岩体力学复习重点完整版

岩体力学复习重点 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】

岩体力学复习重点

名词解释：

1、软化性：软化性是指岩石浸水饱和后强度降低的性质。

2、软化系数：是指岩石时间的饱和抗压强度于干燥状态下的抗压强度的比值。

3、形状效应：在岩石试验中，由于岩石试件形状的不同，得到的岩石强度指标也就有所差异。这种由于形状的不同而影响其强度的现象称为“形状效应”。

4、尺寸效应：岩石试件的尺寸愈大，则强度愈低，反之愈高，这一现象称为“尺寸效应”。

5、延性度：指岩石在达到破坏前的全应变或永久应变。

6、流变性：指在应力不变的情况下，岩石的应变或应力随时间而变化的性质。

7、应力松弛：是指当应力不变时，岩石的应力随时间增加而不断减小的现象。

8、弹性后效：是指在加荷或卸荷条件下，弹性应变滞后于应力的现象。

9、峰值强度:若岩石应力--应变曲线上出现峰值,峰值最高点的应力称为峰值强度.

10、扩容:在岩石的单轴压缩试验中,当压力达到一定程度以后,岩石中的破列或微裂纹继续发生和扩展,岩石的体积应变增量有由压缩转为膨胀的力学过程,称之为扩容.

11、应变硬化:在屈服点以后(在塑性变形区),岩石(材料)的应力—应变曲线呈上升直线,如果要使之继续变形,需要相应的增加应力,这种现象称之为应变硬化.

12、延性流动:是指当应力增大到一定程度后,应力增大很小或保持不变时,应变持续增长而不出现破裂,也即是有屈服而无破裂的延性流动.

13、强度准则:表征岩石破坏时的应力状态和岩石强度参数之间的关系,一般可以表示为极限应力状态下的主应力间的关系方程: σ1=f(σ2,σ3)或τ=f(σ).

14、结构面: ①指在地质历史发展过程中,岩体内形成的具有一定得延伸方向和长度,厚度相对较小的宏观地质界面或带. ②又称若面或地质界面,是指存在于岩体内部的各种地质界面,包括物质分异面和不连续面,如假整合,不整合,褶皱,断层,层面,节理和片理等.

15、原生结构面:在成岩阶段形成的结构面.

16、次生结构面:指在地表条件下,由于外力的作用而形成的各种界面.

17、结构体:结构面依其本身的产状,彼此组合将岩体切割成形态不一,大小不等以及成分各异的岩石块体,被各种结构面切割而成的岩石块体称为结构体.

18、结构效应：岩体中结构的方向性质密度和组合方式对岩体变形的影响。

19、剪胀角：岩体结构面在剪切变形过程中所发生的法向位移与切向位移之比的反正切值。

20、岩体基本质量：岩体所固有的影响工程掩体稳定性的最基本属性，岩体基本质量由岩石坚硬程度和岩石完整程度决定。

21、自稳能力：在不支护条件下，地下工程岩体不产生任何形式的能力。

22、地应力：自然状态下在原岩岩体中存在的由于岩石自重和构造应力形成的分布应力，也称天然应力

23、原岩应力：在工程中指天然存在于岩体中而与任何认为因素无关的应力。

24、残余应力：没有外力作用时在岩体内部由于某种原因在整个岩体内的不均匀的变形而引起的应力

25、初始地应力：岩体中存在的未受工程扰动的原始应力状态下的应力

26、自重应力：由于岩体自重而产生的天然应力

27、构造应力：由于地质构造活动在岩体中引起的应力场，这种应力与一定范围地质构造有关，其主要特点是水平应力大于覆岩垂直应力分量。这一作用可以持续到底层深处。

28、应力重分布：岩体受到工程活动扰动，引起岩体中初始应力的转移变化形成的新的应力场状态。

29、二次应力：相对于初始应力而言，岩体上或岩体内部受到工程活动扰动，引起初始应力自然平衡状态的改变，使一定范围内的原始应力重分布形成的新的应力为二次应力，或称次生应力，直接与工程稳定性有关。

30、岩爆：是地下洞室开挖过程中围岩发生突然脆性破坏的现象。一般在地应力较大部位，岩石被挤压超过其弹性限度，聚集的能量会突然释放出来，伴随有声音、碎石飞散、坠落等现象。

