岩体力学
岩体力学-第8章岩体的力学性质--贺虎
2
σ3=0
1m
3
2(C j 3tg j ) (1 tg jctg )sin 2
当β＝45°＋φj／2时，岩体强度取得最低值
1 3 min
2(C j 3tg j ) 1 tg 2 j tg j
耶格（Jaeger）单结构面理论
含多组结构面，且假定各组结构面具有相同的性质时，可分步运用单结构面 理论确定岩体强度包线及岩体强度。
二、岩体变形参数估算
一是在现场地质调查的基础上，建立适当的岩体地质力学模型 ，利用室内小试件试验资料来估算。
二是在岩体质量评价和大量试验资料的基础上，建立岩体分类 指标与变形参数之间的经验关系，并用于变形参数估算。
1、层状岩体变形参数估算
层状岩体的地质力学模型 假设各岩层厚度相等为S，且性质
D—圆(方)板直径(边长)。
定，裂隙越不均匀则要求面积 越大，一般0.25~1.00m2。
ω是与承压板形状与刚度有关的系数。
对于圆形板ω＝0.785；对于方形板ω＝0.886
2、钻孔变形法
优点：①对岩体扰动小；②可以在 地下水位以下和相当深的部位进行；
Hale Waihona Puke Emdp(1 Um )
③试验方向基本上不受限制，而且
第六章 岩体的力学性质
§6.1 岩体的变形性质 §6.2 岩体的强度性质 §6.3 岩体的动力学性质 §6.4 岩体的水力学性质
§6.1 岩体的变形性质
•在受力条件改变时岩体的变形是岩块变形和结构变形的总和， 而结构变形通常包括结构面闭合、充填物的压密及结构体转动和 滑动等变形。从岩体的定义：岩块+结构面=>岩体 •岩体变形=岩块变形+结构面闭合+充填物压缩+其他变形 •在一般情况下，岩体的结构变形起着控制作用。
《岩体力学》第六章岩体的力学性质
图6.1 岩体的压力--变形曲线第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质包括岩体的变形性质、强度性质、动力学性质和水力学性质等方面。
岩体在外力作用下的力学属性表现出非均质性、非连续、各向异性和非弹性。
岩体的力学性质取决于两个方面： 1）受力条件；2）岩体的地质特征及其赋存环境条件。
其中地质特征包括岩石材料性质、结构面的发育情况及性质（影响岩体的力学性质不同于岩块的本质原因）；赋存环境条件包括天然应力和地下水。
第一节 岩体的变形性质一、 岩体变形试验及其变形参数确定变形参数包括变形模量和弹性模量。
按静力法得到静E ，动力法得到动E 。
⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧法波地震声波法动力法轴压缩试验法双单水压洞室法钻孔变形法扁千斤顶法狭缝法承压板法静力法按原理和方法分原位岩体变形试验)()()( )(1．承压板法刚性承压板法和柔性承压板法 各级压力P －W （岩体变形值）曲线 按布西涅斯克公式计算岩体的变形模量E m （Mpa ）和弹性模量E me （Mpa ）。
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=-=e m mem m W W PD E W W PD E )1()1(22μμ式中：P —承压板单位面积上的压力（Mpa ）； D —承压板的直径或边长（cm ）；W，W e—为相应P下的总变形和弹性变形；ω—与承压板形状、刚度有关系数，圆形板ω=0.785，方形板ω=0.886。
μm—岩体的泊松比。
★定义：岩体变形模量（E m）：岩体在无侧限受压条件下的应力与总应变之比值。
岩体弹性模量（E me）：岩体在无侧限受压条件下的应力与弹性应变之比值。
图6.2 钻孔变形试验装置示意图②可以在地下水位以下笔图6.3 狭缝法试验装置如图6.3所示。
二、岩体变形参数估算现场原位试验费用昂贵，周期长，一般只在重要的或大型工程中进行，因此，岩体变形参数的很多情况下必须进行估算。
两种方法：① 现场地质调查→建立适当的岩体地质力学模型→室内小试件试验资料→进行估算； ② 岩体质量评价和大量试验资料→建立岩体分类指标与变形参数间的经验关系→进行估算。
岩土力学
岩体力学的发展可分为两个阶段： 连续介质力学阶段。把岩体视为一种完整的连续介质材料，将连 续介质力学的理论和方法，特别是把土力学理论移植过来，用于 解决在工程建设中遇到的岩体力学问题。 碎裂岩体力学阶段。在20世纪50年代末和60年代初，国际上发生 了几次大型水坝工程事故。在对这些重大事故研究过程中，逐渐 注意到岩体并不是完整一块，而是由节理、断裂等切割成的碎裂 岩体。在岩体力学研究中重视了节理、断裂面等力学作用，提出 了不连续性、不均匀性、各向异性是岩体的重要特征；注意到尺 寸效应等现象。在力学分析上出现了块体分析的理论和方法。 当 前，连续介质力学理论仍具有支配作用。同时，正在注意研究碎 裂介质岩体力学分析理论和方法；研究结构力学的理论和方法在 岩体力学研究中的应用；研究运用岩体变形观测反分析与岩体改 造措施相结合的实用岩体力学问题，不断地深入认识岩体，修改 设计，补充岩体改造措施，使岩体工程设计逐步完善，并有了一 套应用岩体力学的理论和方法。
拉伸破坏
劈裂破坏
剪切破坏
延性破坏
岩石材料的试验机
非刚性机
刚性机
岩石的强度
岩石的强度——表示岩石抵抗外力破坏能力的大小 峰值强度——在临近破坏时具有的最大承载能力。 残余强度——在发生破坏后仍然具有的承载能力。 岩石的抗压强度、抗剪强度及抗拉强度——岩石在
压缩、剪切或拉伸应力作用下的抗破坏能力各不相同，与 之相对应的强度值分别为抗压强度、抗剪强度和抗拉强度。
o B、沉积岩 o 是由风化剥蚀作用或火山作用形成的物质，在 原地或被外力搬运，在适当条件下沉积下来， 经胶结和成岩作用而形成的，具层理构造。
o C、变质岩 o 是在已有岩石的基础上，经过变质混合作用后 形成的。由于温度、压力的不同，则有高温变 质、中温变质及低温变质，再加上作用力的不 同，又有更多的组合的变质混合条件。
