第二章 岩石破坏机制及强度理论
第一节 岩石破坏的现象
在不同的应力状态下，岩石的破坏机制不同，常见的岩石破坏形式有以下几种
一、拉破坏：岩石试件单向抗压的纵向裂纹，矿柱，采面片帮。特点出现与最大应力方向平行的裂隙。
二、剪切破坏：岩石试件单向抗压的X 形破坏。从应力分析可知，单向压缩下某一剪切面上的切向应力达到最大引起的破坏。
(a ) (b )
三、重剪破坏：即沿原有的结构面的滑动、重剪破坏
主要的机制：岩体受剪切作用或者受拉应力的作用、三向受压情况下多数为剪切应力的作用，侧向压力较小时可能是拉神破坏，实际工程中可能是不同机制的组合，但侧向应力较大时，可以认为剪切应力是岩石重剪破坏的主要破坏机制。
从岩石破坏的现象看，从小到几厘米的岩块到大的工程岩体，破坏形式雷同，并可归纳为两种，拉断与剪坏，因此有一定的规律可寻。
对岩石破坏的研究：
在单向条件下可以从实验得到破坏的经验关系。但是三向受力条件下，不同应力的组合有无穷多种，因此无法仅仅依靠实验得到破坏的经验关系，因此在一般应力状态，对岩石破坏的研究需要结合理论分析和试验研究两个方面。现代关于岩石破坏的理论分析一般归结为、寻求破坏时的主应力之间的关系
123(,)f σσσ=
研究的方法有：理论分析；2、试验研究；3、理论研究结合试验研究。
第二节 岩石拉伸破坏的强度条件
一、最大线应变理论
该理论的主要观点是，岩石中某个面上的拉应变达到临界值时破坏，而与所处的应力状态无关。强度条件为
c εε≤ (2-1)
c ε—拉应变的极限值，ε—拉应变。
若岩石在破坏之前可看作是弹性体，在受压条件下σ1>σ2>σ3下， 3ε是最小主应力。按弹性力学有3
3E E
σμ
εσσ=
-12（+），即33E εσμσσ=-12（+）。若3ε<0则产生拉应变。由于E >0，因此产生拉应变的条件是
3σμσσ-12（+）<0，3μσσσ12（+）>
若3ε=0ε<0则产生拉破坏，此时抗拉强度为0t E
σε＝?0t E σε＝。
按最大线应变理论30εε≥破坏，即
312()t σμσσσ-+≥ (2-2)
式中0ε是允许的拉应变。
二、格里菲斯理论
格里菲斯理论的主要观点是：材料内微小裂隙失稳扩展导致材料的宏观破坏。 格里菲斯理论的主要依据是：1）、任何材料中总有各种微小微纹；2）、裂纹尖端的有严重的应力集中，即应力最大，并且有拉应力集中的现象；3）、当这种拉应力集中达到拉伸强度时微裂纹失稳扩展，导致材料的破坏。
格里菲斯理论的来源：由玻璃破坏得到的启示。 格里菲斯理论的基本假设为：
1、岩石的裂隙可视为极扁的扁椭圆裂隙；
2、裂隙失稳扩展可按平面应力问题处理；
3、裂隙之间互不影响。
按格里菲斯理论，裂纹失稳扩展条件为 1）、当1330σσ+>时，满足
21313()8()0t σσσσσ-++= (2-2)
时发生破坏。
2)、当1330σσ+<时，满足
8c t σσ=- (2-3)
时发生破坏。式中。 c —单向抗压强度， t —单向抗拉强度。
按格氏理论，岩石的拉压强度是抗拉强度的8倍。
按照格里菲斯理论，岩石破坏的微观机制是微裂隙的受拉破坏，宏观机制是微裂隙的失稳扩展并汇合成宏观裂隙。
三、修正的格里菲斯理论
格里菲斯理论没有考虑裂隙受压和裂隙面摩擦的情况，只能用于裂隙严格受拉的情况，因此Maclintock 和Walsh 考虑到裂隙在压应力作用下的混发生闭合的情况，对格里菲斯理论进行了修正，得到了修正的格里菲斯准则
123311
(1)(1)(1)
t
f f σσσσσσ=
-+-+ (2-4)
式中t σ—岩石的抗拉强度。由于抗拉强度测量比较困难。因此用抗压强度代替抗拉强度。
当310,c σσσ==时从上式可求出
c σ= (2-5)
将(2-5) 式代入(2-4)式可得到以抗压强度表示的修正的格里菲斯准则。
3
11c c σσσσ= (2-6)
式中f 是裂隙面的摩擦系数。
研究裂纹的两种方法：1、椭圆坐标；2、数学裂纹。 以上是二维理论，其进一步的假设为：
1、岩体内遍布微裂隙，且裂隙可理想化为格里菲斯裂纹；
2、岩体内裂纹均匀分布，但裂纹之间没有相互作用。
第三节、岩石剪切破坏的强度条件
一、莫尔强度理论
莫尔强度理论的基本观点：莫尔强度理论认为，材料在压应力作用下的屈服和破坏，主要是在材料内部某一截面上的剪应力到达一定限度，但也和作用于该截面上的正应力有关。
莫尔强度理论的来源：最早起源于对金属摩擦的研究。对岩石力学而言，主要来源于土力学。
根据对摩擦的研究，滑动面上的剪切位移既与剪应力有关，又与正应力有关，剪切破坏的一般示意图如下。
因此，强度准则的一般形式为
()f τσ= (2-6) 上式一般是非线性关系，因此在τ－σ图上一般是曲线，直线是其特例，也是最简单的情况。
下图是几种典型的剪切破坏()f τσ=曲线
二、绘制()f τσ=的方法：
按照莫尔理论测定岩石的强度，有以下几种方法：
1、由三轴压缩实验测定破坏时的σ1和σ3，由此绘制一系列极限应力图，这些圆的包络即是强度曲线()f τσ=。
2、由剪切试验(斜剪或直剪)，得到破坏时的一系列τa
和σa (方法见前一条)，由此拟合
曲线。
3、按单向抗拉强度和单向抗压试验求强度曲线。
)c t
c t
σστσσσ-=
+
(2－7) 7
6
以下讨论式(2－6)的导出过程。按图2-8，从抗压和抗拉两个实验绘制莫尔圆，可确定如下曲线
c tg τσφ=+
设摩擦角为φ，则单向受压时的剪应力和正应力为
cos 2
c
στφ=
，sin 2
2
c
c
σσσφ=
-
单向受拉时的剪应力和正应力为
cos 2
t
t στφ=
，sin 2
2
t
t
t σσσφ=
+
直线斜率为
t t tg ττφσσ-=+?()cos ()()sin t t t tg σσφ
φσσσσφ
-=+-- ? 22()cos ()sin ()sin t t t σσφσσφσσφ-=+-+ ? ()sin t t σσσσφ-=+
8 2-8
? sin t
t
σσφσσ-=
+ 纵坐标上的点C 确定的方法
0cos 2t C σφτ=+,0t
tg τ
φσ=
? 0t tg τσφ=?
? 0(s i n )2
2
t
t
tg σστφφ=+
?
(s i n c o s )
2
t
C t g t g σφφφφ=
++ 由辅助三角形
tg φ=
，cos c t φ=；sin c t
c t σσφσσ-=+
代入上式得到
?
2t c t C σ=
?
22C =
= ?
C =
=
因此
)c t c t
σστσ
σσσ-=
=+
然后根据图2－9可以得到各个量的几何关系，得出(2－7)式。
2-9 t
σσ+t
σσ-φ
三、库仑—莫尔理论
按莫尔强度理论得到的岩石强度曲线一般是曲线，直线是其特例。在莫尔理论的基础上，库仑假设岩石的剪切强度曲线是直线，称为库仑—莫尔理论。按照库仑—莫尔理论，对于图2—7所示的岩石的直剪情况下的破坏，剪切强度τ可按下式确定
C tg τσφ=+ (2-8)
或者
C f τσ=+? (2-8a)
上式中的绝对值表示剪切破坏与滑移方向无关。式中，σ—作用在剪切面上的正应力，φ—岩石的内摩擦角，f —岩石的内摩擦系数，C —岩石的纯剪切强度(即剪切滑移面上的正应力
0σ=时的剪切强度)，也称内聚力，粘结力。
但工程岩体的应力状态比图(2-7)所示的更复杂，为了便于将莫尔—库仑理论推广到一般的应力状态，需要有比式(2-8)更方便的公式，为此首先介绍应力莫尔圆。 应力莫尔圆简介
考虑两种平面直角坐标Oxy Ox y ''和中应力分量的变换
如果坐标系Oxy 中的应力分量,,x y xy σστ已知，则对于图2-10的情况容易导出
''''11()()cos 2sin 222
11()()cos 2sin 2221()sin 2cos 22x x
y x y xy y x y x y xy x y y x xy σσσσσατασσσσσατατσσατα?=++-+??
