第四章 岩体的力学性质及岩体分类
第四章 岩体的结构特征与主要力学特征-党
岩体结构特征的研究意义
岩体的结构特征是指岩体中结构面和结构体的形状、 规模、性质及其组合关系的特征。 岩体中的软弱结构面，常常成为决定岩体稳定 性的控制面。 靠近地表的岩体，其结构特征在很大程度上确 定了外营力对岩体的改造进程。这是由于结构面往 往是风化、地下水等各种外营力较活动的部位，也 常常是这些营力的改造作用能深入岩体内部的重要 通道，往往发展为重要的控制面。 研究结构面最关键的是研究各类结构面的分布规律、 发育密度、表面特征、连续特征以及它们的空间组 合形式等。
力学强度：较原岩大为降低，压缩性大
抗冲刷能力低，易于产生渗透变形
四、岩体的结构类型
表4-6 岩体结构分类表
《水利水电工程 地质勘察规范》， 将岩体结构划分 为：4个大类和 11个亚类，其基 本特征见表4-6。
类型 亚类 整体 整体状结构 块状 块状结构 结构 次块状结构 层状 整体层状结 结构 构 块层状结构 互层状结构 薄层状结构 碎裂 镶嵌碎裂结 结构 构 碎裂结构 散体 碎块状结构 结构 碎屑状结构
软弱夹层
特点
厚度薄
多呈相互平行，延伸长度和宽度不一的多层状
结构松散
岩性、厚度、性状和延伸范围，常有很大变化
力学强度低，与其结构、矿物成分和颗粒组成有关
泥化夹层 特点
成分：粘粒含量明显增多
结构：由固结或超固结变成了泥质散状结构
物理状态：干容重减小,天然含水量增高,接近塑限
具有一定的膨胀性
蠕变：在应力一定的条件下，应变随时间的持续而逐 渐增长的现象。 松弛：在变形保持不变时，应力随时间的增长而逐渐 减小的现象。 试验和工程实践表明，岩石和岩体具有流变性。
2、典型的蠕变曲线
岩体力学第四章刘佑荣
三、岩体变形曲线类型及其特性
1、法向变形曲线
直线型 上凹形 上凸性 复合型
直 通过原点的直线，其方程为p=f(W)=KW
线 加压过程中W随p成正比增加
型
岩体岩性均今、结构面不发育或结构面分布均匀
陡
岩体刚度大，不易变形，岩体较坚硬、完整
直
、致密均匀、少裂隙，以弹性变形为主，接
线
近于均质弹性体。
型
岩体刚度低、易变形，由多组结构面切割且
· 在一般情况下，岩体的结构变形起着控制作用。 一、岩体变形试验及其变形参数确定 二、岩体变形参数估算 三、岩体变形曲线类型及其特征上 四、影响岩体变形性质的因素3
静力法的基本原理:在选定的岩体表面、槽壁或钻 孔壁面上施加法向荷载,并测定其岩体的变形值;然 后绘制出压力-变形关系曲线，计算出岩体的变形 参数。
第i组结构面的断面平均流速矢量为
mj为水力梯度矢量J在第i组结构面上的单位矢量。 联立得
设裂隙面法线方向的单位矢量为ni，则
令ni的方向余弦a1i，a2i，a3i，并将4-61代入4-60得岩体得渗透张量
岩石渗透系数测试
压水实验
应力对岩体渗透性能的影响
片麻岩的渗透系数和与应力关系试验
孔隙水压力的变化，明显的改变了结构面 的张开度，以及流速和流体压力在结构面 中的分布
渗透水流所产生的力学性能
渗流对岩体的作用
水对岩体的物理化学作用
水对岩体的物理化学作用
（1）软化和泥化作用 （2）润滑作用 （3）溶蚀作用 （4）水化，水解作用
渗透水流所产生的力学效应
渗透应力 地下水的存在首先是减少了作用在岩体固相上的有效应力，从而降低了岩体的抗 剪强度 ，即
空隙水u增大，岩体的抗剪强度不断降低，如果u很大会出现
岩体力学
0绪论1岩石力学：力学的一个分支学科，是研究岩体在各种应力场条件下的变形与破坏规律的理论及其应用的科学，是一门应用性基础学科。
2研究内容：●岩块岩体地质特征的研究●岩石的物理，水理，力学性质的研究●结构面的力学性质研究●岩体力学性质研究●天然应力分布及其量测的理论方法的研究●岩体分类及其方法的研究●岩体变性破坏机理及其本构方程与破坏判据的研究●边坡岩体，地基岩体，地下洞室围岩等工程岩体的稳定性研究3研究方法●工程地质研究法●实验法●数学力学分析法●综合分析法1岩体性质与结构特征1岩体：在地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络形成的，具有一定结构并赋存在一定的天然应力状态和地下水等地质坏镜中的地质体，是岩体力学研究的对象。
2岩块：不含显著结构面的岩石块体，时构成岩体的最小岩石单元体3岩块结构：岩石内矿物颗粒的大小，性准过，排列方式和颗粒间的连接方式以及微结构面的发育情况等反映在岩块构成上的特征4联结方式●结晶联结结晶越细越均匀非晶质越少岩石强度越高●胶结联结胶结物成分硅质>钙质铁质>泥质胶结类型基底式>孔隙式>接触式5微结构面：存在与矿物颗粒内部或颗粒间的软弱面或缺陷6岩块的构造：矿物集合体之间及其与其他组分之间的排列组合方式7结构面：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，厚度相随较小的地质界面或带7结构面分类●原生结构面沉积结构面⏹层理层面⏹软弱夹层⏹不整合面，假整合面⏹沉积间断面岩浆结构面⏹侵入体与围岩接触面⏹岩浆岩墙接触面⏹原声冷凝节理变质结构面⏹片理⏹片岩软弱夹层⏹片麻理⏹板理千枚理●构造结构面节理断层层间错动羽状裂隙，霹理●次生结构面卸荷裂隙风化裂隙风华夹层泥化夹层次