巖石力學知識要點

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上巖石力學知識要點第一章1、 巖石：經(jīng)過地質作用而天然形成的（一種或多種）礦物集合體2、 巖體：在一定的地址條件下，含有諸如裂隙、節(jié)理、層理、斷層等不連續(xù)結構面組成的現(xiàn)場巖石，它是一個復雜的地質體3、 巖石力學研究的基本內容： 基本理論：巖體地應力、巖體強度、巖體變形、裂隙水力學 材料試驗：現(xiàn)場試驗和室內試驗 工程應用：邊坡工程、地下洞室、壩基穩(wěn)定第二章1、巖石的裂隙連通率：巖裂隙面方向（a為裂隙面長度，b為巖橋長度）2、橫管各向異性：同一層面內力學性質相同，而不同層面內力學性質有差異的性質3、巖石的物理性質指標：（1）孔隙率：巖石內空隙體積與總體積之比， （2）吸水率

2、： 自然吸水率：巖石在常溫下浸水48小時后巖體內的含水量與巖石干重量的比值 飽和吸水率：巖樣在強制狀態(tài)下（真空、煮沸或高壓下）巖樣最大吸水量與巖石干重量的比值（3）軟化系數(shù)：巖石試件的飽和抗壓強度與干抗壓強度的比值，用表示，4、巖石的滲透系數(shù)：受承壓水作用的巖體，在節(jié)理裂隙等結構面上將產生滲流，其滲透性大小工程上一般用滲透系數(shù)k表示（cm/s）注意：k不僅與巖體性質有關，還與巖體的應力狀態(tài)有關，即拉壓有關。 當外壁水壓力大于內壁水壓力時，水從外壁流向內壁，巖樣受壓 當內壁水壓力大于外壁水壓力時，水從內壁流向內壁，巖樣受拉一般來說>5、巖體質量指標RQD值的概念：6、巖體分類應考慮的因素：

3、巖塊強度、RQD值、節(jié)理間距、節(jié)理條件及地下水第三章1、巖石的三種破壞形式及特征？脆性破壞：發(fā)生破壞時變形很小，明顯聲響，一般發(fā)生單軸或者是地圍壓堅硬巖石（巖爆）延性破壞（塑性破壞）：破壞時變形較大，有明顯的“剪脹效應”，一般發(fā)生在較軟弱巖石或者是高圍壓堅硬巖石弱面剪切破壞：巖層中存在節(jié)理、裂隙、層理、軟弱夾層等軟弱結構面，巖層整體性受到破壞，在外荷載作用下當結構面上的剪應力大于該面上的強度時，巖體發(fā)生沿弱面的剪切破壞2、巖石的抗剪斷強度、抗剪強度的概念： 抗剪強度：巖石沿原生結構面或已被剪斷的結構面剪切滑動時的“摩擦阻力” 抗剪斷強度：完整巖塊、巖石被剪斷時表現(xiàn)出的“抵抗剪切破壞”的強度3、

4、巖石的單軸抗壓、抗拉、抗剪強度的概念： 單軸抗壓強度：巖石試件在單軸壓力（無圍壓而軸向加壓力）下抵抗破壞的極限能力或極限強度，數(shù)值上等于破壞時的最大壓應力 抗拉強度：巖石的抗拉強度是指巖石試件在單向拉伸條件下試件達到破壞的極限值，它在數(shù)值上等于破壞時的最大拉應力。 巖石的抗剪強度：就是巖石抵抗剪切滑動的能力，它是巖石力學中需要研究的最重要指標之一，往往比抗壓和抗拉強度更有意義4、圍壓對巖石（巖體）的影響：巖石的強度隨著圍壓的增加而增加，巖石的性狀隨著圍壓的增加而由脆性轉換為延性5、根據(jù)M-C強度條件推證巖石的單軸抗壓強度、抗拉強度分別為： 推證：設滑動面與大主應力的夾角為，則有： 由M-C強度

5、準則知：，將及 帶入其中可得： 對于破壞面有，上式可寫為： 單軸壓力作用下有： 帶入其中可得 單軸拉力作用下有: 帶入其中可得6、說明格里菲斯強度理論的基本觀點和推導思路：（1）基本觀點：格里菲斯人為材料內部存在著許多細微裂隙，在力的作用下，這些細微裂隙的周圍特別是縫端，可以產生應力集中現(xiàn)象。材料的破壞往往從縫端開始，裂縫擴展，最后導致材料的完全破壞，屬于微觀強度理論。（2）推導思路：從巖石中取出任一條裂縫，簡化為橢圓裂紋（長軸a、短軸b）， 外部應力場1、 3；分析裂紋周邊的切向應力b，取bmax；求危險裂紋方向（從若干條裂紋中挑出最危險裂紋）；與材料參數(shù)建立聯(lián)系，導出強度準則；7、說明巖石

