采礦輔修巖體力學(xué)知識點

1、1巖石力學(xué)：巖石力學(xué)是研究巖石的力學(xué)性質(zhì)的一門理論和應(yīng)用科學(xué)，是探討巖石對周圍 物理環(huán)境中力場的反應(yīng)。2、流變現(xiàn)象：材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與時間因素有關(guān)的性質(zhì)，稱為流變性。材料變形過程中具 有時間效應(yīng)的現(xiàn)象，稱為流變現(xiàn)象。3、流變的種類：蠕變應(yīng)力不變，應(yīng)變隨時間增加而增長松弛 應(yīng)變不變，應(yīng)力隨時間增加而減小彈性后效 加載或卸載時，彈性應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象4、 聲發(fā)射材料在受到外載荷作用時，其內(nèi)部貯存的應(yīng)變能快速釋放產(chǎn)生彈性波，發(fā)生聲響, 稱為聲發(fā)射。5、巖石密度：是指單位體積的巖石（包括空隙）的質(zhì)量。視密度與巖石的空隙和吸水多少 有關(guān)。6、 巖石的碎脹性和壓實性：巖石破碎后，在其自重和外加載荷的作

2、用下會逐漸壓實，體積 隨之減少，碎脹系數(shù)比初始破碎時相應(yīng)地變小。矸石壓實度與壓應(yīng)力關(guān)系曲線（張吉雄，2008）（b ）掘進矸石7、巖石的吸水性：巖石的吸水性是指遇水不崩解的巖石在一定的試驗條件下（規(guī)定的試樣 尺寸和試驗壓力）吸入水分的能力。自然吸水性是指試件在大氣壓力作用下吸入水分的質(zhì)量與試件的干質(zhì)量之比。單位：。強制吸水性是指試件在真空或加壓（一般為15MPa）條件下吸入水分的質(zhì)量與試件的干質(zhì)量之比，它也稱飽和吸水率。，單位：。8巖石的透水性：巖石的透水性是巖石能被水透過的性能。巖石的透水性通常用滲透系數(shù)K表示。9、掩飾的軟化性：巖石的軟化性是巖石浸水后其強度明顯降低的現(xiàn)象。巖石的軟化系數(shù)是

3、指水飽和巖石試件的單向抗壓強度與干燥巖石試件單 向抗壓強度之比。掩飾的膨脹性：巖石的膨脹性是巖石遇水后產(chǎn)生體積增大的現(xiàn)象。巖石的膨脹性可以用膨脹力和膨脹率表示。10、巖石的單軸抗壓強度：巖石在單軸壓縮荷載作用下達到破壞前所能承受的最大壓應(yīng)力稱 為巖石的單軸抗壓強度或稱為非限制性抗壓強度11端部效應(yīng)：圓柱形破壞柱狀劈裂破壞消除方法：潤滑試件端部（如墊云母片；涂黃油在端部）加長試件12、巖石單軸抗拉強度巖石在單軸拉伸荷載作用下達到破壞時所能承受的最大拉應(yīng)力稱為 巖石的單軸抗拉強度 (Te nsile stre ngth),。13、 抗剪切強度巖石在剪切荷載作用下達到破壞前所能承受的最大剪應(yīng)力稱為巖

4、石的抗剪 切強度14、 三軸抗壓強度巖石在三向壓縮荷載作用下，達到破壞時所能承受的最大壓應(yīng)力稱為巖 石的三軸抗壓強度15、 彈性(elasticity):物體在受外力作用的瞬間即產(chǎn)生全部變形，而去除外力(卸載)后又能立即恢復(fù)其原有形狀和尺寸的性質(zhì)稱為彈性。16、塑性(plasticity):物體受力后產(chǎn)生變形，在外力去除(卸載)后變形不能完全恢復(fù) 的性質(zhì)，稱為塑性。17、黏性(viscosity)物體受力后變形不能在瞬時完成，且應(yīng)變速率隨應(yīng)力增加而增加的 性質(zhì)，稱為粘性。18、脆性(brittle):物體受力后，變形很小時就發(fā)生破裂的性質(zhì)。在外力作用下只發(fā)生塑性變形的物體，稱為理想塑性體。佃、

