岩体力学考试重点(经典)

第二章 岩石的基本物理力学性质

1、全应力—应变曲线（岩石试件在（刚性试验机）单轴压缩载荷作用下产生变形的全过程）

（1）OA 阶段，通常被称为孔隙裂隙压密阶段。其特征是应力—应变曲线呈上凹型，在此阶段岩石试件中原有的张开型结构面和微裂隙逐渐闭合，横向膨胀较小，试件体积随载荷的增大而减小。本阶段对节理裂隙丰富的岩石表现较为明显，对坚硬少裂隙的岩石不明显。

（2）AC 阶段，通常称此阶段为弹性变形阶段。其中AB 阶段为线弹性变形阶段；BC 为非线性变形阶段。BC 阶段中出现了微裂隙的破裂，因此也称为破裂稳定发展阶段。

（3）CD 阶段，非稳定破裂发展阶段或称累积性破坏阶段。C 点是岩石从弹性变为塑性的转折点，称为屈服点，其相应的应力称为屈服应力（屈服极限），数值约为峰值应力的三分之二左右。

进入此阶段后，微破裂的发展出现了质的变化，它们不断聚合形成了宏观裂隙，直至岩石试件完全破坏。此时，试件由体积压缩转为扩容，轴向应变和体积应变速率迅速增大。当达到D 点时，岩石已经破坏，此时的强度称为峰值强度。

（4）DE 阶段称为破坏后阶段。当载荷达到D 点后，岩石试件内部结构已遭到破坏，但试件基本保持整体形状。进入本阶段后，宏观裂隙快速发展，并且相互交叉联合形成宏观断裂面，岩块的变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移，

试件的承载能力迅速下降，但不会到零，岩石仍

具有一定的承载能力。

应该指出，对于坚硬的岩石来说，这一塑性阶段

很短，有的几乎不存在，它所表现的是脆性破坏

的特征。所谓脆性是指应力超出了屈服应力却并

不表现出明显的塑性变形的特性，而因此达到破

坏，即为脆性破坏。

2、单轴压缩条件下的岩石变形特征：

①岩石的变形特性通常可以从试验时所记录下来的应力—应变曲线中获得；②岩石的应力—应变曲线反映了各种不同应力水平下所对应的应变(变形)规律；③岩石试件在（刚性试验机）单轴压缩载荷作用下产生变形的全过程，可全应力-应变曲线来表示。

3、三轴压缩条件下的岩石变形特征

A 、 时岩石变形特征

①岩石的强度随围压（ ）的增加，岩石的屈服应力随之提高；②总体来说，岩石的弹性模量变化不大，有随围压增大而增大的趋势；③随着围压的增加，峰值应力所对应的应变值23σσ=23σσ=

