巖石力學(xué)總結(jié)_第1頁
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文檔簡介

1、.1. 試述庫侖準則和莫爾假定的基本內(nèi)容, 并說明對其研究的工程實際意義。(補:莫爾假定的優(yōu)缺點)該準則是1773年由庫侖引入的,他認為趨于使一平面產(chǎn)生破壞的剪應(yīng)力受到材料的內(nèi)聚力和乘以常數(shù)的平面的法應(yīng)力的抵抗,即| = S 0 +其中,和是該破壞平面的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力,S0 可以看作是材料的固有剪切強度的常數(shù),是材料的內(nèi)摩擦系數(shù)的常數(shù)。 根據(jù)該理論可以推論出, 當巖石發(fā)生破壞時所產(chǎn)生的破裂面將有兩個可能的共軛破裂面,且均通過中間主應(yīng)力的方向,并與最大主應(yīng)力方向成夾角11),這里的內(nèi)摩擦角tan1。( 42莫爾假定是莫爾于 1900年提出的一種剪切破壞理論,該理論認為巖石受壓后產(chǎn)生的破壞主要是

2、由于巖石中出現(xiàn)的最大有效剪應(yīng)力所引起,并提出當剪切破壞在一平面上發(fā)生時,該破壞平面上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力由材料的函數(shù)特征關(guān)系式聯(lián)系:| = f ()按莫爾假定可以看出:巖石的破壞強度是隨其受力條件而變化的,周向應(yīng)力越高破壞強度越大;巖石在三向受壓時的破壞強度僅與最大和最小主應(yīng)力有關(guān),而與中間主應(yīng)力無關(guān);三向等壓條件下,莫爾應(yīng)力圓是法向應(yīng)力軸上的一個點圓, 不可能與莫爾包絡(luò)線相切,因而巖石也不可能破壞;巖石的破裂面并不與巖石中的最大剪應(yīng)力面相重合,而是取決于其極限莫爾應(yīng)力圓與莫爾包絡(luò)線相切處切點的位置,這也說明巖石的破裂不僅與破裂面上的剪應(yīng)力有關(guān),也與破裂面上出現(xiàn)的法向正應(yīng)力和表征巖性的內(nèi)聚力和內(nèi)

3、摩擦角有關(guān)。總之,莫爾假定考慮了巖石的受力狀態(tài)、周向應(yīng)力約束的影響和巖石的本身性能,能較全面的反映巖石的破壞強度特征,但該假定忽視了中間主應(yīng)力對巖石破壞強度的影響,而事實證明中間主應(yīng)力對其破壞強度是有一定程度影響的。補:摩爾判據(jù)的優(yōu)點是:在判斷復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下巖石是否發(fā)生破壞以及破壞面的方向時,很簡單,也很方便;能比較真實地反映巖石的抗剪特性;可以解釋為什么在三向等拉時會發(fā)生破壞,而在三向等壓時不會發(fā)生破壞。但其缺點是:只考慮了最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力對巖石破壞強度的影響,而忽略了中間主應(yīng)力的作用,實驗表明中間主應(yīng)力對巖石破壞強度是有一定程度影響的;摩爾判據(jù)不適用于含有結(jié)構(gòu)面的巖石試件,盡管巖石中

4、的結(jié)構(gòu)面會嚴重地影響巖石試件的破壞強度;摩爾判據(jù)只適用于剪切,對受拉區(qū)研究不夠充分,不適于膨脹或蠕變破壞。2. 論述巖石在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的破壞類型, 并闡述其在工程巖體穩(wěn)定性研究中的意義。在關(guān)于巖石破裂的所有討論中,破裂面的性質(zhì)和描述是最重要的,出現(xiàn)的破裂類型可用下圖中巖石在各種圍壓下的行為來說明。在無圍壓受壓條件下, 觀測到不規(guī)則的 縱向裂縫 見圖 (a) ,這個普通現(xiàn)象的解釋至今仍然可編輯.不十分清楚;加中等數(shù)量的圍壓后,圖(a)中的不規(guī)則性態(tài)便由與方向傾斜小于45 度角的單一破裂面所代替圖 (b) ,這是壓應(yīng)力條件下的典型破裂,并將其表述為剪切破壞 ,它的特征是沿破裂面的剪切位移, 對巖

5、石破裂進行分類的Griggs 和 Handin(1960)稱它為斷層;因為它符合地質(zhì)上的斷層作用,后來有許多作者追隨著他們;然而,更可取的似乎是限制術(shù)語斷層于地質(zhì)學(xué)范圍,保留術(shù)語剪切破裂于試驗范圍更好;如果繼續(xù)增加圍壓,使得材料成為完全延性的,則出現(xiàn)剪切破裂的網(wǎng)格 圖 (c) ,并伴有個別晶體的塑性。破裂的第二種基本類型是拉伸破裂 ,它典型地出現(xiàn)于單軸拉伸中,它的特征是明顯的分離,而在間沒有錯動 圖(d) 。在較為復(fù)雜的應(yīng)力條件下出現(xiàn)的破裂,可以認為上述類型之一或其它。如果平板在線載荷之間受壓 圖 (e) ,則在載荷之間出現(xiàn)一個拉伸破裂,如果這些載荷是由環(huán)繞材料的外套擠入材料的裂縫中引起的,則

