第35卷第3期 中国矿业大学学报 Vol.35No.32006年5月 Journal of China University of Mining &Technology May 2006
收稿日期:20050912
基金项目:国家自然科学基金重大项目(50490273)
作者简介:贺永年(19432),男,浙江省杭州市人,教授,博士生导师,工学硕士,从事岩石力学与工程稳定方面的研究.E 2m ail :ynhe @https://www.doczj.com/doc/595964556.html, T el :0516283883491
文章编号:100021964(2006)0320288208
深部巷道稳定的若干岩石力学问题
贺永年,韩立军,邵 鹏,蒋斌松
(中国矿业大学建筑工程学院,江苏徐州221008)
摘要:论述了深部岩石力学与工程问题研究的意义;评述了深部原岩应力分布对岩石性质与岩石工程的影响;指出了岩石强度失效与工程围岩破坏过程的实质;分析和评价了岩石破坏所形成的序列结构形式以及对其强度的影响.根据深部岩石工程施工以及变形破坏的特点,通过对工程开挖的卸压影响、岩石脆性与延性破坏的关系以及岩石变形、破坏的时间效应的分析,说明了深部岩石工程稳定有其不同的性质与特点.
关键词:深部岩石力学;原岩应力;工程围岩破坏;脆性与延性;巷道稳定中图分类号:TD 325+.1 文献标识码:A
Some Problems of Rock Mechanics for
Roadways Stability in Dept h
H E Y ong 2nian ,HAN Li 2jun ,SHAO Peng ,J IAN G Bin 2song
(School of Architecture and Civil Engineering ,China University of Mining &Technology ,
Xuzhou ,Jiangsu 221008,China )
Abstract :The significance of t he research on rock mechanics and engineering was indicated in great underground dept h.The effect of dist ribution of t he initial st ress on rock quality and rock engineering was evaluated.The essential of t he failure for rock st rengt h and surround 2ing rocks of engineering is rep resented.The st ruct ural sequence formed f rom t he failure of rock and it s effect on t he rock st rengt h were analyzed.Based on t he sit uations of t he deep rock en 2gineering const ructio n and it s deformation and failure ,it is explained t hat t here are diverse property and peculiarity for t he stabilization of t he rock engineering in deep underground ,by analyzing t he unload effect during t he engineering co nstruction ,t he relationship between t he brittleness failure and ductile failure of rock ,and t he time effect s of t he deformation and failure of rock.
K ey w ords :rock mechanics in dept h ;initial st ress ;surrounding rock failure of engineering ;brittleness and ductility ;roadways stability
人类的触角在伸向天体空间的同时,也在向地球的深处拓展.地球深处是人类认识自然和开发自然的另一个重要领域.当前的研究表明,探索地球深部的困难程度并不亚于其他领域,研究手段也已经涉及了现代科学的众多方面.工程范畴里的深部岩体是人类直接面对的对象,深部岩体力学问题的研究成果,不仅为解决相应的工程技术难题作出贡献,同时也将推动现代科学与技术的进步.因此,可以说这也是人类在新世纪面临的一个新的挑战和机遇.随着我国资源开发向深部的延伸,开展对深部岩体力学基础问题的研究[1]是非常有意义的.
采矿是人类在地下深处最大规模的工程活动.随着资源开发强度的增加,矿山采掘正向千米以上及更深的地层发展.南非、印度最深的金矿已经深
第3期 贺永年等:深部巷道稳定的若干岩石力学问题
入地下4000m ,俄罗斯金属矿的开采深度已经向2000～2500m 发展.尽管煤矿的岩石和环境条件比较恶劣,但其开采深度也不逊色.根据上世纪90年代资料,俄罗斯最深的矿井已经达到1550m ,德国、英国、日本、波兰等国的煤矿深井都已达1100m 以上.我国煤矿在近20余年时间里,每年平均以8～12m 的速度在向深部延伸[2],面对我国东部1000～2000m 煤炭资源占2000m 以内预测储量的83%3,以及全国深部煤炭储量占多的形势,可以预计,今后10a 内千米深井将成为我国煤炭资源的主要来源.与此同时,伴随着我国西部开发的进程,水电、交通等工程也已经并将更多地遇到相关的深部岩石力学问题.
早在20世纪70到80年代,深部岩石力学问题就已经成为国际采矿工程界关心的重要内容.1983年,原苏联学者就提出所谓临界开采深度的概念[3],原西德曾专门对1600m 深井的三维矿压问题进行模拟研究[4].1989年国际岩石力学(局)曾在法国专门召开“深部岩石力学”问题国际会议,并出版了相关的专著.我国学者在80年代末也开始注意深矿井的开拓问题,“九五”、“十五”规划期间曾作为专题提出.
矿山深部工程的一个主要困难是围岩处在高应力、高渗透压、高温和长期变形不止的恶劣条件.对煤矿而言,同时伴随有高瓦斯含量和高瓦斯压力等问题.这些环境条件,不仅给矿山造成严重的技
术困难和巨大经济投入,还是矿山重大灾害性事故的主要根源.据顿涅茨矿区资料介绍,为解决井深增加带来的影响,15a 内尽管支护强度增加一倍,费用增加1.4倍,但矿井巷道复修量仍超过40%以上[5].我国统计的深井巷道翻修率甚至高达200%[6],而一些巷道因难于维护被遗弃(如开滦赵各庄矿-980m 水平和新汶孙村矿-1100m 水平煤巷[7]).深部矿井岩石冲击性行为(岩爆、煤岩突出)的发生频率、强度和规模几乎和深度成正比增加,由此造成的灾害性事故越来越频繁,规模越来越大.国内最大的砂岩和油气突出(海石湾煤矿)中,突出砂岩上千吨,油气近百万立方米[8].国外有资料表明,深度800m 以上的巷道有60%存在底鼓倾向.国内有的深井20余年底鼓不止,总底鼓量累计达数十米[9].深部高应力巷道围岩的维护及其灾害防护已成为决定深部矿井经济效益和安全生产的关键问题,决定了资源开发的可行性及可持续发展.
本文是作者在该领域的部分研究内容.
1 深部原岩应力及岩石强度分布
原岩应力的存在是引起地下岩石工程一系列特点的重要原因.当前对于原岩应力分布的认识,主要是根据Brow 和Hoek 对全球上百个测量数据的统计结果(图1)[10]
.
图1 原岩应力分布
Fig.1 Distributing of the initial stress
由于水平原岩应力分布的复杂性,使它一直以
来都是本领域讨论的热点,包括有弹性地核理论[11]、热应力理论[12213]等解释.根据Brow 和Hoek 以及后续对水平应力的研究与统计,深部的3个原
岩应力分量趋于均匀.如南非深度超过1000m 后平均的水平应力与竖向应力之比的水平应力系数
3 中国煤田地质总局.第三次全国煤田地质预测研究报告[R ].中国煤田地质总局(涿州),1998.
9
82
中国矿业大学学报 第35卷
基本上都小于1;俄罗斯学者在K ola 地区采用声波技术对地表下11500m 深部的测试结果表明,该处的水平应力系数为0.777且与深度无关[14].
如果深部应力作均匀考虑,则开挖首先导致应力差增加.此时若原来的应力状态处于临界状态附近,则岩石可能出现的断裂将改变后续整个应力平衡过程.这和开挖使应力差减小(或局部减小)的情况不一样.如果通过对平均水平应力系数公式k =1500/z +0.5的讨论,用曲线上k =1和k =3.5两点的切线确定其拐点,得到此拐点的深度约为860m 的位置(图1中的G 点).
研究深部岩石的力学性质与工程问题,必须考虑岩石长期受深部高压及深部地质环境的生成影响.高压力成岩作用的一个明显结果是导致岩石的致密性增加.图2是波兰采矿研究总院在上西里西亚煤田获得的岩石性质资料[15].说明岩石密度均值随深度增加而增加,其密度分布更趋于均匀的情况.同时,岩石的强度与密度有良好的相关性.该地区的砂岩强度具有以下规律
R c =7+0.064ΔH ,(1)式中:R c 为岩石单轴抗压强度,M Pa ;△H 表示从
石灰层顶板起的深度
,m.
图2岩石容重和强度与埋深的关系[15]
Fig.2
Relationship among the unit weight ,strength and the burying depth
乌克兰顿涅茨矿区对岩石强度的统计(表1[16])表明,在600m 以上浅部,强度小于40M Pa 的岩石占39.6%,强度大于80M Pa 的岩石占6.6%;而到800～1000m ,强度小于40M Pa 的岩
石占25.4%,强度大于80M Pa 的岩石比例增加到
28.6%.
岩石渗透性与其密度有相同关系.岩石的这些性质导致了岩石的脆性,这是岩石动力现象显现频率与其埋深成为线性关系的重要原因之一.
表1岩石强度随深度分布资料[16]
T able 1 The relationship betw een rock strength and burying depth
深度/m
不同岩石单轴压缩强度所占比例/%
<20MPa 21～40MPa 41～60MPa 61～80MPa 81～100MPa >100MPa
总计
<6009.430.224.629.2 5.5 1.1100600～800 2.83 5.739.313.48.10.4100800～1000 1.823.624.521.524.5 4.11001000～1200 1.824.329.524.716.0 3.71001200～1400 3.38.331.030.025.0 2.4100>1400
1.6
5.6
29.0
41.0
21.0
1.8
100
092
第3期 贺永年等:深部巷道稳定的若干岩石力学问题
2 深部岩石的破坏
2.1
岩石强度峰值后的破坏
岩石变形曲线的强度峰值后性态一直是岩石
力学界讨论的热点.深部岩石工程的围岩平衡必然要受到强度峰值后性质的影响,它是形成深部岩石工程稳定问题许多特点的重要因素.