生夹泥层8结构面规模与分级延伸：破碎带宽Ⅰ级公里至数十公里米至数十米乃至数百米Ⅱ级百米至数千米数十厘米至数米Ⅲ级十米至百米厘米至1米Ⅳ级数十厘米至20-30米0至数厘米Ⅴ级9结构面特征●产状（走向倾向倾角）●连续性线连续性系数（K1）：沿结构面延伸方向上，结构面各段长度之和与测线长度的比值迹长：结构面与露头面交线的长度面连续性系数●密度线密度(Kd)：结构面法线方向单位侧线长度上交切结构面的条数间距（d）：同一组结构面法线方向上相邻两结构面的平均距离●张开度：结构面两壁面间的垂直距离●形态侧壁起伏形态粗糙度（粗糙度系数JRC）●结构面组合关系10软弱结构面：岩体中具有一定厚度的软弱带（层），与两盘岩体相比具有高压缩性何地轻度的特征，在产状上多数缓倾角结构面11泥化夹层：含泥质的软弱夹层经一系列的地质作用演化而成的12泥化夹层特性●由超固结状态变成泥质散状结构或泥质定向结构●黏粒含量高●含水量接近宿限，密度比原岩小●强度低，压缩性高●抗冲刷能力差易产生渗透变形13结构体：由结构面网络所围成的岩石块体14岩体结构：岩体中结构体和结构面的排列组合特征15岩体结构类型划分●整体状结构●块状结构●层状结构●碎裂状结构●散体状结构2岩体的物理力学性质1研究岩块的意义●岩体性质接近岩块性质时，可通过岩块的力学性质外推岩体力学性质●岩块是岩体的组成部分研究岩体是不能忽略岩块性质的研究●评价石材性能时必须研究岩块的相关性质●评价岩体的可钻性和可破碎性时必须研究岩块的相关性质●工程岩体分类时岩块强度和变形模量作为分类目标必须研究岩块的相关性质2岩块的物理性质●岩石密度颗粒密度（ps）：岩石中固体相部分的质量与体积的比值块体密度：岩石单位体积内的质量⏹干密度（）⏹饱和密度⏹天然密度●岩石的空隙性总空隙率（n）总开空隙率(no)大开空隙率(nb)小开空隙率(na)闭空隙率（nc）3岩石的水理性质●吸水性：岩石在一定条件下吸收水分的能力吸水率*（Wa）：岩石试件在大气压力和室温下吸入水的质量和岩样干质量之比 饱和吸水率（Wp）:岩石试件在高压或真空条件下吸入水的质量和岩样干质量之比 饱水系数：岩石吸水率和饱和吸水率之比●软化性：岩石浸水饱和后强度降低的性质软化系数（KR）：岩石试件的饱和抗压强度和干抗压强度的比值●抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的能力抗冻系数（Rd）：岩石试件在反复冻融后的干抗压强度和冻融前的干抗压强度的比值质量损失率（Km）:冻融实验前后干质量的差值和冻融前干质量的比值●透水性：在一定水力梯度和压力差作用下，岩石被水透过的性质渗透系数（K）：表征岩石被水透过能力的重要指标●膨胀性：岩石浸水后体积增大的性质自由膨胀率（V）：岩石试件在无任何约束条件下进水后膨胀变形与原尺寸的比值 侧性约束膨胀率（VHp）具有侧向约束的岩石试件浸水后产生的轴向变形与原尺寸的比值膨胀压力：岩石试件浸水后使试件保持原有体积所施加的最大压力：●崩解性：岩石与水相互作用后失去黏性，并变成完全丧失强度的松散物质的性能4岩块的变形性质●单轴压缩条件下的变形性质连续加载下的变形性质⏹应力-应变全过程曲线✧孔隙裂隙压密阶段原有张开性结构面和微裂隙闭合✧弹性变形和微破裂稳定发展阶段弹性极限屈服极限✧非稳定破裂发展阶段峰值强度✧破坏后阶段残余轻度⏹变形参数✧变形模量（E）：单轴压缩条件下，轴向应力和轴向应变的比值✧弹性模量：当岩石应力应变曲线为直线时，变形模量为一常量，数值上等于直线斜率，由于其变形为弹性变形称为✧初始模量（Ei）：曲线原点出的切线斜率✧切线模量（Et）：曲线上任一点的切线斜率✧割线模量（Es）：曲线上某特定点和圆点连线的斜率，通常取一半的单轴抗压强度处的点✧泊松比（u）：单轴压缩条件下横向应变与轴向应变之比循环荷载下的变性特征⏹弹性后效（弹性滞后）：循环荷载作用下，多数岩石的大部分弹性变形能在卸载后很快恢复，而小部分须经一段时间后才能恢复，应变回复总是落后应力恢复的现象⏹岩石记忆：逐级一次循环加载条件下，应力应变曲线与连续加载条件下的曲线基本一致，说明加卸载过程并没改变岩快变形的基本习性，这种现象称⏹回滞环：在循环荷载条件下，每次的加卸载曲线都不重合，且围成一环型面积⏹疲劳强度：●三轴压缩条件下的岩块变形性质三轴实验真假围岩对岩块变性破坏的影响⏹破坏前岩块的应变随围压的增加而增加⏹随围压的增大，岩块的塑性增大，由脆性破坏转为延性破坏✧应变硬化现象：试件的承载力随围压的增长稳定增长的现象✧转化压力：岩石由脆性变化转化为延性的临界围压✧延性度：岩石破坏前的总应变，是区分脆性破坏和岩性破坏的指标●岩块的蠕变性质流变：在外部条件不变的情况下，岩石的变形或应力随时间变化的现象蠕变：岩石在恒定荷载作用下，变形随时间而逐渐增大的性质流变：岩石在变形不变的条件下，应力随时间二变化的现象弹性后效：蠕变曲线特征⏹初始蠕变阶段曲线下凹应变率随时间增大较快⏹等速蠕变阶段近直线⏹加速蠕变阶段曲线上凹应变率随时间迅速增加长期强度：影响蠕变的因素岩性应力温度湿度5岩块的强度性质●抗压强度单轴抗压强度：在单向压缩条件下，岩块能承受的最大压应力三轴压缩强度：时间在三向压力作用下能抵抗的最大轴向应力●单轴抗拉强度：岩块试件在单向拉伸时能承受的最大拉应力直接拉伸法间接