岩石力学(第2章)

第一章 绪论1、岩石力学定义:岩石力学是研究岩石的力学性质的一门理论与应用科学；它是力学的一个分支；它探讨岩石对其周围物理环境中力场的反应。

2、岩石力学研究的目的：科学、合理、安全地维护井巷的稳定性，降低维护成本，减少支护事故。

3、岩石力学的发展历史与概况： （1）初始阶段（19世纪末—20世纪初）1912年，海姆（A.Hmeim ）提出了静水压力理论：金尼克（A.H.ΠHHHHK ）的侧压理论： 朗金（W.J.M.Rankine ）的侧压理论： （2）经验理论阶段（ 20世纪初—20世纪30年代）普罗托吉雅克诺夫—普氏理论：顶板围岩冒落的自然平衡拱理论； 太沙基：塌落拱理论。

4、地下工程的特点：（1）岩石在组构和力学性质上与其他材料不同，如岩石具有节理和塑性段的扩容（剪胀）现象等； （2）地下工程是先受力（原岩应力），后挖洞（开巷）； （3）深埋巷道属于无限域问题，影响圈内自重可以忽略； （4）大部分较长巷道可作为平面应变问题处理；（5）围岩与支护相互作用，共同决定着围岩的变形及支护所受的荷载与位移； （6）地下工程结构容许超负荷时具有可缩性； （7）地下工程结构在一定条件下出现围岩抗力； （8）几何不稳定结构在地下可以是稳定的； 5、影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素矿物：地壳中具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物； 结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及相互结合的情况； 构造：组成成分的空间分布及其相互间排列关系；第二章 岩石力学的地质学基础 1、岩石硬度通常采用摩氏硬度，选十种矿物为标准，最软是一度，最硬十度。

这十种矿物由软到硬依次为：l-滑石； 2-石膏；3-方解石；Hγ1νλν=-H λγH λγ4-萤石；5-磷灰石；6-正长石；7-石英；8-黄玉； 9-刚玉；10-金刚石；2、解理：是指矿物受打击后，能沿一定方向裂开成光滑平面的性质，裂开的光滑平面称为解理面。

第一章绪论第一节岩体力学与工程实践岩体力学(rockmass mechanics)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。

岩体力学的研究对象是各类岩体，而服务对象则涉及到许多领域和学科。

如水利水电工程、采矿工程、道路交通工程、国防工程、海洋工程、重要工厂(如核电站、大型发电厂及大型钢铁厂等)以及地震地质学、地球物理学和构造地质学等地学学科都应用到岩体力学的理论和方法。

但不同的领域和学科对岩体力学的要求和研究重点是不同的。

概括起来，可分为三个方面：①为各类建筑工程及采矿工程等服务的岩体力学，重点是研究工程活动引起的岩体重分布应力以及在这种应力场作用下工程岩体(如边坡岩体、地基岩体和地下洞室围岩等)的变形和稳定性。

②为掘进、钻井及爆破工程服务的岩体力学，主要是研究岩石的切割和破碎理论以及岩体动力学特性。

③为构造地质学、找矿及地震预报等服务的岩体力学，重点是探索地壳深部岩体的变形与断裂机理，为此需研究高温高压下岩石的变形与破坏规律以及与时间效应有关的流变特征。

以上三方面的研究虽各有侧重点，但对岩石及岩体基本物理力学性质的研究却是共同的。

本书主要是以各类建筑工程和采矿工程为服务对象编写的，因此，也可称为工程岩体力学。

在岩体表面或其内部进行任何工程活动，都必须符合安全、经济和正常运营的原则。

以露天采矿边坡坡角选择为例，坡角选择过陡，会使边坡不稳定，无法正常采矿作业，坡角选择过缓，又会加大其剥采量，增加其采矿成本。

然而，要使岩体工程既安全稳定又经济合理，必须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。

第一章测试1.岩石力学的研究方法主要有（）。

A:工程地质研究方法B:科学实验研究方法C:整体综合分析方法D:数学力学分析方法答案:ABCD2.岩石力学服务对象的广泛性和研究对象的复杂性，决定了岩石力学研究的内容也必须是广泛而复杂的。