应该说,目前对于岩石单轴压缩变形曲线的峰值后性质的认识并不完全一致.有实验分析证明,岩石峰后曲线主要是破裂面的滑动轨迹,软化的初始状态反映了连续体到结构(块裂)体的转变和受载截面尺寸的改变[17218].应该说,岩石的破坏就是指岩石的断裂.从更大的尺度考虑,岩石的破坏就是一个不断从完整的、到大的破裂块体、到较小块体的过程.图3是通过对井下工作面后180m 的巷道围岩裂隙(破裂面)实测结果[19],裂隙越来越多,分布越来越密,
说明了岩石破坏的变化过程.
图3沿巷道长度的围岩裂隙参数分布
Fig.3The distribution of fissure parameters in surrounding rock along the length of the roadway
岩石的块裂使岩石形成不同层次的构造分布.俄罗斯学者根据上世纪70年代末由M.A.萨道夫斯基提出的岩石块体等级呈序列分布的观点,通过实验和实测,证明各层次的岩石块度之间存在有比较稳定的统计关系[20]
Δi =(2)i ?Δ0,
(2)式中:i 是序列数,任意负整数;Δi 为i 层次岩石块度的特征尺寸;Δ0=2.5×106m ,该值和地核的直径相当.俄罗斯学者甚至认为,这一关系适用于相当宽的范围,例如,当i 为-109时,其Δ值为
0.981A 。
,和水分子相当(0.957A 。
),偏差仅2.5%[21].
通过塔那赫斯克和塔什达哥里斯克矿区的大量不同大小块体的间隙统计,表明块体大小与其间隙之间还存在如下关系[22]
μΔ(δ)=δi
Δi
=Θ?10-2,
(3)式中:δi 为该层次岩石块之间的平均张开度;Θ是系数,无论i 的取值,此系数大多数在0.5～2的范
围里.也就是说,μΔ(
δ)是一个常数,可称其为地质力学系统的“不变量”[22]
.
由于岩石块度的改变,岩石块体的强度也不同.根据Weibull 理论,含缺陷材料的统计强度σR
可表示为[23]
σR =k 0D
-n
m
,(4)式中:k 0为结构形状系数;D 为材料特征尺寸;n/m 为表征材料特征的常数.
尽管后来的学者对Weibull 幂函数理论有许多改进或选择有新的形式[24],但结果都反映了材料的强度随其尺度减小而增加的规律.显然,这一结果并不能完全反映岩石破裂后强度演化的实际情况,因为这些讨论都假设材料的裂纹分布具有相似性.2.2 开挖的卸压作用
对于深部岩石工程而言,开挖引起的卸压作用,已不仅是影响更多裂隙的萌生和岩石性质的弱化,而是成为了除加载以外的另外一种破坏作用.岩石的卸压试验表明,当初始压力比较小时,卸压过程中有一段线性段.如图4a [25].图4b 曲线1～4也有长短不一的线性段,轴压与围压呈现比例关系[26];但当原始的轴向应力过高或者处于超过岩石的峰值强度状态,则一开始卸压,岩石的承载能力就出现急剧跌落的情况,不管是保持轴向压力恒定或是保持轴向应变恒定(见图4b 曲线5).
图4卸压曲线
Fig.4
The pressure 2relief curves
1
92
中国矿业大学学报 第35卷
由此可见,在巷道开挖的卸压过程中,当围岩不能提供足够的承载能力,巷道围岩就可能在应力调整完成之前发生破坏.
3 岩石的变形与时间效应
3.1
岩石的脆性与延性
从本质上讲,大部分种类的岩石都属于脆性,这是由岩石的多矿物组成及颗粒间的黏结结构所决定.即使出现少量塑性变形机制,也会因为缺陷或变形机制不协调而出现开裂.图5是石灰岩破坏断口的一个变形与破裂交织在一起的形貌(石灰岩三轴压缩,透射,×30000).
引起岩石向延性转化主要受两个因素影响,即高围压和高温条件.这些条件与深部工程的环境相一致.从上世纪60年代开始讨论脆2延性转化问题以来,一直对转化的条件有较多的讨论,M.S.佩特森[27]列出了包括Mogi K.提出的当围压约为破坏时的应力差的1/3时,硅酸盐岩将出现脆2延性转化,且碳酸盐类岩石则更低等结论
.
图5石灰岩的变形与破裂×(30000)
Fig.5The deformation and fracture of the limestone
一般可以将岩石脆性2延性转化的临界围压条件写成以下形式
σ30=1η
S C ,(5)
式中:S C 表示岩石的单轴抗压强度;Singh J.等人认为[28],η应在0.25～1.25的范围.根据公式(5)可知,对于泥岩或煤这种强度低、裂隙孔隙发育的岩石(以强度为20～25M Pa 计,η取1.25),这种转化大约在600～1000m 左右就可能发生.
M.S.佩特森
[27]
将岩石产生延性变形的物理
基础归纳为三方面,即碎粒流动(包括摩擦、孔隙破
坏与碎粒重新分布)、晶体塑性和晶体滑动(与温度有关).实际上,延性变形所启动的剪切带要较脆性破坏时宽得多.因此,高围压对岩石延性变形至少
有2个作用,即约束导致宏观剪切破坏的微裂纹的贯穿性发展,以及迫使更多的微裂隙萌生形成“隐裂隙”.岩石的延性是以其形成大量“稳定性”的微裂纹、或是碎粒作用,使岩石的变形具有足够多的自由度为代价.实验也证明这一点.如Malanini 对多孔隙石灰岩的观测证明,这种岩石的变形主要源于微裂纹的增生和孔隙的破坏[29].
图6是粉砂岩在22M Pa 围压下的破裂形貌.岩石微裂隙的发育相当充分(右向倾斜为开裂裂隙),几乎分布整个试件,形成相当宽的剪切带.并与岩石层理面(左向倾斜为层理)呈X 状破裂(左下角为局部放大图).在现场,总可以发现变形大的巷道与围岩“变酥”有关,一旦约束条件失去或出现
有应力集中时,这些围岩有可能完全崩解或碎裂.
图6高围压下的岩石破裂
Fig.6
The rock fracture in higher confining pressure
3.2 岩石的时间效应
深部巷道围岩长期变形不止,如两帮收敛与底
鼓变形等是岩石流变效应的一个重要表现.尽管有许多关于岩石流变、底鼓问题的研究,但至今还难以充分解释深部矿井的这种严重现象.
岩石的变形是与其破坏联系在一起的过程.在强度极限(宏观破坏)之前,岩石的细部破坏就已经开始,它一方面影响局部的应力分布,同时也改变其自身物性.这说明岩石蠕变过程总体上讲是具有非线性或是非定常性特性的.早在上世纪70年代,岩石蠕变的非线性问题就已经被注意,提出了不同的计算模型和方法[30231].但是,有关岩石黏性参数变化及其影响的研究却很少,研究表明,当岩石的蠕变参数与变形有关时,其蠕变过程就变得非常复杂,会出现有混沌现象[32].
岩石时间效应的表现是多样的.甚至Kaiser 效应也会随岩芯的取芯保存时间长短而退化[33].深部岩石的破坏同样存在时间效应.地震以及煤岩
292
第3期 贺永年等:深部巷道稳定的若干岩石力学问题
突出行为总伴随有前兆,根据条件不同,前兆的延续时间可以数小时甚至更长,矿上称之为“延期”或“迟缓性”突出现象3.同样,动力行为也存在后延现象.俄罗斯诺里斯克矿区井下掘进工作面出现的岩石破坏过程平均要延续4～8h ,破坏的范围也随时间过程而扩大,试验确定可达6～11m [34].如果说岩石试件的宏观破坏是从细部破坏开始并伴随有应力调整的过程,则对于大范围岩体而言,这种连续破坏过程的性质实际上是相同的,只是其“局部”规模较大而已.在较大范围中的岩石破坏,随裂隙的发展和破裂过程将变得更强烈并有跳跃的形式.
4 深部巷道稳定与围岩的变形破坏
从芬纳(R.Fenner )2塔罗勃(J.Talobre )公式
和卡斯特讷(H.Kast ner )公式问世以来,弹塑性理论成为现代分析巷道稳定的基本手段.但是,对于深部高应力巷道而言,由于缺乏围岩的强度储备
(所谓“潜塑性”[35]
),这一理论的先天不足就被明显反映出来.
俄罗斯学者通过现场实测与模拟试验,发现深部巷道围岩存在有呈间隔分布的区域性断裂(Зональнаядезинтеграция
)现象[36](图7).这一现象后来与岩石破裂的构造层次现象(见公式2和3)联系在一起,被认为是深部高应力巷道围岩,甚至还是一种更广泛的规律性行为.岩石间隔分布的断裂现象揭示了深部围岩的另一种平衡过程及其新的平衡稳定形式
.
图7巷道围岩间隔性区域破裂
Fig.7The interval and district f racture of the
surrounding rock in roadways
国内也有一些实测与模拟试验的结果具有类似特点,如实测的围岩声波分布图(见图8a [37])表示围岩有中间断裂的现象存在;巷道随围岩深度而变化的应变分布图(见图8b [38])测到的是围岩的应变分布呈正负交错状态、拉压分区的情况,这些都可以和这种有间隔分布的区域性断裂现象对照
.
图8巷道围岩声速及应变分布
Fig.8The distribution of the sound velocity in and sound velocity roadway ’s surrounding rock
岩石的这一现象,也与作为高应力标志的钻孔岩饼现象(图9[8])有一致性.这说明,在高应力平衡过程中,由于岩石性质的不均匀性和易断裂性,岩石内部的应力分布不能象弹塑性分析那样变形是均匀的、连续的,最容易破坏(或强度最弱)的局部会先破裂,然后转移高应力并影响后续的应力分布与变形破坏,并周而复始.深部岩石工程现象,如岩石冲击、高应力以及前述的时间效应等,都反映了岩石的这一本质
.
