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岩体力学

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岩体力学-第8章岩体的力学性质--贺虎

岩体力学-第8章岩体的力学性质--贺虎


2
σ3=0
1m
3
2(C j 3tg j ) (1 tg jctg )sin 2
当β＝45°＋φj／2时，岩体强度取得最低值
1 3 min
2(C j 3tg j ) 1 tg 2 j tg j
耶格（Jaeger）单结构面理论
含多组结构面，且假定各组结构面具有相同的性质时，可分步运用单结构面 理论确定岩体强度包线及岩体强度。
二、岩体变形参数估算
一是在现场地质调查的基础上，建立适当的岩体地质力学模型 ，利用室内小试件试验资料来估算。
二是在岩体质量评价和大量试验资料的基础上，建立岩体分类 指标与变形参数之间的经验关系，并用于变形参数估算。
1、层状岩体变形参数估算
层状岩体的地质力学模型 假设各岩层厚度相等为S，且性质
D—圆(方)板直径(边长)。
定，裂隙越不均匀则要求面积 越大，一般0.25~1.00m2。
ω是与承压板形状与刚度有关的系数。
对于圆形板ω＝0.785；对于方形板ω＝0.886
2、钻孔变形法
优点：①对岩体扰动小；②可以在 地下水位以下和相当深的部位进行；
Hale Waihona Puke Emdp(1 Um )
③试验方向基本上不受限制，而且
第六章 岩体的力学性质
§6.1 岩体的变形性质 §6.2 岩体的强度性质 §6.3 岩体的动力学性质 §6.4 岩体的水力学性质
§6.1 岩体的变形性质
•在受力条件改变时岩体的变形是岩块变形和结构变形的总和， 而结构变形通常包括结构面闭合、充填物的压密及结构体转动和 滑动等变形。从岩体的定义：岩块+结构面=>岩体 •岩体变形=岩块变形+结构面闭合+充填物压缩+其他变形 •在一般情况下，岩体的结构变形起着控制作用。
岩土力学

岩土力学


岩体力学的发展可分为两个阶段： 连续介质力学阶段。把岩体视为一种完整的连续介质材料，将连 续介质力学的理论和方法，特别是把土力学理论移植过来，用于 解决在工程建设中遇到的岩体力学问题。 碎裂岩体力学阶段。在20世纪50年代末和60年代初，国际上发生 了几次大型水坝工程事故。在对这些重大事故研究过程中，逐渐 注意到岩体并不是完整一块，而是由节理、断裂等切割成的碎裂 岩体。在岩体力学研究中重视了节理、断裂面等力学作用，提出 了不连续性、不均匀性、各向异性是岩体的重要特征；注意到尺 寸效应等现象。在力学分析上出现了块体分析的理论和方法。 当 前，连续介质力学理论仍具有支配作用。同时，正在注意研究碎 裂介质岩体力学分析理论和方法；研究结构力学的理论和方法在 岩体力学研究中的应用；研究运用岩体变形观测反分析与岩体改 造措施相结合的实用岩体力学问题，不断地深入认识岩体，修改 设计，补充岩体改造措施，使岩体工程设计逐步完善，并有了一 套应用岩体力学的理论和方法。
拉伸破坏
劈裂破坏
剪切破坏
延性破坏
岩石材料的试验机
非刚性机
刚性机
岩石的强度
岩石的强度——表示岩石抵抗外力破坏能力的大小 峰值强度——在临近破坏时具有的最大承载能力。 残余强度——在发生破坏后仍然具有的承载能力。 岩石的抗压强度、抗剪强度及抗拉强度——岩石在
压缩、剪切或拉伸应力作用下的抗破坏能力各不相同，与 之相对应的强度值分别为抗压强度、抗剪强度和抗拉强度。
o B、沉积岩 o 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，在适当条件下沉积下来， 经胶结和成岩作用而形成的，具层理构造。
o C、变质岩 o 是在已有岩石的基础上，经过变质混合作用后 形成的。由于温度、压力的不同，则有高温变 质、中温变质及低温变质，再加上作用力的不 同，又有更多的组合的变质混合条件。
岩体的力学性质

岩体的力学性质

结构面：指地质过程中在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。

又称不连续面.结构面包括物质分异面和不连续面。

软弱结构面：结构面中规模较大，强度低，易变性的结构面。

结构体：被结构面切割成的岩石块体。

裂隙度K：是指沿取样线方向单位长度上的节理数量。

切割度Xe：指岩体被节理割裂分离的程度。

剪胀现象：规则齿状结构面在正应力很小的时将沿着齿面滑动，结构面张开，发生剪胀现象岩体的强度：指岩体抵抗外力破坏的能力，包括抗压强度和抗剪强度。

抗剪断强度：指正应力作用下岩体发生剪断破坏时的最大切应力。

摩擦强度：着正应力下岩体沿着既有破裂面发生剪切破坏时的最大切应力。

抗切强度：指剪切破坏面上的法向应力为零时的最大切应力。

岩体完整性系数：岩体与岩石中纵波传播速度的比值的平方。

岩体的动力学性质：指动荷载下岩体表现出的性质。

张节理：是岩体在张应力作用下形成的一系列裂隙的组合，一般粗糙，宽窄不一且延展性较差剪节理：指岩体在切应力作用下形成的一系列裂隙的组合，一般平直光滑，延展性相对比较好张性断层：由张应力或与张断层平行的压应力形成的断层。

