巖體力學復習2.0

1、基本概念巖體力學:研究巖體在各種力場作用下變形與破壞規(guī)律的理論及其實際應用的學科。巖體:在地質歷史過程中形成的，由巖塊和結構面網組成的，具有一定的結構并賦存于一定的天然應力狀態(tài)和地下水等地質環(huán)境中的地質體。結構面:地質歷史發(fā)展過程中，在巖體內形成的具有一定的延伸方向和長度，厚度相對較小的地質界面或帶。結構體:被結構面切割圍限的巖石塊體。巖塊：不含顯著結構面的巖石塊體，是構成巖體的最小巖石單元。硬性結構面:巖塊間呈剛性接觸的無任何充填的結構面（百度的）軟弱結構面: 力學強度明顯低于圍巖，一般填充有一定厚度軟弱物質的結構。吸水率:巖石試件在大氣壓力和溫室條件下自由吸入水的質量mwl與巖樣干質量ms之比。飽和吸水率:巖石的飽和吸水率Wp指巖石試件在高壓或者真空條件下吸入水的質量mw2與巖樣干質量ms之比飽水系數:巖石的吸水率Wa與飽和吸水率Wp之比。軟化系數:巖石浸水飽和后強度降低的性質，用Kp表示。質量損失率:凍融試驗前后干質量之差與試驗前干質量之比。滲透系數: 表征巖石透水性的重要指標，其大小取決于巖石中空隙的數量、規(guī)模及連通情況。自由膨脹率:巖石試件在無任何約束的條件下浸入水后所產生膨脹變形與試件原尺寸的比值。側向約束膨脹率:將具有側向約束的試件浸入水中，使巖石試件僅產生軸向膨脹變形而求得的膨脹率。膨脹壓力:巖石試件浸水后，使試件保持原有體積所施加的最大壓力。流變:在外部條件不變的情況下，巖石的變形或應力隨時間而變化的現(xiàn)象。蠕變:巖石在恒定的荷載作用下，其變形隨時間而逐漸增大的性質。松弛:當應變不變時，應力隨時間增加而減小的現(xiàn)象彈性后效:加載或卸載時，彈性應變滯后于應力的現(xiàn)象。單軸抗壓強度:在單向壓縮條件下，巖塊能承受的最大壓力稱為單軸抗壓強度。三軸壓縮強度:試件在三向壓應力作用下能抵抗的最大軸向應力稱為三軸壓縮強度。單軸抗拉強度:巖塊試件在單向拉伸時能承受的最大拉應力稱為單軸抗拉強度。剪切強度:在剪切荷載作用下，巖塊抵抗剪切破壞的最大剪應力抗剪斷強度:試件在一定的法向應力作用下，沿預定剪切面時對的最大剪應力?？骨袕姸?試件上的法向應力為0時，沿預定剪切面剪斷時的最大剪應力。摩擦強度:試件在一定的法向應力作用下，沿已有破裂面再次剪切破壞時的最大剪應力。法向剛度:在法向應力作用下，結構面產生單位法向變形所需要的應力。剪切剛度:反映結構面剪切變形性質的重要數值，其數值等于峰值前-u曲線上任一點切線斜率。RQD:大于10cm的巖芯累計長度與鉆孔進尺長度之比的百分數。Q值: Q分類是指用巖休頂量指標Q值對巖休進行分類，Q值定義如下：Q=RQDJnJrJJwSRFRQDJn為巖體的完整性；JrJ表示結構面（節(jié)理）的形態(tài)、充填物特征及其次生變化程度；JwSRF表示水與其他應力存在時對巖體質量的影響。天然應力:人類工程活動之前存在于巖體中的應力。P129天然應力=地應力地應力:重分布應力:人類在巖體表面或巖體中進行工程活動的結果，必將引起一定范圍內巖體中天然應力的改變，改變后的應力稱為重分布應力。本構關系:反映巖石變形性質的關系。破壞判據:表征巖石破壞條件的應力狀態(tài)與巖石強度參數間函數關系，稱為破壞判據或強度準則。巖體變形: 巖體在受力條件改變時，產生體積變化，形狀改變及結構體間位置移動的總和。穩(wěn)定性系數:可能滑動面上可供利用的抗滑力與滑動力的比值。幾何邊界條件:構成可能滑動巖體的各種邊界面及其組含關系。圍巖:受重分布應力影響范圍內的巖體圍巖應力重分布作用:地下開挖后圍巖中應力應變調整而引起圍巖中原有應力大小，方向和性質改變的作用。圍巖壓力：需要對圍巖進行支護襯砌，變形破壞的圍巖將對支襯結構施加一定的荷載。巖爆:當開挖圍巖中應力超過巖體的容許極限狀態(tài)時，將造成瞬間大量彈性應變能釋放：使圍巖發(fā)生急劇變形破壞和碎石拋擲，并發(fā)生劇烈聲響，震動和氣浪沖擊，造成頂板花落、支護折斷等現(xiàn)象，此作用或現(xiàn)象稱為巖爆。