岩石力学知识点整理

1、采矿12-1班 采矿12-1班矿山岩石力学知识点整理一、名词解释岩石力学：研究岩体在各种不同受力状态下产生变形和破坏规律的科学。质量密度(P)和重力密度(Y)：单位体积的岩石的质量称为岩石的质量密度。单位体积的岩石的重力称为岩石的重力密度(重度)。所谓单位体积就是包括孔隙体积在内的体积。Y=G/VY=Pg(kN/ni3)式中：G岩石试件的重量(kN)；V岩石试件的体积(m3)岩石的相对密度就是指岩石的干重量除以岩石的实体积(不包括岩石中孔隙体积)所得的量与1个大气压下40C纯水的容重之比值。Gs岩石的相对密度；WWs干燥岩石的重量(kN);Gs=Vs岩石固体体积(m3);40C时水的重度(kN

2、/m3)孔隙率是岩石试件内孔隙的体积占试件总体积的百分比。“获0%归-孟孔隙比是指岩石试件内孔隙的体积(Vv)与岩石试件内固体矿物颗vVn粒的体积(Vs)之比。Q”；=岩石含水率（人）：是指天然状态下岩石中水的重量“与岩石烘干重量巴,之比。wV.=x100%Wd岩石的饱水率（冬）是指高压（150个大气压）或真空条件下，岩石吸入水的重量匹与岩石干重量之比，即WV.=X100%8.岩石的饱水系数（心）是指岩石的吸水率与饱水率之比,软化系数：是指岩石试件在饱水状态下的抗压强度（乞）与在干燥状态下的抗压强度（er；）的比值，即几（Jc透水性是指在一定的压力作用下，地下水可以透过岩石的性能称为岩石的透水

3、性，其衡量指标为渗透率。岩石的碎胀性是指岩石破碎后其体积比原体积增大的性能。结构面：是指具有一定方向、延展较人、厚度较小的二维面状地质界面。剪胀：结构面滑移过程中，不仅产生切向位移，也有法向位移，从而使结构面张开，岩体体积膨胀，这种现象即为剪胀。岩石：是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体。岩体：是指自然界中处于一定地质环境中的各种岩性和结构特性的岩石所组成的集合体。结构体：被各种结构面分割而成的岩石块体称为结构体。岩体结构：是指岩体中结构面和结构体形态和组合的特征。18.RQD是岩石质量指标，是指钻探时岩芯的复原率。眩”Dx】。li所取岩芯中310cm长度的岩芯段的长度,m

4、L一钻进岩芯的总长度，m。原岩：未经采掘而又不受采动影响仍处于自然平衡状态的岩体称为原岩。（在原岩中天然赋存的应力称为原岩应力（包括自重应力和构造应力），原岩应力在岩体空间有规律的分布状态称为原岩应力场。）围岩：受工程开挖影响应力重新分布的岩体称为围岩（围岩中的应力称为次生应力，围岩中重新分布的应力状态称为围岩的次生应力状态）。重力应力：地壳上部各种岩体由于受地心引力的作用而引起的应力称为重力应力。（自重应力场是指自重应力在空间有规律的分布状态，构造应力场是指构造应力在空间有规律的分布状态。）侧压力系数是指某点的水平应力与该点垂直应力的比值。扩容：岩石在外载荷作用下，随着外力的增加，其体积不是

5、减小,而是大幅度增加且增加速度越来越快，最终导致岩石试件的破坏，这种体积明显扩大的现象称为扩容。应力集中系数（K）：巷道开挖后围岩中某点的应力（次生应力）与开挖前该点原岩应力的比值。若K1,说明巷道开挖后次生应力增加了，反之，若Kvl,说明巷道开挖后次生应力减小了。格里菲斯准则：不论岩石受力状态如何，最终本质上都是拉伸应采矿12-1班 # 采矿12-1班力引起的岩石破坏。选择采矿12-1班 # #采矿12-1班采矿12-1班 采矿12-1班1、岩体是由（B）组成的。A岩石B岩石和结构面C节理裂隙D结构面和结构体2、岩体是由（A）聚集而成的。A矿物或岩屑B碎屑结构C土屑D造岩矿物3、岩体结构的两