压性断层：主要是指压性逆断层，逆掩断层，断层面上常有与走向大致垂直的逆冲擦痕，大致平行集中出现的一系列压性断层构成挤压断层带。

剪性断层：主要指平移断层以及部分正断层，剪裂面产状稳定，断面平整光滑。

劈理：指在地应力作用下，岩石沿着一定方向产生大致平行的破裂面。

泥化夹层：是由于水的作用时夹层内的松软物质泥化而成，其产状与岩层基本一致。

影响结构面力学性质的因素：答：1.结构面两侧结构体的力学性质2.结构面的几何特征3.结构面的尺寸效应4.填充物的力学性质5.水对泥夹层的软化作用6.后期加载过程7.泥化夹层的时效性8. 前期变形历史●影响岩体中结构体特征的因素：答：1.切割岩体的结构面组数2.岩石的类型3.区域构造运动的强度4.工程岩体的破坏方式●影响岩体变形性质与试验结果的因素：答：1.岩体性质2.岩体中结构面发育特征3.岩体试验加载速率，加载过快，岩石变形不充分，导致变形模量较大4.温度，一般来说，温度增高，岩体延性加大，屈服点随之降低。

岩石力学名词解释

岩石力学名词解释


84. 晶格缺陷
由于晶体外原子入侵结果产生的化学上的缺陷，或由于化学比例或原子重新排列的毛 病产生的物力上的缺陷。
85. 晶粒边界
由于矿物晶粒表面电价不平衡，引起矿物表面形成远远小于矿物晶粒内部键的结合 力，使晶粒边界相对软弱，称之为晶粒边界。
86. 径向应力
垂直于巷道周边切线的正应力。
87. 静水压力
97. 理想塑性材料
随着塑性应变的出现和发展，屈服面的大小和形状不发生变化的材料。
98. 粒间空隙
指多在成岩过程中形成的晶粒之间、胶结物之间微小空隙。
99. 连接作用
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、接近、起连接作用。
100. 裂隙网络介质
101.
102. 103.
零应力轴比（无 应力轴比） 流变 流变性
12. 剥蚀作用
指风及河流、地下水、海(湖)、冰川中的水体在运动状态下对地表或地下岩石产生的 破坏，并将破坏形成的产物带走的作用过程，称为剥蚀作用。
13. 泊松比
表述材料横向应变与纵向应变关系的物力量，用横向应变与纵向应变的比值表示。
14. 残余应力
指没有外力作用时在岩体内部由于某种原因在整个岩体内的不均匀的变形而引起的应 力。
60. 构造应力
由于地质构造活动在岩体中引起的应力场，这种应力与一定范围地质构造有关，其主 要特点是水平应力大于覆岩垂直应力分量。这一作用可以持续到地层深处。
61. 固结成岩作用
松散的沉积物转变为坚硬的岩石的作用称为固结成岩作用。
62. 广义双重介质
稀疏大裂隙（如断层）和其间的密集裂隙岩块构成的空隙结构，裂隙导水，密集裂隙 岩块储水及导水，这种含水介质称为广义双重介质。
岩体的力学特性(上)_岩石力学

岩体的力学特性(上)_岩石力学


变 质 结 构 面
1片理 2片岩软弱夹层
产状与岩层或 构造方向一致
片理短小，分 布极密，片岩 软弱夹层延展 较远，具固定 层次
结构面光滑平直， 片理在岩层深部往 往闭合成隐蔽结构 面，片岩软弱夹层 具片状矿物，呈鳞 片状
在变质较浅的沉积岩，如 千枚岩等路堑边坡常见塌 方。片岩夹层有时对工程 及地下洞体稳定也有影 响
Mar , 2007
34
第3章 岩体的力学特性
岩浆结构面
Mar , 2007
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第3章 岩体的力学特性
断裂面
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第3章 岩体的力学特性
层面
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第3章 岩体的力学特性
层间错动面
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第3章 岩体的力学特性
风化裂隙是由风化作用在地壳的表部形成的裂隙。
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Mar , 2007
第3章 岩体的力学特性
成 因 类 型
主 地质类型 产 状
1节理（剪节 理、张节理） 2断层（正断 层、逆断层、平 移断层） 3层间错动 4羽状裂隙、劈 理
要
特
征 工程地质评价 性 质
张性断裂不平整，常 具次生充填，呈锯齿 状，剪切断裂较平 直，具羽状裂隙，压 性断层具多种构造 岩，成带状分布，往 往含断层泥、糜棱岩
岩 浆 结 构 面
1侵入体与围岩 接触面 2岩脉岩墙接触 面 3原生冷凝节 理
岩脉受构造结 构面控制，而 原生节理受岩 体接触面控 制
接触面延伸较 远，比较稳 定，而原生节 理往往短小密 集
与围岩接触面可具 熔合及破碎两种不 同的特征，原生节 理一般为张裂面， 较粗糙不平
岩石力学名词解释

岩石力学名词解释

一.岩石的物理力学性质1.岩体：位于一定地质环境中，在各种宏观地质界面（断层、节理、破碎带等）分割下形成的有一定结构的地质体。

由结构面与结构体组成的地质体。

2.岩石：是经过地质作用而天然形成的一种或多种矿物的集合体。

具有一定结构构造的矿物（含结晶和非结晶的）集合体。

3.岩（体）石力学：是力学的一个分支学科，是研究岩（体）石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一门基础学科。

4.结构面：指在地质历史发展过程中，岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的宏观地质界面或带。

