巖體力學(xué)期末復(fù)習(xí)知識(shí)總結(jié)三

1、巖體力學(xué)期末復(fù)習(xí)知識(shí)總結(jié) 三 巖體：是位于一定地質(zhì)環(huán)境中，在各種宏觀地質(zhì)界面分割下形成的有一定結(jié)構(gòu)的地質(zhì)體。峰值前變形機(jī)理：1.以裂紋行為為主導(dǎo)的變形。2.以彈性變形為主的變形。3.以塑性變形為主的變形。軸向應(yīng)力應(yīng)變曲線：直線型（彈），下凹型（彈塑），上凹形（塑彈），S型（塑彈塑）。擴(kuò)容：隨著裂紋的繼續(xù)發(fā)生和擴(kuò)展，巖石體積應(yīng)變增量由壓縮專為膨脹的力學(xué)過程。彈性模量：E是指單軸壓縮條件下軸向壓應(yīng)力與軸向應(yīng)變之比。剛性壓力機(jī)：用巖石試件的變形作為控制變量，并用著一信號(hào)的反噬來控制機(jī)器壓板的位移速率或加速速率的壓力機(jī)。單調(diào)加載：巖石在峰值前承受的荷載一直增加。它可分為等加載速率加載和等應(yīng)變速率加載兩

2、種方式。循環(huán)加載：逐級(jí)循環(huán)加載：指在試驗(yàn)過程中，當(dāng)荷載加到一定值時(shí)，將荷載全部卸除，然后又加載至比原來卸載點(diǎn)高的壓力值，再卸載，如此不斷循環(huán)的加載方式。反復(fù)循環(huán)加載：指在同一壓力水平上反復(fù)加、卸的加載方式。彈性滯后：卸載后，大部分變形很快恢復(fù)，但還有一部分變形要經(jīng)過一段時(shí)間才能恢復(fù)，這時(shí)卸載曲線與加載曲線不重合的現(xiàn)象。殘余變形：卸載后，變形不能完全恢復(fù)，不能恢復(fù)的變形。應(yīng)變強(qiáng)化：峰值前每一次的卸載曲線及重新加載的曲線斜率都要比原先的加載曲線斜率大的現(xiàn)象回滯環(huán)：重新加載曲線與卸載曲線不在一直線上，形成的封閉環(huán)。巖石的記憶：當(dāng)荷載回升到開始卸荷時(shí)的荷載值之后，變形曲線就不再按重新加載的斜率上升，而

3、是按初次加荷曲線上升。疲勞破壞：在循環(huán)荷載下，巖石會(huì)在比峰值應(yīng)力低的應(yīng)力水平下破壞的現(xiàn)象。疲勞強(qiáng)度：使巖石發(fā)生疲勞破壞時(shí)循環(huán)荷載的應(yīng)力水平的大小。真三軸試驗(yàn)：主要應(yīng)力組合方式：1>2>3.常規(guī)三軸試驗(yàn)：主要應(yīng)力組合方式1>2=3。巖性較弱的巖石，在圍壓作用下空隙閉合，剛度增大。應(yīng)力降：峰值強(qiáng)度與殘余強(qiáng)度的差。延性度：指巖石在變化前的全應(yīng)變或永久應(yīng)變。脆性破壞：指巖石在變形很小時(shí)，由彈性變形直接發(fā)展為急劇、迅速的破壞。破壞后的應(yīng)力降較大。一般延性度小于3%。延性破壞：指巖石在發(fā)生較大的永久變形后導(dǎo)致破壞的情況，且破壞后應(yīng)力降很小，一般延性度大于5%。延性