?
=+--+??
?
=--??
''',y x x τσ是坐标系''oy x 坐标中应力分量。若在主应力空间，则0=xy τ，1σσ=x ，2σσ=y ，
因此
y y
图 2-10
???
???
?-=-++=ασστασσσσσ2sin )(212cos )(2
1)(2131''3131'y x x (a )
x x y στ'''和也可看作是与1σ成α角的平面上的法向应力和剪应力，即可写为
???
???
?-=-++=ασστασσσσσαα2sin )(212cos )(2
1)(21313131 (2-9) 下面讨论αατσ,的几何表示。将(2-9)式改写为
???????=-+-=-αατ
ασσσσσασσ2sin )(2
1)(212cos )(21313131 (2-10)
从(2-10)式可以求出，
222121311[()]()24
αασσστσσ-++=-
在ααστ,平面上，上式表示一个圆，圆心在σ轴上]0),(21[31σσ+，半径为)(2
131σσ-，被称为莫尔应力圆，在不引起误解的情况下，用στ,表示与1σ成α角的平面上的正应力和
剪应力αατσ,。
图2-12的应力莫尔圆，是公式(2-10)的几何表示。
考虑下面的试验。试件受1σ和3σ的作用，31σσ>。试件中的某个面与1σ的夹角为α，则在31,σσ作用下，该斜面上的法向应力ασ，和剪应力ατ就是应力莫尔圆上的P 点的横坐标和纵坐标。对比图2-10和2-11试件内与1σ成α角的面，就是莫尔应力圆上与σ成α2角的点。因此从圆心]0),(2
1
[31σσ+起做与σ轴为α2角的射线，它与射线与σ轴夹角为α2，
1
,σx y 3
图 2-11
应力莫尔圆的交点为P 。从图2-11可以看出，P 点的横坐标ασ和纵坐标ατ分别为
ασσσσσα2cos )(21)(213131-++=
； ασστα2sin )(2
1
31-= (2-11a ，b )
如果将(2-11)式中的στ,理解为图2-13所示的α面上的剪应力和正应力，则(2-11)式可以推广到受压岩石的剪切破坏。 将(2-11)代入(2-8)，得出
131313111
()sin 2[()()cos 2]222
C f σσασσσσα-=+++-? 整理上式可得
131311
()(sin 2cos 2)()22
f f C σσαασσ--?-?+= (2-12) 式(2-12)中，13,σσ是作用在岩石上的载荷，其大小是已知的，而受压岩石的剪切破坏面无法事先知道，即剪切破断角α是未知的。因此无法使用(2-8)式判断岩体的剪切破坏。
显然破
图 2-13
图2-12
坏在C 取最大值的面上发生。由于(2-12)式仅仅与角度α有关。这意味着只有当0d C
da
=，即(2-12)式取极值时才可能发生，将(2-12)式对剪切破断角α导，得到
13130()cos2()sin 2f σσασσφ=-+-
? cos2sin 2a f a -= ?12tg a f
=-
注意到f tg φ=，则
11
2tg a tg f
φ=-
= (2-13) 从上式可以求出 sin cos 2cos sin 2φα
φα
=-
? sin sin 2cos2cos 0φααφ+=
或者
cos(2)0αφ-=
要是上式满足，必然有
22
π
φα-=
或者
42
π
φ
α=
+
(2-14)
式中α是破断角，即与最小主应力的夹角，φ是摩擦角。
库仑—莫尔准则(2-13)式是τσ-平面上的直线，应力莫尔圆是τσ-图上的一个圆，应力莫尔圆上点的纵坐标横坐标分别表示和岩样内某一截面上的剪应力和法向应力。因此τσ-面内强度曲线和应力莫尔图的交点是受压岩样剪切破坏时的剪应力和法向应力，α是破断角。用(2-12)式判断岩体的破坏也不是十分方便。
在岩石的三轴抗压压缩实验中1σ和3σ是已知的，因此下面讨论用1σ和3σ表示的库仑—摩尔准则。
从下图可以看出：
α
σ
图2-14
1
σ
13
sin ,2
R AB AB AO OB σσφ-=
==+ (a )
而
13
,2
AO C ctg OB σσφ+=?=
(b )
因此
13
2
AB C ctg σσφ+=?+
(c )
将(b )、(c )代入(a )，得到
13
13
()sin 2
2
C ctg σσσσφφ-+=?+
或者
1313()sin 2cos C σσσσφφ-=++
整理上式，并令1sin 2cos ,1sin 1sin c C N φφ
σφφ
+=
=
--，可以得到 13c N σσσ=+ (2-15)
式中c σ－单向抗压强度。(2-15)式是库仑—莫尔准则一种常用的形式，在粘聚力c 和内摩擦角已知的情况下使用。
213tan c σσασ=+ (2-16)
(2-16)式是库仑－莫尔准则的另一种形式。其导出过程如下：
22
π
φα-=
[(2-14)式]，因此
21sin 1sin(2)1cos 22sin 2π
φααα+=+-=-=
21sin 1sin(2)1cos 22cos 2
π
φααα-=--=+=
这样N = 222
1sin 2sin tan 1sin 2cos φα
αφα
+==-，将它代入(2-15)式，得到(2-16)式。 库仑－莫尔准则与单轴抗压强度和单轴抗拉强度的关系
令(2-15)式中的侧向应力3σ=0，得到单向抗压强度
2cos 1sin c C φ
σφ
=
-
但是，另一方面，(2-15)式中的纵向应力3σ=0，得到的 3c
t N
σσσ=-
≠ 不是压应力作用下岩石的抗拉强度t σ。分析如下：
由于岩石的摩擦系数大于零，即0f <<∞，则(2-13)式表明2tg a 位于第二象限，因此
22
π
απ<<，4
2
π
π
απ<<
做辅助三角型
f
-
1
借助于辅助三角型，可以得到
sin 2a =
，cos 2a =
将sin 2a ，cos2a 和tg f φ=代入(2-15)式，得到
122
13132()(1)()C f f σσσσ=-+-+
122
1313()(1)
()2f f C σσσσ-+-+<
时不破坏
122
1313()(1)
()2f f C σσσσ-+-+>
时不破坏
1313(()2f C σσσσ-+=
C f f f f 2)1()1(2321=++--+σσ (2-17)
处于极限状态。显然
13
13
13
sin 2(
cos 2)2
2
2
a a tg C σσσσσσφ-+--+
<
另一方面，从库仑准则的适用条件0>ασ，并利用应力的坐标变换公式(2-11a ，b )，得到
0)2cos 1()2cos 1(2cos )()(2313131>-++=-++=ασασασσσσσα
改写上式得到
0)11()11(2
32
1>++
++-
f
f f
f σσ
或者
0)]1()1([1123212
>+++-++f f f f f σσ (2-18a )
由于012>+f ，因此0>ασ要求
13))0f f σσ+> (2-18b )
联立(2-18)式和(2-18)式，得出
C f f 2)1(221>-+σ 或者 C f f >-+)1(21σ (2-19)
注意到
???222
2
cos sin tan =
=f ，?
???2222
2cos sin cos tan 11+=+=+f 因此
?
?
?cos sin cos 112-
=
-+f f 这样从(2-19)式得到
2
sin 1cos cos sin cos 11c
C C σ???
?
?σ=-=
-
>
(2-20)
上式表明，按照库仑—莫尔准则，即1σ的最小值为
2
c
σ>0。因此只有21c σσ>时，(2-15)式
c N σσσ+=31才成立。这样证明了不能令(2-15)式中的纵向应力1σ=0，因此
3c
t N
σσσ=-
≠
不是岩样的拉应力。不等式2
1c
σσ>
也给出了库仑—莫尔准则的适用范围。
???
???
?