5.岩石质量指标（RQD）：指大于10cm的岩芯累计长度与钻孔进尺长度之比的百分数。

6.空隙指数：指在0.1MPa压力条件下，干燥岩石吸入水的重量与岩石干重量的比值。

7.软化性：软化性是指岩石浸水饱和后强度降低的性质。

8.软化系数：指岩石试件的饱和抗压强度与干燥状态下的抗压强度的比值。

9.膨胀性：是指岩石浸水后体积增大的性质。

10.单轴抗压强度：是指岩石试件在单轴压力下达到破坏的极限值。

，11.抗拉强度：是指岩石试件在单向拉伸条件下试件达到破坏的极限值。

12.抗剪强度：指岩石抵抗剪切破坏的能力。

13.形状效应：在岩石试验中，由于岩石试件形状的不同，得到的岩石强度指标也就有所差异。

这种由于形状的不同而影响其强度的现象称为“形状效应”。

14.尺寸效应：岩石试件的尺寸愈大，则强度愈低，反之愈高，这一现象称为“尺寸效应”。

引起结构面尺寸效应的基本因素：结构面的强度与峰值剪胀角。

15.延性度：指岩石在达到破坏前的全应变或永久应变。

16.流变性：指在外界条件不变时，岩石应变或应力随时间而变化的性质。

17.蠕变：指在应力不变的情况下，岩石的变形随时间不断增长的现象。

18.应力松弛：是指当应变不变时，岩石的应力随时间增加而不断减小的现象。

19.弹性后效：是指在加荷或卸荷条件下，弹性应变滞后于应力的现象。

20.峰值强度：若岩石应力—应变曲线上出现峰值，峰值最高点的应力称为峰值强度。

岩土力学复习题

岩土力学复习题

复习提纲1.何谓岩体力学？它的研究任务和对象是什么？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(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。

2.岩体力学采用的研究方法有哪些？(1)工程地质研究法。

(2)试验法。

(3)数学力学分析法。

(4)综合分析法。

3.何谓岩块？岩体？试比较岩块、岩体与土的异同点。

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。

岩体是指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。

相同点：岩石和土一样，也是由固体、液体和气体三相组成的。

4.何谓结构面？从地质成因上和力学成因上结构面可划分为哪几类？各有什么特点？结构面指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。

（一）地质成因类型原生结构面构造结构面次生结构面(二)力学成因类型张性结构面剪性结构面（一）1.原生结构面 岩体在成岩过程中形成的结构面。

2构造结构面是岩体形成后在构造应力作用下形成的各种破裂面，包括断层、节理、劈理和层间错动面等。

3.次生结构面是岩体形成后在外营力作用下产生的结构面，包括卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泥层和泥化夹层等。

（二）1张性结构面特点：张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙，起伏度大及破碎带较宽,易被充填,常含水丰富，导水性强2剪性结构面特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等。

5.剪性结构面有何特征？为什么岩体中以剪性结构面数量最多？6.何谓岩体结构？各类岩体结构的主要区别是什么？岩体结构指岩体中结构面与结构体的排列组合关系。

分为整体状、块状、层状、碎裂状、散体状结构。

第四章岩体的基本力学性质

第四章岩体的基本力学性质


结构面的状态对岩体的工程性质的影响是指结构面的产状、形 态、延展尺度、发育程度、密集程度。 结构面的产状：结构面的产状对岩体是否沿某一结构面滑动起控 制作用。 结构面的形态：结构面的形态决定结构面抗滑力的大小，当结构 面的起伏程度较大，粗糙度高时，其抗滑力就大。 结构面的延展尺度：在工程岩体范围内，延展尺度大的结构面， 完全控制岩体的强度。 结构面的密集程度：以岩体的裂隙度和切割度表征岩体结构面的 密集程度。
又A=h2，节理面的法向弹性变形量δ0=2δ，代入Boussnisq解，得 接触面为方形时，m=0.95，μ≅0.25，则上式变为
（二）节理的闭合变形 含啮合变形（配称实验）和压碎变形（非配称实验）。 下面介绍Goodman方法：
（1）结构面闭合试验（VmC的确定） 步骤： 1）备制试件； 2）作ζ-ε曲线（a）； 3）将试件切开，并配 称接触再作曲线（b）； 4）非配称接触，作曲线（c）; 5）两种节理的可压缩性法向 Nhomakorabea切向
（1）有n个点接触,每个接触 面边长为h
（2）每个接触面受力相同
（3）每个接触面力学特性 相同
2、计算公式 半无限体上作用一个集中力的布辛涅斯克（Boussnisq）解
δ－变形量；Q－荷载；A－荷载作用面积；E、μ－弹性模量、泊 松比；m－与荷载面积形状因素有关的系数，方形面积m=0.95 设节理面的边长为d，作用于节理面上的应力为ζ，则作用 在每一个接触面上的荷载
统计结构面 实测结构面
V 级结构面--细小的结构面
• Ⅰ级 指大断层或区域性断层。控制工程建设地区的地壳稳 定性，直接影响工程岩体稳定性；
• Ⅱ级 指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。 • Ⅲ级 指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较 好的层面及层间错动等。 Ⅱ、Ⅲ级结构面控制着工程岩体力学作用的边界条件 和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑移岩体的边界面 ，直接威胁工程安全稳定性
岩石力学重要知识点总结,期末考试复习