圍巖抗力：在有壓洞室中，作用有很高的內水壓力，并通過襯砌或洞壁傳遞給圍巖，這時圍巖將產生一個反力，這個力稱為圍巖抗力2結構面的填充可分為哪幾類？P181） 薄膜填充 2）斷續(xù)填充 3）連續(xù)填充 4）厚層填充3軟弱結構面包括哪幾類？P19主要包括原生軟弱夾層、構造及擠壓破碎帶、泥化夾層及其他夾泥層等。4巖體的結構類型包栝哪幾類？P21 整體狀結構 塊狀結構 層狀結構 碎裂狀結構 散體狀結構5簡述在單軸連續(xù)加載條件下，巖塊的變形全過程。P43 孔隙裂隙壓密階段：OA段隨著荷載的增加，試件中原有張開性結構面或微裂隙逐漸閉合，巖石被壓密，形成早期的非線性變形。 彈性變形至微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段AB段為彈性變形階段表現(xiàn)為可恢復的彈性變形，B點的應力可稱為彈性極限。BC段表現(xiàn)為塑性變形，試件內開始出現(xiàn)新的微破裂，并隨應力增加而漸漸發(fā)展，當荷載保持不變時，為破裂也停止發(fā)展，C點稱為屈服極限。 非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段CD段在此階段會發(fā)生應力集中效應，應力重新分布。應力集中效應指外載荷保持不變，破裂仍會不斷發(fā)展，并在某些薄弱部位首先破壞，應力重新分布，其結果，又引起次薄弱部位的破壞，試件由體積壓縮轉為擴容。 破壞后階段D點以后，巖塊承載力達到峰值后，其內部結構完全破壞，但試件扔基本保持整體狀。主要表現(xiàn)為沿宏觀斷面的塊體滑移6簡述米勒的峰值前應力-軸向應變曲線的六種類型。P44類型：變形特征近似為直線，直到發(fā)生突變性破壞，以彈性變形為主。類型：開始為直線，至末端則出現(xiàn)非線性屈服段。類型：開始為上凹型曲線，隨后變?yōu)橹本€，直到破壞，沒有明顯的屈服段。類型：中部很陡的“s”形曲線。類型：中部較緩的“s”形曲線，是某些壓縮性較高的巖石常見的曲線類型。類型：開始為一很小的直線段，隨后出現(xiàn)不斷增長的塑性變形和蠕變變形7簡述圍壓對巖塊變形破壞的影響。P49 首先，破壞前巖塊的應變隨圍壓增大而增大；其次隨圍壓增大，巖塊的塑性也不斷增大，且由脆性逐漸轉化為延性。8簡述巖塊蠕變的三個階段。P51 初始蠕變階段：AB段，曲線呈下凹型，應變最初隨時間增大較快，但其應變率隨時間迅速遞減，到B點達到最小值。若在本階段中某一點P卸載，則應變沿PQR下降至O。其中PQ段為瞬時應變的恢復曲線，而QR段表示應變隨時間逐漸恢復至O。由于卸載后應力立即消失，而應變則隨時間逐漸恢復，二者恢復不同步，應變恢復總落后于應力，這種現(xiàn)象稱為彈性后效。 等速蠕變階段：BC段，曲線近似呈直線，應變隨時間近似等速增加，知道C點。若在本階段內某點下卸載，則應變將沿TUV線恢復，最后保留以永久應變p 加速蠕變階段：CD段，曲線呈上凹型，應變率隨時間逐漸增加，應變隨時間增長越來越大，其蠕變加速發(fā)展直至巖塊破壞。9簡述影響巖石蠕變性質的因素。P51 巖性：巖性是影響巖石蠕變性質的內在因素。 應力：對同一種巖石來說，應力大小不同，蠕變曲線的形狀及各階段的持續(xù)時間也不同。 濕度、溫度：溫度、濕度對巖石蠕變也有較大的影響。10簡述影響巖石單軸抗壓強度的因素。P56-57 巖石本身性質方面的因素，如礦物組成、結構構造、密度及風化程度等。 試驗條件方面的因素1) 試件的幾何形狀及加工精度；應力集中：圓形多邊形2) 加載速率3) 端面條件4) 濕度和溫度5) 層理結構11簡述結構面的法向變形特征。P67 開始時隨著法向應力的增加，結構面閉合變形迅速增長，n-V曲線及n-Vj曲線均呈上凹型。 從變形上看，在初始壓縮階段，含結構面巖塊的變形Vt主要是由結構面的閉合造成的。 