岩石力学参数反分析的变分伴随方法研究
岩石力学参数测试
3.2 侏罗系煤岩层物理力学性质测试 3.2.1试验仪器及原理 本试验采用电子万能压力试验机(图3.24)对侏罗系、石炭系岩石试样进行抗压强度、抗拉强度以及抗剪强度的测定。 (a) 电子万能压力试验机 (b) 单轴抗压强度测试 (c) 抗拉强度测试 (d) 抗剪强度测试 图3.24 岩石力学电子万能压力试验机及试验过程 (1) 岩石抗压强度测定： 单轴抗压强度的测定：将采集的岩块试件放在压力试验机上，按规定的加载速度(0.1mm/min)加载至试件破坏。根据试件破坏时，施加的最大荷载P ，试件横断面A 便可计算出岩石的单轴抗压强度S 0，见式(3.1)。 S 0= P A (3.1) 一般表面单轴抗压强度测定值的分散性比较大，因此，为获得可靠的平均单轴抗压强度值，每组试件的数目至少为3块。 (2) 岩石抗拉强度的测定： 做岩石抗拉试验时，将试件做成圆盘形放在压力机上进行压裂试验，试件受集中荷载的作用，见式(3.2)。
S t = 2P DT π (3.2) 式中：S t ——岩石抗拉强度 MPa ； P ——岩石试件断裂时的最大荷载，KN ； D ——岩石试件直径； T ——岩石试件厚度。 为使抗拉强度值较准确，每种岩石试件数目至少3块。 (3) 岩石抗剪强度测定： 将岩石试件放在两个钢制的倾斜压模之间，然后把夹有试件的压模放在压力实验机上加压。当施加荷载达到某一值时，试件沿预定的剪切面剪断，见式(3.3)。 sin cos n T P A A N P A A τασα? = =? ??? ==?? (3.3) 式中：P ——试件发生剪切破坏时的最大荷载； T ——施加在破坏面上的剪切力； N ——作用在破坏面上的正压力； A ——剪切破坏面的面积； τ——作用在破坏面上的剪应力； n σ——作用在破坏面上的正应力； α——破坏面上的角度。 每组取3块试件，变换不同的破坏角，根据所得的数值，便可在στ-坐标系上画出反映岩石发生剪切破坏的强度曲线。并可求出反映岩石力学性质的另外两个参数：粘聚力c 及内摩察角?。 3.2.2 标准岩样加工 根据需要和所在矿的条件，在晋华宫矿12#煤层2105巷顶板钻取岩样，钻孔长度约22m ，在。根据各段岩心长度统计结果，晋华宫矿顶板岩层的RQD 值为72.4%，围岩质量一般。 岩心取出后，随即贴上标签，用透明保鲜袋包好以防风化，之后装箱，托运到实验室，经切割、打磨、干燥制成标准的岩石试样，岩样制作过程见图3.25。
《岩石力学与工程》蔡美峰版总结
《岩石力学与工程》内容概要总结 地应力是存在于地层中的为受工程扰动的天然应力。也称为岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。 地质软岩：单轴抗压强度小于25MPa的松散、破碎、软化及风化膨胀性一类岩体的总称。 工程软岩：工程力作用下能产生显著性变形的工程岩体。声发射：材料在受到外载荷作用时，其内部贮存的应变能快速释放产生弹性波，发生声响。 岩石岩石地下工程：地下岩石中开挖并临时获永久修建的各种工程。 围岩：在岩石地下地下工程中，由于受开挖影响而发生应力状态改变的周围岩体。 锚喷支护：锚杆与喷射混凝土联合支护的简称。 边坡：岩体、土体在自然重力作用或人为作用而形成一定倾斜度的临空面。 岩石：自然界各种矿物的集合体，是天然地质作用的产物。 容重：岩石单位体积的重量。根据含水情况将岩石的容重分为天然容重、干容重、饱和容重。孔隙性：天然岩石中包含着数量不等、成因各异的孔隙和裂隙。 孔隙率：指岩石孔隙的体积与岩石总体积的比值，以百分数表示。分为总孔隙率、总开孔隙率、大开孔隙率、小开孔隙率、和闭孔隙率。孔隙率愈大，岩石力学性能越差。 水理性：岩石与水相互作用时所表现的性质。 包括岩石的吸水性、透水性、软化性和抗冻性。 岩石强度：岩石在各种载荷作用下达到破坏时所能承受的最大应力。 单轴抗压强度：岩石在单轴压缩载荷作用下达到破坏前所能承受的最大压应力。 岩石破坏形式：x状共轭斜面剪切破坏。这种破坏形式是最常见的破坏形式；单斜面剪切破坏。这两种破坏都是由于破坏面上的剪应力超过极限引起的。 拉伸破坏：横向拉应力超过岩石抗拉极限引起的。 流变破坏：岩石的三轴抗压强度：岩石在三向荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压应力。 莫尔强度包络线：同一种岩石对应各种应力状态下破坏莫尔应力圆外公切线。直线型、抛物线型、双曲线型。 点载荷试验：试验所获得的强度指标值可以用做岩石分级的一个指标。点载荷实验装置是便携式的，可带到岩土工程现场去做实验。点载荷试验对试件的要求不严格。缺点是要根据经
岩体力学参数确定的方法
岩体力学参数的确定方法 在岩石工程实践中,首先需要了解其研究对象———工程岩体的力学特性,确定其特性参数。力学参数的合理确定在岩石力学的研究和发展过程中始终是难题之一。在应用工程力学领域, 如果原封不动地借用经典理论力学的连续性假设和定义,会出现理解上的毛病。必须考虑假设的合理使用范围和各物理量的适用定义。本文就地下岩体工程根据侧重的点不同对岩体参数的确定方法进行探讨。 一．传统岩体参数的确定方法 地下巷道、硐室开挖后，围岩产生应力重分异作用,径向应力减少,切向应力增加,并且随着工程不断推进,岩体应力状态不断改变。巷道、硐室围岩处于“三高一扰动”条件下,岩体表现的力学特性是破坏条件下的稳定失稳再平衡过程。围岩体处于一种拉压相间出现的复杂应力状态。该类工程岩体的力学参数的确定要进行岩体的卸荷试验研究,且要依据现场工程实际条件进行卸荷条件下的应力、渗流与温度三场耦合试验研究。需要进行循环加卸载条件下的岩体力学特性研究,进而获得岩体的力学参数特征。 确定地下巷道、硐室工程岩体力学参数的方法为: (1)三轴应力状态下的卸荷三场耦合力学试验,获得有关参数; (2)进行岩体流变特性试验研究,获得有关岩体的流变参数。 目前在该领域要进行大量的工作,包括设备仪器的研制等,同时还要利用新的计算机技术才会实现。 二．建立力学模型确定岩体力学参数
