岩体力学期末考试复习资料

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第一章岩体地质与结构特征

1、结构面：是指地质历史发展中，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。

2、岩体：在地质历史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与一定的天然应力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、结构面的分类

（1） 根据地质成因类型分为原生结构面、构造结构面、次生结构面；

（2） 根据力学成因类型分为张性结构面、剪性结构面；

（3） 根据结构面的规模和分级为五级；

1） I级结构面：延伸几km〜几十km以上，破碎带宽度几十m以上的大断层，对区域构造起控制作用。

2） II级结构面延伸再m~几km破碎带宽度几~几十mm的断层、层间错动带、接触带、风化夹层等，对山体稳定起控制作用。

3） III级结构面延伸几百m的断层、接触带、风化夹层等，宽度小于1m,对岩体稳定起控制作用。

4） W级结构面：延伸在几十m范围内的节理、裂隙，未错动、不夹泥，影响岩体质量。

5） V级结构面：延伸差，无厚度，随机分布的隐裂隙等细小结构面，影响岩石质量。

4、结构面的基本特征

（1） 方位（产状）：结构面在空间的分布状态，用倾向、倾角表示。

（2） 间距：相邻结构面之间的垂直距离。

线裂隙率Ks：沿测线方向单位长度上结构面或裂隙的条数。（s为结构面平均间距） 1

Ks=—

s

面裂隙率Ka：单位测量面积中裂隙面积所占的百分率。

Ka=各裂隙面积（长*宽）之和义100%

所测量的岩体面积

体积裂隙率Kv：单位测量岩体中裂隙体积所占的百分率。

Kv=各裂隙体积（长*宽*厚）之和x100%s所测量的岩体体积°

单位体积裂隙数Jv:单位岩体体积内通过的总裂隙数。

（3） 延续性：表征结构面的展布范围和延伸长度。

很差 差 中等 好的 很好的 延伸长度（m） <1 1~3 3~10 10~30 >30

（4） 粗糙度：指结构面侧壁的粗糙程度，用起伏度和起伏差表示。形态:台阶形;波浪形;平直形；剖面类型:粗糙的;平坦的;光滑的。

（5） 结构面侧壁强度:与岩石类型和岩体风化或蚀变有关。

（6） 张开度：指结构面相邻岩壁间的垂直距离，用插尺测定。

（7） 充填物：指充填于结构面相邻岩壁间的物质。

1） 机械充填（砂、粘土、粉土、角砾等）

2） 胶结充填（方解石、石英、石膏）

3） 敷膜式充填（钙膜、泥膜、铁锰渲染）

充填物厚度（t）与起伏差（h）之比:t>h:填充物决定结构面力学性质；t

（8） 渗流；

（9） 节理组数；

（10）块体大小；

（11）岩石质量指标RQD:用直径为75mm的金刚石钻头和双管单动直径岩芯管在岩石中钻进，连续取直径为54mm的岩芯，回次钻进所取岩芯中，长度大于加的岩芯段长度之和与该回次进尺之比的百分数，表征岩体的节理、裂隙等发育程度的指标。 （12）岩体的完整性系数％

K=（Vpm）八2

VV pr

式中：Vpm为弹性波在原岩中的纵波速度，km/s；Vpr为弹性波在相应岩石的纵波速度，km/s；（13）岩体波速比K

V

pm

V~ pr

式中：Vpm为弹性波在原岩中的纵波速度，km/s；Vpr为弹性波在相应岩石的纵波速度，km/s；（14）结构面强度系数Kf

结构面的总摩擦角

K=

f岩石的总摩擦角

5、岩体风化程度的评价指标

（1） 定性指标主要有颜色、矿物的蚀变程度、破碎程度及开挖锤击技术等；

（2） 定量指标主要有风化孔隙率指标和波速指标；

风化孔隙率是快速浸水后风化岩块吸入水的质量与干燥岩块质量之比。波速指标是风化岩块和新鲜岩块的纵波波速之比。

6、泥化夹层的特性

泥化夹层是含泥质的软弱夹层经一系列地质作用演化而成的，它多分布在硬而中间相对软弱刚柔相间的岩层组合条件下，在构造运动作用下产生层间错动、岩层破对坚碎、结构改组，并为地下水渗流提供了良好的通道。水的作用使破碎岩石中的颗粒分散、含水量增大，进而使岩石处于塑性状态（泥化），强度大为降低，水还使来中的可溶盐类溶解，引起离子交换，改变了泥化夹层的物理化学性质。

泥化夹层具有以下特性：由原岩的超固结胶结式结构变成了泥质散状结构或泥质定向结构；黏粒含量很高；含水量接近或超过塑限；具有一定的胀缩性；力学性质比原岩差，强度低，压缩性高；由于其结构疏松，抗冲刷能力差，因而渗透水流的作用下易产生渗透变形。

7、岩体的结构类型 整体状结构、块状结构、层状结构、碎屑状结构、散体状结构

8、岩体结构的控制论

岩体结构对工程岩体的控制作用表现在三个方面，即岩体的应力传播特征、岩体的变形和破坏特征、工程岩体的稳定性。

9、评价岩体结构对岩体控制作用应该注意那些方面

（1） 在工程地质模型基础上,经初步岩体结构分析,对岩体稳定性可作出宏观与定性的判断。

（2） 依存关系,尤其是结构面（特别是控制性结构面与软弱结构面）与工程岩体的可准确确定岩体稳定性的边界条件。

（3） 结构面的组合关系,尤其是在软弱结构面共同作用下,控制着岩体变形破坏方式与失稳机制。

（4） 岩体结构同样控制工程岩体的环境因素。环境因素主要包括地应力与地下水,就地应力而言,虽主要受区域地质构造背景的控制,但就具体工程而言,地应力的作用方式与强度仍受到岩体结构的制约。地下水完全受控于岩体结构。

