岩体力学复习重点
名词解释：
1、软化性：软化性是指岩石浸水饱和后强度降低的性质。
2、软化系数：是指岩石时间的饱和抗压强度于干燥状态下的抗压强度的比值。
3、形状效应：在岩石试验中，由于岩石试件形状的不同，得到的岩石强度指标也就有所差异。这种由于形状的不同而影响其强度的现象称为“形状效应”。
4、尺寸效应：岩石试件的尺寸愈大，则强度愈低，反之愈高，这一现象称为“尺寸效应”。
5、延性度：指岩石在达到破坏前的全应变或永久应变。
6、流变性：指在应力不变的情况下，岩石的应变或应力随时间而变化的性质。
7、应力松弛：是指当应力不变时，岩石的应力随时间增加而不断减小的现象。
8、弹性后效：是指在加荷或卸荷条件下，弹性应变滞后于应力的现象。
9、峰值强度:若岩石应力--应变曲线上出现峰值,峰值最高点的应力称为峰值强度.
10、扩容:在岩石的单轴压缩试验中,当压力达到一定程度以后,岩石中的破列或微裂纹继续发生和扩展,岩石的体积应变增量有由压缩转为膨胀的力学过程,称之为扩容.
11、应变硬化:在屈服点以后(在塑性变形区),岩石(材料)的应力—应变曲线呈上升直线,如果要使之继续变形,需要相应的增加应力,这种现象称之为应变硬化.
12、延性流动:是指当应力增大到一定程度后,应力增大很小或保持不变时,应变持续增长而不出现破裂,也即是有屈服而无破裂的延性流动.
13、强度准则:表征岩石破坏时的应力状态和岩石强度参数之间的关系,一般可以表示为极限应力状态下的主应力间的关系方程:σ1=f(σ2,σ3)或τ=f(σ). 14、结构面: ①指在地质历史发展过程中,岩体内形成的具有一定得延伸方向和长度,厚度相对较小的宏观地质界面或带. ②又称若面或地质界面,是指存在于岩体内部的各种地质界面,包括物质分异面和不连续面,如假整合,不整合,褶皱,断层,层面,节理和片理等.
15、原生结构面:在成岩阶段形成的结构面.
16、次生结构面:指在地表条件下,由于外力的作用而形成的各种界面.
17、结构体:结构面依其本身的产状,彼此组合将岩体切割成形态不一,大小不等以及成分各异的岩石块体,被各种结构面切割而成的岩石块体称为结构体.
18、结构效应：岩体中结构的方向性质密度和组合方式对岩体变形的影响。
19、剪胀角：岩体结构面在剪切变形过程中所发生的法向位移与切向位移之比的反正切值。
20、岩体基本质量：岩体所固有的影响工程掩体稳定性的最基本属性，岩体基本质量由岩石坚硬程度和岩石完整程度决定。
21、自稳能力：在不支护条件下，地下工程岩体不产生任何形式的能力。
22、地应力：自然状态下在原岩岩体中存在的由于岩石自重和构造应力形成的分布应力，也称天然应力
23、原岩应力：在工程中指天然存在于岩体中而与任何认为因素无关的应力。
24、残余应力：没有外力作用时在岩体内部由于某种原因在整个岩体内的不均匀的变形而引起的应力
25、初始地应力：岩体中存在的未受工程扰动的原始应力状态下的应力
26、自重应力：由于岩体自重而产生的天然应力
27、构造应力：由于地质构造活动在岩体中引起的应力场，这种应力与一定范围地质构造有关，其主要特点是水平应力大于覆岩垂直应力分量。这一作用可以持续到底层深处。
28、应力重分布：岩体受到工程活动扰动，引起岩体中初始应力的转移变化形成的新的应力场状态。
29、二次应力：相对于初始应力而言，岩体上或岩体内部受到工程活动扰动，引起初始应力自然平衡状态的改变，使一定范围内的原始应力重分布形成的新的应力为二次应力，或称次生应力，直接与工程稳定性有关。
30、岩爆：是地下洞室开挖过程中围岩发生突然脆性破坏的现象。一般在地应力较大部位，岩石被挤压超过其弹性限度，聚集的能量会突然释放出来，伴随有声音、碎石飞散、坠落等现象。
31、构造线：指区域性挤压应力所形成的构造形迹，也就是指与产生地质构造运动的压应力方向相垂直的平面和地面的交线。
32、围岩：指由于人工开挖使岩体的应力状态发生了变化，而这部分被改变了应力状态的岩体称为围岩。地下工程开挖过程中，在发生应力重分布的那一部分工程岩体称为围岩。
33、围岩压力：地下洞室围岩在重分布应力作用下产生过量的塑性变形或松动破坏，进而引起施加于支护衬砌上的压力。作用在支护物上的围岩的变形挤压力或塌坍岩体的重力称为围岩压力。
34、围岩抗力：在有压洞室中，作用有很高的内水压力，并通过衬砌或洞壁传递给围岩，这时围岩将产生一个反力，称为围岩抗力。
35、静水应力状态：在岩石力学中，地下深部岩体在自重作用下，岩体中的水平应力和垂直应力相等的应力状态。
36、形变围岩压力：指围岩在二次应力作用下局部进入塑性，缓慢的塑性变形作用在支护上形成的压力，或者是有明显流变性能的围岩的粘弹性或者粘弹—粘塑性变形形成的支护压力。一般发生在塑性或者流变性较显著的地层中。
37、松动围岩压力：指因围岩应力重分布引起的或施工开挖引起的松动岩体作用在隧道或坑道井巷等地下工程支护结构上的作用压力。一般是由于破碎的、松散的、分离成块的或被破坏的岩体坍滑运动造成的。
38、冲击围岩压力：（1）是地下洞室开挖过程中，在超过围岩弹性限度的压力作用下，围岩产生内破坏，发生突然脆性破坏并涌向开挖（采掘）空间的一种动力现象。（2）强度较高且完整的弹脆性岩体过渡受力后突然发生岩石弹射变形所引起的围岩压力。
39、膨胀围岩压力：在遇到水分的条件下围岩常常发生不失去整体性的膨胀变形和位移，表现在顶板下沉、地板隆起和两帮挤出，并在支护结构上形成形变压力的现象。
40、应力集中：受力物体或构件在其形状或尺寸突然改变之处引起应力在局部范围内显著增大的现象。
41、应力集中系数：指岩体中二次应力与原始应力的比值，也可用井巷开挖后围岩中应力与开挖前应力的比值来表示。
42、围岩（弹性）抗力系数：促使隧洞洞壁围岩产生单位径向位移所需要的内水压力值:K=P/Δα,P：隧洞受到来自隧洞内部的压力,洞壁围岩向外产生一定的位移Δα。
43、单位抗力系数：在工程上规定洞径为200cm时隧洞围岩的抗力系数定义为单位抗力系数。
44、岩体力学研究方法：工程地质研究法，试验法，数学力学分析法，综合分析法
45、岩块：不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。
46、岩块构造：岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式及微结构面发育情况与粒间连结的方式等反映在岩块构成上的特征。
47、粒间连结方式：结晶连结、胶结连结（硅质胶结的强度>铁质、钙质>泥质；基底式胶结>孔隙式>接触式）。
48、岩块构造：矿物集合体间及其与其他组分之间的排列组合方式。
49、剪胀效应（爬坡效应）：当法向应力较小时，在剪切过程中，上盘岩体主要是沿结构面产生滑动破坏。
50、啃断效应：当法向应力达到一定值后，破坏沿结构面滑动转化为剪断凸起而破坏。
51、法向刚度：在法向应力的作用下，结构面产生单位法向变形所需要的应力。填空：
1、影响蠕变性质的因素：岩性、应力、温湿度。
2、岩石的块体密度可采用规则试件的量积法，不规则试件的蜡封法测定。
3、岩石的颗粒密度属于实测指标，常用比重瓶法进行测量。
4、岩石的弹性变形特性常用弹性模量和泊松比两个常数来表示。当这两个常数为已知时，就可用三维应力条件下的广义胡克定律计算出给定应力状态下的变形。
5、岩石的变形性质按卸荷后变形是否可以恢复可分为弹性变形和塑性变形两类。
6、岩石的破坏是指岩石材料的应力超过了岩石的极限或者变形超过了岩石的使用限制。
7、岩石的力学性质可分为变形性质和强度性质两类，变形性质主要通过本构关系来反映，强度性质主要通过强度理论来反映。
8、岩石的流变主要包括蠕变、松弛和弹性后效。
9、根据变形速率的不同特点，软弱岩石的典型流变曲线可以划分为瞬时蠕变阶段、初始蠕变阶段、等速蠕变阶段和加速蠕变阶段三个阶段。
10、在岩石的流变试验中，可以根据作用在岩石试件上应力或荷载大小的不同，将岩石蠕变曲线分为稳定蠕变曲线和加速发展蠕变曲线两类。
11、研究岩石变形的时间效应，一般而言采用两种方法寻找其蠕变规律，即经验方法和蠕变模型方法。
12、对于初始蠕变和等速蠕变，目前的经验方程主要有三种，即幂函数、对数函数和指数函数。
