巖體力學(xué)復(fù)習(xí)要點(diǎn)

1、1. 巖體力學(xué)：是力學(xué)的一個分支學(xué)科，是研究巖體在各種力場作用下變形與破壞規(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。2. 巖體力學(xué)的研究方法：工程地質(zhì)研究法、試驗(yàn)法、數(shù)學(xué)力學(xué)分析法、綜合分析法3. 巖體: 是指在地質(zhì)歷史過程中形成的，由巖塊和結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)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。4. 結(jié)構(gòu)面： 指地質(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度，厚度相對較小的地質(zhì)界面或帶。5. 巖塊的結(jié)構(gòu)：巖石內(nèi)礦物顆粒的大小、形狀、排列方式及微結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況與粒間連結(jié)方式等反映在巖塊構(gòu)成上的特征。6. 巖塊的構(gòu)造：是指礦物集合體之間及其與

2、其他組分之間的排列組合方式。7. 結(jié)構(gòu)面跡長：是指結(jié)構(gòu)面與露頭面交線的長度。8. 巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD：長度大于10cm的巖心長度之和與鉆孔總進(jìn)尺的百分比。9. 巖石的吸水性：巖石在一定的試驗(yàn)條件下吸收水分的能力，稱為巖石的吸水性。10. 巖石的軟化性：巖石浸水飽和后強(qiáng)度降低的性質(zhì)，稱為軟化性11. 蠕變：是指巖石在恒定的荷載作用下，變形隨時間逐漸增大的性質(zhì)。12. 影響單軸抗壓強(qiáng)度的因素：巖塊的抗壓強(qiáng)度受一系列因素影響和控制，主要包括兩個方面：一是巖石本身性質(zhì)方面的因素，如礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造(顆粒大小、連結(jié)及微結(jié)構(gòu)發(fā)育特征等)、密度及風(fēng)化程度等等；二是試驗(yàn)條件方面的因素（試件的幾何形狀及加工精

3、度、加載速率、端面條件、濕度和溫度、層理結(jié)構(gòu)）13. 剪切強(qiáng)度：在剪切荷載作用下，巖塊抵抗剪切破壞的最大剪應(yīng)力，稱為剪切強(qiáng)度14. 巖石的破壞判據(jù)：一、庫侖-納維爾判據(jù)適用條件：低應(yīng)力或堅(jiān)硬、較堅(jiān)硬的巖石的剪切破壞.二、莫爾判據(jù)1. 斜直線型：同庫侖-納維爾判據(jù)2. 二次拋物線型：適用條件：高應(yīng)力或軟弱、較軟弱巖石的剪切破壞3. 雙曲線型：適用條件：中等應(yīng)力或較堅(jiān)硬巖的剪切破壞。三、格里菲斯判據(jù)適用條件：非常適用于脆性巖石的拉破壞。四、八面體強(qiáng)度判據(jù)該判據(jù)適用于以延性破壞為主的巖石。15. 應(yīng)力-變形關(guān)系曲線特征開始時隨著法向應(yīng)力增加，結(jié)構(gòu)面閉合變形迅速增長， n-V及n-V曲線均呈上凹型。當(dāng)

4、n增到一定值時，n-V曲線變陡，并與n-V曲線大致平行。說明結(jié)構(gòu)面已基本上完全閉合，其變形主要是巖塊變形貢獻(xiàn)的。這時V則趨于結(jié)構(gòu)面最大閉合量V初始壓縮階段，含結(jié)構(gòu)面的巖塊變形V主要是由結(jié)構(gòu)面的閉合造成的。試驗(yàn)表明，當(dāng)nMPa時，V/V可達(dá)530，說明V占了很大一部分。 法向應(yīng)力n大約從/3處開始，含結(jié)構(gòu)面的巖塊變形由以結(jié)構(gòu)面的閉合為主轉(zhuǎn)為以巖塊的彈性變形為主。結(jié)構(gòu)面的n- V曲線大致為以VV為漸近線的非線性曲線?？捎贸跏挤ㄏ騽偠燃白畲箝]合量來確定，與結(jié)構(gòu)面的類型及壁巖性質(zhì)無關(guān) 。結(jié)構(gòu)面的最大閉合量始終小于結(jié)構(gòu)面的張開度（）。這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)面是凹凸不平的，兩壁面間無論如何也不可能達(dá)到100的接觸。