4、流動(dòng)：有時(shí)巖石在應(yīng)力作用下應(yīng)變持續(xù)不斷增長而不出現(xiàn)破裂，即只有屈服而無破裂的情況。低側(cè)壓真三軸條件下巖石破壞可分三類：剪切、拉剪、拉裂。流變：是指物質(zhì)在外部條件不變的情況下，應(yīng)力或變形隨時(shí)間而變化的現(xiàn)象。松弛：指應(yīng)變一定時(shí)，應(yīng)變隨時(shí)間逐漸減小的現(xiàn)象蠕變：指在恒定應(yīng) 力條件下，應(yīng)力隨時(shí)間逐漸增長的現(xiàn)象長期強(qiáng)度：指長期荷載（應(yīng)變速率小于10-6/S）作用下的巖石強(qiáng)度。趨于穩(wěn)定蠕變：即在較小的恒定荷載作用下，變形隨時(shí)間增長，但變形速率隨時(shí)間遞減，最終趨于穩(wěn)定。非趨于穩(wěn)定蠕變：當(dāng)巖石受恒定荷載超過某一極限時(shí)，變形隨時(shí)間不斷增長而最終導(dǎo)致破壞。蠕變四階段：1.瞬時(shí)變形，稱瞬時(shí)蠕變。2.第一階段蠕變，又稱

5、初始蠕變或阻尼蠕變.3.第二階段蠕變，又稱等速蠕變。4.第三階段蠕變又稱加速蠕變。極限長期強(qiáng)度：應(yīng)力小于某一臨界值時(shí)，無論應(yīng)力作用時(shí)間多長，巖石也不會(huì)破壞。歐幾里德體：剛性固體，它是任何荷載作用下沒有變形的固體?；⒖梭w：完全彈性固體，服從虎克定律，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。牛頓體：理想粘帶液體，服從牛頓的粘滯定律應(yīng)力與應(yīng)變率成正比。圣維南體：完全塑性體，模型為一對(duì)摩擦接觸的摩擦片。結(jié)構(gòu)面的力學(xué)特征：取決與結(jié)構(gòu)面的膠結(jié)充填情況，結(jié)構(gòu)面的形狀及貫通性。1.平直光滑無充填結(jié)構(gòu)面；2.粗糙起伏無充填結(jié)構(gòu)面；3.非貫通斷續(xù)結(jié)構(gòu)面。；4.軟弱物質(zhì)填充的軟弱結(jié)構(gòu)面。剪漲：由于滑動(dòng)，將使結(jié)構(gòu)面張開，發(fā)生膨脹的現(xiàn)象。剪

6、漲角：剪切時(shí)剪切位移之軌跡于水平線之夾角。節(jié)理巖體破壞方式：1.軸向劈裂。2.沿結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)破壞。3.切穿巖石材料，在高圍壓情況下，形成共軛剪切面破壞。4.部分沿結(jié)構(gòu)面，部分切巖石材料剪切破壞。5.裂隙發(fā)生擴(kuò)展,張開，使巖體發(fā)生松脹破壞。強(qiáng)度準(zhǔn)則（破壞判據(jù)）：表征巖石破壞條件的函數(shù)（應(yīng)力及應(yīng)變函數(shù)）強(qiáng)度理論：所有研究巖石破壞的原因、過程及條件的理論。莫爾強(qiáng)度理論：材料達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，某剪切面上的剪切應(yīng)力達(dá)到一個(gè)取決于正應(yīng)力與材料性質(zhì)的最大值。格里菲斯強(qiáng)度理論：在某種情況下，應(yīng)力集中產(chǎn)生的應(yīng)力達(dá)到所加應(yīng)力的100倍時(shí)，材料的破壞不是受本身的強(qiáng)度控制，而是取決于材料內(nèi)部裂紋周圍的應(yīng)力狀態(tài)。裂紋尖端附

7、近應(yīng)力假設(shè)：1.巖體內(nèi)的裂紋形狀是一個(gè)很扁平的橢圓。2.巖石性質(zhì)的局部變化忽略不計(jì)。3.巖體內(nèi)裂紋與裂紋之間相互不發(fā)生影響。4.橢圓形裂紋周圍的應(yīng)力系統(tǒng)作為平面問題處理。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(dòng)破壞，進(jìn)而引起施加于支護(hù)襯砌上的壓力圍巖壓力分類：形變圍巖壓力、塌落圍巖壓力、塊體滑落圍巖壓力。圍巖：把應(yīng)力重分布影響范圍內(nèi)的巖體。圍巖應(yīng)力：圍巖內(nèi)的應(yīng)力。天然應(yīng)力：人類工程活動(dòng)之前存在于巖體中的應(yīng)力。自重應(yīng)力：由巖體的自重所引起的應(yīng)力。它在空間有規(guī)律的分布狀態(tài)稱 為自重應(yīng)力場。應(yīng)力重分布：硐室開挖后，周圍的巖石在一般情況（即側(cè)壓力系數(shù)小于3）下必然在徑向發(fā)生伸長