13、岩石流变的Maxwall模型是由弹性体和粘性体串联而成，其能反应岩石的弹—粘弹性特征。
14、对于常见的岩石而言，当围压一定时，随着温度的升高，岩石的延性将增加，并且将会出现屈服现象，同时其强度降低。
15、根据延性度的不同，岩石的破坏可分为脆性破坏、延性破坏和过渡性破坏。
16、按照岩石在变形过程中所表现出来的应力—应变—时间关系的不同，可以将岩石的变形
划分为弹性变形、塑性变形和粘性变形三种形式各异的基本变性作用。
17、大量的实验和观察证明，就破坏形式而言，岩石的破坏主要有脆性破坏、延性破坏和弱面剪性破坏。
18、在岩石室内压缩试验中，岩石峰值后的荷载—位移曲线，实质上是岩石的破坏过程曲线。
19、目前，实验室抗拉强度的测定常采用劈裂法进行，当用长度为L，直径为D的圆形试件进行试验时，在压力P max作用下，岩石发生了破坏，则此岩石试件的抗拉强度为2P max/πLD；如采用边长为a的立方块，则其抗拉强度为Pt=2P max/πa2。
20、岩石的室内剪切试验常用的仪器有直剪仪、变角板剪力仪和岩石三轴试验机。
21、岩体是指经历过多次地质作用，经历过变形，遭受过破坏，形成了一定的岩石成分和结构，赋存于一定地地质环境中的地质体。因此，岩体力学性质与岩体中的结构面、结构体（岩块）以及赋存条件（环境）密切相关。
22、在工程岩体范围内，结构面按贯通情况可分为贯通性、半贯通性以及非贯通性三种类型。
23、岩体抵抗外力作用的能力称为岩体的力学性质。它包括岩体的稳定特征、变性特征和强度特征等。
24、岩体结构面的剪切变形与岩石的强度、结构面的粗糙程度和法向应力有关。
25、岩体结构面的几何特性是反映节理的外貌，它的组成要素包括：走向、倾向、连续性、粗糙度以及起伏度和组合关系。
26、岩体的力学性质不仅取决于岩石本身及结构面的力学性质，也与结构面的空间组合密切相关。
27、岩体的强度不仅与组成岩体的岩石的性质有关，而且与岩体内的软弱结构面有关，此外还与岩体所受的应力状态有关。
28、岩体中存在各种结构面，结构面的变形大小主要由结构面和结构面填充物控制的。
29、大量的岩体实验表明，岩体的压力——变形曲线可以化分为四种类型，即：直线型、上凹型和下凹型、复合型。
30、岩体变形的结构效应是指岩体结构对其变形性质的影响与控制作用，包括结构面、结构体以及两者的组合关系三个方面，其结构面对岩体变形的作用效应尤为突出。
31、粗糙起伏无充填的规则锯齿状结构面的剪切机制一方面是爬坡摩擦效应；另一方面是凸起体剪切。
32、岩体基本质量应由受岩石的坚硬程度和岩石的完整性程度两个因素确定。
33、国际《工程岩体分级标准》规定，对岩石坚硬程度和岩体完整程度应采用定性划分和定量指标两种方法确定。
34、当人类还不能对原岩应力进行测量之前，认为原岩应力是由岩土自重引起的，因此把原岩应力单纯的看成自重应力。
35、近期地质力学的观点认为，从全球范围来看，构造应力的总规律是以水平应力为主。根据地质构造运动的发展阶段，一般可把构造应力分为以下三种阶段原始构造应力，残余构造应力，现代构造应力。
36、影响原岩应力分布的因素有地形，岩体结构面，岩体力学性质，剥蚀作用，
37、重力作用和构造运动是引起地应力的主要原因，其中尤以水平方向的构造运动对地应力的形成影响最大。
38、岩体天然应力测量方法主要包括：水压致裂法，扁千斤顶法和钻孔套心应力解除法。
39、地质构造运动的结果，使构造应力的特点主要表现在具有强烈方向性，数值较大的水平应力，从而形成构造区域水平应力大于垂直应力的情况。、
40、原岩应力主要由自重应力和构造应力组成。
41、研究岩石应力状态的目的在于正确认识岩石的力学性能，阐述围岩的破坏机制，充分利用和发挥围岩的自承能力，是工程设计更加合理安全和经济。
42、岩体变形的不均匀导致围岩局部破裂的原因是应力分布的不均匀性和强度不均匀性。
43、岩石在三轴压缩时，随着侧向应力σ3和σ1—σ3的增加，岩石强度也随之增大：岩石发生破坏后，仍保留一定的承载能力。
44、隧洞根据其内部的受力情况可分为有压洞室和无压洞室两大类。
45、对于无衬砌有压洞室，洞内水压力P在围岩中所产生的径向和切向应力随隧洞半径r 的增大而迅速降低，在6r处该应力基本可以忽略不计，在有些有压隧洞中常见到新形成的，平行于洞轴线的放射状张裂隙，这主要是由于内水压力使围岩产生的应力抵消了围岩的压应力，并超过了岩体的抗拉强度所致。
46、围岩在不产生破坏的条件下，当岩石性质由硬岩，中硬岩，到软岩的变化过程中，对于同一种支护形式而言，围岩位移增长会越来越大，相应要求支护结构所承担的压力会越来越大，对于同一种岩石来说，随围岩的不断变化要求支护结构所承担的压力会越来越小。解答：
1、在三轴试验中，围压对岩石的力学性质有什么影响
（1）破坏前岩块的总应变随围压增大而增加
（2）随围压增大，岩块的塑性也不断增大，且由脆性破坏逐渐转化为延性破坏
（3）随围压的增大，岩块三轴极限强度明显增大
（4）随围压增大，弹性模量和泊松比不同程度的提高
（5）当围压达到一定值时，出现应变硬化现象
2、结构面的成因类型与分类
结构面的成因分为两类：地质成因和力学分类：（1）地质成因类型包括原生结构面（沉积结构面、岩浆结构面、变质结构面）构造结构面（断层、节理、劈理和层间错动面）次生结构面（卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泄层、泥化夹层）（2）力学成因类型有剪性结构面（逆断层、平移断层、多数正断层）张性结构面（羽状张裂面、纵张及横张破裂面和岩浆岩中的冷凝节理）
3、结构面的分级：由结构面的伸长度、切割深度、破碎带宽度及其力学效应可分为5级：1级指大断层或区域性断层，延伸数公里至数十公里以上破碎宽约数米至几百米以上；2级指延伸长、宽度不大数百米至数千米，宽数十厘米至数米；3级长数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好的层面及层间错动等，宽数厘米至一米左右；4级延伸较差的节理、层面等长一般10mm~30mm，宽数厘米；5级微结构面有隐节理、微层面等。规模小、连续性差、常包含在岩块内。
4、结构面特征及其影响：产状（结构面与最大主应力间的关系控制着岩体的破坏机制与强度）、连续性（对岩体的变形、变形破坏机理、强度及渗透性都有很大影响）、密度（控制着岩体的完整性和岩块的块度，密度越大，岩体完整性越差，块度越小，导致岩体力学性质变差，渗透性增强）、张开度、形态（对岩体的力学性质及水力学性质存在明显影响）、充填胶结特征（经胶结的结构面力学性质改善，未胶结的力学性质取决于充填物成分、厚度、含水性和壁岩性质等）、结构面的组合关系（控制着可能滑移岩体的几何边界条件、形态、规模、滑动方向及滑移破坏类型）。
5、岩块的力学属性：弹性、塑性、粘性、脆性、延性。
（1）弹性：在一定应力范围内，物体受外力作用产生全部变形，而去除外力后能立即恢复其原有形状和尺寸大小的性质。
（2）塑性：物体受力后产生变形，外力去除后不能完全恢复的性质。不能恢复的那部分变
形称为塑性变形或永久变形或残余变形。
（3）粘性：物体受力后，变形不能瞬时完成，且变形速率随应力增加而增加的性质。（4）脆性：物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质。
（5）延性：物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质。
6、单轴压缩应力-应变曲线：εv=εl+ε d
阶段：Ⅰ：孔隙裂隙压密阶段：原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合，岩石被压密，早期非线性变形，呈上凹形，斜率随应力增大而增大，微裂隙的闭合在开始较快随后逐渐下降。Ⅱ：弹性变形至为微破裂稳定发展阶段：近似直线，开始为直线，应力增加，变为曲线，出现弹性极限，之后为塑性变形，出现新裂隙和微破裂，随着应力发展而发展，达到屈服极限。Ⅲ：非稳定破裂发展阶段：破裂不断发展，薄弱部位首先破坏，应力重分布，次薄弱部位破坏，体积压缩转为扩容，达到峰值强度或单轴抗压强度。Ⅳ：破坏后阶段：裂隙快速发展，交叉且联合成宏观断裂面，岩块沿其滑移，试件承载力迅速下降但不为0。
