岩石力学6章概述

合集下载

岩石力学第六章地下空间开挖围岩稳定性分析

行支护达到人工稳定；支护和破裂岩体本应是相互影响、共同作用的，但现在还做不到完全用共同作用理论为指导来解决支护设计问题；古典地压学说：1907年，普氏学说——俄罗斯学者； 1942年，太沙基学说——美国学者；在60年代，共同作用理论提出以后的30多年，弹塑性力学的研究方法在岩石力学研究中一直占据主导的地位，古典地压学说则被冷落一旁；
r , r p0

解析表达式
R02 1 2 p0 r r
净水压力下围岩应力分布
2019/1/20
《岩石力学》
7

讨论
开巷（孔）后，应力重新分布，也即次生应力场；
, 均为主应力，径向与切向平面为主平面； r
应力大小与弹性常数周边
2019/1/20
c cot
《岩石力学》
24
塑性区半径
( p0 c cot )(1 sin ) R p R0 P c cot 1

1sin 2 sin
讨论
R p与 R0 成正比，与 p0 成正变，与 c 、
塑性区应力与原岩应力
900 , 2700 处， p0 (3 1) ; 0 0 p0 (3 ) ; 在巷道的侧边，即 0 , 180 处，
在巷道的顶、底板，即
2019/1/20
《岩石力学》
14

应力集中系数与 , 的关系
2019/1/20
《岩石力学》
15

巷道周边位移
o
开挖后（周边）
u (1 ) p 0 R0 E
《岩石力学》
11
2019/1/20

地应力

§4 岩体中天然应力的估算
一、垂直天然应力估算
二、水平天然应力估算
1、隆起、剥蚀卸载作用对值的影响
2、断层作用对值的影响
在地壳表层岩体中，常发育有正断层和逆断层。正断层形成时的应力状态是：σ1为铅直，σ3为水平，因此
1 v gZ
3 h a gZ
（2）地下硐室施工过程中出现岩爆，剥离由于高地应力的存在，在地下硐室开挖过程中，会出现岩石的脆性破裂。积聚在岩石中的应变能由于突然释放而产生岩爆或剥离，特别是垂直最大水平主应力开挖的硐室，更容易产生岩爆现象。（3）隧洞、巷道、钻孔的缩径现象和前面所述的岩爆、剥离现象一样，是洞（孔）壁应力超过岩石强度所致。是软岩产生流变或柔性剪切破坏的结果。
c
ctg (45 / 2)]
Z
• 逆断层形成时的应力状态为：最小主应力σ3为铅直，最大主应力σ1为水平， 1 v gZ 即
3 h a gZ
• 同理可得逆断层形成时的天然应力比值系数λp为：
c 1 p tg (45 / 2) g Z
+ + + + + +
+ + + + + +
++++++
天然应力
→ ← ↓ ↑

∧
→ ← ↓ ↑

∧
重分布应力
相对于第2洞室的天然应力
二、天然应力的研究历史及意义 1、研究历史国际：
• 最早的地应力模型是1912年瑞士地质学家Haim提出的各向等压假说，认为水平地应力和垂直地应力相等，且均等于上覆岩层的单位重量 • 1926年前苏联学者金尼克根据线弹性理论修正了海姆的静水压力假设，即认为水平地应力大小应取决于当前岩层的泊松比，水平地应力与垂直地应力之比为 μ/（1-μ) • 1932年，在美国胡佛水坝下的隧道中，首次成功地测定了岩体中的天然应力 .