建立工程岩体力学参数模型主要是解决复杂岩体力学参数确定的问题。要确定复杂岩体的力学参数需要把工程岩体看作具有连续性的模型,运用确定岩体力学参数的新方法,对含层状斜节理的岩体建立力学模型进行力学实验,从而确定了该岩体的各项基本力学参数值。 1．工程岩体力学参数模型 目前对岩石的力学属性及其划分基本有两种观点：一种观点认为岩石本身是一个连续的、没有各向异性的材料,另一种意见认为岩石由多晶体系组成,并存在空洞和裂纹等缺陷,使得岩体本身结构表现出各向异性和不连续性。一般情况下岩体被视为非连续介质,但在一定条件下仍满足连续介质力学的基本假定。因此给定工程岩体的连续性假设:假定整个物体的体积都被组成这个物体的物质微元所充满,没有任何空隙。物质微元是有大小的，物质微元的尺寸决定于所研究的工程物体的尺寸。这样就存在一个用连续体理论来研究非连续体的问题。 2．工程岩体力学参数 为确定工程岩体的力学参数,需要通过井下工程地质调查,根据岩体所含结构面的不同及结构体特性的差异,选取具有代表性的不同尺寸的岩块和结构面,然后进行一系列室内力学实验和数值模拟实验。具体步骤如下: (1) 通过井下工程调查,确定结构面的空间分布模式,抽象工程岩体结构模型;并在现场采集有代表性的完整岩块和软弱结构面试
岩石力学作业
岩石力学习题 第一章绪论 1.1 解释岩石与岩体的概念，指出二者的主要区别与联系。 1.2 岩体的力学特征是什么？ 1.3 自然界中的岩石按地质成因分类可分为几大类，各有什么特点？ 1.4 简述岩石力学的研究任务与研究内容。 1.5 岩石力学的研究方法有哪些？ 第二章岩石的物理力学性质 2.1 名词解释：孔隙比、孔隙率、吸水率、渗透性、抗冻性、扩容、蠕变、松弛、弹性后效、长期强度、岩石的三向抗压强度 2.2 岩石的结构和构造有何区别？岩石颗粒间的联结有哪几种？ 2.3 岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么？ 2.4 已知岩样的容重=22.5kN/m3，比重，天然含水量，试计算该岩样的孔隙率n，干容重及饱和容重。 2.5 影响岩石强度的主要试验因素有哪些？ 2.6 岩石破坏有哪些形式？对各种破坏的原因作出解释。 2.7 什么是岩石的全应力－应变曲线？什么是刚性试验机？为什么普通材料试 验机不能得出岩石的全应力－应变曲线？ 2.8 什么是岩石的弹性模量、变形模量和卸载模量？
2.9 在三轴压力试验中岩石的力学性质会发生哪些变化？ 2.10 岩石的抗剪强度与剪切面上正应力有何关系？ 2.11 简要叙述库仑、莫尔和格里菲斯岩石强度准则的基本原理及其之间的关系。 2.12 简述岩石在单轴压力试验下的变形特征。 2.13 简述岩石在反复加卸载下的变形特征。 2.14 体积应变曲线是怎样获得的？它在分析岩石的力学特征上有何意义？ 2.15 什么叫岩石的流变、蠕变、松弛？ 2.16 岩石蠕变一般包括哪几个阶段？各阶段有何特点？ 2.17 不同受力条件下岩石流变具有哪些特征？ 2.18 简要叙述常见的几种岩石流变模型及其特点。 2.19 什么是岩石的长期强度？它与岩石的瞬时强度有什么关系？ 2.20 请根据坐标下的库仑准则，推导由主应力、岩石破断角和岩石单轴抗压强度给出的在坐标系中的库仑准则表达式，式中。 2.21 将一个岩石试件进行单轴试验，当压应力达到100MPa时即发生破坏，破坏面与大主应力平面的夹角(即破坏所在面与水平面的仰角)为65°，假定抗剪强度随正应力呈线性变化(即遵循莫尔库伦破坏准则)，试计算： 1)内摩擦角。 2)在正应力等于零的那个平面上的抗剪强度。
最新常见岩石力学参数
几种常见岩石力学参数汇总 2010年9月2日 参考资料：《构造地质学》，谢仁海、渠天祥、钱光谟编，2007年第2版，P25-P37。 1.泊松比的变化范围： 2.弹性模量的变化范围：
3.常温常压下强度极限： 4.内摩擦角和内聚力的变化范围： 一、课程名称：中国戏曲介绍课时：2个学时 二、背景分析：戏曲是中国文化的瑰宝，同学们对中国戏曲 还不够了解，不能经常接触戏曲。 三、教学内容：中国戏曲 四、教学目标：初步了解中国戏曲的相关知识，并学会哼唱具有代表性的戏曲，简要说出
他们的起源 五、教学过程： 【引入课程】1、先介绍董永和七仙女的故事，然后放[天仙配]，为讲戏曲作铺垫，将同学们带入戏曲的氛围中 【初步了解】1、介绍戏曲相关知识中国戏曲主要是由民间歌舞、说唱和滑稽戏三种不同艺术形式综合而成。它起源于原始歌舞，是一种历史悠久的综合舞台艺术样式。经过汉、唐到宋、金才形成比较完整的戏曲艺术，它由文学、音乐、舞蹈、美术、武术、杂技以及表演艺术综合而成，约有三百六十多个种类。它的特点是将众多艺术形式以一种标准聚合在一起，在共同具有的性质中体现其各自的个性。[1]中国的戏曲与希腊悲剧和喜剧、印度梵剧并称为世界三大古老的戏剧文化，经过长期的发展演变，逐步形成了以“京剧、越剧、黄梅戏、评剧、豫剧”五大戏曲剧种为核心的中华戏曲百花苑。[2-5]中国戏曲剧种种类繁多，据不完全统计，中国各民族地区地戏曲剧种约有三百六十多种，传统剧目数以万计。其它比较著名的戏曲种类有：昆曲、粤剧、淮剧、川剧、秦腔、晋剧、汉剧、河北梆子、河南坠子、湘剧、黄梅戏、湖南花鼓戏等。放[刘海砍樵] 2、戏曲行当 生、旦、净、丑各个行当都有各自的形象内涵和一套不同的程式和规制；每个都行当具有鲜明的造型表现力和形式美。 3、艺术特色 综合性、虚拟性、程式性，是中国戏曲的主要艺术特征。这些特征，凝聚着中国传统文化的美学思想精髓，构成了独特的戏剧观，使中国戏曲在世界戏曲文化的大舞台上闪耀着它的独特的艺术光辉。 4、唱腔 第一种是抒情性唱腔，其特点为速度较缓慢，曲调婉转曲折，字疏腔繁，抒情性强。它宜于表现人物深沉而细腻的内心感情。许多剧种的慢板、大慢板、原板、中板均厉于这-类。放[女驸马] 第二种是叙事性唱腔，其特点为速度中等，曲调较平直简朴，字密腔简，朗诵性强。它常用于交代情节和叙述人物的心情。许多剧种的二六、流水等均属于这一类。放[花木兰] 第三种是戏剧性唱腔，其特点为曲调的进行起伏较大，节奏与速度变化较为强烈，唱词的安排可疏可密。它常用于感情变化强烈和戏剧矛盾冲突激化的场合。各戏剧中的散板、摇板等板式曲调都属于这一类。 5、国五大戏曲剧种
