岩体力学期末复习知识总结三

1、岩体力学期末复习知识总结 三 岩体：是位于一定地质环境中，在各种宏观地质界面分割下形成的有一定结构的地质体。峰值前变形机理：1.以裂纹行为为主导的变形。2.以弹性变形为主的变形。3.以塑性变形为主的变形。轴向应力应变曲线：直线型（弹），下凹型（弹塑），上凹形（塑弹），S型（塑弹塑）。扩容：随着裂纹的继续发生和扩展，岩石体积应变增量由压缩专为膨胀的力学过程。弹性模量：E是指单轴压缩条件下轴向压应力与轴向应变之比。刚性压力机：用岩石试件的变形作为控制变量，并用着一信号的反噬来控制机器压板的位移速率或加速速率的压力机。单调加载：岩石在峰值前承受的荷载一直增加。它可分为等加载速率加载和等应变速率加载两

2、种方式。循环加载：逐级循环加载：指在试验过程中，当荷载加到一定值时，将荷载全部卸除，然后又加载至比原来卸载点高的压力值，再卸载，如此不断循环的加载方式。反复循环加载：指在同一压力水平上反复加、卸的加载方式。弹性滞后：卸载后，大部分变形很快恢复，但还有一部分变形要经过一段时间才能恢复，这时卸载曲线与加载曲线不重合的现象。残余变形：卸载后，变形不能完全恢复，不能恢复的变形。应变强化：峰值前每一次的卸载曲线及重新加载的曲线斜率都要比原先的加载曲线斜率大的现象回滞环：重新加载曲线与卸载曲线不在一直线上，形成的封闭环。岩石的记忆：当荷载回升到开始卸荷时的荷载值之后，变形曲线就不再按重新加载的斜率上升，而

3、是按初次加荷曲线上升。疲劳破坏：在循环荷载下，岩石会在比峰值应力低的应力水平下破坏的现象。疲劳强度：使岩石发生疲劳破坏时循环荷载的应力水平的大小。真三轴试验：主要应力组合方式：1>2>3.常规三轴试验：主要应力组合方式1>2=3。岩性较弱的岩石，在围压作用下空隙闭合，刚度增大。应力降：峰值强度与残余强度的差。延性度：指岩石在变化前的全应变或永久应变。脆性破坏：指岩石在变形很小时，由弹性变形直接发展为急剧、迅速的破坏。破坏后的应力降较大。一般延性度小于3%。延性破坏：指岩石在发生较大的永久变形后导致破坏的情况，且破坏后应力降很小，一般延性度大于5%。延性

4、流动：有时岩石在应力作用下应变持续不断增长而不出现破裂，即只有屈服而无破裂的情况。低侧压真三轴条件下岩石破坏可分三类：剪切、拉剪、拉裂。流变：是指物质在外部条件不变的情况下，应力或变形随时间而变化的现象。松弛：指应变一定时，应变随时间逐渐减小的现象蠕变：指在恒定应 力条件下，应力随时间逐渐增长的现象长期强度：指长期荷载（应变速率小于10-6/S）作用下的岩石强度。趋于稳定蠕变：即在较小的恒定荷载作用下，变形随时间增长，但变形速率随时间递减，最终趋于稳定。非趋于稳定蠕变：当岩石受恒定荷载超过某一极限时，变形随时间不断增长而最终导致破坏。蠕变四阶段：1.瞬时变形，称瞬时蠕变。2.第一阶段蠕变，又称

5、初始蠕变或阻尼蠕变.3.第二阶段蠕变，又称等速蠕变。4.第三阶段蠕变又称加速蠕变。极限长期强度：应力小于某一临界值时，无论应力作用时间多长，岩石也不会破坏。欧几里德体：刚性固体，它是任何荷载作用下没有变形的固体。虎克体：完全弹性固体，服从虎克定律，应力与应变成正比。牛顿体：理想粘带液体，服从牛顿的粘滞定律应力与应变率成正比。圣维南体：完全塑性体，模型为一对摩擦接触的摩擦片。结构面的力学特征：取决与结构面的胶结充填情况，结构面的形状及贯通性。1.平直光滑无充填结构面；2.粗糙起伏无充填结构面；3.非贯通断续结构面。；4.软弱物质填充的软弱结构面。剪涨：由于滑动，将使结构面张开，发生膨胀的现象。剪

