巖石力學(xué)知識點(diǎn)整理

巖石力學(xué)知識點(diǎn)整理采礦12-1班礦山巖石力學(xué)知識點(diǎn)整理一、名詞解釋1.巖石力學(xué)：研究巖體在各種不同受力狀態(tài)下產(chǎn)生變形和破壞規(guī)律的科學(xué)。2.質(zhì)量密度（ρ）和重力密度(γ)：單位體積的巖石的質(zhì)量稱為巖石的質(zhì)量密度。單位體積的巖石的重力稱為巖石的重力密度(重度)。所謂單位體積就是包括孔隙體積在內(nèi)的體積。γ＝G/Vγ＝ρg(kN/m3)式中：G――巖石試件的重量(kN)；V——巖石試件的體積(m3)3.巖石的相對密度就是指巖石的干重量除以巖石的實(shí)體積（不包括巖石中孔隙體積）所得的量與1個大氣壓下40C純水的容重之比值。Gs——巖石的相對密度；GsWsVs?wWs——干燥巖石的重量(kN);Vs——巖石固體體積(m3);w——40C時(shí)水的重度（kN/m3）4.孔隙率是巖石試件內(nèi)孔隙的體積占試件總體積的百分比。n?VV?100%Vn?1??dGs?w5.孔隙比是指巖石試件內(nèi)孔隙的體積（Vv)與巖石試件內(nèi)固體礦物顆粒的體積（Vs)之比。e?VV?VV?nVsV?VV1?n1采礦12-1班6.巖石含水率(V1)：是指天然狀態(tài)下巖石中水的重量W1與巖石烘干重量Wd之比。V1W1Wd100%7.巖石的飽水率（V2）是指高壓（150個大氣壓）或真空條件下，巖石吸入水的重量W2與巖石干重量之比，即V2W2Wd100%8.巖石的飽水系數(shù)（KS）是指巖石的吸水率與飽水率之比，即KSV1V29.軟化系數(shù)：是指巖石試件在飽水狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（?c）與在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（?'c）的比值，即??c?'c。10.透水性是指在一定的壓力作用下，地下水可以透過巖石的性能稱為巖石的透水性，其衡量指標(biāo)為滲透率。11.巖石的碎脹性是指巖石破碎后其體積比原體積增大的性能。12.結(jié)構(gòu)面：是指具有一定方向、延展較大、厚度較小的二維面狀地質(zhì)界面。13.剪脹：結(jié)構(gòu)面滑移過程中，不僅產(chǎn)生切向位移，也有法向位移，從而使結(jié)構(gòu)面張開，巖體體積膨脹，這種現(xiàn)象即為剪脹。14.巖石：是由礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律凝聚而成的自然地質(zhì)體。15.巖體：是指自然界中處于一定地質(zhì)環(huán)境中的各種巖性和結(jié)構(gòu)特性的巖石所組成的集合體。16.結(jié)構(gòu)體：被各種結(jié)構(gòu)面分割而成的巖石塊體稱為結(jié)構(gòu)體。2采礦12-1班17.巖體結(jié)構(gòu)：是指巖體中結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體形態(tài)和組合的特征。18.RQD是巖石質(zhì)量指標(biāo)，是指鉆探時(shí)巖芯的復(fù)原率。RQD??li?100%Lli—所取巖芯中≥10cm長度的巖芯段的長度,mL—鉆進(jìn)巖芯的總長度，m。19.原巖：未經(jīng)采掘而又不受采動影響仍處于自然平衡狀態(tài)的巖體稱為原巖。（在原巖中天然賦存的應(yīng)力稱為原巖應(yīng)力（包括自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力），原巖應(yīng)力在巖體空間有規(guī)律的分布狀態(tài)稱為原巖應(yīng)力場。）20.圍巖：受工程開挖影響應(yīng)力重新分布的巖體稱為圍巖（圍巖中的應(yīng)力稱為次生應(yīng)力，圍巖中重新分布的應(yīng)力狀態(tài)稱為圍巖的次生應(yīng)力狀態(tài)）。