岩石力学与工程习题答案全解
1．构成岩石的主要造岩矿物有正长石、斜长石、石英、黑云母、白云母、角闪石、辉石、橄榄石、方解石、白云石、高岭石、赤铁矿。 2．为什么说基性岩和超基性岩最容易风化？答：基性岩石和超基性岩石主要由易风化的橄榄石、辉石及基性斜长石组成。所以基性岩石和超基性岩石非常容易风化。 3、常见岩石的结构连结类型有那几种？ 1.结晶连结：岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩以及部分沉积岩的结构连结。 2.胶结连结：指颗粒与颗粒之间通过胶结物质连结在一起的连结。如沉积碎屑岩、部分粘土岩的结构连结。 4．何谓岩石中的微结构面，主要指那些，各有什么特点？ 答：岩石中的微结构面（或缺陷）是指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒及矿物集合体之间微小的弱面及空隙。它包括矿物的解理、晶格缺陷、晶粒边界、粒间空隙、微裂隙等。矿物的解理面：是指矿物晶体或晶粒受力后沿一定结晶方向分裂成的光滑平面。晶粒边界：矿物晶体内部各粒子都是由各种离子键、原子键、分子键等相连结。由于矿物晶粒表面电价不平衡而使矿物表面具有一定的结合力，但这种结合力一般比起矿物内部的键连结力要小，因此，晶粒边界就相对软弱。微裂隙：是指发育于矿物颗粒内部及颗粒之间的多呈闭合状态的破裂迹线，也称显微裂隙。粒间空隙：多在成岩过程中形成，如结晶岩中晶粒之间的小空隙，碎屑岩中由于胶结物未完全充填而留下的空隙。粒间空隙对岩石的透水性和压缩性有较大的影响。晶格缺陷：有由于晶体外原子入侵结果产生的化学上的缺陷，也有由于化学比例或原子重排列的毛病所产生的物理上的缺陷。它与岩石的塑性变形有关。 5．自然界中的岩石按地质成因分类，可分为几大类，各大类有何特点？答：根据地质学的岩石成因分类可把岩石分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。岩浆岩特点： 1）深成岩：常形成较大的入侵体。颗粒均匀，多为粗-中粒状结构，致密坚硬，孔隙很小，力学强度高，透水性较弱，抗水性较强。2）浅成岩：成分与深成岩相似，但产状和结构都不相同，多为岩床、岩墙和岩脉。均匀性差，与其他岩种相比，它的性能较好。3）喷出岩：结构较复杂，岩性不均一，连续性较差，透水性较强，软弱结构面比较发育。沉积岩特点：1）火山碎屑岩：具有岩浆和普通沉积岩的双重特性和过渡关系，各类火山岩的 性质差别很大。2）胶结碎屑岩：是沉积物经过胶结、成岩固结硬化的岩石。 其性质取决于胶结物的成分、胶结形式和碎屑物成分和特点。3）粘土岩：包括页岩和泥岩。其性质较差。4）化学岩和生物岩：碳酸盐类岩石，以石灰石分布最广。结构致密、坚硬、强度较高。变质岩特点：是在已有岩石的基础之上，经过变质混合作用后形成的。在形成过程中由于其形成的温度和压力的不同而具有不同的性质，形成了变质岩特有的片理、剥理和片麻结构等。据有明显的不均匀性和各向异性。变质岩特点1）接触变质岩：侵入体周围形成岩体。岩 体透水性强，抗风化能力降低。 2）动力变质岩：构造作用形成的断裂带及附近受到影响的岩石。它的胶结不好，裂隙、孔隙发育，强度低，透水性强。3）区域变质岩：这种变质岩的分布范围广，岩石厚度大，变质程度均一。一般块状岩石性质较好，层状片状岩石性质较差。 6．表示岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么？ 答：指由岩石固有的物理组成和结构特性所决定的比重、容重、孔隙率、水理性等基本属性。 7、岩石破坏有几种形式？对各种破坏的原因作出解释。 答：试件在单轴压缩载荷作用破坏时，在试件中可产生三种破坏形式: (1)X状共轭斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。 (2)单斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。 (3)拉伸破坏，破坏面
煤系地层常见岩石力学参数
常见岩层力学参数 组号岩石名称容重d/ (kg/m3) 弹性模量E /GPa 体积模量K/GPa K=E/(3(1-2v)) 剪切模量 G/GPa G=E/(2(1+v))泊松比v 内聚力 /MPa 摩擦角 /° 抗拉强度 /MPa 1 粉砂岩246019.510.838.13 0.2 2.7538 1.84泥岩24618.75 6.08 3.47 0.26 1.2300.605砂质泥岩2510 5.425 2.56 2.36 0.147 2.16360.75细砂岩287333.421.01 13.52 0.235 3.242 1.29砂岩248713.5 5.97 6.01 0.123 2.0640 1.13 13煤1380 5.3 4.91 2.01 0.32 1.25320.15泥岩248317.79.97 7.35 0.204 1.2320.58粉砂岩246019.510.83 8.13 0.2 3.7538 1.84砂岩258025.012.22 10.79 0.159 2.542 3.6砂质泥岩253010.85 5.12 4.73 0.147 2.4540 2.01粉砂岩246019.510.83 8.13 0.2 2.7538 1.84 2中砂岩2580 5.99 3.3 2.50.20 4.037 1.2土层19600.25 0.280.0930.35 0.85250.35细砂岩2540 4.01 2.7 1.60.25 2.035 1.0煤14000.99 0.850.380.31 1.0280.5粗砂岩25607.07 4.2 2.90.22 5.034 1.5
