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分形岩石力学

背景：随着经济全球化和信息技术的高速发展，特别对于发展中国家的来说，经济建设成为重中之重，当然经济建设活动中很多都是以岩石工程为对象的经济建设。所以我们对矿产资源勘探、能源消耗方面及力学研究方面的要求越来越高，人们对岩石力学提出更多更高的要求。发展和提高岩石力学的理论和方法的研究水平已变得非常重要。所以把非线性学科引入岩石力学的研究中句很重要的现实意义。实践表明，分形几何是研究岩石力学的有力工具，首先岩石力学是一个随机、多变、不稳定以及许多不确定因素影响的一个复杂的非线性系统。由于地址的演化，不同平尺度的地质现象很具有相似性，一些较小尺度的地质现象往往重演着大尺度的地质现象的演化过程，所以把分形理论引入到岩石力学的研究当中去是非常适合的和正确的。结合分形理论我们能够比较精确的刻画出岩体结构的复杂程度，定量表征岩石的完整性和节理岩体的质量。这些都给岩石力学的研究带来了极大的便宜。

一、分形的概念和定义

分形的英文词fractal来源于拉丁文fractus，由Mandelbrot1975年引入国内对fractal的翻译方法有“碎片”、“碎形”、“分数维”和“分维”等等。近年来人们开始一致使用“分形”这一译法。

定义一：是由Mandelbrot第一个给出的-----设集合F?R n的Hausdorff的维数是D。如果F的Hausdorff维数D严格大于它的拓扑维数D T=n，即D>D T，我们称集合F为分形集，简称为分形。

即：

F={D:D>D T}

定义二：局部与整体以某种方式相似的形叫分形。

定义二强调了自相似的特性，反应了自然界中很广泛的一类物质的基本属性：局部与局域，局部与整体在形态、功能、信息、时间与空间等方面具有统计意义上的自相似性。但是相比定义一，定义二缺乏了不具有自相似但却满足D>D T的这一类集合。

Falconer对分形提出了一个新的认识，即把分形看成是具有某些性质的集合，而不去寻找精确的定义，因为严格的定义几乎总要排除一些特殊的东西。他提出一个分形可以描述为：

定义三：F是分形，如果F具有如下典型性质：

①具有精细的结构，具有任意小的比例细节；

②具有不规则性，它的整体和局部都不能用传统的几何语言来描述；

③一般具有近似的或统计意义的部分与整体之间的自相似性；

④通常以某种方式定义的“分形维数”大于它的拓扑维数；

⑤可以通过令人感兴趣的递归、迭代等简单的方法生成。

类似地Edgar给出了一个分形的粗滤定义：

定义四：分形集合就是比在经典集合考虑的集合更不规则的集合。这个集合无论被放大多少倍，越来越小的细节仍能看到。

定义三与定义四虽然不严密，但是却易于理解，粗略的说，分形就是不规则形状的几何，但是这种不规则性（粗糙性）具有层次性，即在不同层次（尺度）下均能观察到。分形目前还没有严格的数学定义，只能给出描述性的定义。粗略的说，分形是没有明确特征标度大自然本身描绘的曲线，如海岸线、布朗粒子运动轨迹等都有两个共同的特点。首先，它们不像数学家设计的曲线那样纯粹。它们的自相似性是通过大量的统计而抽象出来的其次，它们的自相似性只存在于“无标度区间”，一旦逾越这个区间，自相似性就不复存在，就更谈不上分形了。通常人们把这曲线称为无规则分形曲线。所谓无标度性是指论测量单位如何改变，所研究的客的性质均不发生变化，而“无标度区间”可以说是客体具有的自相似性区间。因此，自然界的无规则分形是具有上下端限制的，或者说是不完全规则的事物。Mandelbrot引入统计自相似性概念作为自然界景物的更一般和更逼真的模型。在一个“统计自相似性”的景物中，组成景物的各部分具有和整体相似的一般结构，只是根据某个比例缩小或某个局部改变的复制品。

二、分形维数的定义及计算方法

维数：是指定量描述分形系统的参数。分形几何是研究被经典数学家称之为“病态”的不规则集合，这些不规则集合一般来说是不光滑的，定量地表述这种不规则性是分形维数。所有分形都具有一个重要特征，可通过一个特征数，即分形维数测定其不平度，复杂性和卷积度。

维数的计算方法：比如要测量挪威海岸线的长度如图1，当选取不同的长度单位进行测量时，我们得到的结果将会差别很大。当尺寸选择比较大的时候，海岸线的港湾就容易被忽略；当选择长度单位比较小时，小的港湾也可能被忽略；常年的海水冲刷，海岸线非常的曲折，所以无论怎样选取测量单位总会有一些细节测量不到，测量单位越小结果越大。有图2我们可以得到