拉伸法⏹劈裂法⏹点荷载试验⏹抗弯法●剪切强度：在剪切荷载作用下，岩块抵抗剪切破坏的最大剪应力抗剪断强度：在一定法向应力作用下，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力抗切强度：法向应力为零时沿预定剪切面剪断时的最大剪应力抗剪强度（摩擦强度）：在一定法向应力作用下，沿已有破裂面剪断时的最大剪应力方法⏹直剪试验⏹变角板剪切试验⏹三轴实验6影响岩块变形与强度的因素●实验条件加载方式与加载速率试件的形状和尺寸，断面条件●岩体本身性质●环境因素（温度，湿度，水）3结构面的变形与强度性质1研究意义●工程岩体的失稳破坏有相当一部分是沿软弱结构面破坏的●结构面及其填充物的变形是岩体变形的主要组分●结构面试岩体中渗透水流的主要通道●岩体中的应力分布也受结构面极其力学性质的影响2结构面的变形性质●法向变形性质开始时变形迅速增长当法向应力到一定值时雨岩块的变形曲线大致平行初始阶段的变形主要是结构面闭合大约在1/3 处以岩块的变形为主以为渐近线最大闭合量小于结构面的张开度●循环荷载下的变形性质仍以为渐近线卸载刚度比加载刚度大随循环次数增加变形曲线整体左移，且能显示滞后和非弹性变形每次循环载荷曲线形状相似●结构面法向刚度：在法向作用力下，结构面产生单位变形所需要的应力室内压缩试验现场压缩试验（中心孔承压板法）●结构面剪切变形性质剪切变形特征⏹均为非线性曲线塑性变形：无明显的峰值强度和应力降，且峰值强度和残余强度相差很小，曲线斜率连续变化脆性变形：有明显的峰值强度和应力降，开始时剪切变形随应力增加缓慢，峰值后剪切变形增加较快⏹结构面峰值位移受风化程度影响⏹同类结构面而言，风化的结构面剪切刚度比未风化的小⏹剪切刚度有明显尺寸效应⏹剪切刚度随法向应力增大而增大剪切刚度：室内剪切实验现场剪切试验4结构面的强度性质●平直无填充结构面●粗糙起伏无填充结构面规则锯齿形结构面不规则起伏结构面剪胀角：剪切位移的轨迹线与水平线的夹角非贯通断续结构面具有填充物的软弱结构面5结构面抗剪强度参数的确定●实验法●参数反演法●工程地质类比法4岩体力学性质1岩体的变形性质●岩体变形实验静力法⏹承压板法⏹钻孔变形法⏹狭缝法动力法声波法地震波法2影响岩体变形性质因素岩性结构面发育特征载荷条件，试验尺寸，试验方法温度湿度水6岩体天然应力1天然应力：人类活动之前存在于岩体中的应力2天然应力分布规律●主应力以压应力为主，方向基本垂直和水平●天然应力场是一个相对稳定的非稳定应力场●垂直天然应力随深度线性增长●水平天然应力分布复杂以压应力为主水平应力大于垂直应力两个水平应力不相等单薄山体，谷坡附近及未受构造变动的岩体中水平应力小于垂直应力●天然应力比值系数随深度减小●相对大的区域内最大主应力方向基本稳定●区域构造场常决定局部点的主应力●天然应力为三维状态3天然应力的测量●应力恢复法●套心法●水压致裂法4影响天然应力分布的因素：●地形起伏●地表剥蚀●结构面●岩体性质●地下水●地温5高地应力的特征●岩芯饼化现象●地下洞室施工过程中出现岩爆，剥离●边坡上出现错动台阶●原位变形曲线的变化●软弱夹层内物质被挤出，节理闭合7岩体本构关系与强度理论1岩体本构关系：岩体在外力作用下，应力或应力速率与其应变或应变速率的关系2岩体强度理论：研究岩石在一定假说条件下在各种应力状态下的强度准则的理论3岩体破坏机制：张破坏剪破坏结构体沿软弱结构面滑动结构体转动倾倒溃屈弯折。
岩体的力学性质
结构面：指地质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。
又称不连续面.结构面包括物质分异面和不连续面。
软弱结构面：结构面中规模较大，强度低，易变性的结构面。
结构体：被结构面切割成的岩石块体。
裂隙度K：是指沿取样线方向单位长度上的节理数量。
切割度Xe：指岩体被节理割裂分离的程度。
剪胀现象：规则齿状结构面在正应力很小的时将沿着齿面滑动，结构面张开，发生剪胀现象岩体的强度：指岩体抵抗外力破坏的能力，包括抗压强度和抗剪强度。
抗剪断强度：指正应力作用下岩体发生剪断破坏时的最大切应力。
摩擦强度：着正应力下岩体沿着既有破裂面发生剪切破坏时的最大切应力。
抗切强度：指剪切破坏面上的法向应力为零时的最大切应力。
岩体完整性系数：岩体与岩石中纵波传播速度的比值的平方。
岩体的动力学性质：指动荷载下岩体表现出的性质。
张节理：是岩体在张应力作用下形成的一系列裂隙的组合，一般粗糙，宽窄不一且延展性较差剪节理：指岩体在切应力作用下形成的一系列裂隙的组合，一般平直光滑，延展性相对比较好张性断层：由张应力或与张断层平行的压应力形成的断层。
压性断层：主要是指压性逆断层，逆掩断层，断层面上常有与走向大致垂直的逆冲擦痕，大致平行集中出现的一系列压性断层构成挤压断层带。
剪性断层：主要指平移断层以及部分正断层，剪裂面产状稳定，断面平整光滑。
劈理：指在地应力作用下，岩石沿着一定方向产生大致平行的破裂面。
泥化夹层：是由于水的作用时夹层内的松软物质泥化而成，其产状与岩层基本一致。
