岩体力学复习资料

岩体⼒学复习资料

1.孔隙⽐：空隙的体积与固体的体积的⽐值

2.孔隙率：岩⽯试样中孔隙体积与岩⽯试样总体积的百分⽐

3.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

4.渗透性：指在⽔压⼒作⽤下，岩⽯的孔隙和裂隙透过⽔的能⼒

5.抗冻性：岩⽯抵抗冻融破坏的性能

6.扩容：岩⽯在荷载作⽤下在其破坏之前产⽣的⼀种明显的⾮弹性体积变化

7.流变：岩⽯在⼒的作⽤下发⽣与时间相关的变形的性质

8.蠕变：在应⼒为

恒定的情况下，岩⽯变形随时间发展的现象9.松弛：在应变保持恒定的情况下，岩⽯的应⼒随时间⽽减少的现象

10. 弹性后效：在卸载过程中弹性应变滞后与应⼒的现象

11. 长期强度：岩⽯的强度随外荷载作⽤时间的延长⽽降低，通常把作⽤时间t→∞的强12.度称为岩⽯的长期强度.

13. 岩⽯的三向抗压强度：岩⽯在三向压缩荷载作⽤下达到破坏时所能承受的最⼤压应⼒

14. 影响岩⽯强度的主要试验因素：端部效应，试件的形状尺⼨，加载速度

15. 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？

全应⼒—应变曲线分为四个阶段即Ⅰ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；Ⅱ接近于直线，近似于线弹性⼯作阶段；Ⅲ曲线向下弯曲，属于⾮弹性阶段，主要是在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；Ⅳ应变软化阶段5默察阶段符合压⼒机刚度⼤于试件刚度的压⼒试验机称为刚性压⼒机试验。

压⼒机的特性对岩⽯破坏过程有很⼤影响，压⼒机在对试件加压的同时本⾝变形也相当⼤，⽽当试件破坏来临时，积蓄在压⼒机内的能量突然释放出来，从⽽引起试验系统集聚变形，试件碎⽚猛烈飞溅。16. 简要叙述库伦、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？

库伦：若⽤σ和τ代表受⼒单元体某⼀平⾯上的正应⼒和剪应⼒，则这条准则规定：当τ达到如下⼤⼩时，该单元就会沿此平⾯发⽣剪切破坏，即

▏τ▕=fσ+c

莫尔：在极限时滑动⾯上的剪应⼒达到最⼤值τf ，并取决于法向压⼒和材料的特性τf =f（σ）

格⾥菲斯：假定材料中存在许多随机分布的微⼩裂隙，材料在荷载作⽤下，裂隙尖端产⽣⾼度的集中应⼒。当⽅向最有利的裂隙尖端附近的最⼤应⼒达到材料的特征值时，会导致裂隙不稳定扩展⽽使材料脆性破坏。

库伦准则和莫尔准则都是以剪切作为其物理机理，莫尔—昆仑准则都

适⽤于低围压的情况。17. 岩⽯蠕变包括哪⼏个阶段？各阶段有何特点？

蠕变的第Ⅰ阶段称作初始蠕变段，在此阶段的应变—时间曲线向下弯曲，应变与时间⼤致呈对数关系，即ε∝㏒t ；第Ⅰ阶段结束后进⼊第Ⅱ阶段，在此阶段内变形缓慢，应变与时间近于线性关系，故亦称等速蠕变段或稳定蠕变段；最后进⼊第Ⅲ阶段，此阶段内呈加速蠕变，这将导致岩⽯的迅速破坏，称为加速蠕变段。18. 什么是岩⽯的长期强度？它与岩⽯的瞬时强度有什么关系？

当衡量永久性的和使⽤期长的岩⽯⼯程的稳定性，不应以瞬时强度⽽应以长期强度作为岩⽯强度的计算指标。在恒定荷载长期作⽤下，岩⽯会在⽐瞬时强度⼩得多的情况下破坏，对于⼤多是岩⽯，长期强度与瞬时强度之⽐为（S∞／S0）0.4—0.8.19.结构⾯按其成因通常分为那⼏种类型，各有什么特点？

答：（1）原⽣结构⾯：指在成岩过程中所形成的结构⾯最具有代表性的是岩层的层⾯，柱状节理⾯。（2）构造结构⾯：由于构造运动所形成的结构⾯如断层，岩体中的共轭剪节理等（3）次⽣结构⾯：成岩后期由于风化作⽤⽽形成的结构⾯如风化节理等20.简诉地壳浅部地应⼒分布的基本规律。