岩石力学-第六章-岩石地下工程

（2）情况Ⅱ的解：
边界条件，对于内边界，r=R0，σr=τrθ=0 对于外边界，应用莫尔圆应力关系，有
r
1
3
2
1
3
2
cos 2
r
1 3
2
sin 2
1 p 3 p
90
r 时
r p cos 2 r psin 2
外边界条件
21
岩石力学
三、深埋圆形巷道一般压力下弹性分析
m 2
1
( 1) 应照顾顶点 ( 1) 应照顾两帮中点
33
岩石力学
五、非圆形巷道周边弹性应力状态
地下工程中的非圆形巷道主要有梯形、拱顶直墙、椭圆等。
1、基本解题方法原则上，地下工程比较常用的单孔非圆巷道围岩的平面问题弹性应力分布，都可用弹性力学的复变函数方法解决。
34
岩石力学
五、非圆形巷道周边弹性应力状态
次生应力或诱发应力：经应力重分布形成的新的平衡应力。
6
岩石力学
一、基本概念
地下岩石工程稳定的条件：
max S
umax U
式中，S和U为围岩或支护体所允许的最大应力(极限强度)和最大位移(极限位移)。
7
岩石力学
一、基本概念
岩石地下工程根据埋入的深浅：浅埋地下工程的工程影响范围可达到地表，因而在力学处理上要考虑地表界面的影响。深埋地下工程可处理为无限体问题，即在远离岩石地下工程的无穷远处，仍为原岩体。
R02 r
4(1 )(1 )
R02 r
cos 2
(1
)
R04 r3
cos
2
]
（3）其他巷道无通式。
39
岩石力学

《岩石力学》全书复习资料

第一章绪论1、岩石力学定义:岩石力学是研究岩石的力学性质的一门理论与应用科学；它是力学的一个分支；它探讨岩石对其周围物理环境中力场的反应。

2、岩石力学研究的目的：科学、合理、安全地维护井巷的稳定性，降低维护成本，减少支护事故。

3、岩石力学的发展历史与概况：（1）初始阶段（19世纪末—20世纪初）1912年，海姆（A.Hmeim ）提出了静水压力理论：金尼克（A.H.ΠHHHHK ）的侧压理论：朗金（W.J.M.Rankine ）的侧压理论：（2）经验理论阶段（ 20世纪初—20世纪30年代）普罗托吉雅克诺夫—普氏理论：顶板围岩冒落的自然平衡拱理论；太沙基：塌落拱理论。

4、地下工程的特点：（1）岩石在组构和力学性质上与其他材料不同，如岩石具有节理和塑性段的扩容（剪胀）现象等；（2）地下工程是先受力（原岩应力），后挖洞（开巷）；（3）深埋巷道属于无限域问题，影响圈内自重可以忽略；（4）大部分较长巷道可作为平面应变问题处理；（5）围岩与支护相互作用，共同决定着围岩的变形及支护所受的荷载与位移；（6）地下工程结构容许超负荷时具有可缩性；（7）地下工程结构在一定条件下出现围岩抗力；（8）几何不稳定结构在地下可以是稳定的； 5、影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素矿物：地壳中具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物；结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及相互结合的情况；构造：组成成分的空间分布及其相互间排列关系；第二章岩石力学的地质学基础 1、岩石硬度通常采用摩氏硬度，选十种矿物为标准，最软是一度，最硬十度。

这十种矿物由软到硬依次为：l-滑石； 2-石膏；3-方解石；Hγ1νλν=-H λγH λγ4-萤石；5-磷灰石；6-正长石；7-石英；8-黄玉； 9-刚玉；10-金刚石；2、解理：是指矿物受打击后，能沿一定方向裂开成光滑平面的性质，裂开的光滑平面称为解理面。

岩石力学6章(中)

