巖石力學復習提綱

一、名詞解釋：1、巖體2、彈性3、脆性4、三軸抗壓強度5、抗壓強度6、抗拉強度7、抗剪強度8、莫爾強度理論9、強度判據(jù)10、穩(wěn)定性系數(shù)11、蠕變12、殘余強度14、剪切剛度15、強度理論16、剪切剛度17、八面體強度理論

18、極限強度19、蠕變20、孔隙比21、法向剛度22、圍巖應力23、軟化系數(shù)24、變形模量25、幾何邊界條件26、長期強度27、主應力29、主平面30、結(jié)構(gòu)面31、滑坡32、塑性33、圍巖抗力系數(shù)34、變形模量35、彈性模量36、動彈性模量37、天然應力38、強度曲線39、內(nèi)摩擦角40、切線模量41、巖體力學42、應力松弛43、重分布應力44、圍巖壓力45、圍巖抗力46、強度47、彈性極限48、強度極限49、脆性破壞50、滲透系數(shù)52、割線模量53、爬坡角54、巖石吸水率55、彈性后效56、尺寸效應57、應力集中系數(shù)58、初始模量59、抗凍系數(shù)60、巖爆61、泊松比62、強度包絡線63、普氏系數(shù)64、自然平衡拱65、RQD66、格里菲斯強度理論67、單軸抗壓強度68、橫波69、縱波70、圍巖壓力71、飽和吸水率72、法向剛度；73、巖石的水理性；74、殘余強度；二、問答題1、何謂巖石的碎脹性？用什么指標來表示？該指標在生產(chǎn)中有何意義？答：（巖石的碎脹性是指巖石破碎以后的體積將比整體狀態(tài)下的體積增大的性質(zhì)。用碎脹系數(shù)表示：巖石碎脹系數(shù)=巖石破碎膨脹后的堆積體積/巖石體積巖石的碎脹系數(shù)對礦壓控制，尤其是對回采工作面的頂板管理有重要意義。碎脹系數(shù)與巖石的物理性質(zhì)、破碎后塊度的大小及其排列狀態(tài)等因素有關(guān)。例如堅硬巖石破碎后塊度較大且排列整齊時，碎脹系數(shù)較??；反之，如破碎后塊度較小且排列較雜亂，則碎脹系數(shù)較大。巖石流變模型中的組合模型由哪三種元件構(gòu)成，相應地代表了何種介質(zhì)的變形性質(zhì)？1、流變模型元件（1）彈性介質(zhì)及彈性元件（虎克體）：彈性介質(zhì)性質(zhì)：1）具有瞬時變形性質(zhì)；2）ε＝常數(shù)，則σ保持不變，故無應力松弛性質(zhì)；3）σ＝常數(shù)，則ε也保持不變，故無蠕變性質(zhì)；4）σ＝0（卸載），則ε＝0，無彈性后效?？梢姡?、ε與時間t無關(guān)。（2）粘性介質(zhì)及粘性元件（牛頓體）當t=0時,σ=σ0,ε=0,則c=0粘性介質(zhì)性質(zhì)：1）當σ＝σ0時，說明在受應力σ0作用，要產(chǎn)生相應的變形必須經(jīng)過時間t，表明無瞬時變形；2）σ＝0（卸載），則ε＝常數(shù)，故無彈性后效，有永久變形。3）ε＝常數(shù)，則σ＝0，故無應力松弛性質(zhì)。(3）塑性介質(zhì)及塑性元件（圣維南體）當:σ＜σs，ε=0σ≥σs,ε→∞巷道開挖后（不支護）圍巖可能產(chǎn)生哪幾個應力區(qū)？最終結(jié)果可能會怎樣？4、最大線應變強度理論的基本觀點是什么？答：不論是什么應力狀態(tài)，只要最大伸長線應變達到材料的某一極限，材料就發(fā)生脆性斷裂。簡述圍巖與支護的相互作用原理，根據(jù)該原理論述噴錨支護相對于整體混凝土襯砌有什么優(yōu)點？位移變形：彈性變形：不需支護能保持穩(wěn)定。圍巖具有自支承能力。塑性變形：需支護才能保持穩(wěn)定。支護與圍巖共同承擔圍巖壓力。可見：巖體作為支護結(jié)構(gòu)的組成部分，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，共同承擔全部圍巖壓力。A、圍巖對支架的作用力pa與支架抗力pi大小相等，方向相反，即pi=pa；B、圍巖與支架協(xié)調(diào)變形。即支架的位移量ub等于開挖后坑道周邊的位移影響邊坡穩(wěn)定有哪些主要因素？試舉例說明。（1）坡底中結(jié)構(gòu)面對邊坡穩(wěn)定性的影響.破底的穩(wěn)定性直接影響整個山體的穩(wěn)定性