岩石力学与工程试卷2020(1)
2019-2020第2学期《岩石力学与工程》试卷 班级：姓名：学号： 一、简答题（每题10分，共60分） 1. 什么是岩石强度？影响岩石强度的因素有哪些？如何消除或修正这些影响因素？ 2. 测量岩石抗压强度的方法有哪些？测量岩石抗拉强度的方法有哪些？它们各自的优缺点是什么？ 3. 表征岩体结构面状态的因素有哪些？结合所学的岩体分级方法（选择其中一个即可）论述它们各自是如何影响岩体强度的？ 4. 典型的地应力直接测量方法有哪些？它们的测量原理和步骤是什么？有什么优点和缺点？ 5. 空心包体应变计法进行地应力测量时，采用的测量探头为什么叫做“空心”包体？其测量原理和步骤是什么？ 6. 画出开尔文（Kelvin）体的流变力学模型，给出其本构方程和蠕变方程推导过程，并画出蠕变曲线。 二、计算题（每题10分，共40分，计算结果保留小数点后2位） 1. 岩石单轴压缩试验中，当压力达到（50+学号后两位/10）MPa时试样破坏，且破坏面与轴向加载方向夹角为（25+学号后1位数）°，假定岩石破坏符合莫尔-库伦强度理论，试计算： （1）岩石内摩擦角；（3分） （2）岩石的粘聚力；（3分） （3）若有一同种岩石试样存在一软弱面与试样轴向（最大主应力方向）夹角40°。已知软弱面强度参数，粘聚力c j=8MPa，内摩擦角φj=25°，问此时试样单轴破坏强度和破坏面方位角。（4分）
2. 对某一岩石进行点荷载试验获得数据（如下表所示），请计算Is(50)数值，并估算单轴抗压强度。 3. 计算一组钻孔深度为500cm 的岩芯RQD 值。 其中：1号岩芯长度为学号的1-2位数字（单位：cm ）； 2号岩芯长度为学号的3-4位数字（单位：cm ）； 3号岩芯长度为学号的5-6位数字（单位：cm ）； 4号岩芯长度为学号的7-8位数字（单位：cm ）； 5号岩芯长度为学号7-8位数字除以10（单位：cm ）。 4. 现有两个弹簧和一个摩擦块组成一套装置（如图所示）。弹簧的刚度系数都是K ，在滑动块上作用一个竖向恒荷载P ，滑动块与地面摩擦系数为μ。若在装置右侧施加一准静态荷载F 。请推导F 与装置拉伸变形关系公式，并绘制F 由0增长至（学号后两位/10）μP ，然后再逐渐减小到0时的F -位移曲线。 F
常用的岩土和岩石物理力学参数
(E, ν与) (K, G) 的转换关系如下： K E 3(1 2 ) G E （7.2） 2(1 ) 当 ν值接近 0.5 的时候不能盲目的使用公式 3.5，因为计算的 K 值将会非常的高，偏离 实际值很多。最好是确定好 K 值 (利用压缩试验或者 P 波速度试验估计 )，然后再用 K 和 ν 来计算 G 值。 表 7.1 和 7.2 分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性（实验室值） （Goodman,1980） 表 7.1 干密度 (kg/m 3) E(GPa) ν K(GPa) G(GPa) 砂岩 19.3 0.38 26.8 7.0 粉质砂岩 26.3 0.22 15.6 10.8 石灰石 2090 28.5 0.29 22.6 11.1 页岩 2210-257 11.1 0.29 8.8 4.3 大理石 2700 55.8 0.25 37.2 22.3 花岗岩 73.8 0.22 43.9 30.2 土的弹性特性值（实验室值） （Das,1980） 表 7.2 松散均质砂土 密质均质砂土 松散含角砾淤泥质砂土 密实含角砾淤泥质砂土 硬质粘土 软质粘土 黄土 软质有机土 冻土 3 弹性模量 E(MPa) 泊松比 ν 干密度 (kg/m ) 1470 10-26 0.2-0.4 1840 34-69 0.3-0.45 1630 1940 0.2-0.4 1730 6-14 0.2-0.5 1170-1490 2-3 0.15-0.25 1380 610-820 2150 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况， 横切各向同性弹性模型需要5 中弹性常量： E E 3 , ν12 , ν 和 G 13 ；正交各向异性弹性模型有 9 个弹性模量 E 1, 13 1,E 2,E 3, ν12 , ν , ν 和 G 23。这些常量的定义见理论篇。 1323 ,G 12,G 13 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。 一些学者已经给出了用 各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表 3.7 给出了各向 异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数（实验室） 表 7.3 E x (GPa) E y (GPa) νyx νzx G xy (GPa) 砂岩 43.0 40.0 0.28 0.17 17.0 砂岩 15.7 9.6 0.28 0.21 5.2
