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1、重庆大学岩石力学总结 第一章1 岩石中存在一些如矿物解理，微裂隙，粒间空 隙，晶格缺陷，晶格边界等内部缺陷，统称微结 构面。 2 岩石的基本构成 是由组成岩石的物 质成分和结构两大方面来决定。 3 岩石的结构 是指岩石中矿物颗粒相互之间的关系， 包括颗 粒的大小， 形状，排列，结构连接特点及岩石 中的微结构面。 其中以结构连接和岩石中的微 结构面对岩石工程性质影响最大。 4 岩石中结 构连接的类型 主要有两种：结晶连接，胶结连 接。 5 岩石中的 微结构面 是指存在于矿物颗 粒内部或矿物颗粒及矿物集合体之间微小的弱 面及空隙。它包括矿物的解理，晶格缺陷，晶粒 边界，粒间空隙，微裂隙等。 6 矿
2、物的解理面 指矿物晶体或晶粒受力后沿一定结晶方向分裂 成的光滑平面。 7 岩石的物理性质 是指由岩 石固有的物质组成和结构特征所决定的比重，容 重，孔隙率，岩石的密度等基本属性。 8 岩石 的孔隙率是指岩石孔隙的体积与岩石总体积的比值。 9 岩石的水理性：岩石与水相互作用时 所表现的性质称为岩石的水理性。包括岩石的吸 水性，透水性，软化性和抗冻性。10 岩石的 天然含水率 wmwmw 表示岩石中水的质量，岩石的烘干质量 mrdmrd11 岩石在一定条件下吸收水分的性能称为岩石 的 吸水性 。它取决于岩石孔隙的数量，大小， 开闭程度和分布情况。表征岩石吸水性的指标有 吸水率，饱和吸水 率和饱水系
3、数。岩石吸水率 wa m m .o drmdr 为岩石烘干质量， mo 为岩石浸mdr水 48 小时后的总质量。12 岩石的饱水率是岩石在强制状态下（高压， 真空或煮沸）岩石吸入水的质量与岩石烘干质量 的比值。 13 岩石的透水性：岩石能被水透过的性能。可用渗透系数衡量。主要取决于岩石孔隙的大小，方向及相互连通情况。q k dh AxK 为岩石的渗透系数， h 为dx水头的高度，A为垂直于X方向的截面面积，qx 为沿X方向水的流量。透水性物理意义 ：是介质对某种特定流体的渗透 能力， 渗透系数的大小取决于岩石的物理特性 和结构特征。14岩石在反复冻融后强度降低的主要原因：1 构成岩石的各种矿物
4、的膨胀系数不同，当温度变 化时， 由于矿物的胀缩不均而导致岩石结构的 破坏。2当温度降到Ot以下时，岩石孔隙的 水结冰，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甚至破坏。 15 进 行岩石强度实验选用的试件必须 是完整岩块， 而不应包含节理裂隙。 16 岩石强度指标值受 下列因素影响：试件尺寸试件形状试件 三维尺寸比例加载速率（加载速率越多，所测 岩石强度指标值越高湿度17 体积应变 vy2 x18 影响单轴抗压强度的因素 ：矿物成分 结 晶岩石中的石英矿物含量多其岩石强度就大 云母矿物越多岩石强度越低浅色矿物多强度 大， 深色矿物多强度低沉积岩的碎屑颗粒成 分，石英颗粒的强
5、度大于长石颗粒（胶结物相同 时）结晶程度和颗粒大小： 结晶岩石强度大于非结 晶岩石； 细粒结晶大于粗粒结晶强度。 胶结程度 ：对沉积岩来说， 交接情况和胶结物 对强度影响较大。硅质胶结石灰质泥质同 类沉积岩 地质年代 早晚的 物理性质：空隙 率大，强度低；密度大，强度高。 风化作用 ： 风化程度越高，强度越低。 水的作用 ：水侵入 岩石的空隙和裂隙， 削弱了岩石颗粒间的连接， 使其强度减弱。19 减少端部效应 的措施：在试件和铁板间加润 滑剂：增加试件长度。20非限制性剪切强度So计算公式：a：单面剪切试验 So=Fc/A Fc 为试件被剪 切前达到的最大剪力， A 为试件沿剪切方向截 面积。