試驗研究表明，當法向應力大約在1/3c處開始，含結構面巖塊的變形由以結構面的閉合為主轉為以巖塊的彈性變形為主。 結構面的n-Vj曲線大致為一以Vj=Vm為漸近線的非線性曲線。 結構面的最大閉合量始終小于結構面的張開度。12簡述結構面的剪切變形特征。P73 結構面的剪切變形曲線均為非線性曲線。 結構面的峰值位移u受其風化程度的影響。 對同類結構面而言，遭受風化的結構面，剪切剛度比未風化的小1/4-1/2. 結構面的剪切剛度具有明顯的尺寸效應。 結構面的剪切剛度隨法向應力的增大而增大。13根據結構面的形態(tài)、填充情況及連續(xù)性等特征，將其劃分為哪幾 類？P75 平直無填充的結構面 粗糙起伏無填充的結構面非貫通斷續(xù)的結構面 有填充的軟弱結構面14簡述各類結構面的強度特征。P75-8015簡述承壓板法。P85按承壓板的剛度不同可分為剛性承壓板法和柔性承壓板法。剛性承壓板法試驗通常是在平巷中進行的，先在選擇好的具代表性的巖面上清除浮石，平整巖面。然后依次裝上承壓板。千斤頂、傳力柱和變形量表等。將洞頂作為反力裝置，通過油壓千斤頂對巖面施加荷載，并用百分表測記巖體變形值。試驗時，先將預定的最大載荷分為若干級，采用逐級一次循環(huán)法加壓。在加壓過程中，同時測記各級壓力下的巖體變形值，繪制P-W曲線。16簡述鉆孔變形法。P85鉆孔變形法是利用鉆孔膨脹計等設備，通過水泵對一定長度的鉆孔壁施加均勻的徑向載荷，同時測記各級壓力的徑向變形u。利用厚壁筒理論可推導出巖體的變形模量Em與U的關系為： Em=dp（1+m）U17簡述狹縫法。P86狹縫法又稱為狹縫扁千斤頂法，是在選定的巖體表面刻槽，然后在槽內安裝扁千斤頂進行試驗。試驗時，利用油泵和扁千斤頂對槽壁巖體分級施加法向壓力，同時利用百分表測記相應壓力下的變形值WR巖體的變形衡量Em接下式計算：E=pl2WR1-Mtan1-tan2+1-Msin21-sin2218簡述巖體的法向變形特征。P90-92法向變形曲線（1） 直線型：通過原點的直線。反映巖體在加壓過程中W隨P呈正比增加。 陡直線型：特點P-W曲線的斜率較陡，呈陡直線。說明巖體剛度大，不易變形。卸壓后變形幾乎可恢復到原點，且以彈性變形為主，反映巖體接近于均質彈性體。 曲線斜率較緩，呈緩直線型，反映出巖體剛度低，易變性。卸壓后巖體變形只能部分恢復，有明顯的塑性變形和回滯環(huán)。（2） 上凹型 每次加壓曲線的斜率隨加壓、卸壓循環(huán)次數的增加而增大。各次卸壓曲線相對較緩，且相互近于平行。 加壓曲線變化情況與相同，但卸壓曲線較陡，說明卸壓后變形大部分不能恢復，為塑性變形。(3）上凹型:這類曲線方程P=f（w），dpdw隨p增加而遞減，d2pdw20，呈上凹型曲線。（4）復合型：p-w曲線呈階梯或“s”型剪切變形曲線 峰值前變形曲線的平均斜率小，破壞位移大；峰值后隨位移增大，強度損失很小或不變。 峰值前變形曲線平均斜率打，峰值強度較高。峰值后隨剪切位移增大，強度損失較大，有效明顯的應力降低。 峰值前變形曲線斜率大，曲線具有較清楚的線性段和非線性段，峰值后隨位移增大，強度迅速降低。19簡述影響巖體變形性質的因素。P92 結構面方位：主要變形在巖體變形隨結構面及應力作用方向間夾角的不同而不同，即導致巖體變形的各向異性。 結構面密度：主要表現(xiàn)在隨結構面密度增大，巖體完整性變差，變形增大，變形模量減小。 結構面的張開度及填充物特征對巖體變形也要明顯影響。一般來說，張開度較大且無填充或填充薄時，巖體變形較大，變形模量較??；反之，則巖體變形較小，變形模量較大。20簡述RMR分類的5個一級指標。P118巖體地質力學分類（RMR分類）由巖塊強度、RQD值、節(jié)理間距、節(jié)理條件及地下水5 類參數組成。分類時，根據各類參數的實測資料，按標準分別給予評分，然后將各類參數的評分值相加得巖體質量總分（RMR)，并依節(jié)理方位對巖體穩(wěn)定是否有利作適當的修正，最后， 用修正后的巖體質量總分對照巖休類別及相應的不支護地下開挖的自穩(wěn)時間和巖體強度指標值。