影响结构面力学性质的因素：答：1.结构面两侧结构体的力学性质2.结构面的几何特征3.结构面的尺寸效应4.填充物的力学性质5.水对泥夹层的软化作用6.后期加载过程7.泥化夹层的时效性8. 前期变形历史●影响岩体中结构体特征的因素：答：1.切割岩体的结构面组数2.岩石的类型3.区域构造运动的强度4.工程岩体的破坏方式●影响岩体变形性质与试验结果的因素：答：1.岩体性质2.岩体中结构面发育特征3.岩体试验加载速率，加载过快，岩石变形不充分，导致变形模量较大4.温度，一般来说，温度增高，岩体延性加大，屈服点随之降低。
岩体力学性质
强度性质
强度性质
岩体在各种压力状态下所能承受的最大应力，称为岩体的强度。它可分为单轴抗压强度、单轴抗拉强度、三 轴抗压强度以及剪切强度等。单轴抗压强度是岩体在单向压缩时所能承受的最大压应力。岩体的单轴抗压强度总 是低于岩块的单轴抗压强度。二者的比值变化较大，通常为0.05～0.65。单轴抗拉强度是岩体或接近于零。岩体在三向受压状态下所能承 受的最大压应力，称为岩体三轴抗压强度。原位岩体三轴压缩试验的开展，有益于更好地评价岩体的各向异性。 岩体内任一方向切面在任一法向压应力下所能抵抗的最大剪应力，称为岩体该方向切面在该法向应力下的剪切强 度。它可分为剪断强度、重剪强度和抗切强度。剪断强度是岩体中先前没有破坏的面在任一法向应力下能抵抗的 最大剪应力。剪切面上法向应力等于零时的剪断强度，称为抗切强度。岩体中先前存在的破坏面在任一法向压应 力下能抵抗的最大剪应力，称为重剪强度。岩体剪切强度的大小，通常用库仑强度参数，即内聚力和内摩擦角的 大小来说明。岩体的剪切强度远小于岩块的剪切强度。岩体重剪强度的内聚力值一般在0～0.3兆帕，内摩擦角多 为10°～48°。岩体剪断强度的内聚力值一般在0.05～4兆帕,内摩擦角多为20°～55°。岩体剪切强度具有各向 异性。沉积岩体的各向异性最为显著，火成岩体的各向异性表现不明显，变质岩体的各向异性则介于沉积岩体和 火成岩体之间。
岩体力学性质
岩体在受力状态下抵抗变形和破坏的能力
01 变形表征
03 力学性质
目录
02 强度性质
基本信息
岩体力学性质是指岩体在受力状态下抵抗变形和破坏的能力。它包括变形性质和强度性质两个方面。岩体的 力学性质，是设计一切大型岩体工程的重要依据。
变形表征
变形表征
岩体变形性质的物理量主要是变形模量、弹性模量和泊松比等。具有弹性和非弹性性能的岩体在加荷时应力 与应变的比值，称为变形模量。岩体在弹性变形阶段内，应力与应变的比值，称为弹性模量或杨氏模量。轴向加 荷的岩体试件的侧向应变与轴向应变的比的负值，称为泊松比。岩体的变形模量值普遍低于岩块的变形模量值， 两者的比值一般为0.2～0.6。岩体变形模量与其弹性模量的比值，也多为0.2～0.6。岩体的变形性质普遍具有各 向异性，不同方向的模量值不相同，在有些情况下，高达1∶10,通常为1∶2。此外，岩体变形模量与弹性模量的 比值，也常常随着方向不同而变化。
《岩体力学》沈明荣,陈建峰--课后习题答案完善版
《岩体力学》课后习题答案完善版能源学院张 盛2013.11.51目录一、绪 论 (3)二、岩石的基本物理力学性质 (4)三、岩体的动力学性质 (17)四、岩体的基本力学性质 (19)五、工程岩体分类 (27)六、岩体的初始应力状态 (29)七、岩体力学在洞室工程中的应用 (32)八、岩体力学在边坡工程中的应用 (38)九、岩体力学在岩基工程中的应用 (41)2一、绪 论1、叙述岩体力学的定义。
答：岩体力学主要是研究岩石和岩体力学性能的一门学科，是探讨岩石和岩体在其周围物理环境发生变化后，做出响应的一门力学分支。
2、何谓岩石？何谓岩体？岩石与岩体有何不同之处？答：岩石是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律而形成的自然物体，有其自身的矿物结构和构造。
岩体是一定工程范围内的自然地质体，由岩石块和各种各样的结构面共同组成的综合体。
不同：岩体多是不连续介质，通常与工程联系起来，是较大的地质体，而岩石本身可作为连续介质看待，与工程无关。
3、何谓岩体结构？岩体结构的两大要素是什么？答：岩体结构是指结构面的发育程度及其组合关系或者是指结构体的规模、形态及其排列形式所表现的空间形态。
岩体结构的两大要素是指结构体和结构面。
4、中科院研究所提出的岩体结构可分为哪六大类型？答：块状结构、镶嵌结构、破碎结构、碎裂结构、层状结构、层状破碎结构、散体结构。
5、岩体有哪些特征？答：岩体的特征有不连续性；各向异性；不均匀性；赋存地质因子的特性。
3二、岩石的基本物理力学性质1、岩石有哪些物理力学参数？答：岩石的物理力学参数有：岩石的质量指标、水理性质指标、描述岩石风化能力的指标以及完整岩石的单轴抗压强度、抗拉强度、剪切强度、三向压缩强度和与各种受力状态相对应的变形特性等。
2、影响岩石强度特性的主要因素有哪些？答：影响岩石强度特性的主要因素有岩石的单轴抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、三轴压缩强度。
3、何谓岩石的应力应变全过程曲线？答：应力应变全过程曲线为在刚性试验机上进行试验所得到的包括岩石达到峰值应力之后的应力应变曲线。
岩石力学与工程课后习题与思考解答
岩石力学与工程课后习题与思考解答(总19页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除第一章岩石物理力学性质3.常见岩石的结构连接类型有哪几种各有什么特点答：岩石中结构连接的类型主要有两种，分别是结晶连接和胶结连接。