6、將破裂表述為侵入破裂 ,當檢查圖 (a) 情況中的破裂面時,它們中的一些部分有剪切破裂的狀態(tài)。而其他一些部分顯然是拉伸破裂。巖石破裂中,注意力還將集中于重要的擴容現(xiàn)象,它發(fā)生于巖石試件的單軸和三軸受壓期間通常,在三軸試驗中,圍壓是由流體通過一個剛度可忽略不計的不滲透膜來施加的,在這樣的試驗中,試件的徑間膨脹和擴容顯然不會由于圍壓的增加而被局部或均勻地阻擋;如果試件被更多的巖石包圍,象實際情形中聽發(fā)生的那樣,那就將是這種情況,不管圍巖是否破壞,預(yù)料它所提供的阻力會有增加最小主應(yīng)力值的效應(yīng),因此趨于阻止破壞和集中破裂于有限的體積內(nèi)。3. 論述影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素。影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素很多,

7、如水、溫度、風(fēng)化程度、加荷速度、圍壓的大小、各向異性等等,對巖石的力學(xué)性質(zhì)都有影響。現(xiàn)分述如下:1、水對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響。主要表現(xiàn)在連接作用、潤滑作用、水楔作用、孔隙壓力作用、溶蝕及潛蝕作用;2、溫度對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響。隨著溫度的增高,巖石的延性加大,屈服點降低,強度也降低;3、加荷速度對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響。隨著加荷速度的降低,巖石的延性加大,屈服點降低,強度也降低;4、圍壓對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響。隨著溫度的增高,巖石的延性加大,屈服點降低,強度也降低;可編輯.5、風(fēng)化對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響。產(chǎn)生新的裂隙、礦物成分發(fā)生變化、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造發(fā)生變化。4. 什么是巖石的水理性?如何描述巖石的水理性?巖

8、石遇水作用后,會引起某些物理、化學(xué)和力學(xué)等性質(zhì)的改變,水對巖石的這種作用特性稱為巖石的水理性。巖石的水理性主要包括吸水性、抗凍性和軟化系數(shù)三個方面。巖石的吸水性是指巖石吸收水分的性能,其水量的大小取決于巖石孔隙體積的大小及其敞開或封閉程度等,描述巖石吸水性的指標有吸水率、飽水率和飽水系數(shù)。巖石的吸水率V1為標準大氣壓力下,巖石吸入水的重量W 1 與巖石干重量 W d 之比:W1100%V1Wd巖石的飽水率 V 2為高壓( 150 個大氣壓)或真空條件下,巖石吸入水的重量W2與巖石干重量 W d 之比:W2V2100%Wd巖石的飽水系數(shù) Ks 為吸水率 V1 與飽水率 V2 之比:K sV1V2

9、顯然,吸水性較大的巖石在吸水后往往會產(chǎn)生較大的膨脹,它將會給地下空間的支護造成很大的壓力。巖石的抗凍性是指巖石抵抗凍融破壞的性能,它是評價巖石抗風(fēng)化穩(wěn)定性的一個重要指標。當巖石經(jīng)過反復(fù)凍結(jié)和融解時,由于巖石中含各種礦物的膨脹系數(shù)不同,巖石產(chǎn)生不均勻膨脹而導(dǎo)致巖石結(jié)構(gòu)破壞,同時由于巖石中的水分凍結(jié)對巖石產(chǎn)生膨脹壓力,這都將致使巖石強度降低,甚至引起巖石的破壞。巖石的抗凍性可用抗凍系數(shù)Cf 表示,它是指巖石試件在±25 0 C 的溫度區(qū)間內(nèi),反復(fù)降溫、凍結(jié)、升溫、融解,然后測量其抗壓強度的下降值ccf,以此強度下降值與凍融實驗前的抗壓強度c 之比的百分率作為抗凍系數(shù)Cf:C fccf10

10、0%c其中, c 凍融實驗前巖石試件的抗壓強度,cf 凍融實驗后巖石試件的抗壓強度。巖石中含水量的多少也會影響巖石的強度,一般而言,巖石含水越多, 其強度就會越低,通??梢杂密浕禂?shù)c 來反映巖石的這種關(guān)系。所謂軟化系數(shù)c ,是指巖石試件在飽水狀態(tài)下的抗壓強度 c 與干燥狀態(tài)下的抗壓強度c ' 的比值:ccc '各類巖石的軟化系數(shù)一般在0.45-0.90之間變化。5. 什么是巖石的應(yīng)力- 應(yīng)變?nèi)^程曲線,研究應(yīng)力- 應(yīng)變?nèi)^程曲線的意義是什可編輯.么?所謂巖石的應(yīng)力 - 應(yīng)變?nèi)^程曲線是指采用剛性材料試驗機對巖石試件在外載荷作用的全過程中所測取的的應(yīng)力與應(yīng)變所繪制的應(yīng)力 - 應(yīng)