岩体力学复习资料概念-简答-论述
..一.岩石与岩体岩石：是组成地壳的基本物质，它是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体。
一般认为它是均质的和连续的。
岩体：是地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的具有一定结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。
（区别是岩体包含若干不连续面。
） 结构面：岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面和不连续面，它是在地质发展历史中，尤其是在地质构造变形过程中形成的。
结构面间距：结构面间距是指同一组结构面在法线方向上，该组结构面的平均间距。
结构面的张开度：是指结构面裂口开口处张开的程度。
结构体：被结构面分割而形成的岩块，四周均被结构面所包围，这种由不同产状的结构面组合切割而形成的单元体成为结构体。
节理：岩石中的裂隙或破裂面，沿着节理面两侧的岩块基本没有发生过相对位移或没有明显的相对位移矿山岩石力学的研究方法：工程地质研究方法，科学实验方法，数学力学分析方法，整体综合分析方法。
岩石按照成因分成哪几类？其各自的成因及特征是什么?试举出几种岩石实例。
答：按照成因，岩石可分成岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。
岩浆岩是由岩浆冷凝而成的岩石。
组成岩浆岩的各种矿物化学成分和物理性质较为稳定，它们之间的连接是牢固的，具有较高的力学强度和均匀性（橄榄岩、流纹岩）。
沉积岩是由母岩在地表经风化剥蚀而产生的物质，通过搬运、沉积、和固结作用而形成的岩石。
沉积岩的物理力学特性与矿物和岩屑的成分，胶结物的性质有很大关系，另外，沉积岩具有层理构造（砾岩、页岩、泥岩）。
变质岩是由岩浆岩、沉积岩甚至变质岩在地壳中受到高温、高压及化学活动性流体的影响下发生编制而形成的岩石。
它的物理性质与原岩的性质、变质作用的性质和变质程度有关（片麻岩、板岩、大理岩）。
什么叫岩石力学？其研究内容是什么？研究方法有哪些？岩石力学：岩石力学是研究岩石力学性能的理论和应用科学，是运用力学和物理学的原理研究岩石的力学和物理性质的一门科学。
岩体力学期末考试最新知识点
1.岩体力学：是研究岩体和岩体力学性能的一门学科，是探讨岩石和岩体在其周围物理环境（力场、温度场、地下水等）发生变化后，做出响应的一门力学分支。
2.岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体。
3.岩体：一定工程范围内的自然地质体。
4.岩石和岩体的不同之处：岩体是由岩石块和各种各样的结构面的综合体。
5.岩石的结构：组成岩石最主要的物质成分、颗粒大小和形状以及相互结合的情况。
6.岩石的构造：指组成岩石的成分在空间分布及其相互间的排列关系。
7.岩石按成因分：岩浆岩、沉积岩、变质岩8.岩体结构的两大要素：结构体和结构面9.岩体的力学特征：不连续性、各向异性、不均匀性、赋存地质因子特性、残余强度特性10.岩体力学的研究任务：1、基本原理方面2、实验方面3、实际工程应用方面4、监测方面11.岩石的质量指标：指描述岩石质量大小有关的参数，通常采用岩石单位体积质量的大小表示，包括岩石的密度和颗粒密度。
12.岩石的密度：指岩石试件的质量与岩石试件的体积之比13.岩石的颗粒密度P s：岩石固体物质的质量与固体的体积之比（P s=m s/V c）14.岩石的孔隙性：是反应了岩石中微裂隙发育程度的指标。
15.岩石的吸水率：指岩石吸入水的质量与试件固体的质量之比16.岩石的吸水率分为：自由吸水率3a和饱和吸水率3saasa17.软化系数：指岩石饱和单轴抗压强度的平均值与干燥状态下的单轴抗压强度平均值的比值18.岩石的膨胀特性：通常以岩石的自由膨胀率、岩石的侧向约束膨胀率、膨胀压力19.岩石的单轴抗压强度：指岩石试件在无侧限条件下，受轴向里作用破坏时，单位面积承受的最大荷载，即R c=P/A20.岩石的抗拉强度：指岩石试件在受到轴向拉应力后其试件发生破坏时单位面积所能承受的最大拉力21.岩石抗拉强度试验方法：1、直接拉伸法2、抗弯法3、劈裂法4、点荷载试验法22.岩石的剪切强度：指岩石在一定的应力条件下所能抵抗的最大剪应力23.岩石抗剪强度的试验方法：1、抗剪断试验2、抗切试验3、弱面抗剪切试验24. --------------------------------------------------------- 三向压缩应力作用下的破坏形式：低围压劈裂；中围压斜面剪切；高围压---塑性流动25.岩石模量有：初始模量、切线模量、割线模量26.脆性破坏：指应力超出了屈服应力后不表现出明显的塑形变形特性，这类破坏是脆性破坏27.扩容：指岩石受到外力作用后，发生非线性的体积膨胀，且这一体积膨胀是不可逆的28.岩石的流变性包括：1、岩石的蠕变2、岩石的应力松弛3、岩石的长期强度29.蠕变：是指岩石在恒定的外力作用下，应变随时间的增长而增长的特性，也称作徐变。
岩体力学
1.岩体力学的定义：岩体力学主要是研究岩石和岩体力学性能的一门学科。
是探讨岩石和岩体在其周围物理环境（力场、温度场、地下水等）发生变化后，作出响应的一门力学分支。
2.岩石的定义：岩石是矿物或岩屑地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体。
3.岩体的定义：在岩体力学中，通常将在一定工程范围内的自然地质体称为岩体。
4.结构面的定义：所谓结构面，是指具有极低的或没有抗体强度的不连续面5.岩石的力学特征：1.不连续性.2.各向异性.3.不均匀性.4.赋存地质因子的特性.6.学派：1.地质力学的岩石力学派。
2.工程岩石力学派。
第二章1.岩石的基本物理性质：1.岩石的密度指标。
