重庆大学岩石力学总结

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矿物的解理面指矿物晶体或晶粒受力后沿一定结晶方向

2、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w -mwmw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数。岩石吸水率Wa 匹一 .mdr为岩石烘干质量，m°为岩石浸 mdr水48

3、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。qx kdh A K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0C以下时，岩石孔隙的水结冰，体积

4、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18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

5、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。b :双面剪切试验So=Fc/2A c: 冲击剪切试验So F% a为试件厚度，r为冲击孔半径。d:扭转剪切试验：So 16McMe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

6、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

7、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

8、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 带宽度在数米至数十米以上影响区域稳定性，山体稳 定性U级延伸数百米至数公里，破碎带宽度比较窄， 几厘米至数米控制山体稳定性川级延伸十米或数

9、十米，无破碎带，仅在一个地 质时代的岩层中分布控制岩体的稳定性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集程度。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 Xe 是指岩体被节理切割分离的程度，节理面面积a与该

10、断面面积A的比值即为岩体的切割度Xe36 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 = a tan © +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

11、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 a =1/2( a 1+a 3)+1/2( a 1- a 3)cos2 Bt =1/2( a 1- a 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Kv= ( Vml/Vcl ) 2 Vml为岩体中弹性波纵波传播速度，必为岩块中弹性波纵波传播速度岩体种 类岩体完整性系数完整>0.75块状0.450.75碎裂状<0.454313 m c 3 s c

12、2 c 1为破坏时的最大主应力，（T 3为作用在岩石试样上的最小主应力，C c为岩块的单轴抗压强度，m,s为与岩性及结构面情况 有关的常数。44将长度在10厘米以上的岩芯累计长度占钻孔总厂的百分比称为岩石质量指 标RQD45岩体基本质量指标BC=90+3 c cw+250Kvc cw为岩石单轴饱水抗压强度当 c cw>90 Kv+30 时，以 c cw= 90 Kv+30 代入该式。当 Kv>0.04 c cw+0.4 时，以 Kv=0.04 c cw+0.4 代入该式。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 影响修正系数 K3. BQ=BQ-

13、100 （K3+K1+K247岩体地质力学分类CSIR分类指标值RMF由岩块强度，RQDfi，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）RQE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/SR F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。

14、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，

15、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c ? = c计c 2-2 (c 1- c 2) cos2 0 c r=0c ?, c r分别为钻孔周边的切向应力和径向应力，0为周边一点与c1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 |=C+c tan © 。 t

16、为剪切面上的剪应 力，c为剪切面上的正应力，C为粘结力，©为内摩擦角。最大主应力方向与 剪切面间的夹角为贝U 29 =?n +©，t =?sin2 9 , (T =? (c 1+(T 3) +? (c 仁(T 3) cos2 9 ,破坏面与最大主平面成 45 +? © 即9角，与最大主应力成45-?©。55莫尔强度理论 强度包络线的二次抛物线方程t 2=n( c + c t), c t为岩石 的单轴抗拉强度，n为待定系数。二次抛物线型包络线的主应力表达式：2 2(c i- c 3) =2n (c 计 c 3) +4nct-n ,在单轴压缩条件下 c 1=

17、 c c ，n=c c+2 c t ± 2“c t( c c+ c t)56格里菲斯强度理论 最容易破坏的裂隙方向=?arccos (c 1- c 3)/2 (c 1+c 3)2(c 1- c 3) / (c 1+ c 3) =8 c t ( c 1+3 c 3= 0)第六章57在岩石地下工程中，由于受开挖影响而发生应力状态改变的周围岩体，称为 围岩。从原始地下应力场变化到新的平衡应力场的过程，称为应力重分布, 经应力重分布形成的新的平衡应力，称为次生应力或二次应力58洞 壁 应 力 计 算 公 式高度 b 跨度 a(1 K)2 cos21；2 sin(1 K)2s in22 2K

18、cosJ。59狭义的地压定义就是指围岩作用在支架上的压力。地下岩体因开挖所引起的 力学效应有多种形式，如巷道顶，底或两帮的移近，底臌，围岩的围观或宏 观破裂，岩层移动，片帮冒顶，支架破坏，采场垮落等也都是地压表现。60支护所受的压力及其变形，来自于围岩在自身平衡过程中的变形或破裂导致 的对支护的作用，支护以自己的刚度和强度抑制岩体变形和破裂的进一步发 展。于是围岩和支护形成一种共同体；共同体两方面的耦合作用和互为影响 的情况称为围岩一支护共同作用。充分利用共同作用原理，发挥围岩的自承能力，对维持地下工程稳定和减少对支护的投入是十分有利的。61普氏地压学说：f10C为岩石单轴抗压强度。f tan '10記百，c为粘结力,为真内摩擦角。62普氏地压学说：两帮稳定时的顶压计算公式：矩形巷道, 落的岩石拱高为b，宽为2a,高为H，顶部可能冒2b希 f总顶压Qd 2ab 2aq f顶压集度qbtan 'a ra两帮不稳定时顶压和测压：拱高b1 fa Htan(45-Ffd总顶压为Qd 2ab1 rd 总顶压近似顶压集度qd rdb163充分发挥围岩的自承能力，是实现岩石地下工程稳定的最经济最可靠的方法，