11、變關(guān)系曲線。一般而言,在不同應(yīng)力條件下,巖石材料的完整應(yīng)力 - 應(yīng)變?nèi)^程曲線可分為以下四個部分,亦即是巖石變形的四個基本階段(如右圖所示):OA 段,曲線稍向上凹,為巖石材料的孔隙壓密變形階段,對于孔隙度較大或結(jié)構(gòu)較為松散的巖石類材料,該變形階段較為明顯; AB 段,曲線非常接近直線的部分 ,為巖石類材料的彈性變形階段,并將 B 點所對應(yīng)的應(yīng)力值稱為屈服應(yīng)力或彈性極限, 對于堅硬致密的巖石類材料, 該直線部分十分明顯; BC 段,曲線稍向下凹,到達點時巖石發(fā)生宏觀破壞, 當在 BC 中任意點 K 卸載后再加載時,則其 B 點將移至 K 點,因此 ,稱此階段為巖石材料的應(yīng)變硬化變形階段,對于軟

12、弱類巖石, 該應(yīng)變階段較為明顯; CD 段 ,巖石此時雖然已經(jīng)發(fā)生宏觀破壞,但由于尚未完全破裂仍能夠承受一定載荷,但其承載能力將隨變形的逐漸增大而減小,當在BC 中任意點 Q 卸載后再加載時,則其所能達到的最高應(yīng)力值將比 Q 點的應(yīng)力值要低,所以稱此變形階段為應(yīng)變軟化變形階段。研究應(yīng)力 - 應(yīng)變?nèi)^程曲線的工程意義主要表現(xiàn)在以下兩個方面:一是從巖石應(yīng)力- 應(yīng)變?nèi)^程曲線中可以看出,巖石即使在發(fā)生破壞而且變形很大的情況下,也具有一定的承載能力,事實上,在礦井中所看到的巖體都有程度不同的破裂,但仍具有一定的承載能力,也就是這個原因;二是從巖石應(yīng)力 - 應(yīng)變?nèi)^程曲線中可以判定該種巖石在高應(yīng)力作用下

13、是否會易于發(fā)生巖爆,因為一般而言,巖石試件中的應(yīng)力在達到峰值以前,積蓄于巖石試件內(nèi)部的彈性應(yīng)變能就約等于應(yīng)力 - 應(yīng)變?nèi)^程曲線峰值左側(cè)的面積 A,而巖石試件破壞時所消耗的能量也就等于應(yīng)力 - 應(yīng)變?nèi)^程曲線峰值右側(cè)的面積 B,若 A>B ,則表示該巖石在高應(yīng)力作用下破壞后尚剩余部分能量,這部分能量的突然釋放就及有可能會引起巖爆。另外,也可以通過巖石的應(yīng)力 - 應(yīng)變?nèi)^程曲線預(yù)測其是否發(fā)生蠕變破壞和循環(huán)載荷條件下是否發(fā)生破壞。6. 評述巖石在復(fù)雜應(yīng)力條件下的變形特性。在外力作用下,巖石一般不遵從虎克定律, 沒有明顯的比例極限、 彈性極限和屈服點等,通常是緊隨著出現(xiàn)彈性變形就開始出現(xiàn)塑性變

14、形,且一旦受力產(chǎn)生變形再卸載后會或多或少的都殘留有一定數(shù)量的永久變形,該永久變形一般將隨外力的增加而增大。因此,再描述巖石的變形特性時,所謂的“線彈性” 、“可逆”、“楊氏摸量”、“泊松比”、“屈服應(yīng)力”等等術(shù)語都是近似的或在一定條件下的平均值。在各種不同應(yīng)力條件下,巖石材料的變形特性可采用應(yīng)力對應(yīng)變作圖所得到的應(yīng)力應(yīng)變曲線來表示。一般而言,巖石材料的完整應(yīng)力應(yīng)變曲線可分為四個部分,亦即是巖石變形的四個階段 (如右圖所示): OA 段,曲線稍向上凹,為巖石材料的孔隙壓密變形階段,對于孔隙度較大或結(jié)構(gòu)較為松散的巖石類材料,該變形階段較為明顯; AB 段,曲線非常接近直可編輯.線的部分 ,為巖石類