7、变形参数：
变形模量（弹性模量）：单轴压缩条件下，轴向压应力与轴向压应变之比。E=σ/ε
初始模量：曲线原点处的切线斜率，Ei=σi/εi
切线模量：曲线上任一点处的切线斜率，Et=(σ2-σ1)/( ε1-ε2)
割线模量：曲线上某特定点原点连线的斜率，通常取σc/2处的点与原点连线的斜率，Es=σ50/ε50
泊松比：单轴压缩条件下，横向应变与轴向应变之比，μ=-εd/εl
8、结构面的强度性质分类：平直无充填的结构面、粗糙起伏无充填~、非贯通断续~、有充填的软弱结构面。
9、岩体中天然应力的分布特征
1）重力应力场与构造应力场的分布特点①重力应力场：以垂直应力为主，垂直应力大于水平应力；应力为压应力；应力随深度增加而增加；②构造应力场：应力有压应力，也可有拉应力；以水平应力为主，水平应力大于垂直应力；分布很不均匀，通常以地壳浅部为主。2）地壳浅部3km原岩应力的规律：原岩应力是非稳定的应力场，其大小和方向随空间和时间而变化；实测垂直应力基本上等于上覆岩体的重力；水平应力普遍大于垂直应力。10、各类结构围岩的变形破坏特点
（1）整体状和块状岩体围岩：破坏形式主要有岩爆、脆性开裂及块体滑移等。
（2）层状岩体围岩：破坏形式主要有：沿层面张裂、折断塌落、弯折内鼓等。
（3）碎裂状岩体围岩：变形破坏形式常表现为塌方和滑动。
（4）散体状岩体围岩：其变形破坏形式以拱形冒落为主。
11、岩爆的产生条件
（1）围岩应力条件。判断岩爆发生的应力条件有两种方法：一是用洞壁的最大环向应力
σθ与围岩单轴抗压强度σc之比作为岩爆产生的应力条件；另一种是用天然应力中的最大主应力σ1与岩块单轴抗压强度σc之比进行判断。σθ≤0.3σc时，洞壁不出现岩爆；
0.3σc＜σθ≤（0.5~0.8）σc时，洞壁围岩出现岩射和剥落；σθ＞0.8σc时，洞壁出现岩爆和猛烈岩射。另外，根据我国已产生岩爆的地下洞室资料统计，得出当岩体中最大天然主应力σ1与σc达到σ1≥（0.15~0.2）σc时，将产生岩爆。（2）岩性条件。当弹性变形能系数ω＞70%时，会产生岩爆，ω越大发生岩爆的可能性越大。
12、影响岩爆的因素
（1）地质构造。岩爆大都发生在褶皱构造中，岩爆与断层、节理构造也有密切的关系。
（2）洞室埋深。随着洞室埋深增加，岩爆次数增多，强度也增大。此外，地下开挖尺寸、开挖方法、爆破震动及天然地震等对围岩也有明显的影响。
13、影响岩体边坡变形破坏的因素
（1）岩性。这是决定岩体边坡稳定性的物质基础。一般来说，构成边坡的岩体越坚硬，又不存在产生块体滑移的几何边界条件时，边坡不易破坏，反之则容易破坏而稳定性差。（2）岩体结构。岩体结构及结构面的发育特征是岩体边坡破坏的控制因素。首先，岩体结构控制边坡的破坏形式及其稳定程度，其次，结构面的发育程度及其组合关系往往是边坡块体滑移破坏的几何边界条件。
（3）水的作用。水的渗入使岩土的质量增大，进而使滑动面的滑动力增大；其次，在水的作用下岩土被软化而抗剪强度降低；另外，地下水的渗入对岩体产生动水压力和静水压力，这些都对岩体边坡的稳定性产生不利影响。
（4）风化作用。风化作用使岩体内裂隙增多、扩大，透水性增强，抗剪强度降低。
（5）地形地貌。边坡的坡形、坡高及坡度直接影响边坡内的应力分布特征，进而影响边坡的变形破坏形式及边坡的稳定性。
（6）地震。因地震波的传播而产生的地震惯性力直接作用于边坡岩体，加速边坡破坏。
（7）天然应力。影响边坡拉应力及剪应力的分布范围与大小。在天然应力大的地区开挖边坡时，由于拉应力及剪应力的作用，常直接引起边坡变形破坏。
（8）人为因素。边坡的不合理设计、爆破、开挖和加载，大量生产生活用水的渗入等都造成边坡变形破坏，甚至整体失稳。
岩体力学复习重点 名词解释： 1、软化性：软化性是指岩石浸水饱和后强度降低的性质。 2、软化系数：是指岩石时间的饱和抗压强度于干燥状态下的抗压强度的比值。 3、形状效应：在岩石试验中，由于岩石试件形状的不同，得到的岩石强度指标也就有所差异。这种由于形状的不同而影响其强度的现象称为“形状效应”。 4、尺寸效应：岩石试件的尺寸愈大，则强度愈低，反之愈高，这一现象称为“尺寸效应”。 5、延性度：指岩石在达到破坏前的全应变或永久应变。 6、流变性：指在应力不变的情况下，岩石的应变或应力随时间而变化的性质。 7、应力松弛：是指当应力不变时，岩石的应力随时间增加而不断减小的现象。 8、弹性后效：是指在加荷或卸荷条件下，弹性应变滞后于应力的现象。 9、峰值强度:若岩石应力--应变曲线上出现峰值,峰值最高点的应力称为峰值强度. 10、扩容:在岩石的单轴压缩试验中,当压力达到一定程度以后,岩石中的破列或微裂纹继续发生和扩展,岩石的体积应变增量有由压缩转为膨胀的力学过程,称之为扩容. 11、应变硬化:在屈服点以后(在塑性变形区),岩石(材料)的应力—应变曲线呈上升直线,如果要使之继续变形,需要相应的增加应力,这种现象称之为应变硬化. 12、延性流动:是指当应力增大到一定程度后,应力增大很小或保持不变时,应变持续增长而不出现破裂,也即是有屈服而无破裂的延性流动. 13、强度准则:表征岩石破坏时的应力状态和岩石强度参数之间的关系,一般可以表示为极限应力状态下的主应力间的关系方程:σ1=f(σ2,σ3)或τ=f(σ). 14、结构面: ①指在地质历史发展过程中,岩体内形成的具有一定得延伸方向和长度,厚度相对较小的宏观地质界面或带. ②又称若面或地质界面,是指存在于岩体内部的各种地质界面,包括物质分异面和不连续面,如假整合,不整合,褶皱,断层,层面,节理和片理等. 15、原生结构面:在成岩阶段形成的结构面. 16、次生结构面:指在地表条件下,由于外力的作用而形成的各种界面. 17、结构体:结构面依其本身的产状,彼此组合将岩体切割成形态不一,大小不等以及成分各异的岩石块体,被各种结构面切割而成的岩石块体称为结构体. 18、结构效应：岩体中结构的方向性质密度和组合方式对岩体变形的影响。 19、剪胀角：岩体结构面在剪切变形过程中所发生的法向位移与切向位移之比的反正切值。 20、岩体基本质量：岩体所固有的影响工程掩体稳定性的最基本属性，岩体基本质量由岩石坚硬程度和岩石完整程度决定。 21、自稳能力：在不支护条件下，地下工程岩体不产生任何形式的能力。 22、地应力：自然状态下在原岩岩体中存在的由于岩石自重和构造应力形成的分布应力，也称天然应力 23、原岩应力：在工程中指天然存在于岩体中而与任何认为因素无关的应力。
一、绪论 一、解释下例名词术语 岩体力学：研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的科学。. 二、简答题 1．从工程的观点看，岩体力学的研究内容有哪几个方面？ 答：从工程观点出发，大致可归纳如下几方面的内容： 1）岩体的地质特征及其工程分类。 2）岩体基本力学性质。 3）岩体力学的试验和测试技术。 4）岩体中的天然应力状态。 5）模型模拟试验和原型观测。 6）边坡岩体、岩基以及地下洞室围岩的变形和稳定性。 7）岩体工程性质的改善与加固。 2．岩体力学通常采用的研究方法有哪些？ 1）工程地质研究法。目的是研究岩块和岩体的地质与结构性，为岩体力学的进一步研究提供地质模型和地质资料。 2）试验法。其目的主要是为岩体变形和稳定性分析提供必要的物理力学参数。 3）数学力学分析法。通过建立岩体模型和利用适当的分析方法，预测岩体在各种力场作用下变形与稳定性。 4）综合分析法。这是岩体力学研究中极其重要的工作方法。由于岩体力学中每一环节都是多因素的，且信息量大，因此，必须采用多种方法考虑各种因素进行综合分析和综合评价才能得出符合实际的正确结论，综合分析是现阶段最常用的方法。 二、岩块和岩体的地质基础 一、解释下例名词术语 1、岩块：岩块是指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。有些学者把岩块称为结构体、岩石材料及完整岩石等。 2、波速比k v：波速比是国标提出的用来评价岩的风化程度的指标之一，即风化岩块和新鲜岩块的纵波速度之比。 