岩石力学-影响岩石力学性质的主要因素

9． 结构面的剪切变形、法向变形与结构面的哪些因素有关？答：结构面的剪切变形、法向变形与岩石强度、结构面粗糙性和法向力有关。

10.结构面力学性质的尺寸效应体现在哪几个方面？答：结构面试块长度增加，平均峰值摩擦角降低，试块面积增加，剪切应力呈现出减小趋势。

此外，还体现在以下几个方面：（1）随着结构面尺寸的增大，达到峰值强度时的位移量增大；（2）试块尺寸增加， 剪切破坏形式由脆性破坏向延伸破坏转化；（3）尺寸增加，峰值剪胀角减小，结构面粗糙度减小，尺寸效应也减小。

12.具有单结构面的岩体其强度如何确定？答：具有单结构面的岩体强度为结构面强度与岩体强度二者之间的最低值。

结构面强度为：σ1 = σ3+2 ⋅ (C j +σ3⋅tg φj )(1 -tg φj ctg β ) ⋅ sin 2β岩体强度为：σ=1 + sin φσ +2 ⋅C ⋅ cos φ 1- sinφ3 1 - sin φ118.岩体质量分类有和意义？答：为了在工程设计与施工中能区分岩体质量的好坏和表现在稳定性上的差别，需要对岩体做出合理分类，作为选择工程结构参数、科学管理生产以及评价经济效益的依据之一，也是岩石力学与工程应用方面的基础性工作。

19.CSIR 分类法和Q 分类法各考虑的是岩体的哪些因素？答: 岩体地质力学分类是由岩体强度、RQD 值、节理间距、单位长度的节理条数及地下水５种指标分别记分，然后累加各项指标的记分，得出该岩体的总分来评价该岩体的质量。

CSIR=A+B+C+D+E＋FA——岩体强度（最高15分）；B——RQD 值（最高分20分）；C——节理间距（最高分20 分）D——单位长度的节理条数（最高分30 分）E——地下水条件（最高分15 分）。

F——节理方向修正分（最低－60，见表2-17b）巴顿岩体质量（Q）分类由Barton 等人提出的分类方法：Q ＝RQD⋅J r⋅Jw J n J aSRF考虑因素: RQD——岩石质量指标；J n——节理组数；J r——节理粗糙系数；J a——节理蚀变系数；J w——节理水折减系数；SRF——应力折减系数。

一、名词解释：1、岩石力学：研究岩石的力学性状和岩石对各种物理环境的力场产生效应的一门理论科学，是力学的一个分支，同时它也是一门应用科学。

2、岩石：是由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而成的多种矿物颗粒集合体，是组成地壳的基本物质。

3、岩体：是地质体，它的形成于漫长的地质年代有关，它是一定工程范围内的自然地质体，经过各种地质运动，内部含有构造和裂隙。

4、结构面：①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。

②又称弱面或地质界面，是指存在于岩体内部的各种地质界面，包括物质分异面和不连续面，如假整合、不整合、褶皱、断层、层面、节理和片理等。

5、岩石结构：结构面和结构体在岩体内的排列组合形式，称为岩体结构。

6、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7、弹性模量：弹性范围内轴向应力与轴向应变之比。

8、变形模量：岩石在单轴压缩条件下，轴向应力与轴向应变之比。

9、泊松比：岩石在单向受压条件下，横向应变与纵向应变之比10、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：是指岩石抵抗剪切破坏的能力13、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。

14、蠕变：在大小和方向都保持不变的外力作用下，变形随时间不断增长的现象。

15、准岩体强度：考虑裂隙发育程度，经过修正后的岩石强度称为准岩体强度。

16、完整性系数：是岩体中纵波速度和同种岩体的完整岩石中纵波速度之平方比。

17、普氏系数：岩石单轴抗压强度的十分之一。

18、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。

19、原岩应力：岩石是地球表层的物质，在漫长的地质年代里，由于地质构造运动等原因使地壳物质产生了内应力效应在，这种应力称为地应力或原岩应力。

20、自重应力：由于岩体自重而产生的天然应力叫自重应力。

一. 试述库仑准则和莫尔假定的基本内容。

（20分）二. 论述岩石在复杂应力状态下的破坏类型，并阐述其在工程岩体稳定性研究中的意义。

（20分）三. 论述影响岩石力学性质的主要因素。

（20分）四. 什么是岩石的水理性？如何描述岩石的水理性？（20分）五. 什么是岩石的应力-应变全过程曲线，研究应力-应变全过程曲线的意义是什么？（20分）一. 试述库仑准则和莫尔假定的基本内容该准则是1773年由库仑引入的，他认为趋于使一平面产生破坏的剪应力受到材料的内聚力和乘以常数的平面的法应力的抵抗，即|τ| = S 0 + μσ其中，σ和τ是该破坏平面的法向应力和剪应力，S 0可以看作是材料的固有剪切强度的常数，μ是材料的内摩擦系数的常数。