岩石力学重要知识点总结,期末考试复习

第一章1.岩石力学：固体力学的分支，研究岩石在不同物理环境的力场中产生力学效应的学科，也称为岩体力学。

研究对象：岩石与岩体2.岩石：地质作用下矿物或岩屑按一定规律聚集形成的自然物体。

可以有微小裂纹、间隙、层理等缺陷，但没有弱面，是较完整的岩块。

3.影响岩石的力学和物理性质的三个重要因素：（1）矿物：构成岩石的自然元素和化合物，如方解石、石英、云母等。

（2）结构：构成岩石的物质成分、颗粒大小和形状、相互结合情况。

（3）构造：组成成分的空间分布及其相互间排列关系。

4. 岩石按成因分类（1）岩浆岩：岩浆冷凝形成，也称火成岩。

大数由结晶矿物组成，成分和物性均一稳定，强度较高。

代表：玄武岩、花岗岩。

（2）沉积岩：母岩经风化剥蚀、搬运、海湖沉积、硬结成岩，由颗粒和胶结物组成，显著层状特点。

力学特性与矿物、岩屑、胶结物、沉积环境相关。

代表：砾岩、砂岩、石灰岩。

（3）变质岩：地壳中母岩受变质作用(高温、高压及化学流体)形成。

力学性能与母岩性质、变质作用及变质程度有关。

代表：大理岩、石英岩。

注：沉积岩和变质岩的层理构造产生各向异性特征，应注意垂直及平行于层理构造方向工程性质的变化。

5. 岩体：在地质环境中经受变形、破坏，具有一定结构的地质体。

包括岩石结构体和一定的结构面(地质构造形迹)，强度远小于岩石。

6.岩体结构要素：结构面和结构体（1）结构面：一定方向，延展较大，厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面和不连续面，如断层、节理、层理、片理、裂隙等。

结构面产状、切割密度、粗糙度和黏结力、填充物性质等是评定岩体强度和稳定性能的重要依据。

（2）结构体：四周被不同产状结构面分割包围的岩块。

常见的结构体形式：块状、柱状、板状、菱形、楔形等。

7. 岩体结构类型及特征8.岩体特征（1）岩体是非均质各向异性材料；（2）岩体内存在着原始应力场。

主要包括重力和地质构造力，重力应力场以铅垂应力为主，构造应力场是以水平应力为主。

（3）岩体内存在着一个裂隙系统。

岩体力学研究知识

岩体力学研究知识

岩体力学研究内容简介岩体力学是力学的一个分文学科，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、找矿及地层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。

由于岩体力学的研究对象，不是一般的人工材料，而是在天然地质作用下形成的地质体。

又由于岩体中具有天然应力、地下水等，并发育有各种结构面，所以它不仅具有弹性、脆性、塑性和流变性，而且还具有非线弹性、非连续性，以及非均质和各向异性等特征。

对于这样一种复杂的介质，不仅研究内容非常复杂，而且其研究方法和手段也应与连续介质力学有所不同。

一、研究内容由于岩体力学服务对象的广泛性和研究对象的复杂性，决定了岩体力学研究的内容也必然是广泛而复杂的。

从工程观点出发，大致可归纳为如下几方面的内容。

(1) 岩块、岩体地质特征的研究。

岩块与岩体的许多性质，都是在其形成的地质历史过程中形成的。

因此、岩块与岩体地质特征的研究是岩体力学分析的基础。

主要包括；①岩石的物质组成和结构特征；②结构面特征及其对岩体力学性质的影响；③岩体结构及其力学特征；④岩体工程分类。

岩石力学课本

岩石力学课本

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。

4岩体的力学性质及工程分类


0.35~0.15 <0.15
破碎
极破碎
4、按岩芯质量指标（RQD）分类
蒂尔（Deer,1968)提出根据钻探时岩芯完好程度来判断岩 体的质量，对岩体分类。
RQD li 100% L
式中：li —所取岩芯中≥10cm长度的岩芯段的长度； L—钻进岩芯的总程度，m。
RQD（％） 0～25
等级
Ⅰ
分类
很差
25~50 Ⅱ 差
50~75 Ⅲ
较好
75~90 Ⅳ
良好
90～100 Ⅴ
很好
例 某钻孔的长度为250cm，其 中岩芯采取总长度为200cm,而 大于10cm的岩芯总长度为 157cm(如图所示)， 则岩芯采取率： 200/250=80%
RQD=157/250=63% 岩体分类为：Ⅲ类、中等岩体
面
岩体的破坏机制也受控于岩体结构： 结构控制有：岩体破坏难易程度、岩体破坏的规模、岩 体破坏的过程及岩体破坏的主要方式等。
岩体破坏机制受岩体结构控制
整块体结构岩 体
①张破裂 ②剪破坏
块状结构岩 体
结构体沿结 构面滑动
碎裂状结构岩体
①结构体张破裂
②结构体
剪破裂
③结构体流动变形 ④结构体沿
结构面滑动
⑤结构体转动
分类的目的：为岩体工程建设的勘察、设计、施工和 编制定额提供必要的基本依据。
按分类目的，可分为综合性和专题性两种；按其所涉及的因素 多少，可分为单因素分类法和多因素分类法两种。
一、工程岩体分类的参考影响因素
1、岩石的质量。主要表现在岩石的强度和变形性质方面。
2、岩体的完整性。岩体完整性取决于不连续面的组数和
5、地下水的影响。渗流，软化，膨胀，崩解，静、动水 压力等。

