岩体力学复习

第一章1、岩体力学：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。

2、岩体：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，是岩体力学研究的对象。

3、岩块：不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。

4、岩石：经过地质作用天然形成的一种或多种矿物和岩屑的集合体。

新鲜岩块的力学性质主要取决于组成岩块的矿物成分及其相对含量。

5、结构体：岩体中被结构面切割围限的岩石块体。

只有Ⅳ级结构面切割的Ⅳ级结构体（与结构面规模等级划分一致，但Ⅳ级结构体包含了被Ⅴ级结构面划分的结构体）才被称为岩块。

6、结构面：地质发展过程中，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，包括物质分异面和不连续面。

5、自然界中的造岩矿物有：硅酸盐类（长石、辉石、角闪石、云母…）、粘土矿物（高岭石、伊利石、蒙脱石（膨胀下最大，力学性质最差））、碳酸盐类矿物、氧化物类矿物（一般情况下，石英含量增加，岩块的强度和抗变形性能明显增强）。

强度：粒、柱状大于片状大于鳞片状，粗粒大于细颗粒。

6、岩块的结构是指岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式和颗粒间连结方式以及微结构面发育情况等反映在岩块构成上的特征。

7、岩石颗粒间的联结分结晶连结（岩浆岩、大部分变质岩和部分沉积岩）和胶结连结（硅质胶结的岩块强度最高；铁质、钙质胶结的次之；泥质胶结的岩块强度最弱，且抗水性差。

基底式胶结最高，孔隙式次之，接触式胶结最低）两类。

8、微结构面：存在于矿物颗粒内部或颗粒间的软弱面或缺陷，包括矿物解理、晶格缺陷、粒间空隙、微裂隙、微层面及片理面等。

9、岩块的构造：矿物集合体之间及其与其他组分之间的排列方式，如岩浆岩中的流线、流面构造，沉积岩中的微层状构造等。

10、岩块的风化程度可通过定性指标和某些定量指标来表述。

定性指标有：颜色、矿物蚀变程度、破碎程度及开挖锤击技术特征等。

定量指标有：风化空隙率指标（：快速浸水后风化岩块吸入水的质量与干燥岩块质量之比）和波速指标（、风化系数、波速比）等，其中、越大表示岩石质量越好，越接近新鲜岩石。

风化分为：全风化、强风化、中等风化、微风化、未风化。

11、原生结构面：沉积结构面（）、岩浆结构面、变质结构面地质成因构造结构面次生结构面张性结构面结构面力学成因剪性结构面Ⅰ级结构面(最大)Ⅱ级结构面软弱结构面规模等级Ⅲ级结构面Ⅳ级结构面硬性结构面Ⅴ级结构面13、泥化夹层的特性:①由原岩的超固结胶结式结构变成了泥质散状结构或泥质定向结构；②粘粒含量很高；③含水率接近或超过塑限，密度比原岩小；④常具有一定的胀缩性；⑤力学性质比原岩差，强度低，压缩性高；⑥结构疏松，抗冲刷能力差，易产生渗透变形。

14、岩体结构：岩体中结构面与结构体的排列组合特征，岩体结构应包括两个要素或称结构单元，即结构面和结构体。

15、结构体的规模取决于结构面的密度，密度越小，结构体的规模越大。

常用块度模数（单位体积内的Ⅳ级结构体数）、结构体的体积来表示。

16、岩体结构类型（（）内为与之对应的结构体类型）：整体状结构（巨块状）、块状结构（块状、柱状）、层状结构（层状、板状、透镜状）、碎裂状结构（碎块状）、散体状结构（碎屑状、颗粒状）。

17、岩体结构控制论：岩体结构对工程岩体的控制作用主要表现在三个方面，即岩体的应力传播特征、岩体的变形与破坏特征及工程岩体的稳定性。

具有一定结构的岩体，往往具有与之对应的力学属性；岩体变形与连续介质变形明显不同，它由结构体变形与结构面变形两部分构成，并且结构面变形起控制作用；岩体的破坏机制也受控于岩体结构。

