2 岩体的基本性质通常把在地质历史过程中形成的，具有一定的岩石成分和一定结构，并赋存于一定地应力状态的地质环境中的地质体，称为岩体。岩体在形成过程中，长期经受着建造和改造两大地质作用，生成了各种不同类型的结构面，如断层、节理、层理、片理等。受其影响，岩体往往表现出明显的不连续、非均质和各向异性，具有一定的结构是岩体的显著特征之一，它决定了岩体的工程特性及其在外力作用下的变形破坏机理。因此，从抽象的、典型化的概念来说，可以把岩体看作是由结构面和受它包围的结构体共同组成的。
所谓“结构面”，是指在地质发展历史中，尤其是地质构造变形过程中形成的，具有一定方向、延展较大、厚度较小的二维面状地质界面，它包括岩石物质的分界面和不连续面，如岩体中存在的层面、节理、断层、软弱夹层等，可统称为结构面。结构面是岩体的重要组成单元，由于受结构面的切割，岩体的物理力学性质与岩石有很大的差别。岩体的物理力学性质取决于结构面和结构体两部分的组合情况，尤其在工程上，岩体的工程力学稳定性质主要取决于岩体内结构面的数量、空间大小、空间组合情况、结构面特征以及充填介质的性质等。所谓结构体是指由结构面切割而成的岩石块体。结构体的四周都被结构面包围，常见的结构体大都是有棱角的多面体，如立方体、长方体、柱状体、板状体、菱形体、梯形体、楔形体、锥形体等。结构体也是岩体的重要组成部分，它本身的物质组成和排列组合方式也影响到岩体的力学性质。总之，岩体是由结构面和结构体两部分组成的，这也决定了其物理力学性质不是单纯取决定于某一方面的结果，而是二者共同作用和表现的结果，这在岩体力学分析和研究时是十分重要的。
在上一章开始时曾简单介绍过岩石和岩体二者之间的关系，指出工程上的岩石可视为岩体中的结构体（岩块），在无特殊说明的情况下，工程中的岩石均是指岩体中的结构体即岩块而言的。从力学角度来看，岩体与岩石有许多区别，其中较明显的特征可归纳为以下几点：
第一章 绪 论
一、 岩块与岩体的区别：岩块是指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小的岩石单元；岩体是指在地质历史过程中形成的，有岩石单元体（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的地下水等地质环境中的地质体。（解答题）
第四章 岩石的变形和强度特征
一、了解塑性、脆性、延性和黏性的概念（不用背）
二、总应变大于5%为塑性材料，小于5%为脆性材料。
三、名词解释
1、弹性后效：大多数岩石的大部分弹性变形在卸荷可很快恢复，而小部分（10%~20%）须经过一段时间才能恢复，这种现象称为弹性后效。
2、岩石记忆：逐级一次循环加载条件下，其应力—应变曲线的外包线与连续加载条件下得曲线基本一致，说明加卸荷过程并未改变岩石变形的基本习性，这种现象称为岩石记忆。
3、蠕变现象：当应力保持恒定时，应变随时间的增长而逐渐增大的过程。
4、长期强度：稳定蠕变与非稳定蠕变的临界应力值称为岩石的长期强度。
5、应力松弛：当应变保持恒定时，应力随时间逐渐减小的过程。
四、围压可使岩石的变形特性发生改变（随着围压的增大，岩石逐渐由脆性变为塑性）
五、（P40.图4-3 解答题）
1、微裂隙闭合阶段（OA）
A、原因：岩石中原先存在的微裂隙闭合或者被压紧。
B、特征：其斜率随应力增大而逐渐增加，表明微裂隙的变化开始很快，随压力增加而减缓。以塑性变形为主，含少量弹性变形。 C、其出现说明了岩石裂隙较多，对于坚硬少裂隙的岩石不明显甚至很难划分次阶段。
2、弹性变形阶段（AB）
A、原因：岩体中的裂隙进一步闭合，空隙被压缩，岩石母体受压而发生弹性形变。
B、特征：应力与应变成正比关系，以弹性变形为主。
C、B点应力为比例极限或者弹性极限。
3、微破裂稳定发展阶段（BC）
A、原因：随应力增加开始产生新的裂隙。
B、特征：新裂隙产生引发的塑性变形，当荷载保持不变，微裂隙也停止发展。