《岩体力学》pdf

《岩体力学》pdf
《岩体力学》是一本关于岩石力学理论和实践的专业书籍。

岩石力学是研究岩石在各种物理、化学和力学作用下的变形、破坏和流动规律的学科。

它是地质科学、地球物理学、工程地质学等多学科交叉的基础学科，也是石油工程、矿山工程、地下工程、水利工程等工程技术的重要基础。

本书详细介绍了岩石的基本性质、岩石的应力应变关系、岩石的破坏和流动规律、岩石的热力学性质等内容。

同时，还介绍了岩石力学在石油工程、矿山工程、地下工程、水利工程等工程技术中的应用。

本书的特点是理论与实践相结合，既有深入的理论分析，又有丰富的实例说明。

它不仅适合作为高等院校地质科学、石油工程、矿山工程、地下工程、水利工程等专业的教材，也适合作为相关工程技术人员的参考书。

《岩体力学》是一本全面、深入、实用的岩石力学专著，对于学习和理解岩石力学的基本理论和方法，以及其在工程技术中的应用具有重要的参考价值。

工程岩体分级标准

工程岩体分级标准工程岩体分级标准是指根据岩体的力学性质、岩体结构和岩体稳定性等特征，对岩体进行分类和评定的标准。

岩体在工程施工中扮演着重要的角色，其稳定性直接关系到工程的安全性和可靠性。

因此，对岩体进行科学合理的分级评定，是保障工程施工质量和安全的重要环节。

一、岩体力学性质。

岩体的力学性质是指岩石在外力作用下的变形和破坏特性。

根据岩石的抗压强度、抗拉强度、抗弯强度等指标，可以将岩体分为强、中、弱三个等级。

强岩体具有较高的抗压强度和抗拉强度，适合用于大型工程的基础和支护结构；中岩体的力学性质一般，适合用于中小型工程的基础和支护结构；弱岩体的力学性质较差，需要采取特殊的支护措施才能保证工程的安全施工。

二、岩体结构。

岩体结构是指岩石的裂隙、节理、岩层倾角等特征。

根据岩体结构的复杂程度和对工程施工的影响程度，可以将岩体分为简单、中等、复杂三个等级。

简单岩体结构指岩石中裂隙和节理较少，对工程施工影响较小；中等岩体结构指岩石中存在一定数量的裂隙和节理，对工程施工有一定影响；复杂岩体结构指岩石中存在大量的裂隙和节理，对工程施工影响较大，需要采取相应的支护措施。

三、岩体稳定性。

岩体稳定性是指岩体在外力作用下的稳定性和变形能力。

根据岩体的稳定性和变形能力，可以将岩体分为稳定、较稳定、不稳定三个等级。

稳定岩体指岩石在外力作用下变形能力较强，不易发生破坏；较稳定岩体指岩石在外力作用下变形能力一般，可能发生一定程度的破坏；不稳定岩体指岩石在外力作用下变形能力较差，容易发生破坏，需要采取有效的支护措施。

综上所述，工程岩体分级标准是工程施工中重要的一环，对岩体进行科学合理的分类和评定，有助于制定合理的支护措施，保障工程施工的安全和可靠。

在实际工程中，应根据岩体的力学性质、结构和稳定性等特征，综合评定岩体的分级，并采取相应的支护措施，确保工程施工的顺利进行。

8 岩体的力学性质

V
式中：d — 钻孔孔径 ，р— 计算压力，等于实验压力与初 始压力之差，Mpa；V — 径向位移，cm。
(3) 岩体变形曲线类型 由于岩体中结构面的发育情况及岩石坚硬程度等的差异， 岩体变形试验求得的压力P — 变形W曲线是复杂多变的。总括 起来，可归纳为如图所示的三类。 1.直线型：如图P—W曲线呈近似直线关系，反映岩体坚硬、致 密，裂隙不发育，或只有分布均匀的细小裂隙，岩体变形模量 较大，塑性变形小。 2.上凹型：P—W曲线在载荷低时斜率小，塑性变形大，随着载 荷的加大，曲线斜率逐渐增大，塑性变形趋于稳定；反映岩体 的岩性坚硬，裂隙发育，且多呈张开而无充填；在载荷作用下， 裂隙逐渐闭合或发生镶嵌作用而被挤紧。 3.下凹型：P—W曲线在低载荷下近似直线，表现为弹性变形； 当载荷增大时呈曲线，表现为塑性变形；反映岩体的岩性较软 弱，或岩体的较深部位埋藏有软弱夹层，或岩体裂隙发育，且 有泥质充填。
（2）构造结构面
各类岩体在构造运动作用下形成的各种结构面，如劈理、节理、 断层、层间错动面等。 节理面在走向延展及纵深发展上，其范围都是有限的，大者 一般不过上百米，小者仅有几厘米．张节理面一般粗糙，参差 不齐，宽窄不一，延展性较差，剪节理面一般平直光滑，延展 性相对较好，节理面上常见有擦痕和各种泥质薄膜，如高岭石、 绿泥石、滑石等，因此，剪节理面尽管接触紧密，但却易于滑 动。 断层面的规模相差比较悬殊，有的深切岩石圈几十公里，有 的仅限于地壳表层或只在地表数十米．但是，相对工程而言， 断层面一般是延展性较好的结构面．断层面(或帘)的物质成分 主要是构造岩，如断层泥、糜棱岩、角砾岩、压碎岩等．层间 错动带是在层状岩体中常见的一种构造结构面，其产状一般与 岩层一致。 延展性较好，结构面中的物质，因受构造错动的影响，多呈 破碎状、鳞片状，且含泥质物。