15、材料的彈性變形階段, 并將 B 點所對應(yīng)的應(yīng)力值稱為屈服應(yīng)力或彈性極限,對于堅硬致密的巖石類材料,該直線部分十分明顯; BC 段, 曲線稍向下凹,到達 C 點時巖石發(fā)生宏觀破壞,當在 BC 中任意點 K 卸載后再加載時,則其 B 點將移至 K 點,因此 , 稱此階段為巖石材料的應(yīng)變硬化變形階段,對于軟弱類巖石,該應(yīng)變階段較為明顯;CD段,巖石此時雖然已經(jīng)發(fā)生宏觀破壞,但由于尚未完全破裂仍能夠承受一定載荷,但其承載能力將隨變形的逐漸增大而減小,當在 BC 中任意點 Q 卸載后再加載時,則其所能達到的最高應(yīng)力值將比 Q 點的應(yīng)力值要低,所以稱此變形階段為應(yīng)變軟化變形階段。根據(jù)現(xiàn)有大量的實驗研究成果

16、,巖石在各種不同應(yīng)力條件下的變形曲線大致可以歸納為以下四種基本類型:直線型,由加載至產(chǎn)生破壞,其應(yīng)力應(yīng)變曲線都近似呈線性特性,稱此類曲線為彈脆性變形曲線;下凹型, OA 段幾乎不存在,且其應(yīng)力應(yīng)變曲線在接近破壞時將出現(xiàn)連續(xù)的非彈性變形,稱此類曲線為彈塑性變形曲線;上凹型,巖石在發(fā)生破壞之前,主要表現(xiàn)為孔隙壓縮變形和線彈性變形,其應(yīng)力應(yīng)變曲線在低應(yīng)力下表現(xiàn)出向上彎曲的現(xiàn)象,隨后近似呈線性關(guān)系,直至發(fā)生破壞,稱此類曲線為塑彈性變形曲線;反曲型,巖石發(fā)生破壞前,OA 、AB 和 BC 段都較為明顯,其應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn) S 型曲線,在接近破壞時將產(chǎn)生較大的非彈性變形,稱此類曲線為塑彈塑性變形曲線。在反

17、復(fù)加卸載過程中,每一對加、卸載曲線都不相互重合,其間將呈現(xiàn)出所謂的“塑性滯環(huán)”現(xiàn)象,這也表明了巖石類材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系具有明顯的非單值性,但若將加、卸載值固定后,再反復(fù)進行加、卸載,則該“塑性滯環(huán)”所圍成的面積將隨加、卸載循環(huán)次數(shù)的遞增而減少,其相應(yīng)的殘余變形量也將逐漸降低。巖石類材料的變形特性還將受到各種外界與內(nèi)在因素的影響,其主要影響因素有周向應(yīng)力、加載速率、加載路徑、環(huán)境溫度、含水量、孔隙及孔隙液壓等等。可編輯.7. 試論述巖體結(jié)構(gòu)類型。1.巖體結(jié)構(gòu)分類依據(jù):? 第一依據(jù):結(jié)構(gòu)面類型:軟弱結(jié)構(gòu)面和堅硬結(jié)構(gòu)面? 第二依據(jù):結(jié)構(gòu)面切割程度及結(jié)構(gòu)體類型:塊裂結(jié)構(gòu)、板裂結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、斷續(xù)結(jié)構(gòu)、

18、完整結(jié)構(gòu)2.巖體結(jié)構(gòu)分類方案:結(jié)構(gòu)類亞類級型塊裂結(jié)塊狀塊裂結(jié)構(gòu)構(gòu)層狀塊裂結(jié)構(gòu)I塊狀板裂結(jié)構(gòu)板裂結(jié)構(gòu)層狀板裂結(jié)構(gòu)完整結(jié)塊狀完整結(jié)構(gòu)構(gòu)板狀完整結(jié)構(gòu)斷續(xù)結(jié)塊狀斷續(xù)結(jié)構(gòu)II層狀斷續(xù)結(jié)構(gòu)構(gòu)碎裂結(jié)塊狀碎裂結(jié)構(gòu)構(gòu)層狀碎裂結(jié)構(gòu)散體結(jié)碎屑狀散體結(jié)構(gòu)過渡型糜棱化散體結(jié)構(gòu)構(gòu)3.各類巖體結(jié)構(gòu)的地質(zhì)特征:? 完整結(jié)構(gòu)巖體? 塊裂結(jié)構(gòu)巖體? 板裂結(jié)構(gòu)巖體? 碎裂結(jié)構(gòu)巖體? 斷續(xù)結(jié)構(gòu)巖體? 散體結(jié)構(gòu)巖體4.巖體結(jié)構(gòu)的相對性及工程巖體結(jié)構(gòu)的唯一性:對于工程巖體而言,由于工程規(guī)模和尺寸的變化,巖體結(jié)構(gòu)也發(fā)生相對變化。因此,巖體結(jié)構(gòu)是相對性,只有在確定的地質(zhì)條件和工程尺寸條件下,工程巖體結(jié)構(gòu)才是唯一確定的。8. 論述巖石的流變特

