岩体的初始应力状态
岩石力学重点提示
第一章绪论岩石和岩体都是岩体力学的直接研究对象。
但在岩体力学中，这是两个既有联系又有区别的两个基本概念。
所谓岩石就是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体；所谓岩体则是指在一定的地质条件下，含有诸如节理、裂隙、层理和断层等地质结构面的复杂地质体。
岩石就是指岩块，在一般情况下，不含有地质结构面。
因此，岩石和岩体的力学性质也是不同的，前者可在实验室条件下进行试验，而后者一般在野外现场的实验场地完成实验。
从实验的精确度来看，后者更接近岩体的实际情况，反映了岩体的实际强度，前者则相差甚远。
第二章岩石的基本物理力学性质（一）岩石的基本物理性质这部分内容比较直观、容易掌握，但要注意各性质指标的定义和归类，避免引起混淆。
为便于记忆，列出基本物理力学性质的归类树，读者应将对应的公式（或注释）填充。
岩浆岩１．岩石（按地质成因）沉积岩变质岩２．岩体＝岩石（或岩块）＋结构面（二）岩石的强度特性1．强度试验基本内容单向抗压强度试验 抗剪强度2． 单向抗压强度试验（1）试件：直径D ＝50mm ±0.3mm ；高H=(2～2.5)D ±0.3mm ；两端法线与试件轴线偏差不大于025.0；端面不平整度不大于0.5mm 。
（2）单向抗压强度 AP=σ P －岩石试件无侧限条件下的破坏载荷 A －试件承载面积（3）试件破坏形态圆柱单向压缩有两种可能的破坏形态：圆锥形破坏和圆柱形劈裂破坏（见图２-1）（a ）圆锥形破坏 （b ）柱状劈裂破坏 图２-1 单轴压缩破坏形态破坏原因：①圆锥形破坏形状是由于试件两端与试验机承压板之间摩擦力增大造成的。
②柱状劈裂破坏，如图２-1b 所示。
若采用有效方法消除岩石试件两端面的摩擦力，则试件的破坏形态成为柱状劈裂破坏。
（4）试件单向抗压强度的主要影响因素①试验机铁板的刚度；②试件的形状；③试件的尺寸；③试件的高径比；④加载速度 3. 单向抗拉强度试验 （1）直接拉伸法对岩石试件直接施加拉力至破坏，抗拉强度为AP t =σ 式中：P －试件破坏时承受的最大压力；A －与拉力垂直的横截面积。
岩石力学课后思考题答案
岩石：是由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而形成的多种矿物颗粒的集合体，是组成地壳的基本物质。
岩体：是相对于岩块而言的，是指地面或地下工程中范围较大的、由岩块（结构体）和结构面组成的地质体。
岩石结构：是指岩石中矿物颗粒的大小、形状、表面特征、颗粒相互关系、胶结类型特征等。
岩石构造：是指岩石中不同矿物集合体之间及其与其他组成部分之间在空间排列方式及充填形式。
岩石的密度：是指单位体积岩石的质量，单位为。
块体密度：是指单位体积岩石（包括岩石孔隙体积）的质量。
颗粒密度：是岩石固相物质的质量与其体积的比值。
孔隙性：把岩石所具有的孔隙和裂隙特性，统称为岩石的孔隙性。
孔隙率：岩石试件中孔隙体积与岩石试件体积之比渗透系数：岩石渗透系数是表征岩石透水性的重要指标，渗透系数K在数值上等于水力梯度为1时的渗流速度，单位为cm/s或m/do软化系数：软化系数K为岩石试件的饱和抗压强度Q （MPa）与干抗压强度Q c （MPa）的比值。
岩石的膨胀性：是指岩石浸水后发生体积膨胀的性质。
岩石的吸水性：岩石在一定的实验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性，其吸水量的大小取决于岩石孔隙体积的大小及其敞开或封闭的程度等。
扩容：是指岩石在外力作用下，形变过程中发生的非弹性的体积增长。
弹性模量：是指在单向压缩条件下，弹性变形范围内，轴向应力与试件轴向应变之比，即E =Q £。
变形模量：是指岩石在单轴压缩条件下，轴向应力与轴向总应变（为弹性应变£e和塑性应变£p之和）之比。
泊松比：在单向载荷作用下，横向应变（£x = £y ）与轴向应变（£z ）之比。
脆性度：通常把抗压强度与抗拉强度的比值称为脆性度，n =尺寸效应：岩石试件的尺寸越大，则强度越低，反之越高，这一现象称为尺寸效应。
常规三轴试验：常规三轴试验的应力状态为a 1 > a 2 = a 3 > 0，即岩石试件受轴压和围压作用，试验主要研究围压（a 2 = a 3 ）对岩石变形、强度或破坏的影响。
岩土力学课件第六章 岩体的初始应力
研究岩体初始应力状态的工程意义： 研究岩体初始应力状态的工程意义： 1. 正确确定开挖岩体过程中的岩体内部应力变化 2. 合理设计地下工程的支护尺寸
2、 组成岩体初始应力状态的各种应力场及其计算 、
一、岩体自重应力场 1．假设岩体为均匀连续价值，并为半无限空间体 假设岩体为均匀连续价值， 在距地表深度H 在距地表深度H处，岩体的初始应力场为
（6-4）
（6-3）、（6-4）岩体在一定深度范围内成立。 岩体在一定深度范围内成立。 如果岩体由松散的碎石，砂及卵石组成， 如果岩体由松散的碎石，砂及卵石组成，可以近似地认为岩 体是理想松散介质， 体是理想松散介质，可由松散介质极限平衡条件来建立垂直应力 与侧向应力的关系： λ= σx / σz =(1-sinφ)/ (1+sinφ) (6-8的关系为
σ x = σ z = γH
1 − sin φ 2c cos φ − 1 + sin φ 1 + sin φ
（6-9）
显然，在一定深度范围，側向应力σx 有可能为负； 令σx=0，则由上式可得：
H0 = 2c cos φ γ (1 − sin φ )
σ θ =1/2(σ1h + σ2h)(1+a3/r2)- Pb a2/r2
-1/2(σ1h - σ2h)(1- 3a4/r4)cos2θ 当γ = a，即孔壁处，则，
（6-13）