8、變形，在切向發(fā)生壓縮變形，這就使得原來徑向上的壓縮應(yīng)力降低，切向上的壓縮升高，而這種降低和升高的程度隨著遠(yuǎn)離硐壁逐漸減弱，到達(dá)一定距離后基本無影響。側(cè)壓力系數(shù)<1，硐側(cè)壁的應(yīng)力集中程度比硐頂大；當(dāng)<1/3時(shí)，硐頂將出現(xiàn)拉伸應(yīng)力；>1時(shí)，硐頂?shù)膽?yīng)力集中程度比硐側(cè)壁高；>3時(shí)在硐側(cè)壁將出現(xiàn)拉伸應(yīng)力。彈性抗力系數(shù)K：圍巖向外產(chǎn)生一個(gè)單位徑向壓縮變形所需的壓力值。K越大，圍巖承受內(nèi)水壓力越高。單軸抗壓強(qiáng)度：在單向壓縮條件下，巖塊能承受的最大壓應(yīng)力。穩(wěn)定性系數(shù)：時(shí)滑動(dòng)面上可利用的抗剪力與維持平衡所需要的極限抗剪力之比值。用他來說明相對(duì)給定滑動(dòng)面的巖

9、體穩(wěn)定程度。RQD值：大于10cm的巖芯累計(jì)長度與鉆孔進(jìn)尺長度之比的百分?jǐn)?shù)。重力壩失穩(wěn)可歸納為表層滑動(dòng)、深層滑動(dòng)、混合滑動(dòng)。就其力學(xué)機(jī)制而言，斜坡破壞的類型，不外分為拉斷破壞和剪切破壞，以前者為主的破壞稱為崩塌，以后者為主的稱為滑坡。表征巖石抗剪強(qiáng)度的基本指標(biāo)是內(nèi)聚力C和內(nèi)摩擦角。測定巖石抗拉強(qiáng)度的方法有直接拉伸法和間接法RMR分類依據(jù)的分類指標(biāo)為巖塊強(qiáng)度、RQD值、節(jié)理間距、節(jié)理?xiàng)l件和地下水條件從力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，巖石的脆性破壞有拉張破壞和剪破壞兩種.巖體天然應(yīng)力的測量方法主要有應(yīng)力恢復(fù)法、套心法和水壓致裂法。按邊坡巖體中滑動(dòng)面形態(tài)、數(shù)目及組合關(guān)系，把邊坡巖體破壞類型劃分為圓弧破壞、平面破壞、

10、鍥體破壞和傾覆破壞四種。結(jié)構(gòu)面按地質(zhì)成因可分為 原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面和次生結(jié)構(gòu)面。表征巖石變形性質(zhì)的基本指標(biāo)是變形模量和泊松比。試述巖塊的典型應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^程曲線變形階段劃分和體特點(diǎn)：1、o-a段，巖石的應(yīng)力一軸向應(yīng)變(a)曲線微呈凹形，巖石的應(yīng)力橫向(c)應(yīng)變曲線陡，體積隨壓力增加而壓縮。2、a-b段，巖石的應(yīng)力軸向應(yīng)變曲線近呈直線，b點(diǎn)的應(yīng)力值比例（彈性）極限。3、b-c段，曲線由b點(diǎn)開始偏離直線，特別是V曲線，其斜率隨增大而變陡直至相反，巖石體積由壓縮變?yōu)榕蛎?。C點(diǎn)的應(yīng)力值稱屈服極限。4.c-d段a曲線斜率迅速減小，巖石體積膨脹加速，變形隨應(yīng)力迅速增長。至d點(diǎn)，應(yīng)力達(dá)最大值。D點(diǎn)的應(yīng)力