19、性以及蠕變變形曲線特征。可編輯.所謂巖石的流變性質(zhì)就是指巖石的應(yīng)力- 應(yīng)變關(guān)系與時間因素有關(guān)的性質(zhì),包括蠕變、松弛與彈性后效三個方面。所謂蠕變是指當載荷不變時,變形隨著時間而增長的現(xiàn)象;所謂松弛是指當應(yīng)變保持不變時,應(yīng)力隨著時間增長而減小的現(xiàn)象;所謂彈性后效是指當加載或卸載時,彈性應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象。巖石的蠕變變形特性曲線可以通過單軸或三軸壓縮、扭轉(zhuǎn)或彎曲等蠕變實驗來進行研究。實驗表明,在恒定載荷作用下,只要有充分長的時間,應(yīng)力低于或高于彈性極限均能產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象。但在不同的恒定載荷下,變形隨時間增長的蠕變曲線卻有差異。巖石的蠕變曲線不僅與應(yīng)力大小、性質(zhì)及巖石種類有關(guān)、而且還與其所在的物理環(huán)境

20、如溫度、圍壓、濕度等因素有關(guān),上圖為巖石的一典型蠕變曲線。當在巖石試件上施加一恒定載荷,巖石立即產(chǎn)生一瞬時彈性應(yīng)變e (OA 段 )。這種變形往往按聲速完成,可以近似認為在 t=0 完成,其應(yīng)變?yōu)閑 = /E 。若載荷保持恒定且持續(xù)作用, 應(yīng)變則隨時間緩慢地增長,進入到蠕變變形階段,將蠕變變形一般可分成三個階段:(1) 第一蠕變階段 (AB 段),也稱過渡蠕變階 * 段 ,在這個階段內(nèi) ,蠕變?yōu)橄蛳聫澢男螤?,也就是說曲線的斜率逐漸變小, 若在這一階段之中 (曲線上某一點E)進行卸載,則應(yīng)變沿著曲線EFG 下降,最后應(yīng)變?yōu)榱?、其中EF 曲線為瞬時彈性應(yīng)變之恢復(fù)曲線,而FG 曲線表示應(yīng)變隨時間

21、逐漸恢復(fù)為零;(2) 第二蠕變階段(BC 段), 也稱穩(wěn)定蠕變階段,蠕變變形曲線近似一傾斜直線,即蠕變應(yīng)變率保持常量,一直持續(xù)到 C 點。若在這一階殷中進行卸載,則應(yīng)變沿曲線 HIJ 逐漸恢復(fù)趨近于一漸近線,最后保留一定永久應(yīng)變 ;(3) 第三蠕變階段 (CD 段),也稱加速蠕變階段,應(yīng)變率由 C 點開始迅速增加,達到 D 點,巖石即發(fā)生破壞,這一階段完成時間較短, 嚴格地說,這一階段可分為兩個區(qū)間:即發(fā)育著延性變形但尚未引起破壞的階段 (CP 段 )和微裂隙劇烈發(fā)展導(dǎo)致變形劇增和引起破壞的階段 (PD 段 ),它相當于褶皺形成后的斷裂形成階段。同一種巖石,其載荷值越大,在第二階段持續(xù)的時間也

22、就越短,第三階段破壞出現(xiàn)也就越快。在載荷很大的情況下,幾乎加載之后立即產(chǎn)生破壞。一般中等載荷,所有的三個蠕變變形階段表現(xiàn)得十分明顯。任何一個蠕變變形階段的持續(xù)時間,都取決子巖石類型、載荷值及溫度等因素。9. 什么是初始地應(yīng)力?試論述初始地應(yīng)力的成因及其分布規(guī)律。初始地應(yīng)力初始地應(yīng)力是指未受到任何工程擾動的巖體在天然狀態(tài)下所具有的內(nèi)應(yīng)力,主要由巖體自重及地質(zhì)構(gòu)造作用所引起,地形、地質(zhì)構(gòu)造、地震力、水壓力、熱應(yīng)力等也會在一定的時間和空間范圍內(nèi)一定程度上影響到巖體中的初始地應(yīng)力。工程巖體中的地應(yīng)力主要由自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力兩部分組成。自重應(yīng)力在巖體中的分布是隨深度變化大致呈線性增長的,若設(shè)在距地表深為

