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岩石力学课件-地应力及其测量

《岩石力学》地应力及其测量

1. 地壳是静止不动的还是变动的?怎样理解岩体的自然平衡状态? 答:地壳是变动的。 自然平衡状态是指:岩体中初始应力保持不变的状态。 2. 初始应力、二次应力和应力场的概念。 答:未受影响的应力称为初始应力 工程开挖时,受工程开挖影响而形成的应力称为二次应力 地应力是关于时间和空间的函数,可以用“场”的概念来描述,称之为地应力场。 3. 何谓海姆假说和金尼克假说? 答:海姆首次提出了地应力的概念,并假定地应力是一种静水应力状态,即地壳中 任意一点的应力在各个方向上均相等,且等于单位面积上覆岩层的重量,即???= ????=???? 金尼克认为地壳中各点的垂直应力等于上覆岩层的重量,而侧向应力(水平应力)是泊松效应的结果,其值应为乘以一个修正系数K。他根据弹性力学理论,认 为这个系数等于?? 1-??,即????=????,???=?? 1-?? ???? 4. 地应力是如何形成的? 答:地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关,其中包括:板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。 另外,温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其他物理化学变化等也可引起相应的应力 场。 5. 什么是岩体的构造应力?构造应力是怎样产生的?土中有无构造应力?为什么?答:岩体中由于地质构造运动引起的应力称为构造应力。 关于构造应力的形成有两种观点:地质力学观点认为是地球自转速度变比的结果;大地构造学说则认为是出于地球冷却收缩、扩张、脉动、对流等引起的,如板 块边界作用力。 土中没有构造应力,由于土本身是各向同性介质,不存在地质构造。 6. 试述自重应力场与构造应力场的区别和特点。 答:由地心引力引起的应力场称为重力应力场,重力应力场是各种应力场中惟一能 够计算的应力场。地壳中任一点的自重应力等于单位面积的上覆岩层的重量,即????=????。 重力应力为垂直方向应力,它是地壳中所有各点垂直应力的主要组成部分,但 是垂直应力一般并不完全等于自重应力,因为板块移动,岩浆对流和侵入,岩体非 均匀扩容、温度不均和水压梯度均会引起垂直方向应力变化。 构造应力是由地质构造运动形成的。当前的构造应力状态主要由最近一次的构 造运动所控制,但也与历史上的构造运动有关。构造应力主要表现为以水平应力为 主,“在构造应力的作用仅影响地壳上层一定厚度的情况下,水平应力分量的重要性远远超过垂直应力分量。” 7. 岩体原始应力状态与哪些因素有关? 答:地形地貌;岩体结构;岩石力学性质;地下水。 8. 简述地应力场的分布规律 答:1)地应力场的特性 (1)地应力场是一个以水平应力为主的三向不等压应力场 (2)地应力场是一个具有相对稳定性的非稳定应力场 2)垂直应力的分布规律 在深度为25~~2700m的范围内,????呈线性增长,大致相当于按平均容量??γ等于273kN???-3?计算出来的重力????。 3)水平应力的分布规律

《岩石力学》期末试卷及答案印 (1)

《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 )