结构控制主要方面有：岩体破坏的难以程度、岩体的破坏规模、岩体破坏的过程及岩体破坏的主要方式等。

岩体破坏的力学过程是岩体的破坏机制；岩体结构对岩石工程的控制作用也十分显著。

18、分析岩体结构对岩体稳定性的控制作用，应注意如下几个方面:①在工程地质模型的基础上，经初步岩体结构分析，对岩体的稳定性可做出宏观与定性的判断。

②依据岩体结构，尤其是结构面（特别是控制结构面与软弱结构面）与工程岩体的依存关系，可准确确定岩体稳定性的边界条件。

③结构面的组合关系，尤其是在软弱结构面共同作用下，控制着岩体变形破坏方式与失稳机制。

④岩体结构同样控制工程岩体的环境因素，主要是地应力与地下水。

⑤在岩体结构力学效应中，通过起伏角、尺寸效应和结构面产状，可充分反映岩体结构对岩体稳定性的控制作用。

19、岩体风化程度的评价指标P1120、针对Ⅳ级结构面的结构面特征P15第二章1、研究岩块的意义：①在岩体性质接近岩块性质时，可通过岩块力学性质的研究外推岩体的力学性质，并解决有关的岩体力学问题。

②岩块是岩体的组成部分，当研究岩体在不同加载条件下的强度和变形性质时，不能忽视岩块性质的研究。

③在评价石材性能时，必须研究相关岩块的物理力学性质。

④在评价岩石的可钻性和可破碎性时，必须研究岩块的物理力学性质。

⑤在工程岩体分类中，岩块强度和变形模量作为重要分类指标，这时也要研究岩块物理力学性质。

2、岩块的物理性质：岩石的三相组成相对比例不同所表现的物理状态，由岩石的物质组成和结构决定。

①密度岩石密度：单位体积内岩石的质量，可分为颗粒密度ρ和块体密度颗粒密度：岩石中固相部分的质量与体积的比值，其体积不包括岩石中的空隙。

其属于实测指标，常用比重瓶法进行测定。

岩石的比重=/（*），表示岩石固体部分的重量和4℃时同体积的纯水重量的比值。

块体密度：岩石单位体积内（包括空隙体积在内）的质量，包括ρ、ρ、ρ，块体密度除与矿物组成有关外，还与岩石的孔隙性和含水状态密切相关。

对于规则试件采用量积法；对于不规则试件采用蜡封法。

②空隙性开空隙(大、小孔隙)，闭空隙，一般来说，孔隙率越大，岩石的孔隙和裂隙越多，岩块的强度越小，塑性变形和渗透变形愈大；更容易遭受各种风化营力的作用。

岩石的空隙性指标一般不能实测，只能通过密度和吸水性等指标换算求得。

3、岩石的水理性质：岩石在水溶液作用下表现出来的性质。

①吸水性：岩石在一定条件下吸收水分的能力。

吸水率:岩石在大气压力和室温条件下自由吸入水的质量与岩样干质量之比。

(认为水只能进入开空隙)。

饱和吸水率：岩石试件在高压(一般压力为15兆帕)或真空条件下吸入水的质量与岩样干质量之比。

（认为水能进入所有开空隙中）。

能反映总开空隙的发育程度，可间接地用来判定岩石的抗风化能力和抗冻性。

饱水系数：岩石的吸水率和饱和吸水率之比。

反映岩石中的大、小开空隙的相对比例关系。

饱和系数越大，岩石愈易被冻胀破坏，因而抗冻性越差。

花岗岩小于玄武岩小于砂岩小于石灰岩小于白云质灰岩。

②软化性：岩石浸水饱和后强度降低的性质，用软化系数表示。

软化系数：岩石试件的饱和抗压强度与干抗压强度的比值。

软化系数愈大表明岩石的软化性越弱，岩石愈好。

岩石的软化性主要取决于岩石的矿物组成与空隙性。

开空隙愈多，岩石的软化性越强，软化系数越小。

当软化系数大于0.75时，岩石的软化性弱，说明岩石的抗冻性和抗风化能力强，小于0.75是工程地质性质较差的岩石。

③抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的能力，常用抗冻系数和质量损失率来表示。

