和粘性元件串联而成该模型由弹性元件和粘性元件串联而成该模型由弹性元件和粘性元件串联而成，可模拟变形随可模拟变形随可模拟变形随可模拟变形随时间增长而无限增大的力学介质时间增长而无限增大的力学介质时间增长而无限增大的力学介质时间增长而无限增大的力学介质。1 1 2 2 设弹簧和粘性元件的应力设弹簧和粘性元件的应力

115、设弹簧和粘性元件的应力设弹簧和粘性元件的应力、应应应应变分别为变分别为变分别为变分别为1,1和和和和2 ,2，组合模型组合模型组合模型组合模型的总应力为的总应力为的总应力为的总应力为和和和和。则则则则12，(a)1 2 , (b)3.4.3.1 微分流变模型微分流变模型微分流变模型微分流变模型2016/11/1735弹簧弹簧弹簧弹簧: : : :tttdddddd21 + + + += = = =E11 = = = =tEtEtdd1dd1dd11 = = = = = = = = = = = = = =22ddt由由由由( ( ( (b):b):b):b):粘性粘性粘性粘性元件元件元件元件:

116、: : : + + + += = = =tE dd1马克斯威尔模马克斯威尔模马克斯威尔模马克斯威尔模型本构方程型本构方程型本构方程型本构方程3.4.3.1 微分流变模型微分流变模型微分流变模型微分流变模型（2）马克斯威尔模型马克斯威尔模型马克斯威尔模型马克斯威尔模型（Maxwell）则则则则12，(a)1 2 , (b)马克斯威尔模型本构方程马克斯威尔模型本构方程马克斯威尔模型本构方程马克斯威尔模型本构方程：A、蠕变曲线蠕变曲线蠕变曲线蠕变曲线：当当当当保持不变保持不变保持不变保持不变，即即即即0常数常数常数常数，d/dt=0, 代入代入代入代入上式得上式得上式得上式得： + + + += =

117、 = =tEtdd1dd 0dd= = = =t通解为通解为通解为通解为：ct + + + += = = = 0初始条件初始条件初始条件初始条件：加载瞬间加载瞬间加载瞬间加载瞬间Et000时，=得得得得：c = 00 1 1 2 2 3.4.3.1 微分流变模型微分流变模型微分流变模型微分流变模型B、卸载曲线卸载曲线卸载曲线卸载曲线：当当当当t=t1时卸载时卸载时卸载时卸载，弹性弹性弹性弹性变形变形变形变形0立即恢复立即恢复立即恢复立即恢复，则卸载曲线为则卸载曲线为则卸载曲线为则卸载曲线为：10t = = = =这是不可恢复的塑性变形这是不可恢复的塑性变形这是不可恢复的塑性变形这是不可恢复的塑

118、性变形。tEt 0000+ + + += = = =+ + + += = = =蠕变方程蠕变方程蠕变方程蠕变方程：0 3.4.3.1 微分流变模型微分流变模型微分流变模型微分流变模型马克斯威尔模型本构方程马克斯威尔模型本构方程马克斯威尔模型本构方程马克斯威尔模型本构方程： + + + += = = =tEtdd1dd1 1 2 2 C、松弛曲线松弛曲线松弛曲线松弛曲线：当当当当保持不变保持不变保持不变保持不变， 即即即即0常数常数常数常数，d/dt=0, 代入代入代入代入上式得上式得上式得上式得：01= = = =+ + + + dtdE通解为通解为通解为通解为：ctE+ + + + = =

119、= = ln初始条件初始条件初始条件初始条件：00 时时时时，= = = =t得得得得：c = c = c = c = ln0tEe = = = =0松弛方程松弛方程松弛方程松弛方程：3.4.3.1 微分流变模型微分流变模型微分流变模型微分流变模型马克斯威尔模型本构方程马克斯威尔模型本构方程马克斯威尔模型本构方程马克斯威尔模型本构方程： + + + += = = =tEtdd1dd1 1 2 2 2016/11/1736可见可见可见可见：马克斯威尔模型马克斯威尔模型马克斯威尔模型马克斯威尔模型具有瞬时变形具有瞬时变形具有瞬时变形具有瞬时变形、蠕变和松弛的蠕变和松弛的蠕变和松弛的蠕变和松弛的性质

120、性质性质性质，可模拟变形随时间增长而无限增大的力学介质可模拟变形随时间增长而无限增大的力学介质可模拟变形随时间增长而无限增大的力学介质可模拟变形随时间增长而无限增大的力学介质。3.4.3.1 微分流变模型微分流变模型微分流变模型微分流变模型马克斯威尔模型本构方程马克斯威尔模型本构方程马克斯威尔模型本构方程马克斯威尔模型本构方程： + + + += = = =tEtdd1dd1 1 2 2 1 2 2 1 （3）开尔文开尔文开尔文开尔文沃伊特模型沃伊特模型沃伊特模型沃伊特模型（Kelvi-voige）设弹簧和阻尼元件的应力设弹簧和阻尼元件的应力设弹簧和阻尼元件的应力设弹簧和阻尼元件的应力、应变分

121、别为应变分别为应变分别为应变分别为1、1和和和和2 、2，组合组合组合组合模型的总应力为模型的总应力为模型的总应力为模型的总应力为和和和和。弹簧弹簧弹簧弹簧: EE= = = = = = =11ttdddd22 = = = = = = =由由由由(a):阻尼元件阻尼元件阻尼元件阻尼元件:则则则则1+2 (a)1 =2 (b)开尔文开尔文开尔文开尔文模型本构方程模型本构方程模型本构方程模型本构方程tEdd + + + += = = =(c)(d)3.4.3.1 微分流变模型微分流变模型微分流变模型微分流变模型开尔文开尔文开尔文开尔文模型本构方程模型本构方程模型本构方程模型本构方程：通解为通解为通

122、解为通解为：tEAeE + + + += = = =000时时时时， = = = =t得得得得：)1(0tEeE = = = =蠕变方程蠕变方程蠕变方程蠕变方程：tEdd + + + += = = =tEdd0 + + + += = = =EA0 = = = =1 2 2 1 3.4.3.1 微分流变模型微分流变模型微分流变模型微分流变模型A、蠕变曲线蠕变曲线蠕变曲线蠕变曲线：当当当当保持不变保持不变保持不变保持不变，即即即即0常常常常数数数数，代入上式得代入上式得代入上式得代入上式得：初始条件初始条件初始条件初始条件：加载瞬间加载瞬间加载瞬间加载瞬间，粘性元件不变形粘性元件不变形粘性元件不变

123、形粘性元件不变形，即即即即)1(0tEeE = = = =可见可见可见可见：当当当当t=0时时时时, =0，当当当当t 时时时时，00/E , 即弹性变形即弹性变形即弹性变形即弹性变形(弹性后效弹性后效弹性后效弹性后效）蠕变方程蠕变方程蠕变方程蠕变方程1 2 2 1 凯尔文模型能模拟稳定蠕变凯尔文模型能模拟稳定蠕变凯尔文模型能模拟稳定蠕变凯尔文模型能模拟稳定蠕变，不能模拟瞬时弹性变形不能模拟瞬时弹性变形不能模拟瞬时弹性变形不能模拟瞬时弹性变形。3.4.3.1 微分流变模型微分流变模型微分流变模型微分流变模型2016/11/1737若在若在若在若在tt1时卸载时卸载时卸载时卸载，0，由本构方程由

124、本构方程由本构方程由本构方程：0dd= = = =+ + + +tE B、卸载曲线方程卸载曲线方程卸载曲线方程卸载曲线方程tEdd + + + += = = =得得得得：通解为通解为通解为通解为：tEAe = = = =1 2 2 1 3.4.3.1 微分流变模型微分流变模型微分流变模型微分流变模型得卸载曲线得卸载曲线得卸载曲线得卸载曲线：11tEteA = = = =当卸载瞬间当卸载瞬间当卸载瞬间当卸载瞬间t=t1时时时时, = t1，当当当当t 时时时时，0, 即卸载后即卸载后即卸载后即卸载后，变形慢慢恢复变形慢慢恢复变形慢慢恢复变形慢慢恢复到到到到0（弹性后效弹性后效弹性后效弹性后效）。

125、）。）。）。通解为通解为通解为通解为：tEAe =初始条件初始条件初始条件初始条件：)1(1011tEteEtt = = = = = = = = = =时时时时，得得得得: : : :)(11ttEte = = = = 1 2 2 1 3.4.3.1 微分流变模型微分流变模型微分流变模型微分流变模型开尔文开尔文开尔文开尔文模型本构方程模型本构方程模型本构方程模型本构方程：C、松弛曲线松弛曲线松弛曲线松弛曲线：当当当当 保持不变保持不变保持不变保持不变，即即即即0常数常数常数常数，d/dt=0, 代入上式得代入上式得代入上式得代入上式得：0 E= = = =可见可见可见可见，应力最终由弹簧承担后

126、应力最终由弹簧承担后应力最终由弹簧承担后应力最终由弹簧承担后，应变就停止发展了应变就停止发展了应变就停止发展了应变就停止发展了。该模型反映该模型反映该模型反映该模型反映了弹性后效现象和稳定蠕变性质了弹性后效现象和稳定蠕变性质了弹性后效现象和稳定蠕变性质了弹性后效现象和稳定蠕变性质。开尔文开尔文开尔文开尔文模型是一种粘弹性模型模型是一种粘弹性模型模型是一种粘弹性模型模型是一种粘弹性模型。tEdd + + + += = = =1 2 2 1 3.4.3.1 微分流变模型微分流变模型微分流变模型微分流变模型1 1 1 1、幂函数型幂函数型幂函数型幂函数型 ：DtBte+=lg)()10()( = =

127、 = =nAttn 式中式中式中式中：A和和和和n是经验常数是经验常数是经验常数是经验常数，其值取决于应力水平其值取决于应力水平其值取决于应力水平其值取决于应力水平、材料物理特性及温度材料物理特性及温度材料物理特性及温度材料物理特性及温度条件条件条件条件。2 2 2 2、对数型对数型对数型对数型 ：式中式中式中式中：e为瞬时弹性应变为瞬时弹性应变为瞬时弹性应变为瞬时弹性应变；B，D取决于应力性质及水平的待定常数取决于应力性质及水平的待定常数取决于应力性质及水平的待定常数取决于应力性质及水平的待定常数。 )(exp1)(tfAt = = = = 3 3 3 3、指指指指数型数型数型数型 ：式中式

128、中式中式中： A A A A为试验常数为试验常数为试验常数为试验常数，f(t)f(t)f(t)f(t)是时间是时间是时间是时间t t t t的函数的函数的函数的函数。3.4.3.2 岩石蠕变经验方程岩石蠕变经验方程岩石蠕变经验方程岩石蠕变经验方程2016/11/1738强度理论强度理论强度理论强度理论研究岩体破坏原因和破坏条件的理论研究岩体破坏原因和破坏条件的理论研究岩体破坏原因和破坏条件的理论研究岩体破坏原因和破坏条件的理论。强度准则强度准则强度准则强度准则在外荷载作用下岩石发生破坏时在外荷载作用下岩石发生破坏时在外荷载作用下岩石发生破坏时在外荷载作用下岩石发生破坏时，其其其其应力应力应力应

129、力（应变应变应变应变）所必须满足的条件所必须满足的条件所必须满足的条件所必须满足的条件。强度准则也称破强度准则也称破强度准则也称破强度准则也称破坏准则或破坏判据坏准则或破坏判据坏准则或破坏判据坏准则或破坏判据。3.5.1 概述概述概述概述3-5 岩石的强度准则岩石的强度准则岩石的强度准则岩石的强度准则（一一一一） 一点的应力状态一点的应力状态一点的应力状态一点的应力状态yxzox x y y z z zx zx yx yx yz yz zy zy xy xy xz xz ab1、应力符号规定应力符号规定应力符号规定应力符号规定6个应力分量个应力分量个应力分量个应力分量：x, y, z, xy,

130、 yz, zx（1）正应力以压应力为正正应力以压应力为正正应力以压应力为正正应力以压应力为正，拉应力为负拉应力为负拉应力为负拉应力为负；（2）剪应力以使物体产生逆时针转为正剪应力以使物体产生逆时针转为正剪应力以使物体产生逆时针转为正剪应力以使物体产生逆时针转为正，反之为负反之为负反之为负反之为负；（3）角度以角度以角度以角度以x轴正向沿逆时针方向转动所形成的夹角为正轴正向沿逆时针方向转动所形成的夹角为正轴正向沿逆时针方向转动所形成的夹角为正轴正向沿逆时针方向转动所形成的夹角为正，反反反反之为负之为负之为负之为负。2、一点应力状态一点应力状态一点应力状态一点应力状态3、平面问题的简化平面问题的简

131、化平面问题的简化平面问题的简化在实际工程中在实际工程中在实际工程中在实际工程中，可根据不同的受力状态可根据不同的受力状态可根据不同的受力状态可根据不同的受力状态，将三维问题简将三维问题简将三维问题简将三维问题简化为平面问题化为平面问题化为平面问题化为平面问题。（1 1 1 1）平面应力问题平面应力问题平面应力问题平面应力问题；（2 2 2 2）平面应变问题平面应变问题平面应变问题平面应变问题。4 4 4 4、基本应力公式基本应力公式基本应力公式基本应力公式 2sin2cos22xyyxyxn + + + + + + += = = = 2cos2sin2xyyxn+ + + + = = = =（

132、一一一一） 一点的应力状态一点的应力状态一点的应力状态一点的应力状态以平面应力问题为例以平面应力问题为例以平面应力问题为例以平面应力问题为例，如图如图如图如图，任意角度任意角度任意角度任意角度截面的应力计算公式如下截面的应力计算公式如下截面的应力计算公式如下截面的应力计算公式如下：最大最小主应力最大最小主应力最大最小主应力最大最小主应力：最大主应力与最大主应力与最大主应力与最大主应力与 x x x x轴的夹角轴的夹角轴的夹角轴的夹角可按下式求得可按下式求得可按下式求得可按下式求得：yxxytg = = = =222231)2(2xyyxyx + + + + + + + += = = =任一斜面

133、上的任一斜面上的任一斜面上的任一斜面上的正应力正应力正应力正应力和和和和剪应力剪应力剪应力剪应力用主应力表示为用主应力表示为用主应力表示为用主应力表示为： 2cos223131 + + + + + + += = = =n 2sin231 = = = =n莫尔应力圆的方程莫尔应力圆的方程莫尔应力圆的方程莫尔应力圆的方程：2312231)2()2( = = = =+ + + + + + + nn（一一一一） 一点的应力状态一点的应力状态一点的应力状态一点的应力状态2016/11/1739该理论认为该理论认为该理论认为该理论认为，无论在什么应力状态下无论在什么应力状态下无论在什么应力状态下无论在什么