剪裂面外法线方向与最大主应力 (maximum 之间的夹角可以从图6 中看出： principal stress)σ 1之间的夹角可以从图6-2中看出：
2θ = 90 + ϕ
o
θ = 45 +
o
ϕ
2
三、库伦一纳维尔破坏准则的第二种表示方法
库伦一纳维尔破坏准则也可采用主应力 1 σ 来表示， σ 、3 来表示，剪裂面上应力与主应力关系如图6 所示，剪裂面上应力为：剪裂面上应力与主应力关系如图6-3所示，剪裂面上应力为：
1 1 σ n = (σ 1 + σ 3 ) + (σ 1 − σ 3 ) cos 2θ 2 2 1 τ f = (σ 1 − σ 3 )sin 2θ 2
σ1
σn τ
b
σ3
σ3
a
θ
σ1
图6-3 剪裂面上应力与主应力关系
将它们代入库伦一纳维尔破坏准则表达式中：将它们代入库伦一纳维尔破坏准则表达式中：库伦一纳维尔破坏准则表达式中
n
剪切面上的正应 f = tg ϕ 。
取σ、τ 为直角坐标系的横轴、系的横轴、纵轴，纵轴，则上式为一直线方程。方程。如图 6-1所示。所示。
图6-1
库伦一纳维尔破坏准则示意图
随着最大主应力的增大，岩石逐渐达到破坏条件。随着最大主应力的增大，岩石逐渐达到破坏条件。如图6 如图6－2所示：所示：
1 + sin ϕ 1 + sin ϕ σ1 = σ 3 ⋅ + 2τ 0 1 − sin ϕ 1 − sin ϕ
根据三角恒等式：根据三角恒等式：
1 + sin ϕ ϕ 2 o = tg 45 + 1 − sin ϕ 2

岩石力学课本

第一章绪论第一节岩体力学与工程实践岩体力学(rockmass mechanics)是力学的一个分支学科，是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。

岩体力学的研究对象是各类岩体，而服务对象则涉及到许多领域和学科。

如水利水电工程、采矿工程、道路交通工程、国防工程、海洋工程、重要工厂(如核电站、大型发电厂及大型钢铁厂等)以及地震地质学、地球物理学和构造地质学等地学学科都应用到岩体力学的理论和方法。

但不同的领域和学科对岩体力学的要求和研究重点是不同的。

概括起来，可分为三个方面：①为各类建筑工程及采矿工程等服务的岩体力学，重点是研究工程活动引起的岩体重分布应力以及在这种应力场作用下工程岩体(如边坡岩体、地基岩体和地下洞室围岩等)的变形和稳定性。

②为掘进、钻井及爆破工程服务的岩体力学，主要是研究岩石的切割和破碎理论以及岩体动力学特性。

③为构造地质学、找矿及地震预报等服务的岩体力学，重点是探索地壳深部岩体的变形与断裂机理，为此需研究高温高压下岩石的变形与破坏规律以及与时间效应有关的流变特征。

以上三方面的研究虽各有侧重点，但对岩石及岩体基本物理力学性质的研究却是共同的。

本书主要是以各类建筑工程和采矿工程为服务对象编写的，因此，也可称为工程岩体力学。

在岩体表面或其内部进行任何工程活动，都必须符合安全、经济和正常运营的原则。

以露天采矿边坡坡角选择为例，坡角选择过陡，会使边坡不稳定，无法正常采矿作业，坡角选择过缓，又会加大其剥采量，增加其采矿成本。

然而，要使岩体工程既安全稳定又经济合理，必须通过准确地预测工程岩体的变形与稳定性、正确的工程设计和良好的施工质量等来保证。

其中，准确地预测岩体在各种应力场作用下的变形与稳定性，进而从岩体力学观点出发，选择相对优良的工程场址，防止重大事故，为合理的工程设计提供岩体力学依据，是工程岩体力学研究的根本目的和任务。

岩体力学的发展是和人类工程实践分不开的。

第6章岩石力学在油气田开发工程中的应用

水平井最优产能方位的选择地应力场状态下注采井网模型选择低渗透油田开发方案的设计原则
1 6.1 地应力方向与水平井最优产能方位的选择 2 6.2 地应力场状态下注采井网模型的选择 3 6.3 地应力场状态下低渗透油田开发方案的设计原则 4 6.4 岩石力学在套损机理研究中的应用
6.1 地应力方向与水平井最优产能方位的选择
某油田岩样进行岩石力学试验结论
该地区的原地应力状态为σH＞σv＞σh，水平最大地应力接近垂向地应力。
由图1可以看出，随着井斜角的增加，坍塌压力减小，说明地层的稳定性变好，适合打斜井和水平井。
由图2当井斜方位与最大水平主应力方位的夹角接近 60° 时，坍塌压力最小，沿此方位钻进地层最不易坍塌。
呈雁行排列的天然裂缝； ➢ 地层渗透率各向差异很大； ➢ 低渗远油藏需要进行压裂改造，水力裂缝受地层三维应力制
约； ➢ 向井筒内的泄油内径向流变为伸向油藏的水力裂缝的直线流
道等等；
➢ 与渗透率低并且各向差异很大的关系； ➢ 水力裂缝方向与油水井排空间方位的关系； ➢ 水力裂缝长度与井距的关系； ➢ 与水力裂缝形态的关系； ➢ 与天然裂缝的关系； ➢ 与射孔的关系； ➢ 油井和水井如何排布的关系等等。
井距/m 五点法
均质
0o
22.5o
45o
七点发
见水时间/年
五点法
4.17
3.62
3.05
2.89
100 七点发
3.72
2.83
2.60
2.64
反九点法
3.37
2.34
2.46
2.94
五点法
9.73
8.19
6.85
6.50