23、z 處的豎直方向的自重應(yīng)力為 z,水平方向的自重應(yīng)力為 x 和y,則:可編輯.鉛垂分量水平分量nz i zii 1xy1z這里,i 是第 i 層地層的容重, Z i 是第 i 層地層的厚度,是當前地層的泊松比。構(gòu)造應(yīng)力是由于地球自轉(zhuǎn)角速度的變化、 地球殼體繞地軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力和地幔對流等因素所引起的,所以在工程巖體中的構(gòu)造應(yīng)力是以水平應(yīng)力分量為主,其大小將因地層的褶皺、斷裂、升降等等地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象及程度不同而異。初始地應(yīng)力的成因:? 大陸板塊邊界受壓引起的地應(yīng)力場;? 地幔熱對流引起的地應(yīng)力場;? 由地心引力引起的地應(yīng)力場;? 巖漿浸入引起的地應(yīng)力場;? 地溫梯度引起的地應(yīng)力場;? 地表剝蝕產(chǎn)

24、生的地應(yīng)力場。初始地應(yīng)力的分布規(guī)律:? 地應(yīng)力是一個具有相對穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應(yīng)力場,它是時間和空間的函數(shù);? 地應(yīng)力中的鉛垂應(yīng)力分量基本等于上覆巖層的重量,它隨深度呈線性增長;? 地應(yīng)力中的水平應(yīng)力普遍大于鉛垂應(yīng)力;? 平均水平應(yīng)力與鉛垂應(yīng)力的比值隨深度增長而減小;? 最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力也隨深度呈線性增長關(guān)系;? 最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力之值一般相差較大,顯示出很強的方向性;? 地應(yīng)力的分布受地形、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。補:綜合大量實測資料和近代理論,初始地應(yīng)力場的一般分布規(guī)律有如下特點:1) 初始

25、地應(yīng)力一般是三軸壓應(yīng)力狀態(tài),且受地表地形地貌、山川河流和構(gòu)造影響,其分布往往十分復(fù)雜;2) 三個主應(yīng)力的大小一般互不相等,其中兩個 (近)水平方向主應(yīng)力也不相同, 且最大水平主應(yīng)力的方向與區(qū)域性構(gòu)造形跡密切相關(guān),往往是構(gòu)造應(yīng)力影響的結(jié)果;3) 三個主應(yīng)力的方向一般偏離鉛垂或水平方向不大,引起偏離的主要原因是構(gòu)造、巖層傾角或局部不均質(zhì)影響; 4) 初始地應(yīng)力中的鉛垂應(yīng)力分量基本上等于上覆巖體的自重,它隨深度呈線性增長;5)初始地應(yīng)力的兩個近水平應(yīng)力分量分布十分復(fù)雜,因地而異,且隨深度而變化;兩個水平應(yīng)力的平均值與鉛垂應(yīng)力的比值的統(tǒng)計規(guī)律可概括為側(cè)應(yīng)力系數(shù)(平均 )與深度呈雙曲線變化,越近地表平均

26、水平應(yīng)力相對高于鉛垂應(yīng)力;往下越相接近,一定深度之后變得小于鉛垂應(yīng)力。可編輯.10. 論述在單軸壓縮載荷作用時巖石試件的端部約束效應(yīng)。? 由于巖石材料與鐵板之間的泊松比值存在差異,這將在試件端面與鐵板之間的接觸面上產(chǎn)生摩擦力,該摩擦力將影響巖石試件的橫向變形和巖石試件端面附件區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)。? 由于該摩擦力的存在,導(dǎo)致巖石試件內(nèi)部應(yīng)力分布不均,致使巖石試件并非只產(chǎn)生縱向劈裂破壞(亦稱拉伸破壞),還有可能產(chǎn)生 X 狀共軛斜面剪切破壞和單斜面剪切破壞等破壞形式。? 為了盡量減小試件端面與鐵板之間的接觸面上產(chǎn)生摩擦力,以保證巖石試件端面附件區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)也為單向受力狀態(tài),必須要在試件端面與鐵板之間的

27、接觸面上添加緩沖材料。國際巖石巖石力學(xué)學(xué)會建議在試件端面與鐵板之間使用與同樣直徑大小的鋼件墊塊。巖石力學(xué)復(fù)習(xí)一.巖石破壞有幾種形式?對各種破壞的原因作出解釋。答:試件在單軸壓縮載荷作用破壞時,在試件中可產(chǎn)生三種破壞形式:(1)X 狀共軛斜面剪切破壞,破壞面上的剪應(yīng)力超過了其剪切強度,導(dǎo)致巖石破壞。(2) 單斜面剪切破壞,破壞面上的剪應(yīng)力超過了其剪切強度,導(dǎo)致巖石破壞。(3) 拉伸破壞, 破壞面上的拉應(yīng)力超過了該面的抗拉強度,導(dǎo)致巖石受拉伸破壞。二. 什么是全應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線?為什么普通材料實驗機得不出全應(yīng)力-應(yīng)變曲線?答:全應(yīng)力應(yīng)變曲線:能顯示巖石在受壓破壞過程中的應(yīng)力、變形特性,特別是破壞