134、应力状态下，只要岩石的最大拉只要岩石的最大拉只要岩石的最大拉只要岩石的最大拉伸应变伸应变伸应变伸应变达到一定的极限应变达到一定的极限应变达到一定的极限应变达到一定的极限应变t t t t时时时时，岩石就会岩石就会岩石就会岩石就会发生发生发生发生拉伸断裂拉伸断裂拉伸断裂拉伸断裂破坏破坏破坏破坏，其强度条件为其强度条件为其强度条件为其强度条件为：Ett = = = = = = =式中式中式中式中：t单轴拉伸破坏时的极限应变单轴拉伸破坏时的极限应变单轴拉伸破坏时的极限应变单轴拉伸破坏时的极限应变；E岩石的弹性模量岩石的弹性模量岩石的弹性模量岩石的弹性模量；t单轴抗拉强度单轴抗拉强度单轴抗拉强度单轴抗

135、拉强度。（二二二二）最大拉应变理论最大拉应变理论最大拉应变理论最大拉应变理论讨论讨论讨论讨论：1、在单轴拉伸条件下在单轴拉伸条件下在单轴拉伸条件下在单轴拉伸条件下：岩石岩石岩石岩石发生发生发生发生拉伸断裂破坏拉伸断裂破坏拉伸断裂破坏拉伸断裂破坏，其强度条件为其强度条件为其强度条件为其强度条件为：Ett = = = = = = =2、在单轴压缩条件下在单轴压缩条件下在单轴压缩条件下在单轴压缩条件下：岩石岩石岩石岩石发生纵向发生纵向发生纵向发生纵向拉伸断裂破坏拉伸断裂破坏拉伸断裂破坏拉伸断裂破坏，其强度条件其强度条件其强度条件其强度条件为为为为：EEtct = = = = = = = = = =

136、=即即即即：tc = = = = （二二二二）最大拉应变理论最大拉应变理论最大拉应变理论最大拉应变理论3、在三轴压缩条件下在三轴压缩条件下在三轴压缩条件下在三轴压缩条件下：3方向的应变为方向的应变为方向的应变为方向的应变为 )(12133 + + + + = = = =E如果如果如果如果33.强度曲线倾斜向上说明抗剪强度与正应力相关强度曲线倾斜向上说明抗剪强度与正应力相关强度曲线倾斜向上说明抗剪强度与正应力相关强度曲线倾斜向上说明抗剪强度与正应力相关。4.受拉区闭合受拉区闭合受拉区闭合受拉区闭合，说明三向受拉时岩石破坏说明三向受拉时岩石破坏说明三向受拉时岩石破坏说明三向受拉时岩石破坏；受压区开

137、放受压区开放受压区开放受压区开放，说说说说明三向受压不破坏明三向受压不破坏明三向受压不破坏明三向受压不破坏。优点优点优点优点：缺点缺点缺点缺点：1.忽略了中间主应力的影响忽略了中间主应力的影响忽略了中间主应力的影响忽略了中间主应力的影响。2.只宜用与受压区只宜用与受压区只宜用与受压区只宜用与受压区，不宜用于受拉区不宜用于受拉区不宜用于受拉区不宜用于受拉区。2016/11/17421、莫尔强度理论基本思想莫尔强度理论基本思想莫尔强度理论基本思想莫尔强度理论基本思想：3.5.3 莫尔准则莫尔准则莫尔准则莫尔准则莫尔强度理论是建立在试验数据的统计分析基础之上的莫尔强度理论是建立在试验数据的统计分析基

138、础之上的莫尔强度理论是建立在试验数据的统计分析基础之上的莫尔强度理论是建立在试验数据的统计分析基础之上的。1910年莫尔提出材料的破坏是剪切破坏年莫尔提出材料的破坏是剪切破坏年莫尔提出材料的破坏是剪切破坏年莫尔提出材料的破坏是剪切破坏，材料在复杂应力状态下材料在复杂应力状态下材料在复杂应力状态下材料在复杂应力状态下，某一斜面上的剪应力达到一极限值某一斜面上的剪应力达到一极限值某一斜面上的剪应力达到一极限值某一斜面上的剪应力达到一极限值，造成材料沿该斜面产生剪造成材料沿该斜面产生剪造成材料沿该斜面产生剪造成材料沿该斜面产生剪切滑移破坏切滑移破坏切滑移破坏切滑移破坏，且破坏面平行于中间主应力且破坏

139、面平行于中间主应力且破坏面平行于中间主应力且破坏面平行于中间主应力2作用方向作用方向作用方向作用方向（即即即即2不影不影不影不影响材料的剪切破坏响材料的剪切破坏响材料的剪切破坏响材料的剪切破坏），），），），破坏面上的剪应力破坏面上的剪应力破坏面上的剪应力破坏面上的剪应力f 是该面上法向应力是该面上法向应力是该面上法向应力是该面上法向应力的函数的函数的函数的函数,即即即即：f f ()2、莫尔强度包络线莫尔强度包络线莫尔强度包络线莫尔强度包络线：用极限应力表示的莫尔圆称为极限用极限应力表示的莫尔圆称为极限用极限应力表示的莫尔圆称为极限用极限应力表示的莫尔圆称为极限莫尔应力圆莫尔应力圆莫尔应力圆

140、莫尔应力圆（简称极限应力圆简称极限应力圆简称极限应力圆简称极限应力圆）。）。）。）。指各极限应力圆的破坏点所组成的轨迹线指各极限应力圆的破坏点所组成的轨迹线指各极限应力圆的破坏点所组成的轨迹线指各极限应力圆的破坏点所组成的轨迹线。f f() 在在在在f 坐坐坐坐标中是一条曲线标中是一条曲线标中是一条曲线标中是一条曲线，称为莫尔包络线称为莫尔包络线称为莫尔包络线称为莫尔包络线，表示材料受到不同应力作表示材料受到不同应力作表示材料受到不同应力作表示材料受到不同应力作用达到极限状态时用达到极限状态时用达到极限状态时用达到极限状态时，滑动面上的法向应力滑动面上的法向应力滑动面上的法向应力滑动面上的法向

141、应力与剪应力与剪应力与剪应力与剪应力f 的关系的关系的关系的关系。极限应力圆上的某点与强度包络线相切极限应力圆上的某点与强度包络线相切极限应力圆上的某点与强度包络线相切极限应力圆上的某点与强度包络线相切，即表示在该应力状态即表示在该应力状态即表示在该应力状态即表示在该应力状态下材料发生破坏下材料发生破坏下材料发生破坏下材料发生破坏。3.5.3 莫尔准则莫尔准则莫尔准则莫尔准则莫尔强度包络线的意义莫尔强度包络线的意义莫尔强度包络线的意义莫尔强度包络线的意义：包络线上任意一点的坐标都代表岩石包络线上任意一点的坐标都代表岩石包络线上任意一点的坐标都代表岩石包络线上任意一点的坐标都代表岩石沿某一剪切面

142、剪切破坏所需的剪应力和正应力沿某一剪切面剪切破坏所需的剪应力和正应力沿某一剪切面剪切破坏所需的剪应力和正应力沿某一剪切面剪切破坏所需的剪应力和正应力，即任意一点都即任意一点都即任意一点都即任意一点都对应了一个与之相切的极限应力圆对应了一个与之相切的极限应力圆对应了一个与之相切的极限应力圆对应了一个与之相切的极限应力圆。莫尔强度包络线的应用莫尔强度包络线的应用莫尔强度包络线的应用莫尔强度包络线的应用：运用强度曲线可以直接判断岩石能否运用强度曲线可以直接判断岩石能否运用强度曲线可以直接判断岩石能否运用强度曲线可以直接判断岩石能否破坏破坏破坏破坏。将应力圆与强度曲线放在同一个坐标系中将应力圆与强度曲

143、线放在同一个坐标系中将应力圆与强度曲线放在同一个坐标系中将应力圆与强度曲线放在同一个坐标系中，若莫尔应力若莫尔应力若莫尔应力若莫尔应力圆在包络线之内圆在包络线之内圆在包络线之内圆在包络线之内，则岩石不破坏则岩石不破坏则岩石不破坏则岩石不破坏；若莫尔应力圆与强度曲线相若莫尔应力圆与强度曲线相若莫尔应力圆与强度曲线相若莫尔应力圆与强度曲线相切切切切，则岩石处于极限平衡状态则岩石处于极限平衡状态则岩石处于极限平衡状态则岩石处于极限平衡状态；若莫尔应力圆与强度曲线相若莫尔应力圆与强度曲线相若莫尔应力圆与强度曲线相若莫尔应力圆与强度曲线相交交交交，则岩石则岩石则岩石则岩石肯肯肯肯定破坏定破坏定破坏定破坏

144、。)( f= = = = o莫尔强度包络线与应力圆莫尔强度包络线与应力圆莫尔强度包络线与应力圆莫尔强度包络线与应力圆3.5.3 莫尔准则莫尔准则莫尔准则莫尔准则3、莫尔莫尔莫尔莫尔库仑强度理论库仑强度理论库仑强度理论库仑强度理论f = f()所表达的是一条曲线所表达的是一条曲线所表达的是一条曲线所表达的是一条曲线，该曲线的该曲线的该曲线的该曲线的型型型型式有式有式有式有：直线直线直线直线型型型型、抛抛抛抛物线物线物线物线型型型型、双双双双曲线曲线曲线曲线型型型型、摆摆摆摆线线线线型型型型。而而而而直线直线直线直线型型型型与库伦准则表达式相同与库伦准则表达式相同与库伦准则表达式相同与库伦准则表达

145、式相同，因此因此因此因此，也也也也称为库伦称为库伦称为库伦称为库伦莫尔莫尔莫尔莫尔强度理论强度理论强度理论强度理论。由库仑公式表示莫尔包络由库仑公式表示莫尔包络由库仑公式表示莫尔包络由库仑公式表示莫尔包络线的强度理论线的强度理论线的强度理论线的强度理论，称为莫尔称为莫尔称为莫尔称为莫尔库仑强度理论库仑强度理论库仑强度理论库仑强度理论。 tgcf+ + + += = = =用主应力表示用主应力表示用主应力表示用主应力表示： sin1cos2sin1sin131 + + + + + + + += = = =c上式上式上式上式也也也也称为极限平衡方程称为极限平衡方程称为极限平衡方程称为极限平衡方程。

146、莫尔莫尔莫尔莫尔库仑强度理论不库仑强度理论不库仑强度理论不库仑强度理论不适适适适合剪切面上合剪切面上合剪切面上合剪切面上正应力为拉应力的正应力为拉应力的正应力为拉应力的正应力为拉应力的情况情况情况情况。3.5.3 莫尔准则莫尔准则莫尔准则莫尔准则2016/11/1743 sin1cos2+ + + += = = =ct sin1cos2 = = = =cc sin1cos2sin1sin131 + + + + + + + += = = =cccck + + + += = = =31 sin1sin1 + + + += = = =k其中其中其中其中：如图的如图的如图的如图的几何几何几何几何关系关

147、系关系关系，有有有有：3.5.3 莫尔准则莫尔准则莫尔准则莫尔准则2+=o453.5.3 莫尔准则莫尔准则莫尔准则莫尔准则1921年年年年格里菲斯格里菲斯格里菲斯格里菲斯在在在在研究脆研究脆研究脆研究脆性材性材性材性材料的基础上料的基础上料的基础上料的基础上，提出了提出了提出了提出了评价脆评价脆评价脆评价脆性性性性材料的强度理论材料的强度理论材料的强度理论材料的强度理论。该理论大该理论大该理论大该理论大约约约约在上在上在上在上世纪世纪世纪世纪70年代年代年代年代末末末末80年代年代年代年代初引初引初引初引入入入入到岩石力学到岩石力学到岩石力学到岩石力学研究领域研究领域研究领域研究领域。3.5.

148、4 格里菲斯强度理论格里菲斯强度理论格里菲斯强度理论格里菲斯强度理论（1 1 1 1）在在在在脆脆脆脆性材料内性材料内性材料内性材料内部存部存部存部存在在在在着许着许着许着许多多多多杂杂杂杂乱乱乱乱无无无无章章章章的的的的扁扁扁扁平平平平微小张微小张微小张微小张开裂开裂开裂开裂纹纹纹纹。 在在在在外外外外力作用下力作用下力作用下力作用下，这这这这些些些些裂裂裂裂纹纹纹纹尖端尖端尖端尖端附近附近附近附近产生产生产生产生很很很很大的拉应力大的拉应力大的拉应力大的拉应力集集集集中中中中，导致新导致新导致新导致新裂裂裂裂纹纹纹纹产生产生产生产生，原原原原有裂有裂有裂有裂纹扩展纹扩展纹扩展纹扩展、贯通贯

149、通贯通贯通，从而从而从而从而使材料产使材料产使材料产使材料产生生生生宏观宏观宏观宏观破坏破坏破坏破坏。3.5.4.1 格里菲斯强度理论的基本思想格里菲斯强度理论的基本思想格里菲斯强度理论的基本思想格里菲斯强度理论的基本思想2016/11/1744(2) 裂裂裂裂纹纹纹纹将沿将沿将沿将沿着着着着与最大拉应力作用方向相与最大拉应力作用方向相与最大拉应力作用方向相与最大拉应力作用方向相垂垂垂垂直的方向直的方向直的方向直的方向扩展扩展扩展扩展。(3) 格里菲斯格里菲斯格里菲斯格里菲斯认为认为认为认为：当作用在裂当作用在裂当作用在裂当作用在裂纹尖端纹尖端纹尖端纹尖端处处处处的有的有的有的有效效效效应力达

150、到形成应力达到形成应力达到形成应力达到形成新新新新裂裂裂裂纹纹纹纹所需的能量所需的能量所需的能量所需的能量时时时时，裂裂裂裂纹纹纹纹开开开开始扩展始扩展始扩展始扩展。格里菲斯格里菲斯格里菲斯格里菲斯基基基基本本本本理论的三点基理论的三点基理论的三点基理论的三点基本思想很本思想很本思想很本思想很明明明明确的确的确的确的阐阐阐阐明了明了明了明了脆脆脆脆性材料破裂的性材料破裂的性材料破裂的性材料破裂的原因原因原因原因、破裂破裂破裂破裂所需的能量和破裂所需的能量和破裂所需的能量和破裂所需的能量和破裂扩展扩展扩展扩展的方向的方向的方向的方向。pQ3.5.4.1 格里菲斯强度理论的基本思想格里菲斯强度理论

151、的基本思想格里菲斯强度理论的基本思想格里菲斯强度理论的基本思想3.5.4.2 基本假设与基本准则方程基本假设与基本准则方程基本假设与基本准则方程基本假设与基本准则方程1.在在在在脆脆脆脆性材料内性材料内性材料内性材料内随机随机随机随机分分分分布布布布的裂的裂的裂的裂纹均纹均纹均纹均为为为为扁扁扁扁平平平平椭椭椭椭圆形圆形圆形圆形；2.裂裂裂裂纹纹纹纹都都都都呈张呈张呈张呈张开开开开、前后贯通前后贯通前后贯通前后贯通状态状态状态状态，且且且且互互互互不相关不相关不相关不相关；3.材料和裂材料和裂材料和裂材料和裂纹纹纹纹都是各向同性都是各向同性都是各向同性都是各向同性；4.按平面应变问题处理按平面