σr= Pb σ θ = (σ1h + σ2h)- Pb -2 (σ1h - σ2h) cos2θ
当θ = 0时，σθ有最小值，即： （6-14）
图6-4 由地质特征推断的应力方向（a）~（e）均为平面图
2．地表剥蚀时侧压力系数的影响
γZ0 K0γZ0
第六章 岩体的初始应力状态
T0
（三）根据水压致裂法试验结果计算地应力
（1）一般来讲 z h 作为地主应力之一。我 们可以将 z 与 2 h 作比较，若 z 1h ，则 可以肯定此时 2 h 为最小主应力；进一步将 与 z 1h 作比较，也就可以以此确定地应力的 三个主应力。
因为开裂点方位或开裂裂缝方向可以确定 2 h 的方位或 1h 的方向，所以三个地主应力的 方位也就可以相应确定。 （2）如果 2 h h ，并且孔壁开裂后孔内 岩体出现水平裂缝，则此时 z h 为最小 地应力， 2 h 与 1h 各为中间主应力及最大 地主应力，垂直开裂方向即为最大地应力方向。
T z E 0.03 10 5 10 4 zMPa 0.003 zMPa
z--深度/m。
温度应力是同深度的垂直应力的1/9，并呈静 水压力状态。 返回
第三节 岩体初始应力状态的现场量测方法 一、岩体应力现场量测方法概述 1.目的： （1）了解岩体中存在的应力大小和方向 （2）为分析岩体的工程受力状态以及为 支护及岩体加固提供依据 （3）预报岩体失稳破坏以及预报岩爆的 有力工具
工作步骤
应变观测系统
（2）套孔应力解除法
•孔径变形测试，孔壁应力解除法，均属于 套孔应力解除法。前者测试套孔应力解除 后的孔径变化；后者测试套孔应力解除后 的孔壁应变。其操作步骤和原理基本相同
原理要点 对岩体中某点进行应力量测时，
先向该点钻进一定深度的超前小孔，在此 小孔中埋设钻孔传感器，再通过钻取一段 同心的管状岩芯而使应力解除，根据恢复 应变及岩石的弹性常数，即可求得该点的 应力状态。
直角应 变花
等边三角 形应变花
应力解除槽
表面应力解除法
钻孔的深 度必须超 过开挖 影 响区，才 能测到岩 体内的原 始应力， 否则测出 的是二次 应力。
岩体中初始应力场
第五章岩体中初始应力场岩体是预应力体，研究岩体初始应力状态是岩体力学中的重要课题之一。
不了解岩体初始始应力场(或称原岩应力场)的形成原因与分布规律，便难于正确合理的确定巷道与采场的有关参数，以及采取采取合理的支护与地压控制方法。
所以无论从设计或生产角度看，都必须研究矿区岩体的原岩应力场问题第一节初始应力场概念前而我们讨论的是做为岩体力学研究对象的若体，由于在进行采掘作业之前岩体中就存在着初始应力，而且在岩体内部不同位置，初始应力位不同。
在初始应力场作用下，、岩体的变形与破坏，或者说在矿床开采过程中，巷道、铜室或采场周围岩体的变形与破坏形式在很大程度土取决于岩体的初始中应力场。
因此在编制矿山开采设计之前，必须了解将在其申布置矿山工程的岩体内初始中应力场。
尽管对岩体初始应力场及其成因还没有的明确规律，但已经有一些初步的认识。
根据近20年来世界各地进行的岩体应力量测结果证明：岩体初始应力值是空间与时间的函数。
因此可用场的概念反映。
因此称为初始应力场或原岩应力场。
岩体初始应力场的形成受下列因素影响，(1)、岩石的组合、厚度、岩相变化和物理力学性质。
构成岩体的岩石具有不同的弹性性质，如在沉积岩层中，含有塑性和挠性的岩层时，会出现应力集中等，影响原岩应力场应力状态。
(2)、岩体的结构特征，如摺皱、断裂·、裂隙等的空间分布。
因结构体的接触条件相互相作用，对附近岩体的应力状态产生影响;(3)、地形条件。
区域地形与切割程度(山峰与山谷)会使应力分布发生一些异常现象。
-使垂直应力分量与垂线偏离。
在一般情况下偏离不大，不超过几度，但在少数情况下偏离可达10 o ~ 15 o。
上面所列三种因素是地质环境对岩体初始应力场的影响，因此具有全局性。
而另外因素：如地下水的作用和瓦斯的作用，人类生产活动等因轰则表现为地区的局部的影响，但有时影响很大。
从当前对岩体初始初始应力场的初步了解认为，初始应力是以下几种因素的共同作用：重力(岩石重量)、构造力、动水压力、温度应力和结晶力等。
《岩石力学》复习资料
《岩石力学》复习资料1.1 简述岩石与岩体的区别与联系。
答:岩石是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体,力学性质可在实验室测得；岩体是指由背诸如节理、裂隙、层理和断层等地质结构面切割的岩块组成的集合体，力学性质一般在野外现场进行测定，因此更接近岩体的实际情况，反映岩体的实际强度。
1.2 岩体的力学特征是什么？答：（1)不连续性：岩体受结构面的隔断,多为不连续介质，但岩块本身可作为连续介质看待；（2)各向异性：结构面有优先排列位向的趋势,随着受力岩体的结构趋向不同力学性质也各异；(3）不均匀性：结构面的方向、分布、密度及岩块的大小、形状和镶嵌状况等在各部位都很不一致，造成岩体的不均匀性；（4)岩块单元的可移动性：岩体的变形破坏往往取决于组成岩体的岩石块单元体的移动,这与岩石块本身的变形破坏共同组成岩体的变形破坏；（5）力学性质受赋存条件的影响：在一定的地质环境中，岩体赋存有不同于自重应力场的地应力场、水、气、温度以及地质历史遗留的形迹等。
1.3 岩石可分为哪三大类?它们各自的基本特点是什么?答：（1）岩浆岩：由岩浆冷凝形成的岩石，强度高、均匀性好；（2）沉积岩：由母岩在地表经风化剥蚀后产生，后经搬运、沉积和结硬成岩作用而形成的岩石,具有层理构造，强度不稳定，且具有各向异性；（3）变质岩：由岩浆岩、沉积岩或变质岩在地壳中受高温、高压及化学活动性流体的影响发生变质而形成的岩石.力学性质与变质作用的程度、性质以及原岩性质有关。
1.4 简述岩体力学的研究任务与研究内容。