结晶连接指矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起。
这类连接使晶体颗粒之间紧密接触，故岩石强度一般较大，抗风化能力强；胶结连接指岩石矿物颗粒与颗粒之间通过胶结物连接在一起，这种连接的岩石，其强度主要取决于胶结物及胶结类型。
7.岩石破坏有几种形式？对各种破坏的原因作出解释。
答：岩石在单轴压缩载荷作用下，破坏形式包含三种：X状共轭面剪切破坏、单斜面剪切破坏和拉伸破坏。
前两类破坏形式主要是因为轴向主应力因起破坏面的剪应力超过岩石最大剪应力而导致的破坏；后一类破坏主要是因为轴向主应力引起破坏面横向拉应力超过岩石最大拉应力而导致的破坏。
9.什么是全应力-应变曲线，为什么普通材料试验机得不出全应力-应变曲线？答：能全面反映岩石受压破坏过程中的应力、应变特征，特别是岩石破坏后的强度与力学性质变化规律的应力应变曲线就叫全应力-应变曲线。
普通试验机只能得出半程应力-应变曲线不能得出全应力-应变曲线的原因是由于试验机的刚性不足，在岩石压缩过程中，试件受压，试验机框架受拉，随着岩样不断被压缩，试验机发生的弹性变形以应变能形式存于机器中，当施加压力超过岩石抗压强度，试件破坏，此时，试验机迅速回弹，被存于试验机中的应变能瞬间释放到岩石试件中，引起岩石的激烈破坏和崩解，因而造成无法获得岩石在超过峰值破坏强度后受压的应力应变曲线。
10.如何根据全应力-应变曲线预测岩石的岩爆、流变和反复加、卸载作用下的破坏？答：（1）如下图示全应力应变曲线：左半部A的面积代表，达到峰值强度时，积累在试件内部的应变能，右半部B 代表试件从破裂到破坏所消耗的能量。
若A＞B，说明岩石破坏后尚余一部分能量，这部分能量突然释放就会产生岩爆，若A＜B，则说明应变能在破坏过程中全部消耗掉，因而不会产生岩爆。
岩体力学复习参考资料完整版
名词解释：红色，加粗，楷体。
简答的题：蓝色，宋体，加粗。
填空的题：粉色，黑体，加粗。
选择的题：绿色，行楷，加粗。
第 0 章绪论一、地质体： 是指由岩石组成的块体及在结垢面切割下具有一定的结构和构造、 占据地球 上一定空间的实体，称为地质体。
（名-1） 二、勘察专业所研究的岩体力学问题为： 与工程活动有关的地壳浅表层岩体变形及稳定性问题：岩石边坡、岩石地 基及硐室围岩等。
第 1 章 岩体地质与结构特征1.1 概述一、岩体 1、概念： 岩体是指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。
（名-2） 2、岩体的组成由结构面网络及其所围限的岩石块体组成。
3、岩体的物理力学性质特征：非均匀、非连续、各向异性和多相性。
1.2 岩块及其特征一、概念：岩块指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。
（名-3） 二、物质组成： 岩石是由具有一定结构构造的矿物集合体组成， 因此岩块的力学性质主要取 决于岩块的矿物成分及其相对含量。
三、岩块的结构与构造： 岩块的结构是指岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式及微结构面发育情 况与粒间连结方式等反映在岩块构成上的特征。
四、风化程度： 1、岩块的风化程度可用定性指标和某些定量指标表述。
2、判断岩块风化程度的定性指标主要有：颜色、矿物蚀变程度、破碎程度 及开挖锤击技术特征等。
3、判断岩块风化程度的定量指标主要有风化空隙率指标和波速指标等。
4、风化空隙率指标(Iw)是快速浸水后风化岩块吸入水的质量与干燥岩块质 量之比。
5、波速指标： （1）风化岩块纵波速度 （2）波速比：风化岩块与新鲜岩块的纵波速度比值； （3）风化系数：风化岩块与新鲜岩块的饱和单轴抗压强度比值。
1.3结构面特征一、概念：结构面（Structural Plane） 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。
第四章岩体的基本力学性质
结构面的状态对岩体的工程性质的影响是指结构面的产状、形 态、延展尺度、发育程度、密集程度。 结构面的产状：结构面的产状对岩体是否沿某一结构面滑动起控 制作用。 结构面的形态：结构面的形态决定结构面抗滑力的大小，当结构 面的起伏程度较大，粗糙度高时，其抗滑力就大。 结构面的延展尺度：在工程岩体范围内，延展尺度大的结构面， 完全控制岩体的强度。 结构面的密集程度：以岩体的裂隙度和切割度表征岩体结构面的 密集程度。
又A=h2，节理面的法向弹性变形量δ0=2δ，代入Boussnisq解，得 接触面为方形时，m=0.95，μ≅0.25，则上式变为
（二）节理的闭合变形 含啮合变形（配称实验）和压碎变形（非配称实验）。 下面介绍Goodman方法：
（1）结构面闭合试验（VmC的确定） 步骤： 1）备制试件； 2）作ζ-ε曲线（a）； 3）将试件切开，并配 称接触再作曲线（b）； 4）非配称接触，作曲线（c）; 5）两种节理的可压缩性法向 Nhomakorabea切向