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

地应力与地应力测量方法简介

地应力与地应力测量方法简介地应力,又称原岩应力,也称岩体初始应力或绝对应力,是在漫长的地质年代里,由于地质构造运动等原因产生的。在一定时间和一定地区内,地壳中的应力状态是各种起源应力的总和。主要由重力应力、构造应力、孔隙压力、热应力和残余应力等耦合而成,重力应力和构造应力是地应力的主要来源。地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关,其中包括:板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。另外,温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其他物理化学变化等也可引起相应的应力场。而重力作用和构造运动是引起地应力的主要原因,其中尤以水平方向的构造运动对地应力的形成影响最大。 地应力测量,就是确定拟开挖岩体及其周围区域的未受扰动的三维应力状态,这种测量通常是通过多个点的量测来完成的。地应力测量是确定工程岩体力学属性、进行围岩稳定性分析、实现岩土工程开挖设计和决策科学化的前提。地应力对矿山开采、地下工程和能源开发等生产实践均起着至关重要的作用,所以地应力研究是当前国际采矿界上的一个前沿性课题,近几十年来,世界上许多国家均开展了地应力的测量及应用研究工作,取得了众多的成果。 随着矿区开采现代化进程的不断提高和开采深度的不断增加,对矿区所处的地质条件和应力环境提出了更进一步的要求。查明矿区深部煤炭资源的开采地质条件和应力环境,为深部矿井的设计、建设和生产提供更加精细可靠的地质资料和数据,以便采取有效技术手段和措施,避免和减少灾害的发生,是实现矿井安全高效生产的重要保障。 地应力是引起采矿工程围岩、支架变形和破坏、产生矿井动力现象的根本作用力,在诸多的影响采矿工程稳定性因素中,地应力是最重要和最根本的因素之一。准确的地应力资料是确定工程岩体力学属性,进行围岩稳定性分析和计算,矿井动力现象区域预测,实现采矿决策和设计科学化的必要前提条件。 采矿规模的不断扩大和开采深度的纵深发展,地应力的影响越加严重,不考虑地应力的影响进行设计和施工往往造成露天边坡的失稳、地下巷道和采场的坍塌破坏、冲击地压等矿井动力现象的发生,致使矿井生产无法进行,并经常引起

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。

岩石力学复习题及参考答案

中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案 岩石力学(专科) 一、名词解释: 1.岩体 2.围岩 3.稳定蠕变 4.柔性支护 5.塑性破坏 6.稳定蠕变 7.剪胀8.长期强度 9.脆性破坏10.端部效应 11.构造应力12.松脱地压 13.非稳定蠕变14.结构面充填度 15.变形地压16.延性 17.蠕变18.岩体结构 19.真三轴试验20.扩容 21.剪胀率 二、问答题: 1.解释锚杆支护的挤压加固作用,并指出其适用条件。 2.说明不连续面的起伏对不连续面抗剪强度的作用,写出无充填规则齿状不连续面的抗剪强度表达式。 3.解释锚杆支护的组合作用,并指出其适用条件。 4.什么是常规三轴压缩试验?试指出在常规三轴试验中,随围压增大,岩石的抗压强度和变形特征。 5.解释断层和水对露天矿边坡稳定性的作用。 6.说明岩石单轴压缩试验中产生端面效应的原因,如何消除端部效应对试验结果的影响? 7.岩石有哪些基本破坏方式?莫尔-库论理论和格里菲斯理论分别适用于哪种破坏方式? 8.对岩石进行三轴压缩试验,试问在不同的围压条件下,岩石的变形性质、弹性模量和强度可能发生的变化是什么? 9.简述采用喷射混凝土对巷道进行支护的力学作用。 10.如何根据岩石的单轴压缩试验曲线确定岩石的三种弹模?岩石的三种弹模分别反映岩石的什么特征? 11.岩石在普通试验机上进行单轴压缩试验,试问有哪几种典型的应力应变曲线形式(要求画出相应的曲线)? 三、判断题: 1.图1所示为被一组节理切割的岩体所处的受力状态(应力圆)以及组成岩体的岩石的强度曲线(a )和节理强度曲线(b ),图中节理面法线与最大主应力之间的夹角为α。试判别图中表示的分析结果是否正确。 [ ] a.岩体沿节理剪切破坏( ) b. 岩体沿节理剪切破坏( ) 图1 2.设计一条水平坑道断面如图2所示,其长轴与原岩应力分量p 平行,短轴与原岩应力分量q 平行。已知1/>q p 。这样的坑道断面布置将使围岩处于较好的应力状态或是不好的应力状态。 [ ]

