巖石力學復習提綱

1、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

2、、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)

3、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)較小； 反之，如破碎后塊度較小且排列較雜亂，則碎脹系數(shù)較大。2、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）：dE dE彈性介質(zhì)性質(zhì)： dtdt1）具有瞬時變形性質(zhì)；2） 常數(shù)，則 保持不變，故無應力松弛性質(zhì)；3） 常數(shù)，則 也保持不變，故無蠕變性質(zhì)；

4、4） 0（卸載），則 0，無彈性后效?？梢?， 、與時間 t 無關(guān)。（2）粘性介質(zhì)及粘性元件（牛頓體）dtcdt0 t當 t=0 時, = 0, =0, 則 c=0粘性介質(zhì)性質(zhì)：0 t1）當 0 時，說明在受應力 0 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） 0（卸載），則 常數(shù)，故無彈性后效，有永久變形。3） 常數(shù)，則 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: s ，=0 s ,1）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

5、， 材料就發(fā)生脆性斷裂。2） 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?？梢姡簬r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量 ua 減去支護前坑道已產(chǎn)生的位移量u0 ，即 ub=ua-u0；C、圍巖對支架的壓力與支架的剛度有關(guān)。支架

6、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；D、在圍巖穩(wěn)定條件下，其自承能力為 p0-pi. P0為原巖應力， pi 為支護抗力。6、巖體中結(jié)構(gòu)面是如何影響巖體強度的？答：影響巖體強度和穩(wěn)定性中的結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)3）產(chǎn)狀：結(jié)構(gòu)面的走向、傾向、和傾角?？刂平Y(jié)構(gòu)面的滑移4）形狀：結(jié)構(gòu)面抗滑力的大小5）延伸尺度6）按絕對尺寸：細小、中等、巨大7）貫通性：非貫通性、半貫通性、貫通性4. 密集程度：以巖體裂隙度和切割度來衡量。8）裂隙度：沿著測線方向單位長度上貫穿的結(jié)構(gòu)面的數(shù)量。K=n/19）切割度： xe=a/A5. 填充和膠結(jié)情況10）膠結(jié) 泥質(zhì)

7、 鈣質(zhì) 鐵質(zhì) 硅質(zhì) 可溶鹽11）非膠結(jié) a無填充 b有填充 （薄膜斷續(xù) 連續(xù) 厚層）7、巖體中應力波波形通常以哪些參數(shù)來標記？試用圖說明。8、應力波對物體的效應，與剛體動力學與彈性理論有什么區(qū)別？為什么聲波法或地震法可以用來測定巖體的某些動力學參數(shù)？確定哪些參數(shù)？9、巷道道護形式的選擇與地壓活動類型有無關(guān)系？試舉例說明之。10、巖石在單軸壓縮下的應力應變曲線有哪幾種類型？并用圖加以說明。根據(jù)米勒的試驗結(jié)果， 巖石變形曲線的主要類型有以下六種：類型表現(xiàn)為近似于直線關(guān)系的變形特征，直到發(fā)生突發(fā)性破壞，且以彈性變形為主。類型，開始為直線，至末端則出現(xiàn)非線性屈服段。類型開始為上凹型曲線， 隨后變?yōu)橹本€

8、，直到破壞，沒有明顯的屈服段。類型為中部很陡的s形曲線。類型是中部較緩的 s形曲線。類型開始為一很小的直線段，隨后就不斷增長的塑性變形和蠕變變形。11、巖石與巖體的主要區(qū)別在哪里？以及其強度之間的關(guān)系是怎樣的？答：特征：巖體：不連續(xù)性、非均勻性、各向異性、有條件轉(zhuǎn)化性；巖石：是一種地質(zhì)材料，是組成巖體的固相基質(zhì)，是連續(xù)、均勻、各向同性或正交各向同性的力學介質(zhì)；區(qū)別聯(lián)系：（1）巖體賦存于一定地質(zhì)環(huán)境之中，地應力、地溫、地下水等因素對其物理力學性質(zhì)有很大影響，而巖石試件只是為實驗而加工的巖塊，已完全脫離了原有的地質(zhì)環(huán)境。 （ 2）巖體在自然狀態(tài)下經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)作用過程，其中存在著各種地質(zhì)構(gòu)造面，

9、如不整合、褶皺、斷層、節(jié)理，裂隙等而巖石相對完整。（ 3）一定數(shù)量的巖石組成巖體，且?guī)r體無特定的自然邊界，只能根據(jù)解決問題的需要來圈定范圍。（4）巖體是地質(zhì)體的一部分， 并且是由處于一定地質(zhì)環(huán)境中的各種巖性和結(jié)構(gòu)特征巖石所組成的集合體， 也可以看成是由結(jié)構(gòu)面所包圍的結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)面共同組的。12、試分別從地質(zhì)和工程兩個方面，簡要敘述影響圍巖壓力的一些主要因素是什么？13、試用莫爾應力圓畫出：（ 1）單向拉伸；（2）單向壓縮；（ 3）純剪切；（4）雙向壓縮；（ 5）雙向拉伸。12）常用的巖石強度指標有哪幾種？單軸天然、飽和、烘干13）3 種抗壓強度；抗剪強度（直剪及三軸） ；試述巖石力學的研究對象

