岩石力学 应力与应变

岩石典型应力应变曲线一、引言岩石应力应变曲线是岩石力学研究的重要内容之一，它描述了岩石在受力作用下的变形行为和破坏规律。

通过对岩石应力应变曲线的分析，可以深入了解岩石的物理性质、力学性能和破坏机理，为工程实践中岩石的利用、防护和加固提供重要的理论依据。

本文将对岩石典型应力应变曲线的特征、影响因素和应用进行阐述。

二、岩石应力应变曲线的基本特征岩石应力应变曲线通常可以分为四个阶段：压密阶段、线弹性阶段、非弹性阶段和破坏阶段。

.压密阶段（OA段）在压密阶段，试件稍微向上弯曲，这是由于岩石中初始的微裂隙受压闭合。

在这个阶段，试件的体积略有增加，应力与应变呈线性关系。

.线弹性阶段（AB段）在线弹性阶段，曲线近似于直线，应力与应变呈线性关系。

这说明岩石的变形是可逆的，并且不产生能量损耗。

线弹性阶段的应力范围是岩石能够承受的最大应力范围。

.非弹性阶段（BC段）在非弹性阶段，曲线向下弯曲，这是由于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。

在这个阶段，岩石的变形是不可逆的，并且会产生能量损耗。

非弹性阶段的应力范围是岩石从弹性转变为非弹性的区域。

.破坏阶段（CD段）在破坏阶段，曲线达到最大强度点C，这是岩石破坏的标志。

在C点，岩石达到其承受的最大强度，应力达到饱和状态。

此后，曲线开始向下弯曲，岩石开始出现破裂现象。

三、岩石应力应变曲线的影响因素岩石应力应变曲线的形状和特征受到多种因素的影响，主要包括岩石的类型、成分、结构、温度、湿度以及应变速率等。

.岩石类型和成分不同类型的岩石具有不同的力学性质和应力应变曲线。

例如，硬质岩石如花岗岩和石灰岩的应力应变曲线相对较为陡峭，而软质岩石如页岩和粘土的应力应变曲线则相对较为平缓。

此外，岩石的成分也会影响其力学性质和应力应变曲线。

例如，含有粘土矿物较多的岩石通常具有较低的强度和较高的塑性变形能力。

.岩石结构和构造岩石的结构和构造对其力学性质和应力应变曲线具有重要影响。

矿山岩体力学知识点岩体力学是矿山工程中的一个重要学科，它研究岩石的力学性质和其在地下开采中的变形和破坏规律。

了解岩体力学的知识点对于合理设计和稳定的矿山开采至关重要。

以下是一些岩体力学的主要知识点。

1.岩石的物理力学性质：包括岩石的密度、弹性模量、泊松比、抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。