图9高应力钻孔岩饼图
Fig.9The cake of rock in drilling hole
认识这一现象的意义还在于它能成为现代非线性科学理论的佐证[39],即高应力下貌似杂乱无序的岩石破裂,会形成一种有规律的有序结构.
当然,岩石的破坏形式并非惟一的,由于岩性或载荷等环境条件的区别,巷道的平衡形态也具有多种形式.图8a 的第2条曲线以及图10[6]就反映了另一种结果
.
图10松动圈模拟试验结果[8]
Fig.10The simulation testing result of the
loosening loop
3贵州省六盘水煤炭科学研究所1矿井通风与安全(内部资料,贵州水城),1972.
3
92
中国矿业大学学报 第35卷
5 结语
深部岩石力学性质及其工程响应问题的研究,不仅对深部矿山工程及其他相关工程具有非常实际的意义,而且会涉及到科学研究的许多新领域,其研究成果和研究方法对其它科学问题的研究提供新的启迪.
岩体中存在有大量的裂隙面或断裂面,承认这种已有结构面的不连续性影响已经成为普遍的认识.但是,对于存在于高应力条件下的深部岩石工程而言,因开挖及应力平衡过程而形成的岩石断裂性破坏,同样是成为影响工程最终稳定的重要条件.因此,承认和尊重岩石破坏后的这些特点,应该是高应力岩石工程问题研究的一个重要出发点.
众所周知,岩石工程的力学问题是和工程实际密切联系的.岩石是一种相对脆性的材料,环境条件或约束作用稍有变化就可能引起性质的截然不同.因此,岩石工程对于深部条件的响应会因为施工条件的不同而表现出很大的差异.所以,考虑施工过程的实际影响,对认识岩石力学及其工程问题的本质是非常重要的.
现代科学为解决深部岩石力学理论与工程问题的研究提供了非常丰富的思路;同样,深部岩石力学问题的一些新的现象和认识,也将为现代科学提供新的研究内容和根据.也许,这更是本项工作的意义所在.
致谢 感谢窦林名、靖洪文、侯朝炯、秦 勇、华安增教授以及研究生刘红岗、周纪军等为本文提供资料和进行文献查阅.
参考文献:
[1] 周宏伟,谢和平,左建平.深部高地应力下岩石力
学行为研究进展[J].力学进展,2005,35(1):912
99.
ZHOU Hong2wei,XIE He2ping,ZUO Jian2ping.De2 velopments in researches on mechanical behaviors of
rocks under the condition of high ground pressure in
the depths[J].Advances In Mechanics,2005,35(1):
91299.
[2] 靖洪文.深部巷道破裂围岩位移分析及应用[D].中
国矿业大学建筑工程学院,2001.
[3] ГРИНЬКОНК.Пробремыгрубокихшахт[J].
Уголь,1989(9):21223.
[4] ZUB EL EWIECZ O C,MROZ Z.Numerical simula2
tion of rock burst processes treated as problems of dy2
namic instability[J].Rock Mech.&Rock Eng,1983,
16(2):3172322.
[5] КОШЕЛЕВКВ,ТОМАСОВАГ.Поддержание,
РемонтиВосстановлениеГонрыхВыработок[M].
Москва:Недра,1985.
[6] 董芳庭.巷道围岩松动圈支护理论与应用技术[M].
北京:煤炭工业出版社,2001.
[7] 侯朝炯,李海燕.困难复杂条件下的煤巷锚杆支护
[J].岩土工程学报,2001,23(1):84288.
HOU Chao2jiong,L I Hai2yan.Coal roadway bolting
under difficult and complex conditions[J].Chinese Journal of G eotechnical Engineering,2001,23(1):842
88.
[8] 华安增,李晓昭.海石湾矿风井井筒含油气岩层突出
危险性预测[J].中国矿业大学学报,1999,28(6):
5262529.
HUA An2zeng,L I Xiao2zhao.Prediction of outburst
danger of rock stratum containing roil and gas[J].
Journal of China University of Mining&Technology, 1999,28(6):5262529.
[9] 潘一山,章梦涛.深埋软岩巷道底鼓机理及控制的模
拟试验研究[J].矿压压力与顶板管理,1992(2):92
13.
PAN Y i2shan,ZHAN G Meng2tao.The simulation test and study on the mechanism and control technique of the floor heave in deep soft2rock roadway[J].
Ground Pressure and Strata Control,1992(2):9213.
[10] BROWN E T,Hoek E.Trends in relationship s be2
tween measured rock in situ stress and depth[J].Int
J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr,1978(15):
2112215.
[11]MCCU TCH EN W R.Some element of a theory for
in2city stress[J].Int J Rock Mech Min Sci G eomech
Abstr,1982,19(2):2012203.
[12] 陈 顒、黄庭芳.岩石物理学[M].北京:北京大学
出版社,2001.
[13] SH EOREY P R.A theory for in situ in isotropic and
transversely isotropic rock[J].Int J Rock Mech
Min Sci G eomech Abstr,1994,31(1):23234. [14] SAVCH EN KO S N.Estimate of stress2strain state
of rocks in the area of drilling K ola ultra deep well
[J].J of mining science,2004,40(1):24230. [15] KID Y BINSKI A.Problemtyka tapan w gornictwa
swiatowym[C]//Dubinski J.International Scien2
tific2Technical Symposium https://www.doczj.com/doc/595964556.html,tron:
Prace Naukowe GIG,2002:11,12215,1212125. [16] КОШЕЛЕВКВ.КреплениеиОхранаВыработок
вСложныхТорногеологическихУсловиях[M].
Киев:Техника.,1986.
[17] 李世平,吴振业,贺永年,等.岩石力学简明教程
492
第3期 贺永年等:深部巷道稳定的若干岩石力学问题
[M].北京:煤炭工业出版社.1997.
[18] 陈惠发,萨里普A F.土木工程材料的本构方程(第
二卷)[M].武汉:华中科技大学出版社.2001.
[19] 侯朝炯,贺永年.巷道围岩稳定的注浆加固技术
[C]//何满潮.中国煤矿软岩巷支护理论与实践.
徐州:中国矿业大学出版社,1996:1662182.
[20] ОЛАРИНВН,ЮШКИНВФ,АКИНИНАА,
идр.Новойшкалеструктурно2иерархических
представленийкакпаспортнойхарактеристике
объектовгеосреды[J].ФТПРПИ,1998(5):16233. [21] КУРЛЕНЯМВ,ОПАРИНВН.Проблемы
нелинейнойгеомеханикич21[J].ФТПРПИ,1999
(3):12226.
[22] КУРЛЕНЯМВ,ОПАРИНВН,ЕРЕМЕНКОА
А.Оботношениилинейныхразмеровблоков
породкраскрытиютрещинвструктунойиерархии
массивов[J].ФТПРПИ,1993(3):329.
[23] ВОЛКОВСД.СтатисическаяТеорияПрочности
[M].吴学蔺,译.北京:科学出版社,1965.
[24] ZDEN EK B.结构破坏的尺度律[J].力学进展,
1999,29(3):3832421.
ZDEN EK B.Scaling of structural failure[J].Ad2
vances In Mechanics,1999,29(3):3832421.
[25] 姚孝新,耿乃光,陈 顒.应力途径对岩石脆性和延
性的影响[J].地球物理学报,1980,23(3):3122319.
YAO Xiao2xin,GEN G Nai2guang,CH EN Y ong.
Effect of stress pass on brittleness and ductile of
rock[J].Acta Geophysica Sinica,1980,23(3):3122
319
[26] 尤明庆,华安增.岩石试样三轴卸围压试验[J].岩
石力学与工程学报,1998,17(1):24229.
YOU Ming2qing,HUA An2zeng.Test of tri2axial
pressure reduction of rock specimens[J].J of Rock
Mech&Eng,1998,17(1):24229.
[27] PA TERSON M S.Experimental rock deformation2
the brittle field[M].张崇寿,译.北京:地质出版
社,1982.
[28] SIN GH J.Strength of Rocks at Depth(in Rock at
Great Depth)[M].New Rork:A A Balkema,
1989:37244.
[29] MAL AN IN I E,BRIGNOL I M.Creep behavior of a
week rock:experiment characterization[J].Int J of
Rock Mech&Min Sci,1999,36(1):1272138.
[30] GIODA G.A finite element solution of non2linear
creep problems in rock[J].Int J of Rock Mech
&Min Sci,1981,18(1):35246.
[31] 宋德彰,孙 钧.岩质材料非线性流变属性及其力学
模型[J].工程力学,1991,8(2):1012108.
SON G De2zhang,SUN J un.The nonlinear creep be2
haviors and its mechanical model of rock material[J].
Engineering Mechanics,1991,8(2):1012108.
[32] 蒋斌松,韩立军,贺永年.深部岩体变形的混沌预测
方法[J].岩石力学与工程学报,2005,24(16):29342
2940.
J IAN G Bin2song,HAN Li2jun,H E Y ong2nian.
Chaotic prediction method of rock mass deformation
in depth[J].Chinese Journal of Geotechnical Engi2
neering,2005,24(16):293422940.
[33] ФАДДЕЕНКОВНН,ОПАРИНВН.Об
эффектесамопроизвольногоразупрочненияруды
[J].ФТПРПИ,1983(5):17222.
[34] КУРЛЕЕНЯМВ,ОПАРИНВН,РЕВАВ
Н,идр.Квопросуофакторевременипри
разрушениигорныхпород[J].ФТПРПИ,1993
(5):3213.
[35] KASTN ER H.Statik des Tunnel2und Stollenbaues
[M].同济大学,译1上海:上海科学技术出版社,
1980.