（5） 在岩体结构力学效应中,通过起伏角、尺寸效应和结构面产状,可充分反

映岩体结构对岩体稳定性的控制作用。第二章岩块的物理力学性质

1、研究岩块物理力学性质的意义

（1） 在岩体性质接近岩块性质时,如裂隙不发育的厚层、巨厚层岩体和块状岩体,则可通过岩块力学性质的研究外推岩体的力学性质,并解决有关的岩体力学问题。

（2） 岩块是岩体的组咸部分,当研究岩体在不同加载条件下的强度和变形性质时,不能忽视岩块性质的研究。

（3） 在评价石材性能时,必须研究相关岩块的物理力学性质。

（4） 在评价岩石的可钻性和可破碎性时,也要研究岩块的物理力学性质。

（5） 在工程岩体分类中,岩块强度和变形模量作为重要分类指标,这时也要研究岩块的物理力学性质。

2、岩石的物理指标

密度：单位体积内岩石的质量；

重度：单位体积内岩石的重量；

比重：岩石固体重量和4℃时同体积纯水的比值；孔隙率：岩石的空隙与总体积之比；

吸水率：岩石试件在大气压力和室温条件下自由吸入水的质量与岩样干重量之比；饱和吸水率：岩石试样在高压或者真空条件下吸入水的质量与与岩样干重量之比；软化性：岩石浸水饱和后强度降低的性质；软化系数=饱和抗压强度/干抗压强度；抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的能力；抗冻系数=反复冻融后的抗压强度/干抗压强度；

渗透性：在一定水力梯度或者压力差作用下，岩石能被水透过的性质；膨胀性：岩石浸水后体积膨胀的性质；

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；3、有关模量的概念

初始模量：应力与应变曲线原点处的切线斜率；

切线模量：应力与应变曲线上任一点处切线斜率；

割线模量：应力与应变曲线某特定点与原点连线的斜率，常取％/2的点；泊松比u：在单轴压缩条件下，横向应变与轴向应变之比； 体积模量：KV=^^; V3（1-2u）

剪切模量：剪应力与应变的比值,G=^;

2（1-u）

4、其它概念

流变：岩石的变形或者应力随时间变化的现象；

临界应力：试样处于临界平衡状态时横截面上的应力；转化压力：把岩石由脆性转化为延性的临界围压

弹性后效：岩石在弹性变形卸载后没有很快恢复，而是经过一段时间才能恢复的现象；

长期强度：岩石在长期荷载作用下抵御破坏的强度值；端面效应:端面条件对岩块强度的影响；

尺寸效应：试件尺寸越大，岩块强度越低；脆性度；抗压强度与抗拉强度之比；

5、岩块典型全应力-应变曲线的基本特征

（1） 孔隙裂隙压密阶段（OA段）在该阶段，随着载荷的增加，试件中原有张开性

结构面或微裂隙逐渐闭合,岩石被压密,形成岩块的应力应变，全过程曲线早期的非线性变形,应力一应变曲线呈上凹型,曲线斜率随应力增加而逐渐增大,表明微裂隙的闭合开始较快,随后逐渐减慢,本前段变形对裂隙化岩石来说较明显,而对坚硬裂隙的岩石则不明显,甚至不显现。

（2） 弹性变形至微破裂稳定发展阶段（A段），该阶段的曲线呈近似直线关系,

而曲线开始（AB段）为直线关系，随应力增加逐渐变为曲线关系,据其变形机理又可细分为弹性变形阶段（AB段）和微破裂稳定发展阶段（BC段），弹性变形阶段不仅变形随应力成比例增加,而且在很大程度上表现为可恢复的弹性变形,B点的应力可称为弹性极限，微破夏稳定发展阶段的变形主要表现为性变形,试件内开始出,并随应力增加面逐渐发展,当载荷保持不变时,微破裂也停止发展,由于微裂的出现,试件体积压缩速率减缓，曲线偏离直线向纵轴方向弯曲,这一阶段的上界应力（C点应力）称为服极。

（3） 非稳定破裂发展阶段（或称累进性裂阶段）（CD段）进入破裂的发展发生了质的变化,由于破裂过程中所造成的应力集中效应显著载荷保不变,破裂仍会不断发展,并在某些薄弱部位首先破,重新分,其结又引起次薄部位的破坏,依次进行下去直至试件完全破坏,试件面体积压缩转为扩轴向应变和体积应变速率迅速增大。试件承载能力达到最大段的上界应力称为峰强度单轴抗压。

（4） 破坏后阶段（图23,D点以后阶段）岩块承载力达到峰值后其内部结构完全破坏,但试件仍基本保持整体状,到本阶段,裂隙快速发展、交叉且相互联面。此后,岩块变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移,试件承载力增大迅速下但并不降到零,说明破裂的岩石仍有一定的承载能力。

6、 扩容现象的解释

非稳定破裂发展阶段（或称累进性裂阶段）（CD段）进入破裂的发展发生了质的变化,由于破裂过程中所造成的应力集中效应显著载荷保不变,破裂仍会不断发展,并在某些薄弱部位首先破,重新分,其结又引起次薄部位的破坏,依次进行下去直至试件完全破坏,试件面体积压缩转为扩轴向应变和体积应变速率迅速增大。试件承载能力达到最大段的上界应力称为峰强度单轴抗压。

7、 岩块蠕变曲线的特征