研究任务：①建模与参数辨别;②确定试验方法、仪器与信息处理；③现场测试；④实际应用；研究内容：①岩石与岩体的物理力学性质(岩石的物质组成和结构特征，岩石的物理、水理性质，岩块在不同应力状态作用下的变形和强度特征,结构面的变性特征和强度参数的确定等）;②岩石和岩体的本构关系(岩块的本构关系，岩体结构面分类和典型结构面本构关系,岩体的本构关系）；③工程岩体的应力、变形和强度理论（岩体初始应力测量及分布规律，岩体中应力、应变和位移计算，岩体破坏机理、强度理论和工程稳定性维护与评价）：④岩石(岩块）室内实验（室内实验是岩石力学研究的基本手段）;⑤岩体测试和工程稳定监测（岩体原位力学实验原理和方法，岩体结构面分布规律的统计测试,岩体的应力、应变、位移检测方法及测试数据的分析利用,工程稳定准则和安全预测理论与方法)。
6、岩体的初始应力状态
第六章 岩体的初始应力状态第一节 初始应力状态的概念与意义岩体的初始应力，是指岩体在天然状态下所存在的内在应力，在地质学中，通常又称它为地应力。
岩体的初始应力主要是由岩体的自重和地质构造运动所引起的。
岩体的地质构造应力是与岩体的特性(例如，岩体中的裂隙发育密度与方向，岩体的弹性、塑性、粘性等)有密切关系，也与正在发生过程中的地质构造运动以及与历次构造运动所形成的各种地质构造现象(例如，断层、褶皱等)有密切关系。
因此，岩体中每一单元的初始应力状态随该单元的位置不同而有所变化。
此外，影响岩体初始应力状态的因素还有地形、地质构造形态、水、温度等，但这些因素大多是次要的，只是在特定的情况下才需考虑。
对于岩体工程来说，主要考虑自重应力和构造应力，二者叠加起来构成岩体的初始应力场。
地面和地下工程的稳定状态与岩体的初始应力状态密切相关。
岩体的初始应力状态可以指在没有进行任何地面或地下工程之前，在岩体中各个位置及各个方向所存在的应力的空间分布状态，它是不取决于人类开挖活动的自然应力场。
在岩体中进行开挖以后，改变了岩体的初始应力状态，使岩体中的应力重新分布，引起岩体变形，甚至破坏。
在高地应力地区，开挖后常会出现岩爆、洞壁剥离、钻孔缩径等地质灾害。
对于地下洞室工程来讲，我们把与洞室本身稳定密切相关的周围岩体称为围岩。
洞室的开挖引起围岩的应力重分布和变形，这不仅会影响洞室本身的稳定状态，而且为了维持围岩的稳定，需施作一定的支护结构或衬砌。
合理地设计支护结构，确定经济合理的衬砌尺寸，是与岩体的初始应力状态紧密相关。
所以，研究岩体的初始应力状态，就是为了正确地确定开挖过程中岩体的应力变化，合理地设计岩体工程的支护结构和措施。
第二节 组成岩体初始应力状态的各种应力场及其计算一、岩体自重应力场及计算地心对岩体的引力，使原岩体处于受力状态，由此而引起的岩体应力称为重力应力。
它可以通过计算获得，其计算理论一般是建立在假定岩体为均匀连续介质的基础之上的。
岩体原始应力的名词解释
岩体原始应力的名词解释岩体是地壳中的固体岩石，它们构成了地球表面的大部分陆地，并承受着地壳中的各种力量和应力。
在地质演化的过程中，岩体中存在着原始应力，这是指岩石形成和沉积时的初始应力状态，通常受到地壳构造、板块运动、重力、地质作用等多种因素的影响。
岩体原始应力是岩石内部及其周围环境中存在的应力状态，它是一种内在的力量平衡状态。
岩体原始应力可以分为横向应力和纵向应力两个主要方向。
横向应力是指垂直于岩石层面的应力，它可以使岩石发生剪切和摩擦等形变。
纵向应力是指平行于岩石层面的应力，它可以使岩石发生蠕变和延展等形变。
岩体的原始应力与地壳构造密切相关。
地壳是地球地表及其下部较薄的岩石层，它由不同性质和构造的岩石组成，同时受到岩石变形、板块运动和地壳运动等作用的影响。
这些作用导致了地壳中的张应力和压应力的形成，进而影响了岩体的原始应力状态。
例如，在板块碰撞造山过程中，由于岩石受到的压力增大，岩体中的压应力也相应增加，从而使得岩体的原始应力发生改变。
除了地壳构造，重力也是岩体原始应力的重要来源。
地球上的重力场对岩石的应力状态有着重要影响，它会引起岩石的竖向和横向应力分布的不均匀性。
比如，在山地地区，由于山体的重力作用，岩体受到的压力会增加，从而导致原始应力的变化。
地质作用也会对岩体原始应力造成影响。
例如，在岩石的沉积过程中，由于上覆物的重力作用和沉积物本身的重压力，岩石会受到压力和应力的影响，形成初始的应力状态。
而在岩石的变质过程中，温度和压力的改变也会导致岩体原始应力的改变，这是由于岩石的结构和组成发生了变化。
了解岩体原始应力对于地质科学和工程实践具有重要意义。
在地质科学研究中，通过对岩体原始应力的研究，可以了解到地壳的结构和形变历史，揭示地质过程和构造演化的规律。
在工程实践中，了解岩体原始应力可以帮助工程师设计和施工地下工程，预测和评估地壳的稳定性和岩石的破裂状况，避免地质灾害的发生。
综上所述，岩体原始应力是指岩石形成和沉积时的初始应力状态，它受到地壳构造、板块运动、重力、地质作用等多种因素的影响。
岩体中的初始应力场
岩体中的初始应力场围岩的物理力学性质、重力、温度、地形及构造等一些经常性因素对围岩的初始应力状态有很大影响；同时地下水的活动、地壳的运动、人类长期活动等局部性的或者暂时性的因素是第二个影响因素。
所以，初始应力场是由两种力系构成的，即一般说来，连续介质力学的分析方法是重力地应力场可以采用的办法。
其他的因素造成的初始应力场，主要的确定方法是用现场试验的方法。
在上面讲到的两种因素中，当前主要研究的方向是由围岩的重力形成的应力场，而其他的因素只认为是改变了由重力造成的初始地应力场。
1 构造应力场跟据已经发表的一些岩体应力测量数据显示：① 构造地应力场实际测量得到的水平应力普遍大于垂直应力，垂直应力基本上等于上覆岩层的重量，而且在不深的地方已经普遍存在。
② 残余的应力将对地下结构产生重大的影响，地质构造的变化不仅仅改变了自重应力场，除了以各种各样形式积蓄在岩体内，还以各种构造形态获得释放。