岩石力学与工程典型题解
绪论典型题解 1.1岩石和岩体的概念有何不同？ 答：所谓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；所谓岩体是在一定的地质条件下，含有诸如节理、裂隙、层理和断层等地质结构面的复杂地质体。岩石就是指岩块，在一般情况下，不含有地质结构面。 1.2在力学性质上，岩体具有什么特征？ 答：岩体具有不连续性、各向异性、不均匀性、岩石块单元体的可移动性、赋存地质因子这五条特征。 ------------------------------------------------------------------- 岩石和岩体的基本物理力学性质 典型题解 2.1某岩石试件，测得容重3/9.1cm kg =γ，比重△＝2.69，含水量%29=d ω，试求该岩样的孔隙比v ε，孔隙度n ，饱和度r S 和干容重d γ。 解：孔隙比：83.019 .1) 29.01(69.21) 1(=-+= -+?= γ ωεd v 孔隙度：%3.45%10083 .0183 .0%1001=?+=?+= v v n εε 饱和度：%9483 .0% 2969.2=?= =ε ω G S r 干容重：)/(47.183 .0169 .213cm g d =+=+?= εγ 上述指标，也可利用三相图进行计算，若从以知条件V ω γ= 入手，则可先假 设V=1，然后推算出三相重量及体积，按各物理指标的定义，即可将各指标求得： 设31cm V =，则按容重定义：g V W 9.1=?=γ 按含水量定义：s s d W V W 29.0==γωω 按三相图： W W W s =+ω 即 ： 9.129.0=+s s W W 故： g W s 47.129 .19 .1== g W W W s 43.047.19.1=-=-=ω
《岩石力学与工程》蔡美峰版考试知识点
地应力是存在于地层中的为受工程扰动的天然应力。也称为岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。地质软岩：单轴抗压强度小于25MPa的松散、破碎、软化及风化膨胀性一类岩体的总称。工程软岩：工程力作用下能产生显著性变形的工程岩体。声发射：材料在受到外载荷作用时，其内部贮存的应变能快速释放产生弹性波，发生声响。岩石岩石地下工程：地下岩石中开挖并临时获永久修建的各种工程。围岩：在岩石地下地下工程中，由于受开挖影响而发生应力状态改变的周围岩体。锚喷支护：锚杆与喷射混凝土联合支护的简称。边坡：岩体、土体在自然重力作用或人为作用而形成一定倾斜度的临空面。。岩石：自然界各种矿物的集合体，是天然地质作用的产物。容重：岩石单位体积的重量。根据含水情况将岩石的容重分为天然容重、干容重、饱和容重。孔隙性：天然岩石中包含着数量不等、成因各异的孔隙和裂隙。孔隙率：指岩石孔隙的体积与岩石总体积的比值，以百分数表示。分为总孔隙率、总开孔隙率、大开孔隙率、小开孔隙率、和闭孔隙率。孔隙率愈大，岩石力学性能越差。 水理性：岩石与水相互作用时所表现的性质。包括岩石的吸水性、透水性、软化性和抗冻性。岩石强度：岩石在各种载荷作用下达到破坏时所能承受的最大应力。单轴抗压强度：岩石在单轴压缩载荷作用下达到破坏前所能承受的最大压应力。岩石破坏形式：x状共轭斜面剪切破坏。这种破坏形式是最常见的破坏形式；单斜面剪切破坏。这两种破坏都是由于破坏面上的剪应力超过极限引起的。拉伸破坏：横向拉应力超过岩石抗拉极限引起的。流变破坏：岩石的三轴抗压强度：岩石在三向荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压应力。莫尔强度包络线：同一种岩石对应各种应力状态下破坏莫尔应力圆外公切线。直线型、抛物线型、双曲线型。点载荷试验：试验所获得的强度指标值可以用做岩石分级的一个指标。点载荷实验装置是便携式的，可带到岩土工程现场去做实验。点载荷试验对试件的要求不严格。缺点是要根据经验公式进行换算。抗拉强度：岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力。拉伸试验分为直接试验和间接试验两类。间接试验著名的有劈裂试验。抗拉强度一般为抗压强度的1/4到1/25平均为1/10。 岩石的变形：岩石在外力或其他物理因素作用下发生形状或体积的变化。弹性、塑性、粘性、脆性、延性。扩容：岩石在载荷作用下，在其破坏之前产生的一种明显的非弹性体积变形。各向异性：岩石的全部或部分物理、力学性质随方向不同而表现出差异的现象。弹性模量：应力与应变的比率。泊松比：岩石的横向应变与纵向应变的比值。泊松比将随应力的增大而增大，直到0.5停止。滞回效应：卸载曲线不走加载曲线的路线滞回曲线：在反复作用下岩石的荷载－变形曲线记忆性：岩石在荷载超过上一次循环的最大荷载以后，变形曲线仍沿着原来的单调加载曲线上升，好像不曾受到反复加载的影响似的，这种现象称为岩石的记忆性。塑形滞回环：加载曲线与卸载曲线所形成的环。水楔作用：当两个矿物颗粒靠的很近，有水分子补充到矿物表面时，矿物颗粒利用其表面吸着力将水分子拉到自己周围，在两个颗粒接触处由于吸着力作用使水分子向两个矿物颗粒之间的缝隙内挤入的现象 结构面：不同成因、不同特性的地质界面的统称。原生结构面、构造结构面、次生结构面、整合面、不整合面、层理、劈理、节理、断层、结构体：被各种结构面切割而成的岩石块体。岩体结构：不同类型的岩体结构单元在掩体内的组合、排列形式称为岩体结构。岩体结构单元：结构体和结构面。裂隙度：沿取样线方向单位长度上的节理数量。切割度：岩体被节理割裂分离的程度。结构面的力学性质：法相变形、剪切变形、抗剪强度。