巖石力學(xué)資料

1、09級(jí)采礦2班巖石力學(xué)復(fù)習(xí)資料一、巖石和巖體巖石自然形成的產(chǎn)物； 由一種或幾種礦物組成的具有一定結(jié)構(gòu)構(gòu)造的固體集合體。工程上，通常把各種裂隙（不連續(xù)面）切割而成的巖塊，稱為巖石，又稱結(jié)構(gòu)體。巖體:地質(zhì)歷史過程中形成的，由巖塊和結(jié)構(gòu)面組成的，具有一定的結(jié)構(gòu)并賦存于一定的天然應(yīng)力狀態(tài)和地下水等地質(zhì)環(huán)境中的地質(zhì)體巖體就是巖石和結(jié)構(gòu)面的統(tǒng)一體。結(jié)構(gòu)面:地質(zhì)歷史發(fā)展過程中，在巖體內(nèi)形成的具有一定的延伸方向和長(zhǎng)度，厚度相對(duì)較小的地質(zhì)界面或帶。（如節(jié)理、裂隙、褶皺等結(jié)構(gòu)面。）巖石與巖體關(guān)系：巖石是巖體的組成物質(zhì)，巖體是巖石和結(jié)構(gòu)面的統(tǒng)一體。二、巖體的特征1、巖體是非均質(zhì)各向異性的材料。2、巖體內(nèi)存在著原始應(yīng)

2、力場(chǎng)。3、巖體內(nèi)存在著一個(gè)裂隙系統(tǒng)巖體既不是理想的彈性體，也不是典型的塑性體，既不是連續(xù)介質(zhì)，又不是松散介質(zhì)，而是一種特殊的復(fù)雜的地質(zhì)體，這就造成了研究它的困難性和復(fù)雜性巖體力學(xué)研究的主要對(duì)象是巖體，研究巖體在力場(chǎng)作用下，所發(fā)生的變形、破壞和移動(dòng)規(guī)律的理論及其實(shí)際應(yīng)用的科學(xué)，是一門應(yīng)用型基礎(chǔ)學(xué)科。巖石、巖體的地質(zhì)特征巖石的物理、水理與熱力學(xué)性質(zhì)巖塊（巖石）、結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)巖體的力學(xué)效應(yīng)巖體工程的穩(wěn)定性（巖體中初始應(yīng)力、應(yīng)力重分布、圍巖穩(wěn)定性計(jì)算與評(píng)價(jià)、工程處理與加固） 各種新技術(shù)、新方法與新理論在巖體力學(xué)中的運(yùn)用 巖體模型、模擬試驗(yàn)及原位測(cè)試1巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度：巖石抵抗外力作用的能力

3、，巖石破壞時(shí)能夠承受的最大應(yīng)力。單向抗壓強(qiáng)度單向抗拉強(qiáng)度剪切強(qiáng)度三軸抗壓強(qiáng)度巖石的變形：巖石在外力作用下發(fā)生形態(tài)（形狀、體積）變化。單向壓縮變形反復(fù)加載變形三軸壓縮變形剪切變形巖石單軸抗壓強(qiáng)度1）定義：巖石在單軸壓縮荷載作用下達(dá)到破壞前所能承受的最大壓應(yīng)力稱為巖石的單軸抗壓強(qiáng)度（Uniaxial compressive strength），或稱為非限制性抗壓強(qiáng)度）計(jì)算公式：O c=P/A5）水對(duì)單軸抗壓強(qiáng)度的影響一軟化系數(shù)： 巖石的軟化系數(shù)：飽和巖石抗壓強(qiáng)度O b與干燥巖石抗壓強(qiáng)度O c之比 n =O b/ O cW11.2巖石單軸抗拉強(qiáng)度定義：巖石在單軸拉伸荷載作用下達(dá)到破壞時(shí)所能承受的最大

4、拉應(yīng)力稱為巖石的單軸抗拉強(qiáng)度。試件在拉伸荷載作用下的破壞通常 是沿其橫截面的斷裂破壞，巖石的拉伸破壞試驗(yàn)分直接試驗(yàn)和間接試驗(yàn)兩類抗剪切強(qiáng)度定義：巖石在剪切荷載作用下達(dá)到破壞前所能承受的最大剪應(yīng)力稱為巖石的抗剪切強(qiáng)度剪切強(qiáng)度試驗(yàn)分為非限制性剪切強(qiáng)度試驗(yàn)和限制性剪切 強(qiáng)度試驗(yàn)二類。非限制性剪切試驗(yàn)在剪切面上只有剪應(yīng)力存在，沒有正應(yīng)力存在；限制性剪切試驗(yàn)在剪切面上除了存在剪應(yīng)力外，還存在正應(yīng)力。限制性剪切強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果及其分析試驗(yàn)結(jié)果：剪切面上正應(yīng)力越大，試件被剪破壞前所能承受的剪應(yīng)力也越大。原因：剪切破壞一要克服內(nèi)聚力，二要克服摩擦力，正應(yīng)力越大，摩擦力也越大。將破壞時(shí)的剪應(yīng)力和正應(yīng)力標(biāo)注到O -T

