巖石力學(xué)重點總結(jié)復(fù)習(xí)過程

1、學(xué)習(xí)資料巖石巖體區(qū)別：巖石可以看作是一種材料，巖體是巖石與各種不連續(xù)面的組合體；巖石可以看作是均質(zhì)的，巖體是 非均質(zhì)的（在一定的工程范圍內(nèi)）；巖石具有彈、塑、粘彈性，巖體受結(jié)構(gòu)面控制，性質(zhì)更復(fù)雜，強(qiáng)度更低；巖體 通常是指一定工程范圍內(nèi)的地質(zhì)體，巖石則無此概念。巖石力學(xué)是一門研究巖石在外界因素（如荷載、水流、溫度變化等）作用下的應(yīng)力、應(yīng)變、破壞、穩(wěn)定性及加固的 學(xué)科。又稱巖體力學(xué)，是力學(xué)的一個分支。研究目的在于解決水利、土木工程等建設(shè)中的巖石工程問題。它是一門 新興的，與有關(guān)學(xué)科相互交叉的工程學(xué)科，需要應(yīng)用數(shù)學(xué)、固體力學(xué)、流體力學(xué)、地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、土木工程學(xué)等 知識，并與這些學(xué)科相互滲透。研究對

2、象：對象：巖石一對象一巖石材料一地殼中堅硬的部分；復(fù)雜性：地質(zhì)力學(xué)環(huán)境的復(fù)雜性（地應(yīng)力、地下水、物理、化學(xué)作用等）研究的基本內(nèi)容：基本理論巖體地應(yīng)力材料實驗一一三大部分T 巖體的強(qiáng)度 工程應(yīng)用巖體的變形裂隙水力學(xué)研究方法：物理模擬T巖石物理力學(xué)性質(zhì)常規(guī)實驗，地質(zhì)力學(xué)模型試驗;數(shù)學(xué)模型如有限元等數(shù)值模擬；理論分析t用新的力學(xué)分支，理論研究巖石力學(xué)問題;因此，有必要引入刻劃不均一程度的參數(shù)。由于巖石中存在各種規(guī)模的結(jié)構(gòu)面（斷裂帶、斷層、節(jié)理、裂隙）-致使巖石的物理力學(xué)性質(zhì)-不連續(xù)、不均勻、指巖石的強(qiáng)度、變形指標(biāo)（力學(xué)性質(zhì)）隨空間方位不同而異的特性。巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)巖石力學(xué)問題的研究首先應(yīng)從巖

3、石的基本物理力學(xué)性質(zhì)研究入手, 1巖石的容重：指單位體積巖石的重量。 2比重（Gs）指巖石干重量除以巖石的實體積（不含孔隙體積）的干容重 與42水的容重的比值。3孔隙率（n%）指巖石內(nèi)孔隙體積與總體積之比。4天然含水量：指天然狀態(tài)下，巖石的 含水量與巖石干重比值的百分比。5.吸水率：指巖石在常溫條件下浸水 48小時后，巖石內(nèi)的含水量與巖石干容重的比值。6飽和含水率：指巖樣在強(qiáng)制狀態(tài)（真空、煮沸或高壓）下，巖樣最大吸水量與巖石干重量比值。7.飽水分?jǐn)?shù)：指巖石吸水率與飽水率的比值百分率。 8抗凍系數(shù)。9軟化系數(shù)。10.滲透系數(shù)K和呂容系數(shù)Lu。 巖體的工程分類¥體質(zhì)量指標(biāo) RQD，RQD

4、值的大小，反映了巖體完整程度t巖體分類。|巖石的水理性質(zhì)：巖石遇水后會引起某些物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)的改變，巖石的這種性質(zhì)稱為巖石的水理性。1、巖石的吸水性2、巖石的軟化性3、巖石的膨脹性4、巖石的崩解性5、巖石的抗凍性6、巖石的透水性 巖石的碎脹性、巖石的強(qiáng)度巖石的強(qiáng)度要£（工程安全、經(jīng)濟(jì)效益）【巖石由固體，水，空氣等三相組成。】I復(fù)雜性冷石的強(qiáng)度包括巖塊的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度，以及耦合效益+地質(zhì)環(huán)境因素影響（地應(yīng)力、地下水等） 巖石的破壞形式:1、脆性破壞：巖石發(fā)生破壞時，變形很小，明顯聲響，一般發(fā)生在單軸或低圍壓堅硬巖石2、塑性破壞：破壞時，變形較大，有明顯的“剪脹”效應(yīng)，一般發(fā)生