≤-=>
=++--+)2()
2
(2)1()1(1312321c t c
C f f f f σσσσσσσσ
将(2-15)式改写为
N
N c
σσσ-
=
1
3 (2-21)
在31~σσ图上，(2-21)式是一条直线，斜率t
c σσβ2
/arctan
=。当03=σ时，c σσ=1；当03=σ时，N
c
23σσ-=。上图表明库仑—莫尔准则的有效范围为线段AP 。
库仑—莫尔准则不仅适合与土，还适合于完整岩石，它合理地给出了剪切破坏所需要的应力和剪切破坏方向。为了能得出发生剪切破坏时应力的大小，利用(2-18b )式给出发生时的
图2-15
应力状态1σ，3σ与岩石的抗拉、抗压强度的关系。从(2-18b )式
122
1313()(1)
()2f f C σσσσ-+-+≥ (2-22)
单向压缩时30σ=， 1c σσ=，则(2-22)式变为
122
2(1)
c C f f
σ=
+- (2-22)
单向拉伸时10σ=， 3t σσ=-。从(2-22)式得出
122
2(1)
t C S f f
=
++ (2-23)
1
22122(1)(1)c t f f
f f
σσ++=
+- (2-24) 在上述两种情况下，有1c σσ=，
1
1c σσ=；和3t σσ=-，31t
σσ=-。合并两式得到 3
11c t
σσσσ-= (2-25a ) 和
132c
c t
σσσσσ=+
(2-25b ) 这些关系已在实践中得到证实。
库仑—莫尔准则小结
1、库仑—莫尔准则中包含的物理量、意义及相互关系 粘结力C （也被称为内聚力或固有剪切强度）；摩擦角系数f （f = tan φ）；摩擦角φ；破断角α；单轴抗压强度C σ;系数N 。
破断角与摩擦角之间的关系
2
4?
π
α+
=
粘结力、摩擦角和单轴抗压强度之间的关系
2cos 1sin C C φ
σφ=
- 系数N 与摩擦角之间的关系
1sin 1sin N φ
φ
+=
-
2、库仑—莫尔准则的几种形式
(1)、C f =-στ，(原理形式，在剪切面已知条件下才适用，实际使用不方便)； (2)、2
,2
,cos sin 3
13
1σσσσστ??στ+=
-=
+=m m m m C ，(方便使用，但不常使用)；
(3)、c σασσ+=231tan (以破断角α和单轴抗压强度C σ表示的准则，有时使用)； (4)、13c N σσσ=+ (以1σ，3σ和C σ表示的准则，最方便使用)
第四节、对强度理论的评价
目前使用的有关岩石的各种强度理论和强度准则都有一定的局限性，因而有一定的使用范围
1、莫尔理论
较适合于松散材料，也适合于完整岩石，裂隙岩体的强度和破裂面的方向与该理论预计的有较大差别；不能充分解释拉伸破坏；将剪断和滑移两个相继的过程结作为一个过程处理。
对库仑—莫尔准则理论的评价：
1、可以解释岩石在三向等压时不破坏的现象（在右半区敞开）；
2、可以解释岩石在三向受拉可以破坏的现象（在左半区封闭）；
3、可以解释岩石抗拉强度小于抗压强度的现象；
4、不能充分解释拉伸破坏。
库仑—莫尔准则较全面地反映了岩石的强度特点，不仅适用于塑性材料，也适用于脆性材料的剪切破坏；由于岩石大多是剪切破坏，故适用性较广、简单实用。库仑—莫尔准则不能说明强度的非线性变化，因此比较较粗糙；
2、最大线应变理论
最大线应变理论与破坏的物理过程想抵触，因为张破裂势必涉及到局部拉应力集中，并不一定在最小主应力方向上发生。
3、格里菲斯理论
可以说明裂隙开始时的情况。但对岩石这样的非均匀材料，裂隙开始时的应力要低于破坏时的应力，而且两者之间的关系复杂，因此还不能用来说明岩石的拉伸破坏。
表明实践岩石的破坏渐进破坏。由于岩石的非均匀性，岩体内一点的受力达到强度时发生破坏，将应力转移到周围岩体，导致周围岩体应力增大，于是破坏依次发展，直至形成宏观破裂面。非均匀的岩体。
岩体力学复习提纲 一．概念题 1．名词解释： 【（1）岩石；（2）岩体；（3）岩石结构； （4）岩石构造；（5）岩石的密度；（6）块体密度； 【（7）颗粒密度；【（8）容重；【（9）比重； 【（10）孔隙性；【（11）孔隙率；（12）渗透系数；【（13）软化系数；【（14）岩石的膨胀性；（15）岩石的吸水性；（16）扩容；（【17）弹性模量；（18）初始弹性模量；（19）割线弹性模量；（20）切线弹性模量；（21）变形模量； （22）泊松比；（23）脆性度；【（24）尺寸效应； （25）常规三轴试验；（26）真三轴试验；【（27）岩石三轴压缩强度；（28）流变性；【（29）蠕变；（30）松弛； 【（31）弹性后效；【（32）岩石长期强度；（33）强度准则。 【2．岩石颗粒间连接方式有哪几种？ 【3．何谓岩石的水理性？水对岩石力学性质有何影响？ 【4．岩石受载时会产生哪些类型的变形?岩石的塑性和流变性有什么不同?从岩石的破坏特征看，岩石材料可分为哪些类型？ 5．岩石在单轴压缩下典型的应力—应变曲线有哪几种类型，并用图线加以说明。 6．简述循环荷载条件下岩石的变形特征。 7．简述岩石在三轴压缩条件下的变形特征与强度特征。 【8．岩石的弹性模量与变形模量有何区别？ 【9．岩石各种强度指标及其表达式是什么？ 10．岩石抗拉强度有哪几种测定方法？在劈裂法试验中，试件承受对径压缩，为什么在破坏面上出现拉应力破坏？ 11．岩石抗剪强度有哪几种测定方法？如何获得岩石的抗剪强度曲线？ 12．岩石的受力状态不同对其强度大小有什么影响？哪一种状态下的强度较大？ 13．简述影响岩石单轴抗压强度的因素。 14．岩石典型蠕变可划分为几个阶段，图示并说明其变形特征？ 15．岩石流变模型的基本元件有哪几种？各有何特征？
第六章地下工程灾害预报与防治 第四节、岩爆发生的现象、机理与防治 一、岩爆发生的现象 岩爆是矿井进入深部开采以后更容易遇到的严重的灾害之一。 有记录的岩爆发生的历史 我国岩爆发生的基本情况 岩爆是岩石动力破坏的一种特殊形式 采矿引起岩石破坏的主要形式 1、岩块的冒落或坍落 原因：采矿导致节理岩体的松动。危害：砸伤作业人员、损坏支护。 2、松散岩层变形 原因：在强大地应力作用下，松软岩体的明显变形。危害：损坏支护，改变巷道断面和形状。 3、凿岩爆破等动载荷下的破坏； 4、岩爆、煤与瓦斯突出等动力现象 岩爆发生的一些实例 岩爆的危害：造成人员设备的巨大损失并引起作业人员的恐慌。 岩爆与通常的岩体破坏现象的区别 通常的岩体石破坏发生时的主要现象：1、通常的岩石破坏不会有猛烈的声响和(大量)能量的瞬间释放；2、破坏过程缓慢；3、要进一步施加外载或做功才能发生破坏；4、比较容易预报。 岩爆发生的现象和特点：1、破坏范围大、能量大；2、无明显前兆的情况下，自行发生破坏，难以预报；3、破坏时可以有巨大声响，破坏及其迅速；4、小扰动下会引发岩爆；5、岩爆有滞后发生的现象；6、岩爆引起的岩体突然破坏不需要外界向系统进一步输入能量，因此与爆破载荷引起的岩体动力破坏有实质区别。 岩爆发生的初步的定义(从现象上)： 岩爆是岩石（体）猛烈破坏并释放大量能量的现象。 岩爆是岩石（体）的一种特殊的破坏形式，并可以得出如下结论： 1、岩爆不能简单地等同与岩石的破坏； 2、岩爆所表现出的岩石破坏的动力性，不同于爆破引起的岩石动力破坏。 问题与思考：岩爆与普通岩石破坏的根本区别是什么？ “科学研究的区分，就是根据科学对象所具有的特殊的矛盾性。因此，对某一现象所特有的某种矛盾的研究，就构成某一门学科的对象。”（毛泽东《矛盾论》） 库克认为：“岩体发生破坏，引起矿体—围岩力学系统平衡状态破坏时，若其释放的能量大于消耗的能量，将产生岩爆。” 岩爆与通常岩石破坏的本质区别在于：1、破坏的突然性；2、破坏过程中有多余的(有时是大量的)能量释放。 二、经典力学关于非稳定平衡和突然破坏的研究 1、压杆失稳