这些物理力学性质对于岩石的变形和破坏具有重要影响，也是评估岩石力学性质的基本指标。

2.应力与应变：应力是指在力作用下岩石内部的应力状态，包括垂直和平行两个方向的应力。

应变是岩石在受力下发生的变形。

研究岩石的应力与应变关系有助于了解岩石在开采过程中的应力分布规律和力学特性。

3.岩石的变形与破坏规律：岩石在受到外力作用后会发生变形和破坏。

弹性变形是岩石在小应力作用下发生的可恢复变形，塑性变形是岩石在大应力作用下发生的不可恢复变形，破坏是岩石超过其承载能力导致破坏的过程。

了解岩石的变形与破坏规律可以指导矿山开采的安全与高效。

4.岩石力学参数的测定与试验方法：准确获取岩石力学参数是进行合理设计和分析的基础。

常用的试验方法包括岩石强度试验、应力-应变试验、岩石断裂试验等。

这些试验方法可以用于测定岩石的强度、变形特性和破坏特征，为岩石力学参数的确定提供依据。

5.岩体的稳定性分析：岩体的稳定性是矿山开采过程中一个重要的问题。

通过分析岩体力学参数、岩体结构、地应力等因素，预测和评估岩体的稳定性，选择合适的支护方法和措施，以确保矿山的安全运营。

6.岩石动力学：矿山开采中常伴随着岩爆、岩石震动等动力学问题。

了解岩石的动力学特性，包括岩爆的发生机制、岩石振动的传播规律等，对于预防和控制岩爆事故、减轻岩石震动的影响具有重要意义。

7.岩石支护与巷道设计：在矿山开采中，为了稳定岩体结构，需要进行巷道支护和巷道设计。

岩石力学的研究可以指导巷道的合理设计、支护方法的选择和支护结构的设计，提高巷道的稳定性和安全性。

8.岩层间的相互作用与岩爆防控：在矿山开采中，岩层间的相互作用对于岩体稳定性具有重要影响。

岩石力学计算题1. 题目- 已知某岩石试件在单轴压缩试验下，试件直径D = 50mm，高度H=100mm，破坏时的最大荷载P = 100kN。

求该岩石的单轴抗压强度σ_c。

2. 题目解析- 单轴抗压强度σ_c的计算公式为σ_c=(P)/(A)，其中P是破坏时的最大荷载，A是试件的横截面积。

- 对于圆形试件，其横截面积A = frac{π D^2}{4}，已知D = 50mm=0.05m，则A=frac{π×(0.05)^2}{4}- 计算A=(π×0.0025)/(4)≈ 0.001963m^2- 已知P = 100kN = 100000N- 根据σ_c=(P)/(A)，可得σ_c=(100000)/(0.001963)≈ 50.94MPa二、相关学习资料整理（以人教版知识体系为例）1. 基础知识部分- 岩石的基本物理性质- 岩石是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体。

其物理性质包括密度、重度等。

密度ρ=(m)/(V)（m为质量，V为体积），重度γ=ρ g（g 为重力加速度）。

这些基本物理性质是理解岩石力学性质的基础，例如密度较大的岩石在相同条件下可能具有更高的强度。

- 岩石的应力 - 应变关系- 在岩石力学中，应力σ=(F)/(A)（F为作用力，A为受力面积），应变varepsilon=(Δ l)/(l)（Δ l为变形量，l为原长）。

岩石的应力 - 应变曲线通常可以分为几个阶段，如压密阶段、弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段。

在单轴压缩试验中，弹性阶段岩石的应力与应变近似满足胡克定律σ = Evarepsilon（E为弹性模量）。

2. 单轴压缩试验相关知识- 试验目的- 单轴压缩试验是测定岩石单轴抗压强度的重要方法。

通过该试验可以得到岩石在单轴受压状态下的强度、弹性模量、泊松比等重要力学参数。

- 试验设备- 主要设备包括压力试验机、试件制备模具等。

压力试验机能够对试件施加轴向压力，并测量压力大小；试件制备模具用于制作符合标准尺寸要求的岩石试件。

1、如何获得岩石的全应力-应变曲线？他在分析岩石力学特性上有何意义？全应力-应变曲线也称作为应力应变全过程曲线，仅用一般的单轴或者三轴压力试验机所得到的结果只能反映岩石破坏前期的应力-应变关系曲线，其过程段表现不全面，岩石在猛烈撞击之后便失去了承载能力，所以这个过程不能够完全反映岩石的应力应变曲线的全过程。

通过刚性试验机，并利用伺服控制系统，适当控制加载速度从而来得到岩石全应力应变曲线，并简单对岩石反复加载的应力应变下去进行分析。

意义：(1) 全应力-应变曲线是指能全面反映岩石受压破坏过程中的应力、应变特征,特别是岩石破坏后的强度与力学性质变化规律的应力应变曲线;(2)全应力-应变曲线的工程意义在于它能预测岩爆,保证作业人员的工作安全,同时能预测需变破坏和预测循环加载条件下的岩石的破坏,工程中能利用岩石的这些性质完成工程项目，节约成本;2、岩块单轴压缩条件下的峰值前应力-应变曲线有哪几种类型？请画出相应的应力-应变曲线。

