岩体力学重点资料

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型物体。

岩石有其自身的矿物成分、结构与构造，岩石中的矿物成分和性质、结构、构造等的存在和变化，都会对岩石的物理力学性质发生影响。

岩体：是地质体的一部分。

它位于一定的地质环境之中，是在各种宏观地质界面（断层、节理、破碎带、接触带、片理等）分割下形成的有一定结构的地质体。

Ⅰ阶段(o-a段)：裂纹压密阶段。

随着裂纹闭合，岩石刚度增大，曲线上凹。

岩石的初始模量反映了张开裂纹的闭合刚度。

Ⅱ阶段(a-b段)：岩石线性变形阶段。

曲线呈直线，但加卸载曲线不重合。

除岩石弹性变形外，存在闭合裂纹的滑动。

Ⅲ阶段(b-c段)：裂纹稳定扩展的非线性变形阶段。

曲线开始下凹。

岩石中微裂纹开始扩展，并出现新的微裂纹。

岩石体积由压缩变为膨胀，即出现扩容现象。

属破坏的前兆。

Ⅳ阶段(c-d段)：裂纹加速扩展至岩石破裂阶段。

曲线进一步下凹。

岩石中微裂纹贯通，并出现宏观裂纹。

逐级循环加载作用下的岩石变形与强度第一次加、卸载变形有3种情况：完全弹性恢复、弹性滞后、残余变形。

●应变强化现象：多次加卸载时，每一次卸载曲线及重新加载曲线的斜率都要比原先的加载曲线的斜率大；●塑性滞环：重新加载曲线与卸载曲线不在一条曲线上，形成一个闭合环；●岩石记忆现象：重新加载时当荷载回升到开始卸载时的荷载时，变形曲线不是按重新加载曲线上升，而是按初次加载曲线上升。

反复循环荷载作用下的岩石变形与强度岩石在循环荷载作用下，会在比峰值应力低的应力水平下破坏，这种现象称为——疲劳破坏；使岩石发生疲劳破坏时循环荷载的应力水平的大小，称为——疲劳强度。

三个特点：●疲劳强度<峰值强度；●疲劳强度不是定值，它与循环荷载持续时间（循环次数）有关，循环次数越多，疲劳强度越小；●存在一个极限应力水平，当循环荷载的应力低于此值时，无论循环荷载持续时间多长，岩石不会发生疲劳破坏。

延性破坏与延性流动：指岩石发生较大的永久变形后导致的破坏，且破坏后应力降很小。

应变增加而不出现破裂时称为“延性流动”。

流变性：在外部条件不变时，应力或变形随时间变化的特性。

流变性包括以下几方面：●蠕变：指在恒定应力或应力差的作用下，变形随时间而增加的现象。

●松弛：指应变保持恒定时，应力随时间的延长而降低的现象。

摩尔强度理论表述：材料达到极限状态时，某剪切面上的剪应力达到一个取决于正应力与材料性质的最大值。

也就是说，当岩石中某一平面上的剪应力超过该面上极限剪应力值时，岩石破坏。

这一极限剪应力值，又是作用在该面上法向压应力的函数。

○1用摩尔应力圆来表示一点的应力状态○2把应力圆与强度曲线联系起来，建立摩尔强度准则。

○3压应力为正，拉应力为负。

莫尔理论的评价——剪破坏强度理论优点:①比较全面反映了岩石的强度特性。

②真实地反映了岩石抗剪强度与正应力有关的事实。

③受拉区闭合，范围小，反映了岩石抗拉强度低的事实，三向等拉时，缩于曲线与σ轴的交点，三向等拉是会破坏的。

④受压区是开放的，三向等压时，莫尔圆缩为一点，不能与强度曲线相切，故认为三轴等压时，岩石不会破坏。

⑤莫尔理论简单、实用、方便。

问题：①忽略了σ2影响，与试验有出入②对拉应力区强度线形式研究不够，也不适应蠕变、膨胀等情况。

●剪胀角(αn)的影响因素：—结构面粗糙程度。

愈粗糙，αn愈大。

用粗糙度系数JRC表示；—正应力。

当正应力较小时，沿凸起体上滑的阻力愈小，剪胀量较大，αn愈大。

反之，当正应力较大时，上滑阻力愈大，剪胀量及αn愈小。

—结构面两壁岩石强度。

强度愈大，凸起体愈不容易剪断，愈易发生剪胀，αn愈大。

可见，剪胀角不是一个常数。

不同于起伏角i有充填物的软弱结构面的强度与下列因素密切有关。

●充填物的物质成分：－强度随粘土含量增加而降低；－随碎屑成分增加、颗粒增大，强度增高；－颗粒成分不同，也影响剪切破坏机理，煎应力—剪位移曲线有差异。

●充填物结构的影响：泥化夹层：岩体中软弱岩层在层间错动与地下水的长期物理化学作用下所形成的结构疏松、颗粒大小不均、多呈定向排列、粒间连接微弱的特殊软弱层。

●充填程度和厚度的影响：充填物质厚度d与起伏差h的比为充填度。

充填度越小，结构面强度越高●粘滑的概念：在剪切过程中，剪应力与剪位移不稳定变化，剪应力时常出现断续的张弛、剪位移时常发生急跃，这种现象称为——粘滑或粘滑振荡。

结构面对岩体变形的影响—结构效应●结构面方向的影响：主要表现为作用力与结构面方向之间夹角的不同，而使岩体变形出现差异。

对于仅发育1～2组结构面的岩体尤其如此。

●结构面性质的影响：●结构面性质的影响：结构面性质：张开程度、充填程度、充填物性质等。

●结构面密度的影响：结构面密度指结构面发育的密集程度。

通常可用两个指标间接反映：○1岩体质量指标RQD○2岩体纵波波速与岩石纵波波速比值●结构面组合方式的影响●节理化岩体的破坏方式：(1)轴向劈裂：高角度结构面和低围压时。