[36] ШЕМЯКИНЕИ,КУРЛЕНЯМВ.Зональная
дезиинтеграциягорныхпородвокругподземныхвы
работок[J].ФТПРПИ,ч21,1986(3):3215;ч22,
1986(4):3212;ч24,1987(1):328,ч24,1989(4):328. [37] 贺永年.软岩巷道围岩松动带及其状态分析[J].煤
炭学报,1991,16(2):63269.
H E Y ong2nian.Analysis of loose zone around the
roadway in soft rock[J].Journal of China Coal Soci2
ety,1991,16(2):63269.
[38] 方祖烈.软岩巷道维护原理与控制措施[C]//何满
潮.中国煤矿软岩巷支护理论与实践.徐州:中国矿
业大学出版社,1996:64270.
[39] PRIGO GIN E I,STEN GERS I.从混沌到有序
[M].曾庆宏,沈小峰,译.上海:上海译文出版社,
1987.
(责任编辑陈其泰)
592
《岩石力学》期末试卷及答案 姓名 学号 成绩 一、 选择题(每题1分，共20分) 1. 已知岩样的容重为γ，天然含水量为0w ，比重为s G ，40C 时水的容重为w γ，则该岩样的饱和容重m γ为（ A ） A. ()()w s s G w G γγ++-011 B. ()()w s s G w G γγ+++011 C. ()()γγ++-s s w G w G 011 D. ()()w s s G w G γγ+--011 2. 岩石中细微裂隙的发生和发展结果引起岩石的（ A ） A ．脆性破坏 B. 塑性破坏 C. 弱面剪切破坏 D. 拉伸破坏 3. 同一种岩石其单轴抗压强度为c R ，单轴抗拉强度t R ，抗剪强度f τ之间一般关系为（ C ） A.f c t R R τ<< B. f t c R R τ<< C. c f t R R <<τ D. t f c R R <<τ 4. 岩石的蠕变是指（ D ） A. 应力不变时，应变也不变； B. 应力变化时，应变不变化； C. 应力变化时，应变呈线性随之变化； D. 应力不变时应变随时间而增长 5. 模量比是指（A ） A ．岩石的单轴抗压强度和它的弹性模量之比 B. 岩石的 弹性模量和它的单轴抗压强度之比 C ．岩体的 单轴抗压强度和它的弹性模量之比 D ．岩体的 弹性模量和它的单轴抗压强度之比 6. 对于均质岩体而言，下面岩体的那种应力状态是稳定状态（ A ） A.??σσσσsin 23131<++-cctg B.?? σσσσsin 23131>++-cctg C. ??σσσσsin 23131=++-cctg D.??σσσσsin 23131≤++-cctg 7. 用RMR 法对岩体进行分类时，需要首先确定RMR 的初始值，依据是（ D ） A ．完整岩石的声波速度、RQD 值、节理间距、节理状态与地下水状况 B. 完整岩石的强度、RQD 值、节理间距、节理状态与不支护自稳时间 C. 完整岩石的弹性模量、RQD 值、节理间距、节理状态与地下水状况 D. 完整岩石的强度、RQD 值、节理间距、节理状态与地下水状况 8. 下面关于岩石变形特性描述正确的是（ B ） A. 弹性就是加载与卸载曲线完全重合，且近似为直线 B. 在单轴实验中表现为脆性的岩石试样在三轴实验中塑性增强 C. 加载速率对应力－应变曲线没有影响 D. 岩基的不均匀沉降是由于组成岩基的不同岩石材料含水量不同导致的 9. 下面关于岩石水理性质描述正确的是（ B ）
深部煤矿应力分布特征及巷道围岩控制技术韩孝广 发表时间：2019-01-09T14:22:32.410Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第31期作者：韩孝广王涛[导读] 本文分析了深部煤矿应力分布特征及巷道围岩控制技术。 山东省滕州曹庄煤炭有限责任公司山东滕州 277519 摘要：近年来，矿井开采深度逐年增加，巷道周边的地应力也相对提高。本文分析了深部煤矿应力分布特征及巷道围岩控制技术。 关键词：深部煤矿；应力分布特征；巷道围岩 前言 深部煤炭开采的最大特点是煤炭资源开采前煤岩体处于高原岩应力状态，而进行采掘活动后，裸露采掘空间表面垂直方向的应力迅速降到大气压。这种变化引起围岩应力的调整，出现很高的集中应力，在围岩中形成很大的应力梯度。围岩应力分布不是一成不变的，而是随着采掘活动的进行不断变化。当煤岩体不能承受这种应力变化时，就会出现各种灾害，这对深部煤矿的安全、高效开采带来巨大威胁。 1 深部煤矿应力分布特征 1.1 深部煤矿地应力测量与分析 目前，许多矿区对深部煤矿的地应力特征缺乏理性认识。当前直接用于地应力场的研究数据较为缺乏，许多煤矿对支护问题、冲击地压等，与地应力场联系较少。矿井深度的增加导致地应力值增加，破坏巷道能力加强。 当前的地应力测量主要以空心包体法为主，某些条件下也可采用水压致裂法。研究地应力学者通过整理600～1500m的深部矿区数据，剔除特殊地质环境测量数据后，总结出地应力测量的方法主要有：水压致裂法（用于一般地质条件）、结合应力解除法。 1.2 深部煤矿地区的地应力方向特征 经过对我国深部煤矿地区的地应力测量研究，发现我国深部矿区地应力方向存在一些特征：岩层中的水平应力方向特征较为显著；最大水平应力角度下量值较垂直应力大。 2 深部巷道围岩控制技术 巷道围岩控制技术按原理可分为3大类：①支护法。它是作用在巷道围岩表面的支护方式，如各种类型的支架、砌碹支护，为了改善支架受力状况，提高支护阻力，还可实施壁后充填和喷浆等。②加固法。其是插入或灌入煤岩体内部起加固作用，使煤岩体自稳的方法，如各种锚杆与锚索、注浆加固，锚杆、锚索分为插入煤岩体内的部分（杆体、锚固剂），以及设置在巷道表面的构件（托板、钢带及金属网），因此，“锚杆支护”确切意义上应称为“锚杆加固”或“锚杆加固与支护”。③应力控制法。它是改善巷道围岩应力状态，从而使巷道处于应力降低区的方法，包括巷道布置优化及各种人工卸压法。 2.1 巷道布置优化及应力控制法 针对深部巷道围岩应力高、变形大，甚至会出现冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害，进行采掘优化、巷道布置优化，改善巷道受力状态是首先应考虑的方法。将巷道布置在应力降低区，如沿已稳定的采空区边缘掘进巷道（沿空掘巷），将巷道布置在采空区下方（掘前预采、上行开采等），均可明显降低巷道受力，改善围岩应力状态。 在深部开采中，有些煤矿水平应力大于垂直应力，而且水平应力具有明显的方向性，最大水平主应力明显高于最小水平主应力。在这种条件下，当巷道轴线与最大水平主应力平行，巷道受水平应力的影响最小，有利于顶底板稳定。根据地应力实测数据优化巷道布置方向，对巷道稳定性会起到事半功倍的作用。此外，巷道布置应尽量避开大型地质构造（断层、褶曲、陷落柱等）。 根据深部煤矿地应力场分布特征，对巷道断面形状与尺寸进行优化，可改善巷道周边附近围岩应力分布，有利于围岩稳定。人工卸压法，包括切缝、爆破、钻孔及掘卸压巷等，可转移巷道周边附近的高应力，改善围岩应力状态，在适宜的条件下可作为一种辅助的围岩控制手段。 2.2 深部巷道支护与加固法 目前，深部巷道支护与加固形式主要有：锚杆、锚喷支护，U型钢可缩性支架，注浆加固，复合支护（采用2种或2种以上的支护加固方式联合支护巷道，如锚喷+注浆加固，锚喷+U型钢可缩性支架，U型钢支架+注浆加固，以及锚喷+注浆+U型钢支架等型式）。经过多年研究与实践，我国煤矿已形成了基于煤岩体地质力学测试、以预应力锚固与注浆为核心的巷道支护成套技术。对于深部巷道，锚固与注浆技术也是经济有效的围岩控制技术。 1）预应力锚固技术。在深部巷道采用的预应力锚杆、锚索支护技术，其支护原理是大幅提高支护系统的初始刚度与强度，形成高支护应力场，降低采动应力场梯度，主动控制围岩扩容变形，保持其完整性。同时，支护系统应具有高延伸率，允许围岩有较大连续变形，通过预留变形量，使巷道发生可控变形后仍能满足使用要求。不同巷道条件应有不同的锚杆支护形式：预应力锚杆支护适用于围岩比较完整的岩石巷道、岩石顶板煤巷等；预应力锚杆与锚索支护可应用于煤顶巷道、无煤柱护巷、软岩巷道、高应力巷道、动压巷道及大断面巷道等多种比较困难的条件；全预应力锚索支护，顶板、两帮，甚至底板全部采用预应力锚索支护，适用于深部高应力巷道、强烈动压巷道等非常困难的条件。 2）注浆加固技术。在松软破碎煤岩体中开掘巷道，围岩自稳时间短、破碎范围大，在这种条件下，注浆加固是围岩控制的有效途径。注浆加固利用浆液充填围岩内的裂隙，将破碎煤岩体固结起来，提高围岩整体强度，增加围岩自身承载能力。我国煤矿目前采用的注浆材料主要分为2大类：一类是水泥基材料，是注浆加固应用最广的材料；另一类是高分子材料，如聚氨酯、脲醛树脂等。此外，还开发出多种复合材料，以改善注浆材料的性能，降低注浆材料的成本。在井下应用时，可根据巷道具体地质与生产条件进行选择。 3）预应力锚固与注浆联合加固技术。当巷道围岩松软破碎，锚杆与锚索锚固力不能保证时，预应力锚杆、锚索与注浆联合是一种有效的加固技术。注浆可将松软破碎围岩粘结，提高围岩整体强度，同时为锚杆与锚索提供可锚的基础，保证锚杆与锚索预应力与工作阻力能有效扩散到围岩中。注浆后采用预应力锚杆与锚索支护，可有效控制围岩扩容变形，保持围岩长期稳定。此外，还开发了多种注浆锚杆、注浆锚索及钻锚注一体化锚杆，适用于不同条件的巷道加固。