152、应变问题处理按平面应变问题处理按平面应变问题处理，不计中间主应力影响不计中间主应力影响不计中间主应力影响不计中间主应力影响。由能量由能量由能量由能量原原原原理理理理推导推导推导推导出裂出裂出裂出裂纹扩展纹扩展纹扩展纹扩展的条件的条件的条件的条件：cEUt)1 (221=C C C C裂裂裂裂纹长纹长纹长纹长度之度之度之度之半半半半；U U U U裂裂裂裂纹扩展纹扩展纹扩展纹扩展时的表面时的表面时的表面时的表面比比比比能能能能；使裂使裂使裂使裂纹纹纹纹开开开开始扩展始扩展始扩展始扩展时时时时，裂裂裂裂纹尖端附近纹尖端附近纹尖端附近纹尖端附近的拉应力的拉应力的拉应力的拉应力t3.5.4.3 格里菲

153、斯准则的主应力表示格里菲斯准则的主应力表示格里菲斯准则的主应力表示格里菲斯准则的主应力表示数学式数学式数学式数学式：=+=+tt8)(时03时033123131331椭椭椭椭圆圆圆圆孔口孔口孔口孔口受力状态图受力状态图受力状态图受力状态图格里菲斯强度格里菲斯强度格里菲斯强度格里菲斯强度判据判据判据判据根据根据根据根据椭椭椭椭圆圆圆圆孔孔孔孔应力状态的应力状态的应力状态的应力状态的解解解解析析析析解解解解，得出了得出了得出了得出了格里菲斯格里菲斯格里菲斯格里菲斯的强度判据的强度判据的强度判据的强度判据：t = = = =+ + + + )(8)(31231)(22cos3131 + + + +

154、= = = =（1）0331+破裂条件为破裂条件为破裂条件为破裂条件为：危险危险危险危险裂裂裂裂纹纹纹纹方方方方位位位位角角角角：t = = = =302sin= = = = （2）0331+破裂条件为破裂条件为破裂条件为破裂条件为：危险危险危险危险裂裂裂裂纹纹纹纹方方方方位位位位角角角角：如果应力点如果应力点如果应力点如果应力点（1, 3)落在强度曲线上或落在强度曲线上或落在强度曲线上或落在强度曲线上或曲线左边曲线左边曲线左边曲线左边，则岩石发生破坏则岩石发生破坏则岩石发生破坏则岩石发生破坏，否则不否则不否则不否则不破坏破坏破坏破坏。2016/11/1745讨论讨论讨论讨论：（1）单轴拉伸应

155、力状态下单轴拉伸应力状态下单轴拉伸应力状态下单轴拉伸应力状态下1=0, 3 0, 满足满足满足满足1+33= 0破裂条件为破裂条件为破裂条件为破裂条件为：危险裂纹方位角危险裂纹方位角危险裂纹方位角危险裂纹方位角：破裂条件为破裂条件为破裂条件为破裂条件为：危险裂纹方位角危险裂纹方位角危险裂纹方位角危险裂纹方位角：（4）双向压缩应力状态下双向压缩应力状态下双向压缩应力状态下双向压缩应力状态下t = = = =+ + + + )(8)(3123121)(22cos3131= = = =+ + + + = = = = )(22cos3131 + + + + = = = = /610, 3 0, 满足满

156、足满足满足1+33= 0t = = = =+ + + + )(8)(312310/41)(203131 + + + + +tmmtmmt48)2 ()2 (8)(2231231=+222)(mm=+tmm4)(22=+231+=m2/ )(31=m设设设设应力圆圆心应力圆圆心应力圆圆心应力圆圆心；应力圆半径应力圆半径应力圆半径应力圆半径又设又设又设又设，则则则则Griffth强度准则第二式写成强度准则第二式写成强度准则第二式写成强度准则第二式写成（a）应力圆方程应力圆方程应力圆方程应力圆方程（b）（c）m（c）式是满足强度判据的极限莫尔应力圆的表达式式是满足强度判据的极限莫尔应力圆的表达式式是

157、满足强度判据的极限莫尔应力圆的表达式式是满足强度判据的极限莫尔应力圆的表达式求切点求切点求切点求切点：（c）式对式对式对式对求导得求导得求导得求导得（a）代入代入代入代入（b）得得得得：tmtm24)(2+=(d)代入代入代入代入(c)得得得得(d)ttt)2( 4)2(22+=+在在在在下的准则下的准则下的准则下的准则与库仑准则类似与库仑准则类似与库仑准则类似与库仑准则类似，是是是是抛物线型抛物线型抛物线型抛物线型。)(42tt+=3.5.4.4 格里菲斯准则在格里菲斯准则在格里菲斯准则在格里菲斯准则在平面内的表达式平面内的表达式平面内的表达式平面内的表达式12016/11/17463.5.

158、4.5 格里菲思准则的三维推广格里菲思准则的三维推广格里菲思准则的三维推广格里菲思准则的三维推广Griffth准则准则准则准则)(24)()()(321213232221+=+t3.5.4.6 格里菲思准则的特点格里菲思准则的特点格里菲思准则的特点格里菲思准则的特点（1）格里菲斯准则是由格里菲斯准则是由格里菲斯准则是由格里菲斯准则是由2个分段函数表示的岩石类脆性材料的个分段函数表示的岩石类脆性材料的个分段函数表示的岩石类脆性材料的个分段函数表示的岩石类脆性材料的张拉破坏准则张拉破坏准则张拉破坏准则张拉破坏准则。它适用于单轴它适用于单轴它适用于单轴它适用于单轴、多轴和拉多轴和拉多轴和拉多轴和拉、

159、压组合等各种应力压组合等各种应力压组合等各种应力压组合等各种应力状态的破坏判断状态的破坏判断状态的破坏判断状态的破坏判断；（2）能较正确地说明岩石的破坏机理能较正确地说明岩石的破坏机理能较正确地说明岩石的破坏机理能较正确地说明岩石的破坏机理。例如例如例如例如，裂纹将沿着与裂纹将沿着与裂纹将沿着与裂纹将沿着与最大拉应力成直角的方向扩展最大拉应力成直角的方向扩展最大拉应力成直角的方向扩展最大拉应力成直角的方向扩展。当在单轴压缩的情况下当在单轴压缩的情况下当在单轴压缩的情况下当在单轴压缩的情况下，裂纹裂纹裂纹裂纹尖端附近处为最大拉应力尖端附近处为最大拉应力尖端附近处为最大拉应力尖端附近处为最大拉应力

160、。此时此时此时此时，裂纹将沿与垂直的方向扩展裂纹将沿与垂直的方向扩展裂纹将沿与垂直的方向扩展裂纹将沿与垂直的方向扩展，最后逐渐向最大主应力方向过渡最后逐渐向最大主应力方向过渡最后逐渐向最大主应力方向过渡最后逐渐向最大主应力方向过渡。这一结论这一结论这一结论这一结论，被岩石在单轴压被岩石在单轴压被岩石在单轴压被岩石在单轴压缩应力下产生劈裂破坏的实验结果证实缩应力下产生劈裂破坏的实验结果证实缩应力下产生劈裂破坏的实验结果证实缩应力下产生劈裂破坏的实验结果证实。最有利破裂的方向角最有利破裂的方向角最有利破裂的方向角最有利破裂的方向角)(2arccos213121+=两个关键点两个关键点两个关键点两个

161、关键点：1. 最容易破坏的裂隙最容易破坏的裂隙最容易破坏的裂隙最容易破坏的裂隙方向方向方向方向；2. 最大应力集中点最大应力集中点最大应力集中点最大应力集中点（危险点危险点危险点危险点）。）。）。）。在压应力在压应力在压应力在压应力条件下裂条件下裂条件下裂条件下裂隙开列及隙开列及隙开列及隙开列及扩展方向扩展方向扩展方向扩展方向3.5.4.6 格里菲思准则的特点格里菲思准则的特点格里菲思准则的特点格里菲思准则的特点（3）格里菲思准则能反映岩石类脆性材料抗压强度大于抗拉格里菲思准则能反映岩石类脆性材料抗压强度大于抗拉格里菲思准则能反映岩石类脆性材料抗压强度大于抗拉格里菲思准则能反映岩石类脆性材料抗

162、压强度大于抗拉强度多倍强度多倍强度多倍强度多倍，这一本质特征这一本质特征这一本质特征这一本质特征。由平面准则由平面准则由平面准则由平面准则推算出单轴抗压强度推算出单轴抗压强度推算出单轴抗压强度推算出单轴抗压强度为单轴抗拉强度的为单轴抗拉强度的为单轴抗拉强度的为单轴抗拉强度的8倍倍倍倍；由空间格里菲思准则推出的则是由空间格里菲思准则推出的则是由空间格里菲思准则推出的则是由空间格里菲思准则推出的则是12倍倍倍倍。实验表明实验表明实验表明实验表明，8倍偏低倍偏低倍偏低倍偏低，12倍较符合中等坚硬且完整性好的岩石倍较符合中等坚硬且完整性好的岩石倍较符合中等坚硬且完整性好的岩石倍较符合中等坚硬且完整性好

163、的岩石。（4）在平面格里菲思准则中忽略了中间主应力的影响在平面格里菲思准则中忽略了中间主应力的影响在平面格里菲思准则中忽略了中间主应力的影响在平面格里菲思准则中忽略了中间主应力的影响，而在而在而在而在空间准则中得到了考虑空间准则中得到了考虑空间准则中得到了考虑空间准则中得到了考虑。3.5.4.6 格里菲思准则的特点格里菲思准则的特点格里菲思准则的特点格里菲思准则的特点2016/11/1747格里菲斯强度准则格里菲斯强度准则格里菲斯强度准则格里菲斯强度准则岩石岩石岩石岩石（体体体体）力学力学力学力学第四章第四章第四章第四章 岩体的基岩体的基岩体的基岩体的基本力学性质本力学性质本力学性质本力学性质

164、第四章第四章第四章第四章 岩体的基本力学性质岩体的基本力学性质岩体的基本力学性质岩体的基本力学性质完整性很好连续介质力学方法非常破碎土力学方法两者之间裂隙体力学方法岩体不连续性，各向异性反映区域性地质构造降低岩体强度岩体岩体岩体岩体结构面影响结构面影响结构面影响结构面影响岩体是由岩块和结构面组合而成的天然地质体岩体是由岩块和结构面组合而成的天然地质体岩体是由岩块和结构面组合而成的天然地质体岩体是由岩块和结构面组合而成的天然地质体。影响岩体力学性质的主要因素有影响岩体力学性质的主要因素有影响岩体力学性质的主要因素有影响岩体力学性质的主要因素有：（1）组成岩体的岩石材料性质组成岩体的岩石材料性质组

165、成岩体的岩石材料性质组成岩体的岩石材料性质；（2）组成岩体结构面力学性质组成岩体结构面力学性质组成岩体结构面力学性质组成岩体结构面力学性质；（3）岩体中结构面的发育组合状态岩体中结构面的发育组合状态岩体中结构面的发育组合状态岩体中结构面的发育组合状态；（4）赋存环境赋存环境赋存环境赋存环境，包括地下水包括地下水包括地下水包括地下水、气和地应力的作用等气和地应力的作用等气和地应力的作用等气和地应力的作用等。第四章第四章第四章第四章 岩体的基本力学性质岩体的基本力学性质岩体的基本力学性质岩体的基本力学性质2016/11/17484.1 结构面的几何特征结构面的几何特征结构面的几何特征结构面的几何特

166、征1空间方位2连续性3密度4张开度5形态结构面的几何特征通常包括以下几点：（1）走向：结构面与水平面相交的交线方向。例如：N30oE （2）倾向：与走向垂直的方向，倾斜线最陡。（3）倾角：水平面与结构面之间所夹的最大角度。1、空间方位2、连续性结构面的连续性反映其贯通程度，常用线连续性系数K1、迹长和面连续性系数表示4.1 结构面的几何特征结构面的几何特征结构面的几何特征结构面的几何特征实例：k=4/10=0.4/md=1/k=2.5m3 3 3 3、结构面的密度结构面的密度结构面的密度结构面的密度设勘测线长度为，在其上出现的节理的个数为n，则节理之间的平均间距为llnk=knld1=10m（

167、1）单组节理4.1 结构面的几何特征结构面的几何特征结构面的几何特征结构面的几何特征（2）多组节理22112121dcosdcosm1m1KKK+=+=+=niiidK1cos两组节理的裂隙度计算图4.1 结构面的几何特征结构面的几何特征结构面的几何特征结构面的几何特征2016/11/17495、结构面的形态结构面的粗糙度可用粗糙度系数JRC（Joint Roughness Coefficient）表示。巴顿（1977）将结构面的粗糙度系数划分为右图所示的10级。4、结构面的张开度结构面两壁面间的垂直距离4.1 结构面的几何特征结构面的几何特征结构面的几何特征结构面的几何特征结构面按地质成因分

168、类结构面按地质成因分类结构面按地质成因分类结构面按地质成因分类：原生结构面构造结构面次生结构面结构面按破坏属性分类结构面按破坏属性分类结构面按破坏属性分类结构面按破坏属性分类：粗节理节理组节理群羽状节理破坏带无填充物有填充物黏性填充物4.2 岩体结构面的分类岩体结构面的分类岩体结构面的分类岩体结构面的分类按力学观点的破坏面和破坏带分类按力学观点的破坏面和破坏带分类按力学观点的破坏面和破坏带分类按力学观点的破坏面和破坏带分类单节理单节理单节理单节理节理组节理组节理组节理组节理群节理群节理群节理群羽毛状羽毛状羽毛状羽毛状节理节理节理节理破碎带破碎带破碎带破碎带无充填有充填有粘性充填物4.2 岩体结

169、构面的分类岩体结构面的分类岩体结构面的分类岩体结构面的分类4.2.3 结构面的分布规模分类结构面的分布规模分类结构面的分布规模分类结构面的分布规模分类破坏面破坏面破坏面破坏面破坏带破坏带破坏带破坏带行两者之间行两者之间行两者之间行两者之间充填充填充填充填非充填非充填非充填非充填4.2 岩体结构面的分类岩体结构面的分类岩体结构面的分类岩体结构面的分类1绝对规模分类绝对规模分类绝对规模分类绝对规模分类，表表表表4-7只考虑了结构面的延伸长度和破坏带的宽带只考虑了结构面的延伸长度和破坏带的宽带只考虑了结构面的延伸长度和破坏带的宽带只考虑了结构面的延伸长度和破坏带的宽带，将结构面分将结构面分将结构面分

170、将结构面分为五类为五类为五类为五类。2相对规模分类相对规模分类相对规模分类相对规模分类相对工程而言的分类见表相对工程而言的分类见表相对工程而言的分类见表相对工程而言的分类见表4-6。相对工程的尺寸和类型对结构面的规模进行分类相对工程的尺寸和类型对结构面的规模进行分类相对工程的尺寸和类型对结构面的规模进行分类相对工程的尺寸和类型对结构面的规模进行分类，可细分可细分可细分可细分为细小为细小为细小为细小、中等中等中等中等、大型三类大型三类大型三类大型三类。3按力学观点分类按力学观点分类按力学观点分类按力学观点分类2016/11/17504.3 结构面迹线测试方法结构面迹线测试方法结构面迹线测试方法结