21.重力應(yīng)力：地殼上部各種巖體由于受地心引力的作用而引起的應(yīng)力稱為重力應(yīng)力。（自重應(yīng)力場是指自重應(yīng)力在空間有規(guī)律的分布狀態(tài)，構(gòu)造應(yīng)力場是指構(gòu)造應(yīng)力在空間有規(guī)律的分布狀態(tài)。）22.側(cè)壓力系數(shù)是指某點(diǎn)的水平應(yīng)力與該點(diǎn)垂直應(yīng)力的比值。23.擴(kuò)容：巖石在外載荷作用下，隨著外力的增加，其體積不是減小，而是大幅度增加且增加速度越來越快，最終導(dǎo)致巖石試件的破壞，這種體積明顯擴(kuò)大的現(xiàn)象稱為擴(kuò)容。24.應(yīng)力集中系數(shù)（K）：巷道開挖后圍巖中某點(diǎn)的應(yīng)力（次生應(yīng)力）與開挖前該點(diǎn)原巖應(yīng)力的比值。若K>1，說明巷道開挖后次生應(yīng)力增加了，反之，若K<1，說明巷道開挖后次生應(yīng)力減小了。25.格里菲斯準(zhǔn)則：不論巖石受力狀態(tài)如何，最終本質(zhì)上都是拉伸應(yīng)3力引起的巖石破壞。采礦12-1班二、選擇題1、巖體是由（B）組成的。A巖石B巖石和結(jié)構(gòu)面C節(jié)理裂隙D結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體2、巖體是由（A）聚集而成的。A礦物或巖屑B碎屑結(jié)構(gòu)C土屑D造巖礦物3、巖體結(jié)構(gòu)的兩大要素是（C）A構(gòu)造和產(chǎn)狀B粗糙度和起伏度C結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體D切割度和充填物4、大部分巖體屬于（D）A均質(zhì)連續(xù)體B非均質(zhì)材料C非連續(xù)材料D非均質(zhì)、非連續(xù)、各向異性材料5、巖石的彈性模量一般指（A）A彈性變形曲線的斜率B割線模量C切線模量D平均模量6、由于巖石的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于其抗拉強(qiáng)度所以巖石屬于（D）A脆性材料B塑性材料C堅(jiān)硬材料D脆性材料，但圍壓較大會會呈現(xiàn)塑性特性。7、剪脹（或擴(kuò)容）表示（D）A巖石的體積不斷減少現(xiàn)象B裂隙逐漸閉合的一種現(xiàn)象C裂隙逐漸張開的一種現(xiàn)象D巖石的體積隨壓力的增大而增大現(xiàn)象現(xiàn)象。4采礦12-1班8、剪脹（或擴(kuò)容）發(fā)生的原因是由于（D）A巖石內(nèi)部裂隙閉合引起的B壓應(yīng)力過大引起的C巖石的強(qiáng)度大小引起的D巖石內(nèi)部裂隙逐漸張開而貫通引起的9、巖石的抗壓強(qiáng)度隨著圍壓的增大而（A）A增大B減小C保持不變D會發(fā)生突變10、劈裂試驗(yàn)得出的巖石強(qiáng)度是巖石的（B）A抗壓強(qiáng)度B抗拉強(qiáng)度C抗彎強(qiáng)度D抗剪強(qiáng)度11、巖石的吸水率是指（B）A巖石試件吸入水的重量和巖石天然重量之比B巖石試件吸入水的重量和巖石干重量之比C巖石試件吸入水的重量和巖石飽和重量之比D巖石試件天然重量和巖石飽和重量之比12、摩尓---庫侖強(qiáng)度理認(rèn)為材料是（）破壞？格里菲斯強(qiáng)度理論認(rèn)為材料是（）破壞？