地应力测量

地应力测量的国内外研究现状 0 引言 地应力(in-situ stress),又称原岩应力,也称岩体初始应力或绝对应力,是在漫长的地质年代里,由于地质构造运动等原因产生的。在一定时间和一定地区内,地壳中的应力状态是各种起源应力的总和。主要由重力应力、构造应力、孔隙压力、热应力和残余应力等耦合而成,重力应力和构造应力是地应力的主要来源。地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关,其中包括:板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。另外,温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其他物理化学变化等也可引起相应的应力场(雷化南,等译.1976)。而重力作用和构造运动是引起地应力的主要原因,其中尤以水平方向的构造运动对地应力的形成影响最大。因此,岩石中的原地应力是由主动施加的力和积蓄的残余应变两者引起的。 地应力测量(In situ stress measurement),就是确定拟开挖岩体及其周围区域的未受扰动的三维应力状态,这种测量通常是通过多个点的量测来完成的。地应力测量是一项综合性的测试,可以说任何一种单一的方法都不能很好地完成,往往需要几种方法结合起来对比使用,才可以保证结果的可靠性。即使如此,地应力测量中也往往会出现同一测点测量值分散的情况。 地应力测量是确定工程岩体力学属性、进行围岩稳定性分析、实现岩土工程开挖设计和决策科学化的前提。地应力对矿山开采、地下工程和能源开发等生产实践均起着至关重要的作用,所以地应力研究是当前国际采矿界上的一个前沿性课题,近几十年来,世界上许多国家均开展了地应力的测量及应用研究工作,取得了众多的成果。 1 地应力测量在国外发展概况及研究现状 人们最初对地应力概念的认识以及地应力测量技术的发展都源于早期的矿山工程建设,最早的原位地应力测量起始于20世纪30年代。1932年,美国人劳伦斯(Lieurace)在胡佛坝(HooverDam)下面的一个隧道中采用岩体表面应力解除法首次成功地进行了原岩应力的测量。此后,地应力测试技术一直停留在岩体表面应力测量上,发展十分缓慢,在20世纪50年代,哈斯特(Hast)采用应力解

高等岩石力学试题答案(2012)

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:

高等岩石力学练习题详解

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。

岩石力学试题及答案

岩石力学试卷(闭卷) 一、填空题(每空1分,共20分) 1、沉积岩按结构可分为()、(),其中,可作为油气水在地下的良好储层的是(),不能储存流体,但是可作为油气藏的良好盖层的是()。 2、为了精确描述岩石的复杂蠕变规律,许多学者定义了一些基本变形单元,它们是()、()、 ()。 3、在水力压裂的加压过程中,井眼的切向或垂向的有效应力可能变成拉应力,当此拉应力达到地层的() 时,井眼发生破裂。此时的压力称为()。当裂缝扩展到()倍的井眼直径后停泵,并关闭液压系统,形成(),当井壁形成裂缝后,围岩被进一步连续地劈开的压力称为()。如果围岩渗透性很好,停泵后裂缝内的压力将逐渐衰减到()。 4、通常情况下,岩石的峰值应力及弹性模量随着应变率降低而(),而破坏前应变则随着应变率降低而()。 5、一般可将蠕变变形分成三个阶段:第一蠕变阶段或称();第二蠕变阶段或称();第三蠕 变阶段或称()。但蠕变并一定都出现这三个阶段。 6、如果将岩石作为弹性体看待,表征其变形性质的基本指标是()和()。 二、选择题(每题2分,共10分) 1、格里菲斯强度准则不能作为岩石的宏观破坏准则的原因是() A、该准则不是针对岩石材料的破坏准则 B、该准则没有考虑岩石的非均质的特性 C、该准则忽略了岩石中裂隙的相互影响 2、在地下,岩石所受到的应力一般为()。 A、拉应力 B、压应力 C、剪应力 3、一般情况下,岩石的抗拉强度()抗压强度。 A、等于 B、小于 C、大于 4、地层坍塌压力越高,井壁越()。 A、稳定 B、不稳定 C、无关 5、初始地应力主要包括() A、自重应力和残余应力 B、构造应力和残余应力 C、自重应力和构造应力 三、判断改错题(每题2分,共10分)