9．结构面的剪切变形、法向变形与结构面的哪些因素有关？ 答：结构面的剪切变形、法向变形与岩石强度、结构面粗糙性和法向力有关。 10.结构面力学性质的尺寸效应体现在哪几个方面？ 答：结构面试块长度增加，平均峰值摩擦角降低，试块面积增加，剪切应力呈现出减小趋势。此外，还体现在以下几个方面：（1）随着结构面尺寸的增大，达到峰值强度时的位移量增大；（2）试块尺寸增加，剪切破坏形式由脆性破坏向延伸破坏转化；（3）尺寸增加，峰值剪胀角减小，结构面粗糙度减小，尺寸效应也减小。 12.具有单结构面的岩体其强度如何确定？ 答：具有单结构面的岩体强度为结构面强度与岩体强度二者 之间的最低值。结构面强度为： σ1 =σ3 + 2 ? (C j+σ3?tgφj ) (1 -tgφj ctgβ ) ? sin 2β 岩体强度为： σ=1 + sin φσ+ 2 ?C? cosφ 1 - sin φ 3 1 - sin φ1 18.岩体质量分类有和意义？ 答：为了在工程设计与施工中能区分岩体质量的好坏和表现在稳定性上的差别，需要对岩体做出合理分类，作为选择工程结构参数、科学管理生产以及评价经济效益的依据之一，也是岩石力学与工程应用方面的基础性工作。
19.CSIR 分类法和Q 分类法各考虑的是岩体的哪些因素？ 答: 岩体地质力学分类是由岩体强度、RQD 值、节理间距、单位长度的节理条数及地下水５种指标分别记分，然后累加各项指标的记分，得出该岩体的总分来评价该岩体的质量。CSIR=A+B+C+D+E＋F A——岩体强度（最高15 分）； B——RQD 值（最高分20 分）； C——节理间距（最高分 20 分） D——单位长度的节理条 数（最高分30 分） E——地下水条件（最高分 15 分）。 F——节理方向修正分（最低－ 60，见表2-17b） 巴顿岩体质量（Q）分类 由Barton 等人提出的分类方法： Q ＝RQ D ? J r ? J w
《岩石力学》测试题一 西南科技大学考试试题单 考试科目：岩石力学 （不必抄题，但必须写明题号，试题共计三大题） 一、解释下列术语（每小题4分，共28分） 1.岩石的三向抗压强度岩石在三向同时受压时每个单向分别的强度极限 2.结构面具有一定形态而且普遍存在的地质构造迹象的平面或曲面。不同的结构面，其 力学性质不同、规模大小不一。 3.原岩应力岩石在地下未受人类扰动时的原始应力状态 4.流变在外力作用下，岩石的变形和流动 5.岩石的碎胀性岩石破碎后的体积VP比原体积V增大的性能称为岩石的碎胀性，用碎胀系数ξ来表示。 6.蠕变岩石在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象 7.矿山压力地下矿体被开采后，其周围岩体发生了变形和位移，同时围岩内的应力也 增大和减小，甚至改变了原有的性质。这种引起围岩位移的力和岩体变化后的应力就叫矿山压力。 二、简答题（每小题7分，共42分） 1.岩石的膨胀、扩容和蠕变等性质间有何异同点？ 都是岩石形状改变的一种类型，膨胀和扩容时岩石的体积会增大，扩容和蠕变时需要受力2.岩体按结构类型分成哪几类？各有何特征？ 整体块状 层状 碎裂
散体 3.用应力解除法测岩体原始应力的基本原理是什么？ 4.格里菲斯强度理论的基本要点是什么？ 5.在不同应力状态下，岩石可以有几种破坏形式？ 压缩破坏拉伸破坏剪切破坏 6.喷射混凝土的支护作用主要体现在哪些方面？ 喷射混凝土的厚度是否越大越好？为什么？ 三、计算题（30分） 1.将一岩石试件进行三向抗压试验，当侧压σ2= σ3=300kg/cm2时，垂直加压到2700kg/cm2试件破坏，其破坏面与最大主平面夹角成60°，假定抗剪强度随正应力呈线性变化。试计算：（1）内磨擦角φ；（2）破坏面上的正应力和剪应力；（3）在正应力为零的那个面上的抗剪强度；（4）假如该试件受到压缩的最大主应力和拉伸最小主应力各为800kg/cm2，试用莫尔园表示该试件内任一点的应力状态？（本题20分） 2.岩体处于100m深，上部岩体的平均容重γ=2.5T/M3，泊松比μ=0.2，自重应力为多少？当侧压力系数为1.0时，自重应力为多少？（本题10分 《岩石力学》测试题二 双击自动滚屏
《岩石力学》复习资料 1.1简述岩石与岩体的区别与联系。 答：岩石是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体，力学性质可在实验室测得；岩体是指由背诸如节理、裂隙、层理和断层等地质结构面切割的岩块组成的集合体，力学性质一般在野外现场进行测定，因此更接近岩体的实际情况，反映岩体的实际强度。 1.2岩体的力学特征是什么？ 答：（1）不连续性：岩体受结构面的隔断，多为不连续介质，但岩块本身可作为连续介质看待； （2）各向异性：结构面有优先排列位向的趋势，随着受力岩体的结构趋向不同力学性质也各异； （3）不均匀性：结构面的方向、分布、密度及岩块的大小、形状和镶嵌状况等在各部位都很不一致，造成岩体的不均匀性； （4）岩块单元的可移动性：岩体的变形破坏往往取决于组成岩体的岩石块单元体的移动，这与岩石块本身的变形破坏共同组成岩体的变形破坏； （5）力学性质受赋存条件的影响：在一定的地质环境中，岩体赋存有不同于自重应力场的地应力场、水、气、温度以及地质历史遗留的形迹等。 1.3岩石可分为哪三大类？它们各自的基本特点是什么？ 答：（1）岩浆岩：由岩浆冷凝形成的岩石，强度高、均匀性好； （2）沉积岩：由母岩在地表经风化剥蚀后产生，后经搬运、沉积和结硬成岩作用而形成的岩石，具有层理构造，强度不稳定，且具有各向异性； （3）变质岩：由岩浆岩、沉积岩或变质岩在地壳中受高温、高压及化学活动性流体的影响发生变质而形成的岩石。力学性质与变质作用的程度、性质以及原岩性质有关。 1.4简述岩体力学的研究任务与研究内容。 研究任务：①建模与参数辨别；②确定试验方法、仪器与信息处理；③现场测试；④实际应用； 研究内容：①岩石与岩体的物理力学性质（岩石的物质组成和结构特征，岩石的物理、水理性质，岩块在不同应力状态作用下的变形和强度特征，结构面的变性特征和强度参数的确定等）；②岩石和岩体的本构关系（岩块的本构关系，岩体结构面分类和典型结构面本构关系，岩体的本构关系）；③工程岩体的应力、变形和强度理论（岩体初始应力测量及分布规律，岩体中应力、应变和位移计算，岩体破坏机理、强度理论和工程稳定性维护与评价）：④岩石（岩块）室内
东北大学继续教育学院 岩石力学试卷（作业考核线上2） B 卷（共 6 页） 一、 1、岩石与岩体的关系是（ B ）。 （A）岩石就是岩体（B）岩体是由岩石和结构面组成的 （C）岩石是岩体的主要组成部分 2、流变性质指材料的应力应变关系与（ B ）因素有关系的性质。 （A）强度（B）时间（C）载荷大小（D）材料属性 3、比较岩石抗压强度、抗剪强度和抗拉强度的大小为（ C ）。 （A）抗压强度<抗剪强度<抗拉强度（B）抗压强度>抗拉强度>抗剪强度 （C）抗压强度>抗剪强度>抗拉强度 4、影响岩体力学性质各向异性的主要因素为（ B ）。 （A）地下水（B）结构面（C）构造应力场 5、巴西试验是一种间接测定岩石（ B ）强度的试验方法。 （A）抗压（B）抗拉（C）抗剪 6、蠕变是指介质在大小和方向均不改变的外力作用下，介质的（B ）随时间的变化而 增大的现象。 （A）应力（B）应变（C）粘性 7、下列参数不是岩石强度指标的为（ A ）。 （A）弹性模量（B）内聚力（C）摩擦角 8、在地应力测量中以下那种方法不属于直接测量法（D ） （A）扁千斤顶法（B）声发射法（C）水力劈裂法（D）全应力解除法 9、按照库仑—莫尔强度理论，若岩石强度曲线是一条直线，则岩石破坏时破裂面与最大 主应力作用方向的夹角为（ C ）。 （A）45°（B）（C）（D）60° 10、岩石质量指标RQD是（A）以上岩芯累计长度和钻孔长度的百分比。 （A）10cm（B）20cm（C）30cm 11、下列关于岩石长期强度S∞和瞬间强度S0的关系正确的是（D）。 （A）S∞＞S0 （B）S∞≤S0 （C）S∞≥S0 （D）S∞＜S0 12、下列关于库伦强度理论论述不正确的是（B） (A) 库伦准则是摩尔强度理论的一个特例(B)适用于受拉破坏 (C) 适用于岩石压剪破坏(D)适用于结构面压剪破坏 13、关于格里菲斯强度理论论述不正确的是（C） (A)岩石抗压强度为抗拉强度的8倍