171、构面迹线测试方法常用方法有测线法和统计窗法常用方法有测线法和统计窗法常用方法有测线法和统计窗法常用方法有测线法和统计窗法。4.3.1 测线法测线法测线法测线法结构面迹线的测线测试法结构面迹线的测线测试法结构面迹线的测线测试法结构面迹线的测线测试法(1)(1)(1)(1)结构面迹线长度结构面迹线长度结构面迹线长度结构面迹线长度 ：结构面与临空面交线的实际长度结构面与临空面交线的实际长度结构面与临空面交线的实际长度结构面与临空面交线的实际长度即那些即那些即那些即那些两端点均位于临空面内的迹线长度两端点均位于临空面内的迹线长度两端点均位于临空面内的迹线长度两端点均位于临空面内的迹线长度；(2)(2)

172、(2)(2)平均迹线长度平均迹线长度平均迹线长度平均迹线长度 ：同一组结构面实际迹线长度的平均值同一组结构面实际迹线长度的平均值同一组结构面实际迹线长度的平均值同一组结构面实际迹线长度的平均值；(3)(3)(3)(3)结构面迹线端点结构面迹线端点结构面迹线端点结构面迹线端点：迹线的消失或中止点迹线的消失或中止点迹线的消失或中止点迹线的消失或中止点；(4)(4)(4)(4)迹线端点密度迹线端点密度迹线端点密度迹线端点密度 ：平均迹线长度的倒数平均迹线长度的倒数平均迹线长度的倒数平均迹线长度的倒数， ；(5)(5)(5)(5)半迹线长度半迹线长度半迹线长度半迹线长度 ：测线与迹线交点至迹线一端点的

173、距离测线与迹线交点至迹线一端点的距离测线与迹线交点至迹线一端点的距离测线与迹线交点至迹线一端点的距离；(6)(6)(6)(6)删截半迹线长度删截半迹线长度删截半迹线长度删截半迹线长度 ：测线与迹线交点至删截线与迹线交点之间测线与迹线交点至删截线与迹线交点之间测线与迹线交点至删截线与迹线交点之间测线与迹线交点至删截线与迹线交点之间的距离的距离的距离的距离。其中其中其中其中，删截线为在测试面上与测线平行的辅线删截线为在测试面上与测线平行的辅线删截线为在测试面上与测线平行的辅线删截线为在测试面上与测线平行的辅线。迹线长度倒数样本均值迹线长度倒数样本均值迹线长度倒数样本均值迹线长度倒数样本均值和方差和

174、方差和方差和方差与测试平均值与测试平均值与测试平均值与测试平均值的关系的关系的关系的关系：g21g =+4.3 结构面迹线测试方法结构面迹线测试方法结构面迹线测试方法结构面迹线测试方法删截半迹线长度倒数测试平均值删截半迹线长度倒数测试平均值删截半迹线长度倒数测试平均值删截半迹线长度倒数测试平均值与迹线长度与迹线长度与迹线长度与迹线长度（倒数倒数倒数倒数）样本均值样本均值样本均值样本均值和方差和方差和方差和方差的关系的关系的关系的关系：1xl1ln()xnrln= （当迹线长度为负指数分布时当迹线长度为负指数分布时当迹线长度为负指数分布时当迹线长度为负指数分布时）2(1)xnrnl=（当迹线长度

175、为正态分布时当迹线长度为正态分布时当迹线长度为正态分布时当迹线长度为正态分布时）4.3 结构面迹线测试方法结构面迹线测试方法结构面迹线测试方法结构面迹线测试方法各类迹线长度的分布函数和均值各类迹线长度的分布函数和均值各类迹线长度的分布函数和均值各类迹线长度的分布函数和均值4.3 结构面迹线测试方法结构面迹线测试方法结构面迹线测试方法结构面迹线测试方法2016/11/17514.3.2 4.3.2 4.3.2 4.3.2 统计窗法统计窗法统计窗法统计窗法统计窗上的各类迹线的定义统计窗上的各类迹线的定义统计窗上的各类迹线的定义统计窗上的各类迹线的定义1 1 1 1包容包容包容包容；2 2 2 2相

176、交相交相交相交；3 3 3 3切割切割切割切割结构面迹线与统计窗相交切结构面迹线与统计窗相交切结构面迹线与统计窗相交切结构面迹线与统计窗相交切的方式可归纳为三种的方式可归纳为三种的方式可归纳为三种的方式可归纳为三种，即即即即：(1)(1)(1)(1)包容关系包容关系包容关系包容关系，指两端点均指两端点均指两端点均指两端点均含在统计窗内的迹线含在统计窗内的迹线含在统计窗内的迹线含在统计窗内的迹线；(2)(2)(2)(2)相交关系相交关系相交关系相交关系，指一个端点指一个端点指一个端点指一个端点落在统计窗内的迹线落在统计窗内的迹线落在统计窗内的迹线落在统计窗内的迹线；(3)(3)(3)(3)切割关

177、系切割关系切割关系切割关系，指两端点均指两端点均指两端点均指两端点均在统计窗外的迹线在统计窗外的迹线在统计窗外的迹线在统计窗外的迹线。4.3 结构面迹线测试方法结构面迹线测试方法结构面迹线测试方法结构面迹线测试方法3131(1)(1)(sin )(cos )NNa bNNlNNaEbENN+=+分别为统计窗包容分别为统计窗包容分别为统计窗包容分别为统计窗包容、相交相交相交相交、切割结构面迹线切割结构面迹线切割结构面迹线切割结构面迹线的条数的条数的条数的条数；统计窗上测试迹线总条数统计窗上测试迹线总条数统计窗上测试迹线总条数统计窗上测试迹线总条数；分别为迹线与统计窗长边界线夹角正弦均值和分别为迹

178、线与统计窗长边界线夹角正弦均值和分别为迹线与统计窗长边界线夹角正弦均值和分别为迹线与统计窗长边界线夹角正弦均值和余弦均值余弦均值余弦均值余弦均值；分别为统计窗的长和宽分别为统计窗的长和宽分别为统计窗的长和宽分别为统计窗的长和宽。123,NNN123NNNN=+(sin )E(cos )E,a b4.3 结构面迹线测试方法结构面迹线测试方法结构面迹线测试方法结构面迹线测试方法在岩体力学中处理结构面的方法有在岩体力学中处理结构面的方法有在岩体力学中处理结构面的方法有在岩体力学中处理结构面的方法有：（1）包容法对于细小的结构面（2）单独处理法对于中等结构面（3）作为边界处理对于大型结构面4.4 结构

179、面的变形特性结构面的变形特性结构面的变形特性结构面的变形特性4.4.1 节理的法向压缩变形性质节理的法向压缩变形性质节理的法向压缩变形性质节理的法向压缩变形性质法向切向节理面的取样方法：钻孔法，切割法，复型法(a)切割法(b)钻孔法(c)复型法1结构面；2螺栓孔；3堵泥；4塑料或液体橡胶图图图图 现场结构面取样方法现场结构面取样方法现场结构面取样方法现场结构面取样方法4.4 结构面的变形特性结构面的变形特性结构面的变形特性结构面的变形特性2016/11/1752图 岩体结构面（软夹层）现场压剪试验示意图1、2扁千斤顶（加载）；3混凝土垫层；4石灰岩；5煤层现场试验费用高现场试验费用高现场试验费

180、用高现场试验费用高，试验难度大试验难度大试验难度大试验难度大，做得很少做得很少做得很少做得很少。4.4 结构面的变形特性结构面的变形特性结构面的变形特性结构面的变形特性4.4.1.1 试验方法试验方法试验方法试验方法步骤步骤步骤步骤：（1 1 1 1）备制试件备制试件备制试件备制试件；（2 2 2 2）作作作作- - - -曲线曲线曲线曲线（a a a a）；）；）；）；（3 3 3 3）将试件切开将试件切开将试件切开将试件切开，并配称接触再作并配称接触再作并配称接触再作并配称接触再作曲线曲线曲线曲线（b b b b）；）；）；）；（4 4 4 4）非配称接触非配称接触非配称接触非配称接触，作

181、曲线作曲线作曲线作曲线（c c c c）; ; ; ;（5 5 5 5）两种节理的可压缩性两种节理的可压缩性两种节理的可压缩性两种节理的可压缩性配称节理的压缩量配称节理的压缩量配称节理的压缩量配称节理的压缩量：非配称节理的压缩量非配称节理的压缩量非配称节理的压缩量非配称节理的压缩量：abV=acV=a.无节理b.径向劈裂d.非配称接触c.配称接触4.4 结构面的变形特性结构面的变形特性结构面的变形特性结构面的变形特性一条张开裂缝的压缩变形曲线一条张开裂缝的压缩变形曲线一条张开裂缝的压缩变形曲线一条张开裂缝的压缩变形曲线4.4.1.2 结构面法向变形特征结构面法向变形特征结构面法向变形特征结构面

182、法向变形特征4.4 结构面的变形特性结构面的变形特性结构面的变形特性结构面的变形特性4.4.1.3 节理的法向变形本构关系节理的法向变形本构关系节理的法向变形本构关系节理的法向变形本构关系 张开节理无抗拉强度 结构面在压应力下存在极限闭合量且e（节理的厚度）（1）基本假设基本假设基本假设基本假设（2 2 2 2）状态方程状态方程状态方程状态方程mcVmcVeVVmc 2016/11/1756巴顿巴顿巴顿巴顿（Barton，1977）提出切向刚度系数的经验式提出切向刚度系数的经验式提出切向刚度系数的经验式提出切向刚度系数的经验式：100tan(lg)snrnJCSKJRCL=+卡尔哈韦卡尔哈韦卡

183、尔哈韦卡尔哈韦(Kalhaway，1975)通过试验与研究通过试验与研究通过试验与研究通过试验与研究，把结构面峰值前把结构面峰值前把结构面峰值前把结构面峰值前（初始阶段初始阶段初始阶段初始阶段）的近似为双曲线的近似为双曲线的近似为双曲线的近似为双曲线，并提出了相应的本构方程并提出了相应的本构方程并提出了相应的本构方程并提出了相应的本构方程：umn u=+ 4.4.2.2 结构面切向变形本构关系与刚度系数结构面切向变形本构关系与刚度系数结构面切向变形本构关系与刚度系数结构面切向变形本构关系与刚度系数4.5 结构面的强度条件结构面的强度条件结构面的强度条件结构面的强度条件一般条件下，认为结构面不可

184、以承受拉力作用。在工程荷载作用下，岩体破坏常以沿某结构面的滑动破坏为主。因此，在岩体力学中一般只研究抗剪强度。平直结构面齿状结构面非贯通结构面4.5.1 平直结构面平直结构面平直结构面平直结构面库伦摩尔准则同样可以作为岩体结构面的强度条件：jjtgc+=4.5.1 平直结构面平直结构面平直结构面平直结构面两点说明两点说明两点说明两点说明：，值是表征结构面抗剪强度特性的两个重要参数，由试验确定。由于影响因素复杂，参数变化范围较大。 最容易发生剪切破坏的结构面方向。 2cos223131 + + + + + + += = = =n 2sin231 = = = =n245j+=o4.5.2 齿状结构

185、面齿状结构面齿状结构面齿状结构面4.5.2.1 规则齿状结构面规则齿状结构面规则齿状结构面规则齿状结构面齿面上的正应力和剪应力：cossinsincosjjiiii=+= +cossintansincosjjjiiii+=+齿面抗剪强度条件：即i)tg(j+=2016/11/1757讨论：（1） 爬坡效应起伏齿是结构面的内摩擦角升高，从而提高了结构面的抗剪强度，这一现象称为结构面的爬坡效应。（2） 双线性准则（切齿效应）爬坡效应，切齿效应，4.5.2.1 规则齿状结构面规则齿状结构面规则齿状结构面规则齿状结构面,tan()jTjc +=,()Tjtan =+tan()tanjTjjCi=+4.

186、5.2.2 不规则齿状结构面不规则齿状结构面不规则齿状结构面不规则齿状结构面巴顿准则巴顿准则巴顿准则巴顿准则（经验公式经验公式经验公式经验公式）：）：）：）：分别为结构面上的正应力和剪应力；JRC，JCS 分别为结构面粗糙系数和结构壁的抗压强度。tanlg()jJCSJRC=+, 莱坦尼准则莱坦尼准则莱坦尼准则莱坦尼准则（经验公式经验公式经验公式经验公式）：()()()01tan11tansvjssvjakaak+=4.5.3 非贯通结构面非贯通结构面非贯通结构面非贯通结构面这类结构面是由裂隙面和非贯通的岩桥组成。一般认为剪切面说通过的裂隙面和岩桥共同起抗剪作用。()()11111tan1ta

187、njjK CKCKK=+分别为裂隙面的内聚力和内摩擦角；分别为岩石的内聚力和内摩擦角。,jjCC4.5.4 填充物对结构面强度的影响填充物对结构面强度的影响填充物对结构面强度的影响填充物对结构面强度的影响（1）填充物颗粒级配对结构面强度的影响随着粗颗粒的增加，脆性变形增加，峰值强度也逐渐增大，峰值强度以后，均过渡到理想塑性状态。（2）填充物厚度对结构面强度的影响当填充物较薄时，随着厚度的增加，摩擦因素迅速增加，抗剪强度升高。当厚度达到临界厚度后，又开始降低。（3）填充程度对结构面强度的影响一般情况下，填充程度愈小，结构面的抗剪强度越高。2016/11/17584.6.1.1单一结构面的强度单一

188、结构面的强度单一结构面的强度单一结构面的强度()2sin2131=2cos223131+=4.6 结构面对岩体强度的影响结构面对岩体强度的影响结构面对岩体强度的影响结构面对岩体强度的影响结构面的存在结构面的存在结构面的存在结构面的存在，使岩体强度与结构面方向和岩体试件大小有关使岩体强度与结构面方向和岩体试件大小有关使岩体强度与结构面方向和岩体试件大小有关使岩体强度与结构面方向和岩体试件大小有关，称为岩体称为岩体称为岩体称为岩体强度的各向异性和尺寸效应强度的各向异性和尺寸效应强度的各向异性和尺寸效应强度的各向异性和尺寸效应4.6.1 单节理和多节理的力学效应单节理和多节理的力学效应单节理和多节理

189、的力学效应单节理和多节理的力学效应jjtgc+=3132tan2(1tancot)sin2jjjc+=几点讨论几点讨论几点讨论几点讨论：4.6.1.1 单一结构面的强度单一结构面的强度单一结构面的强度单一结构面的强度（1）岩体强度不仅与结构面的内聚力和内摩擦角有关岩体强度不仅与结构面的内聚力和内摩擦角有关岩体强度不仅与结构面的内聚力和内摩擦角有关岩体强度不仅与结构面的内聚力和内摩擦角有关，而且随结构面倾角变化而且随结构面倾角变化而且随结构面倾角变化而且随结构面倾角变化。（2）岩体最大强度是完整岩石的强度岩体最大强度是完整岩石的强度岩体最大强度是完整岩石的强度岩体最大强度是完整岩石的强度，破坏面

