重慶大學(xué)采礦工程考研專業(yè)課真題巖石力學(xué)與工程參考答案樣式權(quán)威機密準(zhǔn)確

1、根據(jù)含水狀況分為天然容重、干容重d和飽和容1.巖石的容重與比重容重的定義：單位體積（包括巖石內(nèi)孔隙體積）的重 量y=W量。一V影響因素：組成巖石的礦物成分、孔隙發(fā)育程度及 其含水量。巖石的容重一定程度上反映岀巖石力學(xué)性質(zhì)的優(yōu) 劣，容重大，相應(yīng)力學(xué)性質(zhì)就好。反之愈差。重w。測量方法：量積法（直接法）、水中稱重法或蠟封 法。量積法測干容重，d二2 , gs為被測巖樣在Ah105110度的溫度下烘干 24小時的重量（kN）;遇水崩解、溶解和干縮濕脹的巖石不能用水中稱重法測容重。而蠟封法適用于不能用量積法或水中稱重法測容重的巖石。取烘干巖樣系上細(xì)線，稱重為gs。持線將巖樣緩緩浸入剛過熔點的蠟液中，取出

2、，檢查巖樣是否密封完好，如未密封完好，再用蠟液封好，冷卻后稱重記為gi，然后浸水后稱重g2，則巖石與水相互作用時所表現(xiàn)的性質(zhì)稱為 巖石的水理性。包括巖石的吸水性、透水性、軟化 性和抗凍性。A天然含水率 天然狀態(tài)下巖石中水的質(zhì)量mw與巖石的烘干質(zhì)量 mdr的比值，稱為巖石的天然含水率，以百 分率表示，即：B吸水性定義：巖石在一定條件下吸收水份的性能。 影響因素：孔隙的數(shù)量、大小、開閉程度和分布情 況等。表征巖石吸水性指標(biāo)吸水率、飽和吸水率、飽水系 數(shù)。（1）吸水率a是巖石在常壓下吸入水的質(zhì)量與其烘 干質(zhì)量mdr的比值，即式中，m。為烘干巖樣浸水 48小時后的總質(zhì)量。（2）飽和吸水率是巖石在強制狀

3、態(tài)下巖石吸入水的 質(zhì)量與巖樣烘干質(zhì)量的比值，即式中，sa為巖石的飽和吸水率；mdr為真空抽氣飽和或煮沸后之間的質(zhì)量（kg）。（3 ）飽水系數(shù)kw是指巖石吸水率與飽和吸水率的比 值，即卩C透水性 透水性：巖石能被水透過的性能 達(dá)西定律：當(dāng)?shù)叵滤刂鴰r石中的孔隙或裂隙流動 時，其水流速度與水力梯度成正比，即D軟化性 定義：巖石浸水后強度降低的性能gsgi - g2，n為蠟的容重。g g2軟化系數(shù)：c二-cw式中：C為巖石的軟化系數(shù)若已知天然含水率，則可根據(jù)干容重d計算天然容重: ;d（1 0.01），為巖石的天然含水率（%）比重：巖石固體部分的重量和4C。時同體積純水重量的比值。影響因素：組成巖石

4、的礦物比重及其在巖石中的相 對含量，成巖礦物的比重愈大，則巖石的比重愈 大。反之愈小。巖石的比重一般為2.53.3.2試論述巖石的水理性與空隙性:二CW為飽水巖樣的抗壓強度 （MPa）、二c為自然風(fēng)干巖樣的抗壓強度（MPa）E抗凍性定義：巖石抵抗凍融破壞的性能，巖石的抗凍性常用抗凍系數(shù)來表示。抗凍系數(shù)：式中，Cf為巖石的抗凍系數(shù)， 二c為巖石凍融的抗壓 強度（kpa）。二cf為巖樣凍融后的抗壓強度 （kpa）。 空隙性：組成巖石的數(shù)量不同、成因各異的孔隙裂隙，是巖石的重要結(jié)構(gòu)特征，用孔隙率n表示，即巖石內(nèi)部孔隙體積與巖石總體積之比?？障堵史从沉丝紫读严对趲r石中所占的百分率，孑L隙率越大，表明巖

5、石中的孔隙裂隙越多，巖石的力 學(xué)性能越差。3. 論述影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素A）水對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響地下水包括結(jié)合水和重力水。對巖石力學(xué)性質(zhì)影響 的 5 個方面：連接作用、潤滑作用、水楔作用、孔隙 壓力作用、溶蝕及潛蝕作用B）溫度對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響 隨著溫度的增高，巖石的延性加大，屈服點降低， 強度也降低。C）加載速度對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響 加載速率越快，測得的彈性模量愈大，獲得的強度 指標(biāo)值超高；反之越小。隨著加載速率的降低，巖 石的延性加大，屈服點降低，峰值強度也降低。D）圍壓對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響 隨著圍壓的增高，巖石的延性加大，屈服點增加， 峰值強度也增加。E）風(fēng)化對巖石力學(xué)性質(zhì)的影

6、響主要表現(xiàn)在以下 3 個方面： 降低巖體結(jié)構(gòu)面粗糙度并產(chǎn)生新的裂隙進(jìn)一步破壞 巖體的完整性，礦物成分發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)和構(gòu)造發(fā) 生變化。F）巖石的各向異性等其它因素。 影響巖體力學(xué)性質(zhì)的基本因素有：結(jié)構(gòu)體（巖石）力 學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)效應(yīng)（爬坡 角效應(yīng)，尺寸效應(yīng)和名向異性）和環(huán)境因素特別是地 下水和地應(yīng)力的作用。4. 通過試驗確定巖石試件強度指標(biāo)受如下因 素影響：1）試件尺寸。一般情況下，試件尺寸越大，獲得的 強度值越低。2）試件形狀。如正方體、長方體和圓柱體試件在同 樣加載條件下獲得的強度指標(biāo)不同。3）試件三維尺寸。如單軸試驗時，高徑比小的試件 所測得的強度指標(biāo)比高徑比大的試件

7、強度大。通常規(guī)定高徑比為 2.53.4）加載速率。加載速率越大，獲得的強度指標(biāo)越 高。5）溫度、濕度，加載路徑，荷載條件等也會影響巖 石試驗強度指標(biāo)。如飽和抗壓強度比干試件所測得 的強度指標(biāo)小。5. 巖體結(jié)構(gòu)分類方案： 巖體的定義：由巖塊和結(jié)構(gòu)面組成的天然地質(zhì)體。 第一依據(jù)：結(jié)構(gòu)面類型（結(jié)構(gòu)級序） 軟弱結(jié)構(gòu)面 I 級巖體結(jié)構(gòu)（有充填物） 堅硬結(jié)構(gòu)面 II 級巖體結(jié)構(gòu)（無充填物） 第二依據(jù)：結(jié)構(gòu)面切割程度及結(jié)構(gòu)體類型 （巖體結(jié)構(gòu)基本類型）I 級巖體結(jié)構(gòu)：塊狀巖體結(jié)構(gòu)塊裂結(jié)構(gòu) 板狀巖體結(jié)構(gòu)板裂結(jié)構(gòu)II 級巖體結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)面貫通切割碎裂結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)面斷續(xù)切割斷續(xù)結(jié)構(gòu) 無顯結(jié)構(gòu)面切割完整結(jié)構(gòu) 亞類劃分依據(jù)

