巖體力學(xué)資料整理

1、01、什么是巖石、礦物。巖石：是由礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律凝聚而成的自然地質(zhì)體。一般認(rèn)為它是均質(zhì)的和連續(xù)的。礦物：指存在于地殼中的具有一定化學(xué)成分和物理性質(zhì)的自然元素和化合物。巖體：巖塊+結(jié)構(gòu)面 巖體是指一定工程范圍內(nèi)的自然地質(zhì)體，他經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的自然歷史過(guò)程，經(jīng)受了各種地質(zhì)作用，并在地應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，在其內(nèi)部保留了各種永久變形和各種地質(zhì)構(gòu)造行跡結(jié)構(gòu)面：巖體內(nèi)具有一定方向、延展較大、厚度較小的面狀地質(zhì)界面，包括物質(zhì)的分界面和不連續(xù)面，它是在地質(zhì)發(fā)展歷史中，尤其是在地質(zhì)構(gòu)造變形過(guò)程中形成的。結(jié)構(gòu)體：被結(jié)構(gòu)面分割而形成的巖塊，四周均被結(jié)構(gòu)面所包圍，這種由不同產(chǎn)狀的結(jié)構(gòu)面組合切割而形成的單元

2、體成為結(jié)構(gòu)體。02、巖石的成因分類(lèi)：分為巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖。03、不連續(xù)面：包括巖性不連續(xù)性和結(jié)構(gòu)不連續(xù)性。巖性不連續(xù)性：指巖體內(nèi)巖石性質(zhì)沿一些界面發(fā)生突變；結(jié)構(gòu)不連續(xù)性：指巖體中一系列宏觀分離面，如斷層、節(jié)理、劈理等。包括節(jié)理、裂隙、孔隙、斷面、孔洞、層面。04、巖體的力學(xué)特征不連續(xù)性、各項(xiàng)異性、不均勻性、賦存地質(zhì)因子的特性05、巖石與巖體的區(qū)別巖石是礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定的規(guī)律聚集而形成的自然物體。巖體，是指一定工程范圍內(nèi)的自然地質(zhì)體，它經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的自然歷史過(guò)程，經(jīng)受了各種地質(zhì)作用，并在地應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，在其內(nèi)部保留了各種永久變形和各種各樣的地質(zhì)構(gòu)造形跡（不整合、褶皺、斷層、層

3、里、節(jié)理、劈理等不連續(xù)面。巖體=巖塊+結(jié)構(gòu)面。巖石和巖體的重要區(qū)別就是巖體包含若干連續(xù)面，巖體的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于巖石強(qiáng)度。06、巖石的密度指標(biāo)天然密度、飽和密度、干密度、重力密度、顆粒密度07、巖石的含水性質(zhì)含水率w：天然狀態(tài)下巖石中水的重量Ww與巖石 烘干重量Ws的百分比。w=WW / Ws ×100% 吸水率Wa：指干燥巖石試樣在一個(gè)大氣壓和室溫條件下吸入水的重量Ww與巖樣干重量Ws的百分率。wa=WW / Ws=（Wo-Ws）/ Ws ×100%08、巖石的滲透性、膨脹性滲透性：巖石在一定水力梯度作用下，巖石的孔隙和裂隙透過(guò)水的能力。滲透系數(shù)的量綱與速度的量綱相同。（滲透系

4、數(shù)的大小取決于巖石的物理特性和結(jié)構(gòu)特性流體的物理化學(xué)特性）膨脹性：指巖石浸水后體積增大的性質(zhì)。巖石膨脹性一般用膨脹力和膨脹率兩項(xiàng)指標(biāo)表示。09、軟化系數(shù)軟化性：指巖石與水相互作用時(shí)強(qiáng)度降低的特性。影響因素：礦物成分（親水性可溶性）、粒間聯(lián)結(jié)方式（結(jié)晶聯(lián)結(jié)膠結(jié)聯(lián)結(jié)）、孔隙率、微裂隙發(fā)育程度等。巖石的軟化性一般用軟化系數(shù)表示。軟化系數(shù)是巖樣飽水狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度Rcw與干燥狀態(tài)的抗壓強(qiáng)度Rc的比值。c=Rcw/Rc ，軟化系數(shù)總是小于1的。10、巖石的強(qiáng)度以及抗壓、抗拉、抗剪。巖石強(qiáng)度：指巖石在荷載作用下破壞時(shí)所承受的最大荷載應(yīng)力。單軸抗壓：巖石試件在無(wú)側(cè)限條件下，受軸力作用破壞時(shí)單位面積上所承受的

