岩石力学复习材料

1、岩石的物理性质

（1）容重：单位体积岩石的重量称为岩石的容重。一般来说，岩石的容重越大，岩石的力学性质也越好。

（2）比重：岩石固体部分的重量和4℃时同体积纯水重量的比值。

（3）孔隙性：岩石的孔隙率是岩石孔隙的体积与岩石总体积的比值。岩石的孔隙率是岩石孔隙的体积与岩石总体积的比值。孔隙率是衡量岩石工程质量的重要物理指标之一。岩石的孔隙率反映了孔隙裂隙在岩石中所占的百分率，孔隙率越大，岩石中的孔隙裂隙就越多，岩石的力学性能就越差。

（4）水理性：岩石与水互相作用时所表现的性质，包括吸水性、透水性和抗冻性。

①岩石的天然含水率：天然状态下岩石中水的质量与岩石的烘干质量的比值。

②岩石的吸水性：岩石在一定条件下吸收水分的性能。

℃的温

③岩石的抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的性能。岩石的抗冻系数是指岩样在25

度区间内，反复降温、冻结、升温、融解，其抗压强度有所下降，岩样抗压强度的下降值与冻融前抗压强度的比值，即为抗冻系数。岩石在反复冻融后其强度降低的主要原因是：构成岩石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化时，由于矿物的胀、缩不均而导致岩石结构的破坏；当温度降到0℃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。

2、岩石的力学性质

（1）岩石的强度：岩石在各种荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大应力。

（2）进行岩石力学试验所选用的试件必须是完整的岩块，不应包含节理裂隙。

（3）岩石的固有性质：凡是不受试件的形状、尺寸、采集地、采集人等影响而保持不变的特征。如岩石的颜色、密度。

（4）岩石的强度指标受下列因素的影响：

①试件尺寸：一般情况下，随着试件尺寸增大，岩石强度？

②试件形状：正方体、长方体、圆柱体等

③试件三维尺寸比例：圆柱体试件的高径比

④加载速率：单轴抗压强度与加载速率成（正比/反比）

⑤湿度：水饱和岩石试件与干试件相比，其强度（低/高）

（5）国际岩石力学学会（ISRM）对岩石强度试验所使用的试件的形状、尺寸、加载速率和湿度等先后制定了标准。如对于单轴抗压强度试验，推荐的试件形状为直径不小于50mm的圆柱形试件，高径比为2.5-3.0，加载速率为0.5~1.0MPa/s，试件保存期不超过30天。

（6）单轴抗压强度：岩石在单轴压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压应力。试件在单轴压缩荷载作用下破坏时，在测件中可产生三种破坏形式：①X状共轭斜面剪切破坏，②单斜面剪切破坏，③拉伸破坏。

（7）端部效应

（8）单轴抗拉强度：巴西试验法，俗称劈裂试验法，σt=σx=2P/πdt

（9）抗剪切强度：①非限制性剪切强度试验，包括单面剪切试验、冲击剪切试验、双面剪切试验、扭转剪切试验；②限制性剪切强度试验，包括直剪仪压剪试验、立方体试件单面剪试验、试件端部受压双面剪试验、角模压剪试验。

（10）岩石的变形：岩石在外力作用下发生形态（形状、体积）变化。岩石变形过程中表现出弹性、塑性、粘性、脆性和延性等性质。①弹性(elasticity)：物体在受外力作用的瞬间即产生全部变形，而去除外力(卸载)后又能立即恢复其原有形状和尺寸的性质称为弹性。

②塑性（plasticity ）：物体受力后产生变形，在外力去除（卸载）后变形不能完全恢复的性质，称为塑性。不能恢复的那部分变形称为塑性变形，或称永久变形，残余变形。③黏性(viscosity):物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质，称为粘性。

（11）单轴压缩条件下的岩石全应力－应变曲线

普通柔性实验机只能获得峰值以前的应力－应变曲线。岩石破坏的形式都是突发的：瞬间崩裂、碎块四面飞射、伴有很大声响。岩石超过其峰值强度后就完全破坏了，没有任何承载能力了。与事实矛盾。

措施：提高试验机刚度，降低岩石试件刚度，增加伺服控制系统。

岩石的全应力-应变曲线的应用：①揭示岩石试件破裂后，仍具有一定的承载能力。②预测岩爆。若A>B ，会产生岩爆；若B>A ，不产生岩爆。③预测循环加载条件下岩石的破坏。④预测蠕变破坏。

岩石的全应力-应变曲线分为四个阶段：① 孔隙裂隙压密阶段（OA 段）：即试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合，岩石被压密，形成早期的非线性变形，σ－ε曲线呈上凹型。在此阶段试件横向膨胀较小，试件体积随载荷增大而减小。本阶段变形对裂隙化岩石来说较明显，而对坚硬少裂隙的岩石则不明显，甚至不显现。② 弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段（AC 段〕：该阶段的应力—应变曲线成近似直线型。其中，AB 段为弹性变形阶段，BC 段为微破裂稳定发展阶段。③非稳定破裂发展阶段，或称累进性破裂阶段（CD 段）：C 点是岩石从弹性变为塑性的转折点，称为屈服点。相应于该点的应力为屈服极限，其值约为峰值强度的2/3。进入本阶段后，微破裂的发展出现了质的变化，破裂不断发展，直至试件完全破坏。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。本阶段的上界应力称为峰值强度。④破裂后阶段（D 点以后段）：岩块承载力达到峰值强度后，其内部结构遭到破坏，但试件基本保持整体状。到本阶段，裂隙快速发展，交叉且相互联合形成宏观断裂面。此后，岩块变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移，试件承载力随变形增大迅速下降，但并不降到零，说明破裂的岩石仍有一定的承载力。

（12）岩石在三轴压缩条件下，随着围压（23σσ ）的增大，①岩石的抗压强度显著增加；②岩石的变形显著增大；③岩石的弹性极限显著增大；④岩石的应力—应变曲线形态发生明显改变；岩石的性质发生了变化：由弹脆性→弹塑性→应变硬化。

（13）岩石变形指标：弹性模量、变形模量和泊松比，剪切模量、拉梅常数和体积模量。

（14）扩容：当外力继续增加，岩石试件的体积不是减小，而是大幅度增加，且增长速率越来越大，最终将导致岩石试件的破坏，这种非弹性体积变形明显扩大的现象称为扩容。

（15）影响岩石力学性质的主要因素：水、温度、风化程度、加荷速率、围压大小、各向异性等。

3、岩石的流变性质

（1）蠕变：应力保持不变，应变随时间增加而增长。典型蠕变的三个阶段：第一阶段(a-b) ，减速蠕变阶段（初始蠕变阶段）：应变速率随时间增加而减小。第二阶段(b-c)，等速蠕变阶段：应变速率保持不变。第三阶段(c-d)：加速蠕变阶段：应变速率随时间增加而增加。

（2）松弛：应变保持不变，应力随时间增加而减小。

（3）弹性后效：加载或卸载时，变形滞后于应力延迟恢复的现象。

（4）流变模型：弹性元件、塑性元件、黏性元件。串联和并联的性质：串连即两个或多个元件首尾依次相联的模型，并联即两个或多个元件首与首、尾与尾相联的模型。凯尔文体、马克斯威尔体的组成及性质。