8、：巖體的原生結(jié)構(gòu)塊狀的 塊狀碎裂結(jié)構(gòu)層狀的 層狀碎裂結(jié)構(gòu) 完整結(jié)構(gòu)巖體：受結(jié)構(gòu)面切割程度很低，完整性較 好的巖體。多半是碎裂結(jié)構(gòu)巖體中結(jié)構(gòu)面被后生壓 力愈合和膠結(jié)愈合作用而成。 塊裂結(jié)構(gòu)：該類巖體是由至少一組軟弱結(jié)構(gòu)面切割 及堅硬結(jié)構(gòu)面參與切割成塊狀結(jié)構(gòu)體的高級序巖體 結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)體為層狀原生結(jié)構(gòu)巖體，其軟弱結(jié)構(gòu) 面主要為斷層、層間錯動等參與切割的堅硬結(jié)構(gòu) 面一般延展較長，亦多數(shù)為錯動過的堅硬結(jié)構(gòu)面。 板裂結(jié)構(gòu)：主要發(fā)育于經(jīng)過褶皺作用的層狀巖體 內(nèi)受一組軟弱結(jié)構(gòu)面切割，結(jié)構(gòu)體呈板狀軟弱 結(jié)構(gòu)面主要為層間錯動面或塊狀原生結(jié)構(gòu)巖體內(nèi)的 似層間錯動面。結(jié)構(gòu)體多數(shù)為組合板狀結(jié)構(gòu)體，有 的亦為完整板狀結(jié)

9、構(gòu)體。 碎裂結(jié)構(gòu)巖體：被結(jié)構(gòu)面切割成大小不等、形狀不 一的碎塊?？煞譃閴K狀碎裂結(jié)構(gòu)巖體及層狀碎裂結(jié) 構(gòu)巖體兩亞類，它們的共同點是切割巖體的結(jié)構(gòu)面 是有規(guī)律的，即主要為原生結(jié)構(gòu)面及構(gòu)造結(jié)構(gòu)面。 塊狀碎裂結(jié)構(gòu)巖體結(jié)構(gòu)體塊度大，大多為1-2m ，但塊度較均勻。層狀碎裂結(jié)構(gòu)巖體塊度小，其塊度與 巖層厚度有關(guān)。 斷續(xù)結(jié)構(gòu)巖體：特點是顯結(jié)構(gòu)面不連續(xù)，對巖體切 而不斷，個別部分亦有連續(xù)貫通結(jié)構(gòu)但這種部位很 少，多數(shù)為不連續(xù)切割，形不成結(jié)構(gòu)體。宏觀上具 有連續(xù)介質(zhì)特點，微觀上多數(shù)不連續(xù)，應(yīng)力集中現(xiàn) 象明顯。散體結(jié)構(gòu)分兩亞類：碎屑狀散體結(jié)構(gòu)巖體 糜棱化散體結(jié)構(gòu)巖體 碎屑狀散體結(jié)構(gòu)巖體的特點是“雜亂無序”，即結(jié)

10、構(gòu)面無序分布、結(jié)構(gòu)面中有軟弱的也有堅硬的，結(jié) 構(gòu)體主要為角礫，常充填夾雜有泥質(zhì)成分。糜棱化 散體結(jié)構(gòu)巖體主要指斷層泥而言。巖體結(jié)構(gòu)的相對性及工程巖體結(jié)構(gòu)的唯一性：對于 工程巖體而言，由于工程規(guī)模和尺寸的變化，巖體 結(jié)構(gòu)也發(fā)生相對變化。因此，巖體結(jié)構(gòu)具有相對 性，只有在確定的地質(zhì)條件和工程尺寸條件下，工 程巖體結(jié)構(gòu)才是唯一確定的。實際巖體是比較復(fù)雜的，不是絕對的屬于哪一種結(jié) 構(gòu)，多數(shù)是介于這種和那種之間，在實際巖體結(jié)構(gòu) 劃分時，需要有一種模糊的觀點，只能擇其趨向而 定。6. 論述巖石流變特性以及巖石蠕變變形曲線 的基本特征。1 ）a.流變性定義：巖石的流變性是指巖石材料的應(yīng)力 -應(yīng)變與時間因素有

11、關(guān)的性質(zhì)，材料變形過程中具有 時間效應(yīng)的現(xiàn)象稱為流變現(xiàn)象。巖石的流變包括蠕 變、松弛和彈性后效。b. 蠕變、松弛與彈性后效蠕變：當(dāng)應(yīng)力不變時，變形隨時間增加而增長的現(xiàn) 象。松弛：當(dāng)應(yīng)變不變時，應(yīng)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(yīng)變滯后于應(yīng)力的 現(xiàn)象。c. 流變方程包括本構(gòu)方程、蠕變方程和松弛方程。所 有流變模型均可由三個基本元件組成，包括彈性元 件H，粘性元件 N和塑性元件 Y。2）蠕變變形曲線的基本特征當(dāng)巖石在某一較小的恒定荷載持續(xù)作用下，其變形 量雖然隨時間增加有所增加，但蠕變變形的速率則 隨時間而減少，最后變形趨于一個穩(wěn)定的極限值， 這種蠕變稱為穩(wěn)定蠕變。穩(wěn)定蠕變

12、一般不會導(dǎo)致巖 體整體失穩(wěn)。當(dāng)荷載較大時，超過巖石的長期強 度，蠕變不能穩(wěn)定于某一極限值，而是無限增長直 到破壞，這種蠕變稱為不穩(wěn)定蠕變。不穩(wěn)定蠕變最 終導(dǎo)致巖體整體失穩(wěn)破壞。典型的非穩(wěn)定型蠕變曲線可分為4個基本階段:瞬時彈性變形階段（0A）：oEd s（2）第一蠕變階段（AB）:-d t增加而減小，又稱減速蠕變階段。d芯0應(yīng)變速率迅速增 d t加直到巖石破壞。又稱加速蠕變階段。一種巖石既可發(fā)生穩(wěn)定蠕變也可發(fā)生不穩(wěn)定蠕變， 這取決于巖石應(yīng)力的大小，超過某一臨界應(yīng)力時， 蠕變向不穩(wěn)定蠕變發(fā)展，小于此臨界應(yīng)力時，蠕變 按穩(wěn)定蠕變發(fā)展。蠕變變形總量：；-；0 ；,t） * ；2（t） * ；3（t）