《岩石力学》复习资料 1.1 简述岩石与岩体的区别与联系。 答：岩石是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体，力学性质可在实验室测得；岩体是指由背诸如节理、裂隙、层理和断层等地质结构面切割的岩块组成的集合体，力学性质一般在野外现场进行测定，因此更接近岩体的实际情况，反映岩体的实际强度。 1.2 岩体的力学特征是什么？ 答：（1）不连续性：岩体受结构面的隔断，多为不连续介质，但岩块本身可作为连续介质看待； （2）各向异性：结构面有优先排列位向的趋势，随着受力岩体的结构趋向不同力学性质也各异； （3）不均匀性：结构面的方向、分布、密度及岩块的大小、形状和镶嵌状况等在各部位都很不一致，造成岩体的不均匀性； （4）岩块单元的可移动性：岩体的变形破坏往往取决于组成岩体的岩石块单元体的移动，这与岩石块本身的变形破坏共同组成岩体的变形破坏； （5）力学性质受赋存条件的影响：在一定的地质环境中，岩体赋存有不同于自重应力场的地应力场、水、气、温度以及地质历史遗留的形迹等。 1.3 岩石可分为哪三大类？它们各自的基本特点是什么？ 答：（1）岩浆岩：由岩浆冷凝形成的岩石，强度高、均匀性好； （2）沉积岩：由母岩在地表经风化剥蚀后产生，后经搬运、沉积
和结硬成岩作用而形成的岩石，具有层理构造，强度不稳定，且具有各向异性； （3）变质岩：由岩浆岩、沉积岩或变质岩在地壳中受高温、高压及化学活动性流体的影响发生变质而形成的岩石。力学性质与变质作用的程度、性质以及原岩性质有关。 1.4 简述岩体力学的研究任务与研究内容。 研究任务：①建模与参数辨别；②确定试验方法、仪器与信息处理；③现场测试；④实际应用； 研究内容：①岩石与岩体的物理力学性质（岩石的物质组成和结构特征，岩石的物理、水理性质，岩块在不同应力状态作用下的变形和强度特征，结构面的变性特征和强度参数的确定等）；②岩石和岩体的本构关系（岩块的本构关系，岩体结构面分类和典型结构面本构关系，岩体的本构关系）；③工程岩体的应力、变形和强度理论（岩体初始应力测量及分布规律，岩体中应力、应变和位移计算，岩体破坏机理、强度理论和工程稳定性维护与评价）：④岩石（岩块）室内实验（室内实验是岩石力学研究的基本手段）；⑤岩体测试和工程稳定监测（岩体原位力学实验原理和方法，岩体结构面分布规律的统计测试，岩体的应力、应变、位移检测方法及测试数据的分析利用，工程稳定准则和安全预测理论与方法）。 1.5 岩体力学的研究方法有哪些？ 研究方法是采用科学实验、理论分析与工程紧密结合的方法。 ①对现场的地质条件和工程环境进行调查分析，掌握工程岩体的组构规律和地质环境；
2020年硕士研究生统一入学考试 矿山岩体力学 第一部分考试说明 一、考试性质 矿山岩体力学学是东北大学资源与土木工程学院采矿工程专业、矿业工程专业硕士生（采矿方向）入学考试的专业基础考试科目，考试对象为参加东北大学资源与土木工程学院采矿工程专业、矿业工程专业（采矿方向）2020年全国硕士研究生入学考试的准考考生。 二、考试形式与试卷结构 1. 答卷方式：闭卷，笔试 2. 答题时间：180分钟 3. 考试题型及比例(均为约占) 术语解释15% 简答题15% 计算题20% 分析、论述题30% 应用题20% 4. 参考书目 赵文. 《岩石力学》，中南大学出版社，2010 蔡美峰. 《岩石力学与工程》，科学出版社，2002 郑永学. 《矿山岩体力学》，冶金工业出版社，1988 Brady B.H.G., Brown E.T./佘诗刚、朱万成、赵文等译. 《地下采矿 岩石力学/Rock Mechanics for Underground Mining》，科学出版社， 2010
第二部分考查要点 一、基础知识 1．完整岩石的物理性质、力学性质、影响因素等； 2．岩体结构及岩体力学性质，结构面的力学性质、岩体质量评价；3．地应力及其测量方法； 4．岩石支护与加固 5．相似材料模型 6．岩石力学数值分析方法分类及其适用条件 二、露天矿边坡 1．露天边坡稳定性的影响因素、破坏形式； 2．稳定性分析和计算； 3．露天矿边坡的治理。 三、金属矿床地下开采 1.与地压有关的概念，围岩与支架力学模型； 2.巷道地压、竖井地压、采场地压、地压控制方法； 3.采空区处理、井巷维护原则与支护
岩石力学复习题B 一、选择题 1、岩石与岩体的关系是（ B ）。 （A）岩石就是岩体（B）岩体是由岩石和结构面组成的 （C）岩石是岩体的主要组成部分 2、大部分岩体属于（ C ）。 （A）均质连续材料（B）非均质材料 （C）非均质、非连接、各向异性材料 3、比较岩石抗压强度、抗剪强度和抗拉强度的大小为（ C ）。 （A）抗压强度<抗剪强度<抗拉强度（B）抗压强度>抗拉强度>抗剪强度（C）抗压强度>抗剪强度>抗拉强度 4、影响岩体力学性质各向异性的主要因素为（ B ）。 （A）地下水（B）结构面（C）构造应力场 5、巴西试验是一种间接测定岩石（ B ）强度的试验方法。 （A）抗压（B）抗拉（C）抗剪 6、蠕变是指介质在大小和方向均不改变的外力作用下，介质的（ B ）随时 间的变化而增大的现象。 （A）应力（B）应变（C）粘性 7、下列参数不是岩石强度指标的为（ A ）。 （A）弹性模量（B）内聚力（C）摩擦角 8、格里菲斯准则认为岩石的破坏是由于（ A ）。 （A）拉应力引起的拉裂破坏（B）压应力引起的剪切破坏 （C）压应力引起的拉裂破坏 9、按照库仑—莫尔强度理论，若岩石强度曲线是一条直线，则岩石破坏时破裂面与最大主应力作用方向的夹角为（ C ）。 （A）45°（B）45 2 ? ?+ （C） 45 2 ? ?- （D）60° 10、岩石质量指标RQD是（A ）以上岩芯累计长度和钻孔长度的百分比。A
（A ）10cm （B ）20cm （C ）30cm 11、下列关于岩石长期强度S ∞和瞬间强度S 0的关系正确的是（D ）。 （A ）S ∞＞S 0 （B ）S ∞≤S 0 （C ）S ∞≥S 0 （D ）S ∞＜S 0 12 A 13 C 二、 填空题 １． 就破坏机理而言，岩石材料破坏的主要形式有（ 断裂破坏 ）和 （ 流变破坏 ）两种。 ２． 岩石的弹性变形特性常用（ 弹性模量 ）和（ 泊松比 ）两 个常数来表示。 ３． 岩石变形性质按卸载后变形是否可以恢复可分为（ 弹性变形 ）和 （ 塑性变形 ）两类。 ４． 岩石的剪切模量G 可用岩石的弹性模量E 和泊松比μ计算，其计算公式为 （ 2(1)E μ+ ）；同样岩石的拉梅常数λ也可以用岩石的弹性模量 E 和泊松比μ计算，其公式为（ (1)(12)E μ μμ+- ）。 ５． 岩体基本质量应由受（ 岩石坚硬程度 ）和 （ 岩体完整程度 ）。 ６． 巴西劈裂试验中，P 为劈裂破坏时最大压力，D 为岩石圆盘的直径，T 为岩 石圆盘厚度，则岩石抗拉强度的公式为（ 2t P DT σπ= ）。 7本构关系，强度准则 8 松动和蠕动