第02讲 岩体的力学特性和工程地质性质


A.受到水平方向强烈张应力形成的
B.受到水平方向强烈挤压力形成的
C.断层线与褶皱轴的方向基本一致
D.断层线与拉应力作用方向基本垂直
E.断层线与压应力作用方向基本平行
&nbsp;&nbsp;
『正确答案』BC
『答案解析』本题考查的是岩体的构成。（1）断层要素：①断层面和破碎带；②断层线；③断盘；④断距。（2）断层基本类型：①正断层是上盘沿断层面相对下降，下盘相对上升的断层。②逆断层是上盘沿断层面相对上升，下盘相对下降的断层。③平推断层是两盘沿断层面发生相对水平位移的断层。其倾角一般是近于直立的,本题是逆断层。参见教材P8。
二、岩体的力学特性
（一）岩体的变形特征
岩体的变形通常包括结构面变形和结构体变形两个部分。岩体变形参数是由变形模量或弹性模量来反映的。
（二）岩体的强度性质
由于岩体是由结构面和各种形状岩石块体组成的，所以，其强度同时受二者性质的控制。一般情况下，岩体的强度既不等于岩块岩石的强度，也不等于结构面的强度，而是二者共同影响表现出来的强度。但在某些情况下，可以用岩石或结构面的强度来代替。如当岩体中结构面不发育，呈完整结构时，岩石的强度可视为岩体强度。如果岩体沿某一结构面产生整体滑动时，则岩体强度完全受结构面强度控制。
（3）碎裂结构。层状碎裂结构和碎裂结构岩体变形模量、承载能力均不高，工程地质性质较差。
（4）散体结构。岩体节理、裂隙很发育，岩体十分破碎，岩石手捏即碎，属于碎石土类，可按碎石土类考虑。
2011年真题：
4.结构面结合力较差的层状结构工程地基岩体的工程特性是（ ）。
A.沿层面方向的抗剪强度高于垂直层面方向
表1.1.4裂隙发育程度分级表