Lε=L0ε1?D

其中L是海岸线长度，ε未测量长度单位，D为维数，L0为常数。

对于挪威海岸线D=1.5.人们考察了许多自然曲线，如断层迹长、英国海岸线等等，均存在以上关系并且1

一般地对于分形曲线D>1，则

lim ε→∞Lε=L0lim

ε→∞

ε1?D=∞

表明曲线的长度随尺码趋于零而趋于无穷。如ε并不趋于零，则表明Lε岁尺码ε

的减小而增大。

图1

图2 Hausdorff维数：

?(x)D=lim

δ→0?δ(X)

D=lim

δ→0

[inf U i D

∞

i=1

]=sup U j D

∞

分维D可以表示为：

D=log(N i+1

)/log(

δi

i+1

)

其中，δ为盒子的码尺，N为覆盖一个分形集合所需的盒子数目。但是这个分维计算公式仅适应于严格自相似分形，这样只知道任意两步的码尺及对应的“盒子”数目，就可以直接计算分维。

容量维：若N(ε)是能够覆盖住一个点集的直径为ε的小球（称ε球）的最小数目，则点集的容量维定义为

D0=?lim

ε→0

log N(ε)/logε

信息维：在容量维定义中，只考虑了所需的ε球的个数，而对每个球所覆盖的点数的多少却没加区别，于是提出了信息维的定义：

D1=?lim

ε→0

P i ln(1/P i)/lnεN

i=1

式中Pi是一个点落在第i个球中的概率。当Pi=1/N时，D1=D0，可见信息维是容量维的一个推广。

关联维数：

D2=?lim

ε→0

log C(ε)/logε

其中C(ε)为系统的一个解序列。C(ε)也称为相关整数。

如果给定一组实测数据序列x1, x2, x3, …, x i, …, x N则C(ε)可以定义为

C(ε)=lim

N→∞1

[θ ε? x i?x j

i,j=1

]

这里的θ(x)为Heaviside函数。

假定具有尺度ε的一些球的象空间的一个分割，并定义Pi(ε)为一个点落在第i个球上的概率，Renyi引入广义熵Kq(ε)（对于q=0,1,2，…,n）为：

K q(ε)=log P i q

i=1

/(1?q)

从而广义维定义为：

D3=?lim

ε→0

K q(ε)/logε

显然当q=0,1,2时Dq分别等于分数维D0（容量维），信息维D1。

自相似维数：

D s=?

log N

log r N

=log N/log(1/r)

维数的测定方法一般总结为一下五种：

a)根据相关函数求维数；

b)根据频谱求维数；

c)改变观察尺度求维数；

d)根据分布函数求维数；

e)根据关系求维数。

三、分形在岩爆方面的应用

岩爆的物理过程可以用近年来发展的损伤力学来描述。由于岩石内部存在自然损伤，在外力作用下，岩体内部将形成局部损伤拉应力状态，这将导致岩石的局部微破裂。随着开采诱发的应力逐渐增加，局部破裂也在增长。岩石形成的微破裂区集聚，我们称之为“集聚区”或严重损伤区。加上可能处于地质构造弱面，随着诱发的拉应力增加，严重损伤区进一步演化为岩爆的震心，此时会发生岩爆现象。虽然岩爆的过程复杂，但在数学上我们可认为它是一个分形的过程微地震事件几乎均匀的分布在高应力区，对应着高的分形维数值，岩爆发生时，微地震事件集聚式爆发，对应较低的分形维数，这就是岩爆分形几何的机理。

在二维情况下，一个微地震事件对应一个裂纹表面单元A i形成这样一个断裂所需要的应变能耗散至少是

E i=γs A i

其中γs是表面自由能。根据测得的微地震事件或断裂事件分布的分形，于是得到A i∝γ2，面积大于A i的断裂面表面单元或裂纹岛的数目n满足分形分布

n=n0A i?D/2

式中n0为非分形分布时的裂纹岛数目。当断裂事件趋近于一个集聚时，n0→1。根据损伤力学分析，一个岩爆实际上等效于岩体断裂事件的一个集聚和汇合。这样岩爆所释放的能量为

E t=γs A i n=γs A i1?D/2

上式的分形维D?[0,2] 。由于我们考虑的问题是矿山这样中等尺寸的的对象，A i 的尺度是m2的量级。

所以对于三维情况，有如下公式

E t/∝V i1?D/3

再根据地震学中的不同，其累积频度满足如下关系

log N=a?bM

分形维数值

D=2b

Sato等发现水力开采引起的微地震活动也满足方程。

图3应变能释放与分形维数的定性相关曲线

图4地震能量释放与分形维数的相关曲线

对图3和图4做回归分析可以得到

D=C1exp?[?C2E]

式中C1和C2中随区域和测量尺寸而变化的常数，分形数D∈[0,3],E为释放能。上述方程从分形和物理机理上做出了理论解释，说明了为什么低的分形数对应于矿山中的岩爆和地震学中的大地震。

岩爆所经历的物理过程就是一个有断裂到突发的宏观中等尺度断裂的过程。这个空间分布是集聚分形，其分维随岩石微断裂的演化发展而减小，而最低分形维数值则出现在临近主岩爆发生之时。事实上，一次岩爆可以看成岩体内破裂的一个分形集聚现象。并且方程给出了岩体破裂的分形集聚的分形维数与能量释放的负