13、,式 中：；o為瞬時彈性應(yīng)變，；i（t）, ；2（t）, ；3（t）為與時間有關(guān)的一次蠕變、二次蠕變、三次蠕變。7. 巖體的長期強度一般情況下，當(dāng)荷載達(dá)到巖石瞬時強度（通常指巖石單軸抗壓強度）時，巖石發(fā)生破壞。在巖石承受荷載 低于其瞬時強度的情況下，如持續(xù)作用較長時間， 由于流變作用，巖石也可能發(fā)生破壞。因此，巖石 的強度是隨外載作用時間的延長而降低，通常把作 用時間t的強度（最低值）s:稱之為巖石的長期強 度。長期強度曲線及其指數(shù)型經(jīng)驗方程：確定巖石長期強度的方法一：通過不同應(yīng)力水平（71 7 2 7 3下的長期恒載實驗繪制的蠕變曲線 簇，確定其加速蠕變達(dá)到破壞前的應(yīng)力T及其荷載作用所經(jīng)歷的

14、時間t，并繪制破壞應(yīng)力與破壞時間之間的7 -t關(guān)系曲線，此曲線即為長期強度曲線，其水 平漸近線在應(yīng)力 T軸上的截距即為所求之長期強度SX。確定巖石長期強度的方法：通過不同應(yīng)力水平7 17 2 7 3下的長期恒載實驗繪制的蠕變曲線簇，確定荷載作用所經(jīng)歷的同一時間t時不同應(yīng)力7下的蠕變，并繪制應(yīng)力 7與蠕變之間的關(guān)系曲線，其對應(yīng)于tx的7 - 曲線的水平漸近線在應(yīng)力7軸上的截距即為所求之長期強度So&巖石的物理性質(zhì)1）巖石的容重（密度） 定義：單位體積的巖石的質(zhì)量稱為巖石的密度，單位體積（包括空隙的體積）的巖石的重力稱為巖石 的容重。 影響因素分類礦物成分、孔隙發(fā)育程度、含水量 測量方法量積法、水

15、中稱重法、蠟封法2）巖石的比重巖石的比重就是指巖石固體的重量與同體積水的重 量之比。巖石固體體積，就是指不包括孔隙體積在 內(nèi)的體積。巖石的比重可在實驗室進(jìn)行測定，其計算公式為：GsWd-Vs3）巖石的孔隙性定義：即巖石中發(fā)育有裂隙和孔隙的性質(zhì)?？紫抖龋杭疵枋鰩r石的裂隙和孔隙發(fā)育的程 度，其衡量指標(biāo)為孔隙率（n）或孔隙比（e）o閉型空隙：巖石中不與外界相通的空隙。開型空隙：巖石中與外界相通的空隙。4）巖石的水理性天然含水率、吸水性、透水性、軟化性、抗凍性5）巖石的碎脹性定義：巖石破碎后的體積比原體積增大的性能。碎脹系數(shù)：二如V其中： V和VP為巖石破碎前、后的體積。永久碎脹系數(shù)：巖石破碎后的體積

16、將隨時間的變化 而逐漸減小，并逐漸趨于穩(wěn)定，巖石體積不再發(fā)生變化是的碎脹系數(shù)即永久碎脹系數(shù)。9巖石的變形特性a. 巖石變形的定義所謂巖石的變形是指巖石在外界因素（通常指外力作 用）的影響下，所產(chǎn)生的形態(tài)變化。b. 巖石變形的表示方法在以應(yīng)力為縱軸、以應(yīng)變?yōu)闄M軸的直角坐標(biāo)系中繪 制的各類應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線來表述。c巖石變形的一般特征：1. 巖石一般不遵從虎克定律，在加載過程中也不出現(xiàn) 明顯的屈服極限點，其應(yīng)力一應(yīng)變曲線也非嚴(yán)格的 直線；2. 巖石一旦在外力作用下產(chǎn)生了變形，不論該變形 有多小，卸載后都或多或少地殘留有一定數(shù)量的永 久變形（亦稱塑性變形），且該永久變形的大小將隨 外力的增加而增大，

17、該現(xiàn)象在結(jié)構(gòu)疏散或軟巖中更 為突出；3. 反復(fù)加、卸載過程中，每對加、卸載曲線都不互相 重合，其間呈現(xiàn)所謂“塑性滯環(huán)”現(xiàn)象，這表明巖 石在反復(fù)加、卸載過程中，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線具有 明顯的非單值性。但若將加、卸載值固定，并反復(fù) 進(jìn)行，則相應(yīng)的“塑性滯環(huán)”的面積將可能隨加、 卸載循環(huán)次數(shù)的遞增而減少，且其卸載至零時的永 久變形量也隨循環(huán)次數(shù)的遞增而降低；4. 節(jié)理、裂隙較多的巖石，在受載初期在應(yīng)力-應(yīng)變 曲線上表現(xiàn)為彈塑性，而對于結(jié)構(gòu)致密堅硬的巖石，則在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上表現(xiàn)為彈脆性；5. 描述巖石的變形特性時，所采用的“線性”、“可 逆”等等術(shù)語，都是簡化近似的概念，而像“彈性 極限”、“彈性模量

18、”、“泊松比”等材料參數(shù)也 都是在一定條件下的近似值或平均值。d. 巖石變形的三種基本類別1）彈性變形工:在受外力作用的瞬間即產(chǎn)生全部變形，而去除外力（卸載）后又能立即恢復(fù)其原有形狀和尺寸的變形。2）塑性變形；p :受外力作用后產(chǎn)生變形，在外力去除（卸載）后變形不能完全恢復(fù)的變形。3）粘性變形：受外力作用后變形不能在瞬時完成，且其應(yīng)變率隨應(yīng)力增加而增加的變形。10. 巖體的水力學(xué)性質(zhì)1）巖體與土體滲流的區(qū)別土體的結(jié)構(gòu)疏松，以孔隙的為（除黃土具孔隙與裂隙 雙重介質(zhì)特征外）。土體的滲流特點：土體滲透性大小取決于巖性， 土體中顆粒愈細(xì)，滲透性愈差；土體可以看作多 孔連續(xù)介質(zhì)；土體的滲透性一般具有均質(zhì)