岩石力学

1.岩石力学:岩石力学是一门研究岩石的物理、化学、力学性质的和岩体在环境条件下及荷载作用下应力、变形、和稳定性的学科，是固体力学的一个分支。

2.单轴抗压强度：岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应力。

三轴抗压强度：岩石在三轴压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大应力。

抗压强度：岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏时所能承受的最大抗应力。

抗剪强度：岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力。

3.岩石的流变：岩石的应力—应变关系于试件因素有关的性质，主要变现为蠕变、松弛、弹性后效和粘性流动。

蠕变：当应力不变时变形随时间增长的现象。

4.蠕变：当应力不变时变形随时间增长的现象。

松弛：当应变不变时，应力随时间增加而减小的现象。

粘性流动是蠕变一段时间后卸载，部分应变永久不回复的现象。

5..国际岩石力学学会将直径为50mm的圆柱体试件径向加载点荷载试验的强度指标值Is（50）确定为标准试验值。

6.7.莫尔强度理论：岩石材料达到极限状态时，某剪切面上的剪应力达到一个取决于正应力于岩石材料性质的最大值。

8.剪切模量：发生单位剪切变形所需要施加的剪应力泊松比：横向应变值比纵向应变值.9。

弹性模量：岩石发生单位变形所需要施加的力。

扩容现象：在法向应力作用下沿着具有一定粗糙度的裂面剪切时所产生的体积膨胀现象。

10.尺寸效应：岩体的力学性质因试件的尺寸不同而变化的现象。

岩体的初始应力:岩体在天然状态下所存在的内在应力。

11.凯泽效应:当应力达到和超过历史最高水平后，则最大点产生省发射。

凯泽点：从很少产生发射到大量产生发射的转折点12.地下硐室：指人工开挖或天然存在于岩体中具有不同断面形态和尺度特征且有不同用途的地下岩体空间结构。

13.围岩压力：指硐室周围岩体作用于支护结构上的荷载。

围岩应力：应力重分布后岩体中形成的新的平衡应力场。

(狭义地压)围岩压力：指围岩作用在支架上的压力。

（广义地压）：地下岩体因开挖所引起的力学效应的总称。

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三轴压缩条件下的破坏形式:脆性劈裂、剪切、塑性流动 流变： 在外部条件不变的情况下， 岩石的变形或应力随时间的变化而变化的现象。 流变包括：蠕变、松弛和弹性后效。 蠕变曲线 三个阶段：初始蠕变阶段；等速蠕变阶段；加速蠕变阶段
蠕变性质的影响因素：岩性；应力；温度、湿度 弹性原件：由一个弹簧组成。 粘性原件：由一个带孔活塞和充满粘性液体的圆筒组成，又称阻尼器。 塑性原件：由摩擦片组成。 Maxwall 模型（M 体或应力松弛模型） ： 由一个弹性元件和粘性元件串联组成 用以模拟软硬相间的层状岩体垂直层面加荷时的本构规律
按洞壁受压情况分：有压洞室、无压洞室 按断面形状分：圆形、矩形、城门洞形、椭圆形 按与水平面关系分：水平洞室、斜洞、垂直洞室（井） 按介质类型分：岩石洞室、土洞 按应力情况分：单式洞室、群洞 重分布应力： 地下开挖扰动后在围岩中形成的新的应力。 重分布应力与围岩性质、 洞形、洞室受外力状态有关。 围岩应力重分布作用：地下洞室开挖后围岩中原有应力大小、方向和性质改变的 作用。 应力集中系数： 地下洞室开挖后洞壁上一点的应力与开挖前洞壁处该点天然应力 的比值。 塑性松动圈的出现，使圈内一定范围内的应力因释放而明显降低，而最大应力集 中由原来的洞壁移至塑、弹圈交界处，使弹性区的应力明显升高。
σ 1 = σ 3 + mσ cσ 3 + Sσ c2
令σ 令σ
3
=0 =0
可得岩体的单轴抗压强 度： 可得岩体的单轴抗拉强 度：
2 (τ −
σ mc = S σ
1
σ mt =
σ c (m − m 2 + 4 S )
σ τ = Aσ c ( − T ) B σc
岩体的剪切强度 )
岩体中的弹性波的传播 传播规律： 一般地，岩体愈致密坚硬，波速愈大，反之，愈小； 弹性波穿过结构面时，波动能量消耗； 产生能量弥散现象； 岩体中弹性波速的测定：声波法、地震法 岩体水力学性质：指岩体与水共同作用所表现出来的力学性质。包括两个方面： 1.水对岩石物理化学作用——软化系数； 2.水与岩体相互耦合作用下的力学效应，包括空隙水压力与渗流动水压力等的 力学效应。 第七章 地应力（或天然应力） ：人类工程之前存在于岩体中的应力。 岩体中铅直天然应力；岩体中水平天然应力 1.水平天然应力以压应力为主，仅在局部出现拉应力； 2.大部分岩体中的水平应力大于铅直应力； 3. 岩体中的两个水平应力σmax 和σmin 通常不相等； 4.在单薄岩体、谷坡附近及未受构造变动的岩体中，水平应力小于铅直应力。 λ表示天然应力比值系数，一般在 1.5~10.6 之间。 岩体天然应力的量测 一. 水压致裂法 二. 扁千斤顶法 三. 钻孔套心应力解除法 水压致裂法基本方法：将钻孔中的一段加以封闭，向其中注入压力水，使孔壁破 裂，通过控制压力求得岩体应力分量。 水压致裂法优点：不需要套心，不受量测深度的限制；不需要使用应变计、应力 计或变形计； 套心法基本原理：在钻孔中安装变形或应变量测元件（位移传感器或应变计） ， 通过量测套心应力解除前后， 钻孔孔径变化或孔底应变变化或孔壁表面应变变化 值来确定天然应力的大小和方向。 套心法基本方法：用一个较测量孔径更大的岩心钻，对测量孔进行同心套钻，把 安装有传感器元件的孔段岩体与周围岩体隔离开来，以解除其天然应力状态。 套心法的种类：钻孔位移法----钻孔变形计(孔径变化) 钻孔应力法——钻孔应力计(变形计压力变化) 钻孔应变法——钻孔应变计(孔底或孔壁壁面的应变变化) 套心法的缺点(了解) 测量深度受套心技术的限制，最大 30m，一般测深 7~12m，在巷道中应大于巷道 宽度的 2~3 倍； 计算结果受岩体弹性参数的精度影响，而精确测定岩体弹性参数一般较困难 第八章 地下洞室(underground cavity)是指人 工开挖或天然存在于岩 土体中作为 各种 用途的构筑物。 地下洞室的分类 按用途分：矿山巷道（井） 、交通隧道、水工隧道、地下厂房（仓库） 、地下军 事工程
格里菲斯强度理论： 格里菲斯强度理论：