5、在較軟弱巖石或高圍壓堅硬巖石3、沿軟弱結(jié)構(gòu)面（原生）剪切破壞。巖石的抗剪強(qiáng)度：巖石沿原生結(jié)構(gòu)面或已被剪斷的破裂面，剪切滑動時的“摩擦阻力” 室內(nèi)試驗方法：一）直剪試驗；二）楔形剪切（交角剪）試驗 ；三）三軸壓縮試驗；莫爾庫侖準(zhǔn)則T將巖石視為連續(xù)均勻介質(zhì)宏觀強(qiáng)度理論Griffith基本觀點：巖石中存在許多空隙、裂縫等-在外部應(yīng)力作用下-縫端產(chǎn)生應(yīng)力集中-縫端擴(kuò)展（破裂）t串通t形成宏觀破壞。巖石的強(qiáng)度特性：|（ 1）屈服：巖石受荷載作用后，隨著荷載的增大，由彈性狀態(tài)過渡到塑性狀態(tài)，這種過渡稱為屈 服o破壞:把材料進(jìn)入無限塑性增大時稱為破壞。石的強(qiáng)度導(dǎo)指巖石抵抗破壞的能力。巖石在外力作用下，當(dāng)應(yīng)力

6、達(dá)到某一極限值時便發(fā)生破壞，這個極限值就是巖石的強(qiáng)度。巖石的變形巖石的變形特性：彈性：指物體在外力作用下發(fā)生變形，當(dāng)外力撤出后變形能夠恢復(fù)的性質(zhì)。塑性：指物體在外力作用下發(fā)生變形，當(dāng)外力撤出后變形不能恢復(fù)的性質(zhì)。脆性：物體在外力作用下變形很小時就發(fā)生破壞的性質(zhì)。延性：物體能夠承受較大的塑性變形而不喪失其承載能力的性質(zhì)。d £ /dt）隨應(yīng)力大小而變化的性質(zhì)。粘性（流變性）：物體受力后變形不能在瞬間完成，且應(yīng)變速度（ 擴(kuò)容-所謂擴(kuò)容，是指巖石受外力作用后，發(fā)生非彈性的體積膨脹巖石的流變性是指指巖石應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系隨時間而變化的性質(zhì)。蠕變現(xiàn)象一一當(dāng)應(yīng)力保持恒定時，應(yīng)變隨時間增長而增大。松弛現(xiàn)

7、象一一當(dāng)應(yīng)變保持恒定時，應(yīng)力隨時間增長而逐漸減小的現(xiàn)象。彈性后效一一加載或卸載時，彈性應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象。巖石的流變本構(gòu)模型：用于描述巖石應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系隨時間變化的規(guī)律。它是通過試驗-理論-應(yīng)用證實而得到 的。本構(gòu)模分類.1、經(jīng)驗公式模型：【根據(jù)不同試驗條件及不同巖石種類求得的數(shù)學(xué)表達(dá)式】2、積分模型：【采用積分的形式表示應(yīng)力-應(yīng)變-時間關(guān)系的本構(gòu)方程】3、組合模型：【將巖石抽象成一系列簡單元件】粘性介質(zhì)及粘性元件（牛頓體）具有粘性流動的特點。【塑性介質(zhì)及塑性元件（圣維南體）】塑性元件具有剛塑性體變形（塑性變形也稱塑性流動）的特點。粘性流動：只要有微小的力就會發(fā)生流動。塑性流動：只有當(dāng)應(yīng)力c