6、涨角：剪切时剪切位移之轨迹于水平线之夹角。节理岩体破坏方式：1.轴向劈裂。2.沿结构面滑动破坏。3.切穿岩石材料，在高围压情况下，形成共轭剪切面破坏。4.部分沿结构面，部分切岩石材料剪切破坏。5.裂隙发生扩展,张开，使岩体发生松胀破坏。强度准则（破坏判据）：表征岩石破坏条件的函数（应力及应变函数）强度理论：所有研究岩石破坏的原因、过程及条件的理论。莫尔强度理论：材料达到极限状态时，某剪切面上的剪切应力达到一个取决于正应力与材料性质的最大值。格里菲斯强度理论：在某种情况下，应力集中产生的应力达到所加应力的100倍时，材料的破坏不是受本身的强度控制，而是取决于材料内部裂纹周围的应力状态。裂纹尖端附

7、近应力假设：1.岩体内的裂纹形状是一个很扁平的椭圆。2.岩石性质的局部变化忽略不计。3.岩体内裂纹与裂纹之间相互不发生影响。4.椭圆形裂纹周围的应力系统作为平面问题处理。围岩压力：地下洞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围岩压力分类：形变围岩压力、塌落围岩压力、块体滑落围岩压力。围岩：把应力重分布影响范围内的岩体。围岩应力：围岩内的应力。天然应力：人类工程活动之前存在于岩体中的应力。自重应力：由岩体的自重所引起的应力。它在空间有规律的分布状态称 为自重应力场。应力重分布：硐室开挖后，周围的岩石在一般情况（即侧压力系数小于3）下必然在径向发生伸长

8、变形，在切向发生压缩变形，这就使得原来径向上的压缩应力降低，切向上的压缩升高，而这种降低和升高的程度随着远离硐壁逐渐减弱，到达一定距离后基本无影响。侧压力系数<1，硐侧壁的应力集中程度比硐顶大；当<1/3时，硐顶将出现拉伸应力；>1时，硐顶的应力集中程度比硐侧壁高；>3时在硐侧壁将出现拉伸应力。弹性抗力系数K：围岩向外产生一个单位径向压缩变形所需的压力值。K越大，围岩承受内水压力越高。单轴抗压强度：在单向压缩条件下，岩块能承受的最大压应力。稳定性系数：时滑动面上可利用的抗剪力与维持平衡所需要的极限抗剪力之比值。用他来说明相对给定滑动面的岩

9、体稳定程度。RQD值：大于10cm的岩芯累计长度与钻孔进尺长度之比的百分数。重力坝失稳可归纳为表层滑动、深层滑动、混合滑动。就其力学机制而言，斜坡破坏的类型，不外分为拉断破坏和剪切破坏，以前者为主的破坏称为崩塌，以后者为主的称为滑坡。表征岩石抗剪强度的基本指标是内聚力C和内摩擦角。测定岩石抗拉强度的方法有直接拉伸法和间接法RMR分类依据的分类指标为岩块强度、RQD值、节理间距、节理条件和地下水条件从力学的观点出发，岩石的脆性破坏有拉张破坏和剪破坏两种.岩体天然应力的测量方法主要有应力恢复法、套心法和水压致裂法。按边坡岩体中滑动面形态、数目及组合关系，把边坡岩体破坏类型划分为圆弧破坏、平面破坏、

10、锲体破坏和倾覆破坏四种。结构面按地质成因可分为 原生结构面、构造结构面和次生结构面。表征岩石变形性质的基本指标是变形模量和泊松比。试述岩块的典型应力-应变全过程曲线变形阶段划分和体特点：1、o-a段，岩石的应力一轴向应变(a)曲线微呈凹形，岩石的应力横向(c)应变曲线陡，体积随压力增加而压缩。2、a-b段，岩石的应力轴向应变曲线近呈直线，b点的应力值比例（弹性）极限。3、b-c段，曲线由b点开始偏离直线，特别是V曲线，其斜率随增大而变陡直至相反，岩石体积由压缩变为膨胀。C点的应力值称屈服极限。4.c-d段a曲线斜率迅速减小，岩石体积膨胀加速，变形随应力迅速增长。至d点，应力达最大值。D点的应力

11、值称峰值强度或单轴极限抗压强度。5.d点以后岩石并不是完全拾取承载力，而是保持较小的数值，即为残余强度。简述围压对强度、变形有什么影响强度：随围压的增大，岩石三轴极限强度也增大。 但增大速率因岩性不同而异。脆性破坏的岩石，其极限强度随围压增长很快，多呈直线关系，而延性破坏的岩石，极限强度随围压增长缓慢。变形：对高强度坚硬致密的岩石，弹性模量并不因为围压的不同而有明显的变化。对岩性较弱的岩石，由于岩石原来具有较多空隙，在围压作用下，空隙闭合而使岩石刚度加大。试分析岩体变形结构效应的影响因素？结构面方向的影响：主要表现在岩体的变形因结构面与作用方向之间角度的不同而不同。结构面性质的影响：结构面本身