2.岩石的孔隙性。
3.岩石的水理性质。
4.岩石的抗风化指标。
5.岩石的其他特性。
2.岩石的强度特性：所谓强度，是指材料在荷载作用下，所能承受的最大的单位面积上的力。
通常研究岩石的单轴抗压强度（无侧限压缩强度）、抗拉强度、剪切强度、三轴压缩强度等。
在单向压缩荷载作用下试件的破坏形态：1.圆锥形破坏。
2.柱状劈裂破坏。
3.四种强度特性：1.岩石的单轴抗压强度。
2.岩石的抗拉强度。
3.岩石的抗剪强度。
4.岩石在三向压缩应力作用下的强度。
4.岩石三向压缩强度的影响因素：1.侧向压力的影响。
2.试件尺寸与加载速率的影响。
3.加载路径对岩石三向压缩强度的影响。
4.孔隙压力对岩石三向压缩强度的影响。
5.岩石应力应变全过程曲线（略）6.岩石的流变性包含着三部分的内容：岩石的蠕变、岩石的应力松弛、岩石的长期强度。
7.所谓的蠕变是指岩石在恒定的外力作用下，应变随时间的增长而增长的特性，也称作徐变。
8.典型蠕变曲线（略）。
9.影响岩石蠕变的主要因素：1.应力水平对蠕变的影响。
（不能太大也不能太小，中等应力水平（60%-90%）峰值）2.温度、湿度对蠕变的影响。
10.岩石介质力学模型：1.基本力学介质模型：弹性介质模型、塑性介质模型、粘性介质模型。
2.常用的岩石介质模型：弹塑性介质模型、粘弹性介质模型：马克斯韦尔模型、凯尔文模型。
岩石力学ppt课件第三章 岩体力学性质
含软弱夹层的层状岩体及裂隙岩体 （3）上凸型（弹-塑性岩体）
结构面发育且有泥质充填的岩体。
（4）复合型：阶梯或“S”型（塑-弹-塑性岩体)
20结21/8构/17面发育不均或岩性不均匀的岩体。
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（二）剪切变形特征：
(a)沿软弱结 构面剪切
(b)沿粗糙结构面、 软弱岩体及强风
化岩体剪切
(c)坚硬岩体 受剪切
峰前变形平均斜 率小，破坏位移 大；峰后强度损 失小。
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峰前变形平均斜 率较大，峰值强 度较高；峰后有 明显应力降。
峰前变形斜率大，
峰值强度高，破坏
位移小；峰后残余 强度较低。
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（三）各向异性变形特征：（P101蔡）
岩石的全部或部分物理、力学特性随方向不同而 表现出差异的现象称为岩石的各向异性。
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§3.1 概述
岩体=结构面（弱面）+结构体（岩石块体） 结构面：断层、褶皱、节理……统称
影响岩体力学性质的基本因素：
结构体(岩石)力学性质、结构面力学性质、岩体 结构力学效应和环境因素(特别是水和地应力的作用)
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§3.2岩体结构的基本类型 （地质学、复习、了解）
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孔隙静水压力作用
（三）力学作用：
孔隙动水压力作用
当多孔连续介质岩土体中存在孔隙地下水时， 未充满孔隙的地下水使岩土体的有效应力增加：
p
σα有效应力，σ 总应力，p 孔隙静水水压力
当地下水充满多孔连续介质岩土体时，使有效 应力减小：
p
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σα，σ ，p ： 含义同上
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岩体力学
岩体：是位于一定地质环境中，在各种宏观地质界面分割下形成的有一定结构的地质体。
结构体：被结构面切割成的岩石块体。
结构面：是指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。
岩体复杂性表现：一.不连续性，二.非均质性，三.各向异性，四.岩体中存在着不同于自重应力场的天然应力场，五.岩体赋存于一定地质环境中，对岩体影响较大。
岩石的变形性状：1.塑性。
2.弹性。
3.粘性。
弹性：指材料在外力作用下产生变形，而撤去外力后立即恢复到它原有的形状和尺寸的性质。
弹性变形：外力撤去后能够恢复的变形。
如应力—应变关系呈直线关系，称线弹性，不呈直线关系称非线弹性。
塑性：指材料受力后，在应力超过屈服应力时仍能继续变形而不即行断裂，撤去外力后变形又不能完全恢复的性质。
不能恢复的变形，称塑性变形。
应变硬化：在屈服点之后，应力—应变关系呈上升曲线，说明晶粒滑到新位置后，导致粒间相嵌、挤紧和晶粒增大，如使之继续滑动，要相应增大应力的现象。
粘性：指材料受力后变形不能在瞬间完成，且应变的速率随应力的大小而改变的性质。
流动变形：应变速率随应力而变化的变形。
峰值前变形机理：1.以裂纹行为为主导的变形。
2.以弹性变形为主的变形。
3.以塑性变形为主的变形。
轴向应力—应变曲线：直线型（弹），下凹型（弹—塑），上凹形（塑—弹），S型（塑—弹—塑）。
扩容：随着裂纹的继续发生和扩展，岩石体积应变增量由压缩专为膨胀的力学过程。
弹性模量：E是指单轴压缩条件下轴向压应力与轴向应变之比。
有效弹性模量：包含裂纹的弹性模量。
固有弹性模量：E未受裂纹的存在所影响的岩石弹性模量。
刚性压力机：用岩石试件的变形作为控制变量，并用着一信号的反噬来控制机器压板的位移速率或加速速率的压力机。
单调加载：岩石在峰值前承受的荷载一直增加。
它可分为等加载速率加载和等应变速率加载两种方式。
循环加载：逐级循环加载：指在试验过程中，当荷载加到一定值时，将荷载全部卸除，然后又加载至比原来卸载点高的压力值，再卸载，如此不断循环的加载方式。
(完整word版)岩石力学课本