第五章 法向刚度（单位：MPa/cm） ：在法向应力作用下，结构面产生单位法向变形所需 要的应力。 JRC----结构面的粗糙系数（对比法） ；JCS-----结构面岩壁强度（L 型回弹仪） 剪切刚度 Ks：峰值前τ- △u 曲线上任一点的斜率. 强度的影响因素：粗糙系数（JRC） 、壁岩强度（JCS） 、基本摩擦角（φu） 、正 应力（σn） 具有充填物的软弱结构面 这类结构面包括泥化夹层和各种类型的夹泥层， 其形成多与水的作用和各种滑错 作用有关。 结构面的抗剪强度随粘粒含量增加而降低，随粗碎屑含量增多而增大的规律。 第六章 岩体变形试验 静力法：承压板法；钻孔变形法；水压洞室法；单（双）轴压缩法 动力法：声波法；地震波法 岩体变形曲线类型及其特征 法向变形曲线（p-W 曲线）1.直线型 2.上凹型 3.上凸型 4.复合型 剪切变形曲线（τ-u 曲线） 1.沿软弱结构面剪切 2.沿粗糙结构面、软弱岩体及剧烈风化岩体剪切 3.剪断坚硬岩体 岩体强度：岩体抵抗外力破坏的能力 岩体的抗剪强度：岩体内任一方向剪切面，在法向应力作用下所能抵抗的最大剪 应力，称为岩体的抗剪强度。 HoekHoek-Brown 经验方程
冲击围岩压力：是由岩爆形成的一种特殊围岩压力。 岩爆的产生条件 1)围岩应力条件 2)岩性条件 影响岩爆的因素 1)地质构造 1)地质构造 1.实践表明，岩爆大都发生在褶皱构造中。 2.岩爆与断层、节理构造也有密切的关系。调查表明，当掌子面与断裂或节理走 向平行时，将触发岩爆。 3.岩体中节理密度和张开度对岩爆也有明显的影响。据南非金矿观测表明，节理 间距小于 40cm，且张开的岩体中，一般不发生岩爆。掌子面岩体中有大量岩脉 穿插时，也将发生岩爆。 2)洞室埋深 2)洞室埋深 随着洞室埋深增加，岩爆次数增多，强度也增大。 围岩抗力：或称弹性抗力，洞室由于存在很高的内水压力作用，迫使衬砌向围岩 方向变形，围岩被迫后退时，将产生一个反力来阻止衬砌的变形。围岩对衬砌的 反力称为围岩抗力，或称弹性抗力。 围岩极限承载力：是表征围岩承担内水压力能力的指标。它主要与围岩的强度性 质及天然应力状态有关。 第九章 天然斜坡(简称斜坡） ：是指自然地质作用形成未经人工改造的斜坡。 人工边坡(简称边坡） ：是指经人工开挖或改造形成的斜坡。 影响边坡应力分布的因素 (1)天然应力 水平天然应力使坡体应力重分布作用加剧。 (2)坡形、坡高、坡角及坡底宽度 (3)岩体性质 (4)结构面 边坡岩体变形的基本类型 1、卸荷回弹 2、蠕变变形 边坡破坏的基本类型
塑性：物体受外力作用产生全部变形，而去除外力后不能完全恢复原状的性质。 粘性：物体受力后不能瞬时完成，且 应变速率随应力的增加而增加的性质。 脆性：物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质。 延性：物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质。 单轴压缩条件下岩块的变形性质 第一阶段：压密阶段；第二阶段：弹性变形阶段； 第三阶段：塑性变形阶段； 第四阶段：破坏后阶段。
地下开挖后自由变形空间松胀变形等变形现象； 如果这种变形超过了围岩本身所能承受的能力，则围岩就要发生破坏：坍塌、滑 动或岩爆等现象。 围岩变形破坏形式取决于围岩应力状态、岩体结构及洞室断面形状等因素 岩爆：是高地应力地区，由于洞壁围岩中应力高度集中，使围岩产生突发性变形 破坏的现象。 块体滑移： 是以结构面切割而成的不稳定块体滑出的形式出现。其破坏规模与形 块体滑移： 态受结构面的分布、组合形式及其与开挖面的相对关系控制。 层状岩体围岩：变形破坏主要受岩层产状及岩层组合等控制，破坏形式主要有： 沿层面张裂、折断塌落、弯曲内鼓等。 碎裂状岩体围岩变形破坏形式常表现为塌方和滑动。 散体状岩体围岩：围岩结构均匀时，以拱顶冒落为主。当围岩结构不均匀或松动 岩体仅构成局部围岩时，常表现为局部塌方、塑性挤入及滑动等变形破坏形式。 围岩压力(peripheral rock pressure)：地下洞室围岩在重分布应力作用下产生 过量的塑性变形或松动破坏，进而引起施加于支护衬砌上的压力。 按围岩压力的形成机理，划分为：形变围岩压力;松动围岩压力;冲击围岩压力。 形变围岩压力：是由于围岩塑性变形如塑性挤入、膨胀内鼓、弯折内鼓等形成的 挤压力。 松动围岩压力：是由于围岩拉裂塌落、块体滑移及重力坍塌等破坏引起的压力， 这是一种有限范围内脱落岩体重力施加于支护衬砌上的压力。 松动围岩压力：是指松动塌落岩体重量所引起的作用在支护衬砌上的压力。
变形模量：指单轴压缩条件下，轴向压应力与轴向应=
σ 2 − σ1 ε 2 − ε1
Es =
σ 50 ε 50
µ=
εd −εL
峰值后岩块的变形特征
Ⅰ型———稳定破裂传播型 ——只有外力持续对试件做功才能进一步破坏 Ⅱ型———非稳定破裂传播型 ——试件本身所储存的能量是破裂继续扩展，出现非可控性变形破坏。 疲劳破坏：在循环荷载下，岩石会在比峰值应力低的应力水平下破坏。 疲劳强度：使岩石发生疲劳破坏时循环荷载的应力水平。
Kelvin 模型（K 体或延迟模型） ： 由一个弹性元件和粘性元件并联组成 用以模拟软硬相间的层状岩体平行层面加荷时的本构规律
根据岩石破坏时的应力类型，破坏类型包括：拉破；剪切破坏；流动破坏 岩石强度：岩石抵抗外力破坏的能力。 单轴抗压强度（Rc） ： 在单轴压缩条件下，岩石能承受的最大压应力。
试件破坏后的形态：圆锥形破坏；柱状劈裂破坏 端面效应：端面条件对岩石强度的影响 温度和湿度： 随往温度的升高，岩石的脆性降低，粘性增强，岩块强度降低。 水对岩石强度的降低取决于岩石的空隙性、矿物的亲水性、吸水性和水的物理化 学特征等因素。 三轴压缩强度：试件在三向压力作用下能抵抗的最大轴向应力，称为三轴压缩强 度。 单轴抗拉强度：试件在单向拉伸时能承受的最大拉应力。 剪切强度：在剪切荷载下，岩块抵抗剪切破坏的的最大剪应力。 抗剪断强度：指试件在一定法向应力作用下，沿着预定的剪切面剪断的最大剪应 力。反映了岩块的内聚力和内摩擦阻力。 抗切强度： 指当试件上的法向应力为零时， 沿着预定剪切面剪断时的最大剪应力。 取决于内聚力。 摩擦强度：指试件在一定法向应力作用下，沿已有破裂面再次剪切破坏时的最大 剪应力。 岩石的强度理论 莫尔强度理论的基本思想：物体是在正应力和剪应力组合作用下产生破坏的；与 中间主应力无关；莫尔包络线：极限应力圆上破坏点的轨迹线 库伦库伦-莫尔强度理论优点： 莫尔强度理论优点：