11、值稱峰值強(qiáng)度或單軸極限抗壓強(qiáng)度。5.d點(diǎn)以后巖石并不是完全拾取承載力，而是保持較小的數(shù)值，即為殘余強(qiáng)度。簡述圍壓對(duì)強(qiáng)度、變形有什么影響強(qiáng)度：隨圍壓的增大，巖石三軸極限強(qiáng)度也增大。 但增大速率因巖性不同而異。脆性破壞的巖石，其極限強(qiáng)度隨圍壓增長很快，多呈直線關(guān)系，而延性破壞的巖石，極限強(qiáng)度隨圍壓增長緩慢。變形：對(duì)高強(qiáng)度堅(jiān)硬致密的巖石，彈性模量并不因?yàn)閲鷫旱牟煌忻黠@的變化。對(duì)巖性較弱的巖石，由于巖石原來具有較多空隙，在圍壓作用下，空隙閉合而使巖石剛度加大。試分析巖體變形結(jié)構(gòu)效應(yīng)的影響因素？結(jié)構(gòu)面方向的影響：主要表現(xiàn)在巖體的變形因結(jié)構(gòu)面與作用方向之間角度的不同而不同。結(jié)構(gòu)面性質(zhì)的影響：結(jié)構(gòu)面本身

12、的特性，如張開程度、填充程度、填充物性質(zhì)等，對(duì)巖體變形特性有影響，結(jié)構(gòu)面性質(zhì)不同，影響程度也不同。結(jié)構(gòu)面密度的影響：由實(shí)驗(yàn)證明，結(jié)構(gòu)面密度對(duì)巖體變形有影響。結(jié)構(gòu)面組合方式影響：巖體中存在兩組以上結(jié)構(gòu)面時(shí)，結(jié)構(gòu)面排列組合方式不同，對(duì)巖體變形性質(zhì)也有較大影響。粗糙起伏結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度有什么基本特點(diǎn)？規(guī)則鋸齒狀結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度：1：正應(yīng)力較小時(shí)，發(fā)生剪漲現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度較小，由于運(yùn)動(dòng)方向與剪力方向偏離：=tg（b+i）2：正應(yīng)力較大時(shí)，不再發(fā)生剪漲現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度不再取決于鋸齒表面的摩擦阻力，是由結(jié)構(gòu)面兩壁巖石的抗剪強(qiáng)度決定：=tg+c二不規(guī)則起伏結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度：受結(jié)構(gòu)面粗糙度，結(jié)構(gòu)面所受

13、正應(yīng)力大小，及結(jié)構(gòu)面兩壁巖石的影響。普氏理論：前提是假設(shè)硐室圍巖為幾乎無粘聚力的松體，以及硐室上方能形成穩(wěn)定的壓力拱。問題(1)普氏理論將巖體看作為散體，而絕大多數(shù)巖體的實(shí)際情況并 非如此。 只是某些斷裂破碎帶或強(qiáng)風(fēng)化帶中的巖體才免強(qiáng)滿足這種假 定條件； (2)在普氏理論中， 引進(jìn)了巖體的堅(jiān)固系數(shù) f 的概念。 可知，f 為正應(yīng)力的函數(shù)，而并非巖體的特性參數(shù)，此外也無法通 過實(shí)驗(yàn)來確定 f 值； (3)據(jù)普氏理論，硐室頂部中央圍巖壓力最大，但是許多工程的 實(shí)際頂壓根本不是這樣的，其最大頂壓常常偏離拱頂。這種現(xiàn)象是普 氏理論難以解釋的； (4)普氏理論表明，硐室圍巖壓力只與其跨度有關(guān)，而與斷面形