19、（或非均 質(zhì)）各向同性（黃土為各向異性）特點；土體滲流符合達(dá)西定律。巖體以裂隙滲流為主，巖體的滲流特點：巖體滲 透性大小取決于巖體中結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)及巖塊的巖 性；巖體滲流以裂隙導(dǎo)水，微裂隙和巖石孔隙儲 水為其特色；巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)滲流具有定向性； 巖體一般看作非連續(xù)介質(zhì)（對密集裂隙可看作等效連 續(xù)介質(zhì)）；巖體的滲流具有高度的非均質(zhì)性和各向 異性；一般巖體中的滲流符合達(dá)西滲流定律（巖溶 管道流一般屬紊流，不符合達(dá)西定律）；巖體滲流 受應(yīng)力場影響明顯；復(fù)雜裂隙系統(tǒng)中的滲流，在 裂隙交叉處，具有“偏流效應(yīng)”，即裂隙水流經(jīng)大 小不等裂隙交叉處時，水流偏向?qū)挻罅严兑粋?cè)流 動。11. 巖體空隙的結(jié)構(gòu)類型按巖體空

20、隙結(jié)構(gòu)分布： 多孔連續(xù)介質(zhì)；裂隙網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)；狹義雙重介 質(zhì)；廣義雙重介質(zhì)；巖溶管道網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)。按巖體空隙形成機理：原生空隙結(jié)構(gòu)；次生空隙結(jié)構(gòu)。按巖體空隙的表現(xiàn)形式：準(zhǔn)孔隙結(jié)構(gòu)；裂隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；孔隙裂隙雙 重結(jié)構(gòu)；溶隙管道（或暗河）雙重結(jié)構(gòu)。按巖體結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性：連續(xù)介質(zhì)；等效連續(xù)介質(zhì)；非連續(xù)介質(zhì)。12. 巖體的滲流問題巖體的滲透性：巖體允許透過流體的能力，用滲透 率、滲透系數(shù)、滲透率張量和滲透系數(shù)張量描述。 滲透率：表征巖體介質(zhì)特征的函數(shù)，描述了巖體介 質(zhì)的一種平均性質(zhì)，表示巖體介質(zhì)傳導(dǎo)流體的能 力。均質(zhì)各向同性多孔介質(zhì)：k（二）二cd 2e：單裂隙介質(zhì)：k（二）=b2ev裂隙系統(tǒng)，巖體的等效滲透率

21、：k（；）= b Se_:c：a為待定系數(shù)；入與巖體裂隙粗糙度有關(guān)的系數(shù)， 裂隙平直光滑無充填物時，入=1/12，否則入1/12 ；b初始應(yīng)力狀態(tài)下單裂隙隙寬；d巖體顆粒的有效粒徑。滲透系數(shù)：也叫水力傳導(dǎo)系數(shù)（率），是巖體介質(zhì)特 征和流體特征的函數(shù)。描述了巖體介質(zhì)和流體的一 種平均性質(zhì)。表征地下水流經(jīng)空間內(nèi)任一點、某一 區(qū)域或裂隙段上介質(zhì)的滲透性。巖體裂隙介質(zhì)，滲透系數(shù)：Kf（；）= kf （匚）/若考慮異常溫度：Kf（；,T） =kdT）g/叫T）；（T ；-o：1（TIo）T溫度下流體的密度巖i（T）二e=（T：Co）T溫度下流體的動力粘度 體的滲透率張量：描述巖體介質(zhì)各個方向上的不同 滲

22、透性能。巖體空間內(nèi)不同點上滲透率張量構(gòu)成了 巖體系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)的滲透率張量場。與裂隙幾何形狀（如裂隙寬、間距或密度、粗糙度等）有關(guān)； 巖體的滲透系數(shù)張量：描述巖體介質(zhì)和介質(zhì)內(nèi)流動 的流體在空間同一點上不同方向上的滲透性能的 量。K（GT） =kW（T）g/（T）巖體k）應(yīng)力作用下巖體介質(zhì)的滲透率張量空間上不同點或不同區(qū)域上平均滲透系數(shù)張量的集 合。與裂隙幾何形狀和流體的性質(zhì)（容重和粘滯性 等）。13地下水滲流對巖體力學(xué)性質(zhì)的影響 物理作用：潤滑作用、軟化和泥化作用、結(jié)合水的強化作用 化學(xué)作用：離子交換、溶解和溶蝕作用、水化作用、水解作 用、氧化還原作用、沉淀作用及超滲透作用等。 力學(xué)作用：空隙靜水

23、壓力通過減小有效應(yīng)力降低巖土體的強 度和使巖體裂隙擴容變形，空隙動水壓力以切向推 力降低巖土體抗剪強度。未充滿空隙的地下水使巖土體中的有效應(yīng)力增加：二-二二+p充滿空隙的地下水使巖土體中的有效應(yīng)力減?。憾?-P多孔連續(xù)介質(zhì)巖土體中充滿流動的地下水時有靜水壓力和動水壓力，動水壓力：-d = J （ 丫為容重，J為水力梯度）裂隙巖體中充滿地下水時，地下水對裂隙壁面有 垂直于裂隙壁面的靜水壓力和平行于裂隙壁面的動bY水壓力。動水壓力：dJ2b為裂隙寬度。14巖體的質(zhì)量評價及分類巖體質(zhì)量評價及分類的意義：由于組成巖體的巖石 性質(zhì)、組織結(jié)構(gòu)不同，以及巖體中結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況 差異，致使巖體力學(xué)性質(zhì)相當(dāng)復(fù)雜。

24、為了在工程設(shè) 計與施工中能區(qū)分出巖體質(zhì)量的好壞和表現(xiàn)在穩(wěn)定 性上的差別，需要對巖體做出合理分類，作為選擇 工程結(jié)構(gòu)參數(shù)、科學(xué)管理生產(chǎn)以及評價經(jīng)濟(jì)效益的 依據(jù)之一，同時也是巖石力學(xué)與工程應(yīng)用方面的基 礎(chǔ)性工作。分類方法：按目的，分為綜合性分類和專題性分 類；按所涉及的因素多少，分為單因素分類與多因 素分類。單一因素分類法：A按巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD ）分類分類很差差一般好很好RQD90B按巖體結(jié)構(gòu)類型分類考慮各類結(jié)構(gòu)的地質(zhì)成因，突岀巖體的工程地質(zhì)特 性。首先把巖體結(jié)構(gòu)分為：整塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié) 構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)和散體結(jié)構(gòu)，對前三類中每一類又分 為23個亞類。此種分類方法對重大巖體工程地質(zhì) 評價比較好。多