第一章绪论第一节岩体力学与工程实践岩体力学(rockmass mechanics)是力学的一个分支学科，是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。
岩体力学的研究对象是各类岩体，而服务对象则涉及到许多领域和学科。
如水利水电工程、采矿工程、道路交通工程、国防工程、海洋工程、重要工厂(如核电站、大型发电厂及大型钢铁厂等)以及地震地质学、地球物理学和构造地质学等地学学科都应用到岩体力学的理论和方法。
但不同的领域和学科对岩体力学的要求和研究重点是不同的。
概括起来，可分为三个方面：①为各类建筑工程及采矿工程等服务的岩体力学，重点是研究工程活动引起的岩体重分布应力以及在这种应力场作用下工程岩体(如边坡岩体、地基岩体和地下洞室围岩等)的变形和稳定性。
②为掘进、钻井及爆破工程服务的岩体力学，主要是研究岩石的切割和破碎理论以及岩体动力学特性。
③为构造地质学、找矿及地震预报等服务的岩体力学，重点是探索地壳深部岩体的变形与断裂机理，为此需研究高温高压下岩石的变形与破坏规律以及与时间效应有关的流变特征。
以上三方面的研究虽各有侧重点，但对岩石及岩体基本物理力学性质的研究却是共同的。
本书主要是以各类建筑工程和采矿工程为服务对象编写的，因此，也可称为工程岩体力学。
在岩体表面或其内部进行任何工程活动，都必须符合安全、经济和正常运营的原则。
以露天采矿边坡坡角选择为例，坡角选择过陡，会使边坡不稳定，无法正常采矿作业，坡角选择过缓，又会加大其剥采量，增加其采矿成本。
然而，要使岩体工程既安全稳定又经济合理，必须通过准确地预测工程岩体的变形与稳定性、正确的工程设计和良好的施工质量等来保证。
其中，准确地预测岩体在各种应力场作用下的变形与稳定性，进而从岩体力学观点出发，选择相对优良的工程场址，防止重大事故，为合理的工程设计提供岩体力学依据，是工程岩体力学研究的根本目的和任务。
岩体力学的发展是和人类工程实践分不开的。
岩体力学
2.斜坡变形的结果将导致斜坡的破坏。×
3.在岩土体稳定性评价中，由于边界条件、荷载条件、岩土体强度等难以精确确定，通常在设计 上考虑上述因素及建筑物重要性而综合确定一经验值，此即稳定性系数。×
4.地震烈度是衡量地震本身大小的尺度，由地震所释放出来的能量大小来确定。×
Kelvin 模型
应力发生了变化
12. 岩石块体变形应力—应变为非直线关系时，变形模量有几种类 型？各自如何定义的？
3种 初始模量(Ei)指曲线原点处的切线斜率 切线模量(Et)指曲线上任一点处切线的斜率，在此特指中部直线段的 斜率 割线模量(Es)指曲线上某特定点与原点连线的斜率，通常取σc／２处 的点与原点连线的斜率
一、判断题： 1.结构面组数越多，岩体强度越接近于结构面强度。（ ∨ ） 2.岩石三向抗压强度不是一个固定值，将随围压变化而改变。（∨） 3.流变模型元件并联组合时，各元件满足应力相等，应变相加关系。（×） 4.在未受开采影响的原岩体内存在着原岩应力，其方向与水平方向垂直。（×） 5.岩石抗压强度值的离散系数越大，说明岩石抗压强度平均值的可信度越高。（×） 6.根据服务年限要求，矿井运输大巷应按照等应力轴比设计其断面尺寸。（×） 7.岩石蠕变与岩石类别有关，与应力大小有关。（∨） 8.有粘聚力的固结岩体体，由地表开始侧压力与深度成线性增长。（×） 9.椭圆断面巷道，其长轴方向与最大主应力方向一致时，周边受力条件最差。（×） 10.在力学处理上，弱面不仅能承受压缩及剪切作用，还能承受拉伸作用。(×) 1．结构面组数越多，岩体越接近于各向异性。（×） 2．流变模型元件串联组合时，各元件满足应变相等，应力相加关系。（×） 3．软弱岩层受力后变形较大，表明构造应力在软弱岩层中表现显著。（×） 4．岩石限制性剪切强度不是固定值，与剪切面上作用的正压力有关。（∨） 5．软岩破坏为渐进过程，首先对破坏部位支护，可使软岩控制取得好的效果。（∨） 6．随开采深度增加，巷道围岩变形将明显增大。（∨） 7．从巷道周边围岩受力情况看，拱型断面巷道要比梯形巷道断面差。（×） 8．塑性变形与静水应力无关，只与应力偏量有关，与剪应力有关。（∨） 9．对无粘聚力的松散体，由地表开始侧压力即与深度成线性增长。（∨） 10巷道返修是一种较好的巷道支护对策。（×）
第四章岩体的基本力学性质
结构面的状态对岩体的工程性质的影响是指结构面的产状、形 态、延展尺度、发育程度、密集程度。 结构面的产状：结构面的产状对岩体是否沿某一结构面滑动起控 制作用。 结构面的形态：结构面的形态决定结构面抗滑力的大小，当结构 面的起伏程度较大，粗糙度高时，其抗滑力就大。 结构面的延展尺度：在工程岩体范围内，延展尺度大的结构面， 完全控制岩体的强度。 结构面的密集程度：以岩体的裂隙度和切割度表征岩体结构面的 密集程度。
又A=h2，节理面的法向弹性变形量δ0=2δ，代入Boussnisq解，得 接触面为方形时，m=0.95，μ≅0.25，则上式变为
（二）节理的闭合变形 含啮合变形（配称实验）和压碎变形（非配称实验）。 下面介绍Goodman方法：
（1）结构面闭合试验（VmC的确定） 步骤： 1）备制试件； 2）作ζ-ε曲线（a）； 3）将试件切开，并配 称接触再作曲线（b）； 4）非配称接触，作曲线（c）; 5）两种节理的可压缩性法向 Nhomakorabea切向
（1）有n个点接触,每个接触 面边长为h
（2）每个接触面受力相同
（3）每个接触面力学特性 相同
2、计算公式 半无限体上作用一个集中力的布辛涅斯克（Boussnisq）解
δ－变形量；Q－荷载；A－荷载作用面积；E、μ－弹性模量、泊 松比；m－与荷载面积形状因素有关的系数，方形面积m=0.95 设节理面的边长为d，作用于节理面上的应力为ζ，则作用 在每一个接触面上的荷载
统计结构面 实测结构面
V 级结构面--细小的结构面
• Ⅰ级 指大断层或区域性断层。控制工程建设地区的地壳稳 定性，直接影响工程岩体稳定性；