6、大要素是（C）A构造和产状B粗糙度和起伏度C结构面和结构体D切割度和充填物4、大部分岩体属于（D）A均质连续体B非均质材料C非连续材料D非均质、非连续、各向异性材料5、岩石的弹性模量一般指（A）A弹性变形曲线的斜率B割线模量C切线模量D平均模量6、由于岩石的抗压强度远大于其抗拉强度所以岩石属于（D）A脆性材料B塑性材料C坚硬材料D脆性材料，但围压较大会会呈现塑性特性。7、剪胀（或扩容）表示（DA岩石的体积不断减少现象C裂隙逐渐张开的一种现象增大现象现象。B裂隙逐渐闭合的一种现象D岩石的体积随压力的增大而8、剪胀（或扩容）发生的原因是由于（D）A岩石内部裂隙闭合引起的B压应力过大引起的C岩石的强

7、度大小引起的D岩石内部裂隙逐渐张开而贯通引起的9、岩石的抗压强度随着围压的增大而（A）A增大B减小C保持不变D会发生突变10、劈裂试验得出的岩石强度是岩石的（B）A抗压强度B抗拉强度C抗弯强度D抗剪强度11、岩石的吸水率是指（B）A岩石试件吸入水的重量和岩石天然重量之比B岩石试件吸入水的重量和岩石干重量之比C岩石试件吸入水的重量和岩石饱和重量之比D岩石试件天然重量和岩石饱和重量之比12、摩尔库仑强度理认为材料是（）破坏？格里菲斯强度理论认为材料是（）破坏？（A）A剪切受拉B剪切受压C受压受拉D受拉剪切13、按摩尔库仑强度理论，若岩石强度是一条直线，则岩石破坏面与最大主应力作用方向的夹角为（B）

8、A45B45+土C45-D602214、岩体的强度小于岩石的强度主要是由于（A）A岩体中含有大量的不连续结构面B岩体中含有水C岩体为非均质材料D岩石的弹性模量比岩体的大（注;岩体的强度决定于结构面的强度和岩石的强度，岩体的强度介于结构面的强度和岩石的强度之间。）15、岩体的尺寸效应是指（C）A岩体的力学参数与试件尺寸没有什么关系B岩体的力学参数随试件尺寸的增大而增大C岩体的力学参数随试件尺寸的增大而减小D岩体的强度比岩石的强度小16、影响岩体质量的主要因素为（C）A岩石的类型、埋深B岩石的类型、含水量、湿度C岩体的完整性和岩石的强度D岩体的完整性、岩石强度、裂隙密度、埋深17、我国工程岩体分级

9、标准中岩石的坚硬程度确定是按照（A）A岩石的饱和单轴抗压强度B岩石的单轴抗拉强度C岩石的变形模量D岩石的粘结力采矿12-1班 # #采矿12-1班采矿12-1班 采矿12-1班I一*石.口一*口一节理18、下列形态的结构体中哪一种具有较好的稳定性?（D）A锥形B菱形C楔形D方形19、沉积岩中沉积的层面属于哪一种类型的结构面（A）A原生结构面B构造结构面C次生结构面D爆破结构面20、我国工程岩体分级标准中，岩体完整性确定的依据为ARQDB节理间距C节理密度D岩体的完整性指数或节理数21、我国工程岩体分级标准中，岩体基本质量指标是由那两个指标确定的?（B）ARQD和节理密度B岩石的饱和单轴抗压强度

10、和岩体的完整性指数C地下水和RQDD节理密度和地下水22、初始地应力主要包括（C)A自重应力B构造应力C自重应力和构造应力D残余应力23、初始地应力是指（A）A未受开挖影响的原始地应力B未支护时的围岩应力C开挖后的岩体应力D支护完成后的围岩应力24、构造应力的作用方向为（B)A铅直方向B近水平方向C断层走向方向D倾斜方向（注：地球自转角速度的变化而产生地壳水平方向的运动是造成构造力以水平应力为主的重要原因。）25、下列关于岩体初始应力的描述中，哪个是正确的？（B）A垂直应力一定大于水平应力B构造应力以水平应力为主C自重应力以水平应力为主D自重应力和构造应力分布范围基本一致26、如果不进行量测而