5、應(yīng)力平面上就是一個(gè)點(diǎn)，不同的正、剪應(yīng)力組合就是不同的點(diǎn)。將所有點(diǎn)連接起來就獲得了莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線殘余強(qiáng)度：當(dāng)剪切面上的剪應(yīng)力超過了峰值剪切強(qiáng)度后，剪切破壞發(fā)生，然后在較小的剪切力作用下就可使巖石沿剪切面滑動(dòng)。能使破壞面保持滑動(dòng)所需 的較小剪應(yīng)力就是破壞面的殘余強(qiáng)度。正應(yīng)力越大，殘余強(qiáng)度越高三軸抗壓強(qiáng)度定義：巖石在三向壓縮荷載作用下，達(dá)到破壞時(shí)所能承受的最大壓應(yīng)力稱為巖石的三軸抗壓強(qiáng)度三軸試驗(yàn)是限制性抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)三軸試驗(yàn)與莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線-a.三軸壓縮試驗(yàn)的最重要的成果：就是對(duì)于同一種巖石的不同試件或不同的試驗(yàn)條件給出幾乎恒定的強(qiáng)度指標(biāo)值。這一強(qiáng)度指標(biāo)值以莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線（Mohrs strength

6、 envelop）的形式給出。b.莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線的繪制：須對(duì)該巖石的56個(gè)試件做三軸壓縮試驗(yàn)，每次試驗(yàn)的圍壓值不等，由小到大，得出每次試件破壞時(shí)的應(yīng)力莫爾圓，通常也將 單軸壓縮試驗(yàn)和拉伸試驗(yàn)破壞時(shí)的應(yīng)力莫爾圓，用于繪制應(yīng)力莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線。巖石的強(qiáng)度：巖石抵抗外力作用的能力，巖石破壞時(shí)能夠承受的最大應(yīng)力巖石的變形：巖石在外力作用下發(fā)生形態(tài)（形狀、體積）變化巖石變形過程中表現(xiàn)出彈性、塑性、粘性、脆性和延性等性質(zhì)。彈性（elasticity）：物體在受外力作用的瞬間即產(chǎn)生全部變形，而去除外力（卸載）后又能立即恢復(fù)其原有形狀和尺寸的性質(zhì)稱為彈性。彈性體按其應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系又可分為兩種類型：線彈性體：應(yīng)力

7、一應(yīng)變呈直線關(guān)系。非線性彈性體：應(yīng)力一應(yīng)變呈非直線的關(guān)系。塑性（plasticity）:物體受力后產(chǎn)生變形，在外力去除（卸載）后變形不能完全恢復(fù)的性質(zhì)，稱為塑性。不能恢復(fù)的那部分變形稱為塑性變形，或稱永久變形，殘余變形。在外力作用下只發(fā)生塑性變形的物體，稱為理想塑性體。理想塑性體，當(dāng)應(yīng)力低于屈服極限時(shí)，材料沒有變形，應(yīng)力達(dá)到后，變形不斷增大而應(yīng)力不變，應(yīng)力一應(yīng)變曲線呈水平直線黏性（viscosity）:物體受力后變形不能在瞬時(shí)完成，且應(yīng)變速率隨應(yīng)力增加而增加的性質(zhì)，稱為粘性。應(yīng)變速率與時(shí)間有關(guān)，一黏性與時(shí)間有關(guān)其應(yīng)力一應(yīng)變速率關(guān)系為過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線的物質(zhì)稱為理想粘性體脆性（brittle）:物

8、體受力后，變形很小時(shí)就發(fā)生破裂的性質(zhì)。延性（ductile）:物體能承受較大塑性變形而不喪失其承載力的性質(zhì)，稱為延性單軸壓縮條件巖石應(yīng)力一應(yīng)變曲線6種類型彈性巖石。彈一塑性巖石塑一彈性巖石 塑一彈一塑性巖石型 V基本上與類型W相同，也呈S型，不過曲線斜率較平緩。一般發(fā)生在壓縮性較高的巖石中。應(yīng)力垂直于片理的片巖具有這種性質(zhì)。彈一粘性巖石彈塑性巖石等荷載循環(huán)加載變形特征等荷載循環(huán)加載：如果多次反復(fù)加載與卸載，且每次施加的最大荷載與第一次施加的最大荷載一樣。塑性滯回環(huán)：則每次加、卸載曲線都形成一個(gè)塑性滯回環(huán)。這些塑性滯回環(huán)隨著加、卸載的次數(shù)增加而愈來愈狹窄，并且彼此愈來愈近，巖石愈來愈接 近彈性變