5、結(jié)構(gòu)面的初始法向剛度是一個與結(jié)構(gòu)面在地質(zhì)歷史時期的受力歷史及初始應(yīng)力（）有關(guān)的量，其定義為n-V曲線原點(diǎn)處的切線斜率，即：16. 法向剛度：是指在法向應(yīng)力作用下，結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生單位法向變形所需要的應(yīng)力，在數(shù)值上等于n- DV曲線上一點(diǎn)的切線斜率。17. 剪切剛度KS：是反映結(jié)構(gòu)面剪切變形性質(zhì)的重要參數(shù)，其數(shù)值等于峰值前-Du曲線上任一點(diǎn)的切線斜率18. 原位巖體變形試驗(yàn)方法及其原理靜力法的基本原理：在選定的巖體表面、槽壁或鉆孔壁面上施加法向荷載，并測定其巖體的變形值；然后繪制出壓力-變形關(guān)系曲線，計(jì)算出巖體的變形參數(shù)。 動力法的基本原理：用人工方法對巖體發(fā)射(或激發(fā))彈性波(聲波或地震波)，并測定

6、其在巖體中的傳播速度，然后根據(jù)波動理論求巖體的變形參數(shù)。19. 法向變形曲線(1)直線型 (2)上凹型 (3)上凸型 (4)復(fù)合型20. 影響彈性波在巖體中的傳播速度的因素：不同巖性巖體中彈性波速度不同，巖體愈致密堅(jiān)硬，波速愈大，反之，則愈小。沿結(jié)構(gòu)面?zhèn)鞑サ乃俣却笥诖怪苯Y(jié)構(gòu)面?zhèn)鞑サ乃俣取?在壓應(yīng)力作用下，波速隨應(yīng)力增加而增加，波幅衰減少；反之，在拉應(yīng)力作用下，則波速降低，衰減增大。隨巖體中含水量的增加導(dǎo)致彈性波速增加。巖體處于正溫時，波速隨溫度增高而降低，處于負(fù)溫時則相反。21. 巖體與巖塊本質(zhì)的區(qū)別是什么？巖體中存在有各種各樣的結(jié)構(gòu)面；不同于自重應(yīng)力（場）的天然應(yīng)力場和地下水。22. 巖石和

7、巖體區(qū)別 巖石 巖體 -無結(jié)構(gòu)面 -有結(jié)構(gòu)面 -強(qiáng)度較大 -強(qiáng)度較小 -連續(xù)介質(zhì) -非連續(xù)介質(zhì) -室內(nèi)試驗(yàn) -現(xiàn)場試驗(yàn) -各向同性 -各向異性巖石與巖體的重要區(qū)別就是巖體包含若干不連續(xù)面。由于不連續(xù)面的存在，巖體的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于巖石強(qiáng)度。聯(lián)系廣義的巖石即為巖體，巖石是構(gòu)成巖體的基本組成單元，都是巖石力學(xué)的基本研究對象。23. 結(jié)構(gòu)面成因類型一)地質(zhì)成因類型原生結(jié)構(gòu)面構(gòu)造結(jié)構(gòu)面次生結(jié)構(gòu)面(二)力學(xué)成因類型張性結(jié)構(gòu)面剪性結(jié)構(gòu)面24單軸壓縮條件下的巖塊變形孔隙裂隙壓密階段(OA)彈性變形階段(AB) B點(diǎn):彈性極限微裂隙穩(wěn)定發(fā)展階段(BC) C點(diǎn):屈服強(qiáng)度非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段(CD) D點(diǎn):峰值強(qiáng)度破壞后