6、強度的主要因素：礦物成分：造巖礦物強度越高，顆粒級配越好，巖石強度就越高節(jié)理裂隙發(fā)育程度：節(jié)理裂隙越發(fā)育，巖石強度越低圍壓水平加荷速度：速度越快，強度越高含水率：含水率越大，強度越低層面方向8、說明巖體中軟弱結構面的強度分析方法：9、說明巖石抗剪強度巴頓公式中各符號的含義及如何取值？ JRC節(jié)理（結構面）粗糙系數(shù)，介于020之間，由實測起伏狀態(tài)，十條標準剖面對比確定裂隙面圍巖的抗壓的強度節(jié)理（結構面）基本摩擦角（光面摩擦角）節(jié)理（結構面）的法向應力節(jié)理（結構面）的抗剪強度第四章1、巖石的彈性、塑性、粘性變形的概念彈性變形：荷載卸去后，變形可恢復。包括線性和非線性（彈性后效，粘彈性）塑性變形：荷

7、載卸去后，變形不能全部恢復，殘留一部分永久變形。粘性變形：荷載一定，變形隨時間t增加而增加。2、巖石的曲線一般包括哪幾個階段？其變形特征如何？ OA段壓密階段：巖體中細微裂隙受壓閉合OB段線彈性階段：卸載后變形可恢復，巖石顆粒變形BC段強化階段：卸載后變形不能完全恢復CD段軟化階段：，強度下降，塑性變形比重大3、巖石的彈模、變模切線、割線的概念？（1）彈性模量：是指單軸受力時正應力與彈性正應變e之比 分為： 初始彈性模量：曲線上零荷載時的切線斜率 切線彈性模量：曲線在某點處切線斜率，隨應力狀態(tài)變化 平均彈性模量：曲線近乎直線段的平均斜率 割線彈性模量：原點與曲線上某點連線的斜率（2）變形模量：

8、巖石的變形模量是以正應力與總應變(為彈性應變e與塑性應變p之和的比值表示4、巖石的彈性抗力系數(shù)和單位彈性抗力系數(shù)的概念？ 彈性抗力系數(shù)：用以表示巖石反力（彈性抗力）大小的系數(shù)，其物理意義是：使隧洞周圍的巖石達到一個單位變形時所需要的壓力大小 單位彈性抗力系數(shù)：隧洞半徑D=1m時，產生單位位移所需的壓力，5、動彈模概念及與靜彈模的關系？ 概念：通過激振（地震波、聲波等）巖石的方式，測定彈性介質（巖體中）的波速，并換算得到的巖體彈性模量稱為動彈模，用表示與靜彈模的關系：用動力法測得的彈性模量比靜彈模要大，一般動彈模Ed=(1.02.56)靜彈模Es ，工程上一般取Ed=1.3 Es6、巖石蠕變概念

9、及三種蠕變類型？（初期、恒速、加速）巖石蠕變：指巖石在應力恒定情況下，應變隨時間增長的特性 初期蠕變：應變時間曲線向下彎曲，蠕變速率遞減，變形可完全恢復 恒速蠕變：曲線有近似不變的斜率，單位時間應變增加相同，變形部分可恢復 加速蠕變：蠕變速率不斷增大，變形破壞7、試寫出馬克思威爾和凱爾文蠕變模型的微分形式本構關系？ 馬克思威爾模型 凱爾文模型馬克思威爾模型： 凱爾文模型： 彈性元件與粘性元件串聯(lián)，有： 彈性元件與粘性元件并聯(lián)，有 而 或者或者第五章1、巖體地應力二次應力概念？由于人類活動（工程開挖，修建建筑物）影響一定范圍的天然應力，這種巖體被撓動后的應力稱為“重分布應力”或“二次應力”2、說

10、明形成巖體地應力的主要力源，以及影響地應力分布的主要因素？ 主要力源：自重應力和構造應力影響巖體天然應力大小和分布規(guī)律的因素很多，主要有巖體自重（自重應力）、地質構造運動（構造應力）等；此外，成巖過程中的物理化學變化、地形地貌、地溫梯度巖體特性等均對巖體天然應力有不同程度的影響。3、結合圖說明應力解除法和應力恢復法的基本原理？應力解除法基本原理：（共同點）通過解除巖體中應力量測孔徑（孔底、孔壁）變形（應變）利用彈性理論反求外部釋放應力（地應力） 應力恢復法示意圖應力恢復法基本原理：在量測部位磨平貼應力片初始讀數(shù)；開挖（沿與待測主應力垂直方向開槽）地應力釋放應變增加；利用扁千斤頂反向加壓（應力恢