（）A:对B:错答案:A3.下列哪些是岩石力学研究热点和发展趋势（）。

A:多场耦合岩石力学B:深层岩石力学C:岩石动力学D:应用岩石力学答案:ABCD4.岩体力学的研究任务主要包括哪几个方面（）。

A:基本原理方面B:试验方面C:实际工程应用方面D:监测方面答案:ABCD5.岩石工程分析和设计的重点是对岩石工程条件的评价，岩石工程变形、破坏的预测，以及相应工程措施的决策。

（）A:对B:错答案:A第二章测试1.大部分岩体属于（）。

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D:非连续材料答案:C2.岩石的弹性模量一般指（）。

A:割线模量、切线模量及平均模量中的任一种B:割线模量C:弹性变形曲线的斜率D:切线模量答案:A3.岩石压缩全应力应变曲线反映的岩石物理力学性质特点包括（）。

A:软化段岩石的承载能力随变形增加会不断降低B:当岩石所受作用力相对不大时，可以将岩石视为刚性材料C:岩石在加载过程中不断有微破裂出现D:到极限强度后，岩石承载能力没有消失答案:ACD4.由于岩石的抗压强度远大于它的抗拉强度，所以岩石属于（）。

A:延性材料B:脆性材料，但围压较大时，会呈现延性特征C:脆性材料D:坚硬材料答案:B5.由于应力变换方程与应变变换方程具有明显的相似性，因此应力应变关系的一阶近似是假定应力张量与应变张量是线性关系。

（）A:对B:错答案:A第三章测试1.岩石的吸水率是指（）。

A:岩石固体重量和岩石饱和重量之比B:岩石饱和重量和岩石试件吸入水的重量之比C:岩石试件吸入水的重量和岩石天然重量之比D:岩石试件吸入水的重量和岩石固体重量之比答案:D2.孔隙率即孔隙和裂隙在岩石中所占的百分率，孔隙率越大，岩石中的孔隙和裂隙就越多，岩石的力学性能就越差。

第一章 概述习题1、 岩石力学的定义：2、 岩石力学研究内容3、岩石力学的研究方法第二章 岩石的物理性质习题习题2-1 已知岩样的容重γ=24.5kN/m 3，比重85.2=s G ，天然含水量(同土力学概念)%80=ω，试计算该岩样的孔隙率n ，干容重d γ及饱和容重m γ。

习题2-2 有一长2.0m 、截面积0.5m 2的大理岩柱体，求在环境温度骤然下降40℃条件下，岩柱散失的热量及因温差引起的变形大小？(已知大理岩石比热C g J c/85.0=，线膨胀系数C/1105.15-⨯=α)。

习题2-3 在由中粒花岗岩构成的工程岩体中，有三组原生节理互成直角相交，各组节理的间距分别为20cm 、30cm 和40cm ，试计算裂隙频率和结构体的大小，并判断该岩体属于哪种结构类型。

习题2-4 据现场观测，中粒花岗岩体中节理均呈微张开(宽度小于1mm)，节理面有轻度风化，但保持潮湿状态，又实测点荷载指数为7.5，如按最有利的条件开凿直径5m 的隧洞，试估算无支护条件下的洞壁最长稳定时间。

第三章 岩石强度 习题习题3-1 将一个岩石试件进行单轴试验，当压应力达到120MPa 时即发生破坏，破坏面与大主应力平面的夹角(即破坏所在面与水平面的仰角)为60°，假定抗剪强度随正应力呈线性变化(即遵循莫尔库伦破坏准则)，试计算：1)内摩擦角。

2)在正应力等于零的那个平面上的抗剪强度。

3)在上述试验中与最大主应力平面成30°夹角的那个平面上的抗剪强度。

4)破坏面上的正应力和剪应力。

5)预计一下单轴拉伸试验中的抗拉强度。

6)岩石在垂直荷载等于零的直接剪切试验中发生破坏，试画出这时的莫尔圆。

7)假若岩石的抗拉强度等于其抗压强度的10%，你如何改变莫尔包络线去代替那种直线型的破坏包络线。

8)假若将一个直径为8cm 的圆柱形试件进行扭转试验，试预计一下要用多大的扭矩才能使它破坏？习题3-2 将直径为3cm 的岩心切成厚度为0.7cm 的薄岩片，然后进行劈裂试验，当荷载达到10000N 时，岩片即发生开裂破坏，试计算试件的抗拉强度。