指数相关关系。这一结果从理论上结识了在地震和矿山岩爆中一个低分维值对应一个强破坏的产生这样一个分形自然现象，更重要的是：这个研究可以用来预测微地震事件位置分布的降维现象可以预测、预报矿山中岩爆的放生和发展。

岩石力学-硕士研究生课程报告-中南大学

硕士研究生课程报告题目顺层高边坡稳定性影响因素及工程灾害防治姓名曾义专业班级岩土13级任课教师阳军生张学民中南大学土木工程学院

引言近年来，随着铁路公路建设步伐加快，铁路公路等级不断提高，边坡防护建设工程中所遇到的岩土边坡安全稳定性问题也相应增多，并成为岩土工程中比较常见的技术难题。由于工程建设的需要，往往在一定程度上破坏或扰动原来较为稳定的岩土体而形成新的人工边坡，因而普遍存在着边坡稳定的问题需要解决。国家实施西部大开发战略以来，西部山区高等级公路得到迅速发展。在山区修建高等级公路不可避免会遇到大量的深挖高填路基，就目前建设的高速公路情况看:一般情况下，100km长的山区高等级公路，挖填方路基段落长度占路线总长度的60%以上。已建高速公路最高的填方已达到50多米,最高的挖方边坡高度已超过100m。尽管山区高等级公路的建设越来越倡导环境保护，尽量避免深挖高填，但路基作为公路的主要结构，其边坡稳定问题不可避免。在山区复杂多变的地质条件下建设高等级公路，其边坡稳定性问题必将受到人们的普遍关注，高边坡岩土安全状况直接关系到公路交通运输安全。虽然计算理论方法、地质探测技术、现代监测技术、边坡加固技术及施工技术不断的在进步，但顺层边坡稳定性问题和高边坡稳定性问题，时至今日依然是国内外学者研究的热点问题，并逐步涌现出许多的新的研究方向。 1、顺倾高边坡稳定性研究现状随着人类工程活动的发展，对边坡问题的研究也在不断深入，归纳前人对边坡问题的研究大致可分为以下几个阶段：人们对边坡稳定性的关注和研究最早是从滑坡现象开始的（张倬元等，2001）。19世纪末和20世纪初期，伴随着欧美资本主义国家的工业化而兴起的大规模土木工程建设（如修筑铁路、公路，露天采矿，天然建材开采等），出现了较多的人工边坡，诱发了大量滑坡和崩塌，造成了很大的损失。这时，人们才开始重视边坡失稳给人类造成的危害，并开始借用一般材料分析中的工程力学理论对滑坡进行半经验、半理论的研究。 20世纪50年代，我国学者引进苏联工程地质的体系，继承和发展了“地质历史分析”法，并将其应用于滑坡的分析和研究中，对边坡稳定性研究起到了推动作用（张倬元等，1994）。该阶段学者们着重边坡地质条件的描述和边坡类型的划分，采用工程地质类比法评价边坡稳定性。 20世纪60年代，世界上几起灾难性的边坡失稳事件的发生（如意大利的瓦依昂滑坡造成近3000人死亡和巨大的经济损失）（张倬元等，1994）,使人们逐渐认识到了结构面对边坡稳定性的控制作用以及边坡失稳的时效特征，初步形

