岩体力学复习

1、地质成因构造结构面第一章1、岩体力学：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。2、岩体：在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，是岩体力学研究的对象。3、岩块：不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。4、岩石：经过地质作用天然形成的一种或多种矿物和岩屑的集合体。新鲜岩块的力学性质 主要取决于组成岩块的矿物成分及其相对含量。5、结构体：岩体中被结构面切割围限的岩石块体。只有W级结构面切割的W级结构体（与 结构面规模等级划分一致，但W级结构体包含了被V级结构面划分的结构体）才被称

2、为岩块。6、结构面：地质发展过程中，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，包括物质分异面和不连续面。5、自然界中的造岩矿物有：硅酸盐类（长石、辉石、角闪石、云母）、粘土矿物（高岭石、 伊利石、蒙脱石（膨胀下最大，力学性质最差）、碳酸盐类矿物、氧化物类矿物（一般情况 下，石英含量增加，岩块的强度和抗变形性能明显增强）。强度：粒、柱状大于片状大于鳞 片状，粗粒大于细颗粒。6、岩块的结构是指岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式和颗粒间连结方式以及微结构 面发育情况等反映在岩块构成上的特征。7、岩石颗粒间的联结分结晶连结（岩浆岩、大部分变质岩和部分沉积岩）和胶结连结（硅

3、 质胶结的岩块强度最高；铁质、钙质胶结的次之；泥质胶结的岩块强度最弱，且抗水性差。 基底式胶结最高，孔隙式次之，接触式胶结最低）两类。8、微结构面：存在于矿物颗粒内部或颗粒间的软弱面或缺陷，包括矿物解理、晶格缺陷、 粒间空隙、微裂隙、微层面及片理面等。9、岩块的构造：矿物集合体之间及其与其他组分之间的排列方式，如岩浆岩中的流线、流 面构造，沉积岩中的微层状构造等。10、岩块的风化程度可通过定性指标和某些定量指标来表述。定性指标有:颜色、矿物蚀变 程度、破碎程度及开挖锤击技术特征等。定量指标有：风化空隙率指标（：快速浸水后风 化岩块吸入水的质量与干燥岩块质量之比）和波速指标（、风化系数、波速比）

4、等， 其中、 越大表示岩石质量越好，越接近新鲜岩石。风化分为：全风化、强风化、中等风 化、微风化、未风化。11、一原生结构面：沉积结构面（）、岩浆结构面、变质结构面次生结构面张性结构面结构面力学成因剪性结构面I级结构面（最大）II级结构面一软弱结构面规模等级m级结构面w级结构面-硬性结构面v级结构面 一13、泥化夹层的特性:由原岩的超固结胶结式结构变成了泥质散状结构或泥质定向结构； 粘粒含量很高；含水率接近或超过塑限，密度比原岩小；常具有一定的胀缩性；力 学性质比原岩差，强度低，压缩性高；结构疏松，抗冲刷能力差，易产生渗透变形。14、岩体结构：岩体中结构面与结构体的排列组合特征，岩体结构应包括

5、两个要素或称结 构单元，即结构面和结构体。15、结构体的规模取决于结构面的密度，密度越小，结构体的规模越大。常用块度模数（单 位体积内的W级结构体数）、结构体的体积来表示。16、岩体结构类型（）内为与之对应的结构体类型）：整体状结构（巨块状）、块状结构（块 状、柱状）、层状结构（层状、板状、透镜状）、碎裂状结构（碎块状）、散体状结构（碎屑 状、颗粒状）。17、岩体结构控制论：岩体结构对工程岩体的控制作用主要表现在三个方面，即岩体的应 力传播特征、岩体的变形与破坏特征及工程岩体的稳定性。具有一定结构的岩体，往往具有 与之对应的力学属性；岩体变形与连续介质变形明显不同，它由结构体变形与结构面变形两

6、 部分构成，并且结构面变形起控制作用；岩体的破坏机制也受控于岩体结构。结构控制主要 方面有:岩体破坏的难以程度、岩体的破坏规模、岩体破坏的过程及岩体破坏的主要方式等。 岩体破坏的力学过程是岩体的破坏机制；岩体结构对岩石工程的控制作用也十分显著。18、分析岩体结构对岩体稳定性的控制作用，应注意如下几个方面：在工程地质模型的基础上，经初步岩体结构分析，对岩体的稳定性可做出宏观与定性 的判断。依据岩体结构，尤其是结构面（特别是控制结构面与软弱结构面）与工程岩体的依存 关系，可准确确定岩体稳定性的边界条件。结构面的组合关系，尤其是在软弱结构面共同作用下，控制着岩体变形破坏方式与失 稳机制。岩体结构同样