有所增大，其变形特征表现出低围压的脆性向高围压的塑性转换的规律。

B 、 为常数时岩石变形特征

①随着 的增大，掩饰的屈服应力有所提高；②弹性模量基本不变，不受 变化的影响；

③当 不断增大时，岩石由塑性逐渐向脆性转换。

C 、 为常数时岩石变形特征

①其屈服应力几乎不变；②掩饰的弹性模量基本不变；③岩石始终保持塑性破坏的特征，只是随 的增大，其塑性变形量也随之增大。

4、限制性剪切实验

5、岩石在弹性阶段时的本构关系称为弹性本构关系；岩石在塑性阶段的本构关系称为塑性本构关系，弹性与塑性本构关系与时间无关，属于即时变形。

3σ2σ2σ2σ2σ3σ

如果外界条件不变，岩石的应变或应力随时间而变化，则称该岩石具有流变性，此时的本构关系称为岩石的流变本构关系。

6、岩石的流变包括蠕变、松弛和弹性后效。

7、蠕变的三个阶段

岩石的蠕变曲线如图所示，图中三条蠕变曲线是在不同应力下得到的，其

中 。

蠕变试验表明，当岩石在某一较小的

恒定载荷持续作用下，其变形量虽然

随时间增长有所增加，但蠕变变形的

速率则随时间增长而减小，最后变形

趋于一个稳定的极限值，这种蠕变称

为稳定蠕变。

当载荷较大时，如图中的abcd 曲线所

示，蠕变不能稳定于某一极限值，而

是无限增长直至破坏，这种蠕变称为

不稳定蠕变。

这是典型的蠕变曲线，根据应变速率不同，其蠕变过程可分为三个阶段：

第一蠕变阶段：ab 段所示，应变速率随时间增加而减小，故称为减速蠕变阶段或初始蠕变阶段；第二蠕变阶段：曲线中bc 段所示，应变速率保持不变，故称为等速蠕变阶段；第三蠕变阶段：曲线中cd 段所示，应变速率迅速增加直到岩石破坏，故称为加速蠕变阶段。

8、一种岩石既可发生稳定蠕变也可发生不稳定蠕变，这取决于岩石应力的大小。

当应力超过某一临界值时，蠕变向不稳定蠕变发展；当应力小于该临界值时，蠕变按稳定蠕变

发展。通常称此临界应力为岩石的长期强度。

通过各种应力水平长期恒载蠕变试验得出。

设在载荷试验的基础上，绘得非衰减蠕变

的曲线簇，确定每条曲线加速蠕变达到破

坏时的应变值以及载荷作用所经历的时间，

如图（a ）所示。以纵坐标表示应力，横坐

标表示破坏前所经历的时间，作出其关系

曲线，即长期强度曲线，如图（b ）所示。

所得曲线的水平渐近线在纵轴上的截距所

A B C σσσ

对应值，即为所求长期强度极限值

9、蠕变：指岩石在恒定的荷载（应力）条件下，变形随时间增长的现象（或性质）。 松弛：指应变一定时（不变），应力随时间增加而减小的现象。 弹性后效：指加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。

粘性流动：即蠕变一段时间后卸载，部分应变永久不恢复的现象。

10、莫尔强度理论

优点：①适用于塑性岩石，也适用于脆性岩石的剪切破坏；②较好解释了岩石抗拉强度远远低于抗压强度特征；③解释了三向等拉时破坏，三向等压时不破坏现象；④简单、方便:同时考虑拉、压、剪,可判断破坏方向.

不足：①忽视了σ2 的作用，误差：±10％；②没有考虑结构面的影响；③不适用于拉断破坏；④不适用于膨胀、蠕变破坏。 相关公式：

11、库伦准则： 材料破坏主要是剪切破坏，当材料某一斜面上的剪应力达到或超过该破坏面上的粘结力和摩擦阻力之和，便会沿该斜面产生剪切滑移破坏。

12、格里菲斯强度理论的基本思想：在脆性材料内部存在着许多杂乱无章的扁平微小张开裂纹。 在外力作用下，这些裂纹尖端附近产生很大的拉应力集中，导致新裂纹产生，原有裂纹扩展、贯通，从而使材料产生宏观破坏。裂纹将沿着与最大拉应力作用方向相垂直的方向扩展。 优点：①岩石抗压强度为抗拉强度的8倍，反映了岩石的真实情况；②证明了岩石在任何应力状态下都是由于拉伸引起破坏；③指出微裂隙延展方向最终与最大主应力方向一致。

不足：①仅适用于脆性岩石，对一般岩石莫尔强度准则适用性远大于Griffith 准则。②对裂隙被压闭合，抗剪强度增高解释不够。③Griffith 准则是岩石微裂隙扩展的条件，并非宏观破坏。

13、结构面的变形包括法向变形和剪切变形两个方面。

14、影响结构面抗剪强度的因素：结构面的形态、连续性、胶结充填特征及壁岩性质、次生变化和受力历史等等。

根据结构面的形态、充填情况及连续性等特征，将其划分为四类：平直（光滑）无填充的结构面；粗糙起伏无填充的结构面（硬性结构面）；非贯通断续的结构面；有充填的软弱结构面。

15、地应力：存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。（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。）

ϕστtan +

=c