岩体课后答案

1．构成岩石的主要造岩矿物有正长石、斜长石、石英、黑云母、白云母、角闪石、辉石、橄榄石、方解石、白云石、高岭石、赤铁矿。 2．为什么说基性岩和超基性岩最容易风化？答：基性岩石和超基性岩石主要由易风化的橄榄石、辉石及基性斜长石组成。所以基性岩石和超基性岩石非常容易风化。 3、常见岩石的结构连结类型有那几种？ 1.结晶连结：岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩以及部分沉积岩的结构连结。 2.胶结连结：指颗粒与颗粒之间通过胶结物质连结在一起的连结。如沉积碎屑岩、部分粘土岩的结构连结。4．何谓岩石中的微结构面，主要指那些，各有什么特点？答：岩石中的微结构面（或缺陷）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。矿物的解理面：是指矿物晶体或晶粒受力后沿一定结晶方向分裂成的光滑平面。晶粒边界：矿物晶体内部各粒子都是由各种离子键、原子键、分子键等相连结。由于矿物晶粒表面电价不平衡而使矿物表面具有一定的结合力，但这种结合力一般比起矿物内部的键连结力要小，因此，晶粒边界就相对软弱。微裂隙：是指发育于矿物颗粒内部及颗粒之间的多呈闭合状态的破裂迹线，也称显微裂隙。粒间空隙：多在成岩过程中形成，如结晶岩中晶粒之间的小空隙，碎屑岩中由于胶结物未完全充填而留下的空隙。粒间空隙对岩石的透水性和压缩性有较大的影响。晶格缺陷：有由于晶体外原子入侵结果产生的化学上的缺陷，也有由于化学比例或原子重排列的毛病所产生的物理上的缺陷。它与岩石的塑性变形有关。 5．自然界中的岩石按地质成因分类，可分为几大类，各大类有何特点？答：根据地质学的岩石成因分类可把岩石分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。岩浆岩特点： 1）深成岩：常形成较大的入侵体。颗粒均匀，多为粗-中粒状结构，致密坚硬，孔隙很小，力学强度高，透水性较弱，抗水性较强。2）浅成岩：成分与深成岩相似，但产状和结构都不相同，多为岩床、岩墙和岩脉。均匀性差，与其他岩种相比，它的性能较好。3）喷出岩：结构较复杂，岩性不均一，连续性较差，透水性较强，软弱结构面比较发育。沉积岩特点：1）火山碎屑岩：具有岩浆和普通沉积岩的双重特性和过渡关系，各类火山岩的性质差别很大。2）胶结碎屑岩：是沉积物经过胶结、成岩固结硬化的岩石。其性质取决于胶结物的成分、胶结形式和碎屑物成分和特点。3）粘土岩：包括页岩和泥岩。其性质较差。4）化学岩和生物岩：碳酸盐类岩石，以石灰石分布最广。结构致密、坚硬、强度较高。变质岩特点：是在已有岩石的基础之上，经过变质混合作用后形成的。在形成过程中由于其形成的温度和压力的不同而具有不同的性质，形成了变质岩特有的片理、剥理和片麻结构等。据有明显的不均匀性和各向异性。变质岩特点1）接触变质岩：侵入体周围形成岩体。岩体透水性强，抗风化能力降低。2）动力变质岩：构造作用形成的断裂带及附近受到影响的岩石。它的胶结不好，裂隙、孔隙发育，强度低，透水性强。3）区域变质岩：这种变质岩的分布范围广，岩石厚度大，变质程度均一。一般块状岩石性质较好，层状片状岩石性质较差。 6．表示岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么？答：指由岩石固有的物理组成和结构特性所决定的比重、容重、孔隙率、水理性等基本属性。 7、岩石破坏有几种形式？对各种破坏的原因作出解释。答：试件在单轴压缩载荷作用破坏时，在试件中可产生三种破坏形式: (1)X状共轭斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。 (2)单斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。 (3)拉伸破坏，破坏面上的拉应力超过了该面的抗拉强度，导致岩石受拉伸破坏。 9、什么是全应力-应变曲线？为什么普通材料实验机得不出全应力-应变曲线？答：全应力应变曲线：能显示岩石在受压破坏过程中的应力、变形特性，特别是破坏后的强度与力学性质的变化规律。由于材料试验机的刚度小，在试件压缩时，其支柱上存在很大的变形和变形能，在试件快要破坏时，该变形能突然释放，加速试件破坏，从而得不出极限压力后的应力应变关系曲线。 11.在三轴压缩试验条件下，岩石的力学性质会发生哪些变化？答：三轴压缩条件下，应力应变曲线如图1-31、1-32所示，围压对岩石变形的影响主要有： (1)随着围压(σ2= σ3) 的增大，岩石的抗压强度显著增加； (2)随着围压(σ2= σ3) 的增大，岩石破坏时，岩石的变形显著增加； (3)随着围压(σ2= σ3) 的增大，岩石的弹性极限显著增加； (4)随着围压(σ2= σ3) 的增大，岩石的应力应变曲线形态发生明显的改变，岩石的性质发生了变化，由弹脆性---弹塑性---应变硬化。抗压强度显著增加； 12.什么是莫尔强度包络线？如何根据试验结果绘制莫尔强度包络线？答：三轴抗压强度实验得出：对于同一种岩石的不同试件或不同实验条件（不同的围压时的最大轴向压力值）给出了几乎恒定的强度指标值（直线性强度曲线时为岩石的内聚力和内摩擦角）。这一强度指标以莫尔强度包络线的形式给出.在不同围压条件下，得出不同的抗压强度，因而可以做出不同的莫尔应力圆,这些莫尔应力圆的包络线就是莫尔强度包络线。 16.线弹性体、完全弹性体、弹性体三者的应力-应变关系有什么区别？答：完全弹性体：循环加载时的σ -ε关系为曲线。加载路径与卸载路径完全重合。线弹性体：循环加载时的σ -ε关系为直线。加载路径与卸载路径完全重合。弹性体岩石：加载路径与卸载路径不同，但反复加载与卸载时，应力应变关系总是服从此环路的规律。 19.影响岩石力学性质的主要因素有哪些，如何影响的？答：影响岩石力学性质的主要因素有水、温度、加载速度、风化程度及围压。 (1) 水对岩石力学性质的影响 1）连结作用：束缚在矿物表面的水分子通过其吸引力作用将矿物颗粒拉近、接紧，起连接作用。 2）润滑作用：由可溶盐、胶体矿物连接的岩石，当有水入侵时，可溶盐溶解，胶体水解，导致矿物颗粒间连接力减弱，摩擦力减低，从而降低岩石的强度。 3）水楔作用：当两个矿物颗粒靠得很近，有水分子补充到矿物表面时，矿物颗粒利用其表面吸附力将水分子拉

储层岩石力学概述

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.