（1）有n个点接触,每个接触 面边长为h
（2）每个接触面受力相同
（3）每个接触面力学特性 相同
2、计算公式 半无限体上作用一个集中力的布辛涅斯克（Boussnisq）解
δ－变形量；Q－荷载；A－荷载作用面积；E、μ－弹性模量、泊 松比；m－与荷载面积形状因素有关的系数，方形面积m=0.95 设节理面的边长为d，作用于节理面上的应力为ζ，则作用 在每一个接触面上的荷载
统计结构面 实测结构面
V 级结构面--细小的结构面
• Ⅰ级 指大断层或区域性断层。控制工程建设地区的地壳稳 定性，直接影响工程岩体稳定性；
• Ⅱ级 指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。 • Ⅲ级 指长度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。 Ⅱ、Ⅲ级结构面控制着工程岩体力学作用的边界条件 和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑移岩体的边界面 ，直接威胁工程安全稳定性
岩石的地质力学特征
岩石的地质力学特征岩石是地球上最常见的物质之一，其地质力学特征对于了解地球内部的构造和地质活动具有重要的意义。
在本文中，我将介绍岩石的地质力学特征，包括岩石的类型、力学性质、破裂与变形等方面。
首先，让我们来了解一下岩石的类型。
岩石可以分为三种主要类型：火成岩、沉积岩和变质岩。
火成岩是由地壳或地幔中的熔融岩浆冷却所形成的，例如花岗岩和玄武岩。
沉积岩是由岩屑、有机物或溶解物质在地表沉积并经过压实而形成的，例如砂岩和石灰岩。
变质岩是由原有岩石在高温和高压下发生变化而形成的，例如片麻岩和云母片岩。
接下来，我们来了解一下岩石的力学性质。
岩石的力学性质可以通过一些实验来测试。
其中，最常用的是强度测试和弹性模量测试。
强度测试可以用来评估岩石的破裂和破坏的能力。
弹性模量测试则可以用来评估岩石的变形和回弹能力。
这些测试结果可以帮助我们对岩石的力学性质有更深入的了解。
岩石在地质过程中会发生各种破裂和变形。
其中，最常见的是岩石的断裂和褶皱。
断裂是指岩石在外力作用下发生断裂并形成断层。
断层可以是平行于地层的走向、顺层倾向或垂直于地层的倾角。
褶皱则是指岩石在外力作用下发生挤压并形成褶皱。
褶皱可以是正褶皱或逆褶皱，取决于褶皱的折叠方向。
除了断裂和褶皱，岩石还可以发生岩浆侵入和岩石变形等现象。
岩浆侵入是指岩浆从地壳或地幔中向上运动并进入岩石中的过程。
岩浆侵入的形式有很多，常见的有岩浆柱、岩浆包裹体和岩浆岩等。
岩石变形是指岩石在外力作用下发生形状和体积的变化。
岩石变形可以是弹性变形或塑性变形，取决于岩石的力学性质和外力的大小。
总结起来，岩石的地质力学特征包括其类型、力学性质、破裂和变形等方面。
了解和掌握这些特征对于地质研究和工程建设具有重要的意义。
我们可以通过实验和观察来深入了解岩石的地质力学特征，并将其应用于实际的工程项目中。
随着科技的不断发展，我们对岩石的了解也会越来越深入，为地球科学的进一步发展提供更多的支持。
岩体力学岩体结构面性质
岩体力学岩体结构面性质岩体力学是研究岩石和地壳构造中岩石体的力学性质以及其变形、破裂和破碎特性的一门学科。
岩体结构面是岩石中天然的或由于应力作用而形成的裂隙或断裂面。
通过对岩体结构面性质的研究，可以更好地了解和预测岩体的力学行为，对岩石工程和地质灾害等领域具有重要的实际应用价值。
岩体结构面性质可以分为以下几个方面来进行描述和研究：1.结构面的存在形式：岩体中的结构面有多种形式，如裂隙、节理、层理等。
裂隙是岩石中的一种空隙或线裂缝，不同类型的裂隙对岩体的力学性质有不同的影响。
节理是岩层中的一种局部平行于岩层面的裂隙，节理的存在对岩石体的强度和变形特性有重要影响。
而层理则是沉积岩中分层承载着特定的结构面，影响岩石体的力学行为。
2.结构面的排列方式：结构面通常有一定的排列方式，包括平行、正交、斜交等。
不同排列方式下的结构面对岩体的强度和变形特性会有不同的影响。
比如，平行结构面会导致相对容易的岩层剥离，而正交结构面则会使岩体更容易发生坍塌。
3.结构面的纹理特征：结构面通常会具有一定的纹理特征，如面状、短柱状、笔直等。
不同的纹理特征会影响结构面的强度和破裂特性。
比如，面状结构面相对较脆弱，容易发生破裂和断裂。
4.结构面的物理性质：结构面的物理性质包括强度、硬度、粗糙度等。
强度是结构面所能承受的最大应力，硬度则是结构面的抗切割能力。
粗糙度则是指结构面表面的粗糙程度，对岩体的摩擦力和稳定性有重要影响。
5.结构面的扩展性和连通性：结构面的扩展性指的是结构面在空间上的延伸范围，连通性指的是结构面之间的连通程度。
结构面的扩展性决定了岩体的整体稳定性，连通性则影响了结构面的水和气体的扩散性。
综上所述，岩体结构面性质对于岩体力学行为的研究有着重要的作用。
了解岩体结构面性质的特点，可以帮助我们更好地预测和控制岩体的力学行为，为岩石工程和地质灾害防治提供科学的依据。
因此，对于岩体结构面性质的研究是岩体力学领域的重要研究方向之一。
工程地质学第四章节理-断层
串珠状的湖泊或洼地，泉水的带状分布，常表明有 大断带存在。