③ 构造地应力场的性质参数无论在时间上、空间上都是有1/ 3很大变化的，它是很不均匀的。
水平主应力具有很明显的各向异性，而且具有很强的方向性，一般来说很少有大、小主应力相等的情况，总是以一个方向的主应力占优势，而且最大主应力的方向与区域的地质构造有密切的联系。
尤其是构造地应力场的主应力轴的绝对值和方向有很大变化量。
人类直至今天仍未完全的认识和解决构造应力场——由于形成构造应力场的原因非常的繁杂。
构造应力场是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，在三维空间的分布是极其不均匀的，而且它随时间的推移还不断的变化。
所以，当前初始应力场的作用只能通过某些量测数据实验加以分析，尝试找出一点规律性，还是很难用函数式表达出构造应力场的规律的。
在某些重要的工程当中，我们多采取实地测量的方法来判定主应力的大小、方向的变化规律性质。
而在理论分析当中，是常把初始应力场按照静水应力场来处理的。
由于力学形态上的、构造的、测量技术上的等一些原因，用数学分析方法来求解初始地应力场，经常会导致极大的误差。
岩石力学-第六章岩体的初始应力状态
6.5.2 高地应力的判别标准和高地应力现 象
• （3）探洞和地下隧洞的洞壁产生剥离，岩体锤击为嘶哑声并有较大变形，在中等强度 以下的岩体中，开挖探硐或隧洞，高地应力状况不会像岩爆那样剧烈，洞壁岩体产生剥 离现象，有时裂缝一直延伸到岩体浅层内部，锤击时有破哑声。在软质岩体中则产生洞 体较大的变形，位移显著，持续时间长，洞径明显缩小。
性质、温度、地下水等因素的影响，特别是地形和断层的扰动影响最大。
6.4 岩体初始应力分布的主 要规律
初始应力场是一个非稳定应力 中国大陆板块边界所受的外力分布 场
中国大陆板块受到 外部印度板块每年以5厘米 速度和太平洋板块每年以数 厘米速度的推挤，同时受到 西伯利亚板块和菲律滨板块 的约束。板块变形，形成主 应力迹线，印、太板块的移 动促成了中国山脉的形成， 控制了地震的分布。
=0.8 ＋ 0.0329H(MP a)
6.4 岩体初始应力分布的主
要规律
平均水平应力 K 垂直应力
4. 平均水平应力与垂直应
力的比值随深度增加而减
小。
K
1500 H
0.5
5. 最大水平主应力和最小 水平主应力也随深度呈线
性增长关系
6. 最大水平主应力和最小
水平主应力之值一般相差
K 100 0.3 H
极高地应力 高地应力 一般地应力
我国工程岩体分级基准
<4
4～7
>7
（GB50218-94）
法国隧道协会
<2
2～4
>4
日本新奥法指南（1996年） > 2
4～6
《岩体力学》第七章岩体中的天然应力
第七章 岩体中的天然应力第一节 概 述地应力（天然应力）：自然状态下在原岩体中存在的由于岩体自重和构造应力形成的分布应力。
（1）天然应力（地应力）（Stress in the earth’s crust & Initial stress ）：—指岩体在天然状态下所存在内在应力。
—人类工程活动之前存在于岩体中的应力。
存在于地层中的未受工程扰动的天然应力—地应力（2）天然应力主要是由自重应力和构造应力组成，有时还存在流体应力和温差应力等。
（3）①1912年，瑞士地质学家海姆（A.Heim ）在大型越岭隧道的施工过程中，通过观察和分析，首次提出了地应力的概念。
是静水应力状态σn =σv =γH②1926年，苏联学者金尼克（A.H.пNHH иK ）修正了海姆的静水压力假设：⎪⎩⎪⎨⎧-==H Hh v γμμσγσ1③1951年，瑞典的哈斯特（N.Hast ）首先在斯堪的纳维亚半岛进行了地应力的量测工作，发现存在于地壳上部的最大主应力几乎处处是水平或接受水平的，而且max max )21(V h σσ-≅。
这从根本上动摇了地应力是静水压力的理论和以垂直应力为主的观点。
后来的进一步研究表明：重力作用和构造运动是引起地应力的主要原因，其中尤以水平方向的构造运动对地应力的影响最大。
（4）地应力（天然应力）的形成：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧岩浆侵入作用地质构造运动重力作用（6）自重应力：由岩体自重所引起的应力。
自重应力场：自重应力在空间有规律的分布状态。
构造应力：由于地质构造作用在岩体内积存的应力。
活动构造应力：狭义地应力，是地壳内现在正在积累的能够导致岩体变形和破裂，形成地震和活动构造的应力。
残余构造应力：古构造运动残留下来的应力。
它的基本特征：具有较高的水平压应力，一般情况下，v h σσ>，并具有明显的各向异性。
到目前为止，岩体的天然应力状态主要还是靠实测方法确定。
求岩体中一点的自重应力？在地表近水平的情况下，假设岩体均质各向同性连续性，则：⎪⎩⎪⎨⎧=-====z zv h h v γμμλσσσγσ1 21在地表以下较深部位，岩体近于塑性状态，其λ→1，即处于静水压力状态。
岩体力学复习题(填空选择)
岩体力学习题集一、填空题1．表征岩石抗剪性能的基本指标是（）和（）。
2．如果将岩石作为弹性体看待，表征其变形性质的基本指标是（）和（）。
3．所谓洞室围岩一般是指洞室周围（）倍半径范围内的岩体。
4．边坡岩体中，滑移体的边界条件包括（）、（）和（）三种类型。
5．垂直于岩石层面加压时，其抗压强度（），弹性模量（）；顺层面加压时的抗压强度（），弹性模量（）。
6．岩石在复杂应力状态下发生剪切破坏时，破坏面的法线与最大主应力之间的夹角总是等于（）的。
7．不论何种天然应力条件下，边坡形成后，在边坡表面岩体中的最大主应力的作用方向与边坡面（），最小主应力作用方向与边坡面（）。
8．水对边坡岩体的影响表现在（）、（）和（）。