高等岩石力学试题答案1

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

岩石力学课后作业

2.17 不同受力条件下岩石流变具有哪些特性？答：（1）恒应力长期作用下岩石的流变体现为蠕变，蠕变指岩石材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。蠕变可分为三个阶段：第一阶段：蠕变速率（Δε/Δt ）随时间而呈下降趋势。第二阶段：蠕变速率不变，即（Δε/Δt ）为常数，这一段是直线。第三阶段：蠕变速率随时间而上升，随后试样断裂。（2）在应变一定的情况下，岩石的流变体现为松弛，松弛分为立即松弛——变形保持恒定后，应力立即消失到零；完全松弛——变形保持恒定后，应力逐渐消失，直到应力为零；不完全松弛——变形保持恒定后，应力逐渐消失，但最终不能完全消失，而趋于某一值。（3）岩石强度随外荷载作用时间的延长而降低的特性称作岩石的长期强度，岩石长期强度也是岩石流变特性的体现。 2.18 简要叙述常见的几种岩石流变模型及其特点。答：（1）马克斯威尔（Maxwell）模型。这种模型是由弹性单元和黏性单元串联而成，当骤然施加应力并保持为常量时，变形以常速率不断发展。（2）开尔文（Kelvin）模型。它是由弹性单元和黏性单元并联而成，当骤然施加应力时，应变速率随着时间逐渐递减，在t增长到一定值时剪应变就趋于零。（3）广义马克斯威尔模型。该模型由开尔文模型与黏性单元串联而成，剪应力开始以指数速率增长，逐渐趋近于常速率。（4）广义开尔文模型。该模型由开尔文模型与弹性单元串联而成，开始产生瞬时应变，随后剪应变以指数递减速率增长，最终应变速率趋于零，应变不再增长。（5）柏格斯（Burgers）模型。这种模型由开尔文模型与马克斯威尔模型串联而成，蠕变曲线开始有瞬时变形，随后剪应变以指数递减速率增长，最后趋于以不变的速率增长。 2.19 什么是岩石的长期强度？它与岩石的瞬时强度有什么关系？答：岩石的长期强度指岩石强度随外荷载作用时间的延长而降低的性能，即作

高等岩石力学答案

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。

岩石力学研究进展报告

岩石力学研究新进展报告姓名：XXX 学号：XXXXXXXX 专业：岩土工程

岩石力学研究新进展报告 1 引言时光如白驹过隙，一学期的《XXXXX》课程在不知不觉间结课了。这一学期的学习，使我在岩石力学方面有了很大的启发，特别是分形理论在岩石力学中的应用令我神往。下面我对岩石力学研究的新进展做简要报告。岩石力学可以作为固体力学的一个新分支，用以研究岩石材料的力学性能和岩石工程的特殊设计方法。岩石力学经过近50年的发展，在土木工程、水利工程、采矿工程、石油工程、国防工程等领域都得到了广泛的应用，随着科学技术的进步，岩石力学涉及的领域会进一步扩大。岩石力学是一门内涵深，工程实践性强的发展中学科。岩石力学面对的是“数据有限”的问题，输入给模型的基本参数很难确定，而且没有多少对过程（特别是非线性工程）的演化提供信息的测试手段。另一方面，对岩体的破坏机体还不能准确的解释。岩石力学所涉及的力学问题是多场（应力场、温度场、渗流场、甚至还存在电磁场等)、多相（固、液、气）影响下的地质构造和工程构造相互作用的耦合问题。这就表明，工程岩体的变形破坏特征是极为复杂的，其大多数是高度非线性的。目前，岩石力学的许多数学模型是不准确和不完整的，可以广泛接受和适用的概化模型并不多。基于此，近年来，多种数值方法、细观力学、断裂与损伤力学、系统科学、分形理论、块体理论等在岩石力学中的应用以及各种人工智能、神经网络、遗传算法、进化算法、非确定性数学等域岩石力学的交叉学科的兴起，为我们提供了全新和有效的思维方式和研究方法，更能激发研究者的创新精神，这也为突破岩石力学的确定性研究方法提供了强有力的理论基础[1]。本报告主要对分形岩石力学、块体岩石力学、断裂与损伤岩石力学和岩石细观力学四部分的研究新进展做简要报告。由于时间和精力有限（最近导师安排的任务非常多，而且要准备英语和政治期末考试），每部分内容除第一大段的研究新进展综述外，只对近几年的三篇比较好的文献做分析说明，包括两篇中文学术论文和一篇外文学术论文，这12篇学术论文我都比较仔细的看了。以后若有机会和时间，我会在导师和各位老师同学的不吝赐教下，努力做岩石力学的创新性研究，届时会在文献综述部分查阅和介绍更多最新以及更优秀的文献。 2 分形岩石力学从古至今，岩石已成为人们熟知的工程材料，它是由矿物晶粒、胶结物质和大量各种不同阶次、不规则分布的裂隙、薄弱夹层等缺陷构成，是一种成分和结构高度复杂的孔隙体。岩石力学经过近50年的发展，人们尝试用各种数学力学方法研究和描述岩石复杂的自然结构性状和物理力学性质，提出了多种岩石力学分析和计算方法，为解决实际工程中的岩石力学问题创造了条件。19世纪70年代Mandelbrot创立分形几何学，提出了一种定量研究和描述自然界中极不规则且看似无序的复杂结构、现象或行为的新方法，从此分形几何学广泛地应用于自然科学研究的各个领域，并且在经济学等社会科学也有很巧妙的应用。19世纪80年代，分形几何学开始应用于岩石力学研究，开始形成分形岩石力学这一门新兴交叉学科。人们逐渐发现岩石力学领域中的分形现象相当普遍，不仅岩石的自然结构性状、缺陷几何形态、分布以及地质结构产状、断层几何形态、分布都观察到分形特征或分形结构，而且岩石体强度、变形、破断力学行为以及能量耗

