岩石力学主要知识点.docx

1、岩石力学定义:争论岩石的力学性状〔behaviour〕的一门理论科学，同时也是应用科学； 是力学的一个分支；争论岩石对于各种物理环境的力场所产生的效应初期阶段〔地应力〕：海姆静水压力假说，朗金假说，金尼克假说：阅历理论阶段：普世理论，太沙基理论2、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 限城问题，影响圈内自重可以无视；4).大局部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，共同打算着围岩的变形及支护所受的荷载与位移； 6).地下工程构造容许超负荷时具有可缩性；7).地下工程构造在确定条件下消灭围岩抗力； 8).几何不稳定构造在地下可以是稳定的.3、影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素：1).矿物：地壳中具有确定化学成分和物理性质的自然元素和化合物;2).构造：组成岩石的物质成分、颗粒大小和外形以及相互结合的状况；3).构造：组成成分的空间分布及其相互间排列关系4、岩石力学是固体力学的一个分支在固体力学的根本方程中，平衡方程和几何方程都与材料性质无关，而本构方程〔物理方程/物性方程〕和强度准则因材料而异。

岩石的根本力学性质主要包括2 大类，即岩石的变形性质和岩石的强度性质5、争论岩石变形性质的目的，是建立岩石自身特有的本构关系或本构方程(constitutive law or equation)，并确定相关参数争论岩石强度性质的目的，是建立适应岩石特点的强度准则，并确定相关参数6、岩石强度：岩石介质破坏时所能承受的极限应力；单轴抗压强度、单轴抗拉强度、多轴强度、抗剪强度7、争论岩石强度的意义：1〕.岩石分类、分级中的重要数量指标；2).作为强度准则判别： 当前计算点处于全应力应变曲线哪个区； 3).计算处或测定处的岩土工程是否稳定；4).在简洁地下工程条件下，可作为极限平衡条件(塑性条件)，求解弹塑性问题的塑性区范围，以及弹性区和塑性区的应力与位移.8、岩石的破坏形式:1).拉伸破坏: (a)为直接拉伸，(b)为劈裂破坏 2).剪切破坏 3)塑性流淌 4).拉剪组合9、 岩石单轴强度定义:岩石试件在无侧限和单轴压力作用下抵抗破坏的极限力气；公式 : σ c=P/A 式中，σ c——单轴抗压强度，MPa，也称无侧限强度； P——无侧限条件下岩石试件的轴向破坏荷载; A ——试件的截面面积。

试验数据处理见课件10、岩石单轴抗拉强度的影响因素：1〕.岩石内在因素 2〕.试验方法：a、几何尺寸:L/D〔=2.5~3〕 b、加工精度；c、加载速率，一般0.5~0.8MPa/s；c、 承压板刚度；d、端面效应；3〕、环境 11、岩石抗拉强度定义:岩石试件在单轴拉伸时能承受的最大拉应力，称为单轴抗拉强度， 简称抗拉强度； 测定方法：直接拉伸法、劈裂法、点荷载法a、直接拉伸法 公式 Rt=P/A 式中：Rt——岩石的抗拉强度，MPa P ——试件受拉破坏时的极限拉力； A——与所施加拉力相垂直的截面面积；12、劈裂法：由于试验简洁，所测得的抗拉强度与直接拉伸很接近，故常用此法13、岩石抗剪强度定义：岩石抵抗剪切的最大剪应力，由内聚力c和内摩擦阻力σ tanФ 两局部组成； 测定方法：直剪试验、变角板剪切试验；14、岩石三轴压缩强度定义:试件在三轴压应力作用下能抵抗的最大轴向压力；公式 σ t m=Pm/A Pm——试件破坏时的轴向荷载，N；A ——试件在初始横断面面积mm2；影响因素：侧向压力影响；加载途径对岩石三轴压缩强度的影响；孔隙水压力对岩石三轴压 缩强度的影响试验方法：真三轴试验；假三轴试验15、岩石的强度理论：定义：争论岩石在各种应力状态下的强度准则的理论；是应力与应力的关系；它不仅要能解释岩石破坏的缘由、破坏的形态，而且要能确定岩石破坏时应力状态 和变外形态。