6、 b ：双面剪切试验So=Fc/2A c:冲击剪切试验So Fc2 ra为试件厚度，为冲击孔半径。r d: 扭转剪切试验 ： So 16McDMc 为试件被剪断前达到的最大扭矩， D 为试件 直径。21 全应力应变曲线 除能全面显示岩石在受压 破坏过程中的应力应变特征，还可以预测岩爆， 预测蠕变破坏，预测循环加载条件下岩石的破坏22 岩石在荷载作用下，首先发生的物理现象是 变形。随着荷载的不断增加，或 在恒定荷载作 用下， 随时间的增长，岩石变形逐渐增大， 最 终导致岩石破坏。 岩石变形有弹性变形，塑性 变形，粘性变形。23 当围压为 0 或较低的情况下，岩石呈脆性状 态，当围压增大时，岩石显
7、示出由脆性到塑性转 化的过渡状态， 持续增加时， 呈现出塑性流动 状态， 再增加出现所谓应变硬化现象 。 通常 把岩石由脆性转化为塑性的临界围压称为 转化 压力 。 岩石越坚硬，转化压 力越大。24围压对岩石变形的影响：随着围压增大，岩 石的抗压强度显著增加随着围压增大 ，岩石的 变形显著增加随着围压增大，岩石的弹性极限 显著增加随着围压增大，岩石的应力应变曲线发 生明显改变，岩石的性质发生了变化： 由弹脆性 到弹塑性到应变硬化。25 岩石的变形特性通常用弹性模量，变形模量， 泊松比等指标表示。如果卸载 曲线不走加载曲 线的路线，这时产生了所谓 滞回效应 ，则这 种材料称为弹性的。如果不仅卸载
8、曲线不走加载曲线的路线，而且应 变也不恢复到 0，则这种材料称为弹塑性的，能 够恢复的变形叫弹性变形。 加载曲线与卸载曲 线组成的环叫做 塑性滞回环。 26 泊松比： 岩 石的横向应变与纵向应变的比值。 27 影响岩 石力学性质的因素： 水，温度，风化程度，加 荷速率，围压的大小，各向异性等。 28 水对 岩石力学性质的影响 ：连结作用，润滑作用，水楔作用，孔隙压力作用，溶蚀及潜蚀作用。29 岩石的脆性和塑性并非岩石固有的性质，他 与其受力状态有关，随着受力状态的改变，其脆 性和塑性是可以相互转化的。 第二章30 结构体和结构面称为岩体结构单元（要素）31 层状结构容易滑塌，块状结构体是不稳定
9、结 构体，块裂结构体由块状原生结 构岩体构成，碎块状结构容易造成大规模岩体失 稳， 碎屑状颗粒状结构易引起较大的岩体失稳。32级序 分级依据 对岩体稳定性的作用I级延伸数公里，深度可切穿一个构造层，破碎 影响区域稳定性，山体稳带宽度在数米至数十米以上 定性II级 延伸数百米至数公里，破碎带宽度比较窄， 控制山体稳定性几厘米至数米III级 延伸十米或数十米，无破碎带，仅在一个地 控制岩体的稳定性质时代的岩层中分布W级延伸数米，未错动，不夹泥岩体力学性质，结构效应的基础，破坏岩体的完整性V级连续性极差，刚性接触的细小或隐微裂面 分布随机，降低岩块强度33 结构面按贯通情况可分为非贯通性的，半贯 通
10、性的，贯通性的三种类型。 34 结构面形态 三要素：起伏形态，起伏角，粗糙度。结构面形 态决定结构面抗滑力的大小，当结构面起伏程度 大，粗糙度高时，其抗滑力就大。 35 结构面 的密集程度：以岩体裂隙度 K 和切割度 Xe 表征岩体结构面的密度。K=n/L, L为取样线程 度， n 为沿该程度内出现的节理数量。切割度是指岩体被节理切割分离的程度，节理面面积 a 与该断面面积 A 的比值即为岩体的切割度 Xe 36 Xv=Xe*K。 Xv 表示岩体内由一个节理组所 产生的实际切割度。 37 平面结构面剪切强度 t = o tan e+C38结构面的尺寸效应：随着结构面尺寸的增 大，达到峰值强度时