（A）A剪切受拉B剪切受壓C受壓受拉D受拉剪切13、按摩尓---庫侖強(qiáng)度理論，若巖石強(qiáng)度是一條直線，則巖石破壞面與最大主應(yīng)力作用方向的夾角為（B）A45°B45+?2C45°-?D60°214、巖體的強(qiáng)度小于巖石的強(qiáng)度主要是由于（A）A巖體中含有大量的不連續(xù)結(jié)構(gòu)面B巖體中含有水C巖體為非均質(zhì)材料D巖石的彈性模量比巖體的大5采礦12-1班（注;巖體的強(qiáng)度決定于結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度和巖石的強(qiáng)度，巖體的強(qiáng)度介于結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度和巖石的強(qiáng)度之間。）15、巖體的尺寸效應(yīng)是指（C）A巖體的力學(xué)參數(shù)與試件尺寸沒有什么關(guān)系B巖體的力學(xué)參數(shù)隨試件尺寸的增大而增大C巖體的力學(xué)參數(shù)隨試件尺寸的增大而減小D巖體的強(qiáng)度比巖石的強(qiáng)度小16、影響巖體質(zhì)量的主要因素為(C)A巖石的類型、埋深B巖石的類型、含水量、濕度C巖體的完整性和巖石的強(qiáng)度D巖體的完整性、巖石強(qiáng)度、裂隙密度、埋深17、我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)中巖石的堅(jiān)硬程度確定是按照(A)A巖石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度B巖石的單軸抗拉強(qiáng)度C巖石的變形模量D巖石的粘結(jié)力18、下列形態(tài)的結(jié)構(gòu)體中哪一種具有較好的穩(wěn)定性?(D)A錐形B菱形C楔形D方形19、沉積巖中沉積的層面屬于哪一種類型的結(jié)構(gòu)面(A)A原生結(jié)構(gòu)面B構(gòu)造結(jié)構(gòu)面C次生結(jié)構(gòu)面D爆破結(jié)構(gòu)面20、我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)中，巖體完整性確定的依據(jù)為（D）6采礦12-1班ARQDB節(jié)理間距C節(jié)理密度D巖體的完整性指數(shù)或節(jié)理數(shù)21、我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)中，巖體基本質(zhì)量指標(biāo)是由那兩個指標(biāo)確定的?(B)ARQD和節(jié)理密度B巖石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度和巖體的完整性指數(shù)C地下水和RQDD節(jié)理密度和地下水22、初始地應(yīng)力主要包括（C）A自重應(yīng)力B構(gòu)造應(yīng)力C自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力D殘余應(yīng)力23、初始地應(yīng)力是指（A）A未受開挖影響的原始地應(yīng)力B未支護(hù)時(shí)的圍巖應(yīng)力C開挖后的巖體應(yīng)力D支護(hù)完成后的圍巖應(yīng)力24、構(gòu)造應(yīng)力的作用方向?yàn)椋˙）A鉛直方向B近水平方向C斷層走向方向D傾斜方向（注：地球自轉(zhuǎn)角速度的變化而產(chǎn)生地殼水平方向的運(yùn)動是造成構(gòu)造力以水平應(yīng)力為主的重要原因。）25、下列關(guān)于巖體初始應(yīng)力的描述中，哪個是正確的？（B）A垂直應(yīng)力一定大于水平應(yīng)力B構(gòu)造應(yīng)力以水平應(yīng)力為主C自重應(yīng)力以水平應(yīng)力為主D自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力分布范圍基本一致26、如果不進(jìn)行量測而想估計(jì)巖體的初始應(yīng)力狀態(tài)時(shí)則一般假設(shè)側(cè)壓系數(shù)為下列哪一個比較好？