巖體力學復習重點

1、巖體力學復習重點名詞解釋：1、軟化性：軟化性是指巖石浸水飽和后強度降低的性質。2、軟化系數：是指巖石時間的飽和抗壓強度于干燥狀態(tài)下的抗壓強度的比值。3、形狀效應：在巖石試驗中，由于巖石試件形狀的不同，得到的巖石強度指標也就有所差異。這種由于形狀的不同而影響其強度的現(xiàn)象稱為“形狀效應”。4、尺寸效應：巖石試件的尺寸愈大，則強度愈低，反之愈高，這一現(xiàn)象稱為“尺寸效應”。5、延性度：指巖石在達到破壞前的全應變或永久應變。6、流變性：指在應力不變的情況下，巖石的應變或應力隨時間而變化的性質。7、應力松弛：是指當應力不變時，巖石的應力隨時間增加而不斷減小的現(xiàn)象。8、彈性后效：是指在加荷或卸荷條件下，彈性

2、應變滯后于應力的現(xiàn)象。9、峰值強度:若巖石應力-應變曲線上出現(xiàn)峰值,峰值最高點的應力稱為峰值強度.10、擴 容:在巖石的單軸壓縮試驗中,當壓力達到一定程度以后,巖石中的破列或微裂紋繼續(xù)發(fā)生和擴展,巖石的體積應變增量有由壓縮轉為膨脹的力學過程,稱之為擴容.11、應變硬化:在屈服點以后(在塑性變形區(qū)),巖石(材料)的應力應變曲線呈上升直線,如果要使之繼續(xù)變形,需要相應的增加應力,這種現(xiàn)象稱之為應變硬化.12、延性流動:是指當應力增大到一定程度后,應力增大很小或保持不變時,應變持續(xù)增長而不出現(xiàn)破裂,也即是有屈服而無破裂的延性流動.13、強度準則:表征巖石破壞時的應力狀態(tài)和巖石強度參數之間的關系,一般

3、可以表示為極限應力狀態(tài)下的主應力間的關系方程: 1=f(2,3)或=f().14、結 構 面: 指在地質歷史發(fā)展過程中,巖體內形成的具有一定得延伸方向和長度,厚度相對較小的宏觀地質界面或帶. 又稱若面或地質界面,是指存在于巖體內部的各種地質界面,包括物質分異面和不連續(xù)面,如假整合,不整合,褶皺,斷層,層面,節(jié)理和片理等.15、原生結構面:在成巖階段形成的結構面.16、次生結構面:指在地表條件下,由于外力的作用而形成的各種界面.17、結 構 體:結構面依其本身的產狀,彼此組合將巖體切割成形態(tài)不一,大小不等以及成分各異的巖石塊體,被各種結構面切割而成的巖石塊體稱為結構體.18、結構效應：巖體中結構

4、的方向 性質 密度和組合方式對巖體變形的影響。19、剪脹角：巖體結構面在剪切變形過程中所發(fā)生的法向位移與切向位移之比的反正切值。20、巖體基本質量：巖體所固有的影響工程掩體穩(wěn)定性的最基本屬性，巖體基本質量由巖石堅硬程度和巖石完整程度決定。21、自穩(wěn)能力：在不支護條件下，地下工程巖體不產生任何形式的能力。22、地應力：自然狀態(tài)下在原巖巖體中存在的由于巖石自重和構造應力形成的分布應力，也稱天然應力23、原巖應力：在工程中指天然存在于巖體中而與任何認為因素無關的應力。24、殘余應力：沒有外力作用時在巖體內部由于某種原因在整個巖體內的不均勻的變形而引起的應力25、初始地應力：巖體中存在的未受工程擾動的

5、原始應力狀態(tài)下的應力26、自重應力：由于巖體自重而產生的天然應力27、構造應力：由于地質構造活動在巖體中引起的應力場，這種應力與一定范圍地質構造有關，其主要特點是水平應力大于覆巖垂直應力分量。這一作用可以持續(xù)到底層深處。28、應力重分布：巖體受到工程活動擾動，引起巖體中初始應力的轉移變化形成的新的應力場狀態(tài)。29、二次應力：相對于初始應力而言，巖體上或巖體內部受到工程活動擾動，引起初始應力自然平衡狀態(tài)的改變，使一定范圍內的原始應力重分布形成的新的應力為二次應力，或稱次生應力，直接與工程穩(wěn)定性有關。30、巖爆：是地下洞室開挖過程中圍巖發(fā)生突然脆性破壞的現(xiàn)象。一般在地應力較大部位，巖石被擠壓超過其