5、延性(ductile):物體能承受較大塑性變形而不喪失其承載力的性質(zhì)，稱為延性。20、 彈性模量：直線的斜率，也即應(yīng)力(T )與應(yīng)變(£ )的比率被稱為巖石的彈性模量， 記為E。21、 切線模量、初始模量和割線模量：由于應(yīng)力一應(yīng)變是一曲線關(guān)系，所以這里沒有唯一的模量。但對于曲線上任一點的值，都有一個。譬如對應(yīng)于P點的值，切線模量就是P點在曲線上的切線 PQ的斜率Et，曲線原點處的切線斜率Eo即為初始模量，而割線模量就是割線OP的斜率Es，通常取d c/2處的割線模量。Et = d d /d £ ;Es = d / £22、作巖石應(yīng)力一應(yīng)變?nèi)^程曲線示意圖，并簡述各

6、個階段特點？四個區(qū)段：在 0A區(qū)段內(nèi)，該曲線稍微向上彎曲；在AB區(qū)段內(nèi)，很接近于直線；BC區(qū)段內(nèi)，曲線向下彎曲，直至C點的最大值；下降段CD。第一區(qū)段屬于壓密階段， 這是由于細微裂隙受壓閉合造成的；第二區(qū)段AB相應(yīng)于彈性工作階段， 應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系曲線為直線；第三階段BC為材料的塑性性狀階段，主要是由于平行于荷載軸的方向內(nèi)開始強 烈地形成新的細微裂隙，B點是巖石從彈性轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄缘霓D(zhuǎn)折點，也就是所謂屈服點，相應(yīng)于該點的應(yīng)力 匚°稱為屈服應(yīng)力；最后區(qū)段 CD為材料的破壞階段， C點的縱坐標就是單軸抗壓強度Rc。23、作巖石蠕變的典型應(yīng)變一時間曲線，并簡述其特點？首先，在開始加載的瞬間，試件

7、立即產(chǎn)生一個瞬時的彈性應(yīng)變(圖中OA段)，這一段所經(jīng)時間極短，可看作與時間無關(guān)。 由A到B這一段應(yīng)變不斷增加，但應(yīng)變速率逐漸減小，故曲線是下凹型，AB段稱為過渡蠕變或第一階段蠕變 由B到C這一段應(yīng)變以恒定的速率 增長，故BC段稱為定常蠕變或第二階段蠕變，這個階段的時間延續(xù)最長。在C點以后應(yīng)變又加速增長，故曲線呈上凹型，當應(yīng)變達到某個數(shù)值D點時試件破壞，加速蠕變或第三階段蠕變。典型蠕變?nèi)齻€階段第一階段（a-b），減速蠕變階段：應(yīng)變速率隨時間增加而減小。第二階段（b-c），等速蠕變階段：應(yīng)變速率保持不變。第三階段（c-d）:加速蠕變階段：應(yīng)變速率隨時間增加而增加24、三軸壓縮條件下的巖石變形特征當

8、圍壓增大至50MPa時，巖石顯示出由脆性到塑性轉(zhuǎn)化的過渡狀態(tài)： 把巖石由脆性轉(zhuǎn)化為塑性的臨界圍壓稱為轉(zhuǎn)化壓力。圍壓增加到68.5MPa時，呈現(xiàn)出塑性流動狀態(tài)；圍壓增至165MPa時，試件承載力則隨圍壓穩(wěn)定增長，出現(xiàn)所謂應(yīng)變硬化現(xiàn)象。25圍壓對巖石變形的影響得出如下結(jié)論： 隨著圍壓的增大，巖石的抗壓強度顯著增加； 隨著圍壓的增大，巖石的變形顯著增大； 隨著圍壓的增大，巖石的彈性極限顯著增大； 隨著圍壓的增大，巖石的應(yīng)力一應(yīng)變曲線形態(tài)發(fā)生明顯改變；巖石的性質(zhì)發(fā)生了變化：由彈脆性t彈塑性t應(yīng)變硬化。26、巖石的擴容體積應(yīng)變曲線可以分為三個階段： 體積變形階段體積應(yīng)變在彈性階段內(nèi)隨應(yīng)力增加而呈線性變化