8、達(dá)到或超過屈服極限c s才會產(chǎn)生流動。粘彈性體：研究應(yīng)力小于屈服極限時的應(yīng)力、應(yīng)變與時間的關(guān)系；粘彈塑性體：研究應(yīng)力大于屈服極限時的應(yīng)力、應(yīng)變與時間的關(guān)系；馬克斯威爾模型具有瞬時變形、蠕變和松弛的性質(zhì)，可模擬變形隨時間增長而無限增大的力學(xué)介質(zhì)。 爾文模型能模擬穩(wěn)定蠕變，不能模擬瞬時彈性變形。開爾文模型是一種粘彈性模型。影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素：礦物成分、巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、水、溫度、加載速度、受力狀態(tài)、風(fēng)化庫倫準(zhǔn)則 1773年庫倫提出了一個重要的準(zhǔn)則（“摩擦”準(zhǔn)則）。庫倫認(rèn)為，材料的破壞主要是剪切破壞，當(dāng)材料 某一斜面上的剪應(yīng)力達(dá)到或超過該破壞面上的粘結(jié)力和摩擦阻力之和，便會造成材料沿該斜面產(chǎn)生剪切

9、滑移破壞。莫爾強(qiáng)度理論的基本思想 ：莫爾強(qiáng)度理論是建立在試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析基礎(chǔ)之上的。1910年莫爾提出材料的破壞是剪切破壞，材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，某一斜面上的剪應(yīng)力達(dá)到一極限值，造成材料沿該斜面產(chǎn)生剪切滑移破壞， 且破壞面平行于中間主應(yīng)力°2作用方向（即。2不影響材料的剪切破壞），破壞面上的剪應(yīng)力t f是該面上法向應(yīng)力。的函數(shù)。格里菲斯強(qiáng)度理論基本思1）在脆性材料內(nèi)部存在著許多雜亂無章的扁平微小張開裂紋。 在外力作用下， 這些裂紋尖端附近產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力集中， 導(dǎo)致新裂紋產(chǎn)生，原有裂紋擴(kuò)展、貫通，從而使材料產(chǎn)生宏觀破壞。（2）裂紋將沿著與最大拉應(yīng)力作用方向相垂直的方向擴(kuò)展。1962

10、年，麥克克林脫克等人認(rèn)為，當(dāng)應(yīng)力。y達(dá)到某一臨界值時，裂紋便閉合，在裂紋表面產(chǎn)生法向應(yīng)力和摩擦 力，影響新裂紋的發(fā)生和發(fā)展。這種摩擦力恰恰是于是格里菲斯斷裂理論沒有考慮到的。因此對原始的格里菲斯理 論進(jìn)行了修正。屈列斯卡準(zhǔn)則在金屬材料中應(yīng)用很廣。該準(zhǔn)則是 Tresca于1864年提出的。他認(rèn)為：當(dāng)最大剪應(yīng)達(dá)到某一數(shù)值時， 巖石開始屈服，進(jìn)入塑性狀態(tài)。米賽斯(Mises)屈服準(zhǔn)則:米賽斯認(rèn)為：當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度達(dá)到某一數(shù)值時，巖石開始屈服，進(jìn)入塑性狀態(tài)。德魯丄普拉格屈服準(zhǔn)則考慮了中間主應(yīng)力的影響，又考慮了靜水壓力(平均應(yīng)力。m)的作用，克服了Mohr-Coulomb準(zhǔn)則的主要弱點，可解釋巖土材料在靜水壓

11、力下也能屈服和破壞的現(xiàn)象。 該準(zhǔn)則已在國內(nèi)外巖土力 學(xué)與工程的數(shù)值計算分析中獲得廣泛的應(yīng)用。地應(yīng)力及其測量地應(yīng)力是存在于地殼中的未受工程擾動的天然應(yīng)力，也稱巖體初始應(yīng)力、絕對應(yīng)力或原巖應(yīng)力 巖體初始應(yīng)力包括巖體自重應(yīng)力、巖體構(gòu)造應(yīng)力、水壓力、溫度壓力等。地應(yīng)力的分布規(guī)律：1、地應(yīng)力是 個相對穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應(yīng)力場，且是時間和空間的函數(shù)；2、實測垂直應(yīng)力基本等于上覆巖層的重量3、水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力 4、平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值隨深度增加而減小5、最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力也隨深度呈線性增長關(guān)系6、最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力之值一般相差較大，顯示出很強(qiáng)的方向性7、地應(yīng)力的上述分布規(guī)律還會受到地形、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影響最大。地應(yīng)力測量