（B）A0.5B1.0C＜1.0D＞1.07采礦12-1班27、測定巖體的初始應(yīng)力時(shí)，最普遍采用的方法是（B）A應(yīng)力恢復(fù)法B應(yīng)力解除法C彈性波法D模擬試驗(yàn)28、在工程實(shí)踐中，硐室圍巖穩(wěn)定性主要取決于（B）A巖石強(qiáng)度B巖體強(qiáng)度C結(jié)構(gòu)體強(qiáng)度D結(jié)構(gòu)面29、在巖石抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)中，若加荷速率增大，則巖石的抗壓強(qiáng)度（A）。A增大B減小C不變D無法判斷三、解答題1.巖石和巖體的定義與區(qū)別答：(1)巖石是組成地殼的基本物質(zhì)，它是由礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律凝聚而成的自然地質(zhì)體。(2)巖體是指自然界中處于一定地質(zhì)環(huán)境中的各種巖性和結(jié)構(gòu)特性的巖石所組成的集合體。(3)巖石與巖體的重要區(qū)別就是巖體包含若干不連續(xù)面。由于不連續(xù)面的存在，巖體的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于巖石強(qiáng)度。2.巖體的特征：答：(1)巖體是非均質(zhì)各向異性的材料。(2)巖體內(nèi)存在著原始應(yīng)力場。(3)巖體內(nèi)存在著一個裂隙系統(tǒng)。3.巖石擴(kuò)容的體積應(yīng)變曲線（見圖中曲線）包括哪幾個階段？各有什么特點(diǎn)？答：（1）體積壓縮階段：在此階段內(nèi)，體積應(yīng)變在彈性階段內(nèi)隨著應(yīng)8采礦12-1班力增加呈線性變化（體積減小），有。（2）體積不變階段：在這一階段內(nèi)，隨著應(yīng)力增加，體積雖有變形，但體積應(yīng)變增量近于零，即巖石體積大小沒有變化，有。（3）擴(kuò)容階段：在這一階段內(nèi)，當(dāng)外力繼續(xù)增加，巖石試件的體積不是減少，而是大幅度增加，且增長速率越來越快，最終導(dǎo)致試件的破壞，有。4.什么是巖石的全應(yīng)力應(yīng)變曲線？（上圖中OABCDE曲線）答：巖石在單向壓縮荷載作用下，應(yīng)變隨應(yīng)力變化的關(guān)系曲線，包括（1）空隙裂隙壓密階段；（2）彈性變形階段；（3）微彈性裂隙穩(wěn)定發(fā)展階段；（4）非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段；（5）破壞后階段。5.巖石的強(qiáng)度有哪幾種類型；由那幾個實(shí)驗(yàn)確定其特征值?答：巖石的強(qiáng)度有：單軸抗壓強(qiáng)度（單軸壓縮實(shí)驗(yàn)）、抗拉強(qiáng)度(直接拉伸試驗(yàn)法，劈裂試驗(yàn)法)、抗剪強(qiáng)度（直接剪切實(shí)驗(yàn)、傾斜壓模剪切實(shí)驗(yàn)、三軸壓縮剪切實(shí)驗(yàn)）、三軸抗壓強(qiáng)度（真三軸加載實(shí)驗(yàn)，常規(guī)三軸加載實(shí)驗(yàn)）。6.影響巖石單軸抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素有哪些?答：加壓板與試件之間的摩擦，試件的形狀，尺寸，加載速率，巖石9采礦12-1班的濕度等。7.幾種有代表性的工程巖體分類方法？答：（1）按巖石強(qiáng)度分類（普氏分類法）（2）按巖芯質(zhì)量指標(biāo)（RQD）分類（3）按巖體完整性系數(shù)Kv（龜裂系數(shù)）分類（4）按巖體結(jié)構(gòu)類型分類（5）按巖體質(zhì)量系數(shù)分類（巴頓巖體質(zhì)量（Q）分類）8.巖石蠕變一般包括哪幾個階段？各階段有何特點(diǎn)？答：○1瞬時(shí)變形階段：加荷后立即發(fā)生變形。