为什么岩体的力学性质和岩石不同是因为结构面的存在。水力学性质：岩石的渗流特性及在渗流作用下所表现出的力学性质。质量指标（RQD）：长度在10cm（含10cm）以上的岩芯累计长度占钻孔总长的百分比。地应力方法：直接测量法扁千斤顶法、刚性包体应力计法、水压致裂法、声发射法。间接测量法：全应力解除法、局部应力解除法、孔径变形法、孔底应变法、孔壁应变法、空心包体应变法、实心包体应变法。流变：材料的应力-应变关系与时间因素有关的性质，材料变形过程中具有时间效应的现象称为流变现象。包括蠕变、松弛、弹性后效。弹性后效：材料在弹性范围内受某一不变载荷作用，其弹性变形随时间缓缓增长的现象岩石强度理论：研究岩石在各种应力状态下的强度准则的理论。表征岩石在极限应力状态下的应力状态和岩石强度参数之间的关系。数值分析常用方法：有限元法、边界元法、有限差分法、加权余量法、离散元法、刚体元法、不连续变形分析法、流形方 真三轴：真三轴加载试件为立方体，1为主应力，23为侧向压力，六个面均受摩擦力，对实验结果影响很大。伪三轴加载试件为圆柱体；轴向压力1的加载方式和单轴压缩试验时相同，但由于有了侧向压力，其加载时的端部效应比单轴加载时要轻微的多。侧向压力23相同，侧向压力均匀的施加到试件中。刚性试验机：由于传统试验机的刚度不够大，在试验过程中试件受压，试验机受拉，试验机产生的弹性变形以应变能的形式存在机器中，当施加的压缩应力超过岩石抗压强度后，试件破坏，机架迅速回弹，以便回到其原始位置，并将其内部贮存的应变能释放到岩石试件中，从而使试件急剧破裂和崩解。而刚性试验机提高了自身刚度，机架变形小，就不会引起试件的突发性破坏。采用液压伺服系统，伺服系统有一个反馈信号系统，它检查当前施加的载荷是否事先确定的变形速度，否则它会自动调整施加载荷，以保持变形素的的恒定。 地下水对岩体的物理作用：1.润滑作用，使岩体的摩擦角减小；软化和泥化作用，使岩体的力学性能降低，内聚力和摩擦角值减小。主要表现在对岩体结构面中充填物的物理性状的改变上，岩体结构中充填物随含水量的变化，发生由固态向塑态直至液化的弱化效应；结合水的强化作用，处于非饱和带的岩体中的有效应力大于岩体的总应力，强化了岩石的力学性能。 有限元步骤：确定计算模型，根据对称性、材料性质和所关心部位的边界尺寸等确定计算模型；划分单元；选择位移函数；建立单元刚度矩阵，并进行坐标转换；形成总体刚度矩阵；载荷等效移置，确定节点力列阵；列出有限元基本方程，并根据已知位移对方程进行修正；求解总体方程，可获得节点位移；利用几何关系和物理方程计算单元的应变和应力；绘制计算结果图，以便直观了解分析结果，给出定量的评价。 维护岩石地下工程稳定的基本原则：合理利用和充分发挥岩体强度；改善围岩应力条件；合理支护；强调监测和信息反馈。 地应力的组成地应力是存在于地层的未受扰动的天然应力。构造应力场和重力应力场是主要组成还有比如：大陆板块边界受压引起的应力场；地幔热对流引起的应力场；由地心引力的应力场；岩浆侵入引起的应力场；地温梯度引起的应力场；地表剥蚀产生的应力场。基本规律：1地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它是时间和空间的函数；2实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量；3水平应力普通大于垂直应力；4平均水平与垂直应力的比值随深度增加而减小；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较大，显示出很强的方向性；7还受地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特征，岩体力学性质、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。
岩体力学参数数据处理基本方法讲解
岩体力学参数数据处理基本方法
目录 第一章引言………………………………………………………………………[5 ] 1.1 岩体力学参数取值研究的意义 (5) 1.2 岩体力学参数取值国内外研究现状分析 (6) 第二章岩体力学参数取值方法 (9) 2.1 岩体力学参数取值方法简介 (9) 2.2 根据试验资料来确定岩体力学参数 (9) 第三章岩体力学参数确定方法的研究 (12) 3.1 引言 (12) 3.2 工程岩体的连续性模型 (12) 3.3 工程岩体力学参数的实验方法 (14) 3.4 模拟试验结果分析 (14) 第四章岩体力学参数确定方法 (18) 4.1 传统岩体力学参数方法 (18) 4.1.1 地基基础工程 (18) 4.1.2 边坡与基坑工程 (18) 4.1.3 地下洞室工程 (18) 4.2 不同受力特性的岩体工程 (19) 4.2.1地基基础工程 (19) 4.2.2边坡与基坑工程 (19) 4.2.3地下洞室工程 (19)
4.3 三种不同工况下的岩体力学参数确定方法 (20) 4.3.1地基基础工程 (20) 4.3.2边坡与基坑工程 (21) 4.3.3地下洞室工程 (22) 4.4 建立力学模型确定岩体力学参数 (23) 4.4.1 工程岩体力学参数模型 (23) 4.4.2 工程岩体力学参数 (23) 4.5分析节理用数值方法确定岩体力学参数 (24) 4.5.1 节理岩体的强度 (24) 4.5.2 岩体的变形特性 (24) 第五章岩石力学参数数据库系统的构建研究 (26) 5.1 岩石力学参数数据库建立的目的和意义 (26) 5.2 岩石力学参数数据库的数据结构 (26) 5.2.1 引言 (26) 5.2.2 Access软件介绍 (27) 5.2.3 岩石力学参数数据库的数据结构 (28) 5.3 岩石力学参数数据库系统的框架 (29) 5.3.1 系统的功能 (29) 5.3.2岩石力学参数数据库系统的框架 (30) 5.4 详述Access的查询方法 (33) 5.4.1 用向导创建查询 (33) 5.4.2 用设计视图创建查询 (34) 5.4.3 创建操作查询 (35)