根据该理论可以推论出，当岩石发生破坏时所产生的破裂面将有两个可能的共轭破裂面，且均通过中间主应力的方向，并与最大主应力方向成夹角(φπ2141-)，这里的内摩擦角μφ1tan-=。

莫尔假定是莫尔于1900年提出的一种剪切破坏理论，该理论认为岩石受压后产生的破坏主要是由于岩石中出现的最大有效剪应力所引起，并提出当剪切破坏在一平面上发生时，该破坏平面上的法向应力σ和剪应力τ由材料的函数特征关系式联系：|τ| = f （σ）按莫尔假定可以看出：①岩石的破坏强度是随其受力条件而变化的，周向应力越高破坏强度越大；②岩石在三向受压时的破坏强度仅与最大和最小主应力有关，而与中间主应力无关；③三向等压条件下，莫尔应力圆是法向应力σ轴上的一个点圆，不可能与莫尔包络线相切，因而岩石也不可能破坏；④岩石的破裂面并不与岩石中的最大剪应力面相重合，而是取决于其极限莫尔应力圆与莫尔包络线相切处切点的位置，这也说明岩石的破裂不仅与破裂面上的剪应力有关，也与破裂面上出现的法向正应力和表征岩性的内聚力和内摩擦角有关。

总之，莫尔假定考虑了岩石的受力状态、周向应力约束的影响和岩石的本身性能，能较全面的反映岩石的破坏强度特征，但该假定忽视了中间主应力对岩石破坏强度的影响，而事实证明中间主应力对其破坏强度是有一定程度影响的。

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。

《岩⽯⼒学》考研.问答题1、什么是全应⼒应变曲线？为什么普通材料试验机得不出全应⼒应变曲线？答：在单轴压缩下，记录岩⽯试件被压破坏前后变形过程的应⼒应变曲线。

普通材料实验机整体刚度相对较⼩，对试件施加载荷产⽣的反作⽤⼒将使实验机构件产⽣较⼤变形（弹性能储存），当岩⽯试件被压坏时，试件抗压能⼒急剧下降，致使实验机弹性变形迅速恢复（弹性能释放）摧毁岩⽯试件，⽽得不到岩⽯破坏后的应⼒应变曲线。

刚性实验机在施加载荷时，⾃⾝变形极⼩，储存的弹性能不⾜以摧毁岩⽯试件，因此可以得到岩⽯破坏后的应⼒应变曲线。

2、简述岩⽯在三轴压缩下的变形特征。

答：E、µ与单轴压缩基本相同；随围压增加——三向抗压强度增加；峰值变形增加；弹性极限增加；岩⽯由弹脆性向弹塑性、应变硬化转变。

3、按结构⾯成因，结构⾯通常分为⼏种类型？答：按成因分类有三种类型：①原⽣结构⾯——成岩阶段形成的结构⾯；②构造结构⾯——在构造运动作⽤下形成的结构⾯；③次⽣结构⾯——由于风化、⼈为因素影响形成的结构⾯。

4、在巷道围岩控制中，可采取哪些措施以改善围岩应⼒条件？答：选择合理的巷道断⾯参数（形状、尺⼨），避免拉应⼒区产⽣（⽆拉⼒轴⽐）；巷道轴线⽅向与最⼤主应⼒⽅向⼀致；将巷道布置在减压区（沿空、跨采、卸压）。

5、地应⼒测量⽅法分哪两类？两类的主要区别在哪⾥？每类包括哪些主要测量技术？答：分为直接测量法和间接测量法。

直接测量法是⽤测量仪器直接测量和记录各种应⼒量。

间接测量法，不直接测量应⼒量，⽽是借助某些传感元件或某些介质，测量和记录岩体中某些与应⼒有关的物理量的变化，通过其与应⼒之间存在的对应关系求解应⼒。

直接测量法包括：扁千⽄顶法、⽔压致裂法、刚性包体应⼒计法和声发射法等。

间接测量法包括：套孔应⼒解除法、局部应⼒解除法、松弛应变测量法、孔壁崩落测量法、地球物理探测法。

1．岩⽯的塑性和流变性有什么不同?答：塑性指岩⽯在⾼应⼒（超过屈服极限）作⽤时，产⽣不可恢复变形的性质。