岩石力学复习资料

9．结构面的剪切变形、法向变形与结构面的哪些因素有关？

答：结构面的剪切变形、法向变形与岩石强度、结构面粗糙性和法向力有关。

10.结构面力学性质的尺寸效应体现在哪几个方面？

答：结构面试块长度增加，平均峰值摩擦角降低，试块面积增加，剪切应力呈现出减小趋势。此外，还体现在以下几个方面：（1）随着结构面尺寸的增大，达到峰值强度时的位移量增大；（2）试块尺寸增加，剪切破坏形式由脆性破坏向延伸破坏转化；（3）尺寸增加，峰值剪胀角减小，结构面粗糙度减小，尺寸效应也减小。

12.具有单结构面的岩体其强度如何确定？

答：具有单结构面的岩体强度为结构面强度与岩体强度二者

之间的最低值。结构面强度为：

σ1 =σ3

+

2 ⋅ (C j+σ3⋅tgφj )

(1 -tgφj ctgβ ) ⋅ sin

2β

岩体强度为：

σ=1

+ sin

φσ+

2 ⋅C⋅

cosφ

1

- sin

φ 3 1 - sin φ1

18.岩体质量分类有和意义？

答：为了在工程设计与施工中能区分岩体质量的好坏和表现在稳定性上的差别，需要对岩体做出合理分类，作为选择工程结构参数、科学管理生产以及评价经济效益的依据之一，也是岩石力学与工程应用方面的基础性工作。

19.CSIR 分类法和Q 分类法各考虑的是岩体的哪些因素？

答: 岩体地质力学分类是由岩体强度、RQD 值、节理间距、单位长度的节理条数及地下水５种指标分别记分，然后累加各项指标的记分，得出该岩体的总分来评价该岩体的质量。CSIR=A+B+C+D+E＋F

A——岩体强度（最高15

分）；

B——RQD 值（最高分20

分）；

C——节理间距（最高分

20 分）

D——单位长度的节理条

数（最高分30 分）

E——地下水条件（最高分

15 分）。

F——节理方向修正分（最低－

60，见表2-17b）

巴顿岩体质量（Q）分类

由Barton 等人提出的分类方法：

Q ＝RQ

D

⋅

J r

⋅

J

w

J n J a SRF

考虑因素: RQD——岩石质量指标；J n——节理组数；J r——节理粗糙系数；J a——节理蚀变系数；J w——节理水折减系数；SRF——应力折减系数。

7、岩石破坏有几种形式？对各种破坏的原因作出解释。

答：试件在单轴压缩载荷作用破坏时，在试件中可产生三种破坏形式:

(1)X状共轭斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，

导致岩石破坏。

(2)单斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。

(3)拉伸破坏，破坏面上的拉应力超过了该面的抗拉强度，导致岩石受拉伸破坏。

8、劈裂法实验时，岩石承受对称压缩，为什么在破坏面上出现拉应力？绘制试件受力图说明劈裂法试验的基本原理。

答：由弹性理论可得出在对径压缩方向上，圆盘中心线平面内（y 轴）的应力状态为

σ=-2 ⋅p

x π⋅ D ⋅

t

σ=-2 ⋅

p

( 1 +1 ) -2

p

y

π⋅ t r1 r2 πD t

在圆盘中心点，r1+r2 = D, r1= r2= D/2

则, σx =σt = 2p/（dπ t）

σy=σc = 6p/（dπ t）

在对径压缩时圆盘中心点的压应力值为拉应力值的3 倍，而岩石的抗压强度是抗拉强度的5~20 倍。岩石在受压破坏前就被抗拉应力所破坏。所以破坏面上出现拉应力破坏。P——试件劈裂破坏发生时的最大压力值；

D——岩石圆盘试件的直径；T——岩石圆盘试件的厚度

9、什么是全应力-应变曲线？为什么普通材料实验机得不出全应力-应变曲线？

答：全应力应变曲线：能显示岩石在受压破坏过程中的应力、变形特性，特别是破坏后的强度与力学性质的变化规律。由于材料试验机的刚度小，在试件压缩时，其支柱上存在很大的变形和变形能，在试件快要破坏时，该变形能突然释放，加速试件破坏，从而得不出极限压力后的应力应变关系曲线。

11.在三轴压缩试验条件下，岩石的力学性质会发生哪些变化？

答：三轴压缩条件下，应力应变曲线如图1-31、1-32所示，围压对岩石变形的影响主要有：

(1)随着围压(σ2= σ3) 的增大，岩石的抗压强度显著增加；

(2)随着围压(σ2= σ3) 的增大，岩石破坏时，岩石的变形显著增加；

(3)随着围压(σ2= σ3) 的增大，岩石的弹性极限显著增加；

(4)随着围压(σ2= σ3) 的增大，岩石的应力应变曲线形态发生明显的改变，岩石的

性质发生了变化，由弹脆性---弹塑性---应变硬化。抗压强度显著增加；

19.影响岩石力学性质的主要因素有哪些，如何影响的？

答：影响岩石力学性质的主要因素有水、温度、加载速度、风化程度及围压。

(1)水对岩石力学性质的影响

1）连结作用：束缚在矿物表面的水分子通过其吸引力作用将矿物颗粒拉近、接紧，起连接作用。

2）润滑作用：由可溶盐、胶体矿物连接的岩石，当有水入侵时，可溶盐溶解，胶体水解，导致矿物颗

粒间连接力减弱，摩擦力减低，从而降低岩石的强度。

3）水楔作用：当两个矿物颗粒靠得很近，有水分子补充到矿物表面时，矿物颗粒利用其表面吸附力将水分子拉倒自己周围，在两个颗粒接触处由于吸着力作用使水

分子向两个矿物颗粒之间的缝隙内挤入，这种现象称水楔作用。（a）使岩石体积

膨胀，产生膨胀压力(b)水胶连接代替胶体连接产生润滑作用，降低岩石强度

4）孔隙压力作用：岩石受压时，岩石内孔隙水来不及排出，在孔隙内产生很高的孔隙压力，降低了岩

石的内聚力和内摩擦角，减小了岩石的抗剪强度。

5）溶蚀-潜蚀作用：岩石中渗透水在流动过程中可将岩石中可溶物质溶解带走，从而使岩石强度大为

减低。

(2) 温度对岩石力学性质的影响：如图1-39 所示。随着温度的增高，岩石的延性加大，

屈服点降低，强度也降低。

(3)加载速度对岩石力学性质的影响：加载速率越快，测得的弹性模量越大，获得的强度

指标越高。ISRM（国际岩石力学学会）建议的加载速率为0.5~1Mpa/s。

(4)围压对岩石力学性质的影响：岩石在三轴压缩条件下，岩石的强度和弹性极限都有显著

增加。

(5)风化对岩石力学性质的影响

a)降低岩体结构面的粗糙程度并产生新的裂隙，

岩石在化学风化过程中，矿物成分发生变化，岩体强度降低。

表示岩石力学性质的指标包含哪两类？解释各自的物理意义。

1.岩石的强度：岩石在各种荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大应力。

2.岩石的变形：岩石在各种载荷作用下，首先发生的物理现象是形变。