9、形，一直到某次循環(huán)沒有塑性變形為止，如圖中的HH環(huán)。臨界應(yīng)力：當(dāng)循環(huán)應(yīng)力峰值小于某一數(shù)值時(shí)，循環(huán)次數(shù)即使很多，也不會(huì)導(dǎo)致試件破壞；而超過這一數(shù)值巖石將在某次循環(huán)中發(fā)生破壞（疲勞破壞）， 這一數(shù)值稱為臨界應(yīng)力。此時(shí)，給定的應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度。彈塑性巖石增荷載循環(huán)加載變形特征增荷載循環(huán)加載：如果多次反復(fù)加載、卸載循環(huán)，每次施加的最大荷載比前一次循環(huán)的最大荷載為大。塑性滯回環(huán)：每次加、卸載曲線都形成一個(gè)塑性滯回環(huán)。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，塑性滯回環(huán)的面積也有所擴(kuò)大，卸載曲線的斜率（它代表著巖石的彈性 模量）也逐次略有增加，表明卸載應(yīng)力下的巖石材料彈性有所增強(qiáng)。巖石的記憶性：每次卸載后再加載，在荷載超過上一

10、次循環(huán)的最大荷載以后，變形曲線仍沿著原來的單調(diào)加載曲線上升（圖中的OC線），好象不曾受 到反復(fù)加載的影響似的，這種現(xiàn)象稱為巖石的變形記憶單軸壓縮條件下的巖石全應(yīng)力一應(yīng)變曲線：在普通的試驗(yàn)機(jī)上，巖石達(dá)到其峰值強(qiáng)度后發(fā)生突發(fā)性破壞的根本原因：是試驗(yàn)機(jī)的剛度不夠大，這類試驗(yàn)機(jī)稱為柔”性試驗(yàn)機(jī)由于試驗(yàn)機(jī)的剛度不夠大，在試驗(yàn)過程中試件受壓，試驗(yàn)機(jī)框架受拉，如圖所示。試驗(yàn)機(jī)受拉產(chǎn)生的彈性變形以應(yīng)變能的形式存在機(jī)器中。當(dāng)施加的壓縮應(yīng)力超過巖石抗壓強(qiáng)度后，試件破壞。此時(shí)，試驗(yàn)機(jī)架迅速回彈，并將其內(nèi)部貯存的應(yīng)變能釋放到巖石試件上，從而引起巖石試件的急劇破 裂和崩解全應(yīng)力一應(yīng)變曲線的工程意義：揭示巖石試件破裂后，

11、仍具有一定的承載能力。預(yù)測(cè)巖爆 預(yù)測(cè)蠕變破壞 預(yù)測(cè)循環(huán)加載條件下巖石的破壞圍壓對(duì)巖石變形的影響得出如下結(jié)論：隨著圍壓的增大，巖石的抗壓強(qiáng)度顯著增加；隨著圍壓的增大，巖石的變形顯著增大；隨著圍壓的增大，巖石的彈性極限顯著增大；隨著圍壓的增大，巖石的應(yīng)力一應(yīng)變曲線形態(tài)發(fā)生明顯改變；巖石的性質(zhì)發(fā)生了變化：由彈脆性f彈塑性f應(yīng)變硬化巖石的擴(kuò)容：擴(kuò)容：當(dāng)外力繼續(xù)增加，巖石試件的體積不是減小，而是大幅度增加，且增長(zhǎng)速率越來越大，最終將導(dǎo)致巖石試件的破壞，這種體積明顯擴(kuò)大的 現(xiàn)象稱為擴(kuò)容。三個(gè)階段：體積變形階段 體積不變階段擴(kuò)容階段水對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響結(jié)合水：產(chǎn)生三種作用：連結(jié)作用、潤(rùn)滑作用、水楔作用。重