3、风化系数k f：风化系数是国标提出的用来评价岩的风化程度的指标之一，即风化岩块和新鲜岩块饱和单轴抗压强度之比。 4、结构面：其是指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度、厚度相对较小的地质面或带。它包括物质分异面和不连续面，如层面、不整合、节理面、断层、片理面等，国内外一些文献中又称为不连续面或节理。 5、节理密度：反映结构发育的密集程度，常用线密度表示，即单位长度内节理条数。 6、节理连续性：节理的连续性反映结构面贯通程度，常用线连续性系数表示，即单位长度内贯通部分的长度。 7、节理粗糙度系数JRC：表示结构面起伏和粗糙程度的指标，通常用纵刻面仪测出剖面轮廓线与标准曲线对比来获得。 8、节理壁抗压强度JCS：用施密特锤法（或回弹仪）测得的用来衡量节理壁抗压能力的指标。 9、节理张开度：指节理面两壁间的垂直距离。 10、岩体：岩体是指在地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构，赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。 11、结构体：岩体中被结构面切割围限的岩石块体。 12、岩体结构：岩体中结构面与结构体的排列组合特征。
(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下： ) 21(3ν-= E K ) 1(2ν+= E G （7.2） 当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5，因为计算的K 值将会非常的高，偏离实际值很多。最好是确定好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计)，然后再用K 和ν来计算G 值。 表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性（实验室值）（Goodman,1980） 表7.1 土的弹性特性值（实验室值）（Das,1980） 表7.2 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况，横切各向同性弹性模型需要5 中弹性常量：E 1, E 3, ν12,ν13和G 13；正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。这些常量的定义见理论篇。 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。一些学者已经给出了用各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数（实验室） 表7.3
流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量K f ，如果土粒是可压缩的，则要用到比奥模量M 。纯净水在室温情况下的K f 值是2 Gpa 。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态（见理论篇第三章流体-固体相互作用分析），则尽量要用比较低的K f ，不用折减。这是由于对于大的K f 流动时间步长很小，并且，力学收敛性也较差。在FLAC 3D 中用到的流动时间步长,? tf 与孔隙度n ，渗透系数k 以及K f 有如下关系： ' f f k K n t ∝ ? （7.3） 对于可变形流体（多数课本中都是将流体设定为不可压缩的）我们可以通过获得的固结系数νC 来决定改变K f 的结果。 f 'K n m k C + = νν （7.4） 其中 3 /4G K 1 m += ν f 'k k γ= 其中，' k ——FLAC 3D 使用的渗透系数 k ——渗透系数，单位和速度单位一样（如米/秒） f γ——水的单位重量 考虑到固结时间常量与νC 成比例，我么可以将K f 的值从其实际值（Pa 9 102?）减少，利用上面得表达式看看其产生的误差。 流动体积模量还会影响无流动但是有空隙压力产生的模型的收敛速率（见1.7节流动与力学的相互作用）。如果K f 是一个通过比较机械模型得到的值，则由于机械变形将会产生孔隙压力。如果K f 远比k 大，则压缩过程就慢，但是一般有可能K f 对其影响很小。例如在土体中，孔隙水中还会包含一些尚未溶解的空气，从而明显的使体积模量减小。 在无流动情况下，饱和体积模量为： n K K K f u + = （7.5） 不排水的泊松比为：
岩体力学期末考试复习资料 第一章岩体地质与结构特征 1、结构面：是指地质历史发展中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。 2、岩体：在地质历史中形成的由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存与一定的天然应力和地下水等地质环境中的地质体，是岩体力学研究的对象。 3、结构面的分类 （1）根据地质成因类型分为原生结构面、构造结构面、次生结构面； （2）根据力学成因类型分为张性结构面、剪性结构面； （3）根据结构面的规模和分级为五级； 1)Ⅰ级结构面：延伸几km~几十km 以上，破碎带宽度几十m 以上 的大断层，对区域构造起控制作用。 2)Ⅱ级结构面：延伸几百m~几km，破碎带宽度几m~几十mm 的断层、层 间错动带、接触带、风化夹层等，对山体稳定起控制作用。 3)Ⅲ级结构面：延伸几百m 的断层、接触带、风化夹层等，宽度小于1m， 对岩体稳定起控制作用。 4)Ⅳ级结构面：延伸在几十m 范围内的节理、裂隙，未错动、不夹泥，影 响岩体质量。 5)Ⅴ级结构面：延伸差，无厚度，随机分布的隐裂隙等细小结构面，影响 岩石质量。 4、结构面的基本特征 （1）方位（产状）：结构面在空间的分布状态，用倾向、倾角表示。 （2）间距：相邻结构面之间的垂直距离。 线裂隙率Ks：沿测线方向单位长度上结构面或裂隙的条数。(s为结构面平均间距) Ks=1 s 面裂隙率Ka:单位测量面积中裂隙面积所占的百分率。
Ka=各裂隙面积(长?宽)之和 所测量的岩体面积 ×100% 体积裂隙率Kv:单位测量岩体中裂隙体积所占的百分率。 Kv=各裂隙体积(长?宽?厚)之和 s所测量的岩体体积 ×100% 单位体积裂隙数Jv:单位岩体体积内通过的总裂隙数。 （3）延续性：表征结构面的展布范围和延伸长度。 （4）粗糙度：指结构面侧壁的粗糙程度，用起伏度和起伏差表示。形态: 台阶形; 波浪形; 平直形；剖面类型: 粗糙的; 平坦的; 光滑的。 （5）结构面侧壁强度:与岩石类型和岩体风化或蚀变有关。 （6）张开度：指结构面相邻岩壁间的垂直距离，用插尺测定。 （7）充填物：指充填于结构面相邻岩壁间的物质。 1)机械充填（砂、粘土、粉土、角砾等） 2)胶结充填（方解石、石英、石膏） 3)敷膜式充填（钙膜、泥膜、铁锰渲染） 充填物厚度(t)与起伏差(h)之比:t > h :填充物决定结构面力学性质；t < h :侧壁特征决定结构面力学性质。 （8）渗流； （9）节理组数； （10）块体大小； （11）岩石质量指标 RQD: 用直径为 75mm 的金刚石钻头和双管单动直径岩芯管在岩石中钻进，连续取直径为 54mm 的岩芯，回次钻进所取岩芯中，长度大于 10cm 的岩芯段长度之和与该回次进尺之比的百分数，表征岩体的节理、裂隙等发育程度的指标。 （12）岩体的完整性系数K V K V=(V pm V pr )^2
