巖石力學復習重點

word文檔可自由復制編輯1巖石力學與工程學科定義。巖石力學是一門認識和控制巖石系統(tǒng)的力學行為和工程功能的科學。2巖石力學與工程的任務、研究對象以及其研究范圍。3巖石力學與工程的研究方法。1)工程地質研究方法2）科學實驗方法3）數(shù)學力學分析方法4）整體綜合分析方法第一章巖石物理力學性質1巖石的物理性質（幾個重要概念：容重的測量方法P25\吸水率、抗凍性、軟化性）容重的測量方法：A、量積法測定巖石的容重B、水中稱重法測定巖石的容重C、蠟封法測定巖石的容重學性質。吸水率：巖石在一定條件下吸收水分的性能稱為巖石的吸水性?？箖鲂裕簬r石抵抗凍融破壞的性能稱為巖石的抗凍性。軟化性：巖石浸水后強度降低的性能稱為巖石的軟化性。2巖石的力1點荷載強度指標是一種最簡單的巖石強度試驗，其試驗所獲得的強度指標可用做巖石分級的一個指標，有時可代替單軸抗壓強度。巖石的抗剪切強度：巖石在在剪切荷載作用下達到破壞所能承受的最大剪應力稱為巖石的抗剪切強度。剪切強度試驗分為非限制性剪切強度試驗和限制性剪切強度試驗二類。2.試件在單軸壓縮狀態(tài)下的主要破壞形式1)X狀共軛斜面剪切破壞，是最常見的破壞形式。2)單斜面剪切破壞，這種破壞也是剪切破壞。3)塑性流動變形，線應變≥10％。4)拉伸破壞，在軸向壓應力作用下，在橫向將產生拉應力。這是泊松效應的結果。這種類型的破壞就是橫向拉應力超過巖石抗拉極限所引起的。3.用能量法解釋剛性實驗機的工作原理試件受壓，試驗機框架受拉，剛性試驗機4.全程應力應變三個用途1.預測巖爆2.預測蠕變破壞3.預測循環(huán)加載條件下巖石的破壞5.全程應力應變曲線及解釋

6.影響巖石力學的主要因素影響巖石力學性質的因素很多，如水、溫度、風化程度、加荷速率、圍壓的大小、各向異性等，對巖石力學性質都有影響。第二章巖體力學性質1.完整性系數(shù)、RQD、裂隙度及切割度完整性系數(shù)：又稱裂隙系數(shù)，為巖體與巖石的縱波速度之比的平方。RQD：將長度在10cm（含10cm）以上的巖芯累計長度占鉆孔總長的百分比，成為巖石質量指標。裂隙度：指沿取樣線方向單位長度上的節(jié)理數(shù)量。切割度：指巖體被節(jié)理割裂分離的程度。2.地應力對巖體力學性質的影響1)地應力影響巖體的承載能力2)地應力影響巖體的變形和破壞機制3)地應力影響巖體中的應力傳播法則3結構面力學性質的尺寸效應主要體現(xiàn)在哪些方面？①隨著結構面尺寸的增大，達到峰值強度時的位移量增大；=2\*GB3②由于尺寸的增加，剪切破壞形式由脆性破壞向延性破壞轉化；③尺寸加大，峰值剪脹角減小，④隨結構面粗糙度減小，尺寸效應也在減小。4工程巖體分級標準進行圍巖分級（計算）第三章地應力及其測試1地應力定義：地應力可以概要定義為存在于巖體中未受擾動的自然應力，或稱原巖應力。地應力的成因：1)地應力形成主要與地球的各種動力運動過程有關：板塊擠壓、地球旋轉、地心引力（重力場）等2)溫度不均、水壓梯度、地表剝蝕或其他物理化學變化等也可以引起相應的應力場，其中，構造應力場和重力應力場是地應力場的主要組成部分2.地應力基本分布規(guī)律1）地應力是一個具有相對穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應力場，它是時間和空間的函2）垂直應力隨深度的變化規(guī)律。