12、力水：對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在孔隙水壓力作用和溶蝕、潛蝕作用。加載速率對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響加載速率愈大，彈性模量愈大；加荷速率愈小，彈性模量愈小。加載速率越大，獲得的強(qiáng)度指標(biāo)值越高 流變現(xiàn)象：材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與時(shí)間因素有關(guān)的性質(zhì)，稱為流變性。材料變形過程中具有時(shí)間效應(yīng)的現(xiàn)象，稱為流變現(xiàn)象。流變的種類：蠕變 應(yīng)力不變，應(yīng)變隨時(shí)間增加而增長(zhǎng)松弛應(yīng)變不變，應(yīng)力隨時(shí)間增加而減小彈性后效加載或卸載時(shí)，彈性應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象蠕變的類型和特點(diǎn)第一階段（a-b），減速蠕變階段：應(yīng)變速率隨時(shí)間增加而減小。第二階段（b-c），等速蠕變階段：應(yīng)變速率保持不變。第三階段（c-d）:加速蠕變階段：應(yīng)變速率隨時(shí)

13、間增加而增加。描述流變性質(zhì)的三個(gè)基本元件：彈性元件物體在荷載作用下，其變形完全符合虎克定律。稱其為虎克體，是理想的線性彈性體。本構(gòu)方程：s=ke模型符號(hào)：H虎克體的性能：a.瞬變性 b.無(wú)彈性后效c.無(wú)應(yīng)力松弛 d.無(wú)蠕變流動(dòng)塑性元件材料性質(zhì):物體受應(yīng)力達(dá)到屈服極限s0時(shí)便開始產(chǎn)生塑性變形，即使應(yīng)力不再增加，變形仍不斷增長(zhǎng)，其變形符合庫(kù)侖摩擦定律，稱其為庫(kù)侖（Coulomb） 體。是理想的塑性體本構(gòu)方程： =0，（當(dāng)ss0時(shí)）模型符號(hào)：C侖體的性能：當(dāng)ss0時(shí)， 一8,達(dá)到塑性極限時(shí)有蠕變（3）粘性元件材料性質(zhì)：物體在外力作用下，應(yīng)力與應(yīng)變速率成正比，符合牛頓Newton）流動(dòng)定律。稱其為牛頓

14、流體，是理想的粘性體。模型符號(hào)：N 牛頓體的性能：a.有蠕變b.無(wú)瞬變c.無(wú)松弛d.無(wú)彈性后效 注意點(diǎn)（小結(jié)）塑性流動(dòng)與粘性流動(dòng)的區(qū)別當(dāng)ss0時(shí)，才發(fā)生塑性流動(dòng)，當(dāng)s0時(shí)，就可以發(fā)生粘性流動(dòng)，不需要應(yīng)力超過某一定值。實(shí)際巖石的流變性是復(fù)雜的，是三種基本元件的不同組合的性質(zhì)，不是單一元件的性質(zhì)。用粘彈性體：研究應(yīng)力小于屈服應(yīng)力時(shí)的流變性；用粘彈塑性體：研究應(yīng)力大于屈服應(yīng)力時(shí)的流變性粘性流動(dòng)：只要有微小的力就會(huì)發(fā)生流動(dòng)。塑性流動(dòng)：只有當(dāng)應(yīng)力。達(dá)到或超過屈服極限。s才會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)。粘彈性體：研究應(yīng)力小于屈服極限時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系；粘彈塑性體：研究應(yīng)力大于屈服極限時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系；各向

15、同性體概念 各向同性體：物體內(nèi)任一點(diǎn)沿任一方向的彈性都相同。2、特點(diǎn)：X、Y、Z三個(gè)方向的彈性相同，強(qiáng)度理論一一究巖體破壞原因和破壞條件的理論。強(qiáng)度準(zhǔn)則一一外荷載作用下巖石發(fā)生破壞時(shí)，其應(yīng)力（應(yīng)變）所必須滿足的條件。強(qiáng)度準(zhǔn)則也稱破壞準(zhǔn)則或破壞判據(jù)最大拉應(yīng)變理論該理論認(rèn)為，無(wú)論在什么應(yīng)力狀態(tài)下，只要巖石的最大拉伸應(yīng)變達(dá)到一定的極限應(yīng)變 t時(shí)，巖石就會(huì)發(fā)生拉伸斷裂破壞，其強(qiáng)度條件為： 庫(kù)倫（Coulomb）準(zhǔn)則T f = C +6g甲t f 材料剪切面上的抗剪強(qiáng)度；c一材料的粘結(jié)力；。一一剪切面上的正應(yīng)力莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線：指各極限應(yīng)力圓的破壞點(diǎn)所組成的軌跡線。T f =f（。）在T f。坐標(biāo)中是一條

