天津大學年《巖體力學》期末名詞解釋及簡答題解析

1、巖石：構(gòu)成地殼表層巖石圈的主體，由各種造巖礦物或巖層在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律，通過結(jié)晶聯(lián)結(jié)或借助于膠結(jié)物粘結(jié)組合而成。巖體：在工程地質(zhì)中，把工程作用范圍內(nèi)具有一定的巖石成分、結(jié)構(gòu)特征及賦存于某種地質(zhì)環(huán)境中的地質(zhì)體稱為巖體。巖石與巖體區(qū)別與聯(lián)系：巖石是巖體的一部分；巖石強調(diào)的是其本身的巖性和物理、化學特征，而巖體強調(diào)的是在地質(zhì)環(huán)境下巖石作為地質(zhì)體的特征，如巖石性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、強度、含水情況等等，包含的研究內(nèi)容比巖石更廣；它們的聯(lián)系就是：巖體是由巖石構(gòu)成的，不同的巖石構(gòu)成的巖體其特點是不一樣的。單軸抗壓強度:巖石在單軸壓縮荷載作用下達到破壞前所承受的最大壓應力稱為巖石的單軸抗壓強度，或稱為非限制性抗

2、壓強度。5.試件在單軸壓縮荷載作用下破壞時，在測件中科產(chǎn)生四種破壞形式：（1）.X狀共軛斜面剪切破壞，是最常見的破壞形式。（2）.單斜面剪切破壞，這種破壞也是剪切破壞。（3）.塑性流動變形，線應變10。（4）.拉伸破壞，在軸向壓應力作用下，在橫向?qū)a(chǎn)生拉應力。這是泊松效應的結(jié)果。這種類型的破壞就是橫向拉應力超過巖石抗拉極限所引起的?？估瓘姸龋簬r石在單軸拉伸荷載作用下達到破壞是所能承受的最大拉應力稱為巖石的單軸抗拉強度，或簡稱為抗拉強度?？辜羟袕姸龋簬r石在剪切荷載作用下達到破壞前所能承受的最大剪應力稱為巖石的抗剪切強度抗剪切強度分類：典型的非限制性剪切試驗有四種(單面剪切試驗，雙面剪切試驗，沖擊

3、剪切試驗和扭轉(zhuǎn)剪切試驗)巴西定理法:(-試件中心最大拉應力，p-試件破壞時壓力D-直徑，t-試件厚度)巖體的單軸和三軸壓縮變形特征（1）巖體應力應變?nèi)^程曲線 在加載過程，結(jié)構(gòu)面壓密與閉合，應力應變曲線，呈上凹型。中途卸載有彈性后效現(xiàn)象和不可恢復殘余變形。這是結(jié)構(gòu)面閉合、滑移、錯動造成的。完全卸載，再加載形成形式上的“開環(huán)型”曲線，這也是彈性后效造成的。峰值強度后，巖體開始破壞，應力下降較緩慢，仍有殘余應力，這是巖體結(jié)構(gòu)效應。（2）卸載時荷載不降至零時的應力應變曲線卸荷不降至零時的循環(huán)加載應力應變曲線呈“閉環(huán)型”。隨著外荷加大、循環(huán)次數(shù)增多，閉環(huán)后效，這是結(jié)構(gòu)面逐級被壓密與嚙合所致。閉環(huán)逐漸變

4、窄演變呈一條線，這是壓密程度越來越高，彈性后效變小的原因。當卸荷至零并持續(xù)一定時間后，有較大回彈變形，這是彈性后效的表現(xiàn)。殘余變形模量10.巖體剪切變形特征在屈服點前，變形曲線與抗壓變形相似，上凹型。屈服點后，某個結(jié)構(gòu)面或結(jié)構(gòu)體首先剪壞，隨之出現(xiàn)一次應力下降。峰值前可能發(fā)現(xiàn)多次應力升降。升降程度與結(jié)構(gòu)面或結(jié)構(gòu)體強度有關(guān)，巖體越破碎，應力降反而不明顯。當應力增加到一定應力水平時，巖體剪切變形已積累到一定程度，沒剪破的部位以瞬間破壞方式出現(xiàn)，并伴有一次大的應力降。隨后產(chǎn)生穩(wěn)定滑移11.影響巖石力學性質(zhì)的主要因素有哪些？如何影響的？答：主要影響因素有：水、溫度、加載速率、圍壓、風化程度等。水對巖石力