25、因素綜合分類方法：A、乘積法與和差法：乘積法：根據(jù)各參數(shù)分級評分值的乗積值對巖體進(jìn) 行分類。和差法：根據(jù)各參數(shù)分級評分值的代數(shù)和對巖體進(jìn) 行分類。B、按巖體質(zhì)量分級分類： 巖體基本質(zhì)量指標(biāo) BQ :按BQ值和巖體質(zhì)量的定性特征將巖體劃分如下：InIVV550550451450351350251250地下工程BQ值還考慮地下水影響修正系數(shù)、主要軟 弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)、天然應(yīng)力影響修正系 數(shù)進(jìn)行修正，修正后的 BQ值：對于邊坡巖體和地基巖體分級的修正，未作嚴(yán)格規(guī)定。C、 按巖體地質(zhì)力學(xué)分級分類（ CSIR法）該分類指標(biāo)值 RMR由巖塊強度、RQD值、節(jié)理間 距、節(jié)理條件及地下水 5種指標(biāo)組成

26、。分類時，各種 指標(biāo)的數(shù)值按一定標(biāo)準(zhǔn)評分，求和得總分 RMR值, 再作適當(dāng)修正，從而求得所研究巖體的類別（ 5級） 及相應(yīng)的無支護(hù)地下工程的自穩(wěn)時間和巖體強度指 標(biāo)（c）值。D、巴頓巖體質(zhì)量（Q）分類（NGI法）Jn 節(jié)理組數(shù)；j r 節(jié)理粗糙系數(shù)Ja 節(jié)理水折減系數(shù)；SRF 應(yīng)力折減系數(shù)。該分類反映了巖石質(zhì)量的三個方面:RQD為巖體的完整性;止表示結(jié)構(gòu)面（節(jié)理）的形態(tài)、充填物特征及其次 生變化程度；表示水與其它應(yīng)力存在時對巖體SRF質(zhì)量的影響。分類時，根據(jù)這 6個參數(shù)的 實測資 料，確定各自的數(shù)值，求得 Q值把巖體分成 9類。Q分類法考慮的地質(zhì)因素較全面，把定量評價與定性 分析結(jié)合起來了，對

27、軟、硬巖體均適用，在處理極 軟弱巖體中，推薦采用此分類法。巖體質(zhì)量評價及其分類的發(fā)展趨勢： 運用多因素綜合指標(biāo)。力求充分考慮各種因素的 影響和相互關(guān)系，把巖體的結(jié)構(gòu)和巖石質(zhì)量因素作 為影響巖體質(zhì)量的主要因素和指標(biāo)。 定性與定量的結(jié)合。 盡量利用簡易巖體力學(xué)測試技術(shù)。如鉆孔巖芯， 波速測試、點荷載試驗等，減少昂貴的大型試驗。 重視新理論與新方法。如計算機、專家系統(tǒng)、模 糊評價等。 充分結(jié)合工程巖體處理方法和工程施工方法，進(jìn) 行分類與參數(shù)估算的定量關(guān)系建立。15地應(yīng)力測試的必要性定義：地應(yīng)力是存在于地層中的未受工程擾動的天然應(yīng)力，也稱巖體初始應(yīng)力、絕對應(yīng)力或原巖應(yīng)力。主要由構(gòu)造應(yīng)力也自重應(yīng)力構(gòu)成。

28、成因：大陸板塊邊界受壓引起的地應(yīng)力場；地 幔熱對流引起的地應(yīng)力場；由地心引力引起的地 應(yīng)力場；巖漿侵入引起的地應(yīng)力場；地溫梯度 引起的地應(yīng)力場；地表剝蝕引起的地應(yīng)力場。另 外，地球旋轉(zhuǎn)、地球內(nèi)應(yīng)力、地殼非均勻擴容、溫 度不均、水壓梯度及其它物理化學(xué)變化等也會引起 相應(yīng)地應(yīng)力場。a）它是引起各種地下或露天巖石開挖工程變形和破壞 的根本作用力。是確定工程巖體力學(xué)屬性，進(jìn)行圍 巖穩(wěn)定性分析，實現(xiàn)巖石工程開挖設(shè)計和決策科學(xué) 化的必要前提條件。區(qū)別于結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)其 他力學(xué)。b）傳統(tǒng)的巖石工程的開挖設(shè)計和施工的經(jīng)驗類比法有 局限性。小規(guī)模和地表的巖石工程，經(jīng)驗類比的方 法往往是有效的。大規(guī)模和深部的

29、巖石工程，經(jīng)驗 類比法有不足。常造成各種傷亡事故。因而必須有 地應(yīng)力作為依據(jù)科學(xué)依據(jù)進(jìn)行開挖設(shè)計。c）是巖石工程數(shù)值分析方法計算分析的必要前提條 件。只有以地應(yīng)力依據(jù)的數(shù)值分析計算才具有實用 性并且才是有價值的。d）地應(yīng)力應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。如對地震預(yù)報、區(qū)域地殼穩(wěn) 定性評價、油田油井的穩(wěn)定性、核廢料的儲存、巖 爆、煤與瓦斯突出的研究及地球動力學(xué)的研究等也 具有重要意義。e）為了對各種巖石工程進(jìn)行科學(xué)合理的開挖設(shè)計和施 工，做岀既經(jīng)濟(jì)又安全實用的工程設(shè)計。必須找岀 影響工程開挖及工程穩(wěn)定性的各種因素，而地應(yīng)力 是其中一個最重要最根本的因素之一。16. 試論述巖體中的初始地應(yīng)力及分布規(guī)律 a定義：地應(yīng)

30、力是存在于地層中的未受工程擾動的天 然應(yīng)力，也稱巖體初始應(yīng)力、絕對應(yīng)力或原巖應(yīng)力。b. 組成：自重應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力、熱應(yīng)力、地震應(yīng)力、 擾動應(yīng)力c. 地應(yīng)力的成因大陸板塊邊界受壓、地幔熱對流、地心引力、巖漿 侵入、地溫梯度、地表剝蝕等引起的地應(yīng)力場。d. 地應(yīng)力分布的基本規(guī)律（歸納）地應(yīng)力是一個具有相對穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應(yīng)力場，它是時間和空間的函數(shù)；小范圍變化明顯，而就某 個地區(qū)整體而言變化不大。實測垂直應(yīng)力基本等于上覆巖層的重量；平均容重 27kN /m3。水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力；比值在0.55.5之間，多數(shù)情況下大于 2。平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值隨深度增加而減小，并向1趨近，但在不同地區(qū)變

31、化的速度不同；地 殼深部有可能出現(xiàn)靜水壓力。最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力也隨深度呈線 性增長關(guān)系；最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力之值一般相差1.較大，顯示岀很強的方向性；皿 二0.2 0.8，Smax多數(shù)情況下為 0.40.8.地應(yīng)力分布受地形、地表剝蝕、風(fēng)化、巖體結(jié)構(gòu) 特征、巖體力學(xué)性質(zhì)、溫度和地下水等因素的影 響。特別是地形和斷層的擾動影響最大。谷底是應(yīng) 力集中的部位，斷層和結(jié)構(gòu)面附近，地應(yīng)力分布受 擾動明顯。17. 按地應(yīng)力測試原理不同，測量方法分類按地應(yīng)力測試原理不同，測量方法分為直接測量和 間接測量兩大類。直接測量：由測量儀器直接測量和記錄各種應(yīng)力 量，如補償應(yīng)力、恢復(fù)應(yīng)力、平衡應(yīng)