7、控制工程岩体的环境因素，主要是地应力与地下水。在岩体结构力学效应中，通过起伏角、尺寸效应和结构面产状，可充分反映岩体结构 对岩体稳定性的控制作用。19、岩体风化程度的评价指标P1120、针对W级结构面的结构面特征P15第一音1、研究岩块的意义：在岩体性质接近岩块性质时，可通过岩块力学性质的研究外推岩体的力学性质，并解 决有关的岩体力学问题。岩块是岩体的组成部分，当研究岩体在不同加载条件下的强度和变形性质时，不能忽 视岩块性质的研究。在评价石材性能时，必须研究相关岩块的物理力学性质。在评价岩石的可钻性和可破碎性时，必须研究岩块的物理力学性质。在工程岩体分类中，岩块强度和变形模量作为重要分类指标，

8、这时也要研究岩块物理 力学性质。2、岩块的物理性质：岩石的三相组成相对比例不同所表现的物理状态，由岩石的物质组成 和结构决定。密度岩石密度：单位体积内岩石的质量，可分为颗粒密度P和块体密度颗粒密度：岩石中固相部分的质量与体积的比值，其体积不包括岩石中的空隙。其属于 实测指标，常用比重瓶法进行测定。岩石的比重=/（ * ），表示岩石固体部分的重 量和4C时同体积的纯水重量的比值。块体密度：岩石单位体积内（包括空隙体积在内）的质量，包括P 、P 、P，块 体密度除与矿物组成有关外，还与岩石的孔隙性和含水状态密切相关。对于规则试件采用量 积法；对于不规则试件采用蜡封法。空隙性开空隙（大、小 孔隙），

9、闭空隙，一般来说，孔隙率越大，岩石的孔隙和裂隙越多， 岩块的强度越小，塑性变形和渗透变形愈大；更容易遭受各种风化营力的作用。岩石的空隙 性指标一般不能实测，只能通过密度和吸水性等指标换算求得。3、岩石的水理性质：岩石在水溶液作用下表现出来的性质。吸水性：岩石在一定条件下吸收水分的能力。吸水率：岩石在大气压力和室温条件下自由吸入水的质量与岩样干质量之比。（认为水 只能进入开空隙）。饱和吸水率：岩石试件在高压（一般压力为15兆帕）或真空条件下吸入水的质量与岩样 干质量之比。（认为水能进入所有开空隙中）。能反映总开空隙的发育程度，可间接地用来判 定岩石的抗风化能力和抗冻性。饱水系数：岩石的吸水率和饱

10、和吸水率之比。反映岩石中的大、小开空隙的相对比例关 系。饱和系数越大，岩石愈易被冻胀破坏，因而抗冻性越差。花岗岩小于玄武岩小于砂岩小 于石灰岩小于白云质灰岩。软化性：岩石浸水饱和后强度降低的性质，用软化系数表示。软化系数：岩石试件的饱和抗压强度与干抗压强度的比值。软化系数愈大表明岩石 的软化性越弱，岩石愈好。岩石的软化性主要取决于岩石的矿物组成与空隙性。开空隙愈多， 岩石的软化性越强，软化系数越小。当软化系数大于0.75时，岩石的软化性弱，说明岩石 的抗冻性和抗风化能力强，小于0.75是工程地质性质较差的岩石。抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的能力，常用抗冻系数和质量损失率来表示。抗冻系数：岩石试件经

11、反复冻融后的干抗压强度与东荣强干抗压强度之比。质量损失率：冻融试验前、后的干质量之差与实验前的干质量之比。岩石的抗冻性取决于造岩矿物的热物理性质和强度、粒间连结、开空隙的发育情况以及 含水率等因素。 大于75%， 小于2%，为抗冻性好的岩石。 大于0.75， 小于5%， 饱水系数小于0.8的岩石，其抗冻性也相当高。透水性：在一定的水里梯度或压力差的作用下，岩石能被水透过的性质。渗透系数：表征岩石透水性的重要指标，其大小取决于岩石中的空隙数量，规模及连通 情况等，即岩石的物理特性和裂隙发育情况。岩石的透水性远小于岩块的透水性。同一种岩 石，有裂隙发育时，渗透系数急剧增大，一般比新鲜岩石大46个数