第一章 1 岩石的造岩矿物有哪些？P13 答：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，赤铁矿等 2岩石的结构连接类型有结晶连接，胶结连接。P15 3何谓岩石的微结构面？主要是指那些？P13 岩石中的微结构面，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。包括矿物解理，晶格缺陷，晶粒边界，粒间空隙，微裂隙等。 4 岩石按地质成因分类，分三类，有岩浆岩，沉积岩，变质岩。P17 岩浆岩：岩浆不断向地壳压力低的地方移动，以致冲破地壳深部的岩层，沿着地缝上升，上升到一定的高度，温度、压力都发生降低，当岩浆的内部压力小于上部岩层压力时，迫使岩浆停留，凝成岩浆岩。 水成岩：也叫沉积岩，是由风化剥蚀作用或火山作用形成的物质，在原地或被外力搬运，在适当的条件下沉积下来，经胶结和成岩作用而形成的，其矿物成分主要是粘土矿物，碳酸盐和残余的石英长石等，句层理结构，岩性一般哟明显的各项异性，按形成条件及结构特点，沉积岩分为：火山碎屑岩，粘土岩，化学岩和生物化学岩 变质岩：是在已有岩石的基础上，经过变质混合作用后形成的，温度和压力的不同，生成比不同的变质岩。 5岩石物理性质的主要指标及其表达方式是什么？P24-29
有容重，比重，孔隙率，含水率吸水率，渗透系数，抗冻系数。 重点是：比重、容重、吸水率、透水性的公式看看。 岩石在一定的条件下吸收水分的性能称为岩石的吸水性，含水率=岩石中水的质量与岩石烘干质量的比值。 岩石的透水性是岩石能被水透过的的性能。可用渗透系数来衡量。 P30 岩石在反复冻融后强度降低的主要原因是：一构成岩石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化时，由于矿物的胀、缩不均匀二导致岩石的结构破坏；二当温度降到O°C一下时，岩石空隙中的水讲结冰，其体积增大约9%，会产生很大的膨胀压力，使岩石结构发生改变，直至破坏。 6 岩石的的强度及岩石单轴压缩破坏有几种形式？P31 岩石在各种载荷的作用下达到破坏的时所能承受的最大压力称为岩石的强度。 有三种，X状共轭斜面剪切破坏；但斜面剪切破坏；拉伸破坏。P33 7 什么是全应力应变曲线？P48 曲线不仅包括应力应变达到峰值时的曲线，还包括岩石超过峰值强度破坏后的变形特征。要用刚性试验机才能获得。 8 什么是摩尔包络线？如何根据实验绘制摩尔包络线？ 试件破坏时的应力摩尔圆，沿着很多的摩尔圆绘制包裹的曲线，也就是摩尔强度曲线，有直线型，有抛物线型的，包络线与Y轴的截距称为岩石的粘结力，与X轴的夹角称为岩石的内摩擦角。 有两种方式得到摩尔包络线：一对五六个岩石试件做三轴压缩实验，每次的围压不等，由小到大，得出每次试件破坏时的应力摩尔圆，有时也用单
岩石力学考试重点题型分析 第一题：对下列的名词进行解释 1.岩体质量指标RQD 2.岩石的弹性模量和变形模量 3.地应力与次生应力 4.岩石的蠕变与松弛 5.地基承载力 6.弹性变形 7. 等应力轴比 8. 极限承载力 9. 塑性变形 10.岩石本构关系 第二题：填空题 1.根据结构面的成因，通常将其分为三种类型：原生结构面、构造结构面及次生结构面。 2.同一岩石各种强度中最大的是单轴抗压强度，中间的是抗剪强度，最小的是单轴抗拉强度。 3.岩石的抗剪强度用凝聚力C和内摩擦角Φ来表示 4.隧（巷）道轴线方向一般应与最大主应力平行（一致）。弹性应力状态下，轴对称圆形巷道围岩切向应力σr径向应力σθ的分布和角度无关，应力大小与弹性常数E、υ无关。 5.岩石的变形不仅表现为弹性和塑性，而且也具有流变性质，岩石的流变包括蠕变、松弛和弹性后效。 6.D-P准则是在C-M准则和塑性力学中的Mises准则基础上发展和推广而来的，应力第一不变量I1=＿＿。 7.边坡变形主要表现为松动和蠕动。 8.边坡按组成物质可分为土质边坡和岩质边坡。
9.岩坡的失稳情况，按其破坏方式主要分为崩塌和滑坡两种。 10.地基承载力是指地基单位面积上承受荷载的能力，一般分为极限承载力和容许承载力。 11.路基一般分为路堤和路堑两种，高于天然地面的填方路基称为路堤；低于天然地面的挖方路基称为路堑。 第三题：简述题 1.岩石力学的研究内容及研究方法。 2.地下水对岩体的物理作用体现在哪些方面？ 3. 简述地应力分布的基本规律。 4.喷砼的支护特点。 5.边坡稳定性的影响因素。 6．岩石的强度指标主要有哪些？各指标是如何定义的？ 7.地应力对岩体力学性质的影响体现在哪些方面？ 8.边坡平面破坏计算法的假定条件。 第四题：论述题 1.结合下图，说明重力坝坝基深层滑动稳定性计算中：①不按块体极限状态计算的等K 法；②按块体极限状态计算的等K 法的计算思路（块体中各种作用力可以用符号代表）（图见书上424页图8-14a ）（第四题） 2. 推导平面问题的平衡微分方程 （图见书上181页图4-2） 3. 根据莫尔—库仑强度理论，推证岩石单轴抗压强度σc 与单轴抗拉强度σt 满足下式： φ φσσsin 1sin 1+-= c t 第五题：计算题： 1. 已知岩样的容重γ=2 2.5kN/m 3，比重80.2=s G ，天然含水量%80=ω，试计算该岩样的孔隙率n ，0=+??+??X y x yx x τσ0 =+??+??Y x y xy y τσ
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 ）岩体中含有大量的不连续 （ 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（）。 （ 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（）。 （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）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？（） （A）锥形（B）菱形（C）楔形（D）方形 1、A 2、C 3、C 4、A 5、D 6、A 7、C 8、 B 9、A 10、D
6、沉积岩中的沉积间断面属于哪一种类型的结构面？（） （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（） （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（） （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）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（） （A）结构面的性质（B）结构体型式 （C）岩石建造的组合（D）三者都应考虑 1、A 2、C 3、C 4、A 5、D 6、A 7、C 8、 B 9、A 10、D 选择题 1、在我国工程岩体分级标准中，软岩表示岩石的饱和单轴抗压强度为（）。（A）15~30MPa （B）<5MPa （C）5~15MPa （D）<2MPa 2、我国工程岩体分级标准中岩体完整性确定是依据（）。
岩石力学复习资料 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
