高等岩石力学教案2009-04

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套芯小孔
套套安芯装孔大探取孔头芯
(3)在小孔中央位置安装测量探头
((a(bc)))
(d) (4)用薄壁钻头延伸大孔，使小孔周围岩芯实现应力解除
（5）将岩芯与探头一并取回，进行围压率定和温度标定试验。 （6）数据修正和处理，计算地应力值
几种主要的方法：
¾孔径变形法：P158 ¾孔底应变法：P162 ¾孔壁应变法：P165 ¾空心包体应变法：P168 ¾实包体应变法：P171
3 地应力分布的基本规律 5)最大水平主应力和最小水平主应 力也随速度呈线性增长关系
3 地应力分布的基本规律 6)最大水平主应力和最小水平主 应力之值一般相差较大，显示 出很强的方向性（表3－2）
3 地应力分布的基本规律 7)地应力分布受地形、地表剥蚀、风 化、岩体结构特征、岩体力学性质、 温度和地下水等因素的影响。
1)岩体质量评价及其分类的必要性与分类方法
分类方法：
按目的，可分为综合性和专题性 按所涉及的因素：可分为单因素分类法和多因素分类法
2)单一因素分类法
A 按岩石质量指标（RQD）分类 B 按岩体结构类型分类
1)岩体质量评价及其分类的必要性与分类方法
分类方法：
按目的，可分为综合性和专题性 按所涉及的因素：可分为单因素分类法和多因素分类法
大，显示出很强的方向性 z地应力分布受地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特
征、岩体力学性质、温度和地下水等因素的影响
4 地应力测量的基本原理和方法
1)岩体中任一点三维应力状态的表述
2)地应力测量的基本方法 z 按测量手段：P138 z 按测量原理：P138
z
σz
τzx
τzy
y
τxz σx
τyx
τyz
τxy
Q与RMR之间的关系：
目录
绪论 第1章 岩石物理力学性质 第2章 岩体力学性质 第3章 地应力及其测量 第4章 岩石本构关系与强度理论 第5章 岩石力学数值分析方法 第6章 岩石地下工程 第7章 岩石边坡工程 第8章 岩石地基工程 第9章 岩石力学研究新进展
Q－Dr曲线：
4) 岩体质量评价及其分类的发展趋势 z运用多因素综合指标 z定性与定量的结合 z充分结合工程岩体处理和工程施工方法 z尽量利用简易岩体力学测试技术 z重视新理论与新方法
基本思想：
由南非科学和工业委员会(Council for Scientific and Industrial Research，CSIR)的Z.T.Bieniawski 于1976年提出岩体的分类应该包括以下5个方面：
1)完整岩石块体的单轴抗压强度 2)岩石质量指标RQD 3)结构面间距 4)结构面条件 5)地下水条件
注意：1)当 σcw f 90Kv + 30 时，
以 σ cw = 90Kv + 30 代入上式求BQ值 2)当 Kv f 0.04σ cw + 0.4 时，
以 Kv = 0.04σ cw + 0.4 代入上式求BQ值
具体分类方案：
C 按岩体地质力学分级分类（CSIR法） z 基本思想 z 各分类指标的确定方法 z RMR指标的确定与修正 z 具体分类方案及其稳定性
基本思想与分类指标Q 的确定：
具体分类方案(9类)：
异常差的岩体：
Q<0.01
极差的岩体：0.01≤ Q<0.1
很差的岩体： 0.1≤ Q<1
差的岩体： 1≤ Q<4
一般的岩体： 4≤ Q<10
好的岩体： 10≤ Q<40
很好的岩体： 40≤ Q<100
极好的岩体： 100≤ Q<400
异常好的岩体： 400≤ Q
3 地应力分布的基本规律 1)地应力是一个具有相对稳定的非稳定 应力场，它是时间和空间的函数。
3 地应力分布的基本规律 2)实测垂直应力基本等于上覆 岩层的重量（图3－2）
3 地应力分布的基本规律
3)水平应力普遍大于垂直应力
（表3－1）
3 地应力分布的基本规律 4)平均水平应力与垂直应力的比值 随深度增加而减小，但不同地区 变化的速度不同（图3－3）
1)地应力测试的必要性
a)它是引起各种地下或露天岩石开挖工程变形和 破坏的根本作用力。区别于结构力学、材料力 学其他力学。
b)传统的岩石工程的开挖设计和施工的经验类比 法有局限性。小规模和地表的岩石工程，经验 类比的方法往往是有效的。大规模和深部的岩 石工程，经验类比法有不足。
c)是岩石工程数值分析方法计算分析的必要前提 条件。
d)地应力应用领域广泛。
3)地应力研究的历史
z海姆的静水压力观点 σh =σv = γ ⋅H
z金尼克对海姆观点的修正
σv =γ ⋅H
σh
=
ν 1Байду номын сангаасν