12、量级。膨胀性：岩石浸水后体积增大的性质。大多数结晶岩和化学岩是不具有膨胀性的，除 非岩石中有绢云母、石墨、绿泥石，粘土矿物等矿物。自由膨胀率:岩石试件在无任何约束的条件下浸水后所产生膨胀变形与试件原尺寸的比 值。这一参数适用于不易崩解的岩石。侧向约束膨胀率：将有侧向约束的试件进入水中，使岩石试件仅产生轴向膨胀变形而求 得的膨胀率。膨胀压力：岩石试件浸水后，使试件保持原有体积所施加的最大压力。试验方法：平衡加压法、压力恢复法、加压膨胀法。崩解性：岩石与水相互作用时失去粘结性，并变成完全丧失强度的松散物质的性能。耐崩解性指数：可由烘干、浸水循环试验确定，直接反映了岩石在浸水和温度变化的环 境下抵抗

13、风化的能力，与岩石的成岩地质年代无明显关系。4、单轴压缩条件下连续加载一一岩块典型全应力（Y）一应变（X）曲线（P43-44）： 孔隙裂隙压密阶段（上凹）、弹性变形至为破裂稳定发展阶段（近直线至曲线、非稳定破裂 发展阶段（应力集中，峰值为单轴抗压强度）、破坏后阶段。5、扩容现象：岩石试件进入非稳定破裂发展阶段后，由于破裂过程中的应力集中效应 显著，及时外载荷保持不变，破裂仍会发展，并在某些薄弱部位首先破坏，应力重新分布， 其结果又引起次薄弱部位的破坏。依次进行下去直至试件完全破坏。试件由体积压缩转为扩 容。6、变形模量：在单轴压缩条件下，轴向应力与轴向应变之比。当变形模量为一常量时， 变形多为

14、弹性变形，所以称为弹性模量。弹性模量越大越好。初始模量：全应力（Y）一应变（X）曲线原点处的切线斜率。切线模量：全应力（Y）一应变（X）曲线上任一点处切线的斜率。割线模量（平时的E）：全应力（Y）一应变（X）曲线上某特定点（通常去ac）与原点 连线的斜率。平均模量：整个全应力（Y）一应变（X）曲线的应力与应变的比值。泊松比：在单轴压缩条件下，横向应变与轴向应变之比。岩块的变形模量和泊松比受岩石矿物组成、结构构造、风化程度、空隙性、含水率、微 结构面及其与载荷方向的关系等多种因素的影响。体积模量：用来反映材料的宏观特性，即物体的体应变与平均应变（某一点三个主应力 的平均值）之间的关系的一个物理量

15、。剪切模量：材料在剪切应力作用下，在弹性变形比例极限范围内，切应力与切应变的比 值。弹性后效：加、卸载时，应变恢复滞后于应力恢复的现象。岩石记忆：逐级一次循环加载条件下，其应力一应变曲线的外包线与连续加载条件下的 曲线基本一致，即加、卸载过程中并未改变岩块变形的基本习性的现象。疲劳强度：岩块的破坏产生在反复加、卸载曲线与应力一应变全过程曲线交点处，这时 的循环加、卸载试验所给定的应力称为疲劳强度。转化压力：岩石有脆性转化为延性的临界围压。岩石越坚硬，转化压力越大。流变：在外部条件不变的情况下，岩石的变形或应力随时间而变化的现象叫流变，包括 蠕变、松弛、弹性后效。蠕变：岩石在恒定的何在作用下，其

16、变形随时间而逐渐增大的性质。松弛：当应变不变时，应力随时间增加而减小的现象强度：岩块抵抗外力破坏的能力。单轴抗压强度（抗压强度）：在单向压缩条件下，岩块能承受的最大压应力。尺寸效应：试件尺寸越大，岩块强度越低，这被称为尺寸效应。高径比：试件高度与直径或边长的比值。高径比越大，岩块强度越低。端面效应：端面条件对岩块强度的影响。脆性度：抗压强度与抗拉强度的比值，用以表征岩石的脆性程度，越大越脆。长期强度:使岩石从蠕变类型有趋稳蠕变类型转变为典型蠕变类型的临界应力。7、岩块的蠕变曲线特征（P51）：初始蠕变阶段、等速蠕变阶段（在某一点卸载后，保留一 永久应变）、加速蠕变阶段（直至岩块破坏力对于同一种