9．天然应力场的主要成分有（）、（）和（）。
10．地质结构面对岩体力学性质的影响表现在（）和（）。
11．结构面在法向应力作用下，产生（）变形，其变形性质用指标（）表征。
12．岩石抗拉强度的试验室方法有直接拉伸法、（）和（）。
13．岩体结构类型可分为（）、（）、（）、（）和（）。
14．岩体的强度处在（）强度与（）强度之间。
15．结构面的线连续性系数是在（）至（）变化的。
16．原生结构面据其成因可划分为（）、（）、（）。
17．表征岩块变形特性的指标有（）和（）。
18．根据库仑强度理论，最大主应力与破裂面的夹角为（）。
19．岩体中的结构面据其地质成因分为（）、（）和（）。
20．岩体中一点的水平天然应力与铅直天然应力之比称为（）。
21．洞室围岩压力的基本类型有（）、（）和（）。
22．岩体是由（）和（）两个最基本的要素组成的。
23．根据边坡岩体面形态、数目、组合特征把岩体边坡的破坏类型划分为（）、（）、（）和（）。
24. 岩体按成因可划分为（）、（）和（）。
不同成因类型的岩石的物理力学性质差别很大，工程性质极为多样。
25.岩石的变形性质按卸荷后变形是否可以恢复可分为（）变形和（）变形两类。
26.岩石的流变主要包括（）、（）和（）。
围岩分类与围岩压力
第四章围岩分类及围岩压力第一节隧道围岩的概念与工程性质一、隧道围岩的概念围岩是指隧道开挖后其周围产生应力重分布范围内的岩体，或指隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩体(这里所指的岩体是土体与岩体的总称)。
应该指出，这里所定义的围岩并不具有尺寸大小的限制。
它所包括的范围是相对的，视研究对象而定，从力学分析的角度来看，围岩的边界应划在因开挖隧道而引起的应力变化可以忽略不计的地方，或者说在围岩的边界上因开挖隧道而产生的位移应该为零，这个范围在横断面上约为6～10倍的洞径。
当然，若从区域地质构造的观点来研究围岩，其范围要比上述数字大得多。
二、围岩的工程性质围岩的工程性质，—般包括三个方面：物理性质、水理性质和力学性质。
而对围岩稳定性最有影响的则是力学性质，即围岩抵抗变形和破坏的性能。
围岩既可以是岩体、也可以是土体。
本书仅涉及岩体的力学性质，有关土体的力学性质将在《土力学》中研究。
岩体是在漫长的地质历史中，经过岩石建造、构造形变和次生蜕变而形成的地质体。
它被许许多多不同方向、不同规模的断层面、层理面、节理面和裂隙面等各种地质界面切割为大小不等，形状各异的各种块体。
工程地质学中将这些地质界面称之为结构面或不连续面，将这些块体称之为结构体，并将岩体看作是由结构面和结构体组合而成的具有结构特征的地质体。
所以，岩体的力学性质性质主要取决于岩体的结构特征、结构体岩石的特征以及结构面的特性。
环境因素尤其是地下水和地温对岩体的力学性质影响也很大。
在众多的因素中，哪个起主导作用需视具体条件而定。
在软弱围岩中，节理和裂隙比较发育，岩体被切割得很破碎，结构面对岩体的变形和破坏都不起什么作用，所以，岩体的特性与结构体岩石的特性并无本质区别。
当然，在完整而连续的岩体中也是如此。
反之，在坚硬的块状岩体中，由于受软弱结构面切割，使块体之间的联系减弱，此时，岩体的力学性质主要受结构面的性质及其在空间的位置所控制。
由此可见，岩体的力学性质必然是诸因素综合作用的结果，只不过有些岩体是岩石的力学性质起控制作用：而有些岩体则是结构面的力学性质占主导地位。
岩体的初始应力状态
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自己总结一下侧压系数的变化情况。
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第三节 岩体初始应力状态 的现场量测方法
• 一、概述 – 1．岩体应力测量的种类 1）初始应力测量 2）次生应力测量 – 2．应力测量地点 钻孔中，地表露头，地下洞室的岩壁 。 – 3．原岩应力测量原理
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（6-23）
由式6-23可知，可以根据水压致裂法的各种压力值
计算岩体内的较大的主应力1h ，较小的主应力 2h
和岩体抗拉强度T0 。其中，有关岩体水压致裂的压力
参数见图6-11。
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初始压裂压力pb
停泵后开启
稳定开裂
压力pb0
压力ps pb
关闭 压力ps0
ps
P0 空隙水压p0
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4．测值代表性大。所测得的地应力值及岩体 抗拉强度是代表较大范围内的平均值，有较好 的代表性。
5．适应性强。这一方法不需要电磁测量元件， 不怕潮湿，可在干孔及孔中有水条件下作试验， 不怕电磁干扰，不怕震动。
因此，这一方法越来越受到重视和推广。但 它存在一个较大的缺陷，即主应力方向定不准。
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图6-3 松散岩体内的侧向应力
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几种自重应力理论的解释
1）垂直应力是一个公认的参数与深度成正比：
z Z
2）水平应力与垂直应力的关系可用侧压系数表 示，即 ： x z
3）侧压系数是一个复杂的问题，随着对岩体性 质属性认识的不同有不同的认识。
>1
＝1
(完整版)岩石力学考试试题含答案