5、學性質(zhì)影響：連接作用、潤滑作用、水楔作用、空隙壓力作用、溶蝕及潛蝕作用等；溫度對巖石力學性質(zhì)影響：一般而言，隨溫度增高，巖石延性加大，屈服點降低，強度降低； 加載速率對巖石力學性質(zhì)影響：單軸壓縮實驗時，荷載加載速率愈快，單位應變需用力愈大，反之愈??；圍壓對巖石力學性質(zhì)影響：圍壓的存在使巖石的抗壓強度顯著增大；巖石的變形顯著增大；巖石的彈性極限顯著增大；巖石的應力-應變曲線形態(tài)發(fā)生明顯變化；風化對巖石力學性質(zhì)影響：風化過程中，原生礦物經(jīng)物理、化學、生物作用而發(fā)生變化，產(chǎn)生次生礦物，引起巖體成分結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的變化，降低了巖石的物理力學性質(zhì)。12.巖石的質(zhì)量指標（RQD）RQD=即將長度10cm的巖芯

6、累計長度/鉆孔長度100；（RQD25,很差；25RQD50,差；50RQD75一般；75RQD90好；90RQD很好）13.簡述地應力測量的重要性。答：地應力是引起地下或露天巖石開挖工程變形和破壞的根本作用力，是引起巖石開挖工程穩(wěn)定性因素中最更本最重要的因素之一，進行地應力測量是確定工程巖體屬性，進行圍巖穩(wěn)定性分析，實現(xiàn)巖石工程開挖設計和決策科學化的必要前提條件。14.地應力是如何形成的？控制某一工程區(qū)域地應力狀態(tài)的主要因素是什么？答：地應力的形成主要與地球的各種運動過程有關(guān)，其中包括：板塊邊界受壓、地幔熱對流、地球內(nèi)應力、地心引力、地球旋轉(zhuǎn)、巖漿侵入和地殼非均勻擴容等。其中，構(gòu)造應力場和重

7、力應力場為現(xiàn)今地應力場的主要組成部分。控制工程區(qū)域地應狀態(tài)的主要因素是構(gòu)造應力場和重力應力場。15.簡述地殼淺部地應力分布的基本規(guī)例。答：(1)三向不等壓，應力分布是時間和空間的函數(shù)；（2）實測垂直應力基本等于上覆巖層重量（3）淺層地殼中，實測水平應力普遍大于垂直應力；（4）平均水平應力與垂直應力比值相當分散，隨深度增加比值減??；（5）最大水平應力與最小水平應力比值隨深度增加呈線性增長；（6）最大水平應力與最小水平應力比值相差較大，顯示出很強的方向性；（7）地應力分布規(guī)例受地形和斷層影響較大。16.地應力測量方法分哪兩類？兩類的主要區(qū)別在哪里？每類包括哪些測量技術(shù)？答：依據(jù)測量基本原理不同分為

8、直接測量法和間接測量法。直接測量法是由儀器直接測量和記錄各種應力量；間接測量法借助某些傳感元件或某些介質(zhì)，測量和記錄巖體中某些與應力有關(guān)的物理量的變化，以此通過有關(guān)公式計算巖體中的應力值。直接測量法測量技術(shù)包括：扁千斤頂法、水力致裂法、剛性包體應力計法和聲發(fā)射法；間接測量方法包括：全應力解除法（套孔解除法）、局部應力解除法（平行鉆孔法和中心鉆孔法）、松弛應變測量法、孔壁崩落測量法和地球物理探測法（聲波觀察法和超聲波譜法）等，涉及測量技術(shù)包括：孔徑變形測量技術(shù)、孔底變形測量技術(shù)、孔壁應變測量技術(shù)、空心包體應變測量技術(shù)、實心包體應變測量技術(shù)和環(huán)境溫度的影響及其完全溫度補償技術(shù)。17.簡述聲發(fā)射的主

9、要測試原理。答：材料在受到外荷載作用時，其內(nèi)部存儲的應變能快速釋放產(chǎn)生彈性波，發(fā)出聲響，稱為聲發(fā)射；聲發(fā)射測試的原理是基于凱澤效應的；凱澤效應是指多晶金屬的應力從其歷史最高水平釋放后，在重新加載，當應力未達到先前最大應力值（凱澤點）時，很少發(fā)生聲發(fā)射現(xiàn)象，當應力達到或超過先前最大應力值時，則產(chǎn)生大量的聲發(fā)射現(xiàn)象。分析邊坡失穩(wěn)與破壞的基本類型及其力學成因？答：邊坡變形發(fā)展到一定程度，就會發(fā)生邊坡失穩(wěn)破壞。按其破壞形式主要分為崩塌和滑坡兩種；（1）崩塌：是指塊狀巖體與巖坡分離向前翻落而下。崩塌一般以邊坡表面的破壞現(xiàn)象體現(xiàn)；（2）滑坡：是指巖體在自重力作用下，沿坡內(nèi)軟弱結(jié)構(gòu)面的整體滑動，一般以深層破