岩体力学复习资料(考点归纳总结版) 1.岩石：是组成地壳的基本物质，它是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体。一般认为它是均质的和连续的。 岩体：是地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的具有一定结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。（区别是岩体包含若干不连续面。） 结构面：岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面和不连续面，它是在地质发展历史中，尤其是在地质构造变形过程中形成的。结构体：被结构面分割而形成的岩块，四周均被结构面所包围，这种由不同产状的结构面组合切割而形成的单元体成为结构体。 2.岩体结构分为六类：块状结构、镶嵌、层状、碎裂、层状碎裂、松散结构 3.风化作用：岩石长期暴露在地表之后，经受太阳辐射热、大气、水及生物等作用，使岩石结构逐渐破碎、疏松，或矿物成分发生次生变化，称为风化。 衡量岩石（块）风化程度的指标：（1）定性指标：颜色、矿物蚀变程度、破碎程度及开挖锤击技术特征等。（2）定量指标：风化空隙率指标Iw、波速比指标kv和风化系数kfδ等。 岩石风化分级：未微中等强全 4.相对密度G s：岩石的干重量W s（KN）除以岩石的实体积V s（m3）（不包括岩石中孔隙体积）所得的量与1个大气压下4℃时纯水的重度（γw）的比值。G s=W s/ (V sγw)。相对相对密度是一个无量纲量，其值可用比重瓶法测定，试验时先将岩石研磨成粉末并烘干；然后用量杯量取相同体积的纯水和岩石粉末并分别称重，其比值即为岩石的相对密度。岩石的相对密度取决于组成岩石的矿物相对密度，岩石中重矿物含量越多其相对密度越大，大部分岩石的相对密度介于2.50～2.80之间。 5.孔隙率n：岩石试样中孔隙体积Vv与岩样总体积V之 比。 孔隙比e：指孔隙的体积VV与固体的体积Vs的比值。 6.含水率w：天然状态下岩石中水的重量W w与岩石烘干 重量W s的百分比。w=W W / W s ×100% 吸水率W a：指干燥岩石试样在一个大气压和室温条件下 吸入水的重量W w与岩样干重量W s的百分率。w a=W W / W s= （W o-W s）/ W s ×100% 7.渗透性：指在水压力作用下，岩石的孔隙和裂隙透过 水的能力。渗透系数的量纲与速度的量纲相同。（渗透系 数的大小取决于①岩石的物理特性和结构特性②流体的 物理化学特性） 8.膨胀性：指岩石浸水后体积增大的性质。岩石膨胀性 一般用膨胀力和膨胀率两项指标表示。 膨胀力Pe：指原状岩（土）样在体积不变时，由浸水膨 胀而产生的最大内应力。（常用平衡加压法测定）。 膨胀率δep（％）：在一定压力下，试样浸水膨胀后的高 度增量与原高度之比，用百分数表示。 9.崩解性：是指岩石与水作用时失去黏结性并变成完全 丧失强度的松散物质的性能。这种现象是由于水化作用 削弱了岩石内部的结构联结而造成的。 10.软化性：指岩石与水相互作用时强度降低的特性。影 响因素：矿物成分（亲水性可溶性）、粒间联结方式（结 晶联结胶结联结）、孔隙率、微裂隙发育程度等。岩石的 软化性一般用软化系数表示，软化系数是岩样饱水状态 下的抗压强度R cw与干燥状态的抗压强度R c的比值。η c=R cw/R c ，软化系数总是小于1的。 11.岩石的抗冻性：指岩石抵抗冻融破坏的性能。 抗冻系数Cf：指岩样在±25℃的温度区间内，经多次“降 温、冻结、升温、融解”循环后，岩样抗压强度下降量 与冻融前的抗压强度的比值，用百分率表示。 岩石在反复冻融后其强度降低的主要原因：一是构成岩 石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化时由于矿物 的胀缩不均而导致岩石结构的破坏；二是当温度降低到 0°C以下时，岩石孔隙中的水将结冰，其体积增大约9%， 会产生很大的膨胀压力，使岩石的结构发生改变，直至 破坏。 12.岩石强度：指岩石在荷载作用下破坏时所承受的最大 荷载应力。有抗压强度（单轴、三轴）、抗剪强度、抗拉 强度。影响因素：①岩石特性（矿物组成、结构特征、 风化程度各向异性）②环境条件（水、温度）③试验条 件（围岩大小、端部效应、试件形状和尺寸、加载速率） 13.端部效应：加压板与试件端部存在摩擦力，约束试件 端部的侧向变形，导致端部应力状态不是非限制性的而 出现复杂应力状态。 减小“端部效应”：将试件端部磨平，并抹上润滑剂，或 加橡胶垫层等。使试件长度达到规定要求，以保证在试 件中部出现均匀应力状态。 14.高径比h/D＝2～2.5为宜。 15.加载速率影响：加载速率增加，强度和弹性模量增 加，峰值应力越明显。 16.围压影响：岩石抗压强度随围压增加而提高。通常 岩石类脆性材料随围压的增加而具有延性。 17.确定岩石抗剪强度的方法：①直接剪切试验②楔形剪 切试验③三轴压缩试验 18.库仑准则：若用σ和τ代表受力单元体某一平面上 的正应力和剪应力，则当τ达到如下大小时，该单元就 会沿此平面发生剪切破坏，即式中：c——黏 聚力；f——内摩擦系数。引入内摩擦角，并定义f=tan φ，这个准则在τ—σ平面上是一条直线。若将τ和σ 用主应力σ1和σ3表示（这里σ1> σ3），则： 式中：θ—剪切面法线方向与最 大主应力σ1的夹角。 （库仑准则不 适合σ3<0和高 围压的情况。） 19.岩石典型应 力-应变曲线： ①OA段：曲线稍 微向上弯曲，属 于压密阶段，这期间岩石中初始的微裂隙受压闭合；②AB 段：接近于直线，近似于线弹性工作阶段；③BC段：曲 线向下弯曲，属于非弹性阶段，主要是在平行于荷载方 向开始逐渐生成新的微裂隙以及裂隙的不稳定，B点是 岩石从弹性转变为非弹性的转折点；④CD段：为破坏阶 段，C点的纵坐标就是单轴抗压强度RC。 20.①弹性变形：能恢复的变形。②塑性变形：不可恢复 的变形。③变形模量：在应力-应变曲线上的任何点与坐 标原点相连的割线的斜率。④残余强度：破坏后的岩石 仍可能具有一定的强度，从而也具有一定的承载能力。 21．a.流变性:岩石在力的作用下发生与时间相关的变形 的性质。b.蠕变：指在应力为恒定的情况下岩石变形随 时间发展的现象；c.松弛指在应变保持恒定的情况下岩 石的应力随时间 而减少的现象。d. 弹性后效指在卸 载过程中弹性应 变滞后于应力的 现象。 22.蠕变：第Ⅰ阶 段：称为初始蠕变 段。在此阶段的应变一时间曲线向下弯曲；应变与时间 大致呈对数关系，即ε∝㏒t。第Ⅱ阶段：称为等速蠕 变段或稳定蠕变段。在此阶段内变形缓慢，应变与时间 近于线性关系。第Ⅲ阶段：称为加速蠕变段。此阶段内
第一章绪论 1-1弹性力学的内容 1-2弹性力学中的几个基本概念 1-3弹性力学中的基本假定 习题 第二章平面问题的基本理论 2-1平面应力问题与平面应变问题 2-2平衡微分方程 2-3平面问题中一点的应力状态 2-4几何方程刚体位移 2-5物理方程 2-6边界条件 2-7圣维南原理及其应用 2-8按位移求解平面问题 2-9按应力求解平面问题相容方程 2-10常体力情况下的简化应力函数 习题 第三章平面问题的直角坐标解答 3-1逆解法与半逆解法多项式解答 .3-2矩形梁的纯弯曲 3-3位移分量的求出 3-4简支梁受均布荷载 3-5楔形体受重力和液体压力 习题 第四章平面问题的极坐标解答 4-1极坐标中的平衡微分方程 4-2极坐标中的几何方程及物理方程 4-3极坐标中的应力函数与相容方程 4-4应力分量的坐标变换式 4-5轴对称应力和相应的位移 4-6圆环或圆筒受均布压力 4-7压力隧洞 4-8圆孔的孔口应力集中 4-9半平面体在边界上受集中力 4-10半平面体在边界上受分布力 习题 要求：了解弹性力学的基本概念，发展历史与基本假设，理解两类平面问题的解法，掌握三大方程的建立，边界的确定，有限单元法在解弹性力学问题的应用，了解空间问题的求解的方法。