正常延伸的山脊突然错断，正常流径的河流突然产生急转 弯。〈断层两盘相对平移〉
断层符号识别 在地质图上，断层一般用粗红线醒目地 标示出来，断层性质用相应符号表示。
70°
45°
正断层
逆断层
平移断层
四、研究断层在工程上的意义
6)统计节理的密度、间距、数量，确定节理发育程度(持续性)和节理的主
导方向。
节理壁的粗糙程度调查
3、调查资料的整理和统计
节理统计常采用的节理玫瑰花图。玫瑰花图有走向玫瑰花图和 倾向玫瑰花图。 ①节理走向玫瑰花图 在一半圆上分画0 º～90 º 度和270 º～ 360 º （0 º）的方位。 把所测得的节理走向按每5 º 或10 º 分组，并统计每一组内节理数和 平均走向。按各组平均走向，各圆心沿半径以一定长度代表每一组 节理的个数 ，然后用折线相连。 ②节理倾向玫瑰花图 把所测得的节理走向按5 º 或10 º 间隔进行分组，统计每一组节 理平均倾向和个数。在注有方位角的圆周图上，以节理个数为半径， 按各组平均倾向定出各组的点，用折线连接各点既得节理倾向玫瑰 图。
3) 节理比较发育，组系及其相互关系比较明确。
4) 观测点应选在构造的重要部位，并且在不同构造层、不同岩系和不同岩 性岩层中都应布点。
2、节理调查的内容
1)测量节理产状。 2)观察节理面张开程度和充填情况。 3)描述节理壁的粗糙程度。 4)观察节理充水情况。 5)确定节理成因。
节理持续性是指节理裂隙的延伸程度。 持续性越好对工程影响越大。 一般：<1m 及1-3m，差；3-10m， 中等；10-30m 及>30m，好及很好。
④
岩石力学与工程岩体力学性质
岩石力学与工程岩体力学性质
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四、结构面对岩体强度的影响
结构面是通过结构面的产状、形态、延展尺度 等几何特征参数和密集度与充填物等状态，来 描述对岩体强度和工程稳定性影响的。
1.结构面的产状对岩体是否沿某一结构面滑动 起控制作用。
2.结构面形态决定结构面抗滑力的大小，当结 构面的粗糙度越高，其抗滑力就越大。
3.结构面的延展尺度在工程岩体范围内，延展 尺度大的结构面程岩体力学性质
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三、岩体破碎程度的指标(补充)
1.裂隙度
（1）定义 裂隙度K是指沿着取样线方向，单位长度上节理 的数量。
（2）计算
1）设某节理取样线长度为L，沿L内出现节理的数 量为n，则 Kn L
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岩石力学与工程岩体力学性质
划分依据 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构特征已消失 原生岩体结构特征已消失
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2）沿取样方向节理的平均间距d为
d 1 L Kn
岩石力学与工程岩体力学性质
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2.切割度
（1）切割度
是指岩体被节理割裂、分离的程度。
（2）计算
1）仅含一个节理面的平直断面，节理面面积 a，平
直断面面积A，其切割度 X e 为
Xe
a A
2）当岩体被完全切割时，Xe 1 ；未被切割时，
级 序 结构类型
划分依据
Ⅰ Ⅰ1 块裂结构 多数软弱结构面切割，块 状结构体
Ⅰ2 板裂结构 一组软弱结构面切割，板 状结构体
4岩体的力学性质及工程分类
0.35~0.15 <0.15
破碎
极破碎
4、按岩芯质量指标（RQD）分类
蒂尔（Deer,1968)提出根据钻探时岩芯完好程度来判断岩 体的质量，对岩体分类。
RQD li 100% L
式中：li —所取岩芯中≥10cm长度的岩芯段的长度； L—钻进岩芯的总程度，m。
RQD（％） 0～25
等级
Ⅰ
分类
很差
25~50 Ⅱ 差
50~75 Ⅲ
较好
75~90 Ⅳ
良好
90～100 Ⅴ
很好
例 某钻孔的长度为250cm，其 中岩芯采取总长度为200cm,而 大于10cm的岩芯总长度为 157cm(如图所示)， 则岩芯采取率： 200/250=80%
RQD=157/250=63% 岩体分类为：Ⅲ类、中等岩体
面
岩体的破坏机制也受控于岩体结构： 结构控制有：岩体破坏难易程度、岩体破坏的规模、岩 体破坏的过程及岩体破坏的主要方式等。
岩体破坏机制受岩体结构控制
整块体结构岩 体
①张破裂 ②剪破坏
块状结构岩 体
结构体沿结 构面滑动
碎裂状结构岩体
①结构体张破裂
②结构体
剪破裂
③结构体流动变形 ④结构体沿
结构面滑动
⑤结构体转动
分类的目的：为岩体工程建设的勘察、设计、施工和 编制定额提供必要的基本依据。
按分类目的，可分为综合性和专题性两种；按其所涉及的因素 多少，可分为单因素分类法和多因素分类法两种。
一、工程岩体分类的参考影响因素
1、岩石的质量。主要表现在岩石的强度和变形性质方面。
2、岩体的完整性。岩体完整性取决于不连续面的组数和
5、地下水的影响。渗流，软化，膨胀，崩解，静、动水 压力等。