6、彈性限度，聚集的能量會突然釋放出來，伴隨有聲音、碎石飛散、墜落等現(xiàn)象。31、構造線：指區(qū)域性擠壓應力所形成的構造形跡，也就是指與產生地質構造運動的壓應力方向相垂直的平面和地面的交線。32、圍巖：指由于人工開挖使巖體的應力狀態(tài)發(fā)生了變化，而這部分被改變了應力狀態(tài)的巖體稱為圍巖。地下工程開挖過程中，在發(fā)生應力重分布的那一部分工程巖體稱為圍巖。33、圍巖壓力：地下洞室圍巖在重分布應力作用下產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。作用在支護物上的圍巖的變形擠壓力或塌坍巖體的重力稱為圍巖壓力。34、圍巖抗力：在有壓洞室中，作用有很高的內水壓力，并通過襯砌或洞壁傳遞給圍巖，這時圍巖將

7、產生一個反力，稱為圍巖抗力。35、靜水應力狀態(tài)：在巖石力學中，地下深部巖體在自重作用下，巖體中的水平應力和垂直應力相等的應力狀態(tài)。36、形變圍巖壓力：指圍巖在二次應力作用下局部進入塑性，緩慢的塑性變形作用在支護上形成的壓力，或者是有明顯流變性能的圍巖的粘彈性或者粘彈粘塑性變形形成的支護壓力。一般發(fā)生在塑性或者流變性較顯著的地層中。37、松動圍巖壓力：指因圍巖應力重分布引起的或施工開挖引起的松動巖體作用在隧道或坑道井巷等地下工程支護結構上的作用壓力。一般是由于破碎的、松散的、分離成塊的或被破壞的巖體坍滑運動造成的。38、沖擊圍巖壓力：（1）是地下洞室開挖過程中，在超過圍巖彈性限度的壓力作用下，圍

8、巖產生內破壞，發(fā)生突然脆性破壞并涌向開挖（采掘）空間的一種動力現(xiàn)象。（2）強度較高且完整的彈脆性巖體過渡受力后突然發(fā)生巖石彈射變形所引起的圍巖壓力。39、膨脹圍巖壓力：在遇到水分的條件下圍巖常常發(fā)生不失去整體性的膨脹變形和位移，表現(xiàn)在頂板下沉、地板隆起和兩幫擠出，并在支護結構上形成形變壓力的現(xiàn)象。40、應力集中：受力物體或構件在其形狀或尺寸突然改變之處引起應力在局部范圍內顯著增大的現(xiàn)象。41、應力集中系數：指巖體中二次應力與原始應力的比值，也可用井巷開挖后圍巖中應力與開挖前應力的比值來表示。42、圍巖（彈性）抗力系數：促使隧洞洞壁圍巖產生單位徑向位移所需要的內水壓力值:K=P/,P：隧洞受到來

9、自隧洞內部的壓力,洞壁圍巖向外產生一定的位移。43、單位抗力系數：在工程上規(guī)定洞徑為200cm時隧洞圍巖的抗力系數定義為單位抗力系數。 44、巖體力學研究方法：工程地質研究法，試驗法，數學力學分析法，綜合分析法45、巖塊：不含顯著結構面的巖石塊體，是構成巖體的最小巖石單元體。46、巖塊構造：巖石內礦物顆粒的大小、形狀、排列方式及微結構面發(fā)育情況與粒間連結的方式等反映在巖塊構成上的特征。47、粒間連結方式：結晶連結、膠結連結（硅質膠結的強度>鐵質、鈣質>泥質；基底式膠結>孔隙式>接觸式）。48、巖塊構造：礦物集合體間及其與其他組分之間的排列組合方式。49、剪脹效應（爬坡效

10、應）：當法向應力較小時，在剪切過程中，上盤巖體主要是沿結構面產生滑動破壞。50、啃斷效應：當法向應力達到一定值后，破壞沿結構面滑動轉化為剪斷凸起而破壞。51、法向剛度：在法向應力的作用下，結構面產生單位法向變形所需要的應力。填空：1、影響蠕變性質的因素：巖性、應力、溫濕度。2、巖石的塊體密度可采用規(guī)則試件的 量積法 ，不規(guī)則試件的 蠟封法 測定。3、巖石的顆粒密度屬于實測指標，常用 比重瓶法 進行測量。4、巖石的彈性變形特性常用 彈性模量 和 泊松比 兩個常數來表示。當這兩個常數為已知時，就可用三維應力條件下的廣義胡克定律計算出給定應力狀態(tài)下的變形。5、巖石的變形性質按卸荷后變形是否可以恢復可