第1章绪论 1.1 岩石与岩体（二者的区别） 1.2 岩体力学的研究任务与内容（岩体的力学特征） 1.3 岩体力学的研究方法 1.4 岩体力学在其他学科中的地位 1.5 岩体力学的发展简史 基本要求：了解岩石力学、岩体力学定义及其它们的联系和区别；理解岩石力学的发展、研究对象和研究方法；了解岩石力学研究现状及热点问题。 重点与难点：岩石力学的定义、任务、研究方法。 第2章岩石的基本物理力学性质 2.1 岩石的基本物理力学性质 2.2 岩石的强度特性 2.3 岩石的变形特性 2.4 岩石的强度理论 基本要求：掌握岩石的成分、结构及其力学性质；了解岩石的变形特征和流变性；理解岩石的各种强度及其测定方法。 重点与难点：岩石的物理指标、强度与变形特征。 第3章岩石动力学基础 3.1 岩石的波动特性 3.2 影响岩体波速的因素 3.3 岩体的其他动力学特性 基本要求：理解岩石的波动特性，了解影响岩体波速的因素，了解岩体的其他动力学特性。重点与难点：岩石的动力学特性。 第4章岩体的基本力学性能 4.1 岩体结构面的分析 4.2 结构面的变形特性 4.3 结构面的力学效应 4.4 碎块岩体的破坏 4.5岩体的应力－应变分析 基本要求：理解岩石和岩体的区别，了解结构面的相关性质，了解岩体的变形特征和强度测定方法，理解岩体的破坏条件及应力-应变分析。 重点与难点：理解岩体的相关特性。
1、岩体的强度小于岩石的强度主要是由于（）。 （A ）岩体中含有大量的不连续面 （B ）岩体中含有水 （C ）岩体为非均质材料 （D ）岩石的弹性模量比岩体的大 2、岩体的尺寸效应是指（）。 （A ）岩体的力学参数与试件的尺寸没有什么关系 （B ）岩体的力学参数随试件的增大而增大的现象 （C ）岩体的力学参数随试件的增大而减少的现象 （D ）岩体的强度比岩石的小 3 、影响岩体质量的主要因素为（）。 （A）岩石类型、埋深 （B）岩石类型、含水量、温度 （C）岩体的完整性和岩石的强度 （D）岩体的完整性、岩石强度、裂隙密度、埋深 4、我国工程岩体分级标准中岩石的坚硬程序确定是按照（）。 （A）岩石的饱和单轴抗压强度 （B）岩石的抗拉强度 （C）岩石的变形模量 （D）岩石的粘结力 5、下列形态的结构体中，哪一种具有较好的稳定性？（） （A）锥形（B）菱形（C）楔形（D）方形 1、A 2、C 3、C 4、A 5、D 6、A 7、C 8、B 9、A 10、D 6、沉积岩中的沉积间断面属于哪一种类型的结构面？（） （A）原生结构面（B）构造结构面 （C）次生结构面 7、岩体的变形和破坏主要发生在（） （A）劈理面（B）解理面（C）结构 （D）晶面 8、同一形式的结构体，其稳定性由大到小排列次序正确的是（） （A）柱状>板状>块状 （B）块状>板状>柱状 （C）块状>柱状>板状 （D）板状>块状>柱状 9、不同形式的结构体对岩体稳定性的影响程度由大到小的排列次序为（） （A）聚合型结构体>方形结构体>菱形结构体>锥形结构体 （B）锥形结构体>菱形结构体>方形结构体>聚合型结构体 （C）聚合型结构体>菱形结构体>文形结构体>锥形结构体 （D）聚合型结构体>方形结构体>锥形结构体>菱形结构体 10、岩体结构体是指由不同产状的结构面组合围限起来，将岩体分割成相对的完整坚硬的
岩石岩体区别:岩石可以瞧作就是一种材料,岩体就是岩石与各种不连续面的组合体;岩石可以瞧作就是均质的,岩体就是非均质的(在一定的工程范围内);岩石具有弹、塑、粘弹性,岩体受结构面控制,性质更复杂,强度更低;岩体通常就是指一定工程范围内的地质体,岩石则无此概念。 岩石力学就是一门研究岩石在外界因素(如荷载、水流、温度变化等)作用下的应力、应变、破坏、稳定性及加固的 学科。又称岩体力学,就是力学的一个分支。研究目的在于解决水利、土木工程等建设中的岩石工程问题。它就是 一门新兴的,与有关学科相互交叉的工程学科,需要应用数学、固体力学、流体力学、地质学、土力学、土木工程学 等知识,并与这些学科相互渗透。 研究对象:对象:岩石—对象—岩石材料—地壳中坚硬的部分; 复杂性:地质力学环境的复杂性(地应力、地下水、物理、化学作用等) 研究的基本内容: 基本理论岩体地应力 材料实验——三大部分→岩体的强度 工程应用岩体的变形
裂隙水力学 研究方法: 物理模拟→岩石物理力学性质常规实验,地质力学模型试验; 数学模型→如有限元等数值模拟; 理论分析→用新的力学分支,理论研究岩石力学问题; 由于岩石中存在各种规模的结构面(断裂带、断层、节理、裂隙)→致使岩石的物理力学性质→不连续、不均匀、各 向异性→因此,有必要引入刻划不均一程度的参数。 各向异性:指岩石的强度、变形指标(力学性质)随空间方位不同而异的特性。 岩石的基本物理力学性质 岩石力学问题的研究首先应从岩石的基本物理力学性质研究入手, 1.岩石的容重:指单位体积岩石的重量。2、比重(Gs)指岩石干重量除以岩石的实体积(不含孔隙体积)的干容重与4?c 水的容重的比值。3、孔隙率(n%)指岩石内孔隙体积与总体积之比。4、天然含水量:指天然状态下,岩石的含水量与岩石干重比值的百分比。5、吸水率:指岩石在常温条件下浸水48小时后,岩石内的含水量与岩石干容重的比值。6、饱与含水率:指岩样在强制状态(真空、煮沸或高压)下,岩样最大吸水量与岩石干重量比值。7、饱水分数:指岩石吸水
岩块：不含显著结构面的岩石块体，是构成岩石的最小岩石单元体。岩体：通常是指一定工程范围内的自然地质体。 结构面：指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。 岩石的结构：矿物颗粒的形状、大小和联结方式所决定的结构特征。 岩石的构造：各种不同结构的矿物集合体的各种分布和排列方式。 岩石的水理性质：岩石在含水或者浸水等条件下体现主来的的与水作用有关的性质。包括：吸水性，软化性，崩解性，膨胀性，抗冻性和渗透性。表征吸水率的指标：含水率、吸水率、饱和吸水率、饱水系数。 含水率：岩石空隙中含水的质量与固体质量之比。 吸水率：一定实验条件下岩石吸入水的质量和岩石固体质量之比，用百分数表示。 软化性：岩石在保水状态下强度相对降低的性能，用软化系数来表征。 软化系数：饱和岩石单轴抗压强度与干燥岩石单轴抗压强度的比值。 崩解性：岩石与水相互作用时失去粘结性并且变成完全丧失强度松散物质的性能。 膨胀性：岩石浸水后体积增大的性质。抗冻性：岩石地抗冻融破坏的能力。 岩石密度：单位体积内岩石的质量。岩石颗粒密度：岩石固体部分的质量与固体体积比值。 岩体和岩块的区别：块，强度高，无结构面，体积小，连续性均匀介质，研究方法简单，反应工程实际较差。体相反。 岩石应力应变全过程曲线：孔隙裂隙压密阶段 OA，弹性变形阶段 A B，微弹性裂隙稳定发展阶段 BC，非稳定破裂阶段 CD，破坏后阶段 DE。 岩石的拉伸破坏实验分为：直接拉伸实验法、抗弯法、劈裂法、点载荷实验法。后两种常用。 单轴抗压强度：岩石在单轴压缩荷载作用下所能承受的最大压应力。 单轴抗拉强度：岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏是所能承受的最大拉应力。 泊松比：在材料的比例极限内，由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值。 变形模量：在部分侧限条件下，其应力增量与相应的应变增量的比值。 残余强度：达到峰值强度之后，强度急剧下降并且不等于 0 的强度值。 岩石三周抗压强度：岩石在三周荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压应力。 脆性：在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的变形即断裂破坏的性质。 延性：结构，构件或构件的某个截面从屈服开始到达最大承载能力或到达以后而承载能力还没有明显下降期间的变形能力。 弹性：物体在外力作用下发生形变，当外力撤消后能恢复原来大小和形状的性质。 塑性：一种在某种给定载荷下,材料产生永久变形的材料特性。粘性：度量流体粘性大小的物理量。 抗剪强度：岩石的剪切荷载作用下达到剪切破坏前所能承受的最大切应力。岩石剪切试验分为：岩石抗剪实验、抗切试验以及弱面剪切试验。 抗剪断强度：一定正应力作用下的岩石试件沿预定剪切面剪断时的最大切应力。是岩石内聚力和内摩擦力的综合体现。岩石抗切试验通常有单（双）面剪切及冲孔试验。取决于岩石内聚力。 岩石流变包括：蠕变、松弛、弹性后效和粘性流动。 蠕变：应力保持不变应变随时间增长而增加的现象。 松弛：应变保持不变应力随时间增加而减小的现象。