11、想估计岩体的初始应力状态时则一般假设侧压系数为下列哪一个比较好？（B）A0.5B1.0C1.0痕矿12-1班痕矿12-1班 采矿12-1班27、测定岩体的初始应力时，最普遍釆用的方法是（B）A应力恢复法B应力解除法C弹性波法D模拟试验28、在工程实践中，嗣室围岩稳定性主要取决于（B）A岩石强度B岩体强度C结构体强度D结构面29、在岩石抗压强度试验中，若加荷速率增大，则岩石的抗压强度（A）。A增大B减小C不变D无法判断.岩石和岩体的定义与区别答：（1）岩石是组成地壳的基本物质，它是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体。（2）岩体是指自然界中处于一定地质环境中的各种岩性和结构特性

12、的岩石所组成的集合体。（3）岩石与岩体的重要区别就是岩体包含若干不连续面。由于不连续面的存在，岩体的强度远低于岩石强度。岩体的特征：答：（1）岩体是非均质各向异性的材料。（2）岩体内存在着原始应力场。（3）岩体内存在着一个裂隙系统。3.岩石扩容的体积应变曲线（见图中旷-曲线）包括哪几个阶段？各有什么特点？答：（1）体积压缩阶段：在此阶段内，体积应变在弹性阶段内随着应力增加呈线性变化（体积减小），有勺|内+勺I。（2）体积不变阶段：在这一阶段内，随着应力增加，体积虽有变形,但体积应变增量近于零，即岩石体积大小没有变化，有町=1巳+唧。（3）扩容阶段：在这一阶段内，当外力继续增加，岩石试件的体积不

13、是减少，而是大幅度增加，且增长速率越来越快，最终导致试件的破坏,有ak?+4什么是岩石的全应力应变曲线？（上图中OABCDE曲线）答：岩石在单向压缩荷载作用下，应变随应力变化的关系曲线，包括（1）空隙裂隙压密阶段；（2）弹性变形阶段:（3）微弹性裂隙稳定发展阶段；（4）非稳定破裂发展阶段；（5）破坏后阶段。岩石的强度有哪几种类型；由那几个实验确定其特征值?答：岩石的强度有：单轴抗压强度（单轴压缩实验）、抗拉强度（直接拉伸试验法，劈裂试验法）、抗剪强度（直接剪切实验、倾斜压模剪切实验、三轴压缩剪切实验）、三轴抗压强度（真三轴加载实验，常规三轴加载实验）。影响岩石单轴抗压强度实验结果的因素有哪些？

14、答：加压板与试件之间的摩擦，试件的形状，尺寸，加载速率，岩石采矿12-1班采矿12-1班 采矿12-1班的湿度等。几种有代表性的工程岩体分类方法？答：（1）按岩石强度分类（普氏分类法）（2）按岩芯质量指标（RQD）分类（3）按岩体完整性系数Kv（龟裂系数）分类（4）按岩体结构类型分类（5）按岩体质量系数分类（巴顿岩体质量（Q）分类）岩石蠕变一般包括哪几个阶段？各阶段有何特点？答：瞬时变形阶段：加荷后立即发生变形。初始蠕变或阻尼蠕变阶段：应变在最初随时间增长较快，但其增长速率随时间逐渐降低。等速蠕变阶段：应变随时间呈近似直线的增长。加速蠕变阶段;应变及应变速率均随时间增长而增长，表明变形加速直至

15、破坏。9.结构面的定义及按成因分类。I区一初始蠕变段及其卸载曲线II区一等速蠕变段及其卸载曲线III区一加速蠕变曲线答：（1）结构面是指岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面。（2）结构面按成因分类：原生结构面：原生结构面是指在成岩过程中所形成的结构面。可分为沉积结构面、火成结构面和变质结构面三类。构造结构面：在各种构造应力作用下所产生的结构面，如断层、节理等。次生结构面：在各种次生作用下而形成的结构面，如风化裂隙，卸荷裂隙等。10试叙述节理面对岩体强度的影响。答：（1）当节理倾角屈002,且转时，节理对岩体产生影响岩体强度取决于节理强度，且当彳+时岩体强度最低。（2）当卩5或0