(完整版)重庆大学岩石力学往年题

这是我自己搜集的，答案可能不全，仅供参考。 1. 试论述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。 A 天然含水率天然状态下岩石中水的质量m w 与岩石的烘干质量m dr 的比值，称为岩石的天然含水率，以百分率表示，即： %100?= dr m m ω ? B 吸水性定义：岩石在一定条件下吸收水份的性能。影响因素：孔隙的数量、大小、开闭程度和分布情况等。表征岩石吸水性指标吸水率、饱和吸水率、饱水系数。（1）吸水率a ω是岩石在常压下吸入水的质量与其烘干质量dr m 的比值，即 %1000?-= dr dr a m m m ω 式中，0m 为烘干岩样浸水48小时后的总质量。（2）饱和吸水率是岩石在强制状态下岩石吸入水的质量与岩样烘干质量的比值，即 %100?-= dr dr sa sa m m m ω 式中，sa ω为岩石的饱和吸水率；dr m 为真空抽气饱和或煮沸后之间的质量（kg ）。（3）饱水系数w k 是指岩石吸水率与饱和率的比值，即 %100?= sa a w k ωω C 透水性透水性：岩石能被水透过的性能达西定律：当地下水沿着岩石中的孔隙或裂隙流动时，其水流速度与水力梯度成正比，即 dl dh k l h h K -=?--=12ν D 软化性定义：岩石浸水后强度降低的性能软化系数：c cw c σση= 式中：c η为岩石的软化系数 cw σ为饱水岩样的抗压强度(MPa) c σ为自然风干岩样的抗压强度(MPa) E 抗冻性定义：岩石抵抗冻融破坏的性能，岩石的抗冻性常用抗冻系数来表示。抗冻系数： %100?-= c cf c f c σσσ 式中，f c 为岩石的抗冻系数，c σ为岩石动容钱的抗压强度（kpa ）。cf σ为岩样冻融后的抗压强度（kpa ）。 2.论述影响岩石力学性质的主要因素（A ）水对岩石力学性质的影响地下水包括结合水和重力水。对岩石力学性质影响的5个方面：连接作用、润滑作用、水楔作用、孔隙压力作用、溶蚀及潜蚀作用（B ）温度对岩石力学性质的影响随着温度的增高，岩石的延性加大，屈服点降低，峰值强度也降低。（C ）加载速度对岩石力学性质的影响随着加荷速度的降低，岩石的延性加大，屈服点降低，峰值强度也降低。（D ）围压对岩石力学性质的影响随着围压的增高，岩石的延性加大，屈服点增加，峰值强度也增加。（E ）风化对岩石力学性质的影响主要表现在以下3个方面：产生新的裂隙、矿物成分发生变化、结构和构造发生变化 3.试论述岩体中的初始地应力及分布规律 a.定义：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。 b.组成：自重应力、构造应力、热应力、地震应力、扰动应力 c. 地应力的成因大陆板块边界受压、地幔热对流、地心引力、岩浆侵入、地温梯度、地表剥蚀等引起的地应力场。 d.地应力分布的基本规律（归纳） 1)地应力是一个具有相对稳定的非稳定应力场，它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