5、荷載。破壞形態(tài)：1、圓錐形破壞2、柱狀劈裂破壞圓錐破壞是由于試件兩端面與試驗(yàn)機(jī)承壓板之間摩擦力增大造成的。單軸抗壓的影響因素：1、 承壓板的影響。由于試件與承壓板剛度不同，會(huì)產(chǎn)生端部效應(yīng)，引起變形不協(xié)調(diào)造成應(yīng)力分布不均勻。2、 試件尺寸和形狀的影響。采用圓柱形試件，方形邊角產(chǎn)生應(yīng)力集中，高徑比23適宜、3、 加載速度的影響。加載速率增加，強(qiáng)度和彈性模量增加，峰值應(yīng)力越明顯/0.51MPA4、 環(huán)境影響：含水率，溫度（180度以下不明顯，大于180溫度越高越?。┛估瓘?qiáng)度：巖石試件在受到軸向拉力后其試件發(fā)生破壞時(shí)的單位面積所能承受的拉力。測(cè)量方法：直接拉伸法、抗彎法、劈裂法、點(diǎn)荷載試驗(yàn)法?？辜魪?qiáng)度

6、：在一定的應(yīng)力條件下所能抵抗的最大剪力。試驗(yàn)方法：抗剪斷試驗(yàn)、抗切試驗(yàn)、弱面剪切強(qiáng)度試驗(yàn)。10、 三向壓縮特點(diǎn)：巖石的三向壓縮強(qiáng)度具有隨著所施加的圍壓的增大，其相應(yīng)的極限最大主應(yīng)力也隨之增大的特性。真三軸：要求能夠分別施加三個(gè)方向上的荷載。假三軸：先施加按一定要求設(shè)定的圍壓值，并保持不變，隨后施加豎向荷載直至破壞。區(qū)別：真三試驗(yàn)的兩個(gè)水平方向施加的壓力不等，假三試驗(yàn)是相等的圍壓。真三，假三影響因素：1、側(cè)向壓力的影響。2、試件尺寸的影響。3、加載路徑對(duì)三向壓縮強(qiáng)度的影響4、孔隙壓力對(duì)巖石三向壓縮強(qiáng)度的影響。11、 應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)，全應(yīng)力曲線(xiàn)應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)；OA段：曲線(xiàn)稍微向上彎曲，屬于壓密階段，這

7、期間巖石中初始的微裂隙受壓閉合；AB段：接近于直線(xiàn)，近似于線(xiàn)彈性工作階段；BC段：曲線(xiàn)向下彎曲，屬于非彈性階段，主要是在平行于荷載方向開(kāi)始逐漸生成新的微裂隙以及裂隙的不穩(wěn)定，B點(diǎn)是巖石從彈性轉(zhuǎn)變?yōu)榉菑椥缘霓D(zhuǎn)折點(diǎn)；CD段：為破壞階段，C點(diǎn)的縱坐標(biāo)就是單軸抗壓強(qiáng)度RC。全應(yīng)力曲線(xiàn)：1）原生微裂隙壓密階段：應(yīng)變率隨應(yīng)力增加而減??；原因：微裂隙閉合（壓密）2）彈性變形階段：曲線(xiàn)是直線(xiàn)；彈性模量，E為常數(shù)（變形可恢復(fù)），原因：巖石固體部分變形，B點(diǎn)開(kāi)始屈服，B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為屈服極限。 3）塑性變形階段：軟化現(xiàn)象，變形不可恢復(fù)；應(yīng)變速率不斷增大。原因：新裂紋產(chǎn)生，原生裂隙擴(kuò)展。4）階段應(yīng)變軟化階段：巖石的

8、原生和新生裂隙貫穿，到達(dá)D點(diǎn)，靠碎塊間的摩擦力承載，承載力隨著應(yīng)變?cè)黾佣鴾p少，有明顯的軟化現(xiàn)象。12、剛性機(jī)得到，普通機(jī)得不到（簡(jiǎn)述剛性壓力機(jī)的工作原理與普通壓力機(jī)的不同）圖中AB線(xiàn)的斜率代表普通壓力機(jī)的斜率；AA線(xiàn)的斜率代表巖石的斜率；Ac線(xiàn)的斜率代表剛性壓力機(jī)的斜率，當(dāng)峰值以后在力的作用下，巖石產(chǎn)生一個(gè)微小位移，此時(shí)巖石所能承受的能量為A AO1O2的面積。此時(shí)儲(chǔ)存在普通壓力機(jī)上的能量為ABO1O2的面積釋放到巖石上，就會(huì)突然破壞。此時(shí)剛性壓力機(jī)上的能量為ACO1O2的面積，要使巖石繼續(xù)變形，必須施加荷載，所以可以得到峰值以后的部分曲線(xiàn)。13、 流變、蠕變、松弛、長(zhǎng)期強(qiáng)度流變：材料應(yīng)力應(yīng)變