强度准则与本构方程不同：本构方程：一般是指受力过程的“应力—应变”关系；强度准则：在极限状态下的“应力—应力”关系；或“应变—应变”关系；强度准则与坐标轴的选取无关，故通常用坐标不变量表示；应力不变量与应力偏量不变量要记住16、岩石强度准则反映岩石固有的属性，因此确定要来源于试验 任何材料〔包括岩石〕的破坏机理：拉坏和剪坏的两种形式17、 最大剪应力理论或Tresca 破坏准则：破坏机理：材料的破坏取决于最大剪应力即当最大剪应力到达单向压缩或拉伸时的危急值时，材料就到达危急状态；准则方程：τ max≥τ u；简洁应力状态下：σ 1-σ 3≥R评价：对于塑性岩石给出满足的结果，但不适用于脆性岩石；没有考虑中间主应力的影响18、广义形式(D—P 准则)广义形式即为德鲁克—普拉格(Drucker—Prager)准则应用很广，尤其是在弹塑性有限元计算中应用广泛判据：α I1+√J2-K=0.19、莫尔强度理论与莫尔—库仑破坏准则：破坏机理：材料破坏与否，一方面与材料内的剪应力有关，同时与正应力也有很大的关系； 斜直线型：当压力不大时，准则方程可以简化为τ f=c＋σ tanυ ，岩石的内聚力，岩石的内摩擦角。

这个方程式由库仑首先提出，后被莫尔用的理论加以解释也称为莫尔—库仑准 则；是目前岩石力学用得最多的强度理论；20、格里菲斯强度理论：破坏机理：不管物体受力状态如何〔压、拉都可以〕，最终本质上都是由于拉伸应力引起材料破坏准则方程：﹙σ 1-σ 3﹚²／﹙σ 1＋σ 3﹚＝8σ t，σ 1＋3σ 3≥0 ；σ 3=-σ t，σ 1＋3σ 3＜0 适用条件：当 σ 1=σ c=8σ t， σ 3=0 ，根本上与莫尔—库仑准则相接近；脆性岩石的抗拉破坏状况21、岩石变形的三种外形：弹性：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〕后又能马上恢复其原有外形和尺寸的性质称为~；塑性：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； 粘性：物体受力后变形不能在瞬间完成，且应变速率随应力增加而增加的性质；22、岩石全应力应变曲线特征表：OA 斜率渐增，裂隙状况：原始裂隙闭合，试件与压板间隙调整；声放射微量；剩余应变无；AB 不变 微量裂隙产生 少量 无；BC 渐减 应力达0.5 以上时，裂隙产生渐多(峰值应力) 明显增多 有；CD 速减 应力达 0.75 以上时，裂隙急增并相互贯穿 急增 有；DE 变号 贯穿裂隙连续进展 连续变化 有；EF 变为零 裂隙停顿发育 停顿变化 有。

23、三轴压缩条件下的岩石变形性质：随围压的提高，弹性段的斜率变化不大即弹性模量和泊松比与单轴根本相等说明：可以通过简易的单轴试验，确定简洁应力状态下的弹性常数当 2=3 时岩石的变形特性(即假三轴试验条件下)(图(a)) 随着围压的增加，岩石的屈服应力将随之提高；总体来说，岩石的弹性模量变化不大，有随围压增大而增大的趋势 ；随着围压的增加，峰值压力所对应的应变值有所增大其变形特性表现出低围压下的脆性向高围压的塑性转换的规律通常将转换时的临界围压称为转化压力当 3 为常数时岩石的变形特性(图(b))随着 2 的增大，岩石的屈服应力有所提高； 弹性模量根本不变，不受 2 变化的影响 ；当 2 不断增大时，岩石由塑性渐渐向脆性转换当 2 为常数时岩石的变形特性(图(c)) 其屈服应力几乎不变 ;岩石的弹性模量也根本不变 ;岩石始终保持塑性破坏的特性，只是随着3 的增大，其塑性变形量也随着增大 24、剪胀或扩容：当岩石受外力作用后，发生非线性的体积膨胀，且这一体积膨胀是不行逆的产生剪胀的缘由：裂隙产生、扩展、贯穿、滑移、错动、甚至张开所致25、极端各向异性：假定岩石是线弹性的，其中任一点沿两个不同方向的弹性性质互不一样， 岩体中的 6 个应力重量中的每个应力重量都是6 个应变重量的线性函数，反之亦然。