深部矿井开采技术问题 摘要:本文根据我国主要深部矿区30余对矿井的实地调查、部分井下观测和25个矿务局的函调材料,对我国煤矿深部开采的基本状况及其在开采中遇到的巷道维护、冲击地压、瓦斯突出及地热等主要问题作了总结和剖析,并就今后煤矿深部开 技术问题提出了几点看法和建议。 1煤矿深部开采的现状及趋势 深井开采技术是当今世界主要深井开采国家(如德国、原苏联、波兰等)十分关注的问题之一。随着我国煤矿开采规模的扩大,开采深度的逐渐增加,深部开采中遇到的各种技术问题日益增多,对当前的煤矿生产和今后矿井建设的影响日趋严重。因此,研究深部开采问题,对安全、经济、合理地开发深部煤炭资源无疑有特别重要的意义。 我国是世界第一产煤大国,1997年原煤产量13.3亿吨。全国主要国有矿区90多个,井工开采的生产矿井588对(1996年统计)。据不完全统计,采深超过800m的深井19对,其中开滦矿务局赵各庄、沈阳矿务局彩屯矿采深超过1000m,新汶矿务局孙村矿、华丰矿、长广七矿采深超过800m。“八五”期间新打深井65个,平均深度588m,其中700~800m的井筒28个,800~1000m的井筒13个,1000m以上井有12个。 据煤炭资源开发和资源保护研究指出,在我国预测总储量中73.2%埋深在1000m 以下,浅部储量较少。因此,深井开采技术不仅是目前一些深矿井面临的问题,而且从长远看,它将是我国今后进一步开发利用深部煤炭资源的带有战略意义的问题。 2深井开采的主要技术问题 2·1矿压显现加剧,巷道维护困难随着矿井采深的不断增加,一方面,巷道断面必需加大,据对开滦矿区统计,近10年间采深平均增加100m,岩石巷道断面平均增加8.1%,煤、半煤岩巷平均增加32%;另一方面,地压增大,在深部高应力作用下,围岩移动更为剧烈,巷道产生变形破坏更为严重。在调查的超过700m的深井中,巷道矿压问题普遍严重,底鼓成为常见的地压现象,特别在采准巷道中尤其严重。失修和严重失修巷道比例增加,据开滦局调查统计,井深1000m时巷道失修率约是同条件下500~600m埋深巷道失修率的3~15倍,部分矿井巷道失修和严重失修率达20%以上。巷道维修占用大量人力物力,林西矿井深800m,巷道维修工占井下工人的比重为7.00%~10.50%。很多深部巷道由于严重破坏无法行人、行车而被迫停产反修。且常常出现前掘后修、重复反修的象。深井巷道维护问题已成为整个矿井生产系统中的最薄弱环节。 出现上述现象的主要原因是客观上井深、围岩应力增加。主观上没有充分认识深井巷道矿压规律,巷道支护形式不能适应深井巷道围岩变形的要求,支护形式、支架参数
储层岩石力学概述 发表时间：2019-09-11T14:30:47.063Z 来源：《基层建设》2019年第11期作者：王祥程 [导读] 摘要：岩石力学是一门边缘交叉学科，它与工程实践密切联系而得到发展。 成都理工大学能源学院 610059 摘要：岩石力学是一门边缘交叉学科，它与工程实践密切联系而得到发展。深入了解研究岩石力学的性质和相关参数对于工程上的开发具有十分重要的作用。 关键词：岩石力学；石油工程；研究方法 1. 岩石力学的概述 岩石包括组成岩石的固体骨架、孔隙、裂缝以及其中的流体，因此岩石力学往往会应用到弹性力学、塑性力学、流体力学、渗流力学等力学学科的诸多理论方法。岩石的性质几乎牵涉到所有力学分支，岩石力学的研究是各种力学理论的综合运用。不同岩石力学问题的研究，可能包括瞬时变形运动，也可能包含与地质演化时间相关的长期变形运动。 岩石力学是力学的一部分。岩石材料赋存于地下，其力学性质难于直接测试和观察，而若将其取至地面进行测试则岩石的力学性质往往发生了较大的变化，加之岩石中的流体存在于裂隙或孔隙之中，与岩石骨架相互作用，使岩石的受力情况更加复杂。 2.岩石力学的研究方法 岩石力学是一门边缘交叉学科，它与工程实践密切联系而得到发展。岩石具有特殊的固体介质力学特性，这个特殊的力学性质与它所处的环境有关，如天然岩石所处应力状态一般称为岩石的初始应力状态。在岩石受到工程活动扰动后，岩体的应力出现了变化，这时岩石所处的应力状态称为次生应力状态。此时将岩石力学和工程地质相结合进行研究是十分重要和必要的。对于节理岩体，特别需要了解岩体结构面的分布、网络特性、岩体结构类型，才能进行岩体的数值模拟和分析。 一般而言，岩石力学的研究方法可分为如下四大类： (1)地质研究方法：对岩体进行地质方面的研究始终是岩石力学研究的基础，在整个岩石工程过程中，地质性质的研究应当列在第一位。①岩石岩相、盐层特征的研究，如软弱岩体的成分、可溶盐类、含水蚀变矿物、不抗风化岩体成分以及原生结构。②岩体结构的地质特性研究，如断续结构面的几何特征、岩体力学特征、软弱面的充填物及地质特性。③赋存地质环境的研究，如地应力的成因、地下水分布与化学特征以及地质构造对环境的影响。 (2)物理力学研究方法：①岩体结构的探测，应用地球物理化学方法和技术来探查各种结构面的力学特征和化学特征。②地质环境的物理性质分析与测量，如地应力的形成机制及分布、地质环境中热力与水力存在的性状、水化学的分布特征，应用大规模地质构造层析技术、地质雷达探测技术确定岩体构造。③岩体物理力学性质的测定，如岩块力学特性的室内试验、原位岩体的力学性质测试、钻孔测试、工程变形监测、位移反分析等。主要运用的手段是基于震动的动态测试，如超声波测试、地震波测试、电磁波测试、计算机层析方法(CT)测试。这些测试利用岩体的波动特性，来研究岩体的力学特性。 (3)数学力学分析方法：岩石力学的研究，除了以上地质方法、物理力学方法的研究外，还要进行数学力学方法研究，从而构成岩石力学的理论基础，包括：①岩石本构关系的研究-对岩石进行宏观到细观甚至微观的力学特性研究。②数值分析方法。由于计算机计算性能的发展，岩石力学的数值分析方法得到了大力发展。在数值分析方法方面，由岩体连续力学发展到非连续力学，出现了离散元法(DEN)和不连续变形分析法(DDA)、流形法(BEM)、无单元法(EFM)和快速拉格朗日法(FLAC)。③多元统计和随机分析。这两种方法可以深人地研究因岩体介质的随机分布特性而造成传统方法难以解决的问题。④物理和数值模拟仿真分析。 (4)整体综合分析法：就整个工程进行多种分析的方法，并以系统工程为基础的综合分析。 3.石油工程岩石力学研究对象及特点 石油工程岩石力学所研究的，所涉及的地层深度大多在8000m范围内，研究对象主要是沉积岩层，岩石处于较高的围压、温度和孔院压力作用下其性质已完全不同于浅部地层，它可能经过脆-塑性转变成塑性，也可能由于高孔院压力的作用呈现脆性破坏。 (1)石油工程岩石力学所涉及的围压可达200MPa。非均匀的原地应力场形成了地层之间的围压，若垂向应力源于地层自重，那么应力梯度平均为0.023MPa/m，多数地区最大水平应力往往大于垂向应力，且两个水平地应力梯度的比值通常达到1.4~1.5以上。在山前构造带地区，不但地应力梯度高，最大和最小水平地应力的比值也很大。因此在研究地应力分布规律(包括数值大小及主方向)时，主要依靠水力压裂、岩石剩磁分析、地震和构造资料反演、测井资料解释等间接方法。 (2)石油工程岩石力学所涉及的温度可达250℃。一般的地温梯度是3℃/100m，高的可超过4℃/100m，具体的地温梯度往往需要实际测定。当温度超过150℃后，温度对岩石性质的影响将变得十分明显。 (3)石油工程岩石力学中所涉及到的孔隙和裂隙中的高压流体的孔隙压力可高达200MPa.一般情况下，常规的静水孔隙压力梯度为 0.00981MPa/m,但是异常高压可超过0.02MPa/m。 4.结束语 岩石力学是一门十分重要的，它涉及到了工程领域的各个行业。因此，正确理解学习岩石力学的理论知识以及探究其影响等具有十分重要的意义。 参考文献 [1]王路,徐亮,王瑞琮.岩石力学在石油工程中的应用[J].石化技术,2017, 24(3)：157-157. [2]陈勉.我国深层岩石力学研究及在石油工程中的应用[J].岩石力学与工程学报,2003,23(14)：2455-2462. [3]杨永明,鞠杨,刘红彬,etal.孔隙结构特征及其对岩石力学性能的影响[J].岩石力学与工程学报,2009,28(10)：2031-2038. [4]陈新,杨强,何满潮,etal.考虑深部岩体各向异性强度的井壁稳定分析[J].岩石力学与工程学报,2005(16)：2882-2888. [5]陈德光,田军,王治中,etal.钻井岩石力学特性预测及应用系统的开发[J].石油钻采工艺,1995,17(5)：012-16. [6]王大勋,刘洪,韩松,etal.深部岩石力学与深井钻井技术研究[J].钻采工艺,2006,29(3)：6-10. [7]阎铁.深部井眼岩石力学分析及应用[D].2001. [8]陈新,杨强,何满潮,etal.考虑深部岩体各向异性强度的井壁稳定分析[J].岩石力学与工程学报,2005(16):2882-2888.