16、曲線，稱為莫爾包絡(luò)線，表示材料受到不同應(yīng)力作用達(dá)到極 限狀態(tài)時(shí)，滑動(dòng)面上的法向應(yīng)力。與剪應(yīng)力T f的關(guān)系。極限應(yīng)力圓上的某點(diǎn)與強(qiáng)度包絡(luò)線相切，即表示在該應(yīng)力狀態(tài)下材料發(fā)生破壞。用極限應(yīng)力表示的莫爾圓稱為極限莫爾應(yīng)力圓（簡(jiǎn)稱極限應(yīng)力圓莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線的意義：包絡(luò)線上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)都代表巖石沿某一剪切面剪切破壞所需的剪應(yīng)力和正應(yīng)力，即任意一點(diǎn)都對(duì)應(yīng)了一個(gè)與之相切的極限應(yīng)力圓。 莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線的應(yīng)用將應(yīng)力圓與強(qiáng)度曲線放在同一個(gè)坐標(biāo)系中，若莫爾應(yīng)力圓在包絡(luò)線之內(nèi)，則巖石不破壞；若莫爾應(yīng)力圓與強(qiáng)度曲線相切，則巖石處于 極限平衡狀態(tài)；若莫爾應(yīng)力圓與強(qiáng)度曲線相交，則巖石肯定破壞。1 + sinp2cco 甲莫

17、爾一庫(kù)侖強(qiáng)度理論Tf = c+Gtgp 用主應(yīng)力表示 C1 = 1 _siIpC3 + 1 _sijp莫爾一庫(kù)侖強(qiáng)度理論不適合剪切面上正應(yīng)力為拉應(yīng)力的1 + sinp k =1 _ s i np情況。b = kb +b1c3 c格里菲斯強(qiáng)度理論 基本思想（1）在脆性材料內(nèi)部存在著許多雜亂無(wú)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。tg丫 = _ tg2P Y 新裂紋長(zhǎng)軸與原裂紋長(zhǎng)軸的夾角；P 原裂紋長(zhǎng)軸與最大主應(yīng)力的夾 角。格里菲斯強(qiáng)度判據(jù)（1） *

18、 + %3 0 破裂條件為：；（& +J）=* 危險(xiǎn)裂紋方位角：co526 = 2/ +：）（2）b + 3b3 -0破裂條件為 b 3 =b t屈服準(zhǔn)則是判斷某一點(diǎn)的應(yīng)力是否進(jìn)入塑性狀態(tài)的判斷準(zhǔn)則。結(jié)構(gòu)面狀態(tài)a.貫通類型非貫通性結(jié)構(gòu)面：較短、不能貫通巖塊強(qiáng)度降低、變形增大.1313危險(xiǎn)裂紋方位角sin26 = 0半貫通性結(jié)構(gòu)面：有一定長(zhǎng)度、不能貫通巖塊強(qiáng)度降低、變形增大.貫通性結(jié)構(gòu)面：長(zhǎng)度較長(zhǎng)、連續(xù)好、貫通整個(gè)巖體、構(gòu)成巖體邊界，它對(duì)巖體有較大的影響，破壞常受這種結(jié)構(gòu)面控制.b.連續(xù)性結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性反映結(jié)構(gòu)面的貫通程度。線連續(xù)性系數(shù)K1 ：沿結(jié)構(gòu)面延伸方向上，結(jié)構(gòu)面各段長(zhǎng)度之和與測(cè)線長(zhǎng)度比值

19、.K1=Sa/（Sa+ Eb） K1變化在01之間變化，K1值愈大說明結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性愈好，當(dāng)K1=1時(shí)，結(jié)構(gòu)面完全貫通。面連續(xù)性系數(shù)（面切割度）Xe:在巖體中沿結(jié)構(gòu)面延展平面上，結(jié)構(gòu)面各塊面積之和Ea與該斷面面積A之比.結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)1引起工程巖體失穩(wěn)破2控制巖體變形3控制地下水滲透4影響巖體中應(yīng)力分布剪切變形與剪切剛度1）兩種類型a粗糙結(jié)構(gòu)面（無(wú)充填物），剪應(yīng)力上升較快，當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)到峰值后抗剪能力下降較大，并產(chǎn)生不規(guī)則的峰后變形或滯滑現(xiàn)象。b.平坦結(jié)構(gòu)面（有充填物），初始階段剪切變形曲線斜率逐漸減小，曲線沒有明顯的峰值出現(xiàn)，最恒定巖體的單軸和三軸壓縮變形特征1）巖體應(yīng)力一應(yīng)變?nèi)^程曲線在加

