第4章岩体基本力学性能
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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。
第二章 岩体的基本物理力学性质10、一个5510cm cm cm ⨯⨯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0.53cm ,装入岩粉后静置半小时,得读数为20.33cm ,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 2.71/5510m g cm V ρ===⨯⨯ 干密度36502.6/5510s d m g cm V ρ===⨯⨯颗粒密度360 3.03/20.30.5s s s m g cm V ρ===- 天然孔隙率 2.6110.143.03V 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4c MPa =,35ϕ=︒,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:135.00 5.0022x yMPa σσσσ++===方向:与x σ的夹角20tan 200 5.0xyx yτθσσ===--,0θ=︒ 莫尔应力图:圆心:135.002.522σσ++==半径:13 5.002.522σσ--==B单元:主应力大小:1222234.00000()() 4.04.02222x y x yxyMPa σσσσστσ+-+-=±+=±+=-方向:与xσ的夹角2 4.0tan2xyx yτθσσ===∞-,45θ=︒莫尔应力图:圆心:134.0 4.022σσ+-==半径:134.0( 4.0)4.022σσ---==C单元:主应力大小:1222235.705.00 5.00()() 2.00.702222x y x yxyMPa σσσσστσ+-+-=±+=±+=-方向:与xσ的夹角22 2.0tan20.85.00xyx yτθσσ⨯===--莫尔应力图:圆心:135.70.72.522σσ+-==半径:135.7(0.7)3.222σσ---==D单元:主应力大小:1222236.06.0 6.0 6.0 6.0()()06.02222x y x yxyMPa σσσσστσ+-+-=+=±+=方向:与xσ的夹角20tan206.0 6.0xyx yτθσσ===--,0θ=︒莫尔应力图:圆心:136.0 6.06.022σσ++==半径:136.0 6.022σσ--==E单元:主应力大小:12222310.9110.0 1.010.0 1.0()() 3.00.092222x y x yxyMPa σσσσστσ+-+-=±+=±+=方向:与xσ的夹角22 3.0tan20.6710.0 1.0xyx yτθσσ⨯===--莫尔应力图:圆心:1310.910.095.522σσ++==半径:1310.910.095.4122σσ--==(2)A单元:21335tan(45)2tan(45)24tan(45)15.37 5.0222c MPa MPaϕϕσσ︒=︒++︒+=⨯︒+=>不破坏; B 单元:2135354.0tan (45)24tan(45)0.61 4.022MPa MPa σ︒︒=-⨯︒++⨯︒+=< 破坏; C 单元:2135350.7tan (45)24tan(45)12.78 5.722MPa MPa σ︒︒=-⨯︒++⨯︒+=> 不破坏; D 单元:2135356.0tan (45)24tan(45)37.51 6.022MPa MPa σ︒︒=⨯︒++⨯︒+=> 不破坏; E 单元:2135350.09tan (45)24tan(45)15.7010.9122MPa MPa σ︒︒=⨯︒++⨯︒+=> 不破坏;13、对某种砂岩做一组三轴压缩实验得到的如表所示峰值应力。
名词解释:红色,加粗,楷体。
简答的题:蓝色,宋体,加粗。
填空的题:粉色,黑体,加粗。
选择的题:绿色,行楷,加粗。
第 0 章绪论一、地质体: 是指由岩石组成的块体及在结垢面切割下具有一定的结构和构造、 占据地球 上一定空间的实体,称为地质体。
(名-1) 二、勘察专业所研究的岩体力学问题为: 与工程活动有关的地壳浅表层岩体变形及稳定性问题:岩石边坡、岩石地 基及硐室围岩等。
第 1 章 岩体地质与结构特征1.1 概述一、岩体 1、概念: 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。
是岩体力 学研究的对象。
(名-2) 2、岩体的组成由结构面网络及其所围限的岩石块体组成。
3、岩体的物理力学性质特征:非均匀、非连续、各向异性和多相性。