岩石力学考试试题1、岩体的强度小于岩石的强度主要是由于（ )（ A ）岩体中含有大量的不连续( B )岩体中含有水（ C ）岩体为非均质材料（ D ）岩石的弹性模量比岩体的大2、岩体的尺寸效应是指（）.（ A ）岩体的力学参数与试件的尺寸没有什么关系（ B )岩体的力学参数随试件的增大而增大的现象（ C ）岩体的力学参数随试件的增大而减少的现象（ D )岩体的强度比岩石的小3 、影响岩体质量的主要因素为( ）.(A）岩石类型、埋深（B）岩石类型、含水量、温度(C）岩体的完整性和岩石的强度（D）岩体的完整性、岩石强度、裂隙密度、埋深4、我国工程岩体分级标准中岩石的坚硬程序确定是按照（）.(A)岩石的饱和单轴抗压强度（B）岩石的抗拉强度（C）岩石的变形模量(D）岩石的粘结力5、下列形态的结构体中，哪一种具有较好的稳定性？（）（A）锥形（B）菱形（C）楔形（D)方形1、A2、C3、C4、A5、D6、A7、C8、B9、A 10、D6、沉积岩中的沉积间断面属于哪一种类型的结构面？（）(A）原生结构面（B）构造结构面（C）次生结构面7、岩体的变形和破坏主要发生在（ )(A）劈理面（B）解理面（C）结构(D）晶面8、同一形式的结构体,其稳定性由大到小排列次序正确的是（ )（A）柱状>板状>块状（B）块状>板状>柱状（C)块状〉柱状>板状（D）板状〉块状〉柱状9、不同形式的结构体对岩体稳定性的影响程度由大到小的排列次序为（ )（A)聚合型结构体>方形结构体>菱形结构体〉锥形结构体（B)锥形结构体〉菱形结构体>方形结构体>聚合型结构体（C）聚合型结构体>菱形结构体〉文形结构体〉锥形结构体(D）聚合型结构体〉方形结构体>锥形结构体>菱形结构体10、岩体结构体是指由不同产状的结构面组合围限起来，将岩体分割成相对的完整坚硬的单无块体，其结构类型的划分取决于( ）（A)结构面的性质（B)结构体型式（C）岩石建造的组合（D）三者都应考虑1、A2、C3、C4、A5、D6、A7、C8、B9、A 10、D选择题1、在我国工程岩体分级标准中,软岩表示岩石的饱和单轴抗压强度为（）。
岩石力学第2章 岩石的应力状态
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图2.14
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图2.15
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(3)节理滑动时的应力状态
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图2.16
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（1）弹性岩体模型 假设岩体的应力状态为弹性状态，则岩体单元在x， y方向的应变应为零，即
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图2.10
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（2）散体模型 若岩体是被多组密集的节理分割为块状体的集合， 则可以将岩体看做是完全无粘结力的松散体。松散体的 受力特征是任一平面上作用的正应力与剪应力之间成比 例，在极限平衡时满足库仑摩擦定律，则
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2.3.2 构造应力 岩体是一种地质体。由于地质构造运动使得岩体成 长的过程中经历了很大的外力作用，使得岩体的赋存形 态发生变化。地壳运动使板块拉、压、剪切，产生各种 断裂、褶皱、起伏，剧烈时形成造山运动，产生向斜、 背斜、褶皱等构造。例如，1970年云南通海地震产生水 平错动达2.20m的断层。地壳的垂直运动是长期的升降 过程，引起大地的隆起、陷落，甚至引起海陆变迁，昔 日沧海变桑田，形成造陆运动，据考察，喜马拉雅山在 2.5万年以前才从海底升起，现在还在以18.2mm／年的 速度上升。
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在连续介质力学中，“力”的概念严格地限制在牛 顿的定义范畴内。牛顿提出力的定义百多年后，才提出 应力的概念。应力指单位面积上所受力的大小，是研究 材料强度时引入的。在岩石工程中，也是由岩体表面的 运动才能直接观察到力与应力。例如，地面上的滑坡、 地下洞室周边的挤压变形、地下采矿中的岩爆现象等。
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图2.1
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图2.2
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图2.3
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(1)地震 岩体应力产生的最直接的效应就是地震。地震是由 地壳内沿断层裂缝面的粘滑型剪切位移而引起的。这种 粘滑型的剪切位移具有连续积累的特征和突变特征。 (2)岩爆 岩爆与地震相似，但主要是由人类的采矿或地下洞 室工程活动引起岩体应力的释放而引起的。岩爆发生时， 岩石突出伴随发生，在采矿工程中常有岩爆或瓦斯突出 造成严重灾难，岩爆可以像地震一样进行监测。
6章 岩体的初始应力状态第一节 初始应力的概念与意义