20、載過程，結(jié)構(gòu)面壓密與閉合，應(yīng)力一應(yīng)變曲線，呈上凹型。中途卸載有彈性后效現(xiàn)象和不可恢復(fù)殘余變形。這是結(jié)構(gòu)面閉合、滑移、錯(cuò)動(dòng)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(qiáng)度后，巖體開始破壞，應(yīng)力下降較緩慢，仍有殘余應(yīng)力，這是巖體結(jié)構(gòu)效應(yīng)。巖體的變形與強(qiáng)度2）卸載時(shí)荷載不降至零時(shí)的應(yīng)力一應(yīng)變曲線卸荷不降至零時(shí)的循環(huán)加載應(yīng)力一應(yīng)變曲線呈“閉環(huán)型氣隨著外荷加大、循環(huán)次數(shù)增多，閉環(huán)后移，這是結(jié)構(gòu)面逐級(jí)被壓密與嚙合，這是結(jié)構(gòu)面逐級(jí)被壓密與嚙合所致。閉環(huán)逐漸變窄f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(dāng)卸荷至零并持續(xù)一定時(shí)間后，有較大回彈變形，這是彈性后效的

21、表現(xiàn)。變形模量體剪切變形特征在屈服點(diǎn)前，變形曲線與抗壓變形相似，上凹型。屈服點(diǎn)后，某個(gè)結(jié)構(gòu)面或結(jié)構(gòu)體首先剪壞，隨之出現(xiàn)一次應(yīng)力下降。峰值前可能發(fā)現(xiàn)多次應(yīng)力升降。升降程度與結(jié)構(gòu)面或結(jié)構(gòu)體強(qiáng)度有關(guān)，巖體越破碎，應(yīng) 力降反而不明顯。當(dāng)應(yīng)力增加到一定應(yīng)力水平時(shí)，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(yīng)力降。隨后產(chǎn)生穩(wěn)定滑移水壓致裂法水壓致裂法的假設(shè)前提：（1）有2個(gè)主應(yīng)力為水平方向，另1個(gè)為豎直方向,且（2）線性、均質(zhì)、各向同性（3）滲透符合達(dá)西定律水壓致裂法步驟1）鉆孔（地質(zhì)勘探）、 選段（完整）、封隔（氣或液）；水壓致裂法的特點(diǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單操作方便測(cè)值直觀適應(yīng)性強(qiáng)

22、受到重視和推廣缺陷：主應(yīng)力方向不準(zhǔn)應(yīng)力解除法分類 主要特點(diǎn)：1）測(cè)量有操作簡(jiǎn)便2）測(cè)量技術(shù)和計(jì)算理論比 較成熟3精度相對(duì)較高的地應(yīng)力4）目前使用最為廣泛巖體二次應(yīng)力狀態(tài)的基本概念圍巖：由于人工開挖使巖體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了變化，應(yīng)力狀態(tài)被改變了的巖體叫圍巖。二次應(yīng)力狀態(tài)：開挖后，無(wú)支護(hù)時(shí)，調(diào)整后的應(yīng)力狀態(tài)（原始應(yīng)力，又稱一次應(yīng)力狀態(tài)）求二次應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，要給出的基本條件：原始應(yīng)力本構(gòu)關(guān)系巖體性質(zhì)參數(shù)二次應(yīng)力狀態(tài)主要特征狀態(tài)二次應(yīng)力為彈性分布（巖體堅(jiān)硬，原巖應(yīng)力小，不要支護(hù)）。二次應(yīng)力為彈塑分布圍巖分兩部：彈性區(qū)、塑性區(qū)結(jié)構(gòu)面的處理方法大結(jié)構(gòu)面單獨(dú)處理；小密集結(jié)構(gòu)面用包容方法處理。地下工程穩(wěn)定穩(wěn)定定義

23、：地下工程工作期限內(nèi)，安全和所需最小斷面得以保證，稱為穩(wěn)定。穩(wěn)定條件max _(i+ii)p r 0- (1 Z|Ll) -,E尸2e =5叮(1一2四)+習(xí)0E,2a =，o(l + X)(l-：)-(1-人)(1-4： +3 7)cos20 r 2,2,2,4t =%(1-入)(1 + 2 呈-3U)sin20 TOC o 1-5 h z rO 2/2,4深埋橢圓洞室彈性圍巖二次應(yīng)力狀態(tài))洞壁應(yīng)力計(jì)篷公式?_高& _b _ (l+)2COS29-l + X(l + )2sin9-2K = O = T = U CJ =跨度 a rm Qsil?0 +2 CO s90洞壁應(yīng)力分布特點(diǎn)：深埋圓形

