岩体力学复习资料

岩体力学复习资料
一、名词解释
1、结构面：岩体中存在着的各种不同成因（特性）的地质界
面，包括物质的分界面、不连续面，如节理、片理、断层、不整合面等。

2、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。

3、蠕变：是指岩石在恒定的荷载作用下，其变形随时间而逐
渐增大的性质。

4、饱和吸水率：岩石试件在高压或真空条件下吸入水的质量
与岩样干质量之比。

5、围岩压力：地下洞室围岩在重分布应力作用下产生过量的
塑性变形或松动破坏，进而引起施加于支护衬砌上的压力。

6、剪切刚度：在剪切荷载作用下，岩块抵抗剪切破坏的最大
剪应力。

7、天然应力：人类工程活动之前存在于岩体中的应力。

8、RQD值：大于10cm的岩芯累计长度与钻孔进尺长度之比的
百分数。

9、围岩抗力系数：使洞壁围岩产生一个单位径向变形所需要
的内水压力。

10、岩石软化性：是指岩石浸水饱和后强度降低的性质。

11、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存于一定的天然应力状态和地
下水等地质坏境中的地质体，是岩体力学研究的对象。

12、单轴抗压强度：在单向压缩条件下，岩块能承受的最大压
应力。

13、吸水率：是指岩石试件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。

14、重分布应力：由于人类工程活动改变后的应力。

15、变形模量：是指在儋州压缩条件下，轴向应力与轴向应变
之比
二、填空题
1、围岩的支承压力分为应力降低区、应力升高区、应力不
变区这三个区。

其中以应力峰值点为界限，又将支承压力分为弹性区、极限平衡区。

2、结构体和结构面是岩体结构的两个基本单元。

3、地应力的测量方法分直接法、间接法两大类，分别各举一例：
如前者水压致裂（声发射法、扁千斤顶法）、后者应力解除法。

4、按围岩压力的形成机理可划分为变形围岩压力、松动围岩压力、
冲击围岩压力、膨胀围岩压力等四类。

5、岩石的破坏形式包括脆性断裂和塑性流动，其中前者细分为拉
伸断裂和剪切破坏。

6、按莫尔——库伦强度理论，若岩石强度是一条直线，则岩石破坏时破裂面与最大主应力作用面的夹角为 450+Ø/2 。

三、简答题
1、画图简述岩石的应力－应变全过程曲线。

4个阶段：
1）裂隙压密阶段(OA)：曲线上凹
2）弹性变形阶段(AB)：呈直线
3）塑性变形阶段(BC)：曲线下凹
4）破坏后阶段(CD)：残余强度σD ，
峰值强度σC
2、简述岩体强度特性。

（6分。

1、2、4每点表述1.0分，3中各小点也是1.0分）
● 岩体的强度包络线介于结构面强度包络线和岩石强度包络线之间。

● 岩体强度受加载方向与结构面夹角θ的控制，因此表现出岩体强度的各向异性。

● 岩体中只有一组结构面时，(1)当σ1与结构面垂直，岩体强度与结构面无关，为岩石强度；(2)当θ＝450－φj/2，岩体将沿结构面破坏，其强度为结构面强度；(3)当σ1与结构面平行，结构面的抗拉强度小，岩体将因结构面的横向扩展而破坏。

● 岩体中有多组结构面时，岩体的强度图像将为各单组结构面岩体强度图像的叠加。

如果结构面分布均匀、且强度大体相同时，则岩体表现出各向同性的特性，但强度却大大削弱了。

3、试述地下洞室弹性围岩重分布应力的基本特点。

（10分） 答：1）.椭圆形洞室长轴两端点应力集中最大，易引起压碎破坏，而短轴两端易出现拉应力集中，不利于围岩稳定。

2）.各种形状洞室的角点或急拐弯处应力集中最大。

3）.长方形短边中点应力集中大于长边中点，而角点处应力集中最大，
围岩最易失稳。

4）.当岩体中天然应力σh和σv相差不大时，以圆形洞室围岩应力分布最均匀，围岩稳定性最好。

4、什么是岩石的全应力应变曲线？
岩石在单周压缩荷载作用下，应变随应力变化的关系曲线，包括（1）空隙裂隙压密阶段；（2）弹性变形阶段；（3）微弹性裂隙稳定发展阶段；（4）非稳定破裂发展阶段；（5）破坏后阶段。