190、与主平面的夹角为破坏面与主平面的夹角为破坏面与主平面的夹角为破坏面与主平面的夹角为（3）岩体最小强度是结构面的最小强度岩体最小强度是结构面的最小强度岩体最小强度是结构面的最小强度岩体最小强度是结构面的最小强度，倾角与岩石破坏面倾角相同倾角与岩石破坏面倾角相同倾角与岩石破坏面倾角相同倾角与岩石破坏面倾角相同245+245j+（4 4 4 4）造成岩体强度消弱的结构面倾角范围造成岩体强度消弱的结构面倾角范围造成岩体强度消弱的结构面倾角范围造成岩体强度消弱的结构面倾角范围)()(1max2min2或或或或2=1=或或或或12（7）但结构面岩体可能出现的三种破坏形式但结构面岩体可能出现的三种破坏形式但

191、结构面岩体可能出现的三种破坏形式但结构面岩体可能出现的三种破坏形式4.6.1.1 单一结构面的强度单一结构面的强度单一结构面的强度单一结构面的强度节理先破坏节理先破坏节理先破坏节理先破坏，岩体强度小于岩块强度岩体强度小于岩块强度岩体强度小于岩块强度岩体强度小于岩块强度4.6.1.2 多结构面岩体强度多结构面岩体强度多结构面岩体强度多结构面岩体强度在多结构面对岩体力学性能的影响分析中可以采用叠加原在多结构面对岩体力学性能的影响分析中可以采用叠加原在多结构面对岩体力学性能的影响分析中可以采用叠加原在多结构面对岩体力学性能的影响分析中可以采用叠加原理进行分析理进行分析理进行分析理进行分析，不过岩体总

192、是沿一组最有利破坏的节理首不过岩体总是沿一组最有利破坏的节理首不过岩体总是沿一组最有利破坏的节理首不过岩体总是沿一组最有利破坏的节理首先破坏先破坏先破坏先破坏。错错错错误误误误的的的的曲曲曲曲线线线线图图图图4.6.1.2 多节理的力学效应多节理的力学效应多节理的力学效应多节理的力学效应 （叠加叠加叠加叠加）几点说明几点说明几点说明几点说明1）围压的增高消弱了岩体强度的各向异性；2）单结构面岩体明显各项异性，多结构面岩体各向异性减弱；3）最薄弱环节开始破坏。4.7 岩体强度特征岩体强度特征岩体强度特征岩体强度特征根据其破坏形态和强度特性可将岩体分为三类根据其破坏形态和强度特性可将岩体分为三类根

193、据其破坏形态和强度特性可将岩体分为三类根据其破坏形态和强度特性可将岩体分为三类：（1） 均质或近似均质岩体均质或近似均质岩体均质或近似均质岩体均质或近似均质岩体主要包括主要包括主要包括主要包括：a、同一种岩石组成的岩体同一种岩石组成的岩体同一种岩石组成的岩体同一种岩石组成的岩体，其中包括岩性较软弱其中包括岩性较软弱其中包括岩性较软弱其中包括岩性较软弱，以致岩体内部结构面以致岩体内部结构面以致岩体内部结构面以致岩体内部结构面对强度的影响不占主导地位对强度的影响不占主导地位对强度的影响不占主导地位对强度的影响不占主导地位。b、岩体的岩性虽然非常坚硬岩体的岩性虽然非常坚硬岩体的岩性虽然非常坚硬岩体的

194、岩性虽然非常坚硬，但是结构面远未能组成但是结构面远未能组成但是结构面远未能组成但是结构面远未能组成分离块体或者结构面所处的位置不会消弱岩体的整体强度分离块体或者结构面所处的位置不会消弱岩体的整体强度分离块体或者结构面所处的位置不会消弱岩体的整体强度分离块体或者结构面所处的位置不会消弱岩体的整体强度。c、破碎或松散岩体破碎或松散岩体破碎或松散岩体破碎或松散岩体。（2） 块裂结构岩体块裂结构岩体块裂结构岩体块裂结构岩体是指岩块很坚硬是指岩块很坚硬是指岩块很坚硬是指岩块很坚硬，但结构面已将岩体切割成各种分离体但结构面已将岩体切割成各种分离体但结构面已将岩体切割成各种分离体但结构面已将岩体切割成各种分

195、离体，或有明显的优势结构面的或有明显的优势结构面的或有明显的优势结构面的或有明显的优势结构面的岩体岩体岩体岩体。（3）裂隙岩体裂隙岩体裂隙岩体裂隙岩体是指各种结构面切割呈破碎结构的岩体是指各种结构面切割呈破碎结构的岩体是指各种结构面切割呈破碎结构的岩体是指各种结构面切割呈破碎结构的岩体，又称为节理岩体又称为节理岩体又称为节理岩体又称为节理岩体。2016/11/17604.7 岩体强度特征岩体强度特征岩体强度特征岩体强度特征4.7.1 准岩体强度准岩体强度准岩体强度准岩体强度根据弹性波在岩石块体和岩体中的传播速度之比根据弹性波在岩石块体和岩体中的传播速度之比根据弹性波在岩石块体和岩体中的传播速度

196、之比根据弹性波在岩石块体和岩体中的传播速度之比，可以判断岩体中裂隙可以判断岩体中裂隙可以判断岩体中裂隙可以判断岩体中裂隙发育程度发育程度发育程度发育程度，称此为岩体完整性系数称此为岩体完整性系数称此为岩体完整性系数称此为岩体完整性系数，以以以以k 表示表示表示表示；2=prpmvvkpmv分别表示弹性波在岩体和岩块中的传播速度。prv实验研究表明，室内岩块试件的强度和岩体强度之间存在一定的关系，此关系可以近似地用岩体的完整性系数来表示，并定义为准岩体强度。=ttmccmkktc,室内岩块的抗压强度和抗拉强度tmcm,准岩体抗压强度和准岩体抗拉强度4.7.2 Hook-Brown经验公式经验公式

197、经验公式经验公式Hook和Brown根据岩体性质的相关理论与实践经验，用试验法得出了岩块和岩体破坏时主应力之间的关系：2331ccsm+=31,岩体破坏时的最大主应力和最小主应力；sm,与岩性和结构面有关的参数，通过岩体质量指标RMB和Q值，再由查表获取。()smmctm422=岩体单轴抗拉强度：cmcs=岩体单轴抗压强度：岩石岩石岩石岩石岩体岩体岩体岩体4.8 岩体的变形特征岩体的变形特征岩体的变形特征岩体的变形特征4.8.1 岩体法向应力岩体法向应力岩体法向应力岩体法向应力应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线岩体的变形主要有法向变形性质和切向变形性质2016/11/1761由于岩体内部组成及结

198、构面的不同，变形曲线亦不同，其应力应变关系非常复杂，更具-曲线形状，可以大致分为四种基本类型。1 1 1 1、单线性型单线性型单线性型单线性型对较坚硬、完整、致密、层厚、裂隙少的岩体，原生结构面闭合变形很小， -曲线近似为通过原点的一条直线。2 2 2 2、双线性型双线性型双线性型双线性型对于存在节理坚硬岩体或层理不大发育的岩体，加压开始段变形较大，有时出现明显的拐点，显示双线性型特征。这表明岩体表层结构面在低压时很快被压密，随后就是岩体的实体变形。3 3 3 3、上凹形上凹形上凹形上凹形在较硬的岩层互层、含夹层、裂隙等结构面较发育的岩体中，当垂直结构面加压时，结构面逐渐被压密，岩体应力-位移

199、曲线逐渐变陡，变形模量逐渐增大。4 4 4 4、下凹形下凹形下凹形下凹形对层理、裂隙等结构面发育的较软岩体，当垂直结构面加压时，随压力增加，岩体的裂隙张开或产生新的裂隙，所以岩体应变曲线随之变小。4.8.1 岩体法向应力岩体法向应力岩体法向应力岩体法向应力应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线确定方法确定方法确定方法确定方法1.通过原位岩体静力法试验直接取得2.通过理论分析或岩体声波测试间接取得通过理论分析或岩体声波测试间接取得通过理论分析或岩体声波测试间接取得通过理论分析或岩体声波测试间接取得岩体的变形模量epmE+=pe永久变形弹性变形4.8.2 岩体变形模量的确定岩体变形模量的确定岩体变形模量

200、的确定岩体变形模量的确定1.定义定义定义定义：用千斤顶加荷于垫板上，使荷载传到岩体中，也称千斤顶法。2.设备装置的主要组成设备装置的主要组成设备装置的主要组成设备装置的主要组成（见课本图)：（1）垫板（承压板);一般为方形或圆形，面积为0.25-1.20mm2、材料弹性也可为刚性。（2）加荷装置（千斤顶或压力枕）;加荷为500kN-3000kN，加荷方法有小循环和大循环两种。小循环分为多次循环和单次循环,见图4-39。多次小循环加载比相同荷载下常规加载岩体产生的总变形大(蠕变现象)（3）传力装置（传力支柱、传力柱垫板）;（4）变形量测装置（测微计）。4.8.2.1 承压板法承压板法承压板法承压

201、板法顶顶顶顶、底板底板底板底板加载加载加载加载边墙边墙边墙边墙加载加载加载加载4.8.2.1 承压板法承压板法承压板法承压板法2016/11/17623.3.3.3.测试测试测试测试岩体的变形可在垫板下面测定，也可在通过垫板中心的轴线上距垫板一定距离处量测单次小循环大循环多次小循环P P P P- - - -压力压力压力压力T T T T- - - -时间时间时间时间4.8.2.1 承压板法承压板法承压板法承压板法4.算式算式算式算式(测出压力和位移测出压力和位移测出压力和位移测出压力和位移，由下列公式计算岩体的变形模量由下列公式计算岩体的变形模量由下列公式计算岩体的变形模量由下列公式计算岩体

202、的变形模量E) 把岩体看作一个弹性半无限空间，用布辛涅斯克方程求得岩体的变形模量和弹性模量。EmE()21mepDEW=()21mmpDEW=4.8.2.1 承压板法承压板法承压板法承压板法要点要点要点要点：在岩体中开挖一个圆筒形洞室，然后在这个洞室的某一段长度上施加垂直于岩体表面的均匀压力。根据弹性理论中受压圆筒的p-W关系推导出岩体变形模量计算公式(1)mmdpEu+=4.8.2.2 钻孔变形法钻孔变形法钻孔变形法钻孔变形法要点要点要点要点：将岩体切割成槽，把压力枕埋于槽内，并用水泥砂浆浇注，使压力枕的两个面皆能很好地与槽的两侧岩面接触（见课本图）。4.8.2.3 狭缝压力枕荷载试验狭缝压

203、力枕荷载试验狭缝压力枕荷载试验狭缝压力枕荷载试验2016/11/1763由于现场试验费用昂贵由于现场试验费用昂贵由于现场试验费用昂贵由于现场试验费用昂贵，周期长周期长周期长周期长。岩体参数估算方法有两类岩体参数估算方法有两类岩体参数估算方法有两类岩体参数估算方法有两类：一是现场地质调查的基础上一是现场地质调查的基础上一是现场地质调查的基础上一是现场地质调查的基础上，建立适当的岩体力学模型建立适当的岩体力学模型建立适当的岩体力学模型建立适当的岩体力学模型，利用利用利用利用室内小试件试验资料估算室内小试件试验资料估算室内小试件试验资料估算室内小试件试验资料估算；二是在岩体质量评价和大量试验资料的基

204、础上二是在岩体质量评价和大量试验资料的基础上二是在岩体质量评价和大量试验资料的基础上二是在岩体质量评价和大量试验资料的基础上，建立岩体分类建立岩体分类建立岩体分类建立岩体分类指标与变形参数间的经验关系指标与变形参数间的经验关系指标与变形参数间的经验关系指标与变形参数间的经验关系，来估算岩体的变形参数来估算岩体的变形参数来估算岩体的变形参数来估算岩体的变形参数4.8.2.4 岩体变形参数的估算方法岩体变形参数的估算方法岩体变形参数的估算方法岩体变形参数的估算方法一一一一、等效连续岩体力学模型估算法等效连续岩体力学模型估算法等效连续岩体力学模型估算法等效连续岩体力学模型估算法4.8.2.4 岩体变

205、形参数的估算方法岩体变形参数的估算方法岩体变形参数的估算方法岩体变形参数的估算方法二二二二、结构面变形机理分析法结构面变形机理分析法结构面变形机理分析法结构面变形机理分析法结构面的法向位移岩石的位移岩体的位移岩体的变形模量4.8.2.4 岩体变形参数的估算方法岩体变形参数的估算方法岩体变形参数的估算方法岩体变形参数的估算方法三三三三、由岩体分类指标估算岩体模量的经验公式由岩体分类指标估算岩体模量的经验公式由岩体分类指标估算岩体模量的经验公式由岩体分类指标估算岩体模量的经验公式4.8.2.4 岩体变形参数的估算方法岩体变形参数的估算方法岩体变形参数的估算方法岩体变形参数的估算方法根据岩体的分类指

206、标提出的一些经验公式根据岩体的分类指标提出的一些经验公式根据岩体的分类指标提出的一些经验公式根据岩体的分类指标提出的一些经验公式2016/11/17644.8.3 岩体剪切变形曲线岩体剪切变形曲线岩体剪切变形曲线岩体剪切变形曲线4.9 岩体的水力学性质岩体的水力学性质岩体的水力学性质岩体的水力学性质岩体的水力学性质是指岩体的渗透特性及其在渗流作用下所表现出来的所有力学性质。水在岩体中的作用包括两个方面；一方面水对岩石的化学作用，常用软化系数来表示；另一方面是水与岩体在相互耦合作用下的力学效应，包括裂隙水压与渗流动水压等力学作用效应。结构面的渗透特性远大于岩石的渗透特性剪切渗流?非连续面力学特征

207、非连续面力学特征非连续面力学特征非连续面力学特征，渗透特性与岩体相互作用是导致工程事故渗透特性与岩体相互作用是导致工程事故渗透特性与岩体相互作用是导致工程事故渗透特性与岩体相互作用是导致工程事故的主要因素的主要因素的主要因素的主要因素。4.9 岩体的水力学性质岩体的水力学性质岩体的水力学性质岩体的水力学性质近年来近年来近年来近年来，矿井突水灾害呈不断上升趋势矿井突水灾害呈不断上升趋势矿井突水灾害呈不断上升趋势矿井突水灾害呈不断上升趋势，近近近近5 5 5 5年所发生的矿井年所发生的矿井年所发生的矿井年所发生的矿井突水事故比前突水事故比前突水事故比前突水事故比前10101010年的总和还多年的总