○2初始蠕變或阻尼蠕變階段：應(yīng)變在最初隨時(shí)間增長較快，但其增長速率隨時(shí)間逐漸降低?！?等速蠕變階段：應(yīng)變隨時(shí)間呈近似直線的增長?！?加速蠕變階段;應(yīng)變及應(yīng)變速率均隨時(shí)間增長而增長，表明變形加速直至破壞。I區(qū)—初始蠕變段及其卸載曲線II區(qū)—等速蠕變段及其卸載曲線III區(qū)—加速蠕變曲線9.結(jié)構(gòu)面的定義及按成因分類。答：(1)結(jié)構(gòu)面是指巖體內(nèi)具有一定方向、延展較大、厚度較小的面狀地質(zhì)界面。(2)結(jié)構(gòu)面按成因分類：①原生結(jié)構(gòu)面：原生結(jié)構(gòu)面是指在成巖過程中所形成的結(jié)構(gòu)面。可分10采礦12-1班為沉積結(jié)構(gòu)面、火成結(jié)構(gòu)面和變質(zhì)結(jié)構(gòu)面三類。②構(gòu)造結(jié)構(gòu)面：在各種構(gòu)造應(yīng)力作用下所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)面，如斷層、節(jié)理等。③次生結(jié)構(gòu)面：在各種次生作用下而形成的結(jié)構(gòu)面，如風(fēng)化裂隙，卸荷裂隙等。10.試敘述節(jié)理面對巖體強(qiáng)度的影響。答：（1）當(dāng)節(jié)理傾角?12，且?j2時(shí)，節(jié)理對巖體產(chǎn)生影響，巖體強(qiáng)度取決于節(jié)理強(qiáng)度，且當(dāng)?????j時(shí)巖體強(qiáng)度最低。42（2）當(dāng)???1或???2時(shí)，巖體強(qiáng)度與節(jié)理無關(guān)。11.簡述不同形態(tài)結(jié)構(gòu)面剪切強(qiáng)度特征。﹡答：（1）平直型硬性結(jié)構(gòu)面：平直型無填充的硬性結(jié)構(gòu)面，其力學(xué)性質(zhì)主要取決于兩壁巖石性質(zhì)、結(jié)構(gòu)面粗糙度、粘聚狀態(tài)、干濕程度、發(fā)向應(yīng)力；（2）齒狀結(jié)構(gòu)面：在較小正應(yīng)力作用下發(fā)生剪脹，在正應(yīng)力較大時(shí)發(fā)生剪斷；（3）臺階狀硬性結(jié)構(gòu)面：阻止滑塊的阻力有結(jié)構(gòu)面段的抗剪強(qiáng)度與完整巖段沿層面方向的抗剪強(qiáng)度兩部分組成;（4）非貫通性結(jié)構(gòu)面：發(fā)生剪切時(shí)，結(jié)構(gòu)面與為貫通的“巖橋”都起抗剪作用。12.簡述地殼淺部地應(yīng)力分布的基本規(guī)律。﹡11采礦12-1班答：（1）原巖應(yīng)力場是個相對穩(wěn)定的非穩(wěn)定應(yīng)力場；（2）實(shí)測垂直應(yīng)力隨深度成線性增加；（3）水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力；（4）應(yīng)力場是以水平應(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空間位置而變化的。13.影響原巖應(yīng)力分布的因素？答：（1）地形；(2)巖體的結(jié)構(gòu)、裂隙面；（3）巖體的力學(xué)性質(zhì)；（4）剝蝕作用。14.試敘述原巖應(yīng)力測量的方法？答：（1）孔底解除法；（2）孔徑解除法；（3）孔壁解除法；（4）水力壓裂法。15.試述自重應(yīng)力場與構(gòu)造應(yīng)力場的區(qū)別和特點(diǎn)。﹡答：自重應(yīng)力場是巖體自重應(yīng)力在空間的有規(guī)律分布；構(gòu)造應(yīng)力場是構(gòu)造應(yīng)力在空間有規(guī)律的分布狀態(tài)。