10、壞體現(xiàn)出來。a.面剪切滑動：切塊沿著平面滑移。常發(fā)生在有軟弱夾層或裂隙的坡面。b.旋轉(zhuǎn)剪切滑動：滑動面通常為弧形狀，巖體沿此弧形狀滑移，通常為均質(zhì)泥巖或頁巖等巖層。（3）滑塌：邊坡松散巖土的坡面大于它的內(nèi)摩察角時，因表層蠕動進一步發(fā)展，使它沿著剪切變形帶順坡滑移，翻滾與坐塌。從而達到穩(wěn)定坡腳的斜坡破壞過程，稱為滑塌。巖塊流動：常發(fā)生在均質(zhì)硬巖中，巖石在達到其峰值強度時，巖體發(fā)生破壞，而使巖體全面崩塌的情況。巖層曲折：當巖層成層狀沿坡面分布時，由于巖層本省重力作用，或由于裂隙水的冰脹作用，增加了巖層之間的張拉應力，使坡面巖層曲折。分析影響邊坡失穩(wěn)的主要因素答；主要因素：（1）不連續(xù)面在邊坡破壞中

11、的作用（2）改變斜坡變形，引起坡體應力分布的變化（3）改變斜坡巖體的力學性質(zhì)，使坡體強度發(fā)生變化（4）斜坡直接受到各種力的作用。20.巖體邊坡穩(wěn)定性的影響因素。（1）邊坡巖體中的結(jié)構(gòu)面，巖體的破壞總是沿著相對阻力較小的面發(fā)生，由于軟弱結(jié)構(gòu)面方向巖體抗剪強度最低，所以，軟弱結(jié)構(gòu)面就成為了影響邊坡穩(wěn)定性的控制因素；（2）邊坡形態(tài)與幾何特征的改變，開挖人工邊坡時若切露了控制邊坡穩(wěn)定的主要軟弱結(jié)構(gòu)面，會導致邊坡巖體的變形與破壞；（3）邊坡巖體力學特性，各種地質(zhì)作用會改變邊坡巖體力學特性，往往使邊坡巖體強度減小，大大降低了邊坡巖體穩(wěn)定性，使邊坡變形與破壞；（4）邊坡的作用力，區(qū)域構(gòu)造力的變化、地震、爆破

12、、地下靜水壓力與動水壓力及施工荷載等，都使邊坡直接受力，對邊坡巖體的穩(wěn)定性影響直接而迅速。21.巖石地基設置中要考慮的問題。（1）足夠的地基巖體承載能力，以保證在外荷載作用下上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與安全；（2）在外荷載的作用下的巖石地基沉降值應滿足建(構(gòu))筑物安全與正常使用的要求；（3）應確保外荷載作用下的較弱巖性巖石的地基不發(fā)生滑動破壞。22巖石邊坡穩(wěn)定性分析的極限平衡分析法有哪三個前提？它的分析計算步驟是什么？ 答：三個前提是：（1）滑動面上實際巖土提供的抗剪強度S與作用在滑面上的垂直應力滿足關(guān)系式： s=c+?tan?或s=c+ ?u tan?式中c、c為滑動面的粘結(jié)力或有效粘結(jié)力；、為滑動面的內(nèi)

13、摩擦角或有效內(nèi)摩擦角；為滑動面上的有效應力；u為滑動面空隙水壓。（2）穩(wěn)定性系數(shù)F的定義為沿最危險破壞面作用的最大抗滑力（或力矩）與下滑力（或力矩）的比值。即F=抗滑力/下滑力（3）二維（平面）極限分析的基本單元是單位寬度的分塊滑體。計算步驟為：（1）在斷面上繪制滑面形狀；（根據(jù)坡體外形、坍塌情況、中段滑面深度）（2）推定滑坡后裂隙及塌陷帶深度，計算或確定其產(chǎn)生的影響；（3）對滑塊進行分塊；（小條塊、多數(shù)目）（4）計算滑動面上的空隙水壓；（通過地下水監(jiān)測）（5）采用合適的計算方法，計算穩(wěn)定性系數(shù)。（采用兩種或以上計算方法）23簡述巖石的力學性質(zhì)及影響巖石力學性質(zhì)的主要因素。答：巖石的力學性質(zhì)是指巖石在受到外力作用時表現(xiàn)出來的抗破壞能力及變形特征。由巖石的強度和巖石的變形性質(zhì)來表述。（1）巖石的強度：巖石在各種荷載（單軸拉伸、單軸壓縮、三軸壓縮）作用下達到破壞時所能承受的最大應力。（2）巖石的變形：巖石在各種外力作用下幾何特征及內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化。影響巖石力學性質(zhì)的因素有：水、溫度、風化程度、加載速率、圍壓大小、各向異性等。 水：結(jié)合水的連接作用、潤滑作用、水楔作用和重力水的空隙水壓力作用和溶蝕、潛蝕作用； 溫度：一般說來，隨著溫度的增高，巖石的延性增大，屈服點降低，強度也降低；加載速率：對巖石試件進行加載試驗，加載速率愈大，獲得的強度指標愈（彈性模量）高