抗冻系数：岩石试件经反复冻融后的干抗压强度与东荣强干抗压强度之比。

质量损失率：冻融试验前、后的干质量之差与实验前的干质量之比。

岩石的抗冻性取决于造岩矿物的热物理性质和强度、粒间连结、开空隙的发育情况以及含水率等因素。

大于75%，小于2%，为抗冻性好的岩石。

大于0.75，小于5%，饱水系数小于0.8的岩石，其抗冻性也相当高。

④透水性：在一定的水里梯度或压力差的作用下，岩石能被水透过的性质。

渗透系数：表征岩石透水性的重要指标，其大小取决于岩石中的空隙数量，规模及连通情况等，即岩石的物理特性和裂隙发育情况。

岩石的透水性远小于岩块的透水性。

同一种岩石，有裂隙发育时，渗透系数急剧增大，一般比新鲜岩石大4—6个数量级。

⑤膨胀性：岩石浸水后体积增大的性质。

大多数结晶岩和化学岩是不具有膨胀性的，除非岩石中有绢云母、石墨、绿泥石，粘土矿物等矿物。

自由膨胀率：岩石试件在无任何约束的条件下浸水后所产生膨胀变形与试件原尺寸的比值。

这一参数适用于不易崩解的岩石。

侧向约束膨胀率：将有侧向约束的试件进入水中，使岩石试件仅产生轴向膨胀变形而求得的膨胀率。

膨胀压力：岩石试件浸水后，使试件保持原有体积所施加的最大压力。

试验方法：平衡加压法、压力恢复法、加压膨胀法。

⑥崩解性：岩石与水相互作用时失去粘结性，并变成完全丧失强度的松散物质的性能。

耐崩解性指数：可由烘干、浸水循环试验确定，直接反映了岩石在浸水和温度变化的环境下抵抗风化的能力，与岩石的成岩地质年代无明显关系。

4、单轴压缩条件下连续加载——岩块典型全应力（Y）—应变（X）曲线（P43-44）：孔隙裂隙压密阶段（上凹）、弹性变形至为破裂稳定发展阶段（近直线至曲线）、非稳定破裂发展阶段（应力集中，峰值为单轴抗压强度）、破坏后阶段。

5、扩容现象：岩石试件进入非稳定破裂发展阶段后，由于破裂过程中的应力集中效应显著，及时外载荷保持不变，破裂仍会发展，并在某些薄弱部位首先破坏，应力重新分布，其结果又引起次薄弱部位的破坏。

依次进行下去直至试件完全破坏。

试件由体积压缩转为扩容。

6、变形模量：在单轴压缩条件下，轴向应力与轴向应变之比。

当变形模量为一常量时，变形多为弹性变形，所以称为弹性模量。

弹性模量越大越好。

初始模量：全应力（Y）—应变（X）曲线原点处的切线斜率。

切线模量：全应力（Y）—应变（X）曲线上任一点处切线的斜率。

割线模量（平时的E）：全应力（Y）—应变（X）曲线上某特定点（通常去σc）与原点连线的斜率。

平均模量：整个全应力（Y）—应变（X）曲线的应力与应变的比值。

泊松比：在单轴压缩条件下，横向应变与轴向应变之比。

岩块的变形模量和泊松比受岩石矿物组成、结构构造、风化程度、空隙性、含水率、微结构面及其与载荷方向的关系等多种因素的影响。

体积模量：用来反映材料的宏观特性，即物体的体应变与平均应变（某一点三个主应力的平均值）之间的关系的一个物理量。

剪切模量：材料在剪切应力作用下，在弹性变形比例极限范围内，切应力与切应变的比值。

弹性后效：加、卸载时，应变恢复滞后于应力恢复的现象。

岩石记忆：逐级一次循环加载条件下，其应力—应变曲线的外包线与连续加载条件下的曲线基本一致，即加、卸载过程中并未改变岩块变形的基本习性的现象。

疲劳强度：岩块的破坏产生在反复加、卸载曲线与应力—应变全过程曲线交点处，这时的循环加、卸载试验所给定的应力称为疲劳强度。

转化压力：岩石有脆性转化为延性的临界围压。

岩石越坚硬，转化压力越大。

流变：在外部条件不变的情况下，岩石的变形或应力随时间而变化的现象叫流变，包括蠕变、松弛、弹性后效。