《岩石力学.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《岩石力学.doc（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、在经典理论发展阶段，形成了“连续介质理论”和“地质力学理论”两大学派。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，孔隙率等基本属性。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。天然含水率：天然状态下岩石中水的质量与岩石的烘干质量的比值，称为岩石的天然含水率。吸水性：岩石在一定条件下吸收水分的性能称为岩石的吸水性。岩石的软化性：岩石浸水后强度降低的性能称为岩石的软化性。岩石的软化性常用软化系数来衡量。软化系数：是岩样饱水状态的单轴抗压强度与自然风干状态抗压强度的比值。岩石的强度：岩石在各种载荷作用下达到破坏时所能承受的
2、最大应力称为岩石的强度。单轴抗压强度：岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度。岩石破坏有几种形式？对各种破坏的原因作出解释。答：试件在单轴压缩载荷作用破坏时，在试件中可产生四种破坏形式:(1)X状共轭斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。(2)单斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。(3)拉伸破坏，破坏面上的拉应力超过了该面的抗拉强度，导致岩石受拉伸破坏。（4）塑性流动变形破坏。岩石的三轴抗压强度：岩石在三向压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压应力称为岩石的三轴抗压强度。抗拉强度：岩石在单轴拉伸荷载作用
3、下达到破坏时所能承受的最大拉应力称为岩石的单轴抗拉强度，简称抗拉强度。在传统的压缩试验中，岩石达到其峰值强度后发生突发性破坏的根本原因是试验机的刚度不够大，这类试验机称为“软”性试验机。什么是全应力-应变曲线？为什么普通材料实验机得不出全应力-应变曲线？全应力应变曲线：能显示岩石在受压破坏过程中的应力、变形特性，特别是破坏后的强度与力学性质的变化规律。由于普通材料试验机的刚度小，在试件压缩时，其支柱上存在很大的变形和变形能，在试件快要破坏时，该变形能突然释放，加速试件破坏，从而得不出极限压力后的应力应变关系曲线。全应力-应变曲线另外三个用途：预测岩爆，预测蠕变破坏，预测循环加载条件下岩石的破坏
4、。岩石的变形：弹性变形，塑性变形和粘性变形。弹性 ：物体在受外力作用的瞬间即产生全部变形，而去除外力（卸载）后又能立即恢复其原有形状和尺寸的形状称为弹性。产生的变形称为弹性变形。塑性：物体受力后产生变形，在外力去除（卸载）后变形不能完全恢复的性质，称为塑性。不能恢复的那部分变形称为塑性变形（永久变形，残余变形）。粘性：物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质，称为粘性。简述岩石在单轴压缩条件下的变形特征？在三轴压缩试验条件下，岩石的力学性质会发生哪些变化？三轴压缩条件下，围压对岩石变形的影响主要有：(1)随着围压(2=3)的增大，岩石的抗压强度显著增加；(2)随着围压(2
5、=3)的增大，岩石的变形显著增加；(3)随着围压(2=3)的增大，岩石的弹性极限显著增加；(4)随着围压(2=3)的增大，岩石的应力-应变曲线形态发生明显的改变，岩石的性质发生了变化，由弹脆性-弹塑性-应变硬化。劈裂法实验时，岩石承受对称压缩，为什么在破坏面上出现拉应力？绘制试件受力图说明劈裂法试验的基本原理。由弹性理论可得出在对径压缩方向上，圆盘中心线平面内（y轴）的应力状态为在对径压缩时圆盘中心点的压应力值为拉应力值的3倍，而岩石的抗压强度是抗拉强度的520倍。岩石在受压破坏前就被抗拉应力所破坏。所以破坏面上出现拉应力破坏。P试件劈裂破坏发生时的最大压力值；D岩石圆盘试件的直径；T岩石圆盘