31、构造线：指区域性挤压应力所形成的构造形迹，也就是指与产生地质构造运动的压应力方向相垂直的平面和地面的交线。

32、围岩：指由于人工开挖使岩体的应力状态发生了变化，而这部分被改变了应力状态的岩体称为围岩。地下工程开挖过程中，在发生应力重分布的那一部分工程岩体称为围岩。

33、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。作用在支护物上的围岩的变形挤压力或塌坍岩体的重力称为围岩压力。

34、围岩抗力：在有压洞室中，作用有很高的内水压力，并通过衬砌或洞壁传递给围岩，这时围岩将产生一个反力，称为围岩抗力。

35、静水应力状态：在岩石力学中，地下深部岩体在自重作用下，岩体中的水平应力和垂直应力相等的应力状态。

36、形变围岩压力：指围岩在二次应力作用下局部进入塑性，缓慢的塑性变形作用在支护上形成的压力，或者是有明显流变性能的围岩的粘弹性或者粘弹—粘塑性变形形成的支护压力。一般发生在塑性或者流变性较显着的地层中。

37、松动围岩压力：指因围岩应力重分布引起的或施工开挖引起的松动岩体作用在隧道或坑道井巷等地下工程支护结构上的作用压力。一般是由于破碎的、松散的、分离成块的或被破坏的岩体坍滑运动造成的。

38、冲击围岩压力：（1）是地下洞室开挖过程中，在超过围岩弹性限度的压力作用下，围岩产生内破坏，发生突然脆性破坏并涌向开挖（采掘）空间的一种动力现象。（2）强度较高且完整的弹脆性岩体过渡受力后突然发生岩石弹射变形所引起的围岩压力。

39、膨胀围岩压力：在遇到水分的条件下围岩常常发生不失去整体性的膨胀变形和位移，表现在顶板下沉、地板隆起和两帮挤出，并在支护结构上形成形变压力的现象。

40、应力集中：受力物体或构件在其形状或尺寸突然改变之处引起应力在局部范围内显着增大的现象。

41、应力集中系数：指岩体中二次应力与原始应力的比值，也可用井巷开挖后围岩中应力与开挖前应力的比值来表示。

42、围岩（弹性）抗力系数：促使隧洞洞壁围岩产生单位径向位移所需要的内水压力值:K=P/Δα,P：隧洞受到来自隧洞内部的压力,洞壁围岩向外产生一定的位移Δα。

43、单位抗力系数：在工程上规定洞径为200cm时隧洞围岩的抗力系数定义为单位抗力系数。

44、岩体力学研究方法：工程地质研究法，试验法，数学力学分析法，综合分析法

45、岩块：不含显着结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。

46、岩块构造：岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式及微结构面发育情况与粒间连结的方式等反映在岩块构成上的特征。