一、判断题： 1.结构面组数越多，岩体强度越接近于结构面强度。（∨） 2.岩石三向抗压强度不是一个固定值，将随围压变化而改变。（∨） 3.流变模型元件并联组合时，各元件满足应力相等，应变相加关系。（×） 4.在未受开采影响的原岩体内存在着原岩应力，其方向与水平方向垂直。（×） 5.岩石抗压强度值的离散系数越大，说明岩石抗压强度平均值的可信度越高。（×） 6.根据服务年限要求，矿井运输大巷应按照等应力轴比设计其断面尺寸。（×） 7.岩石蠕变与岩石类别有关，与应力大小有关。（∨） 8.有粘聚力的固结岩体体，由地表开始侧压力与深度成线性增长。（×） 9.椭圆断面巷道，其长轴方向与最大主应力方向一致时，周边受力条件最差。（×） 10.在力学处理上，弱面不仅能承受压缩及剪切作用，还能承受拉伸作用。(×) 1．结构面组数越多，岩体越接近于各向异性。（×） 2．流变模型元件串联组合时，各元件满足应变相等，应力相加关系。（×） 3．软弱岩层受力后变形较大，表明构造应力在软弱岩层中表现显著。（×） 4．岩石限制性剪切强度不是固定值，与剪切面上作用的正压力有关。（∨） 5．软岩破坏为渐进过程，首先对破坏部位支护，可使软岩控制取得好的效果。（∨） 6．随开采深度增加，巷道围岩变形将明显增大。（∨） 7．从巷道周边围岩受力情况看，拱型断面巷道要比梯形巷道断面差。（×） 8．塑性变形与静水应力无关，只与应力偏量有关，与剪应力有关。（∨） 9．对无粘聚力的松散体，由地表开始侧压力即与深度成线性增长。（∨） 10巷道返修是一种较好的巷道支护对策。（×） 1.水库蓄水前，河间地块存在地下分水岭，蓄水后将不会产生库水向邻 谷的渗漏。×
―――岩体力学作业之二 一、名词释义 l.结构面：①指在地质历史发展过程中，岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的宏观地质界面或带。 ②又称弱面或地质界面，是指存在于岩体内部的各种地质界面，包括物质分异面和不连续面，如假整合、不整合、褶皱、断层、层面、节理和片理等。 2.原生结构面：在成岩阶段形成的结构面，根据岩石成因的不同，可分为沉积结构面、岩浆（火成）结构面和变质结构面三类。 3.构造结构面：指在构造运动作用下形成的各种结构面，如劈理、节理、断层面等。 4.次生结构面：指在地表条件下，由于外力(如风力、地下水、卸荷、爆破等)的作用而形成的各种界面，如卸荷裂隙、爆破裂隙、风化裂隙、风化夹层及泥化夹层等。 5.结构面频率：即裂隙度，是指岩体中单位长度直线所穿过的结构面数目。 6.结构体：结构面依其本身的产状，彼此组合将岩体切割成形态不一、大小不等以及成分各异的岩石块体，被各种结构面切割而成的岩石块体称为结构体。 7.结构效应：是指岩体中结构面的方向、性质、密度和组合方式对岩体变形的影响。 8.剪胀角（angle of dilatancy）：岩体结构面在剪切变形过程中所发生的法向位移与切向位移之比的反正切值。 9.节理化岩体：是指被各种节理、裂隙切割呈碎裂结构的岩体。 10.结构面产状的强度效应：指结构面与作用力之间的方位关系对岩体强度所产生的影响。 11.结构面密度的强度效应：指结构面发育程度(数量)对岩体强度所产生的影响。 12.岩体完整性指标：是指岩体弹性纵波与岩石弹性纵波之比的平方。 13.岩体基本质量：岩体所固有的、影响工程岩体稳定性的最基本属性，岩体基本质量由岩石坚硬程度和岩体完整程度决定。 14.自稳能力：在不支护条件下，地下工程岩体不产生任何形式破坏的能力。 15.体积节理数：是指单位岩体体积内的节理(结构面)数目。 16.岩石质量指标(RQD)：长度在10cm（含10 cm)以上的岩芯累计长度占钻孔总长的百分比，称为岩石质量指标RQD(Rock Quality Designation)。 二、填空题 1.岩体是指经历过多次反复地质作用，经受过变形，遭受过破坏，形成了一定的岩石成分和结构，赋存于一定地质环境中的地质体。因此，岩体力学性质与岩体中的、以及 2 密切相关。 2.岩体由结构面和结构体组成，结构面根据形成原因通常可分为三种类型：、 和。 3.在工程岩体范围内，结构面按贯通情况可分为、以及三种类型。 4.在岩体中被各种结构面切割而成的岩石块体称为结构体。结构体的形状主要有、、1 以及菱形和锥形等，如果风化强烈或挤压严重，也可形成、、 1 等。 5.岩体抵抗外力作用的能力称为岩体的力学性质。它包括岩体的特征、特征和1 特征等。 6.岩体结构面的剪切变形与、和有关。 7.岩体结构面的几何特性是反映节理的外貌，它的组成要素包括：、、、 以及和。 8.岩体的力学性质不仅取决于岩石本身及结构面的力学性质，也与密切相关。 9.岩体的强度不仅与组成岩体的的性质有关，而且与岩体内的有关，此外还与岩体有关。 10.岩体中存在各种结构面，结构面的变形大小主要由和控制的。
1.岩石：是组成地壳的基本物质，它是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体。一般认为它是均质的和连续的。 岩体：是地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的具有一定结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。（区别是岩体包含若干不连续面。） 结构面：岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面和不连续面，它是在地质发展历史中，尤其是在地质构造变形过程中形成的。 结构体：被结构面分割而形成的岩块，四周均被结构面所包围，这种由不同产状的结构面组合切割而形成的单元体成为结构体。 2.岩体结构分为六类：块状结构、镶嵌、层状、碎裂、层状碎裂、松散结构 3.风化作用：岩石长期暴露在地表之后，经受太阳辐射热、大气、水及生物等作用，使岩石结构逐渐破碎、疏松，或矿物成分发生次生变化，称为风化。 衡量岩石（块）风化程度的指标：（1）定性指标：颜色、矿物蚀变程度、破碎程度及开挖锤击技术特征等。（2）定量指标：风化空隙率指标Iw、波速比指标kv和风化系数kfδ等。 岩石风化分级：未微中等强全 4.相对密度G s：岩石的干重量W s（KN）除以岩石的实体积V s（m3）（不包括岩石中孔隙体积）所得的量与1个大气压下4℃时纯水的重度（γw）的比值。G s=W s / (V s γw)。相对相对密度是一个无量纲量，其值可用比重瓶法测定，试验时先将岩石研磨成粉末并烘干；然后用量杯量取相同体积的纯水和岩石粉末并分别称重，其比值即为岩石的相对密度。岩石的相对密度取决于组成岩石的矿物相对密度，岩石中重矿物含量越多其相对密度越大，大部分岩石的相对密度介于2.50～2.80之间。 5.孔隙率n：岩石试样中孔隙体积Vv与岩样总体积V 之比。 孔隙比e：指孔隙的体积VV与固体的体积Vs的比值。 6.含水率w：天然状态下岩石中水的重量W w与岩石烘 干重量W s的百分比。w=W W / W s ×100% 吸水率W a：指干燥岩石试样在一个大气压和室温条件下 吸入水的重量W w与岩样干重量W s的百分率。w a=W W/ W s= （W o-W s）/ W s ×100% 7.渗透性：指在水压力作用下，岩石的孔隙和裂隙透过 水的能力。渗透系数的量纲与速度的量纲相同。（渗透 系数的大小取决于①岩石的物理特性和结构特性②流 体的物理化学特性） 8.膨胀性：指岩石浸水后体积增大的性质。岩石膨胀性 一般用膨胀力和膨胀率两项指标表示。 膨胀力Pe：指原状岩（土）样在体积不变时，由浸水 膨胀而产生的最大内应力。（常用平衡加压法测定）。 膨胀率δep（％）：在一定压力下，试样浸水膨胀后的 高度增量与原高度之比，用百分数表示。 9.崩解性：是指岩石与水作用时失去黏结性并变成完全 丧失强度的松散物质的性能。这种现象是由于水化作用 削弱了岩石内部的结构联结而造成的。 10.软化性：指岩石与水相互作用时强度降低的特性。 影响因素：矿物成分（亲水性可溶性）、粒间联结方式 （结晶联结胶结联结）、孔隙率、微裂隙发育程度等。 岩石的软化性一般用软化系数表示，软化系数是岩样饱 水状态下的抗压强度R cw与干燥状态的抗压强度R c的比 值。ηc=R cw/R c ，软化系数总是小于1的。 