1.2 岩块及其特征一、概念: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。
(名-3) 二、物质组成: 岩石是由具有一定结构构造的矿物集合体组成, 因此岩块的力学性质主要取 决于岩块的矿物成分及其相对含量。
三、岩块的结构与构造: 岩块的结构是指岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式及微结构面发育情 况与粒间连结方式等反映在岩块构成上的特征。
四、风化程度: 1、岩块的风化程度可用定性指标和某些定量指标表述。
2、判断岩块风化程度的定性指标主要有:颜色、矿物蚀变程度、破碎程度 及开挖锤击技术特征等。
3、判断岩块风化程度的定量指标主要有风化空隙率指标和波速指标等。
4、风化空隙率指标(Iw)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。
5、波速指标: (1)风化岩块纵波速度 (2)波速比:风化岩块与新鲜岩块的纵波速度比值; (3)风化系数:风化岩块与新鲜岩块的饱和单轴抗压强度比值。
1.3结构面特征一、概念:结构面(Structural Plane) 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。
第二章 岩体的基本物理力学性质10、一个5510cm cm cm ⨯⨯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0.53cm ,装入岩粉后静置半小时,得读数为20.33cm ,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36782.71/5510m g cm V ρ===⨯⨯干密度36502.6/5510s d m g cm V ρ===⨯⨯颗粒密度360 3.03/20.30.5s s s m g cm V ρ===- 天然孔隙率 2.6110.143.03V 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4c MPa =,35ϕ=︒,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:135.00 5.0022x yMPa σσσσ++===方向:与x σ的夹角20tan 200 5.0xyx yτθσσ===--,0θ=︒ 莫尔应力图:圆心:135.002.522σσ++==半径:13 5.002.522σσ--==B 单元:主应力大小:13 4.000 4.022x y MPa σσσσ++=±==- 方向:与x σ的夹角2 4.0tan 20xyx yτθσσ===∞-,45θ=︒ 莫尔应力图:圆心:134.0 4.0022σσ+-==半径:13 4.0( 4.0)4.022σσ---==C 单元:主应力大小:13 5.705.000.7022x y MPa σσσσ++=±==-方向:与x σ的夹角22 2.0tan 20.85.00xyx yτθσσ⨯===-- 莫尔应力图:圆心:135.70.72.522σσ+-==半径:13 5.7(0.7)3.222σσ---==D 单元:主应力大小:13 6.06.0 6.0 6.022x y MPa σσσσ++==±= 方向:与x σ的夹角20tan 206.0 6.0xyx yτθσσ===--,0θ=︒莫尔应力图:圆心:136.0 6.06.022σσ++==半径:13 6.0 6.0022σσ--==E 单元:主应力大小:1310.9110.0 1.00.0922x y MPa σσσσ++=±=±= 方向:与x σ的夹角22 3.0tan 20.6710.0 1.0xyx yτθσσ⨯===--莫尔应力图:圆心:1310.910.095.522σσ++==半径:1310.910.095.4122σσ--==(2)A 单元:21335tan (45)2tan(45)24tan(45)15.37 5.0222c MPa MPa ϕϕσσ︒=︒++︒+=⨯︒+=>不破坏; B 单元:2135354.0tan (45)24tan(45)0.61 4.022MPa MPa σ︒︒=-⨯︒++⨯︒+=< 破坏; C 单元:2135350.7tan (45)24tan(45)12.78 5.722MPa MPa σ︒︒=-⨯︒++⨯︒+=> 不破坏; D 单元:2135356.0tan (45)24tan(45)37.51 6.022MPa MPa σ︒︒=⨯︒++⨯︒+=> 不破坏; E 单元:2135350.09tan (45)24tan(45)15.7010.9122MPa MPa σ︒︒=⨯︒++⨯︒+=> 不破坏;13、对某种砂岩做一组三轴压缩实验得到的如表所示峰值应力。