（2）外力對邊坡的影響。例如：爆破，地震，水壓力等自然和認為因素，而導致邊坡破壞。

（3）邊坡外形對邊坡穩(wěn)定性的影響。比如，河流、水庫及湖海的沖涮和淘涮，使得岸坡外形發(fā)生變化，從而使這些邊坡發(fā)生破壞，這主要由于侵蝕切露坡體底部的軟弱結(jié)構(gòu)面使坡體處于臨空狀態(tài)，或是侵蝕切露坡體下伏到軟弱層，從而引起坡體失去平衡，最后導致破壞。

（4）巖體力學性質(zhì)惡化對邊坡穩(wěn)定性的影響。比如風化作用對邊坡穩(wěn)定性的影響，這主要是由于風化作用使坡體強度減小，坡體穩(wěn)定性降低，加劇斜坡的變形與破壞，而且風化越深，斜坡穩(wěn)定性越差，穩(wěn)定坡角就越小。25、用應力解除法來測量巖體的原巖應力，其工序有哪些？用圖示加以說明。26、什么叫真三軸試驗機？什么叫假三軸試驗機？真三軸試驗是使試樣處于三個主應力不相等（即σ1>σ2>σ3）的應力組合狀態(tài)下的三軸壓縮試驗。假三軸處于σ2=σ3的應力狀態(tài)下試驗。什么叫巖塊的變性模量？以“S”型應力－應變曲線為例表示出巖塊的幾種變性模量（圖加簡要文字說明）。塑性狀態(tài)下圓形巷道圍巖應力分布如何？29、試簡單敘述巖體力學的發(fā)展歷史？你對巖體力學的發(fā)展遠景如何看法？、分為四個階段：初始階段（19世紀末到20世紀初）萌芽時期，產(chǎn)生了初步理論以解決巖體開挖的力學計算問題經(jīng)驗理論階段（20世紀初到20世紀30年代）該階段出現(xiàn)了根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗提出的地壓理論，并開始用材料力學和結(jié)構(gòu)力學的方法分析地下工程的支護問題。經(jīng)典理論階段（20世紀30年代到20世紀60年代）重要階段，彈性力學和塑性力學被引入巖石力學，確立了一些經(jīng)典計算公式，形成圍巖和支護共同作用的理論。現(xiàn)代發(fā)展階段（20世紀60年代到現(xiàn)在）新進展階段，主要特點：用更為的多種多樣的力學模型來分析巖石力學的問題。均質(zhì)連續(xù)、各向同性的彈性巖體中開挖水平圓形洞室時，圍巖中的重分布應力有何特點。31、邊坡巖體最容易從哪些部位首先破壞？為什么？32、試述邊坡穩(wěn)定性研究的基本原則和方法。33、什么叫蠕變？用圖表示蠕變的應力（σ）與時間（t）關(guān)系曲線。蠕變：當應力不變時，變形隨時間增加而增加的現(xiàn)象。第一階段：圖中ab段，應變速率隨時間增加而減小，又稱減速蠕變或初始蠕變階段。第二階段：圖中bc段，應變速率基本不變，也叫等速蠕變階段。第三階段：圖中cd段，應變速率迅速增加直到巖石破壞為止，也叫加速蠕變階段。34、巖塊的抗壓強度與抗拉強度哪個大？為什么？答：巖石的抗拉強度遠低于它的抗壓強度。原因在于巖石中包含有大量的微裂隙和孔隙，直接削弱了巖塊的抗拉強度。相對而言，空隙對巖塊抗壓強度的影響就小得多，巖塊的抗壓強度高于抗拉強度；巖塊為脆性材料，抗拉強度一般為抗壓強度的1/4~1/25，平均為1/10。因此，巖塊的抗拉強度一般遠小于其抗壓強度。35、如何獲得巖體結(jié)構(gòu)面的強度指標？請用解析法或圖解法說明。34.何謂地下洞室？地下洞室的巖體力學問題有哪些？答：地下洞室是指人工開挖或天然存在于巖體內(nèi)的構(gòu)造物。圍巖應力重分布問題------重分布應力計算圍巖變形與破壞問題------位移計算、破壞區(qū)確定圍巖壓力問題------威嚴壓力計算有壓洞室圍巖抗力問題------圍巖抗力計算35.以水平圓形無壓洞室為例，說明彈性圍巖應力的分布規(guī)律。答：1)