岩石力学-第六章岩体的初始应力状态

• （2）岩爆。在岩性坚硬完整或较完整的高地应力地区开挖隧洞或探洞时，在开挖过程中时有岩爆发生。
6.5.2 高地应力的判别标准和高地应力现象
• （3）探洞和地下隧洞的洞壁产生剥离，岩体锤击为嘶哑声并有较大变形，在中等强度以下的岩体中，开挖探硐或隧洞，高地应力状况不会像岩爆那样剧烈，洞壁岩体产生剥离现象，有时裂缝一直延伸到岩体浅层内部，锤击时有破哑声。在软质岩体中则产生洞体较大的变形，位移显著，持续时间长，洞径明显缩小。
性质、温度、地下水等因素的影响，特别是地形和断层的扰动影响最大。
6.4 岩体初始应力分布的主要规律
初始应力场是一个非稳定应力中国大陆板块边界所受的外力分布场
中国大陆板块受到外部印度板块每年以5厘米速度和太平洋板块每年以数厘米速度的推挤，同时受到西伯利亚板块和菲律滨板块的约束。板块变形，形成主应力迹线，印、太板块的移动促成了中国山脉的形成，控制了地震的分布。
=0.8 ＋ 0.0329H(MP a)
6.4 岩体初始应力分布的主
要规律
平均水平应力 K 垂直应力
4. 平均水平应力与垂直应
力的比值随深度增加而减
小。
K
1500 H
0.5
5. 最大水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线
性增长关系
6. 最大水平主应力和最小
水平主应力之值一般相差
K 100 0.3 H
极高地应力高地应力一般地应力
我国工程岩体分级基准
<4
4～7
>7
（GB50218-94）
法国隧道协会
<2
2～4
>4
日本新奥法指南（1996年） > 2
4～6

第6章 06讲岩石的力学性质及其影响因素

应力小得多。
应力-应变-时间实验
• 石灰岩在常温常压下是脆性的, 其弹性极限为250MPa。在持续时间较长的变形实验中, 虽然只受到140MPa的压应力作用, 一样可以发生塑性变形, 第一天缩短了0.006%, 10天后缩短0.011%, 再之后变形速度减慢。
5.2 蠕变与松弛
应变与时间变化曲线
岩石变形与温度
• 岩石的变形常把温度和围压一起考虑。绝大多数岩石在近地表的常温常压的条件下是脆性的。随着岩石所处深度的增加, 温度也随之的升高。温度的升高导致岩石的强度降低, 弹性减弱, 韧性显著增强。
——玄武岩
• 玄武岩岩石实验表明, 在500MPa 的围压下, 25℃时玄武岩的强度极限为1500MPa, 而在500℃时, 玄武岩在 100MPa的压应力下就开始塑性变形, 当温度升至800℃时, 则只需200MPa岩石就发生塑性变形了。
其中：E为扬氏模量，e
为应变量，为内摩擦系
数，为剪应变。
变形特征：象弹簧一样发生变形。当应力消失
E
后，材料完全复原到未
e
变形状态。
2 粘性材料
t
τ-剪应力
-粘性系数/粘度（Pa·s）
-剪应变速率（m/s）
变形特征：象牛顿流体（蜂蜜
体）一样发生流动变形，应力越大，流动越大；应力消除，流动停止，但不能复原到未变
E
1 E
x
y
z
（3）、复杂状态下的应力 --- 应变关系
y
z
z
y
x
txy
x
x
1 E
x
y
z
y
1 Eyzxz1 Ez
x