(2)沿结构面滑动破坏：夹角在30~50，低围压时。

(3)切穿岩石材料的破坏：高围压，形成共扼剪切破坏。

(4)部分沿结构面、部分沿岩石材料的破坏。

(5)松胀解体破坏：岩体中的裂隙在受力条件下发生扩展、张开，岩块发生偏转、压碎，使岩体破坏。

裂隙多、围压低的情况下会发生松胀破坏。

●“围压对节理化岩体强度的影响”小结：(1)围压的大小，影响岩体的破坏方式。

低围压时，呈劈裂、沿结构面滑动、松胀解体破坏；高围压时，呈共扼剪切破坏。

(2)围压增大，岩体的抗剪强度增大，但并非呈直线关系。

围压低时增加得快，围压高时强度增加慢。

(3)随围压增加，岩体中的结构面的力学效应逐步减小，当围压达到某一临界值时，岩体中的结构面效应会完全消失，岩体破坏也从脆性破坏变为延性破坏。

硐室开挖后，周围的岩石产生如下变化：——周围岩石向洞内膨胀的同时，硐壁及其附近发生切向压缩变形；——导致径向压缩应力降低；切向应力增大；上述应力降低和增大的程度，随着远离硐壁而逐渐减弱，到达一定距离后基本无影响。

应力重分布——硐室周围一定范围内的岩石的上述应力变化。

围岩——硐室周围应力重分布影响范围内的岩石。

围岩压力——作用在支护物上的围岩的变形挤压力或坍塌岩体的重力称为围岩压力。

●如果岩石的强度比较低，围岩应力重分布过程中不仅产生弹性变形，还产生了较长时间才能完成的塑性(塑流)变形，支护的结果限制了这种变形的发展，故而引起围岩压力。

由于重分布应力使围岩产生过大的变形所引起的围岩压力——形变围岩压力。

●当岩体比较破碎时，围岩应力极易超过岩体强度，使破碎岩体松动塌落，直接作用于支护结构上。

由塌落岩体重量引起围岩压力——塌落围岩压力(松动围岩压力)。

●当岩体存在一些较大结构面将岩体切割成大的块体时，开挖硐室后，大块体常常产生向硐内塌落或滑动。

由块体塌落或滑落产生的围岩压力——块体塌落围岩压力。

●软岩由于遇水膨胀、崩解，所产生的围岩压力——膨胀压力。

●岩石由于弹性应变能的突然释放，所产生的围岩压力——冲击压力(冲击地压)。

普氏理论的基本前提：硐室围岩为几乎无粘聚力的松散体；硐室上方能形成稳定的压力拱(一般认为：当埋深>2.0~2.5倍拱高时，才能形成压力拱)。

●普氏把岩体看作松散体。

这与大多数岩石的实际情况不符。

●普氏理论中的岩石坚固性系数f，不是岩石的特性参数，也无法通过试验获得；●按普氏理论，顶部围压在顶部中央最大。

但许多工程中，最大顶压常偏离拱顶。

●按普氏理论，围岩压力只与硐室跨度有关，而与硐形、上覆岩层厚度、施工方法、程序等无关。

这与实际情况不符。

但是，普氏理论，公式简单、使用方便。

若实际情况符合其假设，也常常获得满意结果。

●斜坡变形(slope deformation) ——指在贯通性破坏面形成之前，斜坡岩体的变形和局部破裂。

●斜坡破坏(slope failure)——指斜坡岩(土)体中已形成贯通性破坏面时的变动。

斜坡岩(土)体在整体破坏前、破坏面贯通或接近贯通的瞬间状态——极限状态。

岩(土)体处于极限平衡状态时的应力——极限抗力。

K 的主要影响因素:●滑面抗剪参数tgφ、c ——增加tgφ、c ，K增大；●滑面倾角α ——增加α ，K降低；●滑体高度h (或坡高H) ——c≠0时，增加高度，K降低；c=0时，对K无影响。

●地下水的影响：●地震的影响：●表层滑动——坝基强度>>坝体强度；坝基坚硬无软弱结构面，沿坝基-坝体接触面发生的破坏。

——清基不好，或坝基表层岩石强度<坝基-坝体接触面强度，沿坝基表面的软弱层发生的破坏。

●深层滑动——坝基岩体内存在各种软弱结构面，且与临空面组合能构成危险滑移体，在库水推力作用下，沿软弱面破坏。

——坝基岩石为软岩，各种软弱面的发育分异不显著时，深部破裂面受最大剪应力带控制的情况。

●混合滑动：部分沿坝基-坝体接触面，部分沿坝基内某一软弱面产生的滑动破坏。