17、岩石，载荷越大，第II阶段蠕变的 时间越长，试件越容易蠕变破坏，较小时，可能仅出现I或1、11阶段。蠕变的影响因素： 岩性、应力、温度、湿度。8、影响岩块抗压强度的因素：一、岩石本身性质方面的因素，如矿物组成、结构构造（颗 粒大小、连结及微结构发育特征等）、密度、风化程度等；二、试验条件，如试件的几何形 状及加工精度、加载速率（速率越大，岩块的强度越高）、端面条件、温度和湿度（温度越 高，岩石的脆性降低，粘性增强，岩块的强度越低；湿度越高，岩块的强度越低）、层理结 构。9、（单轴）抗拉强度：岩石试件在单向拉伸时所能承受的最大拉应力。岩石的抗压强度是 抗拉强度的十倍以上。10、岩块的破坏有：拉破

18、坏、剪切破坏（主要）、流动。破坏是指岩石材料的应力超过了他的极限或者变形超过了它的允许范围。11、剪切强度：在剪切载荷作用下，岩石抵抗剪切破坏的最大剪应力。可分为抗剪断强度、 抗切强度、摩擦强度。抗剪断强度：试件在一定的法向应力作用下，沿预定剪切面剪断时的自大剪应力。抗切强度：当试件上的法向应力为零时，沿预定剪切面剪断时的自大剪应力。摩擦强度：试件在一定的法向应力作用下，沿已有破裂面再次剪切破坏时的最大剪应力。第三章1、剪胀角2、结构面的法向变形的特征（P67）开始时随着法向应力的增加，结构面闭合变形迅速增长从变形上看，在初始压缩解读那，含结构面岩块的变形 主要有结构面的闭合形成 的。当法向应

19、力大约在1/3处开始，含结构面岩块的变形一结构面的闭合为主转为以岩 块的弹性变形为主。结构面的- 曲线大致为一以 =为渐近线的非线性曲线。结构面的最大闭合量始终小于结构面的张开度。3、松胀变形：结构面在卸载后留下的很大的不能恢复的变形。4、法向刚度：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。数值上等于- 曲线上的一点的斜率，是反映结构面法向变形性质的重要参数。可直接由实验（室内压 缩试验或现场压缩变形试验一中心孔承压板法）绘制- 曲线得到。5、岩块剪切变形特征（P73）6、剪切刚度：在切向应力作用下，结构面产生单位切向变形所需要的应力。数值上等于T - u曲线上的一点的斜率，是反映

20、结构面切向变形性质的重要参数。7、平直无填充结构面（包括剪应力作用下形成的剪性破裂面）特点：面平直、光滑，只具 有微弱的风化蚀变。坚硬岩体中的剪破裂面还发育有镜面、擦痕及应力矿物薄膜等。结构面 的抗剪强度主要来源于结构面的微咬合作用和胶黏作用，且与结构面的壁岩性质及其平直光 滑程度密切相关。结构面越平直，擦痕越细腻，其抗剪强度越接近下限8、非贯通断续的结构面P79：有裂隙面和非贯通盐桥组成，剪切面所通过的裂隙面和非贯 通盐桥都起抗剪作用。假设沿整个剪切面上的应力分布均匀。非贯通断续的结构面的抗剪强 度比贯通断续的结构面的抗剪强度高。9、具有填充的软弱结构面（P80）第四章1、岩块的变形最先体现

21、在结构面的变形上。2、岩体的变形性质的测定一一原位岩体变形试验，其包括静力法（在选定的岩体表面，槽 壁或钻孔壁面上施加法向载荷，并测定其岩体的变形值；然后绘制压力-变形关系曲线，计 算出岩体的变形参数。分为：承压法、钻孔变形法、狭缝法、水压洞室法、单（双）轴压缩 试验法）和动力法（用人工方法对岩体发射（或激发）弹性波（声波或地震波）。分为：声 波法）地震波法）两种。3、岩石变形曲线及其特征（P91-92）4、影响岩体变形性质的因素（P92）：岩性、结构面发育特征（结构面方位、密度、填充特 征及其组合关系）及载荷条件、试件尺寸、试验方法、温度等。5、结构效应：结构面的结构面方位（岩体中结构面组数

22、越少，岩体变形的各向异性越明显）、 密度（结构面密度增大，岩体完整性变差，变形增大，变形模量减少）、张开度及填充特征（张开度较大且无填充或填充薄时，岩体变形较大，变形模量较小）及其组合关系等特征对 岩体变形性质的影响。6、岩体中结构面不发育，呈整体或完整结构时，则岩体的强度大致与岩块的强度接近。一 般说来，岩体的强度介于岩块与结构面强度之间。7、岩体的剪切强度：岩体内任一方向剪切面，在法向应力作用下所能抵抗的最大剪应力。 岩体的抗剪断强度：在任一法向应力作用下，横切结构面剪切破坏时岩体所能抵抗的最大剪 应力。岩体的抗剪强度：在任一法向应力作用下，岩体沿已有破裂面剪切破坏时的最大剪应 力。岩体的