24、洞室彈塑性圍巖二次應(yīng)力狀態(tài)r ) bn (p:。 =(p + C - COtep)-()1-Sin(p - c-cot(p/ iR0并代入塑性條件:CJ -CJ0、sincp=2(c-cotcp +cj )r 1-sincp求解塑性區(qū)半徑和支反力整理，得：氣=z、1 + sincp , r、3 + C - COtep)()1 -Sincp - c-cotcp，1 - sin cp R0n +O COt(P1sin()、_R -2in(pR ( )(1-sincp)2sin(p支護(hù)反力：p = (p +ccot(p)(lsin(p)()1-前叫 TOC o 1-5 h z 10 p +c-cot

25、cpi oRi1,(p +ccot(p)(l siixp)-sS R“ ,求解彈性區(qū)應(yīng)力 b = P (C COS(P + p )0slip ( )2 b o =取上式 + 即可Egw r 00 p +c-copr 9彈塑性區(qū)圍巖應(yīng)力分布狀態(tài)：i松動(dòng)區(qū)： 巖體被切割、強(qiáng)度明顯降低、應(yīng)力低于原巖應(yīng)力；塑性強(qiáng)化區(qū)：巖體呈塑性狀態(tài)、處于塑性強(qiáng)化階段，應(yīng)力高于原巖應(yīng)力；彈性承載區(qū)：巖體處于彈性性變形階段，應(yīng)力高于原巖應(yīng)力；原巖應(yīng)力區(qū)：未受開挖影響、處于原巖狀態(tài)圍巖壓力與控制基本概念地下洞室圍巖在二次應(yīng)力作用下產(chǎn)生過量的塑性變形或松動(dòng)破壞，進(jìn)而引起施加于支護(hù)襯砌上的壓力，稱為圍巖壓力。圍巖壓力是圍巖與支

26、護(hù)間的相互作用力，它與圍巖應(yīng)力不是同一個(gè)概念。圍巖應(yīng)力是巖體中的內(nèi)力，而圍巖壓力則是針對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)來說的，是作用 于支護(hù)襯砌上的外力。按圍巖壓力的形成機(jī)理，可將其劃分為變形圍巖壓力、松動(dòng)圍巖壓力和沖擊圍巖壓力狹興地魚圍巖因變形移動(dòng)和冒落巖塊作用在支架上的壓力稱廣義地壓巖體內(nèi)部原巖作用于圍巖和支架上的壓力支架與圍巖共同作用原理圍巖壓力一一圍巖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用力。圍巖壓力與支護(hù)抗力相等位移變形 彈性變形 不需支護(hù)能保持穩(wěn)定。圍巖具有自支承能力塑性變形需支護(hù)才能保持穩(wěn)定。支護(hù)與圍巖共同承擔(dān)圍巖壓力巖體作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的組成部分，與支架構(gòu)成共同存載體，它們之間互相依存，互相制約，協(xié)調(diào)變形，共同承擔(dān)全部圍巖壓

27、力。（支架與圍巖共同作用原理）1、圍巖對(duì)支架的作用力pa與支架抗力pi大小相等，方向相反，即pi=pa；2、圍巖與支架協(xié)調(diào)變形。即支架的位移量uac等于開挖后坑道周邊的位移量ua減去支護(hù)前坑道已產(chǎn)生的位移量&a，即uac=ua-ua；3、圍巖對(duì)支架的壓力與支架的剛度有關(guān)。支架剛度越大，阻止圍巖變形的能力越大，坑道變形越小。剛性支架，變形小，承力大；柔性支架，變形大，承力小;4、 在圍巖穩(wěn)定條件下，其自承能力為p0-pi，P0為原巖應(yīng)力，pi為支護(hù)抗力。某矩形巷道，寬度為4 m,高度為3m，布置在泥質(zhì)頁(yè)巖中，巖石的換算內(nèi)摩擦角k=710，,巖石重度Y =20 kN/ta3,按普氏地壓理論試求：（

28、1）拱的跨度和高度；（2）自然平衡拱的方程式；（3）支架所受的頂壓等于多少？解：2a = 4 m , f = tg710=2.9, Y =20 kN/m3（1）壓力拱跨度2 a = 4（m）壓力拱高度b =a/f =2/2.9=0.69 （m）（2）壓力拱方程式：y= x2 b/a2 = 0.172 x24 a 2v（3）總頂壓力云=36.78 （kN/m）3 J計(jì)入深度影響的隧（巷）道地壓估算公式塑性區(qū)半徑Rp=RJ1i1-si 印2s i n對(duì)圓形群頂壓集度）qd =y XRp R0 對(duì)矩形巷道 頂壓集度：qd =丫 巖石地下工程穩(wěn)定與圍巖控制維護(hù)巖石地下工程穩(wěn)定R -H/2）p的基本原則