岩石力学

1、岩石力学的定义:是一门认识和控制岩石系统的力学行为和工程功能的科 学。 2、岩石质量指标:即将长度在10cm以上的岩芯累计长度站钻孔总长的百分 比。。 3、岩石:岩石是自然界中各种矿物的集合体,是天然地质作用的产物,是构成岩 体的基本组成单元。 4、岩体:它是地质体的一部分,由结构面和结构体组合而成。 5、结构面:在岩体内存在各种地质界面,它包括物质分异面和不连续面,如家 整合,不整合,褶皱,断层,层理,节理和片理等,不同特性的地址界面统称为结构面。 6、结构体:被各种结构面切割而成的岩石块体称为结构体。 7、岩体结构:结构体和结构面称为岩体结构单元,不同类型的岩体结构单元在 掩体内的组合,排列形式称为岩体结构。 8、峰值强度:指全应力—应变曲线中,在岩石的变形非稳定期破裂发展阶段的 上界应力。 9、弹性模量:应力与应变的比率被称为岩石的弹性模量。 10、变形模量:正应力与总应变的比值。 11、剪切模量:G=E/(2+2V),V为泊松比。 12、泊松比:指岩石的横向应变与纵向应变的比值。 13、扩容:当外力继续增加,岩石试件的体积不是减小,而是大幅度增加且增长 速度越来越大,最终将导致岩石试件的破坏,这种体积明显扩大的现象称为扩容。

14、刚性压力机:指可以减少在实验过程中压力机的弹性变形及贮存在其中的变 性能,并且具有足够刚度的压力机。 15、应变强化(硬化):指试承载力随围压稳定增长的现象。 16、滞回环:加载曲线与卸载曲线所组成的环。 17、蠕变:当应力不足时,变形随时间的增加而增加的现象 18、松弛:当应变不变时,应力随时间的增加而减小的现象 19、流变:指材料的应力应变关系与时间因素有关的性质,材料变形过程中具有 时间效应的现象 20、弹性后效:指加载或卸载时,弹性应变滞后于应力的现象 21、极限长期强度:通常把作用时间趋于无穷大的强度称之为岩石的长期强度 22、弹性变形:物体在受外力作用的瞬间即产生全部变形,而除去外力后又能立 即恢复其原有形状和尺寸的现象 23、塑性变形:物体受外力产生变形,在外力去除后变形不能完全恢复的性质, 称之为塑性,不能恢复的那部分变形称为塑性变形 24、剪胀:对于凸凹不平的结构面,在剪应力的作用下,模型上半部分沿凸台斜 面滑动,除有切向运动外,还有向上的移动,这种剪切过程中产生的法向移动分量称之为剪胀 25、粘结力:直线型强度包络线与T轴的截距 26、内摩擦角:直线型强度包络线与应力轴的夹角 27、围岩:在岩石地下工程中,由于受开挖影响而发生应力状态改变的周围岩体 28、应力重分布:从原始地下应力场变化到新的平衡力,成为场的过程 29、次生应力:从原始地下应力场变化到新的平衡力,称为次生应力