32、力，并由這些 應(yīng)力量和原巖應(yīng)力的相互關(guān)系，通過計算獲得原巖 應(yīng)力值。在計算過程中并不涉及不同物理量的換算，不需要 知道巖石的物理力學(xué)性質(zhì)和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。扁千斤 頂法、水壓致裂法、剛性包體應(yīng)力計法和聲發(fā)射法 均屬于直接測量法。其中水壓致裂法目前應(yīng)用最廣 泛，聲發(fā)射法次之。間接測量法：此方法不是直接測量應(yīng)力量，而是 借助某些傳感元件或某些介質(zhì)，測量和記錄巖體中 某些與應(yīng)力有關(guān)的間接物理量的變化，如巖體中的 變形和應(yīng)變，巖體的密度、滲透性、吸水性、電 阻、電容的變化，彈性波傳播速度的變化等，然后 由測得的間接物理量的變化，通過已知的公式計算 巖體中的應(yīng)力值。在計算過程中，首先必須確定巖體的某些物理力

33、學(xué) 性質(zhì)以及所測量物理量和應(yīng)力的相互關(guān)系。測量方 法有套孔應(yīng)力解除法和其他應(yīng)力或應(yīng)變解除法以及 地球物理方法等。其中套孔應(yīng)力解除法目前應(yīng)用最 廣泛最成熟。18扁千斤頂法測量地應(yīng)力步驟： 在準(zhǔn)備測量應(yīng)力的巖石表面，如地下巷道、硐室 的表面，安裝兩個測量柱，并用微米表測量兩柱間 距；在與兩測量柱對稱的中間位置用盤鋸向巖體內(nèi)開 挖一個垂直于測量柱連線的扁槽（一般厚度為 510mm，與扁千斤頂尺寸一致）；由于開挖造成局 部應(yīng)力釋放并引起測量柱間距的變化，測量并記錄 這一變化。將扁千斤頂完全塞入槽內(nèi)，必要時作膠結(jié)處理， 然后用液壓泵給千斤頂加壓，使兩測量柱的間距恢 復(fù)到開挖前大小，停止加壓，并記錄千斤頂

34、中的“平衡應(yīng)力”或“補償應(yīng)力”。此應(yīng)力即等于扁槽 開挖前表面巖體中垂直于千斤頂方向也即平行于兩 測量柱連線方向的應(yīng)力。值得注意的是，在試驗前 需對千斤頂進(jìn)行標(biāo)定。扁千斤頂法是基于巖體完全線彈性的假設(shè)的測量方 法。測量的是一種一維應(yīng)力并且是一種受開挖擾動 的次生應(yīng)力場，而非原巖應(yīng)力場。佃剛性包體應(yīng)力計法測量原理：剛性包體應(yīng)力計主要組成部份是一個由鋼、 銅合金或其他硬質(zhì)金屬材料制成的空心圓柱，在其 中心部位有一個壓力傳感元件。理論表明：位于一個無限體中的剛性包體，當(dāng)周圍 巖體中的應(yīng)力發(fā)生變化時，在剛性包體中會產(chǎn)生一 個均勻分布的應(yīng)力場，該應(yīng)力場大小與巖體中應(yīng)力場變化存在一定比例關(guān)系。即當(dāng)剛性包體的

35、彈性模 量超過巖體的彈性模量的5倍后，在巖體中任一方位的應(yīng)力變化會在包體中相同方位引起1.5倍的應(yīng)力。因此只要測量岀剛性包體中的應(yīng)力變化就可知道巖 體中的應(yīng)力變化。測量步驟：首先在測點打一鉆孔，然后將該圓柱擠 壓進(jìn)鉆孔中，使圓柱與鉆孔壁緊密接觸。當(dāng)鉆孔周 圍壓力發(fā)生變化時，應(yīng)力計中壓力變化通過相應(yīng)電 阻應(yīng)變片輸出，通過記錄此壓力變化，就可知道巖 體中應(yīng)力變化。剛性包體應(yīng)變計有很高的穩(wěn)定性，因而可用于對現(xiàn) 場巖體應(yīng)力變化的長期監(jiān)測，通常只能測岀垂直于 鉆孔平面的單向或雙向應(yīng)力變化，而不能用于測量 原巖應(yīng)力。其中鋼弦應(yīng)力計靈敏度最高。20. 水壓致裂法測量步驟：原理：當(dāng)一個位于無限體中的鉆孔受到無

36、窮遠(yuǎn)處二 維應(yīng)力場的作用時，離開鉆孔端部一定距離的部位 處于平面應(yīng)變狀態(tài)。在這些部位，鉆孔周邊的應(yīng)力：二r =0，其中二r分別為鉆孔周邊的切向應(yīng)力和徑向應(yīng)力；二為周邊一點與；1軸的夾角。當(dāng)V - 0時，取得最小值，此時二十3二2-6。用水壓致裂系統(tǒng)將鉆孔某段封隔起來，并向該段鉆孔注入高壓水，當(dāng)水壓超過21和巖石抗拉強度T之和后，在 V - 0。處，也即二i所在方位將發(fā)生孔壁開裂。開裂水壓：P =3；2 -；1 T。如果繼續(xù)向封隔段注水使裂隙進(jìn)一步擴展，當(dāng)裂隙深度達(dá)到3倍鉆孔直徑時，此處已接近原巖應(yīng)力狀態(tài)，停止加壓，保持壓力恒定，將該恒定壓力記為 Ps。則Ps應(yīng)和原巖應(yīng)力平衡，即Ps 2。只要測

37、岀巖石的抗拉強度T即可由R和Ps求岀二1和二2。當(dāng)初始裂隙產(chǎn)生后，卸除水壓使裂隙閉合，然后再向封隔段加壓使裂隙重新打開，記錄重開壓力Pr，則P二3二2 - 6 F0，這樣求二1和二2就不用求抗 拉強度T 了。測量步驟：1 ）打鉆孔到準(zhǔn)備測量應(yīng)力的部位，并將 鉆孔中待加壓段用封隔器封隔。2）向隔離段加入高壓水，直到孔壁開裂，記錄開裂壓力R。繼續(xù)加壓擴張裂隙，當(dāng)裂隙擴張到三倍直徑深度時，保持水壓恒定，記錄此關(guān)閉FS，最后卸壓使裂隙閉合。同時記錄壓力-時間曲線圖和流量-時間曲線圖。3 ）重新向密封段注入高壓水使裂隙重新打開，記錄裂隙重開壓力Fr和恒定關(guān)閉壓力 Fs。重復(fù)這樣的加-卸壓過程23次，提高