垂直應力隨深度線性增加3）水平應力普遍大于垂直應力4）平均水平應力與垂直應力之比隨深度增加而減小，且趨近于15）最大和最小水平主應力也隨深度呈線性增長關系6）最大水平主應力與最小水平主應力之差隨深度增加而增大,一般差別很大。3.地應力測試方法分類測量手段：構造法、變形法、電磁法、地震法、放射性法。測量原理：直接測量：偏千斤頂法、剛性包體應力計法、水壓致裂法、聲發(fā)射法間接測量：全應力解除法、局部應力解除法、松弛應變測量法、孔壁崩落測量法、地球物理探測法4.扁千斤頂發(fā)測量步驟1)在準備測量應力的巖石表面，如地下巷道、硐室的表面，安裝二個測量柱，并用微米表測量二柱之間的距離。2)在與二測量柱對稱的中間位置向巖體內開挖一個垂直于測量柱連線的扁槽，槽的大小、形狀和厚度需和扁千斤頂相一致，一般槽的厚度為5—10mm，由盤鋸切割而成。由于扁槽的開挖，造成局部應力釋放并引起測量柱之間距離的變化，測量并記錄這一變化。3)將扁千斤頂完全塞入槽內，必要時需注漿將扁干斤頂和巖石膠結在一起。然后用電動或手動液壓泵向其加壓隨著壓力的增加，二測量柱之間的距離亦增加當二測量柱之間的距離恢復到扁槽開挖前的大小時，停止加壓，記錄下此時扁千斤頂中壓力該壓力稱為“平衡應力’或“補償應力”，等于扁槽開挖前表面巖體中垂直于扁千斤頂方向，也即平行于二測量柱連線方向的應力。5.聲發(fā)射測試原理。當需要測定巖體中某點的應力狀態(tài)時，人為的將該處巖體單元和周圍的巖體分離，此時，巖體單元上所受的拉力將被解除。同時，該單元體的幾何尺寸也將產生彈性恢復。應用一定的儀器，測定彈性恢復的應變值或變形值，并且認為巖體時連續(xù)、均質和各向同性的彈性體，于是就可以借助彈性理論的解答計算巖體單元所受的應力狀態(tài)。流程要點：切斷聯(lián)系、解除應力、應變恢復、測試應變、計算應力第四章巖石本構關系與強度理論1.庫倫準則固體內任一點發(fā)生剪切破壞時，破壞面上的剪應力(τ)應等于或大于材料本身的抗切強度(C)和作用于該面上由法向應力引起的摩擦阻力(σtgφ)之和。2.莫爾強度理論時，滑動平面上的剪應力達到一取決于正應力與材料性質的最大值，即。優(yōu)點：(1)適用塑性巖石及脆性巖石的剪切破壞；(2)反映巖石抗拉強度遠小于抗壓強度特性;(3)能解釋巖石在三向等拉時破壞，在三向等壓時不會破壞（曲線在受壓區(qū)不閉合）的特點。缺點:(1)忽略了中間主應力的影響，與試驗結果有一定的出入。(2)該判據(jù)只適用于剪破壞，受拉區(qū)的適用性還值得進一步探討，不適用于膨脹或蠕變破壞。3.格里菲斯強度理論脆性材料斷裂的起因是分布在材料中的微小裂紋尖端有拉應力集中。結論：(1)材料的單軸抗壓強度是抗拉強度的8倍，其反映了脆性材料的基本力學特征。(2)材料發(fā)生斷裂時，可能處于各種應力狀態(tài)。不論何種應力狀態(tài)，材料都是因裂紋尖端附近達到極限拉應力而斷裂開始擴展，即材料的破壞機理是拉伸破壞。新裂紋與最大主應力方向斜交，而且擴展方向會最終趨于與最大主應力平行。Griffith強度準則只適用于研究脆性巖石的破壞。Mohr-coulomb強度準則的適用性一般的巖石材料。第六章巖石地下工程1巖石地下工程：地下巖石中開挖并臨時或永久修建的各種工程。常見的地下工程:礦山坑道、鐵路及公路隧道、水工隧道、地下發(fā)電站廠房、地下鐵路及地下停車場、地下儲油庫及儲氣庫、地下彈道導彈發(fā)射井、地下飛機庫、地下核廢料密閉儲存庫等。