21簡述工程巖體分級標準中對巖體進行分類的二級分級法。P123 首先，按巖體的基本質量指標BQ進行初步分級；然后，針對各類工程巖體的特點，考慮其他影響因素，如天然應力、地下水和結構面方位等對BQ進行修正，再按修正后的BQ進行詳細分級。巖體基本質量指標BQ用下式表示：BQ=90+3cw+250Kv22列舉天然應力的成因。P132 地殼板塊運動及其相互擠壓 地幔熱對流 地球重力 巖漿侵入地溫梯度 表層剝蝕 流體作用 地形起伏 巖體性質地下水 地溫23簡述巖體中天然應力的分布規(guī)律。P133（1） 地殼匯總主應力以壓應力為主，方向基本上是垂直和水平的。（2） 天然應力場是一個具有相對穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應力場，是是時間和空間的函數。（3） 垂直天然應力隨深度呈線性增長。（4） 水平天然力分布比較復雜。 巖體中天然應力以壓應力為主，出現(xiàn)拉應力者甚少，且多具局部性質。 大部分巖體中的水平應力大于垂直應力。 巖體中兩個水平應力hmax和hmin通常都不相等。 在單薄的山體，各坡附近以及未受構造變動的巖體中，天然水平應力均小于垂直應力。（5） 天然水平應力與垂直應力的比值為天然應力比值系數，絕大數情況下，這個比值在1.5至10.6范圍內。（6） 一個相當大的區(qū)域內，最大主應力方向是相對穩(wěn)定的。（7） 區(qū)域構造場常常決定局部點的主應力（8） 巖體中天然應力一般處于三維應力狀態(tài)。24列舉常用的巖石強度準則。P155庫倫強度準則 莫爾強度理論 格里菲斯強度理論 Murrell強度準則德魯克-普拉格準則25列舉主要的巖體破壞機制。P169張破壞 剪破壞 結構體沿軟弱結構面滑動破壞 結構體轉動破壞 傾倒破壞 潰屈破壞 彎折破壞26簡述邊坡巖體中的應力分布特征。P177 無論什么樣的天然應力場下，邊坡面附近的主應力跡線均明顯偏轉，表現(xiàn)為最大主應力與坡面近乎平行，最小主應力與坡面近于正交，向坡體內逐漸恢復初始應力狀態(tài)。 由于應力的重分布，在坡面附近產生應力集中帶，不同部位其應力狀態(tài)是不同的。在坡腳附近，平行坡面的切向應力顯著升高，而垂直坡面的徑向應力顯著降低，由于應力差大，浴室就形成了最大剪應力增高帶，最易發(fā)生剪切破壞。在坡肩附近，在一定條件下坡面徑向應力和坡頂切向應力可轉化為拉應力，形成一拉應力帶。邊坡愈陡，則此帶范圍愈大，因此，坡肩附近最易拉裂破壞。 在坡面上各處的徑向應力為零，因此坡面巖體僅處于雙向應力狀態(tài)，向坡內逐漸轉為三向應力狀態(tài)。 由于主應力偏轉，坡體內的最大剪應力跡線也發(fā)生變化，由原來的直線變?yōu)榘枷蚱旅娴幕【€。27邊坡巖體變形的基本類型包括哪幾類？P178（1） 卸荷回彈：成坡前邊坡巖體在天然應力作用下早已固結，在成坡過程中，由于荷重不斷減少，邊坡巖體在減荷方向必然產生伸長變形，即“卸荷回彈”（2） 蠕變變形：邊坡巖體中的應力對于人類工程活動的有限時間來說，可以認為是保持不變的。在這種近似不變的應力作用下，邊坡巖體的變形也將會隨時間不斷增加，這種變形稱為蠕變變形。28簡述邊坡巖體穩(wěn)定性分析的步驟。P181 可能滑動巖體幾何邊界條件的分析； 受力條件分析；確定計算參數；計算穩(wěn)定性系數；確定安全系數，進行穩(wěn)定性評價29簡述各類結構圍巖的變形與破壞特點。P204 巖體可劃分為整體狀、塊狀、層狀、碎裂狀和散體狀五種結構類型。 整體狀和塊狀巖體圍巖：這類巖體本身具有很高的力學強度和抗變形能力，其主要結構面試節(jié)理，很少有斷層，含有少量的裂隙水。這類圍巖具有很好的自穩(wěn)能力，其變形破壞形式主要有巖爆，脆性開裂及塊體滑移。 層狀巖體圍巖：該種圍巖的變形