11、分為 彈性變形 和 塑性變形 兩類。6、巖石的破壞是指巖石材料的 應力 超過了巖石的極限或者變形超過了巖石的使用限制。7、巖石的力學性質可分為變形性質和強度性質兩類，變形性質主要通過 本構 關系來反映，強度性質主要通過 強度理論 來反映。8、巖石的流變主要包括 蠕變 、松弛 和 彈性后效。9、根據變形速率的不同特點，軟弱巖石的典型流變曲線可以劃分為 瞬時蠕變階段 、初始蠕變階段、等速蠕變階段 和 加速蠕變階段 三個階段。10、在巖石的流變試驗中，可以根據作用在巖石試件上應力或荷載大小的不同，將巖石蠕變曲線分為 穩(wěn)定 蠕變曲線和 加速發(fā)展 蠕變曲線兩類。11、研究巖石變形的時間效應，一般而言采用

12、兩種方法尋找其蠕變規(guī)律，即 經驗 方法和 蠕變模型 方法。12、對于初始蠕變和等速蠕變，目前的經驗方程主要有三種，即 冪函數、對數函數 和 指數函數。13、巖石流變的Maxwall模型是由 彈性體 和 粘性體 串聯(lián)而成，其能反應巖石的彈粘彈性特征。14、對于常見的巖石而言，當圍壓一定時，隨著溫度的升高，巖石的延性將 增加 ，并且將會出現(xiàn) 屈服 現(xiàn)象，同時其強度 降低 。15、根據延性度的不同，巖石的破壞可分為 脆性破壞、延性破壞 和 過渡性破壞。16、按照巖石在變形過程中所表現(xiàn)出來的應力應變時間關系的不同，可以將巖石的變形劃分為 彈性變形、塑性變形 和 粘性變形 三種形式各異的基本變性作用。1

13、7、大量的實驗和觀察證明，就破壞形式而言，巖石的破壞主要有 脆性破壞、延性破壞 和 弱面剪性 破壞。18、在巖石室內壓縮試驗中，巖石峰值后的荷載位移曲線，實質上是巖石的 破壞 過程曲線。19、目前，實驗室抗拉強度的測定常采用劈裂法進行，當用長度為L，直徑為D的圓形試件進行試驗時，在壓力Pmax作用下，巖石發(fā)生了破壞，則此巖石試件的抗拉強度為 2Pmax/LD ；如采用邊長為a的立方塊，則其抗拉強度為 Pt=2Pmax/a² 。20、巖石的室內剪切試驗常用的儀器有 直剪儀、變角板剪力儀 和 巖石三軸試驗機 。21、巖體是指經歷過多次地質作用，經歷過變形，遭受過破壞，形成了一定的巖石成分

14、和結構，賦存于一定地地質環(huán)境中的地質體。因此，巖體力學性質與巖體中的結構面、結構體（巖塊）以及賦存條件（環(huán)境）密切相關。22、在工程巖體范圍內，結構面按貫通情況可分為貫通性、半貫通性以及非貫通性三種類型。23、巖體抵抗外力作用的能力稱為巖體的力學性質。它包括巖體的穩(wěn)定特征、變性特征和強度特征等。24、巖體結構面的剪切變形與巖石的強度、結構面的粗糙程度和法向應力有關。25、巖體結構面的幾何特性是反映節(jié)理的外貌，它的組成要素包括：走向、傾向、連續(xù)性、粗糙度以及起伏度和組合關系。26、巖體的力學性質不僅取決于巖石本身及結構面的力學性質，也與結構面的空間組合密切相關。27、巖體的強度不僅與組成巖體的巖

15、石的性質有關，而且與巖體內的軟弱結構面有關，此外還與巖體所受的應力狀態(tài)有關。28、巖體中存在各種結構面，結構面的變形大小主要由結構面和結構面填充物控制的。29、大量的巖體實驗表明，巖體的壓力變形曲線可以化分為四種類型，即：直線型、上凹型和下凹型、復合型。30、巖體變形的結構效應是指巖體結構對其變形性質的影響與控制作用，包括結構面、結構體以及兩者的組合關系三個方面，其結構面對巖體變形的作用效應尤為突出。31、粗糙起伏無充填的規(guī)則鋸齒狀結構面的剪切機制一方面是爬坡摩擦效應；另一方面是凸起體剪切。32、巖體基本質量應由受巖石的堅硬程度和巖石的完整性程度兩個因素確定。33、國際工程巖體分級標準規(guī)定，對