重力应力： 重力应力：地壳上部各种岩体由于受地心引力的作用所引起的应力称为 重力应力或上覆岩层压力，即重力应力是由岩体自身引起的。 重力应力或上覆岩层压力，即重力应力是由岩体自身引起的。 构造应力：地壳形成之后，地下岩体在慢长的地质年代中， 构造应力：地壳形成之后，地下岩体在慢长的地质年代中，经历构造 运动，有的地方隆起，有的地方下沉。 运动，有的地方隆起，有的地方下沉。这说明在地壳中长期存在着一 种促使构造运动发生和发展的内在力，我们称其为构造应力。 种促使构造运动发生和发展的内在力，我们称其为构造应力。 原始构造应力： 原始构造应力：它是指新生代以前发生的地质构造运动使岩体变形 而积存在岩体内的构造应力。 而积存在岩体内的构造应力。 残余构造应力： 残余构造应力：它是指远古时期的地质构造运动使岩体变形并以弹 性变形能的形式储存在岩层内而形成的原始构造应力。 性变形能的形式储存在岩层内而形成的原始构造应力。 现代构造应力： 现代构造应力：它是现今正在形成某种构造体系和构造形迹的应 也是导致当今地震和最新地壳变形的应力。 力，也是导致当今地震和最新地壳变形的应力。它已被地震冲击 地层和原岩应力测量所证实。 地层和原岩应力测量所证实。
二、意义 （1）井壁力学稳定的原始参数。 ）井壁力学稳定的原始法
差应变法： 差应变法：是用室内的等围压实验反推三向应力方向和应力比的方 理论是严谨、可靠。但要求同时测量6道以上的应变， 法。理论是严谨、可靠。但要求同时测量6道以上的应变，应变仪在不同 道间要有较好的一致性，该技术实验难度极大。 道间要有较好的一致性，该技术实验难度极大。 Kaiser效应法：是用室内单轴实验反推三向应力和平面应力的方法， Kaiser效应法：是用室内单轴实验反推三向应力和平面应力的方法， 效应法 要在岩心指定的6个方向或3个方向上钻取小样， 要在岩心指定的6个方向或3个方向上钻取小样，每一个小样的测量结果 反应该方向在历史上承受的最大压力。 反应该方向在历史上承受的最大压力。 波速各向异性： 波速各向异性：是通过室内测得的岩心波速的各向异性来分析地应力 方向的一种方法。要求原始岩心介质是均匀的、各向同性的。 方向的一种方法。要求原始岩心介质是均匀的、各向同性的。
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第三讲岩体的初始应力状态一、内容提要：本讲主要讲述岩体初始应力的基本概念、量测方法及岩体初始应力状态的分布规律；二、重点、难点：岩体初始应力场及其计算；岩体初始应力的影响因素；岩体初始应力的分布规律；对于岩体初始应力水压致裂法及应力解除法的基本原理作一般了解；三、内容讲解：一、岩体初始应力的基本概念(一)初始应力状态的概念与意义所谓岩体的初始应力，是指在天然状态下存在于岩体内部的应力。
在地质学中，通常又称它为地应力。
岩体的初始应力主要是由岩体的自重和地质构造运动所引起的。
显然，岩体的地质构造应力是与岩体的特性(例如岩体中的裂隙发育密度与方向，岩体的弹性、塑性、粘性等)有密切关系，也与正在发生过程中的地质构造运动以及与历次构造运动所形成的各种地质构造现象(例如断层、褶皱等)有密切关系。
因此，岩体中每一单元的初始应力状态都是随该单元的位置不同而有所变化。
此外，影响岩体初始应力状态的因素还有地形、地震力、水压力、热应力等，但这些因素所产生的地应力，大都是次要的，只是在特定的情况下才需考虑。
因此，对于岩石工程来说，主要应考虑自重应力和地质构造应力。
【例题1】下列各项有关岩体初始应力的叙述，正确的选项为（）。
A. 岩体的初始应力是由岩体的自重和地质构造运动引起的；B. 地形、地震力、水压力、热应力等因素不会产生地应力；C. 岩体中每一单元的初始应力状态与该单元的位置无关；D. 对于岩石工程而言，主要应考虑自重和地质构造应力；答案: D【例题2】岩体的的初始应力主要由下列哪些因素引起（）。
A. 地震力B. 热应力C. 地形D. 构造运动答案: D地面和地下工程的稳定状态与岩体的初始应力状态密切相关。
岩体在开挖以后，改变了岩体的初始应力状态，使岩体应力重新分布，有可能使得岩体中某些部位形成应力集中，从而引起岩体的变形或破坏。
对于地下洞室工程来讲，我们把与洞室本身稳定性密切相关的岩体称为围岩。
洞室的开挖引起围岩的应力变化，这将影响洞室本身的稳定状态。
而且为了维持围岩的稳定，岩体工程能正常运营，必须进行人工支护。
合理地设计支护结构，确定经济合理的衬砌尺寸，都与岩体的初始应力状态紧密相关。
所以，研究岩体的初始应力状态，就是为了正确地确定开挖岩体过程中的岩体内部应力变化，合理地设计岩体工程的加固措施。
(二)岩体初始应力场及其计算1. 岩体自重应力场岩体自重应力场的计算，大都是建立在假定岩体为均匀连续介质基础之上的。
因此，可以应用连续介质力学的原理来计算岩体的自重应力场。
设岩体为半无限体，地面为水平面，距地表深度为H处，有一单元体，其上作用的应力【例题3】某场地土层自地表以下20m深度范围内均为粉质粘土，地下水位在地表以下10m处，水位以上土的天然重度＝18.6KN/m3，饱和重度为20.1 KN/m3，试确定：1、地表以下10m处土的自重应力值为（）。
A. 186kpaB. 201kpaC. 86kpaD. 101kpa答案：A2、地表以下15m处土的有效自重应力值为（）。
A. 279kpaB. 302kpaC. 129kpaD. 237kpa答案：D【例题4】在地下某深度处，岩体自重应力场中，垂直应力为2000kpa，水平应力为500kpa，则该深度处的侧压力系数为( )。
A. 1B. 0.75C. 0.5D.0.25答案：D若岩体由多层不同重力密度的岩层所组成(图15-3-2)。
每层岩层的厚度依次为hl，h2，…，hi…，hn，各层的重力密度依次分别为 y1， y2，…，yi…，yn，则岩体的自重初始应力为:国外有资料说明，工程的现场量测结果中，侧压力系数并不符合海姆假说。
这种情况往往与地质构造应力有密切关系。