14、 式、上覆巖層厚度，以及施工的方法、程度和進(jìn)度等均無關(guān)。這些均 與事實(shí)不完全相符。 以上問題的出現(xiàn)均是由于普氏理論提出的假定條件與實(shí)際不符莫爾強(qiáng)度理論基本理論依據(jù)與適用條件：材料達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，某剪切面上的剪應(yīng)力達(dá)到一個(gè)取決于正應(yīng)力與材料性質(zhì)的最大值。也就是說，當(dāng)巖石中某一平面上的剪應(yīng)力超過該面上的極限剪應(yīng)力值時(shí)，巖石破壞。而這一極限剪應(yīng)力值，又是作用在該面上法向壓應(yīng)力的函數(shù)，即=f()。適用于塑性材料也適用于脆性材料的 剪切破壞。格里菲斯強(qiáng)度理論的基本要點(diǎn)：即使像玻璃那樣的脆性材料，其內(nèi)部都含有潛在的裂紋，如果施加外力，在裂紋的周圍將引起極大的應(yīng)力集中。在某種情況下，應(yīng)力集中產(chǎn)生的應(yīng)力達(dá)到所

15、加應(yīng)力的100倍時(shí)，材料的破壞不是受本身的強(qiáng)度控制，而是取決于材料內(nèi)部裂紋周圍的應(yīng)力狀態(tài)。破壞準(zhǔn)則：裂紋擴(kuò)展的能量準(zhǔn)則：裂紋引起的應(yīng)力集中聚積起來的彈性勢能大于使材料沿裂紋開裂擴(kuò)展必須的阻力功時(shí)，材料將沿裂紋開裂。裂紋擴(kuò)展的應(yīng)力準(zhǔn)則：有裂紋的物體受力后，在裂紋的端部或附近由于應(yīng)力集中將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，裂紋就擴(kuò)展，并傳播擴(kuò)大。試述巖體中水平天然應(yīng)力基本特點(diǎn)答：1.巖體中水平天然應(yīng)力以壓應(yīng)力為主，出現(xiàn)拉應(yīng)力者甚少，且多具局部性質(zhì)。2.大部分巖體中的水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力。3.巖體中兩個(gè)水平應(yīng)力hmax和hmin通常都不相等。4.在單薄的山體、谷坡附近以及未受構(gòu)造變動(dòng)的

16、巖體中，天然水平應(yīng)力均小于垂直應(yīng)力。在很單薄的山體中，甚至可出現(xiàn)水平應(yīng)力為0的情況。坡體內(nèi)應(yīng)力特征：1，無論什么樣的天然應(yīng)力場，斜坡在成坡過程中，由于應(yīng)力重分布的結(jié)果，主應(yīng)力跡線發(fā)生了明顯偏轉(zhuǎn)，表現(xiàn)為愈接近于臨空面。最大主應(yīng)力愈近于平行臨空面，最小主應(yīng)力則與臨空面正交。2，由于應(yīng)力重分布的結(jié)果，在臨空面附近發(fā)生了應(yīng)力集中，即平行于臨空面的應(yīng)力（相當(dāng)于切向應(yīng)力）顯著升高，在斜坡表面為最高，向內(nèi)逐漸減少；垂直于臨空面的應(yīng)力（相當(dāng)于徑向應(yīng)力）顯著降低，在斜坡面附近最低，達(dá)到零或出現(xiàn)拉伸應(yīng)力，向內(nèi)逐漸升高。由此可看出這個(gè)部位是應(yīng)力差最大、最易發(fā)生剪切破壞的部位。主應(yīng)力轉(zhuǎn)為拉伸應(yīng)力的地方，則易出現(xiàn)拉伸破壞。3，由于主應(yīng)力跡線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最大剪應(yīng)力跡線也變?yōu)榘枷蚺R空面的弧形形狀。4，在臨空面附近巖體近乎處于單向應(yīng)力狀態(tài)（相當(dāng)于圍巖應(yīng)力中的切向應(yīng)力，硐壁上徑向應(yīng)力r=0），向內(nèi)逐漸過渡為三向應(yīng)力狀態(tài)。列出巖石破壞判據(jù)（不少于3種）的名稱及其適用條件。張破壞判據(jù)：受單向壓力的巖體，如礦柱