11.岩石的抗冻性：指岩石抵抗冻融破坏的性能。 抗冻系数Cf：指岩样在±25℃的温度区间内，经多次 “降温、冻结、升温、融解”循环后，岩样抗压强度下 降量与冻融前的抗压强度的比值，用百分率表示。 岩石在反复冻融后其强度降低的主要原因：一是构成岩 石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化时由于矿物 的胀缩不均而导致岩石结构的破坏；二是当温度降低到 0°C以下时，岩石孔隙中的水将结冰，其体积增大约 9%，会产生很大的膨胀压力，使岩石的结构发生改变， 直至破坏。 12.岩石强度：指岩石在荷载作用下破坏时所承受的最 大荷载应力。有抗压强度（单轴、三轴）、抗剪强度、 抗拉强度。影响因素：①岩石特性（矿物组成、结构特 征、风化程度各向异性）②环境条件（水、温度）③试 验条件（围岩大小、端部效应、试件形状和尺寸、加载 速率） 13.端部效应：加压板与试件端部存在摩擦力，约束试 件端部的侧向变形，导致端部应力状态不是非限制性的 而出现复杂应力状态。 减小“端部效应”：将试件端部磨平，并抹上润滑剂， 或加橡胶垫层等。使试件长度达到规定要求，以保证在 试件中部出现均匀应力状态。 14.高径比h/D＝2～2.5为宜。 15.加载速率影响：加载速率增加，强度和弹性模量增 加，峰值应力越明显。 16.围压影响：岩石抗压强度随围压增加而提高。通常 岩石类脆性材料随围压的增加而具有延性。 17.确定岩石抗剪强度的方法：①直接剪切试验②楔形 剪切试验③三轴压缩试验 18.库仑准则：若用σ和τ代表受力单元体某一平面上 的正应力和剪应力，则当τ达到如下大小时，该单元就 会沿此平面发生剪切破坏，即式中：c——黏 聚力；f——内摩擦系数。引入内摩擦角，并定义f=tan φ，这个准则在τ—σ平面上是一条直线。若将τ和σ 用主应力σ1和σ3表示（这里σ1> σ3），则： 式中：θ—剪切面法线方向与最 大主应力σ1的夹角。 （库仑准则不适合σ3<0和高围压的情况。） 19.岩石典型应力-应变曲线：①OA段：曲线稍微向上 弯曲，属于压 密阶段，这期 间岩石中初始 的微裂隙受压 闭合；②AB段： 接近于直线， 近似于线弹性 工作阶段； ③BC段：曲线向下弯曲，属于非弹性阶段，主要是在 平行于荷载方向开始逐渐生成新的微裂隙以及裂隙的 不稳定，B点是岩石从弹性转变为非弹性的转折点；④ CD段：为破坏阶段，C点的纵坐标就是单轴抗压强度 RC。 20.①弹性变形：能恢复的变形。②塑性变形：不可恢 复的变形。③变形模量：在应力-应变曲线上的任何点 与坐标原点相连的割线的斜率。④残余强度：破坏后的 岩石仍可能具有一定的强度，从而也具有一定的承载能 力。 21．a.流变性:岩石在力的作用下发生与时间相关的变 形的性质。b.蠕变：指在应力为恒定的情况下岩石变形 随时间发展的现 象；c.松弛指在应 变保持恒定的情 况下岩石的应力 随时间而减少的 现象。d.弹性后效 指在卸载过程中 弹性应变滞后于 应力的现象。 22.蠕变：第Ⅰ阶段：称为初始蠕变段。在此阶段的应 变一时间曲线向下弯曲；应变与时间大致呈对数关系， 即ε∝㏒t。第Ⅱ阶段：称为等速蠕变段或稳定蠕变段。 在此阶段内变形缓慢，应变与时间近于线性关系。 第Ⅲ
岩石力学 第一章 绪论 1、岩石力学是研究岩石或者岩体在受力的情况下变形、屈服、破坏及破坏后的力学效应。 2、岩石的吸水率的定义。 演示吸水率是指岩石在大气压力下吸收水的质量w m 与岩石固体颗粒质量s m 之比的百分数表示，一 般以a w 表示，即w 0s a s s m w 100%m m m m -==? 第二章 岩石的物理力学性质 1、影响岩石的固有属性的因素主要包括试件尺寸、试件形状、三维尺寸比例、加载速度、湿度等。 2、简述量积法测量岩石容重的适用条件和基本原理。 适用条件：凡能制备成规则试样的岩石均可 基本原理：G/A*H H ：均高；A ：平均断面；G ：重量 3、简述劈裂试验测岩石抗压强度的基本原理。 在试件上下支承面与压力机压板之间加一条垫条，将施加的压力变为线性荷载以使试件内部产生垂直于上下荷载作用方向的拉应力在对径压缩时圆盘中心点的压应力值为拉应力值的3倍而岩石的抗拉强度是抗压强度的1/10，岩石在受压破坏前就被抗拉应力破坏 4、简述蜡封法测量岩石容重的适用条件和基本原理。 适用条件：不能用量积法或水中称量法（非规则岩石试样且遇水易崩解，溶解及干缩湿胀的岩石） 基本原理：阿基米德浮力原理 首先选取有代表性的岩样在105~110℃温度下烘干24小时。取出，系上细线，称岩样重量（g s ）,持线将岩样缓缓浸入刚过熔点的蜡液中，浸没后立即提出，检查岩样周围的蜡膜，若有起泡应用针刺破，再用蜡液补平，冷却后称蜡封岩样的重量（g 1），然后将蜡封岩样浸没于纯水中称其重量（g 2），则岩石的干容重（γd ）为： γd =g s /[（g 1-g 2）/γw -（g 1-g s ）/γn] 式中，γn 为蜡的容重（kN/m 3），.γw 为水的容重（kN/m 3） 附注：1. g 1- g 2即是试块受到的浮力，除以水的密度，（g 1- g 2）/γw 即整个试块体积。 2. （g 1- g s ）/γn 为蜡的体积 第三章 岩石的力学性质 1、岩石的抗压强度随着围压的增大而(增大或减小)? 增大而增大。 2、岩石的变形特性通常用弹性模量、变形模量和泊松比等指标表示。 ①弹性模量：岩石在弹性变形阶段内，正应力和对应的正应变的比值。 ②变形模量：岩石在弹塑性变形阶段内，正应力和对应的总应变的比值。 ③泊松比：岩石在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值。 3、简述如何利用全应力-应变曲线预测岩石的蠕变破坏。 当岩石应力水平小于 H 点的应力值，岩石试件不会发生蠕变。
第二章 岩石的基本物理力学性质 1、全应力—应变曲线（岩石试件在（刚性试验机）单轴压缩载荷作用下产生变形的全过程） （1）OA 阶段，通常被称为孔隙裂隙压密阶段。其特征是应力—应变曲线呈上凹型，在此阶段岩石试件中原有的张开型结构面和微裂隙逐渐闭合，横向膨胀较小，试件体积随载荷的增大而减小。本阶段对节理裂隙丰富的岩石表现较为明显，对坚硬少裂隙的岩石不明显。 （2）AC 阶段，通常称此阶段为弹性变形阶段。其中AB 阶段为线弹性变形阶段；BC 为非线性变形阶段。BC 阶段中出现了微裂隙的破裂，因此也称为破裂稳定发展阶段。 （3）CD 阶段，非稳定破裂发展阶段或称累积性破坏阶段。C 点是岩石从弹性变为塑性的转折点，称为屈服点，其相应的应力称为屈服应力（屈服极限），数值约为峰值应力的三分之二左右。 进入此阶段后，微破裂的发展出现了质的变化，它们不断聚合形成了宏观裂隙，直至岩石试件完全破坏。此时，试件由体积压缩转为扩容，轴向应变和体积应变速率迅速增大。当达到D 点时，岩石已经破坏，此时的强度称为峰值强度。 （4）DE 阶段称为破坏后阶段。当载荷达到D 点后，岩石试件内部结构已遭到破坏，但试件基本保持整体形状。进入本阶段后，宏观裂隙快速发展，并且相互交叉联合形成宏观断裂面，岩块的变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移， 试件的承载能力迅速下降，但不会到零，岩石仍 具有一定的承载能力。 应该指出，对于坚硬的岩石来说，这一塑性阶段 很短，有的几乎不存在，它所表现的是脆性破坏 的特征。所谓脆性是指应力超出了屈服应力却并 不表现出明显的塑性变形的特性，而因此达到破 坏，即为脆性破坏。 2、单轴压缩条件下的岩石变形特征： ①岩石的变形特性通常可以从试验时所记录下来的应力—应变曲线中获得；②岩石的应力—应变曲线反映了各种不同应力水平下所对应的应变(变形)规律；③岩石试件在（刚性试验机）单轴压缩载荷作用下产生变形的全过程，可全应力-应变曲线来表示。 3、三轴压缩条件下的岩石变形特征 A 、 时岩石变形特征 ①岩石的强度随围压（ ）的增加，岩石的屈服应力随之提高；②总体来说，岩石的弹性模量变化不大，有随围压增大而增大的趋势；③随着围压的增加，峰值应力所对应的应变值23σσ=23σσ=