如果岩体由松散的碎石、砂及卵石组成，可以近似地认为岩体是理想松散介质，可由松散介质极限平衡条件来建立垂直应力与侧向应力的关系：【例题6】对于理想的松散岩体，其侧压力系数的大小只与岩体的（）有关。
A. 泊松比B. 粘聚力C. 内摩擦角D. 重力密度答案：C【例题7】对于理想的松散岩体，其侧压力系数的大小为（）。
A.1B.0.5C.0.33D.0.25答案：C实际破碎岩体一般不能视为理想松散介质，而把它看作为具有一定粘聚力的松散介质。
2. 岩体的构造应力场地壳的各种地质构造是在大范围内的巨大的地质构造应力场作用下发生和形成的。
在各个不同的地质年代里，都有不同的地质构造运动发生，地质构造运动过程一般需要很长时间。
在同一个地区，一个构造运动结束之后，或者就在这个构造运动发生的过程中，又有新的构造运动发生，就会形成新的构造应力场与老构造应力场的叠加，形成复杂的复合构造应力场。
各种复杂的地质构造就是在长期的地质构造运动作用下形成的。
由于地质构造运动，岩体经受了相当大的外力作用，形成了各种地质构造，例如向斜、背斜和各种褶皱，以及产生断裂而形成各种节理及断层等。
在地质构造应力场作用下，使岩体产生弹性变形和塑性变形，因而使岩体中储存着弹性能，岩体的塑性变形使部分能量转化为热能与位能，或者由于岩体的流变特性，使得构造应力场中的地质构造应力得以部分释放。
因此，在地质构造运动中，岩体中储存的能量是通过弹性变形才能达到的，岩体的弹性变形越大，则岩体储藏的能量就越多。
当岩体中的应力达到强度极限，岩体产生破坏。
除岩体中保存一部分残余变形外，其储存的能量将部分或全部释放，构造应力也就部分或全部消失。
若岩体中的应力尚未达到强度极限，但由于岩体的流变特性，也会使构造应力部分消失。
因此，地质构造运动产生地质构造应力，但岩体中储存的构造应力不可能无限地积累起来，视所处地区不同或地质条件不同，岩体的构造应力可能全部或部分释放，成为残余应力。
【例题9】在地质构造运动过程中，岩体当中的储存的能量是通过哪种方式形成的（）。
A. 弹性变形B. 塑性变形C. 流动变形D. 残余变形答案：A【例题10】岩体当中的残余应力属于（）。
A. 自重应力B. 构造应力C. 地震力D. 热应力答案：B因此，岩体构造应力可以分为现代构造应力及地质构造残余应力。
由于地壳是处于不断运动之中，仅仅是存在相对活跃期或静止期，所以，要在岩体中区分哪些是现代构造应力和残余应力，就目前的认识水平而言，实际上是不可能的。
目前，岩体的构造应力尚无法用数学力学的方法进行分析计算，而只能采用现场应力量测的方法来求得。
但是，构造应力场的方向可以根据地质力学的方法加以判断。
因为各种形态不同的地质构造是各地质历史时期的构造运动的产物。
地质构造的遗迹，例如断层、褶曲等保留在岩体中，它的走向与形成时的应力有一定的关系。
根据各种地质构造的分布和组成规律，分析历次构造运动，特别是近期构造运动，确定最新构造体系，进行地质力学分析，就可以根据构造线确定构造应力场的主轴方向。
根据地质构造和岩石强度理论，一般认为自3．岩体初始应力的影响因素1)地形地形的起伏影响岩体内的自重应力。
但这种地形的影响只是在地表下一定深度范围内较明显。
如图15-3-6所示。
山谷的谷底的应力由于凹口的应力集中而很大。
在均质岩层中(图15-3-6(a))，凹口的应力集中现象还比较规则，而在非均质岩层中，岩体中的应力变化还会随岩性的变化而变得更复杂(图15-3-6(b))。
图15-3-7显示了地形对岩体初始应力影响的另一特征。
即在水平地表附近的地应力，其主应力几乎与地面线平行，第一主应力为沿地面方向，与第二、三主应力有较大差异；在深处，则呈静水压力状态见图(15-3-7(a))。
而斜坡的垂直方向上应力则几乎等于零。
在斜坡上的局部上凸部位，其应力急骤减小，而在斜坡下凹地方则应力增大。
在山谷的尖槽底下，则现场应力会很大，接近或达到岩石强度。
见图15-3-7(b)【例题12】由于地形的起伏影响岩体内的自重应力，在山谷的下列各个部位，地应力最大的是（）。
A. 谷底B. 斜坡C. 山顶D. 斜坡上凸处答案：A2)地质条件对自重应力的影响地质构造对自重应力也有影响。
图15-3-8所示为背斜褶曲的影响，在褶曲两翼显示出应力增大，而在褶曲中部则应力降低。
也可以推测，在向斜的两翼会出现应力降低、而在向斜核部显示出应力增大的现象。
【例题13】在背斜褶曲中，初始应力最大的部位是（）。
A. 翼的端部B. 翼的中部C. 褶曲中部D. 褶曲部位答案：B【例题14】在向斜褶曲中，初始应力最大的部位是（）。
A. 翼的端部B. 翼的中部C. 褶曲中部D. 褶曲部位答案：C图15-3-9所示为断层对自重应力的影响。
由于断层两侧的岩块形成了应力传递，使上大下小的楔体A产生了卸荷作用，致使地应力降低；而下大上小的楔体B产生了加荷作用，致使应力升高。
同时也产生了山峰处地应力低、沟谷处地应力高的现象。
3)水压力和热应力存在于岩体裂隙或孔隙中的水，静止时呈现静水压力，流动时产生动水压力。
在通常情况下，静水压力只是起到减轻岩体质量的浮力作用，浮力的大小等于水的密度与所考虑点的水头高度的乘积。
岩体中地下水位的升降，可引起岩体重量的减少或增加，因此，静水压力要视具体情况具体分析其产生的作用。
动水压力是指地下水在水头差的作用下，沿岩体的裂隙或孔隙流动时，给予周围岩块表面的动水摩擦力和动水流向应力。
这种力对岩体工程的影响较小，一般可不予考虑。
【例题15】对于岩体工程而言，应考虑的水压力为（）。
A. 静水压力B. 动水压力C. 静水压力和动水压力答案：A岩体受局部加温或冷却会产生膨胀或收缩，这样，会在岩体内部产生热应力。
例如，无论是大块侵入岩体还是侵入岩流或小型岩脉，岩浆融流都会使周围岩体受热膨胀，周围岩体限制受热岩体的膨胀，从而在岩体中增加了热应力；当。