• Ⅱ级 指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。 • Ⅲ级 指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较 好的层面及层间错动等。 Ⅱ、Ⅲ级结构面控制着工程岩体力学作用的边界条件 和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑移岩体的边界面 ，直接威胁工程安全稳定性
岩石力学重要知识点总结,期末考试复习
第一章1.岩石力学：固体力学的分支，研究岩石在不同物理环境的力场中产生力学效应的学科，也称为岩体力学。
研究对象：岩石与岩体2.岩石：地质作用下矿物或岩屑按一定规律聚集形成的自然物体。
可以有微小裂纹、间隙、层理等缺陷，但没有弱面，是较完整的岩块。
3.影响岩石的力学和物理性质的三个重要因素：（1）矿物：构成岩石的自然元素和化合物，如方解石、石英、云母等。
（2）结构：构成岩石的物质成分、颗粒大小和形状、相互结合情况。
（3）构造：组成成分的空间分布及其相互间排列关系。
4. 岩石按成因分类（1）岩浆岩：岩浆冷凝形成，也称火成岩。
大数由结晶矿物组成，成分和物性均一稳定，强度较高。
代表：玄武岩、花岗岩。
（2）沉积岩：母岩经风化剥蚀、搬运、海湖沉积、硬结成岩，由颗粒和胶结物组成，显著层状特点。
力学特性与矿物、岩屑、胶结物、沉积环境相关。
代表：砾岩、砂岩、石灰岩。
（3）变质岩：地壳中母岩受变质作用(高温、高压及化学流体)形成。
力学性能与母岩性质、变质作用及变质程度有关。
代表：大理岩、石英岩。
注：沉积岩和变质岩的层理构造产生各向异性特征，应注意垂直及平行于层理构造方向工程性质的变化。
5. 岩体：在地质环境中经受变形、破坏，具有一定结构的地质体。
包括岩石结构体和一定的结构面(地质构造形迹)，强度远小于岩石。
6.岩体结构要素：结构面和结构体（1）结构面：一定方向，延展较大，厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面和不连续面，如断层、节理、层理、片理、裂隙等。
结构面产状、切割密度、粗糙度和黏结力、填充物性质等是评定岩体强度和稳定性能的重要依据。
（2）结构体：四周被不同产状结构面分割包围的岩块。
常见的结构体形式：块状、柱状、板状、菱形、楔形等。
7. 岩体结构类型及特征8.岩体特征（1）岩体是非均质各向异性材料；（2）岩体内存在着原始应力场。
主要包括重力和地质构造力，重力应力场以铅垂应力为主，构造应力场是以水平应力为主。
（3）岩体内存在着一个裂隙系统。
岩体力学名词解释
名词解释1.岩体：是指在地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋予于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。
2.弹性：在一定的应力范围内，物理受外力作用产生全部变形，而去除外力后能立即恢复其原有的形状和尺寸大小的性质。
3.脆性：物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质。
4.三轴抗压强度：试件在三向压应力作用下能抵抗的最大的轴向应力。
5.抗压强度：在单向压缩条件下，岩块能承受的最大压应力。
6.抗拉强度：岩块试件在单向拉伸时能承受的最大拉应力。
7.抗剪强度：在剪切荷载作用下，岩块抵抗剪切破坏的最大剪应力。
8.莫尔强度理论：认为材料发生破坏是由于材料的某一面剪应力达到一定的限度,而这个剪应力与材料本身性质和正应力在破坏面上所造成的摩擦阻力有关。
9.稳定性系数：可供利用的抗滑力与滑动力的比值。
10.蠕变：指岩石在恒定的荷载作用下，变形随时间逐渐增大的性质。
11.天然应力：人类工程活动之前存在于岩体的应力。
12.剪切刚度：反应结构面剪切变形性质的重要参数。
13.孔隙比：岩石中各种孔隙体积与原体积内固体矿物颗粒的体积之比14.法向刚度：在法向应力作用下结构面产生单位法向变形所需要的应力。
15.围岩应力：围岩在无支护的情况下，经过应力重新调整达到的新的平衡状态即为围岩应力。
16.软化系数：定义为岩石试件的饱和抗压强度与干抗压强度的比值。
17.变形模量：指单轴压缩条件下，轴向应力与轴向应变之比。
18.围岩：重分布应力影响范围内的岩体。
19.主应力：单元体主平面上的正应力。
20.主平面：单元体剪应力为零的平面。
21.结构面：指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。
22.塑性：物体受力后：产生变形在外力除去后不能恢复原状的性质。
23.围岩抗力系数：是表征围岩抵抗衬砌向围岩方向变形能力的指标，定义为使洞壁围岩产生一个单位径向变形所需的水压力。
岩体力学岩体力学性质
变差，变形增大，变形模量减小。
当RQD :100~65时, Em / E随RQD值降低 而迅速降低
当RQD < 65时, Em / E随RQD值降低 变化不大
3. 结构面张开度和充填特征的影响 岩体 Em / E 与 RQD 关系
影响明显：张开度大，且无充填或充填薄时，岩体变 形较大，变形模量小；张开度小，岩体变形较小，变 形模量较大。
4.复合型
曲线呈阶梯或S型 所代表的岩体：结构面发育不均匀，或 岩性不均匀的岩体。
（二）剪切变形曲线
按剪应力-剪切变形曲线的形状和残余强 度与峰值强度的比值,岩体剪切变形曲线 分为3类：
1. 峰值前变形曲线的平均斜率小,峰值强 度较小,破坏位移大,可达2～10cm;峰值后, 应力降不太明显，随位移增大强度损失很 小或不变,τr /τp 1.0 ~ 0.6 岩体剪切试验情况：沿软弱结构面剪切
• 结构面的影响
τ
① 沿结构面剪切(重剪破坏)时，岩体剪 切强度最低，等于结构面的抗剪强度。
岩块