地应力与地应力测量方法简介

地应力与地应力测量方法简介 地应力,又称原岩应力,也称岩体初始应力或绝对应力,是在漫长的地质年代里,由于地质构造运动等原因产生的。在一定时间和一定地区内,地壳中的应力状态是各种起源应力的总和。主要由重力应力、构造应力、孔隙压力、热应力和残余应力等耦合而成,重力应力和构造应力是地应力的主要来源。地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关,其中包括:板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。另外,温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其他物理化学变化等也可引起相应的应力场。而重力作用和构造运动是引起地应力的主要原因,其中尤以水平方向的构造运动对地应力的形成影响最大。 地应力测量,就是确定拟开挖岩体及其周围区域的未受扰动的三维应力状态,这种测量通常是通过多个点的量测来完成的。地应力测量是确定工程岩体力学属性、进行围岩稳定性分析、实现岩土工程开挖设计和决策科学化的前提。地应力对矿山开采、地下工程和能源开发等生产实践均起着至关重要的作用,所以地应力研究是当前国际采矿界上的一个前沿性课题,近几十年来,世界上许多国家均开展了地应力的测量及应用研究工作,取得了众多的成果。 随着矿区开采现代化进程的不断提高和开采深度的不断增加,对矿区所处的地质条件和应力环境提出了更进一步的要求。查明矿区深部煤炭资源的开采地质条件和应力环境,为深部矿井的设计、建设和生产提供更加精细可靠的地质资料和数据,以便采取有效技术手段和措施,避免和减少灾害的发生,是实现矿井安全高效生产的重要保障。 地应力是引起采矿工程围岩、支架变形和破坏、产生矿井动力现象的根本作用力,在诸多的影响采矿工程稳定性因素中,地应力是最重要和最根本的因素之一。准确的地应力资料是确定工程岩体力学属性,进行围岩稳定性分析和计算,矿井动力现象区域预测,实现采矿决策和设计科学化的必要前提条件。 采矿规模的不断扩大和开采深度的纵深发展,地应力的影响越加严重,不考虑地应力的影响进行设计和施工往往造成露天边坡的失稳、地下巷道和采场的坍塌破坏、冲击地压等矿井动力现象的发生,致使矿井生产无法进行,并经常引起

高等岩石力学试题汇总

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 τf= 破坏实验的基础上确定破坏准则方程,即:()σ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 Tresca 屈服准则也可称为最大剪应力准则,它认为当岩石中剪应力达到材料的特征值时岩石就屈服破坏,即: ()s 31max 2121σσστ=-= 式中为材料拉伸屈服极限。该屈服准则也没有考虑中间主应力对材料屈服破坏的影响,从实验结果来看它对金属材料近似正确,而对岩石材料的结果相差较远。