29、1.合理利用和充分發(fā)揮巖體強(qiáng)度（1）地下的地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜，在充分比較施工和維護(hù)穩(wěn)定兩方面經(jīng)濟(jì)合理性的基礎(chǔ)上，盡量把工程位置設(shè)計(jì)在巖性好的巖層中。（2）避免巖石強(qiáng)度的損壞（3）充分發(fā)揮巖體的承載能力。在圍巖承載能力允許的范圍內(nèi)，適當(dāng)?shù)膰鷰r變形可以增加圍巖的內(nèi)應(yīng)力，使其更多地承受地壓作用，減少支護(hù)的強(qiáng)度和剛度要求。這對(duì)實(shí)現(xiàn)工程穩(wěn)定及其經(jīng)濟(jì)性有雙利的效果。煤礦支護(hù)中還采用有專門收縮變形機(jī)構(gòu)的可縮性支架來實(shí)現(xiàn)“讓壓”。（4）加固巖體，當(dāng)巖體質(zhì)量較差時(shí)，可以采用錨固、注漿等方法來加固巖體，提高高體強(qiáng)度及其承載能力。合理支護(hù)合理的支護(hù)包括支護(hù)的形式、支護(hù)剛度、支護(hù)時(shí)間、支護(hù)受力情況的合理性以及支護(hù)的經(jīng)濟(jì)

30、性。1）支護(hù)參數(shù)的選擇仍應(yīng)著眼于充分改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，調(diào)動(dòng)圍巖的自承能力和考慮支護(hù)與巖體的相互作用的影響；并在此基礎(chǔ)上，提高支護(hù)的能力和效率。例如， 錨桿支護(hù)。另外，當(dāng)?shù)貕嚎赡艹^支護(hù)構(gòu)件能力時(shí)，使支護(hù)具有一定的可縮性，也是利用圍巖支護(hù)共同作用原理來實(shí)現(xiàn)圍巖穩(wěn)定并保證支護(hù)不被損壞的經(jīng)濟(jì)有效方法。2）砼屬于受壓構(gòu)件，鋼筋砼能承受較高的抗彎性能。支護(hù)設(shè)計(jì)充分考慮這些特點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短。設(shè)計(jì)支護(hù)構(gòu)件還應(yīng)考慮構(gòu)件之間的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和壽命等方面的匹配， 盡量實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)上的合理性。支護(hù)與圍巖間的應(yīng)力傳遞好壞，對(duì)發(fā)揮支護(hù)自身能力的大小及其穩(wěn)定圍巖的作用大小起到重要的影響。當(dāng)荷載不均勻地集中作用在支護(hù)個(gè)別地方時(shí)，會(huì)

31、造成支護(hù)在未達(dá)到其承載能力之前出現(xiàn)局部破壞而整體失穩(wěn)的情況；另外，支護(hù)與圍巖間總存在有間隙，這種間隙 不僅使構(gòu)件受力不均勻，延緩支護(hù)對(duì)圍巖的作用，還會(huì)惡化圍巖的受力狀態(tài)。所以，應(yīng)采取有效措施（如注漿、充填等）實(shí)現(xiàn)支護(hù)與圍巖間的密實(shí)接觸，從而實(shí)現(xiàn) 圍巖壓力均勻傳遞。坑道支護(hù)巖體作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的組成部分，與支護(hù)結(jié)構(gòu)組成共同存載體，它們之間互相依存，互相制約，協(xié)調(diào)變形，共同承擔(dān)全部圍巖壓力離壁式支護(hù)的力學(xué)作用 特點(diǎn)：離壁式支護(hù)結(jié)構(gòu)如木支架、鋼支架、混凝土砌碹以及鋼筋混凝土支架等與圍巖部分點(diǎn)接觸和部分面接觸。1、被動(dòng)承受圍巖壓力。2、支護(hù)及時(shí)時(shí)，圍巖變形還未達(dá)到極限的情況下，在點(diǎn)接觸或面接觸處承受圍巖所產(chǎn)生的壓力（變形壓力）未與圍巖接觸處承受圍巖松 脫冒落的自重壓力（松脫壓力）。3、在完全不接觸的情況下，或支護(hù)不及時(shí)時(shí)，圍巖已發(fā)生松脫，則只承受松脫壓力。二、噴錨支護(hù)的力學(xué)作用特點(diǎn)：噴錨支護(hù)是噴射混凝土支護(hù)與錨桿支護(hù)的聯(lián)合支護(hù)，其特點(diǎn)是通過加固圍巖，提高圍巖的自承能力達(dá)到維護(hù)坑道的目的。1、噴射混凝土的力學(xué)作用（1）加固圍