② 横切结构面剪切(剪断破坏)时，岩体
岩体
剪切强度最高。
结构面
③ 沿复合剪切面剪切(复合破坏)时，其
强度介于以上两者之间。
0
σ
岩体剪切强度包络线示意图
说明：岩体的剪切强度是具有上限和下限，其强度包络线
也是有上限和下限的曲线族。上限是岩体的剪断强度,下 限是结构面的抗剪强度。
体变形不同，即结构面导致
岩体变形的各向异性。结构
面组数少时明显，结构面组 数多时不明显。
潜在的平面破坏 倾倒破坏 结构面产状对边坡变形的影响
层状岩体结构面产状对隧道围岩变形的影响
平行结构面方向的变形模量>垂直结构面方向的变形模量
《岩体力学》pdf
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《岩体力学》是一本关于岩石力学理论和实践的专业书籍。
岩石力学是研究岩石在各种物理、化学和力学作用下的变形、破坏和流动规律的学科。
它是地质科学、地球物理学、工程地质学等多学科交叉的基础学科，也是石油工程、矿山工程、地下工程、水利工程等工程技术的重要基础。
本书详细介绍了岩石的基本性质、岩石的应力应变关系、岩石的破坏和流动规律、岩石的热力学性质等内容。
同时，还介绍了岩石力学在石油工程、矿山工程、地下工程、水利工程等工程技术中的应用。
本书的特点是理论与实践相结合，既有深入的理论分析，又有丰富的实例说明。
它不仅适合作为高等院校地质科学、石油工程、矿山工程、地下工程、水利工程等专业的教材，也适合作为相关工程技术人员的参考书。
《岩体力学》是一本全面、深入、实用的岩石力学专著，对于学习和理解岩石力学的基本理论和方法，以及其在工程技术中的应用具有重要的参考价值。
岩石的主要物理性质和力学性质
八、 岩石的变形特性
弹性：指物体在外力作用下发生变形，当外力撤出后变形 能够恢复的性质。
塑性：指物体在外力作用下发生变形，当外力撤出后变形 不能恢复的性质。
脆性：物体在外力作用下变形很小时就发生破坏的性质。 延性：物体能够承受较大的塑性变形而不丧失其承载能力 的性质。
变形
弹性变形 塑性变形
线弹性变形 非线弹性变形
a线弹性类岩石――σ～ε曲线呈线性关系，曲线上任一点 P的弹性模量E：
E
泊松比μ：岩石在单轴压缩条件下横向应变与纵向应变之比。
c2 c1 a2 a1
此强度下降值与融冻试验前的抗压强度σc之比的百
分比代表抗冻系数Cf ，即
Cf
c cf c
100%
可见：抗冻系数Cf 越小，岩石抗冻融破坏的能力越强。
七、岩石的透水性
地下水存在于岩石孔隙、裂隙之中，而且大多数岩 石的孔隙裂隙是连通的，因而在一定的压力作用下，地 下水可以在岩石中渗透。岩石的这种能透水的性能称为 岩石的透水性。岩石的透水性大小不仅与岩石的孔隙度 大小有关，而且还与孔隙大小及其贯通程度有关。
条件（整体和碎块，浸水时间等）有关。
（2）岩石的饱水率（ω2）
岩石的饱水率指在高压（150个大气压）或真空
条件下，岩石吸入水的重量Wω2与岩石干重量Ws之比，
即：
2
W2 Ws
100%
（3）岩石的饱水系数（Ks）
岩石吸水率与饱水率之比称为岩石的饱水系数，即
Ks
1 2
饱水系数反映了岩石中大开空隙和小开空隙的相对 含量。饱水系数越大，岩石中的大开空隙越多，而小开 空隙越少。
8 岩体的力学性质
式中：d — 钻孔孔径 ，р— 计算压力，等于实验压力与初 始压力之差，Mpa；V — 径向位移，cm。
(3) 岩体变形曲线类型 由于岩体中结构面的发育情况及岩石坚硬程度等的差异， 岩体变形试验求得的压力P — 变形W曲线是复杂多变的。总括 起来，可归纳为如图所示的三类。 1.直线型：如图P—W曲线呈近似直线关系，反映岩体坚硬、致 密，裂隙不发育，或只有分布均匀的细小裂隙，岩体变形模量 较大，塑性变形小。 2.上凹型：P—W曲线在载荷低时斜率小，塑性变形大，随着载 荷的加大，曲线斜率逐渐增大，塑性变形趋于稳定；反映岩体 的岩性坚硬，裂隙发育，且多呈张开而无充填；在载荷作用下， 裂隙逐渐闭合或发生镶嵌作用而被挤紧。 3.下凹型：P—W曲线在低载荷下近似直线，表现为弹性变形； 当载荷增大时呈曲线，表现为塑性变形；反映岩体的岩性较软 弱，或岩体的较深部位埋藏有软弱夹层，或岩体裂隙发育，且 有泥质充填。
（2）构造结构面
各类岩体在构造运动作用下形成的各种结构面，如劈理、节理、 断层、层间错动面等。 节理面在走向延展及纵深发展上，其范围都是有限的，大者 一般不过上百米，小者仅有几厘米．张节理面一般粗糙，参差 不齐，宽窄不一，延展性较差，剪节理面一般平直光滑，延展 性相对较好，节理面上常见有擦痕和各种泥质薄膜，如高岭石、 绿泥石、滑石等，因此，剪节理面尽管接触紧密，但却易于滑 动。 断层面的规模相差比较悬殊，有的深切岩石圈几十公里，有 的仅限于地壳表层或只在地表数十米．但是，相对工程而言， 断层面一般是延展性较好的结构面．断层面(或帘)的物质成分 主要是构造岩，如断层泥、糜棱岩、角砾岩、压碎岩等．层间 错动带是在层状岩体中常见的一种构造结构面，其产状一般与 岩层一致。 延展性较好，结构面中的物质，因受构造错动的影响，多呈 破碎状、鳞片状，且含泥质物。
岩体力学——精选推荐
岩体⼒学第⼀章绪论1、岩体⼒学：是⼀门⼒学分⽀，是研究岩⽯和岩体在各种不同受⼒状态下（周围物理环境，如⼒场、温度场和地下⽔等发⽣变化后）产⽣变形和破坏规律的学科。
结构⾯：具有极低的或没有抗拉强度的不连续⾯，包括⼀切地质分离⾯。
结构体：被结构⾯切割城的岩块结构体与结构⾯组成岩体的结构单元。
或岩体是由岩⽯块和各种各样的结构⾯共同组成的综合体。
岩体结构是指结构⾯的发育程度及其组合关系，或指结构体的规模、形态及其排列形式所表现的空间形态。
第⼀章习题⼀、选择题1、岩⽯与岩体的关系是（）。
（A）岩⽯就是岩体（B）岩体是由岩⽯和结构⾯组成的（C）岩体代表的范围⼤于岩⽯（D）岩⽯是岩体的主要组成部分2、⼤部分岩体属于（）。