28、后的強度與力學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律。由于材料試驗機的剛度小,在試件壓縮時,其支柱上存在很大的可編輯.變形和變形能,在試件快要破壞時,該變形能突然釋放,加速試件破壞,從而得不出極限壓力后的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。三. . 簡述巖石在反復(fù)加載和卸載條件下的變形特征。答: 對于線彈性巖石, 反復(fù)加載和卸載時的應(yīng)力應(yīng)變路徑完全相同,對于完全彈性巖石,反復(fù)加載和卸載時的應(yīng)力應(yīng)變路徑完全相同,但是應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是曲線。對彈性巖石,加載與卸載曲線不重合,但反復(fù)加載和卸載時的應(yīng)力應(yīng)變路徑總是服從此環(huán)路的規(guī)定。非彈性體巖石:在彈性范圍內(nèi)服從彈性巖石的變形特征,當卸載點P 超過屈服點時, 卸載曲線與加載曲線不重合,形成塑性滯回

29、環(huán)。等荷載循環(huán)加載、卸載時的應(yīng)力應(yīng)變曲線,。塑性滯回環(huán)隨著加載卸載次數(shù)的增加而變窄,直至接近彈性變形,沒有塑性變形為止。不斷增大荷載的循環(huán)加載、卸載時的應(yīng)力應(yīng)變曲線,在每次卸載后再加載,在荷載超過上一次循環(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,好像不曾受到循環(huán)加載的影響似的,這種現(xiàn)象成為巖石的變形記憶。四.線彈性體、完全彈性體、彈性體三者的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系有什么區(qū)別?答: 完全彈性體:循環(huán)加載時的- 關(guān)系為曲線。加載路徑與卸載路徑完全重合。線彈性體:循環(huán)加載時的- 關(guān)系為直線。加載路徑與卸載路徑完全重合。彈性體巖石:加載路徑與卸載路徑不同,但反復(fù)加載與卸載時,應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系總是服從

30、此環(huán)路的規(guī)律。五 . 巖體賦存環(huán)境包括哪幾部分?答:賦存環(huán)境:包括地應(yīng)力、地下水和地溫三部分??删庉?六. 地應(yīng)力對巖體的影響體現(xiàn)在哪幾個方面?(1) 地應(yīng)力影響巖體的承載能力:圍壓越大、承載能力越大。(2) 地應(yīng)力影響巖體的變形和破壞機制。如在低圍壓條件下破壞的巖體,在高圍壓條件下呈現(xiàn)出塑性變形和塑性破壞。(3) 地應(yīng)力影響巖體中的應(yīng)力傳播的法則。非連續(xù)介質(zhì)巖體在高圍壓條件下,其力學(xué)性質(zhì)具有連續(xù)介質(zhì)巖體的特征。七. 巖體結(jié)構(gòu)劃分的主要依據(jù)是什么?答:巖體結(jié)構(gòu)單元有結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體兩種基本要素。因此,巖體結(jié)構(gòu)分類主要依據(jù)結(jié)構(gòu)面及結(jié)構(gòu)體的類型進行分類。八. 按結(jié)構(gòu)面成因、結(jié)構(gòu)面通常分為幾種類型?答

31、: 結(jié)構(gòu)面按成因分:原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面、次生結(jié)構(gòu)面原生結(jié)構(gòu)面:成巖階段所形成的結(jié)構(gòu)面。巖石成因不同又分為沉積結(jié)構(gòu)面、火成結(jié)構(gòu)面和變質(zhì)結(jié)構(gòu)面。構(gòu)造結(jié)構(gòu)面:巖體在構(gòu)造運動作用下形成的結(jié)構(gòu)面。此生結(jié)構(gòu)面:在外力作用下(風(fēng)化、地下水、卸載、爆破等)形成的各種界面。九 . 結(jié)構(gòu)面的剪切變形、 法向變形與結(jié)構(gòu)面的哪些因素有關(guān)?答:結(jié)構(gòu)面的剪切變形、法向變形與巖石強度、結(jié)構(gòu)面粗糙性和法向力有關(guān)。十.結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的尺寸效應(yīng)體現(xiàn)在哪幾個方面?答:結(jié)構(gòu)面試塊長度增加, 平均峰值摩擦角降低, 試塊面積增加, 剪切應(yīng)力呈現(xiàn)出減小趨勢。此外,還體現(xiàn)在以下幾個方面:(1 )隨著結(jié)構(gòu)面尺寸的增大,達到峰值強度時的位移

32、量增大;可編輯.(2 )試塊尺寸增加,剪切破壞形式由脆性破壞向延伸破壞轉(zhuǎn)化;(3 )尺寸增加,峰值剪脹角減小,結(jié)構(gòu)面粗糙度減小,尺寸效應(yīng)也減小。十一 .簡述地應(yīng)力測量的重要性。答:地應(yīng)力測量的重要性:(1) 應(yīng)力測量為各種巖體工程進行科學(xué)合理的開挖設(shè)計和施工提供依據(jù);(2) 地應(yīng)力狀態(tài)對地震預(yù)報、 區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價、 油田油井的穩(wěn)定性、核廢料儲存、 巖爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球動力學(xué)的研究也有重要的意義。十二 .地應(yīng)力測量方法分哪幾類?它們的主要區(qū)別在哪里?每類包括那些主要測量技術(shù)?答:依據(jù)測量基本原理的不同,可將測量方法分為直接測量法和間接測量發(fā)兩大類。直接測量法是由測量儀器直接測量和