σv
=
ν 1−ν
γ
⋅H
z哈斯特的构造应力为主的观点
z复杂多变的地应力场
1 概论
1) 地应力测试的必要性 2) 地应力的定义与组成 3) 地应力研究的历史 4) 分析地应力分布的两种主要观点
5 直接测量法 1) 扁千斤顶法 2) 刚性包体应力计法 3) 水压致裂法 4) 声发射法
2) 刚性包体应力计法 z刚性包体应力计 z测量原理
1) 扁千斤顶法
z基本原理 z测量步骤 z特别强调
¾是一种一维应力测量方法 ¾测量的是一种受开挖扰动的次生应力场
3) 水压致裂法 z测量原理 z测量步骤
4) 声发射法 zKaiser效应与测量原理 z测量步骤
2)单一因素分类法
A 按岩石质量指标（RQD）分类 B 按岩体结构类型分类
A 按岩石质量指标（RQD）分类
z岩石质量指标RQD z具体分类方案 z工程应用 z局限性
岩石质量指标RQD：
也称岩芯质量指标，是根据钻探时的岩芯 完好程度来判断岩体质量的一个指标，即将 钻探时获得的大于或等于10cm的岩芯断块 累计长度与钻孔总长度的百分比来表示：
第三章 地应力及其测量
1.概论 2.地应力的成因 3.地应力分布的基本规律 4.地应力测量的基本原理和方法 5.直接测量法 6.间接测量法 7.影响地应力测量精度的主要问题及其改进技术
第三章 地应力及其测量
1. 概论 2. 地应力的成因 3. 地应力分布的基本规律 4. 地应力测量的基本原理和方法 5. 直接测量法 6. 间接测量法 7. 影响地应力测量精度的主要问题及其改进技术
第2章 岩体力学性质
1.概述 2.岩体结构基本类型 3.岩体结构面及其充填特征 4.结构面的力学特性 5.岩体的变形特性 6.岩体的强度特性 7.岩体的水力学性质 8.岩体质量评价及其分类
8.岩体质量评价及其分类
1) 岩体质量评价及其分类的必要性与分类方法 2) 单一因素分类法 3) 多因素综合分类方法 4) 岩体质量评价及其分类的发展趋势
1) 全应力解除法 z基本原理 z测量步骤 z几种主要的方法
基本原理： 使测点岩体完全脱离地应力
作用的方法。
测量步骤：
孔径变形法(P158)：即通过应力解除过程中钻孔直
径的变化而计算出垂直于钻孔轴线的平面内的应力状 态，并可通过三个互不平行钻孔的测量确定一点的三 维应力状态。
2) 测量步骤： (1)在测试地点打大孔 (2)从大孔底打同心小孔
Kaiser效应与测量原理：
6 间接测量法
1) 全应力解除法： 2) 局部应力解除法： P150 3) 松弛应力测量法： 4) 孔壁崩落测量法：P155 5) 地球物理探测法：P157
测量步骤： ¾试件制备 ¾声发射测试 ¾计算地应力
第三章 地应力及其测量
1. 概论 2. 地应力的成因 3. 地应力分布的基本规律 4. 地应力测量的基本原理和方法 5. 直接测量法 6. 间接测量法 7. 影响地应力测量精度的主要问题及其改进技术
RMR值的确定与修正：
将上述5个指标的取值求代数和即可得到RMR值， 但考虑到结构面走向和倾角对岩土工程稳定性影响程 度的不同，应对RMR值按下表给予必要的修正：
各分类指标的确定方法：
具体分类方案及其稳定性：
稳定时间与岩体分类之间的关系：
D 按巴顿岩体质量（Q）分类（NGI法） z基本思想与分类指标Q 的确定 z具体分类方案 zQ－Dr曲线 zRMR与 Q间的关系
σy
O x
z 按测量参数是否地应力分量分为
直接测量和间接测量两类
第三章 地应力及其测量
1. 概论 2. 地应力的成因 3. 地应力分布的基本规律 4. 地应力测量的基本原理和方法 5. 直接测量法 6. 间接测量法 7. 影响地应力测量精度的主要问题及其改进技术
第三章 地应力及其测量
1. 概论 2. 地应力的成因 3. 地应力分布的基本规律 4. 地应力测量的基本原理和方法 5. 直接测量法 6. 间接测量法 7. 影响地应力测量精度的主要问题及其改进技术
具体分类方案：
根据岩石质量指标RQD取值不同，可将岩 体分为以下五类：
工程应用：
A.H.Merritt将岩石质量指标（RQD）分类方法推 广应用于预计巷道的支护，下图具体给出了他所提 出的巷道支护方式概念图。
局限性：
1) 在近地表的岩体中，由于风化和渗流作 用降低了沿岩体结构面的摩擦力，尽管 此时的岩石质量指标RQD相对较高， 但其岩体却并不稳定；
2) 岩石质量指标RQD无法考虑诸如结构 面方位等方面的影响因素对岩体力学行 为的影响。
基本思路：
B 按岩体结构类型分类 z 基本思路 z 具体分类方案
具体分类方案：
3)多因素综合分类方法 A.乘积法与和差法 B.按岩体质量分级分类 C.按岩体地质力学分级分类（CSIR法） D.按巴顿岩体质量（Q）分类（NGI法）