类型Ⅰ:变形特征近似为直线，直到发生突发性破坏，以弹性变形为主。

如玄武岩、石英岩、辉绿岩等坚硬、极坚硬岩石表现出该类变形特征。

类型Ⅱ:开始为直线，至末端则出现非线性屈服段。

如石灰岩、砂砾岩和凝灰岩等较坚硬且少裂隙的岩石常表现出该变形特征。

类型Ⅲ:开始为上凹型曲线，随后变为直线，直到破坏，没有明显的屈服段。

如花岗岩、砂岩及平行片理加载的片岩等坚硬而有裂隙发育的岩石常具这种变形特征。

类型Ⅳ:中部很陡的“S”形曲线。

如大理岩和片麻岩等某些坚硬变质岩常表现出该变形特征。

类型Ⅴ:中部较缓的“S”形曲线。

是某些压缩性较高的4岩石如垂直片理加载的片岩常见的曲线类型。

4类型Ⅵ:开始为一很小的直线段，随后就出现不断增长的塑性变形和蠕变变形。

如盐岩等蒸发岩和极软岩表现出该变形特征。

3、分别总结结构面的法向变形与剪切变形的主要特征？①开始时随着法向应力的增加,结构面闭合变形迅速增长。

②从变形上看，在初始压缩阶段，含结构面岩块的变形△Vt，主要是由结构面的闭合造成的。

北京科技大学硕士学位研究生入学考试《岩石力学》问答题1.什么是全应力-应变曲线？各个阶段的特征是什么？画图说明。

全应力-应变曲线：能显示岩石在受压破坏过程中的应力、变形特性，特别是破坏后的强度与力学性质的变化规律。

分为四个阶段（1）孔隙裂隙压密阶段：在此阶段时间横向膨胀较小，试件体积随荷载增大而减小；（2）弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段：该阶段的应力-应变曲线成近似直线型；（3）非稳定破裂发展阶段：进入本阶段后，微破裂的发展出现了质的变化，破裂不断发展，直至试件完全破坏，试件由体积压缩转为扩容，轴向应变和体积应变速率增大。

（4）破裂后阶段：裂隙快速发展，交叉且相互联合，形成宏观断面。

此后，岩块变形主要表现为沿宏观裂面的块体滑移。

试件承载力随变形增大迅速下降，但不降到零。

2.为什么普通材料试验机得不出全应力-应变曲线？全应力应变曲线有什么用途？由于材料试验机的刚度小，在试件压缩时，其支柱上存在很大的变形和变形能，在试件快要破坏时，该变形能突然释放，加速试件破坏，从而得不出极限压力后的应力-应变关系曲线。

全应力-应变曲线的用途：（1）揭示试件破裂后仍有一定承载力（2）预测蠕变的破坏（3）预测岩爆（4）预测循环加载下的岩石破坏第二蠕变阶段：如曲线中bc段，应变速率保持不变，故又称为等速蠕变阶段。

第三蠕变阶段：如曲线中cd段，应变速率迅速增加直到岩石破坏，故又称为加速蠕变阶段。

4.简述维护岩石地下工程稳定的基本原则(新奥法)。

（1）合理利用和充分发挥岩体强度A．避免岩石强度的损坏B．充分发挥岩体的承载能力C．加固岩体（2）改善围岩的应力条件A.选择合理的隧道断面形状和尺寸B.选择合理的位置和方向C.采用卸压方法（3）合理支护（4）强调检测和信息反馈（5）注重涌水处理：堵水、输水。

5.围岩-支护作用的共同原理是什么？它对围岩支护有什么指导意义？A．围岩周边位移和支护反力成反变关系；B．支架的支护力与支架变形成正变关系；C．围岩特性曲线与支架特性曲线的交点是围岩与支架的工作点，构成共同作用关系，二者共同承载；D．在一定变形范围内，围岩变形越大所需支护力越小。

岩石应力应变曲线名词解释岩石应力应变曲线（RockStress-StrainCurve）是研究岩石在弹性状态下力学特性的重要方法，可用来评价岩石在深度内的特点或应力状态。