208、和还多年的总和还多年的总和还多。随着矿井水文地质条件随着矿井水文地质条件随着矿井水文地质条件随着矿井水文地质条件的复杂化的复杂化的复杂化的复杂化，突水事故还突水事故还突水事故还突水事故还会越来越严重会越来越严重会越来越严重会越来越严重。近年来矿井突水灾害越来越严重近年来矿井突水灾害越来越严重近年来矿井突水灾害越来越严重近年来矿井突水灾害越来越严重4.9 岩体的水力学性质岩体的水力学性质岩体的水力学性质岩体的水力学性质煤矿突水煤矿突水煤矿突水煤矿突水2016/11/1765山东新泰张庄煤矿山东新泰张庄煤矿山东新泰张庄煤矿山东新泰张庄煤矿2007年年年年8.17特大突水事故特大突水事故特大突水事故

209、特大突水事故4.9 岩体的水力学性质岩体的水力学性质岩体的水力学性质岩体的水力学性质煤矿突水煤矿突水煤矿突水煤矿突水采动裂隙直接导通含水层突水实例采动裂隙直接导通含水层突水实例采动裂隙直接导通含水层突水实例采动裂隙直接导通含水层突水实例广东兴宁大兴煤矿广东兴宁大兴煤矿广东兴宁大兴煤矿广东兴宁大兴煤矿，下层煤开采时下层煤开采时下层煤开采时下层煤开采时，采动裂隙扩展破坏了上采动裂隙扩展破坏了上采动裂隙扩展破坏了上采动裂隙扩展破坏了上层煤开采所留设的防水煤柱层煤开采所留设的防水煤柱层煤开采所留设的防水煤柱层煤开采所留设的防水煤柱，导致特大突水导致特大突水导致特大突水导致特大突水，死亡死亡死亡死亡12

210、3123123123人人人人。含水层上工作面下工作面煤柱采动裂隙4.9 岩体的水力学性质岩体的水力学性质岩体的水力学性质岩体的水力学性质煤矿突水煤矿突水煤矿突水煤矿突水4.9 岩体的水力学性质岩体的水力学性质岩体的水力学性质岩体的水力学性质隧道突水隧道突水隧道突水隧道突水突涌水突涌水突涌水突涌水、塌方塌方塌方塌方、大变形大变形大变形大变形野三关隧道重大突水突泥野三关隧道重大突水突泥野三关隧道重大突水突泥野三关隧道重大突水突泥，1.5小时内突水量小时内突水量小时内突水量小时内突水量15万万万万m3，致致致致10人死亡人死亡人死亡人死亡4.9 岩体的水力学性质岩体的水力学性质岩体的水力学性质岩体的

211、水力学性质隧道突水隧道突水隧道突水隧道突水2006年年年年1月月月月，某某某某隧道出口平导反坡隧道出口平导反坡隧道出口平导反坡隧道出口平导反坡施工时施工时施工时施工时，发生突水发生突水发生突水发生突水突泥突泥突泥突泥。平导施工人平导施工人平导施工人平导施工人员立即逃生员立即逃生员立即逃生员立即逃生。突水突水突水突水经横通道涌入正洞经横通道涌入正洞经横通道涌入正洞经横通道涌入正洞，使正洞作业人员遇使正洞作业人员遇使正洞作业人员遇使正洞作业人员遇难难难难。突水时最大涌突水时最大涌突水时最大涌突水时最大涌水量为水量为水量为水量为30万方万方万方万方/小时小时小时小时，持续持续持续持续7小时后小时后小

212、时后小时后，涌水涌水涌水涌水量稳定为量稳定为量稳定为量稳定为300方方方方/小小小小时时时时。2016/11/1766单个结构面的水力特征：单结构面平直光滑水力学模型xpy=yx=xpyx=22加入边界条件解得：=222418eyxpeux立方定理4.9.1 单个结构面的水力特征单个结构面的水力特征单个结构面的水力特征单个结构面的水力特征4.9.1 单个结构面的水力特征单个结构面的水力特征单个结构面的水力特征单个结构面的水力特征4.9.2.1 单组结构面岩体的渗透性能单组结构面岩体的渗透性能单组结构面岩体的渗透性能单组结构面岩体的渗透性能层状岩体是一种典型的单结构面岩体层状岩体是一种典型的单结

213、构面岩体层状岩体是一种典型的单结构面岩体层状岩体是一种典型的单结构面岩体4.9.2.2 多组结构面岩体的渗透性能多组结构面岩体的渗透性能多组结构面岩体的渗透性能多组结构面岩体的渗透性能了解了解了解了解ScgeKKSeKf1232m=4.9.2 岩体的渗透性岩体的渗透性岩体的渗透性岩体的渗透性有效应力有效应力有效应力有效应力外力促使结构面产生变形外力促使结构面产生变形外力促使结构面产生变形外力促使结构面产生变形，结构面的变形改变了结构面对水的结构面的变形改变了结构面对水的结构面的变形改变了结构面对水的结构面的变形改变了结构面对水的过流能力过流能力过流能力过流能力，改变渗透压力改变渗透压力改变渗透

214、压力改变渗透压力，渗透压力又影响有效应力和总应力渗透压力又影响有效应力和总应力渗透压力又影响有效应力和总应力渗透压力又影响有效应力和总应力的变化的变化的变化的变化。4.9.3 岩体的渗流应力岩体的渗流应力岩体的渗流应力岩体的渗流应力2016/11/1767岩石岩石岩石岩石（体体体体）力学力学力学力学第五章第五章第五章第五章工程岩体分类工程岩体分类工程岩体分类工程岩体分类第第第第5章章章章 工程岩体分类工程岩体分类工程岩体分类工程岩体分类岩体复杂岩体复杂岩体复杂岩体复杂、理论不完善理论不完善理论不完善理论不完善、靠经验靠经验靠经验靠经验。从定性和定量两个方面来评价岩体的工程性质，根据工程类型及使

215、用目的对岩体进行分类，这也是岩体力学中最基本的研究课题。5.1 概概概概 述述述述（1）为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供必要的基本依据。（2）便于施工方法的总结,交流,推广。（3）为便于行业内技术改革和管理。普氏分类普氏分类普氏分类普氏分类：100cf=RQD法法法法发展趋势发展趋势发展趋势发展趋势：多因素综合考虑以及定量与定性多因素综合考虑以及定量与定性多因素综合考虑以及定量与定性多因素综合考虑以及定量与定性、动态与静态动态与静态动态与静态动态与静态相结合进行分类相结合进行分类相结合进行分类相结合进行分类。5.1 概概概概 述述述述5.1.1基本状况基本状况基本状况基本状况20

216、16/11/1768M.M,Protodyakonov苏联著名采矿学家。1874年9月20日生于奥伦堡，1930年4月5日卒于塔什干。1899年毕业于彼得堡矿业学院。自1904年开始从事矿业教育和研究工作。1908年在第聂伯罗彼得罗夫斯克矿业学院任教授，1925年后又在莫斯科矿业学院兼课。主要著作有：矿山压力和矿井支护(19301933)，矿井通风(1931)，矿山定额编制及其应用等。他于1907年建立了矿山压力基本理论，提出了相应的计算公式以及岩石坚固性分级。5.1.1 基本状况基本状况基本状况基本状况几种岩石强度测试手段几种岩石强度测试手段几种岩石强度测试手段几种岩石强度测试手段（1）有明

217、确的类级和适用对象。（2）有定量的指标。（3）类级一般分五级为宜。（4）分类方法简单明了、数字便于记忆和应用。（5）根据适用对象，选择考虑因素。趋势趋势趋势趋势：“综合特征值”分类法5.1.2 分类原则分类原则分类原则分类原则（1）岩石强度（2）岩体的完整性（3）水的影响（4）地应力（5）工程围岩的稳定性5.1.3 工程岩体分类通常考虑的因素工程岩体分类通常考虑的因素工程岩体分类通常考虑的因素工程岩体分类通常考虑的因素2016/11/1769(1) 岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度岩石的抗压强度抗拉强度抗剪强度5.1.3 工程岩体分类通常考虑的因素工程岩体分类通常考虑的因素工程岩体分类通常考虑

218、的因素工程岩体分类通常考虑的因素（2） 岩体的完整性岩体的完整性岩体的完整性岩体的完整性岩体的完整性取决于岩体内结构面的空间分布状态、分布密度、开度、充填状态及其充填物质的特性。能定量反映结构面影响因素的方法有直接法和间接法。直接法：通过岩体临空面勘探或钻探，测取结构面的组数、间距、产状等基本特征，计算出岩体的完整性指标。间接法：利用物探手段，测取岩体中相关特征数据，求出完整性指标。5.1.3 工程岩体分类通常考虑的因素工程岩体分类通常考虑的因素工程岩体分类通常考虑的因素工程岩体分类通常考虑的因素（3）水的影响水的影响水的影响水的影响水对岩体有两方面影响：(1)岩石及结构面充填物的物理化学作用

219、(2) 水与岩体在互相耦合作用下力学效应，包括裂隙水压力与渗流动水压力5.1.3 工程岩体分类通常考虑的因素工程岩体分类通常考虑的因素工程岩体分类通常考虑的因素工程岩体分类通常考虑的因素（4）地应力地应力地应力地应力地应力与岩体的变形、破坏、以及工程的稳定性有关。地应力的测试困难，其大小和方向分布区域明显，不易用简明的统一指标描述。水压致裂法应力解除法5.1.3 工程岩体分类通常考虑的因素工程岩体分类通常考虑的因素工程岩体分类通常考虑的因素工程岩体分类通常考虑的因素2016/11/1770（5）工程围岩的稳定性工程围岩的稳定性工程围岩的稳定性工程围岩的稳定性工程围岩的稳定性是各种因素的反映，在

220、工程围岩综合分类中，用岩体工程的自稳时间（开挖后冒落或塌方的时间）来反映工程的稳定性，或者用工程顶部的沉降量。5.1.3 工程岩体分类通常考虑的因素工程岩体分类通常考虑的因素工程岩体分类通常考虑的因素工程岩体分类通常考虑的因素用岩块单轴抗压强度进行分类，简单、早期，因此在工程上采用了较长的时间(普氏系数)。5.2.1按岩石的单轴抗压强度分类按岩石的单轴抗压强度分类按岩石的单轴抗压强度分类按岩石的单轴抗压强度分类岩块单轴抗压强度分类岩块单轴抗压强度分类岩块单轴抗压强度分类岩块单轴抗压强度分类5.2 工程岩体单因素分类工程岩体单因素分类工程岩体单因素分类工程岩体单因素分类5.2.2按弹性波按弹性波

221、按弹性波按弹性波（纵波纵波纵波纵波）速度分类速度分类速度分类速度分类依据依据依据依据：弹性波变化能反映岩体结构特性和完整性。中科院地质所根据他们对岩体结构的分类，列出了弹性波在各类岩体中传播特性，如下表所示。5.2 工程岩体单因素分类工程岩体单因素分类工程岩体单因素分类工程岩体单因素分类日本池田和彦于1969年提出了日本铁路隧道围岩强度分类。首先将岩质分六类，在根据弹性波在岩体中的速度，将围岩强度分为七类。5.2.2按弹性波按弹性波按弹性波按弹性波（纵波纵波纵波纵波）速度分类速度分类速度分类速度分类2016/11/1771室内超声波速测试仪现场超声波速测试仪5.2.2按弹性波按弹性波按弹性波按

222、弹性波（纵波纵波纵波纵波）速度分类速度分类速度分类速度分类5.2.3按岩石质量指标按岩石质量指标按岩石质量指标按岩石质量指标RQD分类分类分类分类（Rock Quality Designation）RQD是选用坚固完整的、其长度大于等于10mm的岩芯总长度与钻孔长度的比，百分数表示为：()()%10010钻孔总长LcmlRQDi=工程实践说明，RQD是一种比岩芯采取率更好的指标。5.2.3按岩石质量指标按岩石质量指标按岩石质量指标按岩石质量指标RQD分类分类分类分类例例例例：某钻孔的长度为某钻孔的长度为某钻孔的长度为某钻孔的长度为250cm，其其其其中岩芯采取总长度为中岩芯采取总长度为中岩芯采

223、取总长度为中岩芯采取总长度为200cm,而而而而大 于大 于大 于大 于1 0 cm的 岩 芯 总 长 度 为的 岩 芯 总 长 度 为的 岩 芯 总 长 度 为的 岩 芯 总 长 度 为157cm。用用用用RQD值来描值来描值来描值来描述岩石的质量述岩石的质量述岩石的质量述岩石的质量5.2.3按岩石质量指标按岩石质量指标按岩石质量指标按岩石质量指标RQD分类分类分类分类RQD=157/250=63%则岩芯采取率则岩芯采取率则岩芯采取率则岩芯采取率：200/250=80%2016/11/17725.2.4按巷道岩石稳定性分类按巷道岩石稳定性分类按巷道岩石稳定性分类按巷道岩石稳定性分类根据巷道围

224、岩的稳定性进行分类5.3 工程岩体的多因素综合分类工程岩体的多因素综合分类工程岩体的多因素综合分类工程岩体的多因素综合分类影响工程岩体质量的因素有很多，要较准确、全面的评价工程岩体质量，就应该尽可能考虑多个因素进行综合分析。Dr. Evert Hoek.5.3.1巴顿隧道围岩质量的巴顿隧道围岩质量的巴顿隧道围岩质量的巴顿隧道围岩质量的Q分类分类分类分类巴顿分类根据隧道围岩的特点，采用了六个参数。即岩体的质量指标RQD、岩体裂度影响系数Jn、结构面岩壁强度降低系数Ja、应力折减系数SRF、结构面粗糙系数Jr、地下水影响系数JwSRFJJJJRQDQwarN=Q值是一个从0.001到1000的参数

225、。六个参数根据各自的地质条件可分别按表5-8至表5-12选取。根据Q值把岩体分为9个等级，见表。由毕昂斯基(Bieniaski1974)提出“综合特征值”-RMR值分类0RMR100（在欧美流行）=61iiRRMR式中的6个指标的相关因素分别为：R1-岩石抗压强度R2-RQDR3-节理间距R4-节理状态R5-地下水状态R6-修正系数，节理的方向对工程的影响。主要考虑结构面的产状与工程相对位置关系不同对围岩稳定性的影响程度也就不同。这6个指标分别由如下各表来确定。5.3.2工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法2016/11/1773（1

226、）与岩石强度相关的岩体评分值R1可以用标准试件进行单轴压缩来确定，也可由点荷载试验确定。5.3.2工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法（2）岩石质量指标RQD由修正的岩芯采取率确定（3）对应于节理组间距的岩石评分值R35.3.2工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法（4）与节理状态相关的岩体评分值R4（5）与地下水状态相关的岩体评分值R55.3.2工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法5.3.2工程围岩的岩体力学分类法工

227、程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法2016/11/1774（6）岩体工程的稳定性与节理方向是否有利关系很大，所以最后提出了表5-12，来考虑节理方向对工程是否有利来修正前五个评分之和。(R6)5.3.2工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法5.3.2工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法5.3.2工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法根据以上六个参数之和根据以上六个参数之和根据以上六个参