工程岩体分级标准
工程岩体分级标准工程岩体分级标准是指根据岩体的力学性质、岩体结构和岩体稳定性等特征，对岩体进行分类和评定的标准。
岩体在工程施工中扮演着重要的角色，其稳定性直接关系到工程的安全性和可靠性。
因此，对岩体进行科学合理的分级评定，是保障工程施工质量和安全的重要环节。
一、岩体力学性质。
岩体的力学性质是指岩石在外力作用下的变形和破坏特性。
根据岩石的抗压强度、抗拉强度、抗弯强度等指标，可以将岩体分为强、中、弱三个等级。
强岩体具有较高的抗压强度和抗拉强度，适合用于大型工程的基础和支护结构；中岩体的力学性质一般，适合用于中小型工程的基础和支护结构；弱岩体的力学性质较差，需要采取特殊的支护措施才能保证工程的安全施工。
二、岩体结构。
岩体结构是指岩石的裂隙、节理、岩层倾角等特征。
根据岩体结构的复杂程度和对工程施工的影响程度，可以将岩体分为简单、中等、复杂三个等级。
简单岩体结构指岩石中裂隙和节理较少，对工程施工影响较小；中等岩体结构指岩石中存在一定数量的裂隙和节理，对工程施工有一定影响；复杂岩体结构指岩石中存在大量的裂隙和节理，对工程施工影响较大，需要采取相应的支护措施。
三、岩体稳定性。
岩体稳定性是指岩体在外力作用下的稳定性和变形能力。
根据岩体的稳定性和变形能力，可以将岩体分为稳定、较稳定、不稳定三个等级。
稳定岩体指岩石在外力作用下变形能力较强，不易发生破坏；较稳定岩体指岩石在外力作用下变形能力一般，可能发生一定程度的破坏；不稳定岩体指岩石在外力作用下变形能力较差，容易发生破坏，需要采取有效的支护措施。
综上所述，工程岩体分级标准是工程施工中重要的一环，对岩体进行科学合理的分类和评定，有助于制定合理的支护措施，保障工程施工的安全和可靠。
在实际工程中，应根据岩体的力学性质、结构和稳定性等特征，综合评定岩体的分级，并采取相应的支护措施，确保工程施工的顺利进行。
岩体力学04-工程岩体分类
方法：通过岩体的一些简单和容易实测的
指标，把工程地质条件和岩体力学性质参 数联系起来，并借鉴已建工程设计、施工 和处理等方面成功与失败的经验教训，对 岩体进行归类的一种工作方法。
目的：通过分类，概括地反映各类工程岩
体的质量好坏，预测可能出现的岩体力学 问题。为工程设计、支护衬砌、建筑物选 型和施工方法选择等提供参数和依据。
学性质、
优点：给出了毛洞自稳性的工程地质评价，给出了各类围岩
的喷锚支护设计参数及围岩物理力学性质的计算指标。
主要工程地质特点
围 岩 类 岩体结 构 别
岩石强度 指标
构造影响程度，结构面发育情况 和组合状态 单轴 饱和 抗压 强度
σcw(MPa)
岩体声波 指标
岩体 完整 性系 数
Kv
点荷 载强 岩体纵 度(MPa) v 波度 (km／s)
（1）根据各类指标的数值，按下表的标准评分，求和得总分 RMR值。
分类参数 完整岩石 强度 (MPa) 点荷载强 度指标 单轴抗压 强度 ＞10 ＞250 15 90~100 4~10 100~250 12 75~90 15 60~200 15
节理面稍粗糙， 宽度＜1mm， 节理面岩石坚 硬
数 值 2~4 50~100 7 50~75 10 20~60 10
20 10~25 或 0.1~0.2
或 只有湿气(有 裂隙水)
10 25~125 或 0.2~0.5 或 中等水压 4
5
地下水条 件
总条件 评 分 值
4
（2）按下表的规定对RMR总分作适当的修正。
按节理方向修正评分值
节理走向或倾向 隧道 评分值 地基 边坡 非常有利 0 0 0 有利 -2 -2 -5 一般 -5 -7 -25 不利 -10 -15 -50 非常不利 -12 -25 -60
岩体力学第四章岩体的基本力学性质
•
•
•
(2) 间距
结构面的间距是指同组相邻结构面的垂直距离 。 通常采用同组结构面的平均间距。间距的大小直接 反映了该组结构面的发育程度，也就是反映了岩体 的完整程度。
(3) 延展性
在一个岩休的露头上，所见到的结构面迹线的长 度。该参数反映了该组结构面的规模大小。
•
(4) 粗糙度和起伏度
相对于结构面平均平面的表面不平整度，通常用 结构面的粗糙度和起伏度表示。这是增加结构面抗 剪强度的一个几何参数。
1．绝对分类——结构面延展长度
细小结构面 延长 ≤1m 中等结构面 延长 1～10m 巨大结构面 延长 ≥10m
2．相对分类——相对工程而言的分类见表4-1。
•
•
(3) 按地质力学观点分类
a 破坏面
大面积破坏
缓慢地质作用
b 破坏带
小面积密集破坏 快速地质作用
c 两者之间 过渡类型
•
•单节 理
•节理 组
•
•
•上述Xe，仅是某一平面上节理面所占面积的比 率。有时为了研究岩体空间内部某组节理的切割 程度Xr，可由裂隙度K与平面切割度Xe建立如下 关系式：
•式中：
－岩体体积内部被某组节理切割
的程度，单位m2/m3.
•
岩体破碎程度分类（表4-3）
•
2.2 结构面的定量描述
(1) 产状 产状是指结构面在空间的分相状态。它是由
d= L/ n=1/K
•
•实例： K=4/10=0.4/m •d=1/K=2.5m
•10 m
•
当取样线垂直节理的走向时，则d为节理 走向的垂直间距。
•按垂直间距分类
d>180cm d=30~180 d<30 d<6.5