它是岩石力学模型及其应用研究中必不可少的材料，主要用于试验测量岩石尺寸变形性能曲线。

该曲线呈S型变化，弹性状态下的应变（Strain）与应力（Stress）的变化情况如下：1、弱应力时，应力与应变之间的关系可用Hooke定律来描述。

Hooke定律表明，在岩石材料本身结构尚未出现裂缝之前，随着应力的增加，应变也在增加。

2、当应力超过一定水平时，经历了一段应变饱和（Strain Saturation）后，应变与应力的变化比较缓慢。

在此状态下，岩石的抗压强度提高，而抗拉强度几乎不变。

3、当应力达到最大强度时，岩石物质的极限强度也到达顶峰，此后，岩石的抗压强度和抗拉强度都在快速减弱。

4、当应力达到极限值时，岩石就发生了破坏，应变也达到了最大值，因此，曲线呈右下斜状，它失去了线性关系，应力应变曲线右侧表示破坏状态。

岩石应力应变曲线是岩石力学的一个重要指标，它可揭示岩石的流变特性，并反映应力应变之间的关系。

该曲线可提供岩石的机械性质信息，其结果可以被用来评价岩石在加载作用下的变形性能。

此外，岩石应力应变曲线还可以帮助识别岩石中的弱环节、克服自由面或悬臂等问题，为岩石开采提供参考依据。

另外，岩石应力应变曲线还可以用于岩石测试，如抗压强度测试、抗拉强度测试和抗压疲劳测试。

此外，该曲线可以提供坐标，可以更好地理解和研究岩石材料的特性，从而进一步研究岩石力学性质。

综上所述，岩石应力应变曲线是岩石力学的一个重要指标，它可以用于评价岩石材料的特点及性能，为岩石工程的设计提供重要参考依据。

今天，岩石应力应变曲线在各种岩石力学研究中都发挥重要作用。

阐述岩石的应力应变全过程曲线应力-应变全过程曲线是研究岩石力学特性的重要指标之一。

它可以描述岩石在不同应力作用下的应变变化规律，揭示岩石的变形、破裂和失稳等行为。

岩石的应力-应变全过程曲线通常包括弹性阶段、屈服阶段、塑性阶段和破坏阶段。

首先是岩石的弹性阶段。

在这个阶段，岩石在外力作用下发生应变，但在去除外力后，能够完全恢复到初始状态，没有残余应变。

这是因为岩石在弹性阶段内，岩石的分子、原子间只发生了位置的微小位移，没有发生断裂或滑动。

岩石的弹性本性可以用胡克定律来描述，即应力与应变之间存在线性关系。

胡克定律表达为σ = Eε，其中σ为应力，E为弹性模量，ε为应变。

弹性模量是岩石抵抗变形的能力的物理量，它反映了岩石的刚性。

在这个阶段，应力-应变曲线呈现出线性关系，岩石的应力呈现出线性递增的趋势。

随着应力的增加，岩石进入屈服阶段。

在这个阶段，岩石开始发生塑性变形，即应力作用下，岩石发生了不可逆的应变。

当外力减小或去除时，岩石会有残余应变。

在这个阶段，应力-应变曲线的斜率减小，表明岩石的刚性有所降低。

接下来是岩石的塑性阶段。

在这个阶段，岩石的应力继续增加，而应变较为显著。

岩石逐渐失去了弹性，产生了更大的变形。

在这个阶段，岩石的应力-应变曲线呈现出韧性变形的特点，应力增加速率逐渐降低。

最后是岩石的破坏阶段。

当岩石的应力继续增加到一定程度时，岩石无法再承受外力的作用而发生破裂。

在这个阶段，岩石的破裂韧性降低，应力-应变曲线呈现出明显的下降趋势。

岩石的破坏通常伴随着岩石断裂带的形成，断裂带中存在裂纹和剪切面。

岩石的应力-应变全过程曲线对岩石力学性质的研究具有重要的意义。

它可以用来评价岩石的强度、变形能力以及抗破裂能力。

通过分析和比较不同岩石的应力-应变全过程曲线，可以对岩石的力学性质进行定量描述和比较，为地质工程设计和岩石工程地质问题的解决提供依据。

此外，岩石的应力-应变全过程曲线还可以用于岩石的动态力学特性研究，例如岩石的动态强度和岩石的动态断裂特性。

围岩应力应变计算公式引言。

在岩石工程中，围岩的应力应变计算是非常重要的一部分。

通过对围岩的应力应变进行准确的计算，可以帮助工程师更好地了解围岩的稳定性，从而有效地设计和施工工程项目。

本文将探讨围岩的应力应变计算公式，以及如何应用这些公式来进行工程实践。

围岩的应力应变计算公式。

围岩的应力应变计算公式可以通过岩石力学理论来推导和建立。

在岩石力学中，通常使用弹性模型来描述岩石的应力应变关系。

弹性模型假设岩石在受力作用下会产生弹性变形，即在去除外力后能够完全恢复到原来的形状。

基于弹性模型，可以得到围岩的应力应变计算公式如下：ε = σ / E。

其中，ε表示围岩的应变，σ表示围岩的应力，E表示围岩的弹性模量。

这个公式表明了围岩的应变与应力之间的线性关系，弹性模量E越大，围岩的应变就越小。

应力应变计算公式的应用。

围岩的应力应变计算公式可以应用于岩石工程的各个方面，包括岩石的稳定性分析、隧道和坑道的支护设计、岩石爆破工程等。

下面将分别介绍这些方面的应用。

1. 岩石的稳定性分析。

在岩石工程中，经常需要对围岩的稳定性进行分析，以确保工程项目的安全性。

围岩的应力应变计算公式可以帮助工程师计算出围岩在受力作用下的变形情况，从而评估围岩的稳定性。

通过对围岩的应力应变进行分析，工程师可以确定围岩的变形情况，为工程项目的设计和施工提供重要的参考依据。

2. 隧道和坑道的支护设计。

在隧道和坑道工程中，围岩的应力应变计算公式可以用于支护结构的设计。

通过计算围岩的应力应变，工程师可以确定支护结构的尺寸和材料，以确保支护结构能够有效地抵抗围岩的变形和破坏。

应力应变计算公式还可以用于评估支护结构的稳定性，为支护设计提供科学依据。

3. 岩石爆破工程。

在岩石爆破工程中，围岩的应力应变计算公式可以用于评估爆破后围岩的变形情况。

通过计算围岩的应力应变，工程师可以确定爆破参数，以减小围岩的应力集中，降低围岩的破坏程度，从而提高爆破效果和保证工程安全。