16、02时，岩体强度与节理无关。2角=sin-3*卩j+备）冷严十巧爲=乏+約_Pl爲-cr3)咕=211简述不同形态结构面剪切强度特征。*答：（1）平直型硬性结构面：平直型无填充的硬性结构面，其力学性质主要取决于两壁岩石性质、结构面粗糙度、粘聚状态、干湿程度、发向应力；（2）齿状结构面：在较小正应力作用下发生剪胀，在正应力较大时发生剪断；（3）台阶状硬性结构面：阻止滑块的阻力有结构面段的抗剪强度与完整岩段沿层面方向的抗剪强度两部分组成；（4）非贯通性结构面：发生剪切时，结构面与为贯通的“岩桥”都起抗剪作用。简述地壳浅部地应力分布的基本规律。痕矿12-1班痕矿12-1班 #采矿12-1班答：（1）

17、原岩应力场是个相对稳定的非稳定应力场；（2）实测垂直应力随深度成线性增加；（3）水平应力普遍大于垂直应力；（4）应力场是以水平应力为主的三向不等压应力场，三个主应力的大小和方向是随空间位置而变化的。影响原岩应力分布的因素？答：（1）地形；岩体的结构、裂隙面；（3）岩体的力学性质；（4）剥蚀作用。试叙述原岩应力测量的方法？答：（1）孔底解除法；（2）孔径解除法；（3）孔壁解除法；（4）水力压裂法。试述自重应力场与构造应力场的区别和特点。答：自重应力场是岩体自重应力在空间的有规律分布；构造应力场是构造应力在空间有规律的分布状态。两者都是天然应力场的组成部分，自重应力场是由上覆岩体的重量引起的，而构

18、造应力是空间和时间的函数，是随构造形迹的发展而变化的非稳定应力场。岩体压缩变形曲线可分几类？各类变形曲线有何特点？答:岩体变形曲线类型采矿12-1班采矿12-1班 # 采矿12-1班A直线型：反映岩体加压过程中变形随压力成正比增加，直线型又分两类，A1型与A2型。A1型：曲线斜率陡，呈直线，岩体刚度大,退压后岩体变形几乎恢复到原点，以弹性变形为主。A2型：曲柄斜率缓，呈直线，岩体刚度很低，退压后岩体变形只能部分恢复，有明显的不可恢复变形和回滞环，岩体变形不是弹性的。B上凹型：B1型：每次加压曲线的斜率随着加压退压循环次数增加逐渐变大，即岩体刚度增人，各退压曲线较缓且相互近于平行，变形系数随压力

19、增加而减小，岩体弹性变形逐渐增大。B2型：加压曲线斜率随压力增人而逐渐变大，即岩体刚度增大，各卸荷曲线很陡，在卸荷后，变形大部分不可恢复。C下凹型：每次加压曲线在应力较小时近于平行，而有应力较大时逐渐变缓，变形系数随压力增加而增加。D复合型：岩体受压时的力学行为复杂，同时岩体受压的边界条件又随压力的增大而改变。17岩体自重应力的特点？答：（1）水平应力ox、oy小于垂直应力oz；（2）ox、oy、oz均为压应力；（3）oz只与岩体密度和深度有关，而ox、oy还同时与岩体弹性常数E、u有关；（4）结构面影响岩体自重应力分布。18试叙述结构面的状态？答：（1）结构面的产状；采矿12-1班采矿12-

20、1班 #采矿12-1班采矿12-1班采矿12-1班 # 采矿12-1班结构面的形态；结构面的延展尺度；结构面的密集度；结构面的胶结与充填情况。19岩石试件单向受压时的两种破坏方式?答：(1)圆锥形破坏；(2)柱状劈裂破坏。20.时圆形巷道的围岩应力分布曲线226=P(l-J-)=p(l+Tr0=21.坑道周边不能出现拉应力的条件为：答:A=(p+cctg0)(二)皿0a1+sin(pl_sin0cctg0三、计算题1蠕变的性质:2sin(p(Tr=(Pi+C-Ctg(p)()1_Sin9?-a-ctg(p马克斯威尔模型(Maxwell)$该模型由弹性单元和粘性单元串联而成，可模拟变形随时间增长