《岩石力学与工程》蔡美峰版考试知识点

地应力是存在于地层中的为受工程扰动的天然应力。也称为岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。地质软岩:单轴抗压强度小于25MPa的松散、破碎、软化及风化膨胀性一类岩体的总称。工程软岩:工程力作用下能产生显著性变形的工程岩体。声发射:材料在受到外载荷作用时,其内部贮存的应变能快速释放产生弹性波,发生声响。岩石岩石地下工程:地下岩石中开挖并临时获永久修建的各种工程。围岩:在岩石地下地下工程中,由于受开挖影响而发生应力状态改变的周围岩体。锚喷支护:锚杆与喷射混凝土联合支护的简称。边坡:岩体、土体在自然重力作用或人为作用而形成一定倾斜度的临空面。。岩石:自然界各种矿物的集合体,是天然地质作用的产物。容重:岩石单位体积的重量。根据含水情况将岩石的容重分为天然容重、干容重、饱和容重。孔隙性:天然岩石中包含着数量不等、成因各异的孔隙和裂隙。孔隙率:指岩石孔隙的体积与岩石总体积的比值,以百分数表示。分为总孔隙率、总开孔隙率、大开孔隙率、小开孔隙率、和闭孔隙率。孔隙率愈大,岩石力学性能越差。 水理性:岩石与水相互作用时所表现的性质。包括岩石的吸水性、透水性、软化性和抗冻性。岩石强度:岩石在各种载荷作用下达到破坏时所能承受的最大应力。单轴抗压强度:岩石在单轴压缩载荷作用下达到破坏前所能承受的最大压应力。岩石破坏形式:x状共轭斜面剪切破坏。这种破坏形式是最常见的破坏形式;单斜面剪切破坏。这两种破坏都是由于破坏面上的剪应力超过极限引起的。拉伸破坏:横向拉应力超过岩石抗拉极限引起的。流变破坏:岩石的三轴抗压强度:岩石在三向荷载作用下,达到破坏时所能承受的最大压应力。莫尔强度包络线:同一种岩石对应各种应力状态下破坏莫尔应力圆外公切线。直线型、抛物线型、双曲线型。点载荷试验:试验所获得的强度指标值可以用做岩石分级的一个指标。点载荷实验装置是便携式的,可带到岩土工程现场去做实验。点载荷试验对试件的要求不严格。缺点是要根据经验公式进行换算。抗拉强度:岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力。拉伸试验分为直接试验和间接试验两类。间接试验著名的有劈裂试验。抗拉强度一般为抗压强度的1/4到1/25平均为1/10。 岩石的变形:岩石在外力或其他物理因素作用下发生形状或体积的变化。弹性、塑性、粘性、脆性、延性。扩容:岩石在载荷作用下,在其破坏之前产生的一种明显的非弹性体积变形。各向异性:岩石的全部或部分物理、力学性质随方向不同而表现出差异的现象。弹性模量:应力与应变的比率。泊松比:岩石的横向应变与纵向应变的比值。泊松比将随应力的增大而增大,直到0.5停止。滞回效应:卸载曲线不走加载曲线的路线滞回曲线:在反复作用下岩石的荷载-变形曲线记忆性:岩石在荷载超过上一次循环的最大荷载以后,变形曲线仍沿着原来的单调加载曲线上升,好像不曾受到反复加载的影响似的,这种现象称为岩石的记忆性。塑形滞回环:加载曲线与卸载曲线所形成的环。水楔作用:当两个矿物颗粒靠的很近,有水分子补充到矿物表面时,矿物颗粒利用其表面吸着力将水分子拉到自己周围,在两个颗粒接触处由于吸着力作用使水分子向两个矿物颗粒之间的缝隙内挤入的现象 结构面:不同成因、不同特性的地质界面的统称。原生结构面、构造结构面、次生结构面、整合面、不整合面、层理、劈理、节理、断层、结构体:被各种结构面切割而成的岩石块体。岩体结构:不同类型的岩体结构单元在掩体内的组合、排列形式称为岩体结构。岩体结构单元:结构体和结构面。裂隙度:沿取样线方向单位长度上的节理数量。切割度:岩体被节理割裂分离的程度。结构面的力学性质:法相变形、剪切变形、抗剪强度。为什么岩体的力学性质和岩石不同是因为结构面的存在。水力学性质:岩石的渗流特性及在渗流作用下所表现出的力学性质。质量指标(RQD):长度在10cm(含10cm)以上的岩芯累计长度占钻孔总长的百分比。地应力方法:直接测量法扁千斤顶法、刚性包体应力计法、水压致裂法、声发射法。间接测量法:全应力解除法、局部应力解除法、孔径变形法、孔底应变法、孔壁应变法、空心包体应变法、实心包体应变法。流变:材料的应力-应变关系与时间因素有关的性质,材料变形过程中具有时间效应的现象称为流变现象。包括蠕变、松弛、弹性后效。弹性后效:材料在弹性范围内受某一不变载荷作用,其弹性变形随时间缓缓增长的现象岩石强度理论:研究岩石在各种应力状态下的强度准则的理论。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。数值分析常用方法:有限元法、边界元法、有限差分法、加权余量法、离散元法、刚体元法、不连续变形分析法、流形方 真三轴:真三轴加载试件为立方体,1为主应力,23为侧向压力,六个面均受摩擦力,对实验结果影响很大。伪三轴加载试件为圆柱体;轴向压力1的加载方式和单轴压缩试验时相同,但由于有了侧向压力,其加载时的端部效应比单轴加载时要轻微的多。侧向压力23相同,侧向压力均匀的施加到试件中。刚性试验机:由于传统试验机的刚度不够大,在试验过程中试件受压,试验机受拉,试验机产生的弹性变形以应变能的形式存在机器中,当施加的压缩应力超过岩石抗压强度后,试件破坏,机架迅速回弹,以便回到其原始位置,并将其内部贮存的应变能释放到岩石试件中,从而使试件急剧破裂和崩解。而刚性试验机提高了自身刚度,机架变形小,就不会引起试件的突发性破坏。采用液压伺服系统,伺服系统有一个反馈信号系统,它检查当前施加的载荷是否事先确定的变形速度,否则它会自动调整施加载荷,以保持变形素的的恒定。 地下水对岩体的物理作用:1.润滑作用,使岩体的摩擦角减小;软化和泥化作用,使岩体的力学性能降低,内聚力和摩擦角值减小。主要表现在对岩体结构面中充填物的物理性状的改变上,岩体结构中充填物随含水量的变化,发生由固态向塑态直至液化的弱化效应;结合水的强化作用,处于非饱和带的岩体中的有效应力大于岩体的总应力,强化了岩石的力学性能。 有限元步骤:确定计算模型,根据对称性、材料性质和所关心部位的边界尺寸等确定计算模型;划分单元;选择位移函数;建立单元刚度矩阵,并进行坐标转换;形成总体刚度矩阵;载荷等效移置,确定节点力列阵;列出有限元基本方程,并根据已知位移对方程进行修正;求解总体方程,可获得节点位移;利用几何关系和物理方程计算单元的应变和应力;绘制计算结果图,以便直观了解分析结果,给出定量的评价。 维护岩石地下工程稳定的基本原则:合理利用和充分发挥岩体强度;改善围岩应力条件;合理支护;强调监测和信息反馈。 地应力的组成地应力是存在于地层的未受扰动的天然应力。构造应力场和重力应力场是主要组成还有比如:大陆板块边界受压引起的应力场;地幔热对流引起的应力场;由地心引力的应力场;岩浆侵入引起的应力场;地温梯度引起的应力场;地表剥蚀产生的应力场。基本规律:1地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场,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水平应力普通大于垂直应力;4平均水平与垂直应力的比值随深度增加而减小;5最大水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线性增长关系;6最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大,显示出很强的方向性;7还受地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特征,岩体力学性质、温度,地下水等因素的影响,特别是地形和断层的扰动影响最大。