圍巖內(nèi)重分布應力與θ角無關(guān)，僅與R0和σ0有關(guān)。

2)

由于τrθ=0，則σr，σθ均為主應力，且σθ恒為最大主應力，σr恒為最小主應力。

3)

當r＝R0(洞壁)時，σr=0，σθ=2σ0，可知洞壁上的應力差最大，且處于單向受力狀態(tài)，說明洞壁最易發(fā)生破壞。

4)

隨著離洞壁距離r增大，σr逐漸增大，σθ逐漸減小，并都漸漸趨近于天然應力σ0值。在理論上，σr，σθ要在r→∞處才達到σ0值，但實際上σr，σθ趨近于σ0的速度很快。

當r=6R0時，σr和σθ與σ0相差僅2.8%。因此，一般認為，地下洞室開挖引起的圍巖分布應力范圍為6R0。在該范圍以外，不受開挖影響，這一范圍內(nèi)的巖體就是常說的圍巖，是有限元計算模型的邊界范圍

巖石力學與工程的311頁36.何謂圍巖？其范圍一般為多大？答：在巖石地下工程中，由于受開挖影響而產(chǎn)生應力狀態(tài)改變的周圍巖體，稱為圍巖。其范圍一般為開挖洞室直徑的3倍。37.何謂塑性松動圈？具有塑性圈后圍巖中的重分布應力如何變化？地下開挖后，洞壁的應力集中最大，當它超過圍巖屈服極限時，洞壁圍巖就由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)化為塑性狀態(tài)，并在圍巖中形成一個塑性松動圈。隨著距洞壁距離增大，徑向應力σ，由零逐漸增大，應力狀態(tài)由洞壁的單向應力狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)化為雙向應力狀態(tài)，圍巖也就由塑性狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)化為彈性狀態(tài)。圍巖中出現(xiàn)塑性圈和彈性圈。塑性松動圈的出現(xiàn)，使圈內(nèi)一定范圍內(nèi)的應力因釋放而明顯降低，而最大應力集中由原來的洞壁移至塑、彈圈交界處，使彈性區(qū)的應力明顯升高。彈性區(qū)以外則是應力基本未產(chǎn)生變化的天然應力區(qū)（或稱原巖應力區(qū)）。37.何謂塑性松動圈？具有塑性圈后圍巖中的重分布應力如何變化？答：地下開挖后，洞壁的應力集中最大，當它超過圍巖屈服極限時，洞壁圍巖就由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)化為塑性狀態(tài)，并在圍巖中形成一個塑性松動圈。巖石力學與工程311中部隨著距洞壁距離增大，徑向應力σ，由零逐漸增大，應力狀態(tài)由洞壁的單向應力狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)化為雙向應力狀態(tài)，圍巖也就由塑性狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)化為彈性狀態(tài)。圍巖中出現(xiàn)塑性圈和彈性圈。塑性松動圈的出現(xiàn)，使圈內(nèi)一定范圍內(nèi)的應力因釋放而明顯降低，而最大應力集中由原來的洞壁移至塑、彈圈交界處，使彈性區(qū)的應力明顯升高。彈性區(qū)以外則是應力基本未產(chǎn)生變化的天然應力區(qū)（或稱原巖應力區(qū)）。