第六章-5韧性剪切带

强应变带由以层状硅酸岩为主导的构造
岩组成，主要构造岩是构造变形分解和变质分异过程中形成的退变质的糜棱岩系列岩石，发育面理和线理，并随卷入岩石的变形习性差异和递进剪切变形的强度而分带，通过地质填图可以把不同应变带标给出来。
19
弱应变域主要表现为间夹
于剪切带内的各式构造岩块。在弱应变域内，先存残余构造不同程度得到保存，在该域可以从事地层学或构造地层学层序研究及叠加褶皱分析。
8
韧性剪切带
第一节剪切带的基本类型 • 剪切带是平面状或曲面状的高剪切应变带，
其长宽比至少大于5:1。 • 剪切带是地壳和岩石圈中广泛发育的主要构
造类型之一，可以在不同层次、不同环境下发育，其尺度可从超显微的晶格位错到造山带或变质基底内几十公里宽和上千公里长的韧性剪切带。 • 剪切带的研究不仅是造山带研究中的重要课题，且在整个岩石圈构造及全球构造动力学方面具有重要意义。
13
长宽比至少大于5 : 1的平面状或曲面状强剪应变带。
强剪应变带
14
逆冲型剪切带 15
16
• 以上三种剪切带反映了它们形成时岩石的力学性质的差异，也反映了地壳和岩石圈不同层次、不同物理环境和不同流变机制条件下岩石的应变局部化特征。在空间和时间上，它们有着紧密的联系，且可以相互转换或过渡 (图15-3)。。
3
图7－2大型断裂带的双层结构模式
(据R.H.Sibson，1977) A.未固结断层泥及角砾发育区岩发育区；B.固结的组构紊乱的压碎
角砾碎裂岩系发育区；C.固结的、面理化糜棱岩系列及变余糜棱岩发育区；250－350℃地温区域为脆性断裂与韧性断层过度区。右侧为变形深度及应力差值大小曲线
4
2.韧性剪切带广泛发育

第六章-岩石工程地质性质

正应力越大，残余强度越高，如图所示。所以只要有正应力存在，岩石剪切破坏面仍具有抗剪切的能力。
4 三轴抗压强度
1)定义：岩石在三向压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压应力称为岩石的三轴抗压强度(Triaxial compressive strength)。
与单轴压缩试验相比，试件除受轴向压力外，还受侧向压力。侧向压力限制试件的横向变形，因而三轴试验是限制性抗压强度(confined compressive strength)试验。
VP V
碎胀系数不是一个固定值，是随时间而变化的。永久碎胀系数（残余碎胀系数）――不能再压密时的碎胀系数称为永久碎胀系数.
§ 6岩.3石岩的强石度的：岩力石学抵抗性外质力作用的能
力，岩石破坏时能够承受的最大应力。
a.单向抗压强度 b.单向抗拉强度 c.剪切强度 d.三轴抗压强度
岩石的变形：岩石在外力作用下发生形态（形状、体积）变化。
变形
弹性变形塑性变形
线弹性变形非线弹性变形
岩石强度与外力有关 a.外力性质：动载荷、静载荷 b.外力方式：拉伸、压缩、剪切 C.应力状态：单向、双向、三向
1 岩石单轴抗压强度
1）定义：岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度 (Uniaxial compressive strength)，或称为非限制性抗压强度(unconfined compressive strength)。如图所示。
5) Hoek直剪仪试验装置
6）角模压剪试验及受力分析示意图在压力P的作用下，剪切面上可分解为沿剪切面的剪
力Psinα/A和垂直剪切面的正应力Pcosα/A，如图所示。
7）限制性剪切强度试验结果及其分析