2.維護巖石地下工程穩(wěn)定性的基本原則1.合理利用和充分發(fā)揮巖體強度1）把工程設計在巖石條件好的巖體中；2）避免巖石強度的損壞，如采用光面爆破等措施；3）充分發(fā)揮圍巖的承載能力，讓圍巖在脫落點以前充分釋放彈性能，從而有利于降低支護強度。4）加固巖體，如采用噴、錨、網技術對圍巖進行支護2.改善圍巖的應力條件1）選擇合理的隧道斷面形狀和尺寸。巷道的尺寸設計應盡量避免圍巖處于拉伸狀態(tài)。2）選擇合理的位置和方向。工程布置在免受構造應力影響的位置，使軸線方向與最大主應力方向一致。3）“卸壓”方法。通過鉆孔或爆破方法使巷道周圍巖石的應力集中系數(shù)降低3.合理支護（合理支護包括支護的形式、支護時間、支護剛度和支護受力情況的合理，支護經濟。4.強調監(jiān)測和信息反饋3.新奧法：在巖體或土體中設置的以使地下空間的周圍巖體形成一個中空筒狀支撐環(huán)結構為目的的設計施工方法，其核心是利用圍巖的自承作用來支撐隧道，促使圍巖本身變?yōu)橹ёo結構的重要組成部分，使圍巖與構筑的支護結構共同形成堅固的自承環(huán)。軟巖：1）地質軟巖定義：指單軸抗壓強度小于25MPa的松散、破碎、軟弱及風化膨脹性一類巖體的總稱。2）工程軟巖概念：指在工程力作用下能產生顯著塑性變形的工程巖體。第七章巖石邊坡工程1極限平衡法：更是根據(jù)邊坡上的滑體或滑體分塊的力學平衡原理分析各種破壞模式下的受力狀態(tài)，以及邊坡滑體上的抗滑力和下滑力之間的關系來評價邊坡的穩(wěn)定性。安全系數(shù)（穩(wěn)定性系數(shù)）：為最危險破壞面作用的最大抗滑力與下滑力的比值。2巖質邊坡的破壞模式及邊坡穩(wěn)定性的因素破壞模式：滑坡、崩塌、滑塌。邊坡穩(wěn)定性的因素：1.結構面在邊坡破壞中的作用（邊破變形與破壞的首要原因，在于坡體中存在各種形式的結構面。巖體的結構特征對邊坡應力場的影響主要表現(xiàn)為由于巖土體的不均一和不連續(xù)性，使沿結構面周邊出現(xiàn)應力集中和應力阻滯現(xiàn)象。因此，它構成了邊坡變形與破壞的控制性條件，從而形成不同類型的變形與破壞機制。邊坡結構面周邊應力集中的形式主要取決于結構面的產狀與主壓應力的關系。）2.邊坡外形改變對邊坡穩(wěn)定性的影響（水的沖刷及人工削坡時,切露了控制斜坡穩(wěn)定的主要軟弱結構面，形成或擴大了臨空面，使坡體失去支撐，會導致斜坡的變形與破壞。坡角增加時，坡頂及坡面張力帶范圍擴大，坡腳應力集中帶的最大剪應力也隨之增大。坡頂、坡腳應力集中增大，會導致斜坡的變形與破壞）3.巖體力學性質的改變對邊坡穩(wěn)定性的影響風化作用、水的浸潤作用使坡體強度減小，坡體穩(wěn)定性大大降低，加劇了斜坡的變形與破壞。4.各種外力直接作用對邊坡穩(wěn)定性的影響區(qū)域構造應力的變化、地震、爆破、地下靜水壓力和動水壓力，以及施工荷載等，都使斜坡直接受力，對斜坡穩(wěn)定的影響直接而迅速。第八章巖石地基工程1.地基承載力的確定方法1）簡單確定根據(jù)現(xiàn)場巖石類別、風化程度由地基規(guī)范表確定；通過理論計算確定。2）準確確定巖體現(xiàn)場荷載試驗；室內飽和單軸抗壓強度試驗。設計中因建筑物級別不同，選用不同的方法。2.溶洞頂板坍塌自行填塞法該方法適用于頂板嚴重風化,裂隙發(fā)育,