23、抗切强度是剪切面上的法向应力为零时的抗剪强度。8、岩体的内摩擦角与岩块的内摩擦角很接近，而岩体的内聚力则大大低于岩块的内聚力， 说明结构面的存在主要是降低岩体的连结能力，进而降低其内聚力。9、单位吸水量：岩体在单位时间内吸收的水量？10、岩体剪切强度特征（P96）沿结构面产生剪切破坏（重剪破坏）时，岩体剪切强度最小，近似等于结构面的剪切 强度；横切结构面剪切（剪断破坏）时，岩体剪切强度最高；沿混合剪切面剪切（复合破坏）时，其强度介于两者之间，其强度包络线也不是一条 简单的曲线，而是有一定上限和下限的曲线族。上限是岩体的剪断强度，下限是结构面的剪 断强度。当应力高到一定程度时，包络线为一条曲线，

24、岩体强度将不受结构面影响而趋于各向 同性。第五章1、影响工程岩体性质的主要因素：岩石强度、岩体结构、水的影响、针对不同的具体工程 所需要考虑的特殊因素。2、工程分类的原则？3、模量比：Et/ ；RQD：大于10cm的岩芯累计长度与钻孔总进尺长度之比的百分数。4、岩体工程分类RMR分类考虑的因素：岩块强度、RQD值、节理间距、节理条件及地下水5、RMR分类不适用于强烈挤压破碎岩体，膨胀岩体和极弱岩体。Q分类反映了岩体质量的3 个方面，岩体的完整性、结构面的形态、填充物特征及其次生变化程度、水与其他应力存在 时对岩体质量的影响。第六章1、天然应力：岩体在天然状态下所存在的内应力，即人类活动之前存在

25、于岩体中的应力P133 其特点（1）地壳中主应力一压应力为主，方向基本上是垂直和水平的；（2）天然应力场是 一个具有相对稳定性的非稳定应力场，是时间和空间的函数；（3）垂直天然应力随深度呈线 性增长；（4）水平天然应力分布比较复杂：岩体中水平天然应力一压应力为主，出现拉应 力甚少，且多具有局部性质。大部分岩体的水平应力大于垂直应力；水平应力具有强烈 的各向异性；水平应力随深度增加呈线性关系增大，且两个水平方向的主应力相等。2、重分布应力：由于工程活动改变后的应力3、天然应力比值系数（测压比4）：岩体中天然水平应力与垂直应力的比值。随着深度的增 加而减小，岩体中以水平应力为主转为垂直应力为主。4

26、、天然应力的测量方法P1385、只在低应力条件下岩体变形中起作用，而在高地应力水平条件下的贡献逐渐趋于常 数，即号。在高地应力条件下应力-应变曲线增量有结构体弹性变形贡献。第七章1、岩体的力学性质往往表现为弹性、塑性、黏性或者三者之间的组合。可分为变形性质和 强度性质两类。2、岩石材料的破坏形式主要有：断裂破坏（发生于应力达到强度极限）流动破坏（应力达 到屈服极限）。3、岩石破坏强度理论:研究岩石在一定的假说条件下在各种应力状态下的强度准则的理论。 它表征岩石在极限应力状态下的应力状态和岩石强度参数之间的关系。4、岩石的破坏主要是剪切破坏，岩石的强度，即抗摩擦强度等于岩石本身抗剪切摩擦的粘 结力和剪切面上发现应力产生的摩擦力。5、C-M准则体现了岩土材料压剪破坏的实质，但没有反映中间主应力的影响，不能解释岩 土材料在静水压力下也能屈服或破坏的现象。（P161）6、岩体破坏机制及其判据（P169）： A张破坏、B剪破坏、C结构体沿软弱结构面滑动破坏、D结构体转动破坏、E倾倒破坏、F溃屈破坏、G弯折破坏整块体结构：A、B、流动变形块体结构：C碎裂状结构：A、B、C、D、E散体结构；B、流动变形第八章1、斜坡：地壳表部一切具有侧向临空面的地质体，可分为天然斜坡和人工边坡两种，是地 表广泛分布的一种地貌形式。2、边坡应力分布特征P177：无论