6、试件的厚度，.什么是莫尔强度包络线？如何根据试验结果绘制莫尔强度包络线？答：三轴抗压强度实验得出：对于同一种岩石的不同试件或不同实验条件（不同的围压时的最大轴向压力值）给出了几乎恒定的强度指标值（直线性强度曲线时为岩石的内聚力和内摩擦角）。这一强度指标以莫尔强度包络线（Mohrsstrengthenvelop）的形式给出。在不同围压条件下，得出不同的抗压强度，因而可以做出不同的莫尔应力圆，这些莫尔应力圆的包络线就是莫尔强度包络线。简述岩石在单轴压缩条件下的变形特征。在单轴压缩条件下，岩石的应力-应变曲线如图。全应力-应变曲线可分为四个阶段：（1）孔隙裂隙压密阶段(OA)：岩石试件中的孔隙裂隙被
7、压密，形成早期的非线形变形，-曲线呈上凹型。（2）弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段(AC)：该阶段的应力-应变曲线近似为直线。其中AB段为弹性变形阶段，BC段为微破裂稳定发展阶段。（3）非稳定破坏发展阶段(CD)：C点是岩石从弹性变为塑性的转折点，称为屈服点。该点相应的应力为屈服应力。该阶段中，微裂隙的发展出现了质的变化，破裂不断发展，直至试件完全破坏。（4）破裂后阶段(D点以后)：轴压力达到试件的峰值强度后，试件内部结构遭到破坏，但试件基本保持整体状。之后，裂隙快速发展，形成宏观断裂面，试件承载能力随变形增大而迅速下降，但并不为零，说明破裂的岩石仍具有一定的承载力。线弹性体、完全弹性体、弹性
8、体三者的应力-应变关系有什么区别？完全弹性体：循环加载时的-关系为曲线。加载路径与卸载路径完全重合。线弹性体：循环加载时的-关系为直线。加载路径与卸载路径完全重合。弹性体岩石：加载路径与卸载路径不同，但反复加载与卸载时，应力应变关系总是服从此环路的规律。什么是岩石的扩容？简述岩石扩容的发生过程。答：岩石在荷载作用下，在其破坏之前产生的一种明显的非弹性体积变形。对E和为常数的岩石，其体积应变曲线可分为三个阶段：（1）体积变形阶段：体积应变在弹性阶段内随着应力的增加而呈线形变化（体积减小），在此阶段1/2+3/（2）体积不变阶段：在这一阶段，随应力的增加，岩石体积应变增量接近为零。岩石体积几乎不变
9、。（3）扩容阶段：外力继续增加时，岩石的体积不是减小，而是增加，增加速率越来越大，最终将导致岩石试件破坏。弹性模量：对于部分岩石来说，应力-应变曲线具有近似直线的形式，直线的斜率，也即应力与应变的比率被称为岩石的弹性模量。岩石的变形模量为正应力与总应变之比。岩石力学中以压为正 以拉为负结构面的剪切变形、法向变形与结构面的哪些因素有关？结构面的剪切变形、法向变形与岩石强度、结构面粗糙性和法向力有关。结构面力学性质的尺寸效应体现在哪几个方面？结构面试块长度增加，平均峰值摩擦角降低，试块面积增加，剪切应力呈现出减小趋势。此外，还体现在以下几个方面：（1）随着结构面尺寸的增大，达到峰值强度时的位移量增
10、大；（2）试块尺寸增加，剪切破坏形式由脆性破坏向延伸破坏转化；（3）尺寸增加，峰值剪胀角减小，结构面粗糙度减小，尺寸效应也减小。岩体在多次循环荷载作用下岩体变形有什么特征？岩体在加载过程中，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，不论每一级加载与卸载循环曲线都是开环型。岩体在循环荷载作用下，而卸载时荷载又不降至零时，相应的变形过程将出像闭环型式。具有单结构面的岩体其强度如何确定？具有单结构面的岩体强度为结构面强度与岩体强度二者之间的最低值。结构面强度为：岩体质量分类有和意义？为了在工程设计与施工中能区分岩体质量的好坏和表现在稳定性上的差别，需要对岩体做出合理