地应力知识

地应力知识 简介 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。 随着水利水电、矿山、交通与城建等边坡、洞室及深基坑等事故的明显增加从而使人们对地应力引起较为广泛的注意与重视,所以,地应力研究不但具有重要的实际意义,而且具有重要的理论意义。 一地应力的成因 产生地应力的原因是十分复杂的,也是至今尚不十分清楚的问题。30多年来的实测和理论分析表明,地应力形成主要与地球的各种动力运动过程有关,其中包括: 板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。另外,温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其它物理化学等也可引起相应的应力场,其中,构造应力场和重力应力场是现今地应力场的主要组成部分。 1大陆板块边界受压引起的应力场 以中国大陆板块为例,由于受到印度板块和太平洋板块的推挤,推挤速度为每年数厘米,同时受到西伯利亚板块和菲律宾板块的约束。在这样的边界条件下,包括发生变形,产生水平受压应力场。2地幔热对流引起的应力场 由硅镁质组成的地幔因温度很高,具有可塑性,并可以上下对流和蠕动。地幔热对流引起地壳下面的水平切向应力,在亚洲形成由孟加拉湾一直延伸到贝加尔湖的最低重力槽。 3由地心引力引起的应力场(也称为重力场) 重力场,是各种应力场中唯一能够计算的应力场。重力应力为垂直方向应力,是地壳中所有各点垂直应力的主要组成部分,但是垂直应力一般并不完全