21、而无限增大的力学介质。设弹簧和粘性元件的应力、应变分别为2和叫组合模型的总应力为Q和则=a=bE=a+Eb(a)弹性单元粘性单元:由(b):1dcrb65sbowwn可图Maxwell模住小JttESEdtEdtEdtd_6_bd二|旦=d/_.df_dz马克斯威尔模型本构方程A.墙变曲线，即o=。o=常数tdv/dt电代入上式得：dE70dft逋解为：=/+c初始条件：0时得二=5Z=+/=0-(+)E“E当。保持不变ffiMaZl棋册的I变曲线蠕变方程采矿12-1班采矿12-1班采矿12-1班bbaqabbqoA/VVVT1HfflMaxwdl模!示意图B、卸载曲线：当时卸载，弹性变形。立

22、即恢复，则卸载曲线为2图Maxwell模型的蠕变曲线这是不可恢复的塑性变形。丄竺+=0Edt7图Max她11模型的松弛曲线C、松弛曲线：当保持不变，即E=o=常数，d/dt=0,代入上式得：通解为：n（7=t+c初始条件：/=0时，0=5）得；c=lno0松弛方程；h具有瞬时变形、蠕变和松弛的性质，可模拟变形随时间增长而无限增采矿12-1班采矿12-1班采矿12-1班采矿12-1班采矿12-1班采矿12-1班大的力学介质。痕矿01班痕矿01班 # 采矿12-1班(3)开尔文(Kelvin)模型,伏埃特(Voigt)模型占由弹性单元和粘性单元并联而成。当骤然施加应力时,E速率随着时间逐渐递减，在

23、t增长到痕矿01班痕矿01班 # #采矿12-1班开尔文模型本构方程图Kd血Vo妝模型的划变曲线图Kelvin-Voi型的41变曲线一定值时剪应变就趋于零。这个模型用两个常数E为。和o则0=0c+Od，(a)a&=e=d弹簧：cr=Eer=Es(b)(c)图阻尼元件：ST二d&=77dr(d)和n来描述。设弹性单元和粘性单元的应力.应变分别为叭、.和7组合模型的总应力Kelvin-Voige樓型亦意图由(小5+临A、堆变曲线：当。保持不变，即0=Oo=常数，代入上式得：dy,=E+T通解为；=鲁4她亏E初始条件：加载瞬问.粘性元件不变形，即f=0时，=0得：心匕E占蠕变方程】二0(1_0可)E

24、可见：当t=0时.E=07当tf8时.=E0=o/E，即弹性变形(弹性后效)凯尔文模型能模拟稳定孀变，不能模拟瞬时弹性变形。痕矿01班痕矿01班 #采矿12-1班B.卸载曲线方程初始条件;甘在t=S时卸载，。=0,f=4时,扫本构方魚X*畔得:Eded7=0得卸载曲线：=eiE(f)7通解为：=Aeq当卸载瞬间t=tM.=tl,当t-8时，=0,即卸载后，变形慢慢恢复到0（弹性后效）O痕矿01班痕矿01班 # #采矿12-1班痕矿01班痕矿01班 # 采矿12-1班C、松弛曲线二当保持不变，TOC o 1-5 h z即w=&。=常数.1e/dt-O,m!代入上式得：:o=*%ffiKrivin-Voiceffi的松池曲线可见，应力最终由弹簧承担后，应变就停止发展了。该模型反映了弹性后效现象和稳定蠕变性质。开尔文模型是一种粘弹性模型。2.将某一岩石试件进行单轴压缩实验，其压应力达到28MPa时发生破坏，破坏面与水平面的夹角为60,设该岩石满足摩尔-库仑破坏准则，（D试求该岩石的内摩擦角和粘聚力C,写出摩尔库仑方程式?（2）画出此受力状态时的摩尔库仑破坏准则示意图。解：（1）根据摩尔库仑破坏准则知岩石破坏时的破坏面与水平面的夹角为a=45+t并由题意知60。，所以得岩石的内摩擦角0=30。再由摩尔库仑破坏准则知岩石破坏时主应力符合痕矿01班