12、的特性，如张开程度、填充程度、填充物性质等，对岩体变形特性有影响，结构面性质不同，影响程度也不同。结构面密度的影响：由实验证明，结构面密度对岩体变形有影响。结构面组合方式影响：岩体中存在两组以上结构面时，结构面排列组合方式不同，对岩体变形性质也有较大影响。粗糙起伏结构面的抗剪强度有什么基本特点？规则锯齿状结构面抗剪强度：1：正应力较小时，发生剪涨现象，结构面的抗剪强度较小，由于运动方向与剪力方向偏离：=tg（b+i）2：正应力较大时，不再发生剪涨现象，结构面的抗剪强度不再取决于锯齿表面的摩擦阻力，是由结构面两壁岩石的抗剪强度决定：=tg+c二不规则起伏结构的抗剪强度：受结构面粗糙度，结构面所受

13、正应力大小，及结构面两壁岩石的影响。普氏理论：前提是假设硐室围岩为几乎无粘聚力的松体，以及硐室上方能形成稳定的压力拱。问题(1)普氏理论将岩体看作为散体，而绝大多数岩体的实际情况并 非如此。 只是某些断裂破碎带或强风化带中的岩体才免强满足这种假 定条件； (2)在普氏理论中， 引进了岩体的坚固系数 f 的概念。 可知，f 为正应力的函数，而并非岩体的特性参数，此外也无法通 过实验来确定 f 值； (3)据普氏理论，硐室顶部中央围岩压力最大，但是许多工程的 实际顶压根本不是这样的，其最大顶压常常偏离拱顶。这种现象是普 氏理论难以解释的； (4)普氏理论表明，硐室围岩压力只与其跨度有关，而与断面形

14、 式、上覆岩层厚度，以及施工的方法、程度和进度等均无关。这些均 与事实不完全相符。 以上问题的出现均是由于普氏理论提出的假定条件与实际不符莫尔强度理论基本理论依据与适用条件：材料达到极限状态时，某剪切面上的剪应力达到一个取决于正应力与材料性质的最大值。也就是说，当岩石中某一平面上的剪应力超过该面上的极限剪应力值时，岩石破坏。而这一极限剪应力值，又是作用在该面上法向压应力的函数，即=f()。适用于塑性材料也适用于脆性材料的 剪切破坏。格里菲斯强度理论的基本要点：即使像玻璃那样的脆性材料，其内部都含有潜在的裂纹，如果施加外力，在裂纹的周围将引起极大的应力集中。在某种情况下，应力集中产生的应力达到所

15、加应力的100倍时，材料的破坏不是受本身的强度控制，而是取决于材料内部裂纹周围的应力状态。破坏准则：裂纹扩展的能量准则：裂纹引起的应力集中聚积起来的弹性势能大于使材料沿裂纹开裂扩展必须的阻力功时，材料将沿裂纹开裂。裂纹扩展的应力准则：有裂纹的物体受力后，在裂纹的端部或附近由于应力集中将产生很大的拉应力，当拉应力超过材料的抗拉强度时，裂纹就扩展，并传播扩大。试述岩体中水平天然应力基本特点答：1.岩体中水平天然应力以压应力为主，出现拉应力者甚少，且多具局部性质。2.大部分岩体中的水平应力大于垂直应力。3.岩体中两个水平应力hmax和hmin通常都不相等。4.在单薄的山体、谷坡附近以及未受构造变动的

16、岩体中，天然水平应力均小于垂直应力。在很单薄的山体中，甚至可出现水平应力为0的情况。坡体内应力特征：1，无论什么样的天然应力场，斜坡在成坡过程中，由于应力重分布的结果，主应力迹线发生了明显偏转，表现为愈接近于临空面。最大主应力愈近于平行临空面，最小主应力则与临空面正交。2，由于应力重分布的结果，在临空面附近发生了应力集中，即平行于临空面的应力（相当于切向应力）显著升高，在斜坡表面为最高，向内逐渐减少；垂直于临空面的应力（相当于径向应力）显著降低，在斜坡面附近最低，达到零或出现拉伸应力，向内逐渐升高。由此可看出这个部位是应力差最大、最易发生剪切破坏的部位。主应力转为拉伸应力的地方，则易出现拉伸破坏。3，由于主应力迹线发生偏转，最大剪应力迹线也变为凹向临空面的弧形形状。4，在临空面附近岩体近乎处于单向应力状态（相当于围岩应力中的切向应力，硐壁上径向应力r=0），向内逐渐过渡为三向应力状态。列出岩石破坏判据（不少于3种）的名称及其适用条件。张破坏判据：受单向压力的岩体，如矿柱