9、（體積減?。诖穗A段內(nèi)，軸向壓縮應(yīng)變大于側(cè)向膨脹。稱為體積變形階段。在此階段后期，隨應(yīng)力增加，巖 石的體積變形曲線向左轉(zhuǎn)彎，開始偏離直線段，出現(xiàn)擴容。在一般情況下，巖石開始出現(xiàn)擴容時的應(yīng)力約為其抗壓強度的1/31/2左右。 體積不變階段 在這一階段內(nèi)，隨著應(yīng)力的增加，巖石雖有變形，但體積應(yīng)變增量近 于零，即巖石體積大小幾乎沒有變化。在此階段內(nèi)可認為軸向壓縮應(yīng)變等于側(cè)向膨脹，因此稱為體積不變階段。 擴容階段當外力繼續(xù)增加，巖石試件的體積不是減小，而是大幅度增加，且增長速率越來越大，最終將導(dǎo)致巖石試件的破壞，這種體積明顯擴大的現(xiàn)象稱為擴容，此階段稱為擴容階段。在此階段內(nèi)，當試件臨近破壞時，兩側(cè)向

10、膨脹變形之和超過最大主應(yīng)力方向上的壓縮變 形值。這時，巖石試件的泊松比已經(jīng)不是一個常量。27、構(gòu)造應(yīng)力的特點：(1) 以水平壓應(yīng)力為主；(2) 分布不均勻；(3) 具有明顯方向性；(4) 在堅硬巖層中出現(xiàn)較普遍28、淺部地殼應(yīng)力分布的一些基本規(guī)律1) 、地應(yīng)力是一個具有相對穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應(yīng)力場.它是時間和空間的函數(shù)。地應(yīng)力在絕大部分地區(qū)是以水平應(yīng)力為主的三向不等壓應(yīng)力場。三個主應(yīng)力的大小和方向是隨著空間和時間而變化的，因而它是個非穩(wěn)定的應(yīng)力場。地應(yīng)力在空間上的變化，小范圍來看是不斷變化的，但就某個地區(qū)來講，地應(yīng)力的變化不大。在地震活動頻繁的地區(qū)， 地應(yīng)力的大小和方向隨時間變化明顯。2) 、實測

11、垂直應(yīng)力基本等于上層巖層的重量。在世界多數(shù)地區(qū)并不存在真正的垂直應(yīng)力，即沒有一個主應(yīng)力的方向完全與地表垂直。 但在絕大多數(shù)測點都發(fā)現(xiàn)確有一個主應(yīng)力接近于垂直方向，其與垂直方向的偏差不大于200。這一事實說明，地應(yīng)力的垂直分量主要受重力的控制，但也受到其它因素的影響。3) 、水平地應(yīng)力普遍大于垂直地應(yīng)力。總結(jié)目前全世界地應(yīng)力實測的結(jié)果，說明在淺層地殼中平均水平應(yīng)力也普遍大于垂直應(yīng)力。垂直應(yīng)力在多數(shù)情況下為最小主應(yīng)力.較少數(shù)情況下為中間主應(yīng)力.只在個別情況下為最大主應(yīng)力。這再次說明，水平方向的構(gòu)造運動如板塊移動、碰撞對地殼淺層地應(yīng)力的形成起控制作用。4) 、平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值隨深度增加而

12、減小，但在不同地區(qū)，變化的速度很 不相同。5) 、最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力也隨深度呈線性增長關(guān)系。Stephansson方程：6) 、最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力之值一般相差較大，顯示出很強的方向性。7) 、地應(yīng)力的上述分布規(guī)律還會受到地形、地表剝蝕、風(fēng)化、巖體結(jié)構(gòu)持征、巖體力學(xué) 性質(zhì)、溫度、地下水等因素的影響，特別是地形和斷層的擾動影響最大。高地應(yīng)力區(qū)的若干特征(1) 巖芯餅化與地應(yīng)力差有關(guān)。餅狀巖芯即鉆探時取得的巖芯呈燒餅狀，一片片地破壞。(2) 地下峒室施工過程中出現(xiàn)巖爆、剝離。我國最大的煤與瓦斯突出：1975年發(fā)生在重慶天府三匯壩一礦，突出煤巖12780 t，瓦斯 1400 萬 m3。(3) 隧洞、巷道、鉆孔的縮徑現(xiàn)象。隧道、巷道、鉆孔的縮徑現(xiàn)象，即嚴重變形現(xiàn)象，是軟巖流變或柔性剪切破壞的結(jié)果。(4) 邊坡上出現(xiàn)錯動臺階在邊坡內(nèi)存在有軟弱夾層時，軟弱夾層的