47、粒间连结方式：结晶连结、胶结连结（硅质胶结的强度>铁质、钙质>泥质；基底式胶结>孔隙式>接触式）。

48、岩块构造：矿物集合体间及其与其他组分之间的排列组合方式。

49、剪胀效应（爬坡效应）：当法向应力较小时，在剪切过程中，上盘岩体主要是沿结构面产生滑动破坏。

50、啃断效应：当法向应力达到一定值后，破坏沿结构面滑动转化为剪断凸起而破坏。

51、法向刚度：在法向应力的作用下，结构面产生单位法向变形所需要的应力。填空：

1、影响蠕变性质的因素：岩性、应力、温湿度。

2、岩石的块体密度可采用规则试件的量积法，不规则试件的蜡封法测定。

3、岩石的颗粒密度属于实测指标，常用比重瓶法进行测量。

4、岩石的弹性变形特性常用弹性模量和泊松比两个常数来表示。当这两个常数为已知时，就可用三维应力条件下的广义胡克定律计算出给定应力状态下的变形。

5、岩石的变形性质按卸荷后变形是否可以恢复可分为弹性变形和塑性变形两类。

6、岩石的破坏是指岩石材料的应力超过了岩石的极限或者变形超过了岩石的使用限制。

7、岩石的力学性质可分为变形性质和强度性质两类，变形性质主要通过本构关系来反映，强度性质主要通过强度理论来反映。

8、岩石的流变主要包括蠕变、松弛和弹性后效。

9、根据变形速率的不同特点，软弱岩石的典型流变曲线可以划分为瞬时蠕变阶段、初始蠕变阶段、等速蠕变阶段和加速蠕变阶段三个阶段。

10、在岩石的流变试验中，可以根据作用在岩石试件上应力或荷载大小的不同，将岩石蠕变曲线分为稳定蠕变曲线和加速发展蠕变曲线两类。

11、研究岩石变形的时间效应，一般而言采用两种方法寻找其蠕变规律，即经验方法和蠕变模型方法。

12、对于初始蠕变和等速蠕变，目前的经验方程主要有三种，即幂函数、对数函数和指数函数。

13、岩石流变的Maxwall模型是由弹性体和粘性体串联而成，其能反应岩石的弹—粘弹性特征。

14、对于常见的岩石而言，当围压一定时，随着温度的升高，岩石的延性将增加，并且将会出现屈服现象，同时其强度降低。

15、根据延性度的不同，岩石的破坏可分为脆性破坏、延性破坏和过渡性破坏。

16、按照岩石在变形过程中所表现出来的应力—应变—时间关系的不同，可以将岩石的变形划分为弹性变形、塑性变形和粘性变形三种形式各异的基本变性作用。

17、大量的实验和观察证明，就破坏形式而言，岩石的破坏主要有脆性破坏、延性破坏和弱面剪性破坏。

18、在岩石室内压缩试验中，岩石峰值后的荷载—位移曲线，实质上是岩石的破坏过程曲线。

19、目前，实验室抗拉强度的测定常采用劈裂法进行，当用长度为L，直径为D的圆形试件进行试验时，在压力P max作用下，岩石发生了破坏，则此岩石试件的抗拉强度为2P max/πLD；如采用边长为a的立方块，则其抗拉强度为Pt=2P max/π

a2。

20、岩石的室内剪切试验常用的仪器有直剪仪、变角板剪力仪和岩石三轴试验机。

21、岩体是指经历过多次地质作用，经历过变形，遭受过破坏，形成了一定的岩石成分和结构，赋存于一定地地质环境中的地质体。因此，岩体力学性质与岩体中的结构面、结构体（岩块）以及赋存条件（环境）密切相关。

22、在工程岩体范围内，结构面按贯通情况可分为贯通性、半贯通性以及非贯通性三种类型。

23、岩体抵抗外力作用的能力称为岩体的力学性质。它包括岩体的稳定特征、变性特征和强度特征等。

24、岩体结构面的剪切变形与岩石的强度、结构面的粗糙程度和法向应力有关。

25、岩体结构面的几何特性是反映节理的外貌，它的组成要素包括：走向、倾向、连续性、粗糙度以及起伏度和组合关系。

26、岩体的力学性质不仅取决于岩石本身及结构面的力学性质，也与结构面的空间组合密切相关。

27、岩体的强度不仅与组成岩体的岩石的性质有关，而且与岩体内的软弱结构面有关，此外还与岩体所受的应力状态有关。

28、岩体中存在各种结构面，结构面的变形大小主要由结构面和结构面填充物控制的。

29、大量的岩体实验表明，岩体的压力——变形曲线可以化分为四种类型，即：直线型、上凹型和下凹型、复合型。

30、岩体变形的结构效应是指岩体结构对其变形性质的影响与控制作用，包括结构面、结构体以及两者的组合关系三个方面，其结构面对岩体变形的作用效应尤为突出。

31、粗糙起伏无充填的规则锯齿状结构面的剪切机制一方面是爬坡摩擦效应；另一方面是凸起体剪切。

32、岩体基本质量应由受岩石的坚硬程度和岩石的完整性程度两个因素确定。

33、国际《工程岩体分级标准》规定，对岩石坚硬程度和岩体完整程度应采用定性划分和定量指标两种方法确定。

34、当人类还不能对原岩应力进行测量之前，认为原岩应力是由岩土自重引起的，因此把原岩应力单纯的看成自重应力。

35、近期地质力学的观点认为，从全球范围来看，构造应力的总规律是以水平应力为主。根据地质构造运动的发展阶段，一般可把构造应力分为以下三种阶段原始构造应力，残余构造应力，现代构造应力。

36、影响原岩应力分布的因素有地形，岩体结构面，岩体力学性质，剥蚀作用，

37、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形成影响最大。

38、岩体天然应力测量方法主要包括：水压致裂法，扁千斤顶法和钻孔套心应力解除法。

39、地质构造运动的结果，使构造应力的特点主要表现在具有强烈方向性，数值较大的水平应力，从而形成构造区域水平应力大于垂直应力的情况。、

40、原岩应力主要由自重应力和构造应力组成。

41、研究岩石应力状态的目的在于正确认识岩石的力学性能，阐述围岩的破坏机制，充分利用和发挥围岩的自承能力，是工程设计更加合理安全和经济。

42、岩体变形的不均匀导致围岩局部破裂的原因是应力分布的不均匀性和强度不均匀性。

43、岩石在三轴压缩时，随着侧向应力σ3和σ1—σ3的增加，岩石强度也随之增大：岩石发生破坏后，仍保留一定的承载能力。

44、隧洞根据其内部的受力情况可分为有压洞室和无压洞室两大类。

45、对于无衬砌有压洞室，洞内水压力P在围岩中所产生的径向和切向应力随隧洞半径r的增大而迅速降低，在6r处该应力基本可以忽略不计，在有些有压隧洞中常见到新形成的，平行于洞轴线的放射状张裂隙，这主要是由于内水压力使围岩产生的应力抵消了围岩的压应力，并超过了岩体的抗拉强度所致。