9、曲線(xiàn)關(guān)系與時(shí)間因素有關(guān)的性質(zhì)，包括蠕變、松弛和彈性后效。松弛：應(yīng)變不變，應(yīng)力隨時(shí)間增加而減小的現(xiàn)象。蠕變：指在應(yīng)力為恒定的情況下巖石變形隨時(shí)間發(fā)展的現(xiàn)象；彈性后效：指在卸載過(guò)程中彈性應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象。長(zhǎng)期強(qiáng)度：在長(zhǎng)期荷載作用下巖石的強(qiáng)度。14、蠕變曲線(xiàn)的幾個(gè)階段，影響蠕變的因素。1）初始蠕變階段（瞬變?nèi)渥冸A段）：應(yīng)變率隨時(shí)間增長(zhǎng)而減??；2）穩(wěn)定蠕變階段：應(yīng)變速率為常量。3）非穩(wěn)定蠕變階段（蠕變破壞階段）應(yīng)變速率劇烈增加，一般此階段比較短暫。影響因素：1、應(yīng)力水平的影響。 2、溫度、濕度對(duì)蠕變的影響。15、 三種基本模型，馬克斯韋爾模型、凱爾文模型彈性介質(zhì)模型、塑性介質(zhì)模型、粘性介質(zhì)模型。馬

10、克斯韋爾模型：用彈性單元和粘性單元串聯(lián)而成。凱爾文模型：用彈性單元和粘性單元并聯(lián)而成。16、 什么叫莫爾強(qiáng)度理論，什么是莫爾庫(kù)倫理論。莫爾總結(jié)指出“到極限狀態(tài)時(shí)，滑動(dòng)平面上的剪應(yīng)力達(dá)到一個(gè)取決于正應(yīng)力與材料性質(zhì)的最大值”，并可用下列函數(shù)關(guān)系表示： = f（），他可通過(guò)試驗(yàn)方法取得，即對(duì)應(yīng)于各種應(yīng)力狀態(tài)（單軸壓縮，單軸拉伸和三軸壓縮）下的破壞莫爾應(yīng)力圓包絡(luò)線(xiàn)的外公切線(xiàn)。通過(guò)試件應(yīng)力圓與包絡(luò)線(xiàn)的比較來(lái)判斷是否破壞。如果應(yīng)力圓與包絡(luò)線(xiàn)相切或相割，則研究點(diǎn)將產(chǎn)生破壞；如果應(yīng)力圓位于包絡(luò)線(xiàn)下方，則不會(huì)破壞。莫爾強(qiáng)度理論實(shí)質(zhì)上是一種剪應(yīng)力強(qiáng)度理論。一般認(rèn)為，該理論比較全面地反映了巖石的強(qiáng)度特征，它既適用于

11、塑性巖石也適用于脆性巖石的剪切破壞。同時(shí)也反映了巖石抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度這一特性，并能解釋巖石在三向等拉時(shí)會(huì)破壞，而在三向等壓時(shí)不會(huì)破壞的特點(diǎn)。莫爾判據(jù)的缺點(diǎn)是忽略了中間主應(yīng)力的影響，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定出入。且該判據(jù)只適用于剪切破壞，受拉區(qū)的適用性還值得進(jìn)一步討論，并且不適用于膨脹或蠕變破壞。莫爾庫(kù)倫理論1）巖石破壞符合庫(kù)侖準(zhǔn)則，抗剪強(qiáng)度線(xiàn)為：；2）巖石的應(yīng)力狀態(tài)在坐標(biāo)平面上可用莫爾圓來(lái)表示；3）當(dāng)莫爾圓與抗剪強(qiáng)度線(xiàn)相離彈性平衡狀態(tài)；相切極限平衡狀態(tài)；相割破壞狀態(tài)。17、 巖體完整性系數(shù)巖體的縱波波速與巖塊的縱波波速，二者平方之比值。18、 巖體的裂隙度，切割度切割度：假設(shè)有一平直的斷面，它與