（A）均质连续材料（B）⾮均质材料（C）⾮连续材料（D）⾮均质、⾮连接、各向异性材料第⼆章习题选择题1、在岩⽯单向抗压强度试验中，岩⽯试件⾼与直径的⽐值h/d和试件端⾯与承压板之间的磨擦⼒在下列哪种组合下，最容易使试件呈现锥形破裂。
（）（A）h/d较⼤，磨擦⼒很⼩（B）h/d较⼩，磨擦⼒很⼤（C）h/d的值和磨擦⼒的值都较⼤（D）h/d的值和磨擦⼒的值都较⼩2、岩⽯的弹性模量⼀般指（）。
（A）弹性变形曲线段的斜率（B）割线模量（C）切线模量（D）割线模量、切线模量及平均模量中的任⼀种3、岩⽯的割线模量计算时的应⼒⽔平为（）。
（A）(B) （C）(D）4、由于岩⽯的抗压强度远⼤于它的抗拉强度，所以岩⽯属于（）。
（A）脆性材料（B）延性材料（C）坚硬材料（D）脆性材料，但围压较⼤时，会呈现延性特征5、剪胀（或扩容）表⽰（）。
（A）岩⽯体积不断减少的现象（B）裂隙逐渐闭合的⼀种现象（C）裂隙逐渐涨开的⼀种现象（D）岩⽯的体积随压应⼒的增⼤逐渐增⼤的现象6、剪胀（或扩容）发⽣的原因是由于（）（A）岩⽯内部裂隙闭合引起的（B）压应⼒过⼤引起的（C）岩⽯的强度⼤⼩引起的（D）岩⽯内部裂隙逐渐张开的贯通引起的7、岩⽯的抗压强度随着围岩的增⼤（）。
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第六章 岩体的力学性质
2、钻孔变形法
Em
dp (1 m ) U
优点：①对岩体扰动小；② 可以在地下水位以下和相当 深的部位进行；③试验方向 基本上不受限制，而且试验 压力可以达到很大；④在一 次试验中可以同时量测几个 方向的变形，便于研究岩体 的各向异性。 缺点：试验涉及的岩体体积 小，代表性受到局限。
剪切破坏时岩体能抵抗的最大剪应力。 抗剪强度是指在任一法向应力下，岩体沿已有破 裂面剪切破坏时的最大应力。 抗切强度是指剪切面上的法向应力为零时的抗剪 断强度。
2013-4-19 土木工程专业课程——《岩体力学》
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第六章 岩体的力学性质
1、原位岩体剪切试验及其强度参数确定
双 千 斤 顶 法 直 剪 试 验
( RMR
（2）用Q值估算纵波速度和岩体平均变形模量
v mp 1000 lg Q 3500 v mp 3500 E mean 40
2013-4-19 土木工程专业课程——《岩体力学》
(Q 1)
16
第六章 岩体的力学性质
三、岩体变形曲线类型及其特征
1、法向变形曲线
中国地质大学土木工程专业基础课
岩体力学
ROCKMASS MECHANICS
贾洪彪
中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系
第六章 岩体的力学性质
第六章 岩体的力学性质
§6.1 §6.2 §6.3 §6.4
岩体的变形性质 岩体的强度性质 岩体的动力学性质 岩体的水力学性质
2013-4-19
28
第六章 岩体的力学性质
各 类 岩 体 的 剪 切 强 度 参 数 表
岩体内摩 擦角与岩 块较接近， 而内聚力 则大大低 于岩块。 说明结构 面的存在 主要是降 低了岩体 的连结能 力，进而 降低其内 聚力。
2013-4-19 土木工程专业课程——《岩体力学》
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第六章 岩体的力学性质
2、岩体的剪切强度特征
2013-4-19 土木工程专业课程——《岩体力学》
8
第六章 岩体的力学性质
3、狭缝法
Em
pl 2W R
[( 1 m )( tg 1 tg 2 )
(1 m )(sin 2 1 sin 2 2 )]
2013-4-19
土木工程专业课程——《岩体力学》
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第六章 岩体的力学性质
u
G
S
K
s
G mt
S
1 G mt
1 K sS
1 G
2013-4-19
土木工程专业课程——《岩体力学》
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第六章 岩体的力学性质
2、裂隙岩体变形参数的估算 （1）用RMR值估算岩体变形模量
E m 2 RMR 100 RMR 10 40 E 10 m ( RMR 55 ) 55 )
复 p-W曲线呈阶梯或“S”型。 合 结构面发育不均或岩性不均匀的岩体，常呈此 型 类曲线。
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第六章 岩体的力学性质
2、剪切变形曲线
峰值前曲线平均斜率小，破坏位移大；峰值后应
力降很小或不变。多为沿软弱结构面剪切。 峰值前曲线平均斜率较大，峰值强度较高。峰值 后应力降较大。多为沿粗糙结构面、软弱岩体及 剧风化岩体剪切。 峰值前曲线斜率大，线性段和非线性段明显，峰 值强度高，破坏位移小。峰值后应力降大，残余 强度较低。多为剪断坚硬岩体。
直线型 上凹型 上凸型 复合型
2013-4-19
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第六章 岩体的力学性质
直 线 型 陡 直 线 型 缓 直 线 型
通过原点的直线，其方程为p＝f(W)＝KW 加压过程中W随p成正比增加 岩体岩性均匀、结构面不发育或结构面分布均匀
岩体刚度大，不易变形，岩体 较坚硬、完整、致密均匀、少 裂隙，以弹性变形为主，接近 于均质弹性体。
一、岩体的剪切强度 二、裂隙岩体的压缩强度 三、裂隙岩体强度的经验估算
2013-4-19 土木工程专业课程——《岩体力学》
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第六章 岩体的力学性质
一、岩体的剪切强度
岩体的剪切强度是指岩体内任一方向剪切面，在
法向应力作用下所能抵抗的最大剪应力。