1.岩石在反复冻融后其强度降低的主要原因是什么? ①构成岩石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化时由于矿物的涨缩不均而导致岩石结构的破坏②当温度减低到0℃以下时岩石孔隙中的水将结冰，其体积增大约9%，会产生很大的膨胀压力，使岩石的结构发生改变，直至破坏 2. 岩石试件在单轴压力作用下常见的破坏形式有哪些？ ①单轴压力作用下时间的劈裂②单斜面剪切破坏③多个共轭斜面剪切破坏 3.影响单轴抗压强度的因素有哪些？ 端部效应，试件的形状和尺寸，加载速率 4. 巴西劈裂试验测得的是岩石的哪个强度指标为什么 岩石抗拉强度。根据弹性力学公式，沿竖直直径长沙几乎均匀的水平方向拉力，在试样的水平方向直径平面内，产生最大的压应力。可以看出，圆柱体试样的压应力只有拉应力的3倍，但岩石的抗压强度往往是抗拉强度的10倍，这表明岩石试样在这样条件下总是受拉破坏而不是受压破坏。因此我们可以用劈裂法来确定岩石的抗拉强度。 5. 库伦准则的适用条件。 ①库伦准则是建立在试验基础上的破坏数据②库伦准则和莫尔准则都是以剪切破坏做为其物理机理，但岩石试验证明岩石破坏存在大量的微破裂，这些微破裂是张拉破坏而不是剪切破坏③莫尔库伦准则适用于低围压的情况 6. 岩石单轴压缩状态下的应力-应变曲线一般可分为那四个阶段？ ①在OA区段内，曲线稍微向上弯曲，属于压密阶段，这期间岩石中初始的微裂隙受压闭合②在AB区段内，接近直线，近似于线弹性工作阶段③BC区段
内，曲线向下弯曲，属于非弹性阶段，主要是再平行于荷载方向开始逐渐生成新的微裂隙以及裂隙的不稳定④下降段CD为破坏阶段，C点的纵坐标就是单轴抗压强度Rｃ 7. 岩石全程应力-应变曲线的作用是什么？ 岩爆的预测，蠕变的预测，疲劳破坏 8. 蠕变分为哪几个阶段？ 初始蠕变段，等速蠕变段，加速蠕变段 9. 为何岩石的蠕变曲线很难测得？ 10. 在一定法向应力作用下，结构面在剪切作用下产生的切向变形形式有哪两种？ ①对非充填粗糙结构面，随剪切变形的发生，剪切应力相对上升较快，当达到剪应力峰值后，结构面抗剪能力出现较大的下降，并产生不规则的峰后变形或滞滑现象 ②对于平坦的结构面，初始阶段的剪切变形曲线呈下凹型，随剪切变形的持续发展，剪切应力逐渐升高但没有明显的峰值出现，最终达到恒定值。 11. 影响结构面力学性质的因素。 ①尺寸效应②前期变形历史③后期填充性质 12. 影响结构面剪切强度的因素。 ①法向应力②粗糙度③结构面抗压强度 13. 岩体强度的决定因素。 节理，裂隙，岩块和结构面强度 14. 结构面方位对岩体强度的影响。P65 在某些应力条件下，破坏不沿结构面发生，只有当结构面的倾角A满足内摩擦角 17秋东北大学东大17春学期《岩石力学》在线作业3 一、单选题（共15 道试题，共75 分。） 1. 下列属于表面力的有（） A. 重力 B. 流体压力 C. 剪应力 D. 拉力 正确答案： 2. 下列不是结构面的力学性质主要因素（）。 A. 法向变形 B. 抗压强度 C. 切向变形 D. 抗剪强度 正确答案： 3. 平面滑动时滑动面的倾角与滑动面的摩擦角的关系为（）。 A. β>φ B. β<φ C. β≥φ D. β=φ 正确答案： 4. 构造应力的作用方向为（）。 A. 铅垂方向 B. 近水平方向 C. 断层的走向方向 D. 倾斜方向 正确答案： 5. 下列不是喷出岩常见的岩石的是（） A. 玄武岩 B. 安山岩 C. 流纹岩 D. 花岗岩 正确答案： 6. 已知某岩石饱水状态与干燥状态的抗压强度之比为0.72，则该岩石（）。 A. 软化性强，工程地质性质不良 B. 软化性强，工程地质性质较好 C. 软化性弱，工程地质性质较好 D. 软化性弱，工程地质性质不良 正确答案： 7. 流变性质指材料的应力应变关系与（）因素有关系的性质。 A. 强度 B. 时间 C. 载荷大小 D. 材料属性 正确答案： 8. 在胶结物看，下列哪种胶结强度最低（） A. 硅质 B. 钙质 C. 铁质 D. 泥质 正确答案： 9. 剪胀（或扩容）发生的原因是由于（） A. 岩石内部裂隙闭合引起的 B. 压应力过大引起的 C. 岩石的强度大小引起的 D. 岩石内部裂隙逐渐张开的贯通引起的 正确答案： 10. 岩质边坡发生曲折破坏时，一般是在下列哪种情况下？（） A. 岩层倾角大于坡面倾角 B. 岩层倾角小于坡面倾角 C. 岩层倾角与坡面倾角相同 D. 岩层是直立岩层 正确答案： 11. 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. 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 正确答案： 12. 岩石破坏类型由剪应力引起的是（） A. 劈裂 B. 剪断 C. 单轴拉断 D. 崩落 正确答案： 13. 岩质边坡发生岩块翻转破坏的最主要的影响因素是（）。 A. 裂隙水压力 B. 边坡坡度 C. 岩体性质 D. 节理间距比 正确答案： 14. 关于格里菲斯强度理论论述不正确的是（） 第二章岩石破坏机制及强度理论 第一节岩石破坏的现象 在不同的应力状态下，岩石的破坏机制不同，常见的岩石破坏形式有以下几种 一、拉破坏：岩石试件单向抗压的纵向裂纹，矿柱，采而片帮。特点出现与最大应力 方向平行的裂隙。 " (b) ( 3)试件)戏道 三.重剪破坏：即沿原有的结构而的滑动、重剪破坏 主要的机制：岩体受剪切作用或者受拉应力的作用、三向受压情况下多数为剪切应力的作用，侧向压力较小时可能是拉神破坏，实际工程中可能是不同机制的组合，但侧向应力较大时，可以认为剪切应力是岩石重剪破坏的主要破坏机制。 从岩右?破坏的现彖看，从小到几厘米的岩块到大的工程岩体，破坏形式雷同，并可归纳 为两种，拉断与剪坏，因此有一定的规律可寻。 对岩石破坏的研究： 在单向条件下可以从实验得到破坏的经验关系。但是三向受力条件下，不同应力的组合有无穷多种，因此无法仅仅依靠实验得到破坏的经验关系，因此在一般应力状态，对岩石破坏的研究需要结合理论分析和试验研究两个方而。现代关于岩石破坏的理论分析一般归结为、寻求破坏时的主应力之间的关系 b] =/(bg) 研究的方法有：理论分析：2、试验研究；3、理论研究结合试验研究。 第二节岩石拉伸破坏的强度条件 一、最大线应变理论 该理论的主要观点是，岩石中某个面上的拉应变达到临界值时破坏，而与所处的应力状态无关。强度条件为 叫(2-1) < 一拉应变的极限值，￡ —拉应变。门 囹2-4住仲敲坏 岩石力学复习重点 1.、绪论 1.岩石材料的特殊性：岩石材料不同于一般的人工制造的固体材料，岩石经历了漫长的地质构造作用，内部产生了很大的压应力，具有各种规模的不连续面和孔洞，而且还可能含有液相和气相，岩石远不是均匀的、各向同性的弹性连续体。 2.岩石与岩体的区别： （1）岩石：是组成地壳的基本物质，他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：是指一定工程范围内的自然地质体，他经历了漫长的自然历史过程，经受了各种地质作用，并在地应力的长期作用下，在其内部保留了各种永久变形和各种各样的地质构造形迹如不整合褶皱断层层理节理劈理等不连续面。 重要区别就是岩体包含若干不连续面。起决定作用的是岩体强度，而不是岩石强度。 3.岩体结构的两个基本要素：结构面和结构体。 结构面即岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面与不连续面。 被结构面分割而形成的岩块，四周均被结构面所包围，这种由不同产状的结构面组合切割而形成的单元体称为结构体。 2.岩石的物理力学性质 1.名词解释： 孔隙比：孔隙的体积（Vv）与岩石固体的体积的比值。 孔隙率：是指岩石试样中孔隙体积与岩石总体积的百分比。 吸水率：干燥岩石试样在一个大气压和室温条件下吸入水的重量与岩石干重量之比的百分率。其大小取决于岩石中孔隙数量多少盒细微裂隙的连通情况。 膨胀性：是指岩石浸水后体积增大的性质。 崩解性：岩石与水相互作用时失去粘结力，完全丧失强度时的松散物质的性质。扩容：岩石在压缩载荷作用下，当外力继续增加时，岩石试件的体积不是减小，而是大幅度增加的现象。 蠕变：应力恒定，变形随时间发展。 松弛：应变恒定，应力随时间减少。 弹性后效：在卸载过程中弹性应变滞后于应力的现象。 长期强度：当岩石承受超过某一临界应力时，其蠕变向不稳定蠕变发展，当小于该临界值时，其蠕变向稳定蠕变发展，称该临界值为岩石的长期强度。 