38、測量精度。4）將封隔段完全卸壓，將種設(shè)備取出。5）測量水壓致裂裂隙和鉆孔試驗段的天然節(jié)理、裂隙 的位置、方向和大小。優(yōu)缺點與適用范圍：a）水壓致裂測量結(jié)果只能確定垂 直于鉆孔平面內(nèi)的最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力的大小 和方向，是一種二維應(yīng)力測量方法。b）水壓致裂法認(rèn)為初始開裂發(fā)生在鉆孔壁切向應(yīng)力最 小的部位，亦即平行于最大最應(yīng)為的方向，這是基 于巖石連續(xù)、均質(zhì)和我各向同性的假設(shè)。因此，水 壓致裂較為適用于完整的脆性巖石中。c）水壓致裂的突岀優(yōu)點是能測量深部應(yīng)力。最大測深 已達(dá)5000m.并且也是深部應(yīng)力測量最經(jīng)濟(jì)實用的測 量方法。21. 聲發(fā)射法測量原理材料受到外荷載作用時，其內(nèi)部貯存的應(yīng)變能快速

39、釋放產(chǎn)生彈性波，發(fā)生聲響，稱為聲發(fā)射。巖石材 料的應(yīng)力從其歷史最高水平釋放后，再重新加載， 當(dāng)應(yīng)力未達(dá)到先前最大應(yīng)力值時，很少有聲發(fā)射產(chǎn) 生，而當(dāng)應(yīng)力達(dá)到和超過歷史最高水平后，則大量 產(chǎn)生聲發(fā)射，這一現(xiàn)象叫凱澤效應(yīng)。從很少有聲發(fā) 射到大量產(chǎn)生聲發(fā)射的轉(zhuǎn)折點稱為凱澤點。凱澤點 對應(yīng)的應(yīng)力即為材料先前受到的最大應(yīng)力。通過對 巖石試件不同方向進(jìn)行加載聲發(fā)射試驗測定巖石材 料的凱澤點，可以確定巖石試件以前所受的最大應(yīng) 力，并進(jìn)而求岀取樣點的原始三維應(yīng)力狀態(tài)。由于聲發(fā)射與彈性波傳播有關(guān)，所以高強度的脆性 巖石有較明顯的聲發(fā)射凱澤效應(yīng)岀現(xiàn)，而多孔隙低 強度及塑性巖體的凱澤效應(yīng)不明顯，所以不能用聲 發(fā)射法測

40、定比較軟弱疏松巖體中的應(yīng)力。測量步驟：1 ）試件制備。從現(xiàn)場鉆孔提取巖石試 樣，試樣在原環(huán)境狀態(tài)下的方向必須確定，將試樣 加工成高徑比為 23的圓柱體試件，為了確定測點 三維應(yīng)力狀態(tài)，必須在該點的巖樣中沿六個不同方向制備試件。每個方向的試件為1525塊。2 ）聲發(fā)射測試。將試件放在單軸壓縮試驗機上加 壓，并同時監(jiān)測加壓過程中從試件中產(chǎn)生的聲發(fā)射 現(xiàn)象。凱澤效應(yīng)一般發(fā)生在加載的初期，故加載系 統(tǒng)應(yīng)選用小噸位應(yīng)力控制系統(tǒng)，并保持加載速率。并繪制應(yīng)力-聲發(fā)射事件數(shù)（速率）曲線確定每次試驗 的凱澤點。3）計算地應(yīng)力。根據(jù)獲得的凱澤點，就可以確定試件軸線方向先前受到的最大應(yīng)力值。25個試件獲得一個方向的

41、統(tǒng)計結(jié)果，六個方向的應(yīng)力值即可確定 取樣點的歷史最大三維應(yīng)力狀態(tài)。22. 套孔應(yīng)力解除法測量步驟：1）從巖體表面，一般是從地下巷道、隧 道、峒室或其他開挖體的表面向巖體內(nèi)部打大孔（直 徑130150mm深度約為相應(yīng)峒室跨度的2.5倍以上）,直到需要測量巖體應(yīng)力的部位。2）從大孔底上揚 13度打同心小孔（直徑3638mm 深度為孔徑的10倍左右），清理干凈。3）用一套專用裝置將測量探頭如孔徑變形計、孔壁 應(yīng)變計等安裝（固定或膠結(jié)）到小孔中央部位。4 ）用第一步打大孔用的薄壁鉆頭繼續(xù)延深大孔，從 而使小孔周圍巖芯實現(xiàn)應(yīng)力解除。由于應(yīng)力解除引 起的小孔變形或應(yīng)變由包括測試探頭在內(nèi)的量測系 統(tǒng)測定并通

42、過記錄儀器記錄下來。根據(jù)測得的小孔 變形或應(yīng)變通過有關(guān)公式即可求岀小孔周圍的原巖 應(yīng)力狀態(tài)。套孔應(yīng)力解除法可分為孔徑變形法、孔底應(yīng)變法、孔壁應(yīng)變法、空心包體應(yīng)變法和實心包體變形法五種。23. 試論述庫侖準(zhǔn)則的基本內(nèi)容并簡單說明 對其研究的工程實際意義。a. 基本觀點：庫侖認(rèn)為，巖石的破壞主要是剪切破 壞，巖石的強度等于巖石本身抗剪切摩擦的粘結(jié)力 和剪切面上法向力產(chǎn)生的摩擦力，即平面中的剪切 強度。b. 用正應(yīng)力和剪應(yīng)力表述的庫侖準(zhǔn)則：庫侖準(zhǔn)則可用莫爾極限應(yīng)力圓直觀的圖解表示。即為：勺=c +cr tan 或卜| 一$ tan = c式中，T為剪切面上的剪應(yīng)力；b為剪切面上的正應(yīng)力；c為粘結(jié)力；

43、為內(nèi)摩擦角。圖中直線AL表示方程所確定的準(zhǔn)則，斜率為f = tan ,c為截距，平面上應(yīng)力b和T有主應(yīng)力b 1和b 3的應(yīng)力圓決定。 如果應(yīng)力圓上的點在 AL之下，材料不發(fā)生破壞，點 在AL之上，材料破壞，點在線上，材料處于極限平 衡狀態(tài)。c. 用主應(yīng)力表述的庫侖準(zhǔn)則：基于庫倫準(zhǔn)則和實驗結(jié)構(gòu)分析，有下圖給岀的簡單 而有用的準(zhǔn)則表示，表達(dá)式：f -sjf+l + f =2c1（-1c ）21；-3 = -；” 1（ ；- 1c ）2坐標(biāo)系中的庫侖準(zhǔn)則完整強度曲線： 從圖中可以看到巖石可能發(fā)生以下四種破壞： 當(dāng)0 （T 1 1/2 b c （ b 3 = -（T t）時，巖石屬單軸拉伸破 斷。當(dāng)1