12、考慮的結(jié)構(gòu)面重疊而且完全地橫貫所考慮的巖體，令其面積為A，則結(jié)構(gòu)面的面積a與它之間的比率，即為切割度Xe。結(jié)構(gòu)面的線(xiàn)密度K（裂隙度）指同一組結(jié)構(gòu)面沿著法線(xiàn)方向單位長(zhǎng)度上結(jié)構(gòu)面的數(shù)目。19、 RQD巖體分類(lèi)RQD巖體分類(lèi)巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD是指鉆探時(shí)巖芯的復(fù)原率，或稱(chēng)巖芯采取率。RQD定義為：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的鉆孔中10cm以上的巖芯占有的比例。即：RQD=Lp(10cm的巖芯斷塊累計(jì)長(zhǎng)度) / Lt（巖芯進(jìn)尺總長(zhǎng)度）×100%根據(jù)RQD值的大小將巖體質(zhì)量劃分為5類(lèi)。<25很差25-50差50-75一般75-90好>90很好評(píng)述：RQD法是一種單因素分類(lèi)法。RQD法的不足：RQD忽略

13、了節(jié)理方位、節(jié)理連續(xù)性的影響。RQD不能反映節(jié)理間的軟弱充填物的情況。20、 巖體的初始應(yīng)力、二次應(yīng)力、圍巖壓力存在于地層中的未受擾動(dòng)的天然應(yīng)力，叫原巖應(yīng)力。由于人工開(kāi)挖，而改變了應(yīng)力的大小，改變后的應(yīng)力叫二次應(yīng)力。圍巖壓力：開(kāi)挖后的巖體作用在支護(hù)上的壓力。分類(lèi)：松動(dòng)壓力、形變壓力、沖擊壓力、膨脹壓力。21、 響巖體初始應(yīng)力狀態(tài)的因素1、地形 2、地質(zhì)構(gòu)造形態(tài) 3、巖體力學(xué)性質(zhì) 4、水 5、溫度22、巖體初始應(yīng)力的分布規(guī)律1 地應(yīng)力是一個(gè)具有相對(duì)穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應(yīng)力場(chǎng)，它是時(shí)間和空間的函數(shù)；2 實(shí)測(cè)鉛垂應(yīng)力基本等于上覆巖層的重量；3 地應(yīng)力中的水平應(yīng)力普遍大于鉛垂應(yīng)力；4 平均水平應(yīng)力與鉛垂應(yīng)力

14、的比值隨深度增長(zhǎng)而減?。? 最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力也隨深度呈線(xiàn)性增長(zhǎng)關(guān)系；6 最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力之值一般相差較大，顯示出很強(qiáng)的方向性；7 地應(yīng)力的分布受地形、地表剝蝕、風(fēng)化、巖體結(jié)構(gòu)特征、巖體力學(xué)性質(zhì)、溫度、地下水等因素的影響，特別是地形和斷層的擾動(dòng)影響最大。23、預(yù)應(yīng)力場(chǎng)的構(gòu)造要求24、巖體初始應(yīng)力的測(cè)量方法有哪些1、水壓致裂法 2、應(yīng)力解除法 3、應(yīng)力恢復(fù)法 4、聲發(fā)射法25、 高地應(yīng)力的定義、現(xiàn)象、特征高地應(yīng)力是一個(gè)相對(duì)的概念。不同的巖石具有不同的彈模，因而其儲(chǔ)能性能也不同。一般來(lái)說(shuō),地區(qū)初始地應(yīng)力大小與該地區(qū)巖體的變形特性有關(guān)，巖質(zhì)堅(jiān)硬，則儲(chǔ)存彈性能多，地應(yīng)力也大。

15、因此，高地應(yīng)力是相對(duì)圍巖強(qiáng)度而言的。即應(yīng)以圍巖內(nèi)部的最大地應(yīng)力與圍巖強(qiáng)度（Rb）的比值（圍巖強(qiáng)度比= Rb /max）來(lái) 判別是否是高地應(yīng)力。高地應(yīng)力現(xiàn)象;1、巖心餅化現(xiàn)象。2、巖爆現(xiàn)象 3、 探洞和地下隧洞的洞壁剝離 4、巖質(zhì)基坑底部隆起、剝離以及回彈錯(cuò)亂現(xiàn)象。5、野外原位測(cè)試測(cè)得的物理力學(xué)指標(biāo)大于實(shí)驗(yàn)室試塊結(jié)果。4、 巖爆：圍巖處于高應(yīng)力場(chǎng)條件下所產(chǎn)生的巖片（塊）飛射拋撒，以及洞壁片狀剝落等現(xiàn)象叫巖爆。 在巖性堅(jiān)硬完整或較完整的高地應(yīng)力地區(qū)開(kāi)挖隧洞或探洞時(shí)，在開(kāi)挖過(guò)程中時(shí)有巖爆發(fā)生。26、 分解成正對(duì)稱(chēng)，反對(duì)稱(chēng)，如何分解。27、簡(jiǎn)述普氏拱圍巖壓力計(jì)算的假設(shè)條件。1、巖體由于結(jié)構(gòu)面的切割，開(kāi)