答1.地应⼒⼀个具有相对稳定性的⾮稳定应⼒场，他是时间和空间函数 2.实测垂直应⼒基本等于上覆⼟层的重量 3.⽔平应⼒普遍⼤于垂直应⼒4.平均⽔平主应⼒与垂直应⼒的⽐值随深度的增加⽽减⼩，但是在不同

地区，变化得速度很不相同。5.最⼤⽔平主应⼒和最⼩⽔平主应⼒也随深度成线型增长关系。 6.最⼤⽔平主应⼒和最⼩⽔平主应⼒之值⼀般相差较⼤，显⽰出很强的⽅向性。7.地应⼒的上诉分布规律还会受到地形，地表剥蚀，风化，岩⽯结构特征，岩⽯⼒学性质，温度，地下⽔等因素的影响，特别是地形和断层的扰动影响最⼤。21. 地应⼒测量⽅法分为哪两类？两类的主要区别？每类包括哪些主要的饿测量技术？

答:直接测量⽅法：直接测量⽅法是直接由测量仪器直接测量和记录各种应⼒的量，并由这些应⼒量和原岩应⼒的相互关系，通过计算获得原岩应⼒值。包括：扁千⽄顶法，⽔压致裂法，刚性包体应⼒计法和声发射法。

间接测量⽅法：不是直接测量应⼒量，⽽是借助某些传感元件或默写介质，测量和记录岩体中某些与应⼒有关的间接物理量的变化，然后由测得的间接物理量的变化，通过已知

的公式计算岩体中的应⼒值。包括：套孔应⼒解除法或者其他应⼒变解除⽅法和地球物理⽅

法等。22.单轴抗压强度的影响因素

答: 1.承压板对单轴抗压强度的影响2.岩⽯试件尺⼨及形状对单轴抗压强度的影响（1）岩⽯试件的形状（2）岩⽯试件的尺⼨（3）岩⽯试件的⾼径⽐ 3.加载速率对单轴抗压强度的影响 4.环境对岩⽯单轴抗压强度

的影响（1）含⽔率对岩⽯单轴抗压强度的影响（2）温度对岩⽯单轴抗压强度的影响23.地下⼯程围岩弹性应⼒分析轴对称情况的基本假设（⼀般圆形隧道）

答：基本假设：围岩为均质，各向同性线弹性，⽆蠕变性或粘性⾏为后岩应⼒为各项等

压状态地下⼯程为⽆线场，可视为平⾯应变问题。Z≥20R024.⽀护结构的基本应⽤、⼀个理想的⽀护所满⾜的基本要求

答:基本作⽤：承受荷载，防⽌围岩恶化，⾜够的安全度保证净空距离.具体要求：⽀护与围岩⼤⾯积牢固接触，⼆者成为统⼀体共同承载.点接触：衬砌，钢⽀撑，⾯接触，回填，喷锚相结合。重视早期⽀护作⽤，能与⼆期⽀护形成整体。25.新奥法的要点、基本原则、优缺点

答：要点：1、硐室开挖后⾃⾝承担主要的⽀护作⽤三向受⼒2、变形、松弛、保护层、刚度3、衬砌要加强的区段，不增加砼厚度，增加钢筋⽹、钢⽀撑、锚杆锚索4、加强监测5、厚壁圆筒，衬砌共同作⽤6、施⼯扰动的影响7、考虑⽔、加强排⽔。

基本原则：少扰动，早锚喷，勤测量，紧封闭

优点：1、除了竖井作业外，地上作业很少，隐蔽性好，因噪⾳、震动引起的周围环境影响⼩。2、隧道施⼯的费⽤和技术难度基本不受附图深度影响，适宜于建造深埋隧道。3、穿越河底或者海底时，不影响通⾏，

也不受⽓候的影响。4、穿越地⾯建筑群和地下管线密集的区域时对周围的环境影响⼩。5、⾃动化程度⾼，劳动强度低，施⼯速度快。

缺点：施⼯设备费⽤⾼，附图较浅时地表沉降⽐较难控制，施做⼩曲率半径隧道时掘进⽐较困难。26.地应⼒测量⽅法的种类：

答：构造法、变形法、电磁法、地震法、放射性法。27.⼆次应⼒定义：⼆次应⼒是指由于结构的⾃⾝约束或相邻部件的约束⽽产⽣的应⼒.热应⼒就是⼆次应⼒.