第六章岩石流变力学1

第六章岩石流变力学§1 岩石工程中的流变问题1．易产生流变的岩石1）软弱岩石；2）含有泥度填充物和夹层的破碎带岩体。

2．主要工程1）地下硐室围岩2）岩石地基3）岩石边坡3．岩石的流变特性1）蠕变；2）应力松弛；3）流动特性：时间一定，应变速率与应力大小的关系。

4）长期强度。

§2 岩石流变的力学属性1．（P174）主要岩石室内流变试验及其流变特性单轴压缩、单向拉伸、扭转、双轴和三轴压缩、多点弯曲、剪切流变松弛实验中岩石的应力松弛特性2．完整岩块的理论蠕变曲线OA ——瞬时弹性应变AB ——初期蠕变阶段，↓ε BC ——第二期蠕变阶段，0=εCD ——第三期蠕变阶段，↑εAB 段卸载：弹性+粘弹性恢复 BC 段卸载：弹性+粘弹性+粘塑性恢复 + 不恢复 3．中、低围压下岩石的蠕变变形、破坏软岩的蠕变试验与应力—应变全过程曲线比较§3 岩石蠕变的本构模型经验公式、组合模型、积分形式一、经验公式：——主要用于描述初期蠕变和等速蠕变。

1．幂函数型nAtt =)(ε2．对数型 0()l o gt B t D tεε=++ 3．指数型 ()()(1)f t t A e ε=- 二、组合模型：目前常采用的模型 1．基本元件1) 弹性元件（弹簧） E σε= 2) 粘性元件（粘壶） d dtεση=3) 塑性元件（滑块）当 0fσσε= 当0fσσεε=2．组合模型的基本原理1）串联 σσ=i ∑==1i i εε并联i εε=∑==1i iσσ2）微分算子εεdtd =，dtd 可作为一个算子进行分划运算，可很方便构造本构关系。

3）主要组合模型① Maxwell 模型：⎩⎨⎧+===2121εεεσσσ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=====22211εησησεσσεdt d E E dtd12⋅=∴ησεdtdE 1⋅+=∴ησσε∴ησσε+⋅=dtd Edtd 1 （6-12）② kelvin 模型21εεε== 21σσσ+=εηεσ ⋅+⋅=E （6-22） ③ V oigt （广义kelvin ）模型21σσσ== 21εεε+=⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+==dtd E dt d E Eησεηεσσε222222111 dtd E E ησσε++=21σσηεη1221)()(E dtd E dtd E E ++=+∴σσηεεη)(21211E E E E E ++=+或∴σσηεεη2121212E E E E E E E ++=+ （6-36）1221212E E d d E dtE E dtE E ηεησεσ++=+④ Burgers 模型：21εεε+=⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+=+=dtd E dt d E ησεησσε221111dtd E dt d E 2211111ησσηε++⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅+=dtd E dtd E E dtd 221111ησσηη++⋅⋅+=∴dt d E dt d E E dt d dt d E dt d E σησηηεηη1122112211+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+∴dtd E dtd E E dtd E dtd E dtd E dtd E E σησηησσησηεηηεη21222121212122211121++++=+221212112122212212d d d d dt E dt E E E dt E E dt ηηηηηηηεεσσησ⎛⎫+=++++ ⎪⎝⎭⑤ 广义Binham 模型σ≤fσ虎克体 σ>fσMaxwell 体)(1f Eσσησε-+=⑥ 西原模型σ≤fσ广义Kelvin 体σ>fσBurgers 体σηησηηησσεηηεη 21212122112211)(E E E E E E f +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++-=+4．组合模型的力学性质 1）Maxwell 模型ησσε+=E① 蠕变特性：0,0σσ==tησε0=dtd∴c t +=ησεEt 00,0σε==∴)()1(0000t J tEt E⋅=+=+=σησησσε式中：)(t J 为蠕变柔量，)1()(ηtEt J +=卸载特性：在1t t=时，施加0σ-()1010000t t t E t E ησησσησσε=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+-++=② 松驰特性：0,0εε==tσησEdtd -=∴dt Ed ησσ-=∴c t E+-=ησln∵0=t，00εσE =∴)ln(0εE c=∴t EE ηεσ-=0ln∴)(000t E EeeE tEtEεεεσηη===--式中：)(t E 为松驰模量，tE Eet E η-=)(③ 松驰时间：当Et Rη=时，037.0σσσ==eR t —松驰时间④ 蠕变的叠加原理串程组合体的蠕变等于各串联体的蠕变之和。