46、围岩在不产生破坏的条件下，当岩石性质由硬岩，中硬岩，到软岩的变化过程中，对于同一种支护形式而言，围岩位移增长会越来越大，相应要求支护结构所承担的压力会越来越大，对于同一种岩石来说，随围岩的不断变化要求支护结构所承担的压力会越来越小。

解答：

1、在三轴试验中，围压对岩石的力学性质有什么影响

（1）破坏前岩块的总应变随围压增大而增加

（2）随围压增大，岩块的塑性也不断增大，且由脆性破坏逐渐转化为延性破坏（3）随围压的增大，岩块三轴极限强度明显增大

（4）随围压增大，弹性模量和泊松比不同程度的提高

（5）当围压达到一定值时，出现应变硬化现象

2、结构面的成因类型与分类

结构面的成因分为两类：地质成因和力学分类：（1）地质成因类型包括原生结构面（沉积结构面、岩浆结构面、变质结构面）构造结构面（断层、节理、劈理和层间错动面）次生结构面（卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泄层、泥化夹层）（2）力学成因类型有剪性结构面（逆断层、平移断层、多数正断层）张性结构面（羽状张裂面、纵张及横张破裂面和岩浆岩中的冷凝节理）

3、结构面的分级：由结构面的伸长度、切割深度、破碎带宽度及其力学效应可分为5级：

1级指大断层或区域性断层，延伸数公里至数十公里以上破碎宽约数米至几百米以上；2级指延伸长、宽度不大数百米至数千米，宽数十厘米至数米；3级长数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好的层面及层间错动等，宽数厘米至一米左右；4级延伸较差的节理、层面等长一般10mm~30mm，宽数厘米；5级微结构面有隐节理、微层面等。规模小、连续性差、常包含在岩块内。

4、结构面特征及其影响：产状（结构面与最大主应力间的关系控制着岩体的破坏机制与强度）、连续性（对岩体的变形、变形破坏机理、强度及渗透性都有很大影响）、密度（控制着岩体的完整性和岩块的块度，密度越大，岩体完整性越差，块度越小，导致岩体力学性质变差，渗透性增强）、张开度、形态（对岩体的力学性质及水力学性质存在明显影响）、充填胶结特征（经胶结的结构面力学性质改善，未胶结的力学性质取决于充填物成分、厚度、含水性和壁岩性质等）、结构面的组合关系（控制着可能滑移岩体的几何边界条件、形态、规模、滑动方向及滑移破坏类型）。

5、岩块的力学属性：弹性、塑性、粘性、脆性、延性。

（1）弹性：在一定应力范围内，物体受外力作用产生全部变形，而去除外力后能立即恢复其原有形状和尺寸大小的性质。

（2）塑性：物体受力后产生变形，外力去除后不能完全恢复的性质。不能恢复的那部分变形称为塑性变形或永久变形或残余变形。

（3）粘性：物体受力后，变形不能瞬时完成，且变形速率随应力增加而增加的性质。

（4）脆性：物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质。

（5）延性：物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质。

6、单轴压缩应力-应变曲线：εv=εl+εd

阶段：Ⅰ：孔隙裂隙压密阶段：原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合，岩石被压密，早期非线性变形，呈上凹形，斜率随应力增大而增大，微裂隙的闭合在开始较快随后逐渐下降。Ⅱ：弹性变形至为微破裂稳定发展阶段：近似直线，开始为直线，应力增加，变为曲线，出现弹性极限，之后为塑性变形，出现新裂隙和微破裂，随着应力发展而发展，达到屈服极限。Ⅲ：非稳定破裂发展阶段：破裂不断发展，薄弱部位首先破坏，应力重分布，次薄弱部位破坏，体积压缩转为扩容，达到峰值强度或单轴抗压强度。Ⅳ：破坏后阶段：裂隙快速发展，交叉且联合成宏观断裂面，岩块沿其滑移，试件承载力迅速下降但不为0。

