岩体力学补充知识.doc

1何谓岩体力学？它的研究任务和对象是什么？是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学岩体的地质特征 岩块 结构面的力学性质 岩体的力学性质 岩体中天然应力 岩体中重分布应力 稳定性计算与评价 工程处理与加固2 何谓岩块？岩体？比较两者的异同？岩块（rock block 或 rock ）指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元岩体（rockmass） 是指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。岩块的结构：岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式及微结构面发育情况与颗粒间连结方式等反映在岩块构成上的特征。岩体结构（rockmass structure）指岩体中结构面与结构体的排列组合关系。各类岩体结构的主要区别：在于结构面的性质及发育程度，如层状结构岩体中发育的结构面主要是层面、层间错动；整体状结构岩体中的结构面呈断续分布，规模小且稀疏；碎裂结构岩体中的结构面常为贯通的且发育密集，组数多；而散体状结构岩体中发育有大量的随机分布的裂隙，结构体呈碎块状或碎屑状等。3 何谓结构面？从地质成因上和力学成因上结构面可划分为哪几类？各有什么特点？结构面（structural plane） 指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。原生结构面：岩体在成岩过程中形成的结构面。沉积结构面是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，有层理面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。岩浆结构面是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，包括岩浆岩体与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接触面和原生冷凝节理等。变质结构面是在变质过程中形成的，分为残留结构面和重结晶结构面，构造结构面：是岩体形成后在构造应力作用下形成的各种破裂面，包括断层、节理、劈理和层间错动面等。次生结构面：是岩体形成后在外营力作用下产生的结构面，包括卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泥层和泥化夹层等。还有另外一种分类：（1）张性结构面是由拉应力形成的，如羽毛状张裂面、纵张及横张破裂面、岩浆岩中的冷凝节理等，特点是张开度大，连续性差，形态不规则，面粗糙，起伏度大，破裂带较宽，易被充填，常含水丰富，导水性强（2）剪性结构面是剪应力形成的，破裂面两侧岩体产生相对滑移，如逆断层、平移断层以及多数正断层等。特点是连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等。岩石的饱和吸水率是指岩石试件在高压（一般是压力为15MPa）或真空条件下吸入水的质量与岩样干质量之比。透水性：一定的水力梯度或压力差作用下，岩石能被水透过的性质，称为透水性。渗透系数是表征岩石透水性的重要指标，其大小取决于岩石中空隙的数量、规模及连通情况等，并可在室内根据达西定律测定。K为渗透系数（permeability coefficient），数值上等于水力梯度为1时的渗透流速，单位是cm/s或 m/d变形模量：是指单轴压缩条件下，轴向压应力与轴向应变之比泊松比：指在单轴压缩条件下，横向应变 与轴向应变之比12、推导出几种岩块强度（强度参数）间的关系式抗剪断强度：指试件在一定的法向应力作用下，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。抗切强度：指试件在法向应力为零时，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。摩擦强度：指试件在一定的法向应力作用下，沿已有破裂面（层面、节理等）再次剪切破坏时的最大剪应力。结构面的法向刚度与剪切刚度的定义如何？各自如何确定？法向刚度Kn是指在法向应力作用下，结构面产生单位法向变形所需要的应力，在数值上等于 曲线上一点的切线斜率。剪切刚度KS（shear stiffness）是指反映结构面剪切变形性质的重要参数，其数值等于峰值前曲线上任一点的切线斜率。30、何谓天然应力、重分布应力及天然应力比值系数？研究天然应力的意义？天然应力（地应力、初始应力）人类工程活动之前存在于岩体中的应力；重分布应力（二次分布应力、附加应力等）由于工程活动改变了的岩体中的应力天然水平应力与铅直应力的比值为天然应力比值系数I，随深度增加而减小。31、岩体中的天然应力有哪些基本特征？影响因素？（1）地形起伏。水平应力向负地形集中，向正地形释放；在斜坡附近，应力方向发生偏转。（2）地表剥蚀 剥蚀后，岩体中一点天然应力比值系数增大了，当大到一定值时，必有I大于1的情况出现。影响因素：结构面、岩体性质（硬岩往往可积累较高的应力，而软岩则相反）、地下水（产生渗流应力），地温产生温度应力33、何谓地下硐室？地下硐室的岩体力学问题有哪些？地下硐室：是指人工开挖或天然存在于岩土体中作为各种用途的构筑物围岩应力重分布问题计算重分布应力围岩变形与破坏问题计算位移，确定破坏范围围岩压力问题计算围岩压力有压硐室围岩抗力问题计算围岩抗力33、以水平圆形无压硐室为例，说明弹性围岩应力的分布规律洞壁上的，为单向应力状态大小与硐室尺寸R0无关，当当当，洞顶底将出现拉应力当时，为压应力分布较均匀当时，洞壁两侧出现拉应力，洞顶底出现较高的压应力集中33、何谓塑性松动圈？具有塑性圈后围岩中的重分布应力如何变化？塑性松动圈是地下开挖后，洞壁的应力集中最大，当它超过围岩屈服极限后，洞壁围岩就由弹性状态转化为塑性状态，并在围岩中形成一个塑性松动圈。（1）塑性松动圈内围岩重分布应力与岩体天然应力无关，而取决于支护力（pi）和岩体强度（C、）（2）弹性圈交界面上的重分布应力取决于天然应力和岩体强度（C、），而与支护力无关。（3）支护力不能改变交界面上的应力大小，只能控制塑性松动圈半径的大小33、何谓围岩压力？按其成因可分为哪几类？围岩压力：地下硐室围岩在重分布应力作用下产生过量的塑性变形或松动破坏，进而引起施加于支护衬砌上的压力。按形成机理，可分为形变围岩压力，松动围岩压力和冲击围岩压力。34、形变围岩压力确定的基本原理与方法？为了防止塑性变形的过度发展，须对围岩设置支护衬砌，当支护结构与围岩共同工作时，支护力与作用于支护衬砌结构上的围岩压力是一对作用力与反作用力，这时只要求得支护衬砌结构对围岩的支护力，也就求得了作用于支衬上的形变围岩压力。34、利用平衡拱理论与太沙基理论计算围岩压力的原理平衡拱理论：该理论认为：硐室开挖以后，如不及时支护，洞顶岩体将不断垮落而形成一个拱形，又称为塌落拱。最初这个拱形是不稳定的，如果洞侧壁稳定，则拱高随塌落不断增高；反之，如侧壁不稳定，则拱跨与拱高同时增大。当洞的埋深较大（埋深H5b1，b1为拱跨）时，塌落拱不会无限发展，最终将在围岩中形成一个自然平衡拱。这时，作用于支护衬砌上的围岩压力就是平衡拱与衬砌间破碎岩体的重量，与拱外岩体无关。因此，利用该理论计算围岩压力时，首先要找出平衡拱形状和拱高。34、边坡岩体变形破坏有哪些基本类型？各自特点如何？（1）卸载回弹。成坡过程中由于荷载不断减少，表面岩体会向临空方向发生伸长变形，即卸荷回弹。天然应力越大，变形越大，超过岩体的抗变形能力后，岩体遭到破坏，形成细小裂缝。（2）蠕变变形。应力不变的条件下，应变随时间不断增加，这就是蠕变，在未超过岩体的长期强度时，这种应变是局部的，一旦超过长期强度，这种应变是对整体结构的破坏33、利用刚体极限平衡理论计算边坡稳定性的步骤有哪些？常遵循以下步骤：可能滑动岩体几何边界条件的分析（所谓几何边界条件是指构成