5、岩石与岩体的区别与联系。

岩石是由矿物+岩屑在地质作用下按一定规律聚集而成德自然物体，岩体是由岩石、地质部连续面和不连续面内填充物组合成的天然地质体，岩体由于结构面的存在强度远低于岩石的强度。

6、岩石的强度有哪几种类型；由那几个实验确定其特征值? 岩石的强度有：单轴抗压强度（单轴压缩实验）、抗拉强度(直接拉伸试验法，劈裂试验法，点载荷试验法，抗弯法试验)、抗剪强度（抗剪断试验）、三轴抗压强度（真三轴加载实验，常规三轴加载实验）
四、计算题
13、对某种砂岩做一组三轴压缩实验得到的如表所示峰值应力。

试求：（1）该砂岩峰值强度的莫尔包络线；
（2）求该岩石的c,ϕ值；
（3）根据格里菲斯理论，
预测岩石抗拉强度为多少？？
解：（1）莫尔包络线
（2）由2y a x nb xy a x b x =+=+∑∑∑∑∑ 可得⇒ 2
2
()i i i x y nx y
a x n x
b y ax
-=-=-∑∑
1.09.6
2.028.09.548.715.074.01638.25i i x y =⨯+⨯+⨯+⨯=∑
1.0
2.09.515.0
6.8754x +++==
9.628.048.774.0
40.0754y +++==
2
22221.0 2.09.515.0320.25i x =+++=∑
221.0 2.09.515.0
()4()189.064n x +++=⨯=
221638.254 6.87540.075
4.087320.25189.06()i i i x y nx y
a x n x --⨯⨯===--∑∑
40.075 4.087 6.87511.98b y ax =-=-⨯=
单轴抗压强度值11.98c σ=
强度线的斜率 4.087ξ= 由公式2cos 1sin 1sin 1sin c c ϕ
σϕϕξϕ=-+=- 可得⇒
1 4.0871
sin 0.607
1 4.0871(1sin )
2.96
2cos c c ξϕξσϕϕ--===++-===
（3）令30σ=，由131
131
22
sin 0.6072.96 1.309cot 2
2c σσσϕσσσϕ-===+⨯++
可得111.97MPa σ=
又213113
()8t σσσσσσ-==+，0.908t MPa σ= 14、将某一岩石试件进行单轴压缩实验，其压应力达到28.0MPa 时发生破坏。

破坏面与水平面的夹角为60°，设其抗剪强度为直线型。

试计算：
（1）该岩石的c,ϕ值；
（2）破坏面上的正应力和剪应力；
（3）在正应力为零的面上的抗剪强度；
（4）在与最大主应力作用面成30°的面上的抗剪强度。

解：（1）由题意
2cos 28.01sin 45602c c MPa ϕσϕϕ
α==-=︒+=︒⇒3028.0(1sin 30)8.082cos30c ϕ=︒
⨯-︒==⨯︒
（2）由题意1328.0,0MPa σσ== 正应力13131111
()()cos 228.028.00.57.02222
MPa σσσσσα=+++=⨯-⨯⨯= 剪应力1311()sin 228.00.88612.1222MPa τσσα=-=⨯⨯= （3）由题意0σ=时，
由tan 8.08c MPa τσϕ=+=
（4）13131111()()cos 228.028.00.521.02222
MPa σσσσσα=+++=⨯+⨯⨯= 抗剪强度tan 8.0821tan3020.2c MPa τσϕ=+=+⨯︒=
15、某砂岩地层，砂岩的峰值强度参数 1.2,40c MPa ϕ==︒。

某一点的初始应力状态为：318.97,34.5MPa MPa σσ==，由于修建水库岩石孔隙水压力增大，试求该点岩石当孔隙水压力为多大时会使砂岩破坏？ 解：设最大孔隙水压力w P
由13()w w c P P σξσσ-=-+ 可得⇒ 1331c
w P σσσσξ--=-- 1sin 1sin 40 4.601sin 1sin 402cos 2 1.2cos 40 5.151sin 1sin 40c c ϕ
ξϕϕσϕ++︒
===--︒⨯⨯︒===--︒ ⇒
34.58.97 5.15
8.97 3.314.601w P KPa --=-=-。