1. 简述岩石的强度特性和强度理论，并就岩石的强度理论进行简要评述。 答：岩石作为一种天然工程材料的时候，它具有不均匀性、各向异性、不连续等特点，并且受水力学作用显著。在地表部分，岩石的破坏为脆性破坏，随着赋存深度的增加，其破坏向延性发展。 岩石强度理论是判断岩石试样或岩石工程在什么应力、应变条件下破坏。当然岩石的破坏与诸多因素有关，如温度、应变率、湿度、应变梯度等。但目前岩石强度理论大多只考虑应力的影响，其他因素影响研究并不深入，故未予考虑。 (1). 剪切强度准则 a. Coulomb-Navier 准则 Coulomb-Navier 准则认为岩石的破坏属于在正应力作用下的剪切破坏，它不仅与该剪切面上剪应力有关，而且与该面上的正应力有关。岩石并不沿着最大剪切应力作用面产生破坏，而是沿其剪切应力和正应力最不利组合的某一面产生破裂。即： ?στtan +=C 式中?为岩石材料的内摩擦角，σ为正应力，C 为岩石粘聚力。 b. Mohr 破坏准则 根据实验证明：在低围压下最大主应力和最小主应力关系接近于线性关系。但随着围压的增大，与关系明显呈现非线性。为了体现这一特点，莫尔准则在压剪和三轴破坏实验的基础上确定破坏准则方程，即： ()στf = 此方程可以具体简化为斜直线、双曲线、抛物线、摆线以及双斜直线等各种曲线形式，具体视实验结果而定。 虽然从形式上看，库仑准则和莫尔准则区别只是在于后者把直线推广到曲线，但莫尔准则把包络线扩大或延伸至拉应力区。 c. 双剪的强度准则 Mohr 强度准则是典型的单剪强度准则，没有考虑第二主应力的作用。我国学者俞茂宏从正交八面体的三个主应力出发，提出了双剪强度理论和适用于岩土介质的广义双剪强度理论，并得到了双剪统一强度理论： () 3211t b b σσσασ=+--α ασσσ++≤1312 ()t b b σασσσ=-++31211 αασσσ++≥1312 式中α和b 为两个材料常数，是岩石单轴抗拉强度。在主应力空间里，上式代表一个以静水应力轴为中心轴具有不等边十二边形截面的锥体表面。 (2). 屈服强度准则 a. Tresca 屈服准则
3、简述锚杆支护作用原理及不同种类锚杆的适用条件。 答：岩层和土体的锚因是一种把锚杆埋入地层进行预加应力的技术。锚杆插入预先钻凿的孔眼并固定于其底端，固定后，通常对其施加预应力。锚杆外露于地面的一端用锚头固定，一种情况是锚头直接附着在结构上，以满足结构的稳定。另一种情况是通过梁板、格构或其他部件将锚头施加的应力传递于更为宽广的岩土体表面。岩土锚固的基本原理就是依靠锚杆周围地层的抗剪强度来传递结构物的拉力或保持地层开挖面自身的稳定。岩土锚固的主要功能是： (1)提供作用于结构物上以承受外荷的抗力，其方问朝着锚杆与岩土体相接触的点。 (2)使被锚固地层产生压应力，或对被通过的地层起加筋作用(非顶应力锚杆)。
(3)加固并增加地层强度，也相应地改善了地层的其他力学性能。 (4)当锚杆通过被锚固结构时．能使结构本身产生预应力。 (5)通过锚杆，使结构与岩石连锁在一起，形成一种共同工作的复合结构，使岩石能更有效地承受拉力和剪力。 锚杆的这些功能是互相补允的。对某一特定的工程而台，也并非每一个功能都发挥作用。 若采用非预应力锚杆，则在岩土体中主要起简单的加筋作用，而且只有当岩土体表层松动变位时，才会发挥其作用。这种锚固方式的效果远不及预应力锚杆。效果最好与应用最广的锚固技术是通过锚固力能使结构与岩层连锁在一起的方法。根据静力分析，可以容易地选择锚固力的大小、方向及其荷载中心。由这些力组成的整个力系作用在结构上，从而能最经济有效地保持结构的稳定。采用这种应用方式的锚固使结构能抵抗转动倾倒、沿底脚的切向位移、沿下卧层临界面上的剪切破坏及由上举力所产生的竖向位移。 岩土的锚杆类型： (1)预应力与非预应力锚杆 对无初始变形的锚杆，要使其发挥全部承载能力则要求锚杆头有较大的位移。为了减少这种位移直至到达结构物所能容许的程度，一般是通过将早期张拉的锚杆固定在结构物、地面厚板或其他构件上，以对锚杆施加预应力，同时也在结构物和地层中产生应力，这就是预应力锚杆。 预应力锚杆除能控制结构物的位移外，还有其它有点： 1安装后能及时提供支护抗力，使岩体处于三轴应力状态。 2控制地层与结构物变形的能力强。 3按一定密度布臵锚杆，施加预应力后能在地层内形成压缩区，有利于地层稳定。 4预加应力后，能明显提高潜在滑移面或岩石软弱结构面的抗剪强度。 5张拉工序能检验锚杆的承载力，质量易保证。 6施工工艺比较复杂。 (2)拉力型与压力型锚杆 显而易见，锚杆受荷后，杆体总是处于受拉状态的。拉力型与压力型锚杆的主要区别是在锚杆受荷后其固定段内的灌浆体分别处于受拉或受压状态。拉力型锚杆的荷载是依赖其固定段杆体与灌浆体接触的界面上的剪应力(粕结应力)由顶端(固定段与自由段交界处)向底端传递的。锚杆工作时，固定段的灌浆体易出现张拉裂缝．防腐件能差。
岩石力学考试试题 1、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 2、岩体的尺寸效应是指（ C ）。 （A ）岩体的力学参数与试件的尺寸没有什么关系 （B ）岩体的力学参数随试件的增大而增大的现象 （C ）岩体的力学参数随试件的增大而减少的现象 （D ）岩体的强度比岩石的小 3 、影响岩体质量的主要因素为（ C ）。 （A）岩石类型、埋深 （B）岩石类型、含水量、温度 （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 4、我国工程岩体分级标准中岩石的坚硬程序确定是按照（A ）。 （A）岩石的饱和单轴抗压强度 （B）岩石的抗拉强度 （C）岩石的变形模量 （D）岩石的粘结力
5、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 6、沉积岩中的沉积间断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 7、岩体的变形和破坏主要发生在（ C ） （A）劈理面（B）解理面（C）结构 （D）晶面 8、同一形式的结构体，其稳定性由大到小排列次序正确的是（ B ） （A）柱状>板状>块状 （B）块状>板状>柱状 （C）块状>柱状>板状 （D）板状>块状>柱状 9、不同形式的结构体对岩体稳定性的影响程度由大到小的排列次序为（ A ） （A）聚合型结构体>方形结构体>菱形结构体>锥形结构体（B）锥形结构体>菱形结构体>方形结构体>聚合型结构体（C）聚合型结构体>菱形结构体>文形结构体>锥形结构体（D）聚合型结构体>方形结构体>锥形结构体>菱形结构体10、岩体结构体是指由不同产状的结构面组合围限起来，将岩体分割成相对的完整坚硬的单无块体，其结构类型的划分取决于
矿井深部开采沿空巷道的围岩控制技术研究 摘要：针对深部综放沿空巷道围岩稳定性差、变形大、难支护的特点，通过理论分析、数值模拟和现场实验等方法，从巷道支护方式和巷道断面优化两方面讨论了深部综放沿空巷道的控制技术。研究结果表明：直墙半圆拱形断面、锚梁网索联合支护方式能够较好的控制深部综放沿空巷道围岩，减少巷道围岩变形，增强其稳定性。 关键词：深部综放沿空巷道半圆拱形锚网索联合支护断面优化 1、引言 随着对能源需求量的增加和开采强度的不断加大，我国矿山相继进入深部开采。目前，我国煤矿开采深度以每年8～12m的速度增加，而东部矿井更以每年10～25m的速度增加，预计未来20年，我国很多煤矿将进入1000m～1500m的深度开采。另一方面，我国已探明煤炭资源埋深在1000m以下的储量为2.95万亿吨，约占煤炭资源总量的53％，因此，现在及未来一段时间内，我国煤矿开采将逐渐转入深部开采。 由于深部岩体所处的地球物理环境及其应力场的复杂性，在浅部开采基础上发展起来的传统支护理论、支护参数已难以适应深部巷道支护设计和实践的需要。深部综放沿空巷道，作为一类较特殊的回采巷道，与普通的回采巷道相比，具有以下特点：(1)综放沿空巷道布置在靠近采空区的煤体中，巷道围岩结构破碎，在掘进和回采过程中，巷道将发生较大的变形；(2)对于综放沿空巷道而言，由于巷道上方为顶煤，上覆岩层运动波及的范围及影响程度相应地增大，回采过程中的矿压显现将更加剧烈；(3)综放工作面年产量多在100万t左右，开采强度大，机械设备体积较大，且所需风量剧增，这就要求巷道具有较大的断面；(4)深部综放沿空巷道埋深大，地应力相对较大。由于以上原因，深部综放沿空巷道围岩的稳定性及其控制一直是采矿领域中的研究热点和难点。本文主要从支护方式与参数、巷道断面优化等方面讨论深部综放沿空巷道围岩的控制技术。 2、综放沿空巷道断面的优化 由于施工简单，易于成型等优点，矩形和梯形断面形状是目前国内综放沿空煤巷的主要断面形状。但根据弹性力学、岩石力学知道，这两种巷道断面都容易在4个拐角处产生应力集中，不利于巷道围岩的稳定性。直墙半圆拱形断面具有易于巷道顶板稳定、易于施工等优点，目前已经成为岩石巷道的主要形式；但由于半圆拱形巷道施工较复杂，不易成型等缺点，在煤巷中很少应用。由于深部综放沿空巷道的特殊性，尤其是综合机械化掘进易于完成直墙半圆拱形断面的开挖，因此，直墙半圆拱形断面可优先应用于综掘施工的深部综放沿空巷道中。下面将通过数值计算件模拟这两种断面对浅部、深部巷道围岩，特别是对深部综放沿空巷道顶部煤岩体稳定性的影响。