16、巖石堅硬程度和巖體完整程度應采用定性劃分和定量指標兩種方法確定。34、當人類還不能對原巖應力進行測量之前，認為原巖應力是由巖土自重引起的，因此把原巖應力單純的看成自重應力。35、近期地質力學的觀點認為，從全球范圍來看，構造應力的總規(guī)律是以水平應力為主。根據地質構造運動的發(fā)展階段，一般可把構造應力分為以下三種階段原始構造應力，殘余構造應力，現(xiàn)代構造應力。36、影響原巖應力分布的因素有地形，巖體結構面，巖體力學性質，剝蝕作用，37、重力作用和構造運動是引起地應力的主要原因，其中尤以水平方向的構造運動對地應力的形成影響最大。38、巖體天然應力測量方法主要包括：水壓致裂法，扁千斤頂法和鉆孔套心應力解除

17、法。39、地質構造運動的結果，使構造應力的特點主要表現(xiàn)在具有強烈方向性，數值較大的水平應力，從而形成構造區(qū)域水平應力大于垂直應力的情況。、40、原巖應力主要由自重應力和構造應力組成。41、研究巖石應力狀態(tài)的目的在于正確認識巖石的力學性能，闡述圍巖的破壞機制，充分利用和發(fā)揮圍巖的自承能力，是工程設計更加合理安全和經濟。42、巖體變形的不均勻導致圍巖局部破裂的原因是應力分布的不均勻性和強度不均勻性。43、巖石在三軸壓縮時，隨著側向應力3和13的增加，巖石強度也隨之增大：巖石發(fā)生破壞后，仍保留一定的承載能力。44、隧洞根據其內部的受力情況可分為有壓洞室和無壓洞室兩大類。45、對于無襯砌有壓洞室，洞內

18、水壓力P在圍巖中所產生的徑向和切向應力隨隧洞半徑r的增大而迅速降低，在6r處該應力基本可以忽略不計，在有些有壓隧洞中常見到新形成的，平行于洞軸線的放射狀張裂隙，這主要是由于內水壓力使圍巖產生的應力抵消了圍巖的壓應力，并超過了巖體的抗拉強度所致。46、圍巖在不產生破壞的條件下，當巖石性質由硬巖，中硬巖，到軟巖的變化過程中，對于同一種支護形式而言，圍巖位移增長會越來越大，相應要求支護結構所承擔的壓力會越來越 大，對于同一種巖石來說，隨圍巖的不斷變化要求支護結構所承擔的壓力會越來越 小。解答：1、在三軸試驗中，圍壓對巖石的力學性質有什么影響（1）破壞前巖塊的總應變隨圍壓增大而增加（2）隨圍壓增大，巖

19、塊的塑性也不斷增大，且由脆性破壞逐漸轉化為延性破壞（3）隨圍壓的增大，巖塊三軸極限強度明顯增大（4）隨圍壓增大，彈性模量和泊松比不同程度的提高（5）當圍壓達到一定值時，出現(xiàn)應變硬化現(xiàn)象2、結構面的成因類型與分類結構面的成因分為兩類：地質成因和力學分類：（1）地質成因類型包括原生結構面（沉積結構面、巖漿結構面、變質結構面）構造結構面（斷層、節(jié)理、劈理和層間錯動面）次生結構面（卸荷裂隙、風化裂隙、次生夾泄層、泥化夾層）（2）力學成因類型有剪性結構面（逆斷層、平移斷層、多數正斷層）張性結構面（羽狀張裂面、縱張及橫張破裂面和巖漿巖中的冷凝節(jié)理）3、結構面的分級：由結構面的伸長度、切割深度、破碎帶寬度及

20、其力學效應可分為5級：1級指大斷層或區(qū)域性斷層，延伸數公里至數十公里以上破碎寬約數米至幾百米以上；2級指延伸長、寬度不大數百米至數千米，寬數十厘米至數米；3級長數十米至數百米的斷層、區(qū)域性節(jié)理、延伸較好的層面及層間錯動等，寬數厘米至一米左右；4級延伸較差的節(jié)理、層面等長一般10mm30mm，寬數厘米；5級微結構面有隱節(jié)理、微層面等。規(guī)模小、連續(xù)性差、常包含在巖塊內。4、結構面特征及其影響：產狀（結構面與最大主應力間的關系控制著巖體的破壞機制與強度）、連續(xù)性（對巖體的變形、變形破壞機理、強度及滲透性都有很大影響）、密度（控制著巖體的完整性和巖塊的塊度，密度越大，巖體完整性越差，塊度越小，導致巖體