岩石力学与工程(蔡美峰主编)重点题目与详解
5自然界中的岩石按地质成因分类，可分为几大类，各大类有何特点？ 答：根据地质学的岩石成因分类可把岩石分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。 岩浆岩：依据冷凝成岩浆岩的地质环境的不同，可将岩浆岩分三大类，其特点： 1）深成岩：常形成较大的入侵体。颗粒均匀，多为粗-中粒状结构，致密坚硬，孔隙很小，力学强度高，透水性较弱，抗水性较强。（花岗岩，正长岩） 2）浅成岩：成分与深成岩相似，但产状和结构都不相同，多为岩床、岩墙和岩脉。均匀性差，与其他岩种相比，它的性能较好。（花岗斑岩） 3）喷出岩：结构较复杂，岩性不均一，连续性较差，透水性较强，软弱结构面比较发育。（玄武岩，安山岩，流纹岩） 沉积岩特点：是由于风化剥蚀作用或火山作用形成的物质，在原地或被外力搬运，在适当条件下沉积下来，经胶结和成岩作用而形成的，其矿物成分主要是粘土矿物，碳酸盐和残余的石英长石等，具有层理构造，岩性具有明显的各项异性，按形成条件及结构特点分： 1）火山碎屑岩：具有岩浆和普通沉积岩的双重特性和过渡关系，各类火山岩的性质差别很大。（火山积块岩，火山角砾岩，凝灰岩） 2）胶结碎屑岩：是沉积物经过胶结、成岩固结硬化的岩石。其性质取决于胶结物的成分、胶结形式和碎屑物成分和特点。（砂岩，粉砂岩） 3）粘土岩：包括页岩和泥岩。其性质较差。（泥岩，页岩） 4）化学岩和生物岩：碳酸盐类岩石，以石灰石分布最广。结构致密、坚硬、强度较高。（石灰岩，白云岩） 变质岩特点：是在已有岩石的基础之上，经过变质混合作用后形成的。在形成过程中由于其形成的温度和压力的不同而具有不同的性质，形成了变质岩特有的片理、剥理和片麻结构等。据有明显的不均匀性和各向异性。 1）接触变质岩：侵入体周围形成岩体。其强度一般比原岩高，但由于侵入体的挤压，接触带附近易发生断裂，使岩体透水性强，抗风化能力降低。 2动力变质岩：构造作用形成的断裂带及附近受到影响的岩石。它的胶结不好，裂隙、孔隙发育，强度低，透水性强。 3）区域变质岩：这种变质岩的分布范围广，岩石厚度大，变质程度均一。一般块状岩石性质较好，层状片状岩石性质较差。 6．表示岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么？ 答：指由岩石固有的物理组成和结构特性所决定的比重G S=W S/(V S γW)、容重γ=w/v、孔隙率n=孔隙体积/岩石总体积（总孔隙率n=Vρ/V100％，总开孔隙率n0，大开孔隙率nb，小开孔隙率ns，闭孔隙率nc）、水理性（吸水性，透水性，软化性，抗冻性）等基本属性。 7、岩石破坏有几种形式？对各种破坏的原因作出解释。 答：试件在单轴压缩载荷作用破坏时，在试件中可产生三种破坏形式: (1)X状共轭斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。 (2)单斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。 (3)拉伸破坏，破坏面上的拉应力超过了该面的抗拉强度，导致岩石受拉伸破坏。 9、什么是全应力-应变曲线？为什么普通材料实验机得不出全应力-应变曲线？ 答：全应力应变曲线：能显示岩石在受压破坏过程中的应力、变形特性，特别是破坏后的强度与力学性质的变化规律。由于材料试验机的刚度小，在试件压缩时，其支柱上存在很大的变形和变形能，在试件快要破坏时，该变形能突然释放，加速试件破坏，从而得不出极限压力后的应力应变关系曲线。（增加刚度:增加面积，减小长度） 10.如何根据全应力-应变曲线预测岩石的岩爆、蠕变和在反复加载、卸载作用下的破坏？答：(a)预测岩爆：左半部分OEC 代表达到峰值强度时,积累在岩石试件中的应变能，右边
岩石力学参数
水泥密度g/cm3 3.10 普通混凝土密度g/cm3 2.60 轻骨料混凝土密度g/cm3 2.60 石灰岩容重kg/m3 1000~2600 花岗岩容重kg/m3 2500~2700 （石灰岩）碎石容重kg/m3 1400~1700 砂容重kg/m3 1450~1650 粘土容重kg/m3 1600~1800 普通粘土砖容重kg/m3 1600~1800 粘土空心砖容重kg/m3 1000~1400 水泥容重kg/m3 1200~1300 普通混凝土容重kg/m3 2100~2600 轻骨料混凝土容重kg/m3 800~1900 岩石名称容重d/ (kg。 m-3) 弹性模量 /MPa 泊松比内聚力 /MPa 摩擦角 /° 抗拉强度 /MPa 顶板粉砂岩2460 1.95e40.2 2.7538 1.84泥岩24610.875e40.26 1.2300.605 砂质泥岩25100.5425e40.147 2.16360.75 细砂岩2873 3.34e40.235 3.242 1.29 砂岩2487 1.35e40.123 2.0640 1.13煤13煤1380 0.53e4 0.32 1.25 32 0.15 底板泥岩2483 1.77e40.204 1.2320.58粉砂岩2460 1.95e40.2 3.7538 1.84 砂岩2580 2.5e40.159 2.542 3.6 砂质泥岩2530 1.085e4 0.147 2.45 40 2.01