2.岩石反复冻融后强度下降的原因： ①构成岩石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化时由于矿物的涨缩不均而导致岩石结构的破坏； ②当温度减低到0℃以下时岩石孔隙中的水将结冰，其体积增大约9%，会产生很大的膨胀压力，使岩石的结构发生改变，直至破坏。 3.影响岩石强度的主要实验因素有哪些？ 内蒙古科技大学岩石力学总复习 (适用于由蔡美峰主编的岩石力学与工程) 1、岩石力学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、岩石力学的研究方法：工程地质研究方法、科学实验方法、数学力学分析方法、整体综合分析方法。（工科数整） 3、岩石的吸水性指标：吸水率、饱水率、饱水系数。 4、岩石的软化性：是指岩石在饱水状态下其强度相对于干燥状态下降低的性能。 5、岩石在各种荷载作用下达到破坏时所能承受的最大应力称为岩石的强度。 6、试件在单轴压缩荷载作用下破坏时，在测件中可产生四种破坏形式（岩石破坏有几种形式）： （1）X状共轭斜面剪切破坏； （2）单斜面剪切破坏； （3）拉伸破坏； （4）塑性流动变形。 7、岩石变形有弹性变形、塑性变形和粘性变形三种。 8、岩石的横向应变与纵向应变的比值称为泊松比。 9、影响岩石力学性质的因素很多，如水、温度、风化程度、加荷速率、围压的大小、各向异性等，对岩石的力学性质都有影响。 10、岩石中的水的赋存形式：一种称之为结合水或束缚水，一种为重 力水或称为自由水，它们对岩石力学性质的影响，主要体现在：连接作用、润滑作用、水楔（xie)作用、孔隙压力作用、溶蚀及潜蚀作用等。 11、不同成因、不同特性的地质界面统称为结构面。 12、软弱结构面-Ⅰ级岩体结构；坚硬结构面-Ⅱ级岩体结构。 13、结构面是具有一定方向、延展较大而厚度较小的二维面状地质界面。 14、根据结构面的形成原因，其可分为：原生结构面、构造结构面及次生结构面。 15、原生结构面包括所有在成岩阶段所形成的结构面。根据岩石成因的不同，可分为沉积结构面、火成结构面及变质结构面三类。 16、地下水对岩体的物理作用：润滑作用、软化和泥化作用、结合水的强化作用。 17、影响岩体分类的因素： ①岩石的质量； ②岩石的完整性； ③结构面条件； ④岩体及结构面的风化程度； ⑤地下水的影响； ⑥地应力。 18、工程岩体分类方法： ①普氏分类法； 第二章 岩石破坏机制及强度理论 第一节 岩石破坏的现象 在不同的应力状态下，岩石的破坏机制不同，常见的岩石破坏形式有以下几种 一、拉破坏：岩石试件单向抗压的纵向裂纹，矿柱，采面片帮。特点出现与最大应力方向平行的裂隙。 二、剪切破坏：岩石试件单向抗压的X 形破坏。从应力分析可知，单向压缩下某一剪切面上的切向应力达到最大引起的破坏。 (a ) (b ) 三、重剪破坏：即沿原有的结构面的滑动、重剪破坏 主要的机制：岩体受剪切作用或者受拉应力的作用、三向受压情况下多数为剪切应力的作用，侧向压力较小时可能是拉神破坏，实际工程中可能是不同机制的组合，但侧向应力较大时，可以认为剪切应力是岩石重剪破坏的主要破坏机制。 从岩石破坏的现象看，从小到几厘米的岩块到大的工程岩体，破坏形式雷同，并可归纳为两种，拉断与剪坏，因此有一定的规律可寻。 对岩石破坏的研究： 在单向条件下可以从实验得到破坏的经验关系。但是三向受力条件下，不同应力的组合有无穷多种，因此无法仅仅依靠实验得到破坏的经验关系，因此在一般应力状态，对岩石破坏的研究需要结合理论分析和试验研究两个方面。现代关于岩石破坏的理论分析一般归结为、寻求破坏时的主应力之间的关系 123(,)f σσσ= 研究的方法有：理论分析；2、试验研究；3、理论研究结合试验研究。 第二节 岩石拉伸破坏的强度条件 一、最大线应变理论 该理论的主要观点是，岩石中某个面上的拉应变达到临界值时破坏，而与所处的应力状态无关。强度条件为 c εε≤ (2-1) c ε—拉应变的极限值，ε—拉应变。 若岩石在破坏之前可看作是弹性体，在受压条件下σ1>σ2>σ3下， 3ε是最小主应力。按弹性力学有3 3E E σμ εσσ= -12（+），即33E εσμσσ=-12（+）。若3ε<0则产生拉应变。由于E >0，因此产生拉应变的条件是 3σμσσ-12（+）<0，3μσσσ12（+）> 若3ε=0ε<0则产生拉破坏，此时抗拉强度为0t E σε＝?0t E σε＝。 按最大线应变理论30εε≥破坏，即 312()t σμσσσ-+≥ (2-2) 式中0ε是允许的拉应变。 二、格里菲斯理论 格里菲斯理论的主要观点是：材料内微小裂隙失稳扩展导致材料的宏观破坏。 格里菲斯理论的主要依据是：1）、任何材料中总有各种微小微纹；2）、裂纹尖端的有严重的应力集中，即应力最大，并且有拉应力集中的现象；3）、当这种拉应力集中达到拉伸强度时微裂纹失稳扩展，导致材料的破坏。 格里菲斯理论的来源：由玻璃破坏得到的启示。 格里菲斯理论的基本假设为： 1、岩石的裂隙可视为极扁的扁椭圆裂隙； 2、裂隙失稳扩展可按平面应力问题处理； 3、裂隙之间互不影响。 按格里菲斯理论，裂纹失稳扩展条件为 1）、当1330σσ+>时，满足 21313()8()0t σσσσσ-++= (2-2) 岩石力学 一、名词解释： （1）岩石：岩石是由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而成的多种矿物颗粒的集合体，是组成地壳的基本物质。 （2）岩体：岩体是地质体，它的形成与漫长的地质年代有关，它是一定工程范围内的自然地质体，经过各种地质运动，内部含有构造和裂隙。 （3）岩石结构：岩石矿物颗粒的大小、形状、表面特征、颗粒相互关系、脉结类型等。 （4）岩石构造：岩石的组成部分在空间排列的情况，如岩石的层面构造、层理构造等。 （5）岩石的密度：是指单位体积岩石的质量，单位是kg/mmmm。分为块体密度和颗粒密度。 （6）块体密度：是指单位体积岩石的质量。根据岩石试样的含水状态不同，分为天然密度、饱和密度和干密度。 （7）颗粒密度：岩石颗粒密度ρs是岩石固相物质的质量与其体积的比值。 （8）容重:岩石容重是指单位体积内岩石的重量单位为KN/m3。 （9）比重:是指岩石的干的重力除以岩石的实体体积（不包括孔隙）再与4摄氏度时水的容重相比。 （10）孔隙性：岩石依其生成原因和生成条件不同，可能含有形状、体积不同的孔隙和裂隙。把岩石所具有的孔隙和裂隙特性，统称为岩石的孔隙性。通常用孔隙率大小表示。 （11）孔隙率：岩石孔隙率n为岩石试件中孔隙总体积与岩石试样总体积之比。 （12）渗透性：地下水在水力坡度（压力差）作用下，岩石能被水透过的性能成为岩石的渗透性。用渗透系数K来表征岩石渗透性能的大小。 （13）渗透系数：是表征岩石透水性的重要指标，其大小取决于岩石中孔隙的大小、数量、方向、相互贯通情况，并根据达西定律在室内测定。 （14）软化性：岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性，通常用软化系数Kr表示。 （15）软化系数：岩石试件的饱和抗压强度与干抗压强度的比值。 （16）岩石的膨胀性：是指岩石浸水后发生体积膨胀的性质。通常以岩石的自由膨胀率、岩石的侧向约束膨胀率、膨胀压力等来表达。 （17）自由膨胀率：指岩石试件在无任何约束件下浸水后所产生膨胀应东大17春学期《岩石力学》在线作业3
东北大学岩石力学讲义岩石破坏机制及强度理论
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东北大学岩石力学讲义第二章岩石破坏机制及强度理论.
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