2019年北京科技大学采矿工程专业考研经验分享

北京科技大学采矿工程专业考研经验贴一、报考北科的理由采矿工程是相对较为小众的专业，所以考研的院校选择也相对较为固定，较好一些的金属矿院校无非有江西理工大学、昆明理工大学、太原理工大学等，985、211的研究金属矿院校更是少之又少，仅有武汉理工、北京科技、东北大学、中南大学等。我自身选北科的理由很简单，一是学校相对较好，二是地理位置优势明显。二、初试备考总结考试科目英语一。数学二。政治。地质学或者岩石力学。我选择的是北京科技大学采矿工程方向，就是大家理解的学硕。北京科技大学的学硕叫做采矿工程，专硕叫做矿业工程，学硕一般招生30人左右（包括保研的人数），专硕一般招生60人左右，学硕和专硕在近几年初试时只有英语是不一样的，学硕考的是英语一，专硕考的是英语二。学采矿的同学百分之99.9的都是男生，因此整体上英语不好就可以的到解释了。在报考研究生时，很多人会选择报考专硕，专硕初试英语试题相对较为简单一些。对于北京科技大学我们专业的同学来说，报考专硕的更是多，一是专硕初试英语简单，二是北京科技大学学硕不能调剂专硕，北科的复试有相对较晚，为了保险起见大多数同学都会选择报考矿业工程。这在某些年份就会出现学硕比专硕还容易上的情况（只要分数过线就上）。就个人来说，因为初试是考英语一，所以备考时我将大量的时间花在了数学和英语上，而且事实证明这是正确的。三、各科备考经验 1.数学（二）：自己看的是汤家凤老师的课程，考试上课严谨、风趣、易懂，我周边也有很多同学选择了张宇的资料说也很好用。 2.政治：前期用的是任燕翔和蒋中挺的，因为是基础知识，个人觉用谁的都差不多，还有就是要重视选择题。后期一定要用肖秀荣的，不多说真的好用。 3.专业课：起初专业课无从下手，很是迷茫在学长的推荐下报了新祥旭专业课一对一辅导。所以渐渐地自己学起来没有那么吃力，对学习有了一个明确的方向。资料方面我选择的地质学基础，在网上可以买历年真题还有专业课老师提供的资料笔记等，真题真的很关键，考试时至少有一半是出自于真题。还有就是教材，考试的大数题目的答案是教材的原话。四、专业课复习经验专业课采矿工程和矿业工程都是一样的，我们可以选择地质学或者岩石力学，这两门课的选择其实差异性不大，根据自身的喜好和擅长程度来选就行了。着重讲解《地质学》（冶金工业出版社）的复习历程。备研书本上的全部内容就是《地质学》书上的第一大部分，地质学基础知识，也就是前六章的内容。前六章的内容基本没有什么重要章节和不重要章节，基本上章章重要节节关键，这就要我们花大力气去记忆，而且看书记忆时要仔细不要遗漏掉任何一段话。专业课的复习不像数学需要天天以题目充实，也不像政治越在后面时间花的就越多，我们专业课的复习是在不占用过多公共课时间的前提下进行的。像是利用早读时间，或者饭后时间，再或者睡前时间这些零碎的时间就能复习。复习时间线 1、在七八月份暑假期间将专业课本烂熟在心，每一个知识点都做到心中有数，并且做到每天有学习，不断的在脑中将各各知识点重复。

岩体力学 s

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

裂隙岩体损伤断裂分形研究

Ser i a l N o .486O c t ober .2009 现代矿业 M ORDEN M IN ING 总第486期 2009年10月第10期陈星(1985-),男,硕士研究生,443002湖北省宜昌市。裂隙岩体损伤断裂分形研究陈星 (三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室) 康文军孙万林陈兴周 (中国水电顾问集团西北勘测设计研究院) 摘要:介绍了岩石内部含有大量的微观、细观缺陷损伤,是影响岩石力学性质的重要因素。分形几何是定量描述岩石材料损伤断裂宏观、细观、微观力学行为的有力工具。与其它方法相比,分形理论在研究岩石类材料损伤方面具有定量化、直观、方便、易于掌握等特点。对裂隙岩体损伤断裂分形研究现状、基本概念进行了总结,并对发展前景进行了展望。关键词:裂隙岩体;损伤;分形几何;分维中图分类号:TU 452 文献标识码:A 文章编号:1674-6082(2009)10-0049-03 Research on Fract alM echanis m of Fract ured RockM ass Chen X ing 1 Kang W en j u n 2 SunW an li n 2 Chen X i n gzhou 2 (1.K ey Laboratory o fG eo l o g icalH azards on Three Go r ges R eservo ir Area o fM i n istry o f Educati o n ,Ch i n a Three Gor ges University ;2.Northw est Institute of Survey and Design,Ch i n a H ydropo w er Eng ineeri n g C onsulti n g G roup Co .) Abst ract :There is a great deal o fm icroscop ic and m acroscopic da m age .They are i m portant factors affecti n g rock m echanical property .Fractal geo m etry is a po w erful tool to quantitatively descr i b e fractured rock m echan ica l behav ior i n m icroscop ic and m acroscop ic w ays .Co m pared w ith other m ethods ,the frac -tal theory is characterized by quantificati o n ,v isualization ,conven ience as we ll as easy grasp.The status and basic concept o f fractal study o f fractured rock m ass are summ arized and the deve l o p m ent prospect is forecasted . K eyw ords :Fractured rock m ass ;Da m age ;Fracta l geo m e try ;Fractal di m ensi o n 1 引言 20世纪70年代M andelbro t 创立分形几何学,提出了一种定量研究和描述自然界中极不规则且看似无序的复杂结构、现象或行为的新方法,从此分形几何学广泛地应用于自然科学研究的各个领域。80年代,分形几何学开始应用于岩石力学研究。人们发现岩石力学领域中的分形现象相当普遍,不仅岩石的自然结构性状、缺陷几何形态、分布以及地质结构产状、断层几何形态、分布,都观察到分形特征或分形结构,而且岩石体强度、变形、破断力学行为以及能量耗散也表现出分形特征。这些研究与发现为运用分形与岩石力学相结合的方法,定量描述岩石复杂的自然性状和物理力学性质提供了广阔前景。裂隙岩体损伤断裂作用过程的不确定性和非线性,使得传统的岩石力学研究方法存在明显的局限性,而分形理论成为研究裂隙岩体损伤断裂复杂性的有效工具之一[1] 。 2 裂隙岩体损伤断裂分形研究现状2.1 实验室岩石破裂的分形研究 (1)岩石断口的分形特征。谢和平 [2] 使用分形方法研究了室内岩块节理剖面分形特征,建立了节理粗糙度(J RC )同分维(D )的关系式。近年来,虽然国内外许多学者对岩石脆性断口的分形性质进行了大量的研究,但大都局限于室内岩块的分形描述上,结合野外实际工程裂隙岩体的分形研究较少。 (2)岩石损伤破裂网络的分形特征。H oekse m a 和Gordon [3] 在光学显微镜下研究了大理岩折叠悬臂梁中缺口处微裂纹网格的分形研究。 (3)岩石声发射的分形研究。岩石在应力作用下产生变形的时候,其内部将产生微裂纹。微裂纹在起始、扩展、分叉、闭合以及贯通过程中,会有超声波发射。Kusunose [4]和H irata [5] 等对细晶花岗岩、 49