28.围岩：是由于⼈⼯开发使岩体的应⼒状态发⽣改变⽽这部分被改变的应⼒状态的岩体称为围岩29.应⼒场：应⼒状态的空间函数,亦即应⼒状态随空间点的变化。物体受外⼒或其它因素影响时,它内部的应⼒呈现某种分布状况。为表明物体的这种情况,将物件连同它内部的这种应⼒分布状况称为应⼒场30.影响蠕变因素：1.岩性2.应⼒3.温度与湿度

31.结构⾯：是没有或具有极低的抗拉强度的⼒学不连续⾯它包括⼀切地质分离⾯

32.结构⾯类型：A 按结构⾯成因划分：①原⽣结构⾯②构造结构⾯

③次⽣结构⾯

33.切割度：表⽰岩体被结构⾯切割的程度X=a/A a 结构⾯⾯积

A 假想断⾯⾯积当岩体中存在多组结构⾯时，此时切割度为：X=(a1+a2+a3++an)/A

34.围岩：在岩体中进⾏开挖以后，扰动了原岩的⾃然平衡状态，引起了岩体中应⼒的重新分布，发⽣应⼒变化的那部分岩体称之为围岩35.普⽒理论特分析：在松散岩⽯体中开巷后，巷道顶部的岩体会产⽣脱落，当脱落到⼀定程度时，岩体进⾏⼊新的平衡，此时巷道顶部会形成⼀个⾃然平衡拱，⾃然平衡拱以上的饿岩体重量通过拱传递到巷道两帮，⽽对拱内岩体⽆任何影响。作⽤于巷道顶板的压⼒仅为⾃然平衡拱与顶板间破碎的岩体的重量，⽽与拱外岩体及巷道埋深⽆关。36.普⽒理论特点：1、普⽒把岩体看成松散体，这种假设与多数岩体实际情况不符，只在某些断裂破碎带或强风化带才接近于松散体。2、普⽒应尽坚固性系数f的概念，但由库伦准则，它随正应⼒的变化⽽变化，因此f不是岩体本事的特性参数，同时也⽆法通过实验确定。3、按普⽒理论，巷道顶部在中部最⼤，这与许多实际⼯程不符。4、根据普⽒理论，巷道压⼒只与巷道跨度有关，⽽与巷道断⾯形状、上覆岩层厚度以及施⼯⽅法、施⼯程序⽆关，这些都与实际不符。37.太沙基理论：在松散岩体中开巷后，由于⾃重应⼒的作⽤，巷道两帮发⽣剪切破坏，成成直达地标的破裂⾯。此时位于巷道正上⽅的垂直岩柱将会下沉，因此引起的巷道顶压是垂直沿柱客服两帮摩擦⼒下沉的结果。38松弛分类

完全松弛不完全松弛不松弛⽴即松弛39⽀护类型

按受⼒特点1防护型2构造型3承载型

按材料分1⽊⽀架2⽯材⽀护3.钢⽀架4喷射混凝⼟⽀架（1）⼲喷（20潮喷（3）湿喷5锚杆⽀护6锚喷联合⽀护10、⼀个5×5×10cm 试样，其质量为678g ，⽤球磨机磨成岩粉并进⾏风⼲，天平秤称得其质量为650g ，取其中岩粉60g 作颗粒密度试验，岩粉装⼊李⽒瓶前，煤油的度数为0.5cm 3，装⼊岩粉后静置半⼩时，得读数为20.3cm 3，求：该岩⽯的天然密度、⼲密度、颗粒密度、岩⽯天然空隙率。

解：天然密度3678 2.71/5510

m g cm V ρ=

==??； ⼲密度

3650 2.6/5510

s d m g cm V ρ===??

颗粒密度360 3.03/20.30.5

s s s m g cm V ρ===-；

天然孔隙率2.6110.14

3.03

V d s V n V ρρ==-=-=12、已知岩⽯单元体A —E 的应⼒状态如图所⽰，并已知岩⽯的c=4MPa,ψ=35,试求：

（1）各单元的主应⼒的⼤⼩、⽅向，并作出莫尔应⼒图。 （2）判断在此应⼒下，岩⽯单元体按莫尔-库伦理论是否会破坏？解：（1）A 单元： 主应⼒⼤⼩： ⽅向：与σx 的夹⾓20tan 200 5.0xy

x y τθσσ===--，

0θ=?

莫尔应⼒图：圆⼼：13

5.00

2.52

2

σσ++=

=； 半径：13

5.00 2.52

2

σσ--==

B 单元： 主应⼒⼤⼩：

1222

23 4.00000()() 4.0 4.02222

x y x y xy MPa σσσσστσ+-+-=±+=±+=- ⽅向：与σx 的夹⾓

2 4.0

tan 20xy

x y τθσσ===∞-，

45θ=?

莫尔应⼒图：圆⼼：13

4.0 4.0

022

σσ+-=

=； 半径：13

4.0( 4.0) 4.022

σσ---==

C 单元：主应⼒⼤⼩：

1222

23 5.705.00 5.00()() 2.00.702222

x y x y xy MPa σσσσστσ+-+-=±+=±+=- ⽅向：与σx 的夹⾓