11、分类，作为选择工程结构参数、科学管理生产以及评价经济效益的依据之一，也是岩石力学与工程应用方面的基础性工作。简述地应力测量的重要性。(1)应力测量为各种岩体工程进行科学合理的开挖设计和施工提供依据；(2)地应力状态对地震预报、区域地壳稳定性评价、油田油井的稳定性、核废料储存、岩爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球动力学的研究也有重要的意义。简述地壳浅部地应力分布的基本规律。(1) 地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它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的增加而减小，但在不同地区，变化的速度很不相同
12、。(5)最大水平主应力与最小水平主应力也随深度呈线形增长关系；(6)最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大，显示出很强的方向性。（7）地应力的上述分布规律还会受到地形、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。地应力测量方法分哪几类？它们的主要区别在哪里？每类包括那些主要测量技术？依据测量基本原理的不同，可将测量方法分为直接测量法和间接测量发两大类。直接测量法是由测量仪器直接测量和记录各种应力量，包括：扁千斤顶法、水力致裂法、刚性包体应力计法和声发射法。间接测量法是借助某些传感器或某些介质，测量和记录岩体中某些与应力有关的间接
13、物理量的变化，如岩体中的变形和应变，然后由计算公式求出原岩应力值。包括：套孔应力解除法和其他的应力应变解除法以及地球物理方法等。其中套孔应力解除法是目前国内外广泛使用的一种方法。简述水压致裂法的主要测量步骤。(a)打钻孔到准备测量应力的部位；并将钻孔中待加压段用封隔器密封起来；(b)向隔离段注入高压水，记录孔裂开时的压力值Pi,继续加压，直到裂隙扩张到孔径的3倍，关闭高压水系统，保持水压恒定，此时的应力为关闭应力，记为Ps，最后卸压，使裂隙闭合，此时孔内压力为P0。(c)重新向密闭段注入高压水，使裂隙重新打开，记录裂隙重新打开时的压力Pr,和随后的恒定关闭压力Ps,其孔内压力时间曲线如图3-9
14、。(d)将封隔器卸压，从孔中取出，(e)用摄象机记录孔内的水压致裂裂隙，天然节理、裂隙的位置、方向和大小。简述套孔应力解除法的基本测量原理和主要测试步骤。答：全应力解除法（套孔应力解除法）全应力解除法即是测点岩体完全脱离地应力的作用，测量其变形值，再根据岩体的物理力学性质计算其原岩应力。此种方法最为适用、可靠。操作步骤：(a)从岩体表面向岩体内打大钻孔，直径一般为130150mm，(b)从大钻孔内再打小钻孔，直径一般为3638mm，(c)在小孔中央安装探头，(d)再用大钻头打大孔，解除探头上的压应力，记录岩体的变形值，(e)取出岩芯，测量岩芯的E，等物理力学参数，(f)根据理论公式计算原岩应力
15、值。套孔应力解除法又分为：孔径变形法、孔底应变法、孔壁应变法、空心包体应变法和实心包体应变法五种。什么叫岩石的本构关系？岩石的本构关系一般有几种类型？岩石的本构关系是指岩石的应力或应力速率与其应变或应变速率的关系。岩石的本构关系一般分为：弹性本构关系、弹塑性本构关系和流变本构关系。什么叫蠕变、松弛、弹性后效和流变？蠕变：当应力不变时，变形随时间增加而增加的现象。松弛：当应变不变时，应力随时间的增加而减小的现象。弹性后效：加载和卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。流变性质就是指材料的应力-应变关系与时间因素有关的性质，材料变形过程中具有时间效应的现象称为流变现象。蠕变一般包括几个阶段？每个阶段的特点是什么？当作用在岩石上的应力超过某一值时，岩石的变形速率随着时间的增加而增加，最后导致岩石的破坏，这种蠕变成为不稳定蠕变。这是典型的蠕变曲线。根据应变速率不同，其蠕变过程分为三个阶段：第一阶段：图中ab段，应变速率随时间增加而减小，又称减速蠕变或初始蠕变阶段。第二阶段：图中bc段，应变速率基本不变，也叫等速蠕变阶段。第三阶段：图中cd段，应变速率迅速增加直到岩石破坏为止，也叫加速蠕变