11、的位移量增大由于尺寸的 增加，剪切破坏形式由脆性破坏向延性破坏转化 尺寸加大，峰值剪胀角减小随结构面粗糙程 度减小，尺寸效应也在减小。39 现场岩体单轴和三轴压缩试验的应力应变全 过程曲线 可以看出：岩体在加载过程中，由于 岩体内部的结构调整，结构面压密与闭合，应力 应变曲线呈上凹型；中途卸载回弹变形有滞后现 象，并出现不可恢复的残余变形。这是由于结构面受压过程中产生闭合，滑移与错 动造成的。不论每一级加载与卸载循环曲线都是 开环型，伴随外载荷增加，残余变形量的增长速 度变小，累计残余变形增大。 40 岩体结构效 应：峰值强度后，岩体开始破坏，应力下载缓慢，仍有残余应力。41单结构面强度效应。
12、=1/2( o +o )+1/2( o - o )cos2 t =1/2( o1 3 1 31- o 3)sin2 B B为 AB面与最大主应力方向夹角。42 岩体完整性系数 K =(V /V ) 2 V 为岩 vml cl2 ml体中弹性波纵波传播速度， V 为岩块中弹性波 cl纵波传播速度岩 体 种 岩体完整性系数类完整 0.75 块状 0.450.75 碎裂状 90 Kv+30 时，以0 = 90 Kv+30 代入该 cw cw式。当 Kv0.040 +0.4 时 Kv=0.040 +0.4 代入 cw cw该式。46主要软弱结构面产状影响修正系数K2,地下 水影响修正系数K1，天然应力
13、影响修正系数K3. BQ=BQ-100(K3+K1+K2)47 岩体地质力学分类 CSIR 分类指标值 RMR 由岩块强度， RQD 值，节理间距，节理条件及 地下水。 48 巴顿岩体质量 Q 分类 Q=(RQD/Jn)*(Jr/Ja)*(Jw/SRE)RQD 为岩石质量指标， Jn 为节理组数； Jr 为 节理粗糙系数； Ja 为节理蚀变系数；Jw 为节理水折减系数； SRF 为应力折减系数； RQD/Jn 为岩体的完整性；Jr/Ja 为结构面的形态，充填物特征及其次生变 化程度； Jw/SRF 为水与其他应力存在时对岩体 质量的影响。第三章49 地应力是存在于地层中的未受工程扰动的天 然应
14、力，也称岩体初始应力，绝对应力或原岩应 力。是岩石开挖工程变形和破坏的根本作用力。50地应力的成因：大陆板块边界受压引起的 应力场地幔热对流引起的热力场由地心引 力引起的地热场岩浆侵入引起的地热场地 温梯度引起的热力场地表剥蚀产生的应力场51 地应力分布的一些基本规律： 1）地应力是 一个具有相对稳定性的非稳定应力场，他是时间 和空间的函数。 2）实测垂直应力基本等于上覆 岩层的重量 3）水平应力普遍大于垂直应力 4）平均水平应力与垂 直应力的比值随深度增加而减小，但在不同地区 变化的速度不相同。 5）最大水平主应力和最小 水平主应力随深度呈线性增长关系。 6）最大水 平主应力和最小水平主应力
15、之值一般相差较大， 显示出很强的方向性。7）受到地形，地表剥蚀， 风化，岩体结构特征，岩体力学性质，温度，地 下水等因素的影响，特别是地形和断层的扰动影 响最大。52水压致裂法钻孔周边的应力。=o +。? 1 2-2（。- o ） cos2 9o r=012o , o r 分别为钻孔周边的切向应力和径向应力， ?e为周边一点与。1轴的夹角。53 声发射法 材料在外荷载作用时，其内部储存的 应变能快速释放产生弹性波，发生声响，称为声发射。 多晶金属的应力从其 历史最高水平释放后， 再重新加载，当应力未 达到先前最大应力值时， 很少有声发射产生， 而当应力达到和超过历史最高水平后，则大量产生声发射，这一现象叫做 凯泽效应第四章54库仑准则平面中的剪切强度准则| t |