2009～2010学年第二学期《岩石力学》期末试卷答案 班级：土木2007-岩土方向 考试科目：《岩石力学》 姓名 学号 成绩 一、 选择题(每题1分，共20分) 1. 已知岩样的容重为γ，天然含水量为0w ，比重为s G ，40C 时水的容重为w γ，则该岩样的饱和容重m γ为（ A ） A. ()()w s s G w G γγ++-011 B. ()()w s s G w G γγ+++011 C. ()()γγ++-s s w G w G 011 D. ()()w s s G w G γγ+--011 2. 岩石中细微裂隙的发生和发展结果引起岩石的（ A ） A ．脆性破坏 B. 塑性破坏 C. 弱面剪切破坏 D. 拉伸破坏 3. 同一种岩石其单轴抗压强度为c R ，单轴抗拉强度t R ，抗剪强度f τ之间一般关系为（ C ） A.f c t R R τ<< B. f t c R R τ<< C. c f t R R <<τ D. t f c R R <<τ 4. 岩石的蠕变是指（ D ） A. 应力不变时，应变也不变； B. 应力变化时，应变不变化； C. 应力变化时，应变呈线性随之变化； D. 应力不变时应变随时间而增长 5. 模量比是指（A ） A ．岩石的单轴抗压强度和它的弹性模量之比 B. 岩石的 弹性模量和它的单轴抗压强度之比 C ．岩体的 单轴抗压强度和它的弹性模量之比 D ．岩体的 弹性模量和它的单轴抗压强度之比 6. 对于均质岩体而言，下面岩体的那种应力状态是稳定状态（ A ） A.??σσσσsin 23131<++-cctg B.?? σσσσsin 23131>++-cctg C. ??σσσσsin 23131=++-cctg D.??σσσσsin 23131≤++-cctg 7. 用RMR 法对岩体进行分类时，需要首先确定RMR 的初始值，依据是（ D ） A ．完整岩石的声波速度、RQD 值、节理间距、节理状态与地下水状况 B. 完整岩石的强度、RQD 值、节理间距、节理状态与不支护自稳时间 C. 完整岩石的弹性模量、RQD 值、节理间距、节理状态与地下水状况 D. 完整岩石的强度、RQD 值、节理间距、节理状态与地下水状况 8. 下面关于岩石变形特性描述正确的是（ B ） A. 弹性就是加载与卸载曲线完全重合，且近似为直线 B. 在单轴实验中表现为脆性的岩石试样在三轴实验中塑性增强 C. 加载速率对应力－应变曲线没有影响 D. 岩基的不均匀沉降是由于组成岩基的不同岩石材料含水量不同导致的
深部开采岩体力学研究的现状 摘要：在深部开采工程中产生的岩石力学问题是目前国内外采矿及岩石力学界研究的焦点，“三高一扰动”的复杂环境，是深部开采面临的挑战性、高难度课题。虽然目前对于深部开采工程的研究已经取得了部分成果，但对深层次、注重个案、侧重技术的基础研究重视仍然不够。今后主要研究方向应集中在深部岩石力学基本特性、深部开采工程稳定性控制、深部开采地表环境损伤控制以及深部厚煤层综放开采基础理论研究等方面。 关键词：深部开采；岩石力学；三高一扰动 深部开采岩石力学，主要是指在进行深部资源开采过程中引发的与巷道工程及采场工程有关的岩石力学问题。目前，对能源的需求逐步增加，开采强度也不断加大，这些都造成了浅部资源的日益减少，因而国内外的矿山都相继进入深部资源开采状态。而开采深度的不断增加，工程灾害也随之增多，这对深部资源安全高效的开采造成了巨大威胁。 1 深部开采岩体的力学特点 1.1 开采环境 深部开采和浅部开采最明显的区别在于深部岩石所处的特殊环境，也就是“三高一扰动”的复杂力学环境。“三高”主要是指高地温、高地应力和高岩溶水压。“一扰动”主要是指强烈的开采扰动。当进入深部开采后，岩体呈现塑性状态，即由各向不等压的原岩应力引起的压、剪应力超过岩石的强度，并且对岩石造成破坏。 1.2 力学行为特性 深部岩石的“三高一扰动”复杂环境，对深部岩体的组织结构、基本行为特征和工程响应产生根本性的影响。主要表现在深部岩体动力响应的突变性，深部岩体应力场的复杂性，深部岩体的大变形和强流变性，深部岩体的脆性一延性转化，深部岩体开挖岩溶突水的瞬时性等五个方面。 2 深部开采工程中的岩石力学问题 目前对于深部开采工程的研究已经取得了一系列成果，但是对于侧重技术、注重个案的深层次基础研究始终没有得到足够的重视。深部开采“三高一扰动”的复杂力学环境，使深部岩石力学行为及其深部灾害的特征与浅部开采明显不同，因而在浅部开采基础上建立的传统理论不能适应现在的研究环境。 2.1 强度确定 深部开采时地应力水平比较高，因而工程开挖后的工程岩体在高围压作用下，一个或两个方向上应力状态的改变所表现出的强度变化并不是简单的表现在受拉或受压，而是复杂的拉压复合状态，即径向产生卸载，同时切向产生加载。所以深部开采时工程岩体的强度不能单纯用岩块强度来确定，必须建立符合深部开采特点的工程岩体拉压复合强度确定理论。 2.2 设计理论 深部开采时，由于工程围岩所表现出的非线性力学特性，在稳定性控制设计时不能采用简单的一次线性设计，因而必须建立采用二次以至多次非线性大变形力学稳定性控制设计理论。 2.3 稳定性控制理论 在深部开采环境下，工程开挖后工程围岩就会有不同程度的破坏，必须采用二次支护甚至多次支护才能够实现工程稳定性。因此，原有的稳定性控制理论不能适合新的环境，必须建立适合深部开采工程的二次（支护）稳定性控制理论。 3 今后研究重点
20 ～20 学年第学期级专业试题 学号：姓名： ……………………………………密…………封……………线………………………………… 1、岩石的常用物理指标有哪些？它们与岩石的强度之间大致有什么关系？（5分） 2、现场测定岩体变形指标的试验方法有哪些？（5分） 3、简述水对岩石强度的影响。（5分） 4、影响岩石应力-应变曲线主要因素有哪些？是如何影响的？（5分） 5、什么是岩体初始应力场？岩体内产生应力的原因有哪些？（5分）
20 ～20 学年第学期级专业试题 学号：姓名： ……………………………………密…………封……………线………………………………… 6、何谓喷锚支护，它与传统的老式支护有何区别？（5分） 二、作图题（5分） 什么是岩石的蠕变？试作图说明岩石流变三阶段的特点： 三、填空题: （0.5/空）(共20分) 1、岩石力学是研究岩石的，是探讨岩石对 。岩石力学研究的主要领域可概括为、、。 研究方法主要有、、、。 2、岩石的破坏形式：、、。 3、影响岩石抗压强度的主要因素一般有：、和、、 、、、、、等。 4、格里菲斯理论把岩石看作为有材料，岩石之所以破坏是由于在 引起细小裂隙的发生发展所致。修正的格里菲斯理论则认为岩石破坏除拉
20 ～20 学年 第 学期 级 专业 试题 应力集中所致外，还可以是 引起裂隙沿裂隙长轴方向发生 。 5、已知材料的弹性模量E 和泊松比μ，用它们来表示G: λ： 、 K: 。 6、在1=o k 的四周等压地应力场rH v h ==σσ作用下，围岩中的径向应力r σ都 岩体中的初始应力；切向应力θσ则 岩体中的初始应力，在洞壁上达最大值 。由理论上可以证明，开挖洞室的影响范围是 。 7、岩压力是由于洞室开挖后岩体 和 而形成的。由于岩体 而对支护或衬砌的压力，称为“变形压力”；将由于岩体 而而对支护或衬砌的压力，称为“松动压力”。 8、按压力拱理论分析，在可形成压力拱的洞室内，压力拱的高度是 ，洞室顶部的最大垂直压力在拱轴线上大小为 ，洞室任何其它点的垂直山岩压力等于 。 四、选择题：（2/题）（共10分） 1、岩石与岩体的关系是（ ）。 （A ）岩石就是岩体 （ ） （B ）岩体是由岩石和结构面组成的 （ ） （C ）岩体代表的范围大于岩石 （ ） （D ）岩石是岩体的主要组成部分 （ ） 2、a.)(42 y xy Rt Rt στ+= （ ） b. )(42 y xy Rc Rt στ+= （ ） c. )(42 x xy Rt Rt στ+= （ ） d. )(42 x xy Rc Rt στ+= （ ） 3、岩质边坡的圆弧滑动破坏，一般发生在（ ）。 （A ）不均匀岩体 （B ）薄层脆性岩体 （C ）厚层泥质岩体 （D ）多层异性岩体 4、计算岩基极限承载力的公式中，承载力系数 主要取决于下列哪一个指标？ （ ） （A ） （B ）C （C ） （D ）E 5、下列关于岩石初始应力的描述中，哪个是正确的？（ ）。 （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；