兩者都是天然應(yīng)力場的組成部分，自重應(yīng)力場是由上覆巖體的重量引起的，而構(gòu)造應(yīng)力是空間和時(shí)間的函數(shù)，是隨構(gòu)造形跡的發(fā)展而變化的非穩(wěn)定應(yīng)力場。16.巖體壓縮變形曲線可分幾類？各類變形曲線有何特點(diǎn)？答：12采礦12-1班A直線型：反映巖體加壓過程中變形隨壓力成正比增加，直線型又分兩類，A-1型與A-2型。A-1型：曲線斜率陡，呈直線，巖體剛度大，退壓后巖體變形幾乎恢復(fù)到原點(diǎn)，以彈性變形為主。A-2型：曲柄斜率緩，呈直線，巖體剛度很低，退壓后巖體變形只能部分恢復(fù)，有明顯的不可恢復(fù)變形和回滯環(huán)，巖體變形不是彈性的。B上凹型：B-1型：每次加壓曲線的斜率隨著加壓退壓循環(huán)次數(shù)增加逐漸變大，即巖體剛度增大，各退壓曲線較緩且相互近于平行，變形系數(shù)隨壓力增加而減小，巖體彈性變形逐漸增大。B-2型：加壓曲線斜率隨壓力增大而逐漸變大，即巖體剛度增大，各卸荷曲線很陡，在卸荷后，變形大部分不可恢復(fù)。C下凹型：每次加壓曲線在應(yīng)力較小時(shí)近于平行，而有應(yīng)力較大時(shí)逐漸變緩，變形系數(shù)隨壓力增加而增加。D復(fù)合型：巖體受壓時(shí)的力學(xué)行為復(fù)雜，同時(shí)巖體受壓的邊界條件又隨壓力的增大而改變。17.巖體自重應(yīng)力的特點(diǎn)？答：（1）水平應(yīng)力σx、σy小于垂直應(yīng)力σz；（2）σx、σy、σz均為壓應(yīng)力；（3）σz只與巖體密度和深度有關(guān)，而σx、σy還同時(shí)與巖體彈性常數(shù)E、μ有關(guān)；（4）結(jié)構(gòu)面影響巖體自重應(yīng)力分布。18.試敘述結(jié)構(gòu)面的狀態(tài)？答：（1）結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀；13采礦12-1班（2）結(jié)構(gòu)面的形態(tài)；（3）結(jié)構(gòu)面的延展尺度；（4）結(jié)構(gòu)面的密集度；（5）結(jié)構(gòu)面的膠結(jié)與充填情況。19.巖石試件單向受壓時(shí)的兩種破壞方式？答：（1）圓錐形破壞；（2）柱狀劈裂破壞。20.時(shí)圓形巷道的圍巖應(yīng)力分布曲線rp(1?ar22)p(1?a2r2)21.坑道周邊不能出現(xiàn)拉應(yīng)力的條件為：r??0答22.：等應(yīng)力軸公式31：：短長?軸軸??3長軸方向原巖應(yīng)力短軸方向原巖應(yīng)力1?a?qmbp滿足上式的軸比叫等應(yīng)力軸比。在等應(yīng)力軸比的條件下，橢圓形坑道頂?shù)装逯悬c(diǎn)和兩幫中點(diǎn)的切向應(yīng)力相等，周邊應(yīng)力分布比較均勻。（當(dāng)橢圓的長軸與最大主應(yīng)力方向一致時(shí)，巷道周邊不會出現(xiàn)切向拉應(yīng)力，應(yīng)力分布較為合理。）23.橢圓斷面巷道的次生應(yīng)力計(jì)算公式？1?p?(1?2)??mp(1?2a??)b2p?(1?2m)?1p?(1?2b)?a1（?1為?=0，?，?2為?==,?）。2324.塑性區(qū)次生應(yīng)力相關(guān)公式？（1）??、?r滿足該式時(shí)，巷道圍巖處于塑性狀態(tài)。??r(?rc?ctg?)2sin?1?sin?（2）??1時(shí)塑性區(qū)半徑：R0?a(p0?c?ctg?)(1?sin?)pi?c?ctg?1?sin?2sin?14采礦12-1班（3）塑性區(qū)的次生應(yīng)力(picctg)(r2sin?)1?sin?a1?sin?1?sin?c?ctg?r(picctg)(ra2sin?)1?sin?c?ctg?三、計(jì)算題1.蠕變的性質(zhì)：15采礦12-1班具有瞬時(shí)變形、蠕變和松弛的性質(zhì)，可模擬變形