228、数之和根据以上六个参数之和RMR值值值值，把岩体的质量划分为五类把岩体的质量划分为五类把岩体的质量划分为五类把岩体的质量划分为五类5.3.2工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法2016/11/1775本分类还给出了对岩体稳定性本分类还给出了对岩体稳定性本分类还给出了对岩体稳定性本分类还给出了对岩体稳定性（隧隧隧隧洞洞洞洞岩体岩体岩体岩体自自自自稳时间稳时间稳时间稳时间）以及对以及对以及对以及对应的岩体应的岩体应的岩体应的岩体c, 值值值值。44ln9+=QRMR5.3.2工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力学分类法工程围岩的岩体力

229、学分类法工程围岩的岩体力学分类法20世纪80年度煤炭系统围岩分类公路隧道围岩分类1994年工程岩体国家分级标准（GB50218-94)我国工程岩体分级标准中，首先以岩石单轴饱和抗压强度和岩体完整性指标为基本参数，按给定的经验公式计算岩体的基本质量指标；再考虑地下水、结构面、原岩应力等因素对岩体质量的影响，修正岩体基本质量指标，结合定性描述，将岩体质量分为五级；最后给出了各类岩体的力学性质参数，描述了各类岩体工程的自稳能力。5.3.3我国的多因素综合性工程围岩分类我国的多因素综合性工程围岩分类我国的多因素综合性工程围岩分类我国的多因素综合性工程围岩分类5.3.3.1岩体基本质量指标岩体基本质量指

230、标岩体基本质量指标岩体基本质量指标（BQ）计算与基本质量指标计算与基本质量指标计算与基本质量指标计算与基本质量指标岩体基本质量指标岩体基本质量指标岩体基本质量指标岩体基本质量指标（BQ）计算计算计算计算vcKBQ250390+=根据根据根据根据BQ值值值值，将将将将岩体基本质量分为五岩体基本质量分为五岩体基本质量分为五岩体基本质量分为五级级级级，表表表表5-245.3.3.1岩体基本质量指标岩体基本质量指标岩体基本质量指标岩体基本质量指标（BQ）计算与基本质量指标计算与基本质量指标计算与基本质量指标计算与基本质量指标2016/11/17765.3.3.2岩体基本质量指标的修正岩体基本质量指标的

231、修正岩体基本质量指标的修正岩体基本质量指标的修正)(100321KKKBQBQ+=其中：为地下水影响修正系数；为主要软弱结构面产状影响修正系数；为初始应力状态影响修正系数。1K2K3K岩体基本质量指标确定只考虑了岩体的坚硬度和完整性两个重要因素。5.3.3.2岩体基本质量指标的修正岩体基本质量指标的修正岩体基本质量指标的修正岩体基本质量指标的修正5.3.3.2岩体基本质量指标的修正岩体基本质量指标的修正岩体基本质量指标的修正岩体基本质量指标的修正5.3.3.2岩体基本质量指标的修正岩体基本质量指标的修正岩体基本质量指标的修正岩体基本质量指标的修正2016/11/17775.3.3.3各类工程岩

232、体物理力学参数和工程自稳能力的确定各类工程岩体物理力学参数和工程自稳能力的确定各类工程岩体物理力学参数和工程自稳能力的确定各类工程岩体物理力学参数和工程自稳能力的确定工程岩体基本级别一旦确定以后，可按表5-31选选选选用岩体的用岩体的用岩体的用岩体的物物物物理力学参数理力学参数理力学参数理力学参数，按表5-32选用岩体结构面抗岩体结构面抗岩体结构面抗岩体结构面抗剪剪剪剪断断断断峰峰峰峰值强度值强度值强度值强度参数参数参数参数，以及按表5-33选用地下地下地下地下工程工程工程工程岩体岩体岩体岩体自自自自稳能力稳能力稳能力稳能力。利用标准中附录所列的地下工程自稳能力，可以对跨度等于或小于20m的地

233、下工程作自稳性初步评价，当实际自稳能力与表中相应级别的自稳能力不相符时，应对岩体级别作相应调整。5.3.3.3各类工程岩体物理力学参数和工程自稳能力的确定各类工程岩体物理力学参数和工程自稳能力的确定各类工程岩体物理力学参数和工程自稳能力的确定各类工程岩体物理力学参数和工程自稳能力的确定5.3.3.3各类工程岩体物理力学参数和工程自稳能力的确定各类工程岩体物理力学参数和工程自稳能力的确定各类工程岩体物理力学参数和工程自稳能力的确定各类工程岩体物理力学参数和工程自稳能力的确定5.3.3.3各类工程岩体物理力学参数和工程自稳能力的确定各类工程岩体物理力学参数和工程自稳能力的确定各类工程岩体物理力学参

234、数和工程自稳能力的确定各类工程岩体物理力学参数和工程自稳能力的确定2016/11/1778岩石岩石岩石岩石（体体体体）力学力学力学力学第六章第六章第六章第六章 岩体的初始岩体的初始岩体的初始岩体的初始应力应力应力应力状态状态状态状态6.1初始应力状态的概念与意义初始应力状态的概念与意义初始应力状态的概念与意义初始应力状态的概念与意义研究意义研究意义研究意义研究意义（1）工程稳定性分析的原始参数。（2）确定开挖方案与支护设计的必要参数。概念概念概念概念初始应力：天然状态下岩体内的应力，又称地应力、原岩应力。影响因素：自重地质构造地形地貌 地震力水压力地热。6.2.1岩体自重应力场岩体自重应力场岩

235、体自重应力场岩体自重应力场垂直应力：侧压力：Hz=HAHAZ=ZyX=6.2.1.1海姆公式海姆公式海姆公式海姆公式在漫长的地质年代中由于地下岩体蠕变造成的结构处于各向等压状态，即静水压力状态。6.2 组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场假设地表为水平面假设地表为水平面假设地表为水平面假设地表为水平面，地下岩体为线弹性体地下岩体为线弹性体地下岩体为线弹性体地下岩体为线弹性体，其垂直应力为上覆其垂直应力为上覆其垂直应力为上覆其垂直应力为上覆岩体的自重岩体的自重岩体的自重岩体的自重。根据广义胡克定律根据广义

236、胡克定律根据广义胡克定律根据广义胡克定律。()01=+=zyxyxE()zx=1=1隐塑隐塑隐塑隐塑性状态性状态性状态性状态6.2 组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场6.2.1岩体自重应力场岩体自重应力场岩体自重应力场岩体自重应力场6.2.1.2金尼克公式金尼克公式金尼克公式金尼克公式2016/11/1779岩体由多层不同性质岩层组成时岩体由多层不同性质岩层组成时岩体由多层不同性质岩层组成时岩体由多层不同性质岩层组成时第j层应力：=jiiijzh1原始垂直应力和水平应力：jzjjyjx=znniiiz

237、h= yx1jj=1j6.2 组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场6.2.1岩体自重应力场岩体自重应力场岩体自重应力场岩体自重应力场6.2.1.2金尼克公式金尼克公式金尼克公式金尼克公式背斜褶曲对地应力的影响断层对地应力的影响6.2 组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场6.2.1岩体自重应力场岩体自重应力场岩体自重应力场岩体自重应力场6.2 组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石

238、初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场6.2.1岩体自重应力场岩体自重应力场岩体自重应力场岩体自重应力场褶皱褶皱褶皱褶皱： 岩层发生连续位移而形成的构造形迹岩层发生连续位移而形成的构造形迹岩层发生连续位移而形成的构造形迹岩层发生连续位移而形成的构造形迹。6.2 组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场6.2.1岩体自重应力场岩体自重应力场岩体自重应力场岩体自重应力场2016/11/17806.2 组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力

239、场组成岩石初始应力状态的各种应力场6.2.1岩体自重应力场岩体自重应力场岩体自重应力场岩体自重应力场6.2 组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场6.2.1岩体自重应力场岩体自重应力场岩体自重应力场岩体自重应力场由于地质的构造运动所产生应力称为地质构造应力由于地质的构造运动所产生应力称为地质构造应力由于地质的构造运动所产生应力称为地质构造应力由于地质的构造运动所产生应力称为地质构造应力，地质构地质构地质构地质构造应力在空间上的分布规律称为地质构造应力场造应力在空间上的分布规律称为地质构造应力场造应力在空间

240、上的分布规律称为地质构造应力场造应力在空间上的分布规律称为地质构造应力场。正断层正断层正断层正断层逆断层逆断层逆断层逆断层平移断层平移断层平移断层平移断层6.2 组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场6.2.2岩体岩体岩体岩体构造构造构造构造应力场应力场应力场应力场阶梯状断层阶梯状断层阶梯状断层阶梯状断层6.2 组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场组成岩石初始应力状态的各种应力场6.2.2 岩体构造应力场岩体构造应力场岩体构造应力场岩体构造应力场

241、2016/11/1781（1）了解岩体中存在的应力大小和方向（2）为分析岩体的工程受力状态以及为支护及岩体加固提供依据（3）预报岩体失稳破坏以及预报岩爆的有力工具6.3 岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法目的测量方法分类测量方法分类测量方法分类测量方法分类6.3 岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法水压致裂法是20世纪70年代初期从石油钻探采用的新技术中借用来以测定深部岩体应力的一种方法。要点要点要点要点：通过液压泵向钻孔内拟

242、定量测深度加液压将孔壁压裂，测定压裂过程中的各特征点压力及开裂方位，然后根据测得的压裂过程中泵压表的读数，计算测点附近岩体中地应力大小和方向。压裂点上下用止水封隔器密封，其结构如右图所示。6.3 岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法6.3.1 水压致裂法水压致裂法水压致裂法水压致裂法6.3 岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法6.3.1 水压致裂法水压致裂法水压致裂法水压致裂法2016/11/17821、钻孔到准备测量应力的部位

243、，并将钻孔中待加压段用封隔器封起来，钻孔直径与所选用封隔器的直径一致。封隔器是用两个膨胀橡胶塞组成，可选用液体，也可用气体进行充填，橡胶塞之间封堵长度为0.51.0m。2、向两个封隔端的隔离段注射高压水，不断扩大水压至孔壁出现开裂，获得初始开裂压力pi。3、停止增压，关闭高压泵，压力迅速下降，裂隙停止扩展，并趋于闭合，当压力降到使裂隙处于临界闭合状态时的平衡压力称为关闭压力，记为ps；最后卸压，使裂隙完全闭合。4、重新向密封段注射高压水，使裂隙重新打开并记下裂隙张开时的压力pr和随后的恒定关闭压力ps。这种卸压重新加压的过程重复23次，以提高测试的准确性。6.3 岩体初始应力状态的现场量测方法

244、岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法6.3.1.1 测试步骤测试步骤测试步骤测试步骤5、将封隔器完全卸压，连同加压管等设备从钻孔中取出。6、测量水压致裂隙和钻孔实验段天然节理、裂隙的位置、方向和大小，测量时可以采用井下摄影机、井下电视、井下光学望远镜或印模器。PiPsPrPs6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法6.3.1.1 测试步骤测试步骤测试步骤测试步骤各特征压力的物理意义各特征压力的物理意义各特征压力的物理意义各特征压力的物理意义P0-岩体内孔隙

245、水压力或地下水压力Pi-注入钻孔内液压将孔壁压裂的初始开裂压力Pr-液体进入岩体内重新将岩体劈裂的液压，称为稳定开裂压力Ps-关泵后压力表上保持的压力，称为关闭压力。6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法6.3.1.1 测试步骤测试步骤测试步骤测试步骤2cos)(2)(2121+=当时有极小值极小值极小值极小值：0=123=按最大拉应力理论，有t+=12132=sp0123ppr=钻孔周边的应力场6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态

246、的现场量测方法6.3.1.2 应力计算应力计算应力计算应力计算2016/11/1783?优点优点优点优点：设备简单设备简单设备简单设备简单操作方便操作方便操作方便操作方便测值直观测值直观测值直观测值直观适应适应适应适应性强性强性强性强受到重视和推广受到重视和推广受到重视和推广受到重视和推广?缺点缺点缺点缺点：主应力方向不准主应力方向不准主应力方向不准主应力方向不准6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法6.3.1.3 水压致裂法的特点水压致裂法的特点水压致裂法的特点水压致裂法的特点切断联系解除应力应变恢复测试

247、应变计算应力流程流程流程流程要点要点要点要点基本原理基本原理基本原理基本原理：当需要测定岩体中某点的应力状态时，人为的将该处岩体单元和周围的岩体分离，此时，岩体单元上所受的拉力将被解除解除解除解除。同时，该单元体的几何尺寸也将产生弹性恢复弹性恢复弹性恢复弹性恢复。应用一定的仪器，测定弹测定弹测定弹测定弹性恢复性恢复性恢复性恢复的应变值或变形值，并且认为岩体时连续、均质和各向同性的弹性体，于是就可以借助弹性理论的解答计算计算计算计算岩体单元所受的应力应力应力应力状态。根据应力解除的形式不同可以分为：孔底应力解除法，孔壁应变法，孔径应变法6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量

248、测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法6.3.2 应力解除法应力解除法应力解除法应力解除法6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法6.3.2 应力解除法应力解除法应力解除法应力解除法按测试深度表面应力解除浅孔应力解除深孔应力解除按测试应变或变形孔径变形测试孔壁应变测试孔底应力解除法孔壁应力解除法测1个平面3个方向上的应变1平面3方向上的径位移3平面9个方向应变6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方

249、法6.3.2 应力解除法应力解除法应力解除法应力解除法2016/11/1784原理要点原理要点原理要点原理要点向岩体中的测点先钻进一个平底钻孔，在孔底中心处粘贴应变传感器；套孔钻出岩芯，使孔底平面完全卸载，应变传感器测得孔底平面中心恢复应变；在室内测得岩石的弹性常数；计算孔底中心处的平面应力状态。由于孔底应力解除法只需要钻进一段不长的岩芯，所以对较破碎的岩体也能应用。在孔底平在孔底平在孔底平在孔底平面粘贴面粘贴面粘贴面粘贴3 3 3 3应变片应变片应变片应变片应变花应变花应变花应变花一个平面一个平面一个平面一个平面有有有有3 3 3 3个独立个独立个独立个独立的应力分的应力分的应力分的应力分量

250、量量量6.3.2.1 孔底应力解除法孔底应力解除法孔底应力解除法孔底应力解除法6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法孔底应力解除法的步骤：1、用76mm金刚石空心转头钻孔至预定深度，取出岩芯；2、钻杆上改善磨平钻头将孔底磨平、打光，冲洗钻孔并用热风吹干，再用丙酮擦洗孔底；3、将环氧树脂粘结剂涂到孔底和应变传感器上，用安装器将传感器黏贴在孔底，经过20小时后，测取初始应变读数，拆除安装工具；4、用空心金刚石套孔钻头钻进，深度为岩芯直径的两倍，并取出岩芯；5、测量解除后的应变值，测取岩石的弹性模量。洞室边墙洞