8、階段(DE)全過程曲線ßà前過程曲線25.巖石蠕變曲線的特征（1） AB段-初始蠕變階段或稱減速蠕變階段。本階段內(nèi)，曲線呈下凹型，特點(diǎn)是應(yīng)變最初隨時間增大較快，但其應(yīng)變率隨時間迅速遞減，到B點(diǎn)達(dá)到最小值。若在本階段中某一點(diǎn)P卸載，則應(yīng)變沿PQR下降至零。其中PQ段為瞬時應(yīng)變的恢復(fù)曲線，而QR段表示應(yīng)變隨時間逐漸恢復(fù)至零。由于卸荷后應(yīng)力立即消失，而應(yīng)變則隨時間逐漸恢復(fù)，二者恢復(fù)不同步。應(yīng)變恢復(fù)總是落后于應(yīng)力，這種現(xiàn)象稱為彈性后效（2） BC段-等速蠕變階段或稱穩(wěn)定蠕變階段。本階段內(nèi)，曲線呈近似直線，即應(yīng)變隨時間近似等速增加，直到C點(diǎn)。若在本階段內(nèi)某點(diǎn)T卸載，則應(yīng)變將沿TUV線

9、恢復(fù)，最后保留一永久應(yīng)變p（3） CD段-加速蠕變階段。曲線呈上凹型，應(yīng)變率隨時間迅速增加，應(yīng)變隨時間增長越來越大，其蠕變加速發(fā)展直至巖塊破壞(D點(diǎn))。26.工程巖體分類一般遵循如下步驟: 確定巖體分類系統(tǒng)的最終目的；確定所用參數(shù)的范圍與標(biāo)準(zhǔn)；確定巖體指標(biāo)所用的數(shù)學(xué)方法；為最終的目的校核巖體指標(biāo)值。27.隧道圍巖分類指標(biāo)：巖體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征、巖石強(qiáng)度、巖體聲波速度指標(biāo)及巖體強(qiáng)度應(yīng)力比28.天然應(yīng)力：人類工程活動之前存在于巖體中的應(yīng)力，稱為天然應(yīng)力或地應(yīng)力29.重分布應(yīng)力：人類在巖體表面或巖體中進(jìn)行工程活動的結(jié)果，必將引起一定范圍內(nèi)巖體中天然應(yīng)力的改變。巖體中這種由于工程活動改變后的應(yīng)力，

10、稱為重分布應(yīng)力30.天然應(yīng)力的測量方法：應(yīng)力恢復(fù)法、水壓致裂法、套芯應(yīng)力解除法31.應(yīng)力恢復(fù)法是用扁千斤頂使已解除了應(yīng)力的巖石恢復(fù)到初始應(yīng)力狀態(tài)。具體步驟是：在地下巷道洞壁上布置一對或若干對測點(diǎn)，每對測點(diǎn)間的距離d0視所采用的引伸儀尺寸而定。一般d015cm；在兩測點(diǎn)之間的中線處，用金鋼石鋸切割一道狹縫槽。由于洞壁巖體受到環(huán)向壓應(yīng)力的作用，所以，在狹縫槽切割后，兩測點(diǎn)間的距離就會從初始值d0減小到d，即兩點(diǎn)間距產(chǎn)生相對縮短位移;把扁千斤頂塞入狹縫槽內(nèi)，并用混凝土充填狹縫槽，使扁千斤頂與洞壁巖體緊密膠結(jié)在一起;對扁千斤頂泵入高壓油，通過扁千斤頂對狹縫兩壁巖體加壓。使巖壁上兩測點(diǎn)的間距緩緩地由d恢

11、復(fù)到d0。這時扁千斤頂對巖壁施加的壓力Pc，即為所要測定的洞壁巖體的環(huán)應(yīng)力值；32.地區(qū)高天然應(yīng)力常與如下現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)：（1）巖芯餅化現(xiàn)象 餅狀巖芯即鉆探時取得的巖芯呈壓縮餅干狀，一片片地破壞。一般來說，巖芯餅化主要與地應(yīng)力差有關(guān)，垂直于鉆進(jìn)方向的應(yīng)力差越大，餅化就越嚴(yán)重。（2）地下硐室施工過程中出現(xiàn)巖爆，剝離 由于高地應(yīng)力的存在，在地下硐室開挖過程中，會出現(xiàn)巖石的脆性破裂。積聚在巖石中的應(yīng)變能由于突然釋放而產(chǎn)生巖爆或剝離，特別是垂直最大水平主應(yīng)力開挖的硐室，更容易產(chǎn)生巖爆現(xiàn)象。（3）隧洞、巷道、鉆孔的縮頸現(xiàn)象 該現(xiàn)象是洞（孔）壁應(yīng)力超過巖石強(qiáng)度所致，是軟巖產(chǎn)生流變或柔性剪切破壞的結(jié)果。（4）邊