7、变形参数：

变形模量（弹性模量）：单轴压缩条件下，轴向压应力与轴向压应变之比。E=σ/ε

初始模量：曲线原点处的切线斜率，Ei=σi/εi

切线模量：曲线上任一点处的切线斜率，Et=(σ2-σ1)/( ε1-ε2)

割线模量：曲线上某特定点原点连线的斜率，通常取σc/2处的点与原点连线的斜率，Es=σ50/ε50

泊松比：单轴压缩条件下，横向应变与轴向应变之比，μ=-εd/εl

8、结构面的强度性质分类：平直无充填的结构面、粗糙起伏无充填~、非贯通断续~、有充填的软弱结构面。

9、岩体中天然应力的分布特征

1）重力应力场与构造应力场的分布特点①重力应力场：以垂直应力为主，垂直应力大于水平应力；应力为压应力；应力随深度增加而增加；②构造应力场：应力有压应力，也可有拉应力；以水平应力为主，水平应力大于垂直应力；分布很不均匀，通常以地壳浅部为主。2）地壳浅部3km原岩应力的规律：原岩应力是非稳定的应力场，其大小和方向随空间和时间而变化；实测垂直应力基本上等于上覆岩体的重力；水平应力普遍大于垂直应力。

10、各类结构围岩的变形破坏特点

（1）整体状和块状岩体围岩：破坏形式主要有岩爆、脆性开裂及块体滑移等。（2）层状岩体围岩：破坏形式主要有：沿层面张裂、折断塌落、弯折内鼓等。（3）碎裂状岩体围岩：变形破坏形式常表现为塌方和滑动。

（4）散体状岩体围岩：其变形破坏形式以拱形冒落为主。

11、岩爆的产生条件

（1）围岩应力条件。判断岩爆发生的应力条件有两种方法：一是用洞壁的最大环向应力

σθ与围岩单轴抗压强度σc之比作为岩爆产生的应力条件；另一种是用天然应力中的最大主应力σ1与岩块单轴抗压强度σc之比进行判断。σθ≤σc时，洞壁不出现岩爆；

σc＜σθ≤（~）σc时，洞壁围岩出现岩射和剥落；σθ＞σc时，洞壁出现岩爆和猛烈岩射。另外，根据我国已产生岩爆的地下洞室资料统计，得出当岩体中最大天然主应力σ1与σc达到σ1≥（~）σc时，将产生岩爆。（2）岩性条件。当弹性变形能系数ω＞70%时，会产生岩爆，ω越大发生岩爆的可能性越大。

12、影响岩爆的因素

（1）地质构造。岩爆大都发生在褶皱构造中，岩爆与断层、节理构造也有密切的关系。

（2）洞室埋深。随着洞室埋深增加，岩爆次数增多，强度也增大。此外，地下开挖尺寸、开挖方法、爆破震动及天然地震等对围岩也有明显的影响。

13、影响岩体边坡变形破坏的因素

（1）岩性。这是决定岩体边坡稳定性的物质基础。一般来说，构成边坡的岩体越坚硬，又不存在产生块体滑移的几何边界条件时，边坡不易破坏，反之则容易破坏而稳定性差。

（2）岩体结构。岩体结构及结构面的发育特征是岩体边坡破坏的控制因素。首先，岩体结构控制边坡的破坏形式及其稳定程度，其次，结构面的发育程度及其组合关系往往是边坡块体滑移破坏的几何边界条件。

（3）水的作用。水的渗入使岩土的质量增大，进而使滑动面的滑动力增大；其次，在水的作用下岩土被软化而抗剪强度降低；另外，地下水的渗入对岩体产生动水压力和静水压力，这些都对岩体边坡的稳定性产生不利影响。

（4）风化作用。风化作用使岩体内裂隙增多、扩大，透水性增强，抗剪强度降低。

（5）地形地貌。边坡的坡形、坡高及坡度直接影响边坡内的应力分布特征，进而影响边坡的变形破坏形式及边坡的稳定性。

（6）地震。因地震波的传播而产生的地震惯性力直接作用于边坡岩体，加速边坡破坏。

（7）天然应力。影响边坡拉应力及剪应力的分布范围与大小。在天然应力大的地区开挖边坡时，由于拉应力及剪应力的作用，常直接引起边坡变形破坏。

（8）人为因素。边坡的不合理设计、爆破、开挖和加载，大量生产生活用水的渗入等都造成边坡变形破坏，甚至整体失稳。