岩石力学基础教程教学课件侯公羽第6章地应力

地应力测量的原理
岩石力学性质
地应力的测量依赖于对岩石力学性质的充分了解，包括岩石的弹性模量、泊松比、抗剪强度等参数。
应变平衡方程
根据岩石中的应变平衡方程，通过测量岩石中的位移和应变，结合岩石的力学性质，可以推算出地应力的大小和方向。
测量误差分析
地应力的测量存在误差，包括测量设备的误差、岩石力学性质的误差以及数据处理和分析的误差等，需要进行误差分析和修正。
地应力的利用
地应力用于能源开发
地应力可以用于石油、天然气的开采，通过分析地应力分布，可以提高开采效率。
地应力用于地下工程
在地下工程中，可以利用地应力进行支护和稳定，例如隧道、矿山的开挖。
地应力用于地质灾害防控
通过分析地应力分布，可以预测地质灾害的发生，如滑坡、泥石流等，从而采取相应的防控措施。
要点一
边坡工程中的地应力分布
边坡工程中的地应力分布受到地形、地质构造、地下水等因素的影响。
要点二
地应力对边坡工程稳定性的影响
地应力的大小和方向对边坡工程的稳定性有着重要影响。在边坡工程设计和施工过程中，需要对地应力进行测量和评估，以确保边坡的稳定性和安全性。
05 地应力在工程中的利用与控制
地应力测量的应用
岩土工程设计
在岩土工程设计中，地应力是重要的设计参数，通过地应力测量可以了解工程区域的地应力状态，
为工程设计和施工提供依据。
地质灾害防治
地应力测量可以帮助了解地质灾害发生区域的地应力状态，为地质灾害防治提供科学依据。
矿产资源开发
在矿产资源开发中，地应力测量可以帮助了解矿体的应力状态，为矿产资源的开采提供技术支持。
04 地应力对工程的影响

第六章岩体的工程地质性质及其分类

由以上试验结果可知：
（1）岩体的变形模量比岩块的小，而且受结构面发育程度及风化程度等因素影响十分明显。
（2）不同地质条件下的同一类型的岩体，其变形模量相差较大。
（3）试验方法不同、压力大小不同，得到的岩体变形模量不同。岩体与岩块比：弹性摸量E小，峰值强度低，残余强度低，各向异性显著，相同荷载下的变形大。
岩体的变形是岩块变形和结构变形的总和。结构变形通常包括结构面闭合、充填物的压密及结构体转动和滑动等变形。
岩体变形=岩块变形+结构面闭合+充填物压缩+其他变形在一般情况下，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
岩体的变形试验包括静力法和动力法两大类：
1. 基本方法（1）静力法
β
据单结构面理论，岩体中存在一组结构面时，岩体的极限强度与结构面倾角β间的关系为：
由上式可知：当围压σ3不变时，岩体强度(σ1－σ3) 随结构面倾角β变化而变化。
四连续性结构面的连续性反映结构面的贯通程度。 1、线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面各段长度之和(Σa)与测线长度的比值。如下图所示，可按下式计算。
（1）抗剪断强度 ——是指在任一法向应力下，岩体沿新鲜岩石剪切破坏时能抵抗的最大剪应力。（2）抗剪强度 ——是指在任一法向应力下，岩体沿已有破裂面剪切破坏时的最大应力。（3）抗切强度 ——是指剪切面上的法向应力为零时的抗剪断强度。
五密度结构面的密度反映结构面发育的密集程度。 1、线密度(Kd) 指结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数(条/m)。 2、间距(d) 指同一组结构面法线方向上两相邻结构面的平均距离。
Kd与d互为倒数关系
结构面间距分级表