16、挖后形成松散巖體，但仍有一定的粘結(jié)力。2、作用在洞頂?shù)膰鷰r壓力僅是自然平衡拱內(nèi)的巖體自重。3、采用堅(jiān)固系數(shù)f來(lái)表征巖體的強(qiáng)度。為一個(gè)綜合的摩擦系數(shù)，f=RC/10。4、壓力拱橫截面只能承受壓應(yīng)力，不能承受拉應(yīng)力。28、 邊坡穩(wěn)定的影響因素1、 巖體結(jié)構(gòu)面：巖體結(jié)構(gòu)面是影響邊坡穩(wěn)定性的決定性因素，它直接制約著邊坡巖體變形、破壞的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程。邊坡破壞、失穩(wěn)往往是沿巖體結(jié)構(gòu)面直發(fā)生。邊坡巖體的破壞主要受巖體中結(jié)構(gòu)面的控制。2、 巖性：巖性是決定巖體強(qiáng)度和邊坡穩(wěn)定性的重要。巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造對(duì)巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)起主要作用，通常，堅(jiān)硬致密的巖石抗水、抗風(fēng)化能力強(qiáng)、強(qiáng)度高，不易發(fā)生滑坡，只有當(dāng)坡

17、角過(guò)大和邊坡高度過(guò)高時(shí)才產(chǎn)生滑坡，片理、層理發(fā)育的巖石邊坡穩(wěn)定性相對(duì)較差。3：水及其滲透性：水對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)在水壓作用和軟化作用兩個(gè)方面。靜水壓力產(chǎn)生浮力，使巖、土的有效重量減輕，削弱了巖、土體抵抗破壞的能力。動(dòng)水壓力或超鏡水壓力產(chǎn)生滲透力，直接引起滲透變形或滲透破壞。軟化作用則表現(xiàn)在溶蝕、沖刷軟化巖體或結(jié)構(gòu)面充填物中的黏土質(zhì)成分，從而引起巖體內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角的顯著降低。4：邊坡的幾何形狀：凸邊坡較凹邊坡的穩(wěn)定性低。當(dāng)邊坡向采場(chǎng)凸出時(shí)，巖體側(cè)向受拉應(yīng)力，由于巖體抗拉能力很低，此時(shí)邊坡穩(wěn)定性差。當(dāng)邊坡向采場(chǎng)凹進(jìn)時(shí)，邊坡巖體側(cè)向受壓，邊坡比較穩(wěn)定。5、 爆破、地震：露天爆破產(chǎn)生的地震波

18、，給潛在破壞面施以額外的動(dòng)應(yīng)力，可使巖石原生結(jié)構(gòu)面和構(gòu)造結(jié)構(gòu)面張開(kāi)，并產(chǎn)生爆破裂紋等次生結(jié)構(gòu)面，甚至使巖石破碎，促使邊坡破壞。6、 人為因素：由于對(duì)影響邊坡穩(wěn)定的因素認(rèn)識(shí)不足在生產(chǎn)中往往人為的促使邊坡破壞，如在邊坡堆上堆積廢石和設(shè)備以及建筑房屋、水庫(kù)等建筑物，加大了邊坡的承重，增加了巖體的下滑力。7、風(fēng)化作用8、工程布置9、露天礦開(kāi)采深度和服務(wù)年限。29、 邊坡巖體破壞的基本形式1、崩塌 2、滑坡 3、巖塊流動(dòng) 4、巖層曲折 30、巖質(zhì)邊坡的加固措施有哪些1、排水措施 2、刷方減重 3、支護(hù)措施31、 巖基上的基礎(chǔ)形式有哪些1、直接利用巖基 2、錨桿基礎(chǔ) 3、嵌巖樁基礎(chǔ)32、，是什么，影響因素有哪些折減系數(shù) 根據(jù)巖體完整程度以及結(jié)構(gòu)面