10、， 研究范圍和研究動態(tài)。1 ）巖體的地質(zhì)特征及其工程分類。 2 ）巖體基本力學性質(zhì)。3）巖體力學的試驗和測試技術(shù)。4 ）巖體中的天然應力狀態(tài)。5 ）模型模擬試驗和原型觀測。 6 ）邊坡巖體、巖基以及地下洞室圍巖的變形和穩(wěn)定性。7 ）巖體工程性質(zhì)的改善與加固。16、采用應力解除法如何測定巖體中的應力？并用示意圖表示。地下某點的巖體處于三項壓縮狀態(tài)，如用人為的方法解除其應力，必然發(fā)生彈性恢復，測定其恢復的應變， 利用彈性力學公式則可算出巖體初始應力。 既破壞聯(lián)系，解除應力；彈性恢復，測出變形；根據(jù)變形，轉(zhuǎn)求應力。17、用圖來表示巖體變形與時間的關(guān)系曲線，并指出幾個不同的階段。18、格里菲斯強度理論

11、的基本要點是什么？并寫出該強度理論的破壞準則。格里菲斯認為：不論巖石受力狀態(tài)如何，最終在本質(zhì)上都是拉伸應力引起巖石破壞。 格式理論推導巖石抗壓強度為抗拉強度的 8 倍，反映了巖石的真實情況，較好證明了巖石在任何應力狀態(tài)下都是由于拉伸引起破壞， 但對裂隙被壓閉合抗剪強度增高解釋不夠19、在巖體中傳播的彈性波有哪兩大類型？其特征是什么？并寫出半無限均質(zhì)體波速與其彈性常數(shù)（彈性模量、泊松比）的關(guān)系式。20、加載速率對巖石動力強度的影響怎樣？并舉例說明之。對巖石的強度和模量才有顯著的影響 ,標志巖石裂紋擴展、生長的聲發(fā)射率隨加載速率的增大有顯著的增長。 加載速率對巖石的強度、 形變、微裂紋的擴展與生長

12、的研究，對于鑿巖、鉆探、爆破、碎礦、地震等意義都是很大的21、巖石在單軸壓縮下典型的應力應變曲線有哪幾種類型， 并用圖線加以說明。答： 1 直線型曲線 2 下凹形曲線 3 上凹形曲線 4。 S 型曲線22、什么是變形模量？頁巖和石灰?guī)r的變形模量大致多少？土的變形模量是通過現(xiàn)場載荷試驗求得的壓縮性指標，即在部分側(cè)限條件下，其應力增量與相應的應變增量的比值。23、什么叫滑坡？組成滑坡的要素有哪些？什么叫崩塌？它與滑坡有什么區(qū)別？滑坡：是指巖體在自重力作用下，沿坡內(nèi)軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的整體滑動。一般以深層破壞體現(xiàn)出來(a) 面剪切滑動：塊體沿著平面滑移。常發(fā)生在由軟弱夾層或裂隙的坡面。(b) 旋轉(zhuǎn)剪切滑

13、動：滑動面通常為弧形狀，巖體沿此弧形狀滑移。通常為均質(zhì)泥巖或頁巖等巖層。崩塌：是指塊狀巖體與巖坡分離向前翻落而下。崩塌一般以邊坡表面的破壞現(xiàn)象體現(xiàn)。14） 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

14、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1>2> 3）的應力組合狀態(tài)下的三軸壓縮試驗。假三軸處于 2=3 的應力狀態(tài)下試驗。15）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）。16） 塑性狀態(tài)下圓形巷道圍巖應

15、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：17）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18） 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。19）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。20）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

16、更為的多種多樣的力學模型來分析巖石力學的問題。21）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（）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

17、？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 1/41/25，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。22 ）圍巖應力重分布問題 -重分布應力計算23）圍巖變形與破壞問題 -位移計算、破壞區(qū)確定24）圍巖壓力問題 -威嚴壓力計算25

18、）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 角無關(guān)，僅與 R0和 0 有關(guān)。 2) 由于 r =0，則 r ，均為主應力，且 恒為最大主應力， r 恒為最小主應力。 3) 當 r R0(洞壁 ) 時， r=0 ，=20，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， r 逐漸增大， 逐漸減小，并都漸漸趨近于天然應力 0 值。在理論上， r ，要在 r 處才達到 0 值，但實際上 r ， 趨近于 0 的速度很快。當 r=6R0 時，r 和 與 0 相差僅 2

19、.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。26） 隨著距洞壁距離增大，徑向應力 ，由零逐漸增大，應力狀態(tài)由洞壁

20、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。27）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。28）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29） 隨著距洞壁距離增大，徑向應力 ，由零逐漸增大，應力狀態(tài)由洞壁的單向

21、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。30）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。31）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

22、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t ，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 c 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