12、坡上出現(xiàn)錯動臺階 葛洲壩廠房基坑開挖時，軟弱層上面的巖層出現(xiàn)回彈36 cm（圖6-14），這是由于地應(yīng)力卸載后，發(fā)生沿軟弱面的巖層錯動，如果地應(yīng)力卸載出現(xiàn)的回彈變形是連續(xù)的，如圖6-15所示，則人們不宜覺察與觀測到。33.邊坡應(yīng)力分布特征：(1) 邊坡面附近的主應(yīng)力跡線發(fā)生偏轉(zhuǎn)。最大主應(yīng)力與坡面近于平行，最小主應(yīng)力與坡面近于正交，向坡體內(nèi)逐漸恢復(fù)初始應(yīng)力狀態(tài)。 (2) 坡面上徑向應(yīng)力為零，為雙向應(yīng)力狀態(tài)，向坡內(nèi)逐漸轉(zhuǎn)為三向應(yīng)力狀態(tài)。(3) 由于應(yīng)力的重分布，坡面附近產(chǎn)生應(yīng)力集中帶。在坡腳附近，最大剪應(yīng)力增高，最易發(fā)生剪切破壞。在坡肩附近，常形成拉應(yīng)力帶。邊坡愈陡，則此帶范圍愈大，因此，坡肩附近

13、最易拉裂破壞。 (4) 由于主應(yīng)力偏轉(zhuǎn)，最大剪應(yīng)力跡線由原來的直線變?yōu)榘枷蚱旅娴幕【€。34. 塊體極限平衡法步驟：可能滑動巖體幾何邊界條件的分析受力條件分析確定計(jì)算參數(shù)計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)確定安全系數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性評價35. 不同形狀洞室洞壁上的重分布應(yīng)力特點(diǎn)：橢圓形洞室長軸兩端點(diǎn)應(yīng)力集中最大，易引起壓碎破壞；短軸兩端易拉應(yīng)力集中，不利于圍巖穩(wěn)定各種形狀洞室的角點(diǎn)或急拐彎處應(yīng)力集中最大，如正方形或矩形洞室角點(diǎn)等。長方形短邊中點(diǎn)應(yīng)力集中大于長邊中點(diǎn)，而角點(diǎn)處應(yīng)力集中最大，圍巖最易失穩(wěn)。當(dāng)巖體中天然應(yīng)力h和v相差不大時，以圓形洞室圍巖應(yīng)力分布最均勻，圍巖穩(wěn)定性最好。當(dāng)巖體中天然應(yīng)力h和v相差較大時，則應(yīng)盡量

14、使洞室長軸平行于最大天然應(yīng)力的作用方向。在天然應(yīng)力很大的巖體中，洞室斷面應(yīng)盡量采用曲線形，以避免角點(diǎn)上過大的應(yīng)力集中。36. 圍巖壓力：地下洞室圍巖在重分布應(yīng)力作用下產(chǎn)生過量的塑性變形或松動破壞，進(jìn)而引起施加于支護(hù)襯砌上的壓力，稱為圍巖壓力37：巖爆：圍巖處于高應(yīng)力場條件下所產(chǎn)生的巖片（塊）飛射拋撒，以及洞壁片狀剝落等現(xiàn)象。它是巖石被擠壓到彈性限度，巖體內(nèi)積聚的能量突然釋放所造成的一種巖石破壞現(xiàn)象。38：圍巖抗力系數(shù)：是表征圍巖抵抗襯砌向圍巖方向變形能力的指標(biāo)，定義為使洞壁圍巖產(chǎn)生一個單位徑向變形所需要的內(nèi)水壓力?！玖?xí)題】某巖體邊坡中存在一組與坡面傾向相同，傾角為30°的結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面的剪切強(qiáng)度：Cj=0.1MPa，j=28°，邊坡傾角為60°，巖體平均密度=2.5g/cm3，求該邊坡的極限坡高某巖體，在深度100m內(nèi)，密度為2.54g/cm3，在深度100200m內(nèi)，密度為2.71g/cm3，天然應(yīng)力比值系數(shù)為1.89，試按自重應(yīng)力理論計(jì)算深度50m、150m處的天然應(yīng)力大小