11、復）使應變讀數(shù)恢復至初始讀數(shù)地應力反向油壓4、掌握條件下圓孔周邊上的切向應力集中程度，橢圓洞室與a，b的關系？ (1) 時， 時， 從以上可以看出：洞壁處有較大的切向應力， 從以上可以看出：圍巖中的徑向應洞室邊界附近產生應力集 力均小于巖體中中現(xiàn)象 的初始應力 圍巖中的切向應力均大于巖體中 的初始應力 若令帶入，則有(2)，洞頂受拉；洞頂受壓 ，拱腰受拉；拱腰受壓 設計中可以根據(jù)通過調整長短軸之比使橢圓洞室切向均勻受力5、地下洞室軸線及體形與地應力特征的關系，地下洞室?guī)r壁穩(wěn)定性如何判定？如何確定支護力？第六章1、山巖壓力的概念（松動、變形）？把由于地下洞室開挖形成的圍巖變形或破壞，且作用于襯砌

12、（支護）上的壓力，稱為山巖壓力，包括松動和形變壓力2、影響山巖壓力的主要因素？初始地應力洞室的形狀及大小巖體質量支護剛度和時間施工方法洞室埋深圍巖彈性變形圍巖塑性變形3、說明普氏壓力拱理論的基本觀點及巖石堅固系數(shù)的概念？普氏認為：巖體內總是有許多大小的裂隙、層理、節(jié)理等軟弱結構面，將巖體切割成各種大小的塊體，破壞巖體的完整性，造成松動性。可以把洞室周圍的巖體看成沒有凝聚力的大塊散粒體。但實際上巖石是有凝聚力的，因此用增大內摩擦系數(shù)的方法來補償這一因素實際上巖石存在凝聚力，一般采用增大內摩擦系數(shù)的方法來補償這一因素，這個增大的內摩擦系數(shù)稱為巖石的堅固系數(shù)，用表示。4、結合圍巖壓力芬納公式，說明噴

13、錨支護的原理？芬納公式：原理：洞室開挖后，圍巖應力重分布而逐漸進入塑性平衡狀態(tài)，塑性區(qū)不斷擴大，洞室周界的位移量也隨著塑性圈的擴大而增長。設置襯砌、支護、支撐以及灌漿的目的，就是要給予洞室圍巖一個反力，阻止圍巖塑性圈的擴大和位移量的增長，以保證巖體在某種范圍內的的穩(wěn)定。如果及時進行襯砌支護或噴錨支護，則其與圍巖要產生共同變形，在洞室開挖后及時向圍巖表面噴一層砼，必要時增設部分錨筋，從而及時有效地控制和調整圍巖變形和應力重分布范圍，充分發(fā)揮圍巖的自承能力，達到安全和經(jīng)濟的支護目的。5、說明噴錨支護的設計原則？ 整體圍巖：巖壁表層噴薄層砼防止風化（巖體出現(xiàn)破碎）；在主應力區(qū)布置預應力錨桿；以減小拉

14、應力水平，或轉化為壓應力；錨桿長度穿過拉應力區(qū)，錨固至壓力區(qū) 快狀圍巖：控制巖塊穩(wěn)定的關鍵塊體重點加固（錨桿、噴砼）錨桿加固圍巖裂隙面；噴砼層支護危石 層狀圍巖：洞室開挖后由層面粘結強度很低，洞頂塌落；采用錨桿形成“組合梁”保持穩(wěn)定；增加層間握裹力，切向摩擦力 軟弱圍巖：應考慮圍巖在壓應力作用下的剪切破壞第八章1、結合圖說明壩基深層抗滑穩(wěn)定分析方法：抗力體極限平衡法等K法不平衡推力法的概念及計算思路？Page186189第九章 巖坡穩(wěn)定分析1、巖質邊坡的特點？巖質邊坡不同于一般的土質邊坡，其特點是巖體結構復雜、斷層、節(jié)理、裂隙互相切割，塊體極不規(guī)則，巖坡的穩(wěn)定性主要由結構面產狀及組合形式控制。2、影響巖質邊坡穩(wěn)定的主要因素？巖體結構（控制性結構面）降雨：結構面強度參數(shù)降低；滲透壓力地震開挖，爆破蓄水3、熟悉單一平面滑動巖坡的穩(wěn)定分析方法？剛體極限平衡法將結構切割巖體視為剛體，按MC準則，指定滑面進行強度校核有限元法（數(shù)值分析方法）赤平