21、力學性質變差，滲透性增強）、張開度、形態(tài)（對巖體的力學性質及水力學性質存在明顯影響）、充填膠結特征（經膠結的結構面力學性質改善，未膠結的力學性質取決于充填物成分、厚度、含水性和壁巖性質等）、結構面的組合關系（控制著可能滑移巖體的幾何邊界條件、形態(tài)、規(guī)模、滑動方向及滑移破壞類型）。5、巖塊的力學屬性：彈性、塑性、粘性、脆性、延性。（1）彈性：在一定應力范圍內，物體受外力作用產生全部變形，而去除外力后能立即恢復其原有形狀和尺寸大小的性質。（2）塑性：物體受力后產生變形，外力去除后不能完全恢復的性質。不能恢復的那部分變形稱為塑性變形或永久變形或殘余變形。（3）粘性：物體受力后，變形不能瞬時完成，且變

22、形速率隨應力增加而增加的性質。（4）脆性：物體受力后，變形很小時就發(fā)生破裂的性質。（5）延性：物體能承受較大塑性變形而不喪失其承載力的性質。6、單軸壓縮應力-應變曲線：v=l+d階段：孔隙裂隙壓密階段：原有張開性結構面或微裂隙逐漸閉合，巖石被壓密，早期非線性變形，呈上凹形，斜率隨應力增大而增大，微裂隙的閉合在開始較快隨后逐漸下降。：彈性變形至為微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段：近似直線，開始為直線，應力增加，變?yōu)榍€，出現(xiàn)彈性極限，之后為塑性變形，出現(xiàn)新裂隙和微破裂，隨著應力發(fā)展而發(fā)展，達到屈服極限。：非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段：破裂不斷發(fā)展，薄弱部位首先破壞，應力重分布，次薄弱部位破壞，體積壓縮轉為擴容，達到峰值

23、強度或單軸抗壓強度。：破壞后階段：裂隙快速發(fā)展，交叉且聯(lián)合成宏觀斷裂面，巖塊沿其滑移，試件承載力迅速下降但不為0。7、變形參數：變形模量（彈性模量）：單軸壓縮條件下，軸向壓應力與軸向壓應變之比。E=/初始模量：曲線原點處的切線斜率，Ei=i/i切線模量：曲線上任一點處的切線斜率，Et=(2-1)/( 1-2)割線模量：曲線上某特定點原點連線的斜率，通常取c/2處的點與原點連線的斜率，Es=50/50泊松比：單軸壓縮條件下，橫向應變與軸向應變之比，=-d/l8、結構面的強度性質分類：平直無充填的結構面、粗糙起伏無充填、非貫通斷續(xù)、有充填的軟弱結構面。9、巖體中天然應力的分布特征1）重力應力場與構

24、造應力場的分布特點 重力應力場：以垂直應力為主，垂直應力大于水平應力； 應力為壓應力； 應力隨深度增加而增加； 構造應力場：應力有壓應力，也可有拉應力； 以水平應力為主，水平應力大于垂直應力； 分布很不均勻，通常以地殼淺部為主。2）地殼淺部3km原巖應力的規(guī)律：原巖應力是非穩(wěn)定的應力場，其大小和方向隨空間和時間而變化；實測垂直應力基本上等于上覆巖體的重力；水平應力普遍大于垂直應力。10、各類結構圍巖的變形破壞特點（1）整體狀和塊狀巖體圍巖：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：破壞形式主要有：沿層面張裂、折斷塌落、彎折內鼓等。（3）碎裂狀巖體圍巖：變形破壞形式常表現(xiàn)為塌方和滑動。（4）散體狀巖體圍巖：其變形破壞形式以拱形冒落為主。11、巖爆的產生條件（1）圍巖應力條件。判斷巖爆發(fā)生的應力條件有兩種方法：一是用洞壁的最大環(huán)向應力與圍巖單軸抗壓強度c之比作為巖爆產生的應力條件；另一種是用天然應力中的最大主應力1與巖塊單軸抗壓強度c之比進行判斷