38.試總結(jié)各類結(jié)構(gòu)圍巖的變形破壞特點。所謂漸進式破壞的含義？答：1）整體壯和塊狀體圍巖：在力學屬性上可視為均質(zhì)、各向同性、連續(xù)的線彈性介質(zhì)，應力應變呈近似直線關(guān)系。圍巖具有很好的自穩(wěn)能力，其變形破壞形式主要有巖爆、脆性開裂及塊體滑移等。2）層狀巖體圍巖：常呈軟硬巖層相見的互層形式。結(jié)構(gòu)面以層理面為主，并有層間錯動及泥化夾層等軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育。變形破壞主要受巖層產(chǎn)狀及巖層組合等控制，破壞形式主要有：沿層面張裂、折斷塌落、彎曲內(nèi)鼓等。3）碎裂壯巖體圍巖：碎裂巖體是指斷層、褶曲、巖脈穿插擠壓和風化破碎加次生夾泥的巖體。變形破壞形式常表現(xiàn)為塌方和滑動。4）散體壯巖體圍巖：圍巖結(jié)構(gòu)均勻時，以拱頂冒落為主。當圍巖結(jié)構(gòu)不均勻或松動巖體僅構(gòu)成局部圍巖時，常表現(xiàn)為局部塌方、塑性擠入及滑動等變形破壞形式。圍巖的變形破壞是漸進式逐次發(fā)展的。開挖---應力調(diào)整---變形、局部破壞---再次調(diào)整---再次變形---較大范圍破壞219頁39.如何確定地下洞室圍巖的破壞范圍？試舉例說明。彈性力學法：當巖體天然應力比值系數(shù)小于1/3時，洞頂、低將出現(xiàn)拉應力。若拉應力大于圍巖的抗拉強度σt，則圍巖就要發(fā)生破壞在系數(shù)大于1/3的天然應力場中，洞壁圍巖均為壓應力集中，當大于圍巖的抗壓強度σc時，洞壁圍巖就要破壞。40.何謂圍巖壓力？按其成因可分為哪幾類？各自用什么方法確定？答：答：圍巖壓力是指地下洞室圍巖在重分布應力作用下產(chǎn)生過量的塑性變形或松動破壞，進而引起施加于支護襯砌上的壓力。

按圍巖壓力的形成機理，可將其劃分為：

形變圍巖壓力：由于圍巖塑性變形如塑性擠入、膨脹內(nèi)鼓、彎折內(nèi)鼓等形成的擠壓力；

松動圍巖壓力：由于圍巖拉裂塌落、塊體滑移及重力坍塌等破壞引起的壓力，這是一種有限范圍內(nèi)脫落巖體重力施加于支護襯砌上的壓力；

沖擊圍巖壓力：由巖爆形成的一種特殊圍巖壓力41.試述形變圍巖應力確定的基本原理與方法。答：為防止塑性變形的過度發(fā)展，必須對圍巖設(shè)置支護襯砌。當支襯結(jié)構(gòu)與圍巖共同作用時，支護力與作用于支襯結(jié)構(gòu)上的圍巖壓力是一對作用利與反作用力。只要求得支護力，一般也就求得了圍巖壓力。42.利用平衡拱理論與太沙基理論計算圍巖壓力的原理。太沙基理論在蔡美峰主編的巖石力學與工程334頁平衡拱見照片43.試述用塊體極限平衡方法確定松動圍巖壓力的方法與步驟。答：在整體塊狀結(jié)構(gòu)巖體中，常被各種結(jié)構(gòu)面切割成不同形狀不同大小的機構(gòu)題。地下洞室開挖后，圍巖中的某些塊體在自重作用下向洞內(nèi)滑移，那這些作用在支護襯砌上的壓力就是這些滑塊的重量采用塊體極限平衡方法確定松動圍巖壓力時，首先從地質(zhì)構(gòu)造分析入手，找出結(jié)構(gòu)面的組合形式與洞軸線的關(guān)系。進而得出圍巖中可能的不穩(wěn)定塊體的