251、室边墙minmax两个计算步骤：1由孔底应变计算出孔底平面应力2 利用孔底应力与岩体应力之间的关系计算出岩体应力分量6.3.2.1 孔底应力解除法孔底应力解除法孔底应力解除法孔底应力解除法6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法工作步骤工作步骤工作步骤工作步骤应变观测系统应变观测系统应变观测系统应变观测系统6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法6.3.2.1 孔底应力解除法孔底应力解除法孔底应力解除法孔底应力解除法xzzy

252、zx钻孔y1x1钻孔钻孔钻孔x3y3钻孔x2钻孔xyyzyx若要测量三维岩体中任意一点的应力状态，至少要用空间方位不同并交与一点的三个钻孔，分别进行应力解除法测量。6.3.2.1 孔底应力解除法孔底应力解除法孔底应力解除法孔底应力解除法6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法2016/11/1785孔径变形测试，孔壁应力解除法，均属于套孔应力解除法。前者测试套孔应力解除后的孔径变化；后者测试套孔应力解除后的孔壁应变。其操作步骤和原理基本相同原理要点原理要点原理要点原理要点对岩体中某点进行应力量测时，先向该点钻

253、进一定深度的超前小孔，在此小孔中埋设钻孔传感器，再通过钻取一段同心的管状岩芯而使应力解除，根据恢复应变及岩石的弹性常数，即可求得该点的应力状态。6.3.2.2 孔壁应变法孔壁应变法孔壁应变法孔壁应变法6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法测点1(1=)测点 (7/4)基线测点2(2=/2)r0孔壁应变法的原理图6.3.2.2 孔壁应变法孔壁应变法孔壁应变法孔壁应变法6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法具体的测试步骤：1

254、、用90mm的金刚石钻头钻一个大孔，钻至预定深度。再用磨平钻头将孔底磨平；2、用36mm金刚石钻头在大孔的中心钻一个长450mm的小孔，清洗孔壁并吹干，在小孔中部涂上适量的黏结剂；3、将三向应变计装到安装器上，送进小孔中，用杆推动楔子使应变计的三个悬臂张开，将应变花黏贴到孔壁上，待黏结剂固化后，测取初读数，取出安装器，用封孔栓堵塞小孔；4、用80mm空心套钻进行应力解除；5、取出岩芯，拔出封孔栓，测量应力解除后的应变值。6.3.2.2 孔壁应变法孔壁应变法孔壁应变法孔壁应变法6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量

255、测方法工作步骤套孔应力解除工作步骤6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法6.3.2.2 孔壁应变法孔壁应变法孔壁应变法孔壁应变法2016/11/1786孔径变形法是指通过在岩体中小钻孔中埋入变形计测量应力解除前后的孔径变化量来确定岩体应力的方法。测试步骤：测试步骤基本与孔壁应变法相同。先钻127mm的大孔，后钻36mm的小孔。用安装杆将变形计送入孔中，适当调整触头的压缩量，然后接上应变片电缆并与应变计连接，再用127mm钻头套钻。边解除应力，边读取应变值，直到应力全部解除完毕。6.3.2.3 孔径变形法孔径

256、变形法孔径变形法孔径变形法6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法套孔应力解除使用的传感器；孔径变形测试采用位移传感器；孔壁应力解除采用应变传感器。6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法6.3.2.3 孔径变形法孔径变形法孔径变形法孔径变形法应力恢复法是用来直接测定岩体应力大小的一种测试方法，目前此法仅用于岩体表层，当己知某岩体中的主应力方向时，采用本法比较方便。当洞室某侧墙上的表层围岩应力的主应力方向各为垂直于水平方向时

257、，就可用到应力恢复法测得的大小。21，16.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法6.3.3 应力恢复法应力恢复法应力恢复法应力恢复法利用应力恢复法量测岩体表面应力时，应在岩体表面沿不同方向安置三个应变计，以便能够测出岩体沿这三个不同方向的伸缩变形。先读出应变计的初始读数。然后，沿着与所测应力相垂直的方向开挖一狭长槽，如图所示。槽应变片岩体6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法6.3.3 应力恢复法应力恢复法应力恢复法应力恢

258、复法2016/11/1787在侧墙上沿测点o，先沿水平方向开一个解除槽，则在槽的上下附近，围岩应力得到部分解除，应力状态重新分布。在槽的中心线OA上的应力状态，根据H.N.穆斯海里什维里理论，把槽看作一条缝，得到：+=+=3224611222411) 1(133) 1(142yx式中OA线上某点B上的应力分量；B点离槽中心O的距离的倒数。yx11,6.3.3 应力恢复法应力恢复法应力恢复法应力恢复法6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法当在槽中埋设压力枕，并由压力枕对槽加压，若施加压力为p，则在OA线上B点

259、产生的应力分量为324232242) 1(132) 1(142+=+=ppyx6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法6.3.3 应力恢复法应力恢复法应力恢复法应力恢复法可见当压力枕所施加的力时，则岩体中的应力状态已完全恢复，所求的应力即由P值而得知，这就是应力恢复法的基本原理。当压力枕所施加的力时，这时B点的总应力分量为1=p121221=+=+=yyyxxx1=p16.3.3 应力恢复法应力恢复法应力恢复法应力恢复法6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量

260、测方法岩体初始应力状态的现场量测方法具体的测试步骤：1. 在选定的试验点上，沿解除槽的中垂线上安装好量测元件6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法6.3.3 应力恢复法应力恢复法应力恢复法应力恢复法2016/11/17882.记录量测元件应变计的读数。3.开凿解除凿，岩体产生变形并记录应变计上的读数。4.在开挖好的解除凿中埋设压力枕，并用水泥砂浆充填空隙。5.待充填水泥浆达到一定强度后，即将压力枕联接油泵，通过压力枕对岩体施压。随着压力枕所施加的力p的增加，岩体变形逐渐恢复。逐点记录压力p与恢复变形的关系。

261、6.假设岩体为理想弹性体，则当应变计回复到初始读数时，此时压力枕对岩体所施加的压力p即为所求岩体的主应力。6.3.3 应力恢复法应力恢复法应力恢复法应力恢复法6.3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法6.4.1岩体初始应力场是一个非稳定应力场；6.4.2实测垂直应力基本上等于上覆岩体总量；6.4.3水平应力普遍大于垂直应力；6.4.4 侧压力系数与深度的关系；6.4.5两水平应力的关系。岩体初始应力受许多因素的影响，3000m以内地壳浅部岩体初始应力的变化规律可归纳一下几点：6.4岩体初始应力分布的主要规律岩体

262、初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律岩体的初始应力绝大部分时以水平应力为主的三向不等压的空间应力场，三个主应力的大小和方向是随着时间和空间而变化的，它是一个非稳定的应力场。6.4岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律6.4.1 岩体初始应力场是一个非稳定场岩体初始应力场是一个非稳定场岩体初始应力场是一个非稳定场岩体初始应力场是一个非稳定场布朗和霍克将世界上一些国家的原岩应力实测结果汇成总图6-19所示，其平均曲线为线性，通过回归分析得到如下关系：式中 计算点到地表的垂直距离，m；H 垂直原岩

263、应力，MPa从我国实测资料来看，的仅占5%左右，仅占16%，而的占79%。v2 .18 .0=Hv8 .0Hv6.4岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律6.4.2 实测垂直应力基本上等于上覆岩体总量实测垂直应力基本上等于上覆岩体总量实测垂直应力基本上等于上覆岩体总量实测垂直应力基本上等于上覆岩体总量2016/11/1789实测垂直应力随深度的变化实测垂直应力随深度的变化实测垂直应力随深度的变化实测垂直应力随深度的变化垂直应力随深度线性增加。平均密度约为27KN/m3MpaHv276.4.2 实测垂直应力基本上等于上覆岩体总量实

264、测垂直应力基本上等于上覆岩体总量实测垂直应力基本上等于上覆岩体总量实测垂直应力基本上等于上覆岩体总量6.4岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律国内外实测资料统计，水平应力多数大于垂直应力。目前常用两个水平应力的平均值与水平应力的比值来表示侧压力系数，即:hvavhvvavh/=世界各国的实测资料表明，侧压力系数一般为0.55.0，大多数为0.81.5。我国实测资料表明，该值一般在0.83.0之间，而大部分为0.81.2。这些资料说明：实际原岩应力场与重力场情况不同，实测的 多数小于主应力。6.4岩体初始应力分布的主要规律岩体初

265、始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律6.4.3 水平应力普遍大于垂直应力水平应力普遍大于垂直应力水平应力普遍大于垂直应力水平应力普遍大于垂直应力水平应力随深度的变化水平应力随深度的变化水平应力随深度的变化水平应力随深度的变化6.4.3 水平应力普遍大于垂直应力水平应力普遍大于垂直应力水平应力普遍大于垂直应力水平应力普遍大于垂直应力6.4岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律对实测资料的统计分析表明，侧压力系数的变化范围为（图6-20）：50. 0150030. 0100+HH在深度不大的情况下

266、，值很分散，并且数值较大；随着深度增加，值分散度变小，并且向1的附近集中，这就是前述地下的海姆静水应力效应。6.4岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律6.4.4 侧压侧压侧压侧压力系数与深度的关系力系数与深度的关系力系数与深度的关系力系数与深度的关系2016/11/1790垂直应力平均水平应力=K3.0100K+=Z5.01500K+=Z侧压系数与深度的关系6.4.4 侧压侧压侧压侧压力系数与深度的关系力系数与深度的关系力系数与深度的关系力系数与深度的关系6.4岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分

267、布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律实测结果表明，原岩主应力方向与铅垂或水平方向偏离不大，一般不超过10。6.4岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律岩体初始应力分布的主要规律6.4.5 两水平应力之间的比例两水平应力之间的比例两水平应力之间的比例两水平应力之间的比例研究表明研究表明研究表明研究表明：开采超过一定深度后极易出现严重的动力异常现开采超过一定深度后极易出现严重的动力异常现开采超过一定深度后极易出现严重的动力异常现开采超过一定深度后极易出现严重的动力异常现。开采深度愈大开采深度愈大开采深度愈大开采深度愈大，煤岩体应力愈高煤岩体应力愈高煤岩体应

268、力愈高煤岩体应力愈高，高应力所导致的矿压显现高应力所导致的矿压显现高应力所导致的矿压显现高应力所导致的矿压显现、冲击地压和煤与瓦斯突出等矿井动力现象就愈发严重冲击地压和煤与瓦斯突出等矿井动力现象就愈发严重冲击地压和煤与瓦斯突出等矿井动力现象就愈发严重冲击地压和煤与瓦斯突出等矿井动力现象就愈发严重。?瓦斯突出后爆炸瓦斯突出后爆炸瓦斯突出后爆炸瓦斯突出后爆炸?冲击地压灾害后冲击地压灾害后冲击地压灾害后冲击地压灾害后6.5高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题底臌变形发生较为普遍；底臌变形包括底煤的涌入以及直接底变形破

269、坏后涌入两类；如图。底煤涌出掀翻皮带机底煤涌出掀翻皮带机底煤涌出掀翻皮带机底煤涌出掀翻皮带机直接底变形破坏直接底变形破坏直接底变形破坏直接底变形破坏6.5高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题2016/11/1791支护结构往往损坏严重，以U型钢支护为例，主要表现在U型钢被压劈、卡具崩断、U型钢连接处发生错动大变形、支护结构整体失稳变形等。6.5高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题6.5高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的

270、主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题研究高地应力问题本身就是岩体力学的基本问题之一。岩体的本构关系、破坏准则以及岩体中应力传播规律都要受到地应力大小的变化而变化。随着采矿深度的增加、我国中西部的开发，尤其是水电工程建设，在高地应力地区出现特殊的地压现象，给岩体工程稳定问题提出了新课题。6.5高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题6.5.1 研究高地应力问题的必要性研究高地应力问题的必要性研究高地应力问题的必要性研究高地应力问题的必要性6.5高地应力地区的主要岩石力学问题高地

271、应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题2016/11/1792(1)目前国内国际无统一的标准。(2)国内一般岩体工程以初始地应力在20-30MPa为高地应力(大于800米深)。(3)由于不同岩石，弹性模量不同，岩石的储能性能也不同。按工程岩体分级标准（GB50218-94）：称为极高初始地应力，为高地应力。其中：为岩石单轴饱和抗压强度；为垂直洞轴线方向地最大初始地应力。4/maxcRm ax/4 7ccRR=cRmax6.5高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题6.

272、5.2 高地应力判别准则和高地应力现象高地应力判别准则和高地应力现象高地应力判别准则和高地应力现象高地应力判别准则和高地应力现象6.5.2.1高地应力判别准则高地应力判别准则高地应力判别准则高地应力判别准则二滩引水隧洞岩爆发生位示意图(1) 岩芯饼化现象。(2) 岩爆。(3) 探硐和地下隧道洞地洞壁产生剥离，岩体锤击为嘶哑声并有较大变形(4) 岩质基坑底部隆起、剥离以及回弹错动现象。(5) 野外原位测试测得的岩体物理力学指标比试验室岩块试验结果高。6.5高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题6.5.2.2 高地应

273、力现象高地应力现象高地应力现象高地应力现象岩爆是一种地下开挖活动诱发的地震现象。根据目前测得的采矿诱生矿震的能量范围为10-5109J，但是有当突然猛烈释放的能量大于104J的矿震才能形成岩爆。岩爆的产生条件：（1）围岩应力条件（2）围岩应力重新分布和集中将导致围岩积累大量能量（3）岩爆通过何种方式出现，这取决于围岩的岩性、岩体的结构特征、弹性变性能的累积和释放时间的长短。6.5高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题6.5.2.3 岩爆及其防治措施岩爆及其防治措施岩爆及其防治措施岩爆及其防治措施影响岩爆的因素：（

274、1）地质构造实践表明，岩爆大多发生于褶皱构造中。（2）硐室的埋深大量资料表明，随着硐室埋深的增加，岩爆次数增加，强度也增大6.5高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题6.5.2.3 岩爆及其防治措施岩爆及其防治措施岩爆及其防治措施岩爆及其防治措施2016/11/1793岩爆的防治：根据在大量的工程实践中积累的经验，目前已有许多行之有效的方法治理岩爆：加固围岩、加防护措施、完善施工方法、改善围岩应力条件以及改变围岩性质等。岩爆形成机理和围岩破坏区分带岩爆的孕育、发生和发展是一个渐进性变形的破坏过程：（1）劈裂成板阶

275、段（2）剪切成块阶段（3）块、片弹射阶段6.5.2.3岩爆及其防治措施岩爆及其防治措施岩爆及其防治措施岩爆及其防治措施6.5高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题微震监测原理任何岩体在宏观破坏前一般都会产生许多细小的微破裂。这些微破裂会以弹性能释放的形式产生弹性波，并可被安装在有效范围内的传感器接收。利用多个传感器接收这种弹性波信息，通过反演方法就可以得到岩体微破裂发生的时刻、位置和性质，即地球物理学中所谓的“时空强”三要素。根据微破裂的大小、集中程度、 破裂密度，则有可能推断岩石宏观破裂的发展趋势。6.5高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题高地应力地区的主要岩石力学问题6.5.2.3岩爆及其防治措施岩爆及其防治措施岩爆及其防治措施岩爆及其防治措施