岩石力学复习重点

岩石力学复习重点第一章、绪论1. 岩石材料的特殊性：岩石材料不同于一般的人工制造的固体材料，岩石经历了漫长的地质构造作用，内部产生了很大的压应力，具有各种规模的不连续面和孔洞，而且还可能含有液相和气相，岩石远不是均匀的、各向同性的弹性连续体。

2. 岩石与岩体的区别：（1）岩石：是组成地壳的基本物质，他是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体。

（2）岩体：是指一定工程范围内的自然地质体，他经历了漫长的自然历史过程，经受了各种地质作用，并在地应力的长期作用下，在其内部保留了各种永久变形和各种各样的地质构造形迹如不整合褶皱断层层理节理劈理等不连续面。

重要区别就是岩体包含若干不连续面。

起决定作用的是岩体强度，而不是岩石强度。

3. 岩体结构的两个基本要素：结构面和结构体。

结构面即岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面与不连续面。

被结构面分割而形成的岩块，四周均被结构面所包围，这种由不同产状的结构面组合切割而形成的单元体称为结构体。

第二章岩石的物理力学性质1. 名词解释：孔隙比：孔隙的体积（Vv）与岩石固体的体积的比值。

孔隙率：是指岩石试样中孔隙体积与岩石总体积的百分比。

吸水率：干燥岩石试样在一个大气压和室温条件下吸入水的重量与岩石干重量之比的百分率。

其大小取决于岩石中孔隙数量多少盒细微裂隙的连通情况。

膨胀性：是指岩石浸水后体积增大的性质。

崩解性：岩石与水相互作用时失去粘结力，完全丧失强度时的松散物质的性质。

扩容：岩石在压缩载荷作用下，当外力继续增加时，岩石试件的体积不是减小，而是大幅度增加的现象。

蠕变：应力恒定，变形随时间发展。

松弛：应变恒定，应力随时间减少。

弹性后效：在卸载过程中弹性应变滞后于应力的现象。

长期强度：当岩石承受超过某一临界应力时，其蠕变向不稳定蠕变发展，当小于该临界值时，其蠕变向稳定蠕变发展，称该临界值为岩石的长期强度。

2. 岩石反复冻融后强度下降的原因：①构成岩石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化时由于矿物的涨缩不均而导致岩石结构的破坏；②当温度减低到0C以下时岩石孔隙中的水将结冰，其体积增大约9%会产生很大的膨胀压力，使岩石的结构发生改变，直至破坏。

岩石力学 g第六章岩石强度破坏准则

1 arccos 1 2
2
2( 1 3 )
③Griffth准则几何表示
（a）在 1 3 坐标下
由此区可见，当 3 0 时， 1 8， t 即b）坐标下
设
m
1
3 2
－应力圆圆心；
m
(1
3)/2
－应力圆半径
又设 1 3 3 0 ，则Griffth强度准则第二式写成
8 软弱面破裂准则
8 软弱面破裂准则
片理
9、格里菲斯强度理论
格里菲斯准则（Griffth 1921）
断裂力学21年提出，70年代岩石力学领域（1）实验基础：玻璃材料中的微裂
纹张拉扩展，连接，贯通，导致材料破坏。（2）基本思想：在脆性材料的内部存在许多随机分布的裂纹，其中有一个方向的裂纹最有利于破裂，在外力作用下，首先在该方向裂纹的尖端张拉扩展。
9、格里菲斯强度理论
带椭圆孔薄板的孔边应力集
中问题
两个关键点：
1.最容易破坏的裂隙方向；
2.最大应力集中点（危险点）。
在压应力条件下裂隙开列及扩展方向
（3）Griffth（张拉）准则
①数学式
1 3 3 0时
1 3 3 0时
3 t
(1 3 )2 1 3
8 t
②最有利破裂的方向角
11、伦特堡（Lund Borg）岩石破坏经验准则
1
1
1
0 m 0 Ar
σ、τ-所考查部分（点）正应力及剪应力； τ0——正应力σ=0时岩石的抗剪切强度； τm——岩石晶体极限抗剪切强度；
Ar——岩石类型有关的经验系数。
当岩石所受的正应力σ及剪应力τ满足此关系时，岩石便被破坏。