岩体力学重点

概念岩石：是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而成的自然体。岩石结构：是指岩石中矿物颗粒间的关系，包括颗粒大小、形状、排列、结构连结特点以及岩石中的微结构面。岩石构造：岩石中不同矿物集合体之间及其与其他组成部分之间在空间的排列方式及充填方式。岩石块体密度：单位体积岩石（包括岩石孔隙体积）的质量。颗粒密度：岩石固相物质的质量与其体积的比值（不包括岩石孔隙体积）。孔隙率：孔隙体积与总体积（包含孔隙）之比。渗透系数：表征岩石透水性的重要标志，在数值上等于水力梯度为1时的渗流速度。软化系数：岩石浸水后的饱和抗压强度与岩石干抗压强度之比。膨胀性：岩石侵水后发生体积膨胀的性质。岩石吸水性：岩石在一定的实验条件下吸收水分的能力。扩容：岩石在外力作用下，形变过程中发生的非弹性的体积增长（岩石破坏的前兆）。弹性模量：单向压缩条件下，弹性变形范围为轴向应力与试件轴向应变之比。变形模量：岩石在单轴压缩条件下，轴向应力与总应变（弹性应变与塑性应变之和）的比值。泊松比：横向应变与纵向应变之比，也叫横向变形系数。脆性度：对脆性程度的一种度量，脆性度愈小，材料抗断裂的抗力愈高；反之愈大。尺寸效应：岩石试件尺寸越大，则强度越低，反之越高，这一现象。常规三轴试验：试件处于σ1 >σ2=σ3应力状态下。真三轴试验：试件处于σ1 >σ2 >σ3应力状态下。岩石三轴压缩强度：岩石在三轴压缩荷载作用下，试件破坏时所承受的最大轴向压应力。流变性：介质在外力不变的条件下，应力与应变随时间而变化的性质。蠕变：介质在大小和方向均不改变的外力作用下，其变形随时间变化而增大的现象。松弛：介质的变形（应变）保持不变时，内部应力随时间变化而降低的现象。弹性后效：介质加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。它是一种延迟发生的弹性变形和弹性恢复，外力卸除后最终不留下永久变形。岩石长期强度：岩石的强度是随外载作用时间的延长而降低，作用时间t趋向于正无穷的强度（最低值）。强度准则：表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关系，通过它来判断岩石在什么样的应力应变条件下破坏。岩石抗拉强度测定方法：直接拉伸法、抗弯法、劈裂法、点载荷法。简答论述 1、岩石结构与岩石构造有什么区别？并举例加以说明。岩石结构：是指岩石中矿物颗粒间的关系，包括颗粒大小、形状、排列、结构连结特点以及岩石中的微结构面。岩石构造：岩石中不同矿物集合体之间及其与其他组成部分之间在空间的排列方式及充填方式。如岩浆岩中的流线、流面、块状构造，沉积岩中的层理、叶片状构造，变质岩中的片理、片麻理和板状构造等。 2、岩石颗粒间的连接方式有哪几种？结晶连结：岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩以及部分沉积岩的结构连结。胶结连结：指颗粒与颗粒之间通过胶结物质连结在一起的连结。如沉积碎屑岩、部分粘土岩的结构连

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