岩石力学习题第一章绪论1.1 解释岩石与岩体的概念，指出二者的主要区别与联系。

1.2 岩体的力学特征是什么？1.3 自然界中的岩石按地质成因分类可分为几大类，各有什么特点？1.4 简述岩石力学的研究任务与研究内容。

1.5 岩石力学的研究方法有哪些？第二章岩石的物理力学性质2.1 名词解释：孔隙比、孔隙率、吸水率、渗透性、抗冻性、扩容、蠕变、松弛、弹性后效、长期强度、岩石的三向抗压强度2.2 岩石的结构和构造有何区别？岩石颗粒间的联结有哪几种？2.3 岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么？2.4 已知岩样的容重=22.5kN/m3，比重，天然含水量，试计算该岩样的孔隙率n，干容重及饱和容重。

2.5 影响岩石强度的主要试验因素有哪些？2.6 岩石破坏有哪些形式？对各种破坏的原因作出解释。

2.7 什么是岩石的全应力－应变曲线？什么是刚性试验机？为什么普通材料试验机不能得出岩石的全应力－应变曲线？2.8 什么是岩石的弹性模量、变形模量和卸载模量？2.9 在三轴压力试验中岩石的力学性质会发生哪些变化？2.10 岩石的抗剪强度与剪切面上正应力有何关系？2.11 简要叙述库仑、莫尔和格里菲斯岩石强度准则的基本原理及其之间的关系。

2.12 简述岩石在单轴压力试验下的变形特征。

2.13 简述岩石在反复加卸载下的变形特征。

2.14 体积应变曲线是怎样获得的？它在分析岩石的力学特征上有何意义？2.15 什么叫岩石的流变、蠕变、松弛？2.16 岩石蠕变一般包括哪几个阶段？各阶段有何特点？2.17 不同受力条件下岩石流变具有哪些特征？2.18 简要叙述常见的几种岩石流变模型及其特点。

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？2.20 请根据坐标下的库仑准则，推导由主应力、岩石破断角和岩石单轴抗压强度给出的在坐标系中的库仑准则表达式，式中。

2.21 将一个岩石试件进行单轴试验，当压应力达到100MPa时即发生破坏，破坏面与大主应力平面的夹角(即破坏所在面与水平面的仰角)为65°，假定抗剪强度随正应力呈线性变化(即遵循莫尔库伦破坏准则)，试计算：1)内摩擦角。

岩石力学性质试验质量控制规程第一章总则1.1 目的和依据本规程旨在确保岩石力学性质试验的质量，保证试验结果的准确性和可靠性。

依据《国家岩石力学试验规程》（GB/T xxx）进行制定。

1.2 适用范围本规程适用于各类岩石力学性质试验的质量控制，包括但不限于岩石抗压强度试验、剪切强度试验等。

第二章试验室设施和仪器设备的要求2.1 试验室设施要求（1）试验室应具备良好的通风、排水等基础条件，保证实验环境的舒适和安全。

（2）试验室应设置合适的灯光和工作台面，以提供良好的实验操作环境。

（3）试验室应具备合适的防护设施，并遵守相关安全规定。

2.2 仪器设备要求（1）试验机：试验机应具备相应的加载能力，满足试验要求，并且需定期进行校准和维护。

（2）刚度计：刚度计应具备合适的精度和灵敏度，以测定岩石样本的刚度参数。

（3）变形计：变形计应具备足够的灵敏度，以准确测量岩石样本在加载过程中的变形情况。

（4）其它辅助设备：根据试验需要配置合适的辅助设备，如温度计、压力计等。

第三章试验流程的质量控制3.1 试样制备（1）试样应按照试验要求进行制备，包括尺寸、几何形状等。

（2）试样的制备过程应严格按照标准要求进行，确保试样的质量和一致性。

（3）试样的编号和记录应清晰可见，以保证试验结果的追溯性。

3.2 试验参数的设定（1）试验参数的设定应根据试验要求和标准规定进行，确保试验过程的准确性和可比性。

（2）试验参数的设定应在试验前进行检查，以排除设备故障或误操作可能导致的问题。

3.3 试验数据的采集和记录（1）试验数据的采集应使用合适的数据采集系统，并及时记录。

（2）试验数据应准确、完整，并配备相应的日期、时间和试验员信息。

第四章试验结果的评定和报告4.1 试验结果的评定（1）试验结果的评定应基于试验参数的设定和试验数据的收集，确保结果的准确性和可靠性。

（2）试验结果应与标准规定进行比对，以确定试验样本的力学性质。

4.2 试验报告的撰写（1）试验报告应包含试验的目的、方法和结果等相关信息。