正交各向异性：假设在弹性体中存在三个相互正交的弹性对称面，则把这个弹性体称为正交各向异性假设在弹性体中存在着一个平面，该平面两边各点的弹性常数关于它对称，或弹性常数相等，那么这个平面称为弹性对称面横观各向同性体：假设弹性体有一个弹性对称面和一个旋转轴，则称为横观各向同性体其特点是，在平行于某一平面的全部各方向〔即横向〕，都具有一样的弹性26、构造面：自然岩体中往往具有明显的地质遗迹，如假整合、不整合、褶皱、断层、节理、劈理等他们在岩体力学中一般都统称为节理由于节理的存在，造成了介质的不连续，因 而这些界面又称为不连续面或构造面全部的构造面中，最危急的是未充填的开口的光滑节 理面节理岩体的强度介于节理强度和岩块强度之间27、构造面试验方法：试验室试验法 倾斜仪法，直剪仪法，三轴仪发28、岩体裂开程度的指标：裂隙度：裂隙度K 是指沿着取样线方向，单位长度上节理的数量设某节理取样线长度为L，沿 L 内消灭节理的数量为n，则K = n／L； 沿取样方向节理的平均间距d 为 d=1／K=L／n切割度：是指岩体被节理割裂、分别的程度仅含一个节理面的平直断面，节理面面积a ， 平直断面面积A，其切割度a\A。

当岩体被完全切割时，为 1；未被切割时，为 0；可见，当在之间 时，岩体是局部被切割假设在同一平直断面消灭面积为 a1、a2·· 的几个节理面，则切割度 a1+a2+··|A29、法向变形与剪切变形30、岩体与岩块的差异：组构方面：岩块含岩石材料及微小节理；岩体含岩块及多组较大的节理；力学性质方面 ：岩体比岩块弹模小、峰值强度低、残值强度低、变形〔蠕变〕大、泊松比大、各向异性；极端结实完整岩体的强度≈岩块强度，节理极端发育岩体的强度<< 岩块强度〔几分之一至几格外之一〕 尺寸效应：岩体与岩块的尺寸界限，由尺度效应〔scale effect〕试验打算；各种岩石的尺度效应不同；大局部岩石在根号A>0.5~1.0m 时，性状即稳定，故通常可认为在该尺寸以上即代表岩体；〔A 为试件的横截面积〕31、岩体力学试验特点与方法：原则上，与岩块试验无异不同的是：试体大、设备大、代价大；岩体试验多在现场原位〔in-situ〕切割试体，进展单轴压缩、三轴压缩及压剪试验，一般试体尺寸为 0.5 ~1.5m； 加载设备用一般千斤顶、矮千斤顶和扁千斤顶；原始切割试体的工程浩大，费用昂扬；现场原位试验，要求一次将测试目标：弹性模量与泊松比测定；应力应变曲线测定；强度指标和强度准则确定等全部完成。

32、岩体力学计算指标的选取与修正：原则上：岩体指标≈岩块指标，取岩块指标；岩体指标<<岩块指标，取岩体指标； 岩体指标：有条件的，可作试验测定；不能试验的，可暂先选取阅历数据；岩体内摩擦角≈岩块内摩擦角；岩体的C 和 ，可近似求得岩体单轴抗压强度：再依据格氏准则，可近似求得岩体抗拉强度：用岩体力学性质阅历数据对工程进展的初步计算，在工程开工后，应依据实测的应力，经资料加以适当修正33、影响岩体变形性质的因素：构造面方位；构造面的密度；构造面的张开度及充填特征34、岩体强度的估算—Hoek-Brown 阅历公式：σ 1=σ 3＋√﹙mσ cσ 3＋sσ c²﹚式中，1 为破坏时的最大主应力；3 为作用在岩石试样上的最小主应力；c 为岩块的单轴抗压强度；m、s 为与岩性及构造面状况有关的常数将 1=0 代入上式，可解得岩体的单轴抗拉强度为：σ mc=0.5σ c﹙m－√(m²＋4s﹚﹚;剪应力表达式为：τ =Aσ c[σ ／σ c-0.5﹙m－√(m²＋4s﹚﹚]²35、按岩石质量指标(RQD)分类：定义：将长度在 10cm(含 10cm)以上的岩芯累。