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）。

1.5 岩体力学的研究方法有哪些？

研究方法是采用科学实验、理论分析与工程紧密结合的方法。

①对现场的地质条件和工程环境进行调查分析，掌握工程岩体的组构规律和地质环境；

②进行室内外的物理力学性质试验、模型试验或原型试验，作为建立岩石力学的概念、模型和分析理论的基础。

③按地质和工程环境的特点分别采用弹性理论、塑性理论、流变理论以及断裂、损伤等力学理论进行计算分析。

2.1 名词解释

（1）岩石的质量指标（RQD ）：大于10cm 的岩心之和与钻孔总长度的比率。

（2）孔隙比：孔隙的体积与固体的体积之比，c v V V e =

； （3）孔隙率：孔隙的体积与试件总体积之比，V

V n v =； （4）吸水率：岩石吸入水的质量与固体质量之比，%100⨯-=c

d d γγγω； （5）风化指标：包括软化系数（表示抗风化能力的指标，是试件干燥单轴抗压强度与饱和单轴抗压强度的比值，cd

cc R R =η，越小表示岩石受水的影响越大）和岩石耐崩解系数（试件实验前的质量与试验后残余质量的比值，s

r c m m l =2）； （6）膨胀指标：包括自由膨胀系数（岩石在无任何条件下，浸水后产生的膨胀变形尺寸与原尺寸的比值，包括轴向自由膨胀率%100⨯∆=h h V h 和径向自由膨胀率%100⨯∆=d

d V d ），岩石的侧向约束膨胀率（将具有侧向约束的试件浸入水中，使试件仅产生轴向变形而求得

的膨胀率%1001⨯∆=h

h V hp ）以及膨胀压力（岩石浸水后，使试件保持原有体积所需施加的最大压力）；

（7）渗透性：在一定的水压作用下，水穿透岩石的能力。反映了岩石中裂隙向相互连通的程度，用达西定律描述：x x A dx

dh K

Q =，其中dx dh 表示水头变化率。 2.2 简述岩石的孔隙比与孔隙率的联系。

答：孔隙比（e ）是指孔隙的体积与固体的体积之比，孔隙率（n ）是指孔隙的体积与试件总体积之比，其关系为：n

n e -=

1。 3.1 简述岩柱劈裂破坏机理。

答：岩柱受压时，轴向趋于缩短，横向趋于扩张，是张拉破坏。当试件两端面无摩擦力时，若试件受到轴向压缩，试件横向自由扩张，其中的张拉应力使试件产生平行于轴线的垂直裂缝，呈柱状劈裂破坏。

3.2 刚性试验机的工作原理是什么？

答：刚性试验机（K m ≧K s ），由于试验机释放能ΔEm 小于ΔEs ，需要继续加载才能使试件产生新的位移，因此，保持峰值强度后的试验平稳进行，并记录下岩石峰值强度后的应力-应变曲线，即刚性试验机的工作原理。

3.3 什么是环箍效应？列举在单轴压缩中克服它的措施。

试件受压时，由于轴向趋于缩短，横向趋于扩张，而试件和压板间的摩擦约束作用则阻止其扩张，在试件端面部分形成了一个箍的作用，这一作用随着远离承压板而逐渐减弱，即环箍效应。

措施：在试件与压板间插入刚度与试件匹配、断面尺寸与试件相同的垫块；润滑试件端部；加长试件。

3.4 简述抗剪试验及裂隙法试验的试验要点。

【抗剪试验】

试验要点：如图，将按一定的精度要求加工好的立方体（5×5×5cm ）岩石试件，放入钢制楔形角模内；再将夹有试件的角模放在试验机上缓慢加压至破坏，并记录下极限荷载P 。

试验关键技术：保持角模整体平衡、稳定，防止偏心荷载，使试件按预定的剪切面剪断；在加载过程中，角模会产生水平位移，为减少角模与试验机压板之间的摩擦力，在两者之间放滾柱板；角模的倾角α（试件剪断面方向角），不能太小也不能太大，一般在30°~70°。

【裂隙法试验】 实验要点：如图，用一个实心圆柱形试件，使它承受径向压缩荷载至破坏，再利用弹性理论推算出岩石的抗拉强度。钢丝直径为5mm ，作用为将试验机压板荷载转化为线性荷载传递给试件。试件尺寸为直径d =50mm ，长度t =25mm 。此时，试件的单轴抗拉强度dt P t πσ2=。 实验关键：严格对中，为防止试件承受偏心荷载，要求钢丝垫条平行于试件轴线，上、下两钢丝的连线为试件的直径，保证破裂面通过试件的直径。

3.5 简述摩尔-库伦曲线的制作方法。

答：摩尔曲线制作方法：①在σ-τ平面上，做一组不同应力状态