33、記錄各種應(yīng)力量,包括:扁千斤頂法、水力致裂法、剛性包體應(yīng)力計法和聲發(fā)射法。間接測量法是借助某些傳感器或某些介質(zhì),測量和記錄巖體中某些與應(yīng)力有關(guān)的間接物理量的變化,如巖體中的變形和應(yīng)變,然后由計算公式求出原巖應(yīng)力值。包括:套孔應(yīng)力解除法和其他的應(yīng)力應(yīng)變解除法以及地球物理方法等。其中套孔應(yīng)力解除法是目前國內(nèi)外廣泛使用的一種方法 .十三 . 什么叫巖石的本構(gòu)關(guān)系?巖石的本構(gòu)關(guān)系一般有幾種類型?巖石的本構(gòu)關(guān)系是指巖石的應(yīng)力或應(yīng)力速率與其應(yīng)變或應(yīng)變速率的關(guān)系。巖石的本構(gòu)關(guān)系一般分為:彈性本構(gòu)關(guān)系、彈塑性本構(gòu)關(guān)系和流變本構(gòu)關(guān)十四 .什么叫巖石的強度?巖石的破壞一般有幾種類型?巖石的強度是巖石抵抗外力破壞的

34、能力。破壞是指巖石材料的應(yīng)力或應(yīng)變超過了自身的應(yīng)力或應(yīng)變的極限??删庉?巖石的破壞的形式主要有兩種:斷裂破壞(應(yīng)力達到強度極限)和流變破壞(出現(xiàn)顯著的塑性變形或流動現(xiàn)象)十五 . 什么叫蠕變、松弛、彈性后效和流變?答:蠕變:當應(yīng)力不變時,變形隨時間增加而增加的現(xiàn)象。松弛:當應(yīng)變不變時,應(yīng)力隨時間的增加而減小的現(xiàn)象。彈性后效:加載和卸載時,彈性應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象。巖石流變就是指材料的應(yīng)力- 應(yīng)變關(guān)系與時間因素有關(guān)的性質(zhì),材料變形過程中具有時間效應(yīng)的現(xiàn)象稱為流變現(xiàn)象。十六 . 描述巖石流變性質(zhì)的流變方程主要有幾種?答:巖石的流變包括蠕變、松弛和彈性后效。其流變方程主要有蠕變方程、松弛方程、彈性后

35、效方程。十七 .流變模型的基本元件有哪幾種?答:流變模型的基本元件有彈性元件、塑性元件和粘性元件十八 .試論述 Coulomb,Mohr,Griffith三準則的基本原理、主要的區(qū)別及其它們之間的關(guān)系。答:庫侖準則( Coulomb): 巖石的破壞主要是剪切破壞,巖石的強度,既抗摩擦強度等于巖石本身抗剪切摩擦的粘結(jié)力和剪切面上的法向力產(chǎn)生的摩擦力。莫爾把庫侖準則推廣到三向應(yīng)力狀態(tài)。實質(zhì):巖石到達極限狀態(tài)時,滑動平面上的剪應(yīng)力達到一個取決于正應(yīng)力與材料性質(zhì)的最大值,即 =f(對)應(yīng)。于各種應(yīng)力狀態(tài)(單軸、雙軸和三軸壓縮)下的破壞的巖石的莫爾應(yīng)力圓的包絡(luò)線,稱為莫爾強度包絡(luò)線。如果巖石的應(yīng)力圓位于莫爾強度包絡(luò)線內(nèi),則巖石不會產(chǎn)生破壞,如果巖石的應(yīng)力圓與莫爾包絡(luò)線相切可編輯.或相交,則巖石會產(chǎn)生破壞。莫爾強度包絡(luò)線的曲線型式有幾種:斜直線型,二次拋物線型, 雙曲線型等。十九 .格里菲斯( Griffith )理論:在脆性材料中,其材料斷裂的起因是分布在材料中的微小裂紋尖端有拉應(yīng)力(這種裂紋稱為Grifith裂紋)所致。區(qū)別:格里菲斯( Griffith ) 理論中巖石的破壞機理是巖石受到拉應(yīng)力破壞所致。庫侖準則和莫爾強度理論則認為巖石破壞是巖體內(nèi)的某個面上的剪切應(yīng)力超過了剪切強度值。莫爾強度理論的包絡(luò)線包括了庫侖準則的直線型,還包括拋物線型和雙曲線型強度準則

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