44、/2 b c b 1 b c （ - b 1 b 3 b c （ b 3 0 ）時，巖石屬雙軸拉伸破斷。直線AP的傾角一：為：由此看來，在主應(yīng)力 b 1, b 3坐標(biāo)平面的庫倫準(zhǔn)則可 以利用單軸抗壓強度和抗拉強度來確定。其研究的工程實際意義在研究實驗中，用壓力機、直剪儀、扭轉(zhuǎn)儀及三 軸儀，現(xiàn)場做直剪試驗和三軸試驗，以確定強度 參數(shù)；在工程實踐中，用于解決地表開挖的巖石 工程問題，如水庫邊坡、高壩岸坡、渠道、運 河、路塹、露天開采坑等天然和人工邊坡的穩(wěn) 定、變形及加固問題。24莫爾強度理論 基本觀點：莫爾認(rèn)為，到極限狀態(tài)時，滑動平面上 的剪應(yīng)力達(dá)到一個取決于正應(yīng)力與材料性質(zhì)的最大值。并可用下列函

45、數(shù)關(guān)系表示：.二f （二），在.-匚坐標(biāo)系中為一條對稱于匚軸的曲線，它可以通過試驗求得，即由各種應(yīng)力狀態(tài)（單軸拉伸、單軸壓縮及 三軸壓縮）下的破壞莫爾應(yīng)力圓包絡(luò)線求得。包絡(luò)線 具體表達(dá)式可根據(jù)試驗結(jié)果擬合求得，各破壞莫爾 圓的外公切線，就是莫爾強度包絡(luò)線。利用這條曲 線可判斷巖石中一點是否會發(fā)生剪切破壞。在事先給出的莫爾包絡(luò)線上，疊加上反映實際試件 應(yīng)力狀態(tài)的莫爾應(yīng)力圓。如果應(yīng)力圓與包絡(luò)線相切 或相割，則研究點將產(chǎn)生破壞；如果應(yīng)力圓位于包 絡(luò)線下方，則不會發(fā)生破壞，曲線類型：斜直線型、二次拋物線型、雙曲線型， 其中斜直線型與庫侖準(zhǔn)則基本一致，可以認(rèn)為是莫 爾準(zhǔn)則的特例。通常為拋物線型。優(yōu)點及適

46、用范圍：莫爾強度理論實質(zhì)上是一種剪應(yīng) 力強度理論。該理論比較全面反映巖石的強度特 征，既適用于塑性巖石也適用于脆性巖石的剪切破 壞。同時也反映了巖石抗拉強度遠(yuǎn)小于抗壓強度這 一特性，并能解釋巖石三向等拉時會破壞，而三向 等壓時不會破壞。莫爾理論目前應(yīng)用廣泛。莫爾判據(jù)忽略了中間主應(yīng)力的影響，與試驗結(jié)果有 一定出入，另外，該判據(jù)只適用于剪破壞，受拉區(qū) 的適用性有待研究，并且不適用于膨脹或蠕變破 壞。25.結(jié)構(gòu)面及其性質(zhì)結(jié)構(gòu)面：巖體內(nèi)存在的各種地質(zhì)界面，包括物質(zhì)分異面和不連續(xù)面，如假整合、不整合、褶皺、斷 層、層面、節(jié)理和片理等。這些不同成因、不同特 性的地質(zhì)界面統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)面（弱面）?；緦傩裕壕哂?/p>

47、一定厚度的面的幾何屬性。變形機理：上、下盤巖體的閉合或滑移。按結(jié)構(gòu)面成因分類：1）原生結(jié)構(gòu)面（沉積結(jié)構(gòu)面、火成結(jié)構(gòu)面、變質(zhì)結(jié)構(gòu)面）；2）構(gòu)造結(jié)構(gòu)面（如劈理、節(jié)理、斷層、層間錯動面 等）;3）次生結(jié)構(gòu)面（卸荷裂隙、爆破裂隙、風(fēng)化裂隙、風(fēng)化夾層及泥化夾層）。按結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度和規(guī)模分類：I級結(jié)構(gòu)面。一般泛指對區(qū)域構(gòu)造起控制作用的斷 裂帶，延伸數(shù)十公里，深度可切穿一個構(gòu)造層，破 碎帶寬度在數(shù)米至數(shù)十米以上。實測結(jié)構(gòu)面。H級結(jié)構(gòu)面。主要包括不整合面、假整合面、原生 軟弱夾層、層間錯動帶、斷層侵入接觸帶、風(fēng)化夾 層等。延伸數(shù)百米至數(shù)公里，破碎帶寬度比較窄， 幾厘米至數(shù)米。實測結(jié)構(gòu)面。皿級結(jié)構(gòu)面。各種類型的

48、斷層、原生軟弱夾層、層 間錯動帶等。實測結(jié)構(gòu)面。W級結(jié)構(gòu)面。節(jié)理、劈理、片理、層理、卸荷裂 隙、風(fēng)化裂隙等。延展數(shù)米，未錯動，不夾泥，有 的呈弱結(jié)合狀態(tài)，統(tǒng)計結(jié)構(gòu)面。V級結(jié)構(gòu)面。微小節(jié)理，隱微裂隙和線理等。連續(xù) 性極差，剛性接觸的細(xì)小或隱微小裂面，統(tǒng)計結(jié)構(gòu) 面。按結(jié)構(gòu)面慣通情況分類：非慣通性結(jié)構(gòu)面、半慣通性結(jié)構(gòu)面、慣通性結(jié)構(gòu)面。結(jié)構(gòu)面的狀態(tài)對巖體工程性質(zhì)的影響：結(jié)構(gòu)面的產(chǎn) 狀、形態(tài)、延展尺度、充填物、發(fā)育程度和密集程 度對巖體強度和工程穩(wěn)定性的影響。其中結(jié)構(gòu)面密集程度：包括巖體裂隙度 K （沿取樣線方向單位長度上的節(jié)理 數(shù)量）和切割度Xe （巖體被切割的程度，節(jié)理面面積 與該斷面面積之比）X實

49、際切割度Xv:即巖體被某組結(jié)構(gòu)面切割的程度Xv，其大小為該 巖體的裂隙度與其切割度的乘積：結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)：法向變形：在法向荷載作用下，巖石粗糙結(jié)構(gòu)面的 接觸面積和接觸點數(shù)隨荷載增大而增加，結(jié)構(gòu)面間 隙呈非線性減小，應(yīng)力與法向變形之間呈指數(shù