1..简述岩石的强度特性和强度理论，并就岩石的强度理 论进行简要评述。 答：岩石作为一种天然工程材料的时候，它具有不均匀性、各向异性、不连续等特点，并且受水力学作用显著。在地表部分，岩石的破坏为脆性破坏，随着赋存深度的增加，其破坏向延性发展。 岩石强度理论是判断岩石试样或岩石工程在什么应力、应变条件下破坏。当然岩石的破坏与诸多因素有关，如温度、应变率、湿度、应变梯度等。但目前岩石强度理论大多只考虑应力的影响，其他因素影响研究并不深入，故未予考虑。 (1). 剪切强度准则 a.Coulomb-Navier准则 Coulomb-Navier准则认为岩石的破坏属于在正应力作用下的剪切破坏，它不仅与该剪切面上剪应力有关，而且与该面上的正应力有关。岩石并不沿着最大剪切应力作用面产生破坏，而是沿其剪切应力和正应力最不利组合的某一面产生破裂。即：? τtan σ =C +
式中?为岩石材料的内摩擦角，σ为正应力，C为岩石粘聚力。 b. Mohr破坏准则 根据实验证明：在低围压下最大主应力和最小主应力关系接近于线性关系。但随着围压的增大，与关系明显呈现非线性。为了体现这一特点，莫尔准则在压剪和三轴破坏实验的基础上确定破坏准则方程，即：()σ τf = 此方程可以具体简化为斜直线、双曲线、抛物线、摆线以及双斜直线等各种曲线形式，具体视实验结果而定。 虽然从形式上看，库仑准则和莫尔准则区别只是在于后者把直线推广到曲线，但莫尔准则把包络线扩大或延伸至拉应力区。 c. 双剪的强度准则 Mohr强度准则是典型的单剪强度准则，没有考虑第二主应力的作用。我国学者俞茂宏从正交八面体的三个主应力出发，提出了双剪强度理论和适用于岩土介质的广义双剪强度理论，并得到了双剪统一强度理论：
一.岩石的物理力学性质 1.岩体：位于一定地质环境中，在各种宏观地质界面（断层、节理、破碎带等）分割下形成的有一定结构的地质体。 由结构面与结构体组成的地质体。 2.岩石：是经过地质作用而天然形成的一种或多种矿物的集合体。具有一定结构构造的矿物（含结晶和非结晶的）集 合体。 3.岩（体）石力学：是力学的一个分支学科，是研究岩（体）石在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应 用的一门基础学科。 4.结构面：指在地质历史发展过程中，岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的宏观地质界面或带。 5.岩石质量指标（RQD）：指大于10cm的岩芯累计长度与钻孔进尺长度之比的百分数。 6.空隙指数：指在压力条件下，干燥岩石吸入水的重量与岩石干重量的比值。 7.软化性：软化性是指岩石浸水饱和后强度降低的性质。 8.软化系数：指岩石试件的饱和抗压强度与干燥状态下的抗压强度的比值。 9.膨胀性：是指岩石浸水后体积增大的性质。 10.单轴抗压强度：是指岩石试件在单轴压力下达到破坏的极限值。， ! 11.抗拉强度：是指岩石试件在单向拉伸条件下试件达到破坏的极限值。 12.抗剪强度：是指岩石抵抗剪切破坏的能力。 13.形状效应：在岩石试验中，由于岩石试件形状的不同，得到的岩石强度指标也就有所差异。这种由于形状的不同而 影响其强度的现象称为“形状效应”。 14.尺寸效应：岩石试件的尺寸愈大，则强度愈低，反之愈高，这一现象称为“尺寸效应”。 15.延性度：指岩石在达到破坏前的全应变或永久应变。 16.流变性：指在外界条件不变时，岩石应变或应力随时间而变化的性质。 17.蠕变：指在应力不变的情况下，岩石的变形随时间不断增长的现象。 18.应力松弛：是指当应变不变时，岩石的应力随时间增加而不断减小的现象。 19.弹性后效：是指在加荷或卸荷条件下，弹性应变滞后于应力的现象。 20.峰值强度：若岩石应力—应变曲线上出现峰值，峰值最高点的应力称为峰值强度。 21.长期强度：指长期荷载（应变速率小于10－6／s）作用下岩石的强度。 $ 22.扩容：在岩石的单轴压缩试验中，当压力达到一定程度以后，岩石中的破裂或微裂纹继续发生和扩展，岩石的体积 应变增量由压缩转为膨胀的力学过程，称之为扩容。 23.应变硬化：在屈服点以后（在塑性变形区），岩石（材料）的应力—应变曲线呈上升曲线，如要使之继续变形，需 要相应地增加应力，这种现象称之为应变硬化。 24.疲劳破坏：在循环荷载作用下，岩石会在比峰值应力低的应力水平下破坏的现象。 25.疲劳强度：是使岩石（材料）发生疲劳破坏时循环荷载的应力水平的大小（非定值）。 26.速率效应：是指在岩石试验中由于加载速率的不同而引起的岩石强度的变化现象。 27.延性流动：是指当应力增大到一定程度后，应力增大很小或保持不变时，应变持续不断增长而不出现破裂，也即是 有屈服而无破裂的延性流动。 28.脆性破坏：是指岩石在破坏前变形很小，出现急剧而迅速的破坏，且破坏后应力降很大。 29.延性破坏：是指岩石在破坏前发生了较大的永久塑性变形，并且破坏后应力降很小。 30.强度准则：表征岩石破坏时的应力状态和岩石强度参数之间的关系，一般可以表示为极限应力状态下的主应力间的 关系方程：σ1＝f（σ2，σ3）或τ＝f（σ）。 31.塑性变形：在外力撤去后不能够恢复的变形。2.岩体的力学性质及分类 ; 二.岩体的力学性质及分类 l.结构面：①指在地质历史发展过程中岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的宏观地质界面或带。 ②又称弱面或地质界面，是指存在于岩体内部的各种地质界面，包括物质分异面和不连续面，如假整合、不整合、 褶皱、断层、层面、节理和片理等。
岩体力学习题 1、何谓岩体力学? 谈谈你对岩体力学的认识和看法。 1)岩体力学是力学的一个分支学科，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，是一门应用型基础学科。 2)认识和看法：对于岩体力学的认识看法，主要还是体现在其形成发展的过程以及研究对象内容所囊括的重要意义。 岩体力学的形成和发展，是与岩体工程建设的发展和岩体工程事故分不开的。岩块物理力学性质的试验，地下洞室受天然水平应力作用的研究，可以追溯到19世纪的下半叶。20世纪初出现了岩块三轴试验，1920年，瑞士联合铁路公司采用水压洞室法，在阿尔卑斯山区的阿姆斯特格隧道中，进行原位岩体力学试验，首次证明岩体具有弹性变形性质。1950～1960年，岩体力学扩大了应用范围，从地下洞室围岩稳定性研究扩展到岩质边坡和地基岩体稳定性研究等。1957年，法国的J.塔洛布尔著《岩石力学》，从岩体概念出发，较全面系统地介绍了岩体力学的理论和试验研究方法及其在水电工程上的应用。至50年代末期，岩体力学形成了一门独立的学科。60年代以来，岩体力学的发展进入了一个新的历史时期，研究内容和应用范围不断扩大，对不连续面力学效应和岩体性能进行了研究，取得了成果和发展；有限元法、边界元法、离散元法先后被引入，岩体中天然应力量测的加强与其分布规律不断被揭示。 岩体力学的理论基础直接来源于弹塑性力学，同时也包含了理论力学、材料力学等方面的知识，只是研究对象细化到了岩土体这一材料上，故而其研究的重要意义在于：大量岩体工程的开展必须要保证其既安全稳定又经济合理，所以要通过准确地预测工程岩体的变形与稳定性、正确的工程设计和良好的施工质量等来保证。其中，准确地预测岩体在各种应力场作用下的变形与稳定性，进而从岩体力学观点出发，选择相对优良的工程场址，防止重大事故，为合理的工程设计提供岩体力学依据，是工程岩体力学研究的根本目的和任务。岩体力学的发展是和人类工程实践分不开的。起初，由于岩体工程数量少，规模也小，人们多凭经验来解决工程中遇到的岩体力学问题。因此，岩体力学的形成和发展要比土力学晚得多。随着生产力水平及工程建筑事业的迅速发展，提出了大量的岩体力学问题。诸如高坝坝基岩体及拱坝拱座岩体的变形和稳定性；大型露天采坑边坡、库岸边坡及船闸、溢洪道等边坡的稳定性；地下洞室围岩变形及地表塌陷；高层建筑、重型厂房和核电站等地基岩体的变形和稳定性；以及岩体性质的改善与加固技术等等。对这些问题能否做出正确的分析和评价，将会对工程建设和生产的安全性与经济性产生显著的影响，甚至带来严重的后果。 2、何谓岩块、岩体? 试比较岩块与岩体,岩体与土有何异同点? 1）岩块：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体。 2）岩体：指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）岩块与岩体：岩块是构成岩体的最小岩石单元体，岩体包含岩块； 岩体与土：土不具有刚性的联结，物理状态多变，力学强度低等，因而也不具有岩体的结构面。 3、何谓岩体分类? RMR 分类和Q 分类各自用哪些指标表示? 怎样求得? 1）岩体分类：在工程地质分组的基础上，通过对岩体的的一些简单和容易实测的指标，将工程地质条件与岩体参数联系起来，并借鉴已建的工程设计、施工和处理等方面成功与失败的经验教训，对岩体进行归类的一种方法。