上层为填筑中细砂土，基层为中硬粘土 主要为砂质泥岩，无其他岩土层，岩体基本质量等级Ⅳ。粘聚力c=730kPa，内摩擦角Φ=31°，弹性模量E=2661Mpa，泊松比ν=0.3，密度ρ=2559kg/m3。
常用的岩土和岩石物理力学参数
(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下： ) 21(3ν-= E K ) 1(2ν+= E G （7.2） 当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5，因为计算的K 值将会非常的高，偏离实际值很多。最好是确定好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计)，然后再用K 和ν来计算G 值。 表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性（实验室值）（Goodman,1980） 表7.1 土的弹性特性值（实验室值）（Das,1980） 表7.2 中弹性常量：E 1, E 3, ν12,ν13和G 13；正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。这些常量的定义见理论篇。 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。一些学者已经给出了用各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数（实验室） 表7.3
流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量K f ，如果土粒是可压缩的，则要用到比奥模量M 。纯净水在室温情况下的K f 值是2 Gpa 。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态（见理论篇第三章流体-固体相互作用分析），则尽量要用比较低的K f ，不用折减。这是由于对于大的K f 流动时间步长很小，并且，力学收敛性也较差。在FLAC 3D 中用到的流动时间步长,? tf 与孔隙度n ，渗透系数k 以及K f 有如下关系： ' f f k K n t ∝ ? （7.3） 对于可变形流体（多数课本中都是将流体设定为不可压缩的）我们可以通过获得的固结系数νC 来决定改变K f 的结果。 f 'K n m k C + = νν （7.4） 其中 3 /4G K 1 m += ν f 'k k γ= 其中，' k ——FLAC 3D 使用的渗透系数 k ——渗透系数，单位和速度单位一样（如米/秒） f γ——水的单位重量 考虑到固结时间常量与νC 成比例，我么可以将K f 的值从其实际值（Pa 9 102?）减少， 利用上面得表达式看看其产生的误差。 流动体积模量还会影响无流动但是有空隙压力产生的模型的收敛速率（见1.7节流动与力学的相互作用）。如果K f 是一个通过比较机械模型得到的值，则由于机械变形将会产生孔隙压力。如果K f 远比k 大，则压缩过程就慢，但是一般有可能K f 对其影响很小。例如在土体中，孔隙水中还会包含一些尚未溶解的空气，从而明显的使体积模量减小。 在无流动情况下，饱和体积模量为： n K K K f u + = （7.5）
岩石力学课后作业(完整资料).doc
【最新整理，下载后即可编辑】 2.17 不同受力条件下岩石流变具有哪些特性？ 答：（1）恒应力长期作用下岩石的流变体现为蠕变，蠕变指岩石材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。蠕变可分为三个阶段：第一阶段：蠕变速率（Δε/Δt ）随时间而呈下降趋势。第二阶段：蠕变速率不变，即（Δε/Δt ）为常数，这一段是直线。第三阶段：蠕变速率随时间而上升，随后试样断裂。 （2）在应变一定的情况下，岩石的流变体现为松弛，松弛分为立即松弛——变形保持恒定后，应力立即消失到零；完全松弛——变形保持恒定后，应力逐渐消失，直到应力为零；不完全松弛——变形保持恒定后，应力逐渐消失，但最终不能完全消失，而趋于某一值。 （3）岩石强度随外荷载作用时间的延长而降低的特性称作岩石的长期强度，岩石长期强度也是岩石流变特性的体现。 2.18 简要叙述常见的几种岩石流变模型及其特点。 答：（1）马克斯威尔（Maxwell）模型。这种模型是由弹性单元和黏性单元串联而成，当骤然施加应力并保持为常量时，变形以常速率不断发展。
（2）开尔文（Kelvin ）模型。它是由弹性单元和黏性单元并联 而成，当骤然施加应力时，应变速率随着时间逐渐递减，在t 增长到一定值时剪应变就趋于零。 （3）广义马克斯威尔模型。该模型由开尔文模型与黏性单元串 联而成，剪应力开始以指数速率增长，逐渐趋近于常速率。 （4）广义开尔文模型。该模型由开尔文模型与弹性单元串联而 成，开始产生瞬时应变，随后剪应变以指数递减速率增长，最 终应变速率趋于零，应变不再增长。 （5）柏格斯（Burgers ）模型。这种模型由开尔文模型与马克斯 威尔模型串联而成，蠕变曲线开始有瞬时变形，随后剪应变以 指数递减速率增长，最后趋于以不变的速率增长。 2.19 什么是岩石的长期强度？它与岩石的瞬时强度有什么关系？ 答：岩石的长期强度指岩石强度随外荷载作用时间的延长而降 低的性能，即作用时间t →∞的强度s ∞。岩石的瞬时强度小于岩 石的长期强度，对于不同的岩石，长期强度与瞬时强度之比为 0.4—0.8。 2.20请根据σ—τ坐标下的库伦准则，推导由主应力、岩石破断 角和岩石单轴抗压强度给出的在σ3—τ1坐标系中的库伦准则表达 式 σ1=σ3tan 2 θ+σc ,式中 σc =2ccosψ1?sinψ 。 答：