岩体的动力学性质
岩体的动力学性质是岩体在动荷载作用下所表现出来的性质，包括岩体中弹性波的传播规律及岩体动力变形与强度性质。
一、岩体中弹性波的传播规律
1、弹性波在介质中的传播速度仅与介质密度ρ及其动力变形参数Ed，μd有关。因此可以通过测定岩体中的弹性波速来确定岩体的动力变形参数。
2、影响弹性波在岩体中的传播速度的因素:
（1）岩性：不同岩性岩体中弹性波速度不同，岩体愈致密坚硬，波速愈大，反之，则愈小。
（2）结构面：沿结构面传播的速度大于垂直结构面传播的速度。
（3）应力：在压应力作用下，波速随应力增加而增加，波幅衰减少；反之，在拉应力作用下，则波速降低，衰减增大。
（4）含水量：随岩体中含水量的增加导致弹性波速增加。
（5）温度：岩体处于正温时，波速随温度增高而降低，处于负温时则相反。
二、岩体中弹性波速度的测定
可以采用地震法、声波法来测试弹性波速，下面就介绍常用的声波法。
声波法测试步骤：
（1）选择代表性测线，布置测点和安装声波仪，见下图。
（2）发生正弦脉冲，向岩体内发射声波。
声波法测弹性波原理图
1.发射换能器；2.接收换能器；3.放大器；4.声波发射仪； 5.计时装置
（3）记录纵、横波在岩体中传播的时间。
（4）根据下面的公式计算波速。
三、岩体的动力变形与强度参数
1、动力变形参数
动力变形参数有：动弹性模量和动泊松比及动剪切模量。可通过声波测试确定。
优点：不扰动被测岩体的天然结构和应力状态；测定方法简便，省时省力；能在岩体中各个部位广泛进行。
计算公式：
岩体与岩块的动弹性模量都普遍大于静弹性模量。坚硬完整岩体Ed/Eme约为1.2～2.0 ，风化、裂隙发育的岩体和软弱岩体Ed/Eme约为1.5～10.0左右，大者可超过20.0。原因如下：
①静力法采用的最大应力大部分在1.0～10.0MPa，少数则更大，变形量常以mm计，而动力法的作用应力约为10-4MPa量级，引起的变形量很微小。因此静力法会测得较大的不可逆变形，而动力法则测不到这种变形。
岩体的基本力学性能与分级标准
一、岩体破坏形式
挠曲、剪切、拉伸及压缩等四种形式。
二、岩体变形特征
（一）岩体应力一应变曲线分析
岩体中存在各种裂缝和空隙，因此在受载的开始阶段体积减小，但到一定的阶段体积又增大。根据目前的试验研究，可把岩体受力后产生变形和破坏的过程分为四个阶段，其应力应变曲线见图1-21<.
（I）压密阶段。该阶段是受力的更杂多裂隙岩体首先出现的（图1-21中I）。其变形主要是非线性的压缩变形，表现为应力应变曲线呈凹状缓坡。
（2）弹性阶段。岩体经过压密后，可认为是连续介质。如果继续加载就进入弹性阶段（图1-21中II）。该阶段的主要特点是，岩体中的结构体开始承载和变形，岩体变形的主要组成部分是弹性变形。即变形随载荷的增加基本上按比例增长，表现为应力应变曲线呈直线型。
（3）塑性阶段。如果继续加载当应力达到屈服点以后，岩体变形就进入塑性阶段（图1-21中III）。该阶段的主要特点是以沿结构面滑移变形为主的剪切滑移变形，伴随着结构体的变形，开始出现微破裂并逐渐增加，出现扩容、应变强化等现象。
（4）破坏阶段。如岩体承受的载荷不断增长，其变形增长率也不断增大，当应力达到极限强度时,岩体会沿着某些破损面滑动,于是就从塑性阶段进入破坏阶段（图卜21中IV）。其特点是，应力应变曲线基本上缓慢下降，标志着岩体处于破裂积累阶段，当积累到一定程度后，岩体才失去稳定而发生完全破坏。此时，岩体内不仅出现因原有裂缝的扩展而发展的新裂缝，并且出现因结构体转动以及结构面滑移所产生的内部空洞，因而，岩体体积较之前大大膨胀，其纵向变形也由于岩体开始破坏而大为增加。
图1-21岩体成力应变曲线
I-转化点；2-屈服点；3-极限强度 （二）影响岩体变形的因素
（1）岩体结构的影响
①整体结构岩体：岩体的应力应变曲线与其组成岩石的变形曲线类似，但纵、横向变形都比岩石大，这是由于岩体内部包含较多微裂隙，体积远大于其结构岩块的缘故。