剪切强度分为抗剪断强度、抗剪强度和抗切强度。 抗剪断强度是指在任一法向应力下，横切结构面
卸压曲线较陡，变形大部分 为塑性变形。多为存在软弱 夹层的层状岩体及裂隙岩体 或垂直层面加压的层状岩体。
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第六章 岩体的力学性质
上 凸 型
曲线方程为p＝f(W)，dp/dW随p增加而递减， d2p/dW2＜0。 结构面发育且有泥质充填的岩体、较深处埋藏有 软弱夹层或岩性软弱的岩体常呈这类曲线。
2013-4-19
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第六章 岩体的力学性质
单结构面理论
1
3
2 (C
j
3 tg j )
(1 tg j ctg ) sin 2
岩体的强度(σ1－σ3)随结构面倾角β的变化而变化。 当β→υj或β→90°时，岩体不可能沿结构面破坏，而只 能产生剪断岩体破坏。 只有当β1≤β≤β2时，岩体才能沿结构面破坏。
沿结构面剪切(重剪破坏)时，岩体剪切强度最低，等于结构 面的抗剪强度。 横切结构面剪切(剪断破坏)时，岩体剪切强度最高。 沿复合剪切面剪切(复合破坏)时，其强度介于以上两者之间。
岩体的剪切强度是具有上限和下限 的值域，其强度包络线也是有上限 和下限的曲线族。上限是岩体的剪 断强度,下限是结构面的抗剪强度。 应力σ较低时，强度变化范围较大， 随着应力增大，范围逐渐变小。 应力σ高到一定程度时，包络线变为 一条曲线，岩体强度将不受结构面 影响而趋于各向同性体。
1 E
1 K nS
nt
E mn E
2)沿t方向加荷
2013-4-19
E mt E
tn
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第六章 岩体的力学性质
(2)剪应力作用下的岩体变形参数
岩块剪切变形 u r u u
G
S
层面剪切变形 岩体剪切变形
K
s r
j
u
2013-4-19
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第六章 岩体的力学性质
四、影响岩体变形性质的因素
影响因素：岩性、结构面 特征、风化程度、试验 方法、试件尺寸、加荷 条件、温度、湿度等。
结构面密度 结构面的张开度及 充填特征
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2013-4-19
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第六章 岩体的力学性质 结构面方位
常 见 岩 体 的 弹 性 模 量 和 变 形 模
量
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第六章 岩体的力学性质
几种岩体用不同试验方法测定的弹性模量
•岩体的变形模量比岩块的小，而且受结构面发育程 度及风化程度等因素影响十分明显。 •不同地质条件下的同一岩体，其变形模量相差较大。 •试验方法不同、压力大小不同，岩体变形模量不同。
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第六章 岩体的力学性质
坚硬岩石的 强度曲线
软弱岩石的 强度曲线
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第六章 岩体的力学性质
二、裂隙岩体的压缩强度
岩体的压缩强度分为单轴抗压 强度和三轴压缩强度。 在生产实际中，通常是采用原 位单轴压缩和三轴压缩试验来 确定。
2013-4-19
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第六章 岩体的力学性质
§6.2 岩体的强度性质
•岩体强度是指岩体抵抗外力破坏的能力。岩体的 强度既不同于岩块的强度，也不同于结构面的强度， 一般情况下，其强度介于岩块与结构面强度之间。 •岩体和岩块一样，岩体强度也有抗压强度、抗拉强 度和剪切强度之分。
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2013-4-19
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第六章 岩体的力学性质
（1）法向应力σn作用下的岩体变形参数
1)沿n方向加荷
岩块法向变形 Vr V j
K
n
S
E
n n
层面法向变形 岩体法向变形
Vn Vr V j
n
S
K
n n
n
S
E
E mn
1 E mn
岩体刚度低、易变形，由多组结 构面切割且分布较均匀或岩性较 软弱且均质或平行层面加压。有 明显的塑性变形和回滞环，非弹 性变形。
2013-4-19 土木工程专业课程——《岩体力学》
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第六章 岩体的力学性质 上 凹 型 第 一 种 情 况 第 二 种 情 况
2013-4-19
曲线方程为p＝f(W)，dp/dW随p增大而递增， dp/dW＞0 层状及节理岩体多呈这类曲线 岩体刚度随循环次数增加 而增大，弹性变形成分较 大。多为垂直层面加压的 较坚硬层状岩体。
狭缝法 水压洞室法 单(双)轴压缩试验法 声波法
地震波法
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第六章 岩体的力学性质
静力法的基本原理：在选定的岩体表面、 槽壁或钻孔壁面上施加法向荷载，并测 定其岩体的变形值；然后绘制出压力-变 形关系曲线，计算出岩体的变形参数。 动力法的基本原理：用人工方法对岩体 发射(或激发)弹性波(声波或地震波)，并 测定其在岩体中的传播速度，然后根据 波动理论求岩体的变形参数。