等于自重应力,因为板块移动、岩浆对流和侵入、岩体非均匀扩容、温度不均和水压梯度均会引起垂直方向应力变化。 4岩浆侵入引起的应力场 岩浆侵入挤压、冷凝收缩和成岩,均在周围底层中产生相应的应力场,其过程也是相当复杂。熔融状态的岩浆处于静水压力状态,对其周围施加的是各个方向相等均匀压力,但是热的岩浆侵入后逐渐冷凝收缩,并从接触面界面逐渐向内部发展,不同的热膨胀系数及热力学过程会使侵入岩浆自身及其周围岩体应力产生复杂的变化过程。 岩浆侵入引起的应力场是一种局部应力场。 5地温梯度引起的应力场 地层的温度随着深度增加而升高,一般为a=3℃/100m。由于地温梯度引起地层中不同深度不相同的膨胀,从而引起地层中的压应力,其值可达相同深度自重应力的数分之一。6地表剥蚀产生的应力场 地壳上升部分岩体因为风化、侵蚀和雨水冲刷搬运而产生剥蚀作用。剥蚀后,由于岩体内的颗粒结构的变化和应力松弛赶不上这种变化,导致岩体内仍然存在着比由地层厚度引起的自重应力还要大得多的水平应力值。因此,在某些地区,水平应力除与构造应力有关外,还和地表剥蚀有关。 二地应力的研究观点 对地应力的研究已有一百多年的历史了,但总的说来,现在主要有三种观点: 1“静水应力式”分布的观点 它最早是海姆(Heim)于1878年提出的“静水压力”假说。 以后(1905~1912年),又提出相应的应力计算公式。1925年,金尼克也提出了弹性理论计算法及相应的公式。但事实表明,它们只能适用于一定的环境条件下,如,埋深较大的未受到扰动的地层。

地应力与地应力测量方法简介

3.1 地应力与地应力测量方法简介 地应力,又称原岩应力,也称岩体初始应力或绝对应力,是在漫长的地质年代里,由于地质构造运动等原因产生的。在一定时间和一定地区,地壳中的应力状态是各种起源应力的总和。主要由重力应力、构造应力、孔隙压力、热应力和残余应力等耦合而成,重力应力和构造应力是地应力的主要来源。地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关,其中包括:板块边界受压、地幔热对流、地球应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。另外,温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其他物理化学变化等也可引起相应的应力场。而重力作用和构造运动是引起地应力的主要原因,其中尤以水平方向的构造运动对地应力的形成影响最大。 地应力测量,就是确定拟开挖岩体及其周围区域的未受扰动的三维应力状态,这种测量通常是通过多个点的量测来完成的。地应力测量是确定工程岩体力学属性、进行围岩稳定性分析、实现岩土工程开挖设计和决策科学化的前提。地应力对矿山开采、地下工程和能源开发等生产实践均起着至关重要的作用,所以地应力研究是当前国际采矿界上的一个前沿性课题,近几十年来,世界上许多国家均开展了地应力的测量及应用研究工作,取得了众多的成果。 随着矿区开采现代化进程的不断提高和开采深度的不断增加,对矿区所处的地质条件和应力环境提出了更进一步的要求。查明矿区深部煤炭资源的开采地质条件和应力环境,为深部矿井的设计、建设和生产提供更加精细可靠的地质资料和数据,以便采取有效技术手段和措施,避免和减少灾害的发生,是实现矿井安全高效生产的重要保障。 地应力是引起采矿工程围岩、支架变形和破坏、产生矿井动力现象的根本作用力,在诸多的影响采矿工程稳定性因素中,地应力是最重要和最根本的因素之一。准确的地应力资料是确定工程岩体力学属性,进行围岩稳定性分析和计算,矿井动力现象区域预测,实现采矿决策和设计科学化的必要前提条件。 采矿规模的不断扩大和开采深度的纵深发展,地应力的影响越加严重,不考虑地应力的影响进行设计和施工往往造成露天边坡的失稳、地下巷道和采场的坍塌破坏、冲击地压等矿井动力现象的发生,致使矿井生产无法进行,并经常引起

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