岩体力学特性(上)_岩石力学
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《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)。
第二章岩石的基本物理力学性质第一节概述第二节岩石的基本物理性质一岩石的密度指标1 岩石的密度:岩石试件的质量与试件的体积之比,即单位体积内岩石的质量。
(1)天然密度:是指岩石在自然条件下,单位体积的质量,即(2)饱和密度:是指岩石中的孔隙全部被水充填时单位体积的质量,即(3)干密度:是指岩石孔隙中液体全部被蒸发,试件中只有固体和气体的状态下,单位体积的质量,即(4)重力密度:单位体积中岩石的重量,简称重度。
2 岩石的颗粒密度:是指岩石固体物质的质量与固体的体积之比值。
公式二岩石的孔隙性1 岩石的孔隙比:是指岩石的孔隙体积与固体体积之比,公式2 岩石的孔隙率:是指岩石的孔隙体积与试件总体积的比值,以百分率表示,公式孔隙比和孔隙率的关系式:三岩体的水理性质1 岩石的含水性质(1)岩石的含水率:是指岩石孔隙中含水的质量与固体质量之比的百分数,即(2)岩石的吸水率:是指岩石吸入水的质量与试件固体的质量之比。
2 岩石的渗透性:是指岩石在一定的水力梯度作用下,水穿透岩石的能力。
它间接地反映了岩石中裂隙间相互连通的程度。
四岩体的抗风化指标1 软化系数:是指岩石饱和单轴抗压强度与干燥状态下的单轴抗压强度的比值。
它是岩石抗风化能力的一个指标,反映了岩石遇水强度降低的一个参数:2 岩石耐崩解性:岩石与水相互作用时失去粘结性并变成完全丧失强度的松散物质的性能。
岩石耐崩解性指数:是通过对岩石试件进行烘干,浸水循环试验所得的指数。
它直接反映了岩石在浸水和温度变化的环境下抵抗风化作用的能力。
3 岩石的膨胀性:岩石浸水后体积增大的性质。
(1)岩石的自由膨胀率:是指岩石试件在无任何约束的条件下浸水后所产生膨胀变形与试件原尺寸的比值。
(2)岩石的侧向约束膨胀率:是将具有侧向约束的试件浸入水中,使岩石试件仅产生轴向膨胀变形而求得膨胀率。
(3)膨胀压力:岩石试件浸水后,使试件保持原有体积所施加的最大压力。
五岩体的其他特性1 岩石的抗冻性:岩石抵抗冻融破坏的性能。
岩石的地质力学特征岩石是地球上最常见的物质之一,其地质力学特征对于了解地球内部的构造和地质活动具有重要的意义。
在本文中,我将介绍岩石的地质力学特征,包括岩石的类型、力学性质、破裂与变形等方面。
首先,让我们来了解一下岩石的类型。
岩石可以分为三种主要类型:火成岩、沉积岩和变质岩。
火成岩是由地壳或地幔中的熔融岩浆冷却所形成的,例如花岗岩和玄武岩。
沉积岩是由岩屑、有机物或溶解物质在地表沉积并经过压实而形成的,例如砂岩和石灰岩。
变质岩是由原有岩石在高温和高压下发生变化而形成的,例如片麻岩和云母片岩。
接下来,我们来了解一下岩石的力学性质。
岩石的力学性质可以通过一些实验来测试。
其中,最常用的是强度测试和弹性模量测试。
强度测试可以用来评估岩石的破裂和破坏的能力。
弹性模量测试则可以用来评估岩石的变形和回弹能力。
这些测试结果可以帮助我们对岩石的力学性质有更深入的了解。
岩石在地质过程中会发生各种破裂和变形。
其中,最常见的是岩石的断裂和褶皱。
断裂是指岩石在外力作用下发生断裂并形成断层。
断层可以是平行于地层的走向、顺层倾向或垂直于地层的倾角。
褶皱则是指岩石在外力作用下发生挤压并形成褶皱。
褶皱可以是正褶皱或逆褶皱,取决于褶皱的折叠方向。
除了断裂和褶皱,岩石还可以发生岩浆侵入和岩石变形等现象。
岩浆侵入是指岩浆从地壳或地幔中向上运动并进入岩石中的过程。
岩浆侵入的形式有很多,常见的有岩浆柱、岩浆包裹体和岩浆岩等。
岩石变形是指岩石在外力作用下发生形状和体积的变化。
岩石变形可以是弹性变形或塑性变形,取决于岩石的力学性质和外力的大小。
总结起来,岩石的地质力学特征包括其类型、力学性质、破裂和变形等方面。
了解和掌握这些特征对于地质研究和工程建设具有重要的意义。
我们可以通过实验和观察来深入了解岩石的地质力学特征,并将其应用于实际的工程项目中。
随着科技的不断发展,我们对岩石的了解也会越来越深入,为地球科学的进一步发展提供更多的支持。
岩石的力学特性及强度准则岩石力学性质主要是指岩石的变形特征及岩石的强度。
由于在石油工程中,并壁稳定、出砂分析、水力压裂、储层物性变化等都与岩石力学性质亲密相关,因此有必要讨论岩石的力学性质及其在物理环境下应力场中的反映。
影响岩石力学性质的因素许多,例如岩石的类型、组构、围压、温度、应变率、含水量、载荷时间以及载荷性质等。
要讨论这些简单因素对岩石力学性质的影响,只能在试验艾博希室内严格掌握某些因素的状况下进行。
岩石的变形特性,最直观的表达方法是通过应力一应变关系曲线及应变随时间变化的曲线来表示。
通常首先讨论在常温、常压(即室温与通常大气压)条件下岩石的力学性质,然后再考虑其他影响因素下岩石的力学性质。
这样才能渐渐弄清在地质条件下,综合因素对岩石力学性质的影响。
岩石在常温、常压下一般产生脆性破坏,但深埋地下的岩石却表现为明显的延性。
,岩石这一性质的变化是由于所处物理环境的转变造成的。
所谓脆性与延性至今尚无非常明确的定义。
一'般所谓脆性破坏是指由弹性变形发生急剧破坏,破坏后塑性变形较小。
延性是指弹性变形之后产生较大的塑性变形而导致破坏,或直接进展为延性流淌。
所谓延性流淌IC现货商是指有大量的永久变形而不至于破坏的性质* 对于岩石而言,破坏前的应变或永久应变在3%以下可作为脆性破坏,5%以上作为延性破坏,3% 一5%为过渡状况。
由于地下的岩体和井壁围岩均处于三向应力状态,所以对岩石力学性态的测定不能靠简单的单轴压缩试验方法,而必需在肯定的围压作用厂(必要时还要考虑温度的作用)进行试验测定。
真三轴试验(岩石上三个主方向的作用力均不等)非常简单,一般均不采纳。
普退采纳的是常规三轴压缩试验方法,一般用圆柱形岩样,在其横向施加液体围压,即在水平的两个主方向上的应力相等且等于围压久,如图1—1所示。
假如上下垫块是带孔可渗透的,亦可通入孔隙流体压力以讨论孔隙压力的影响。
在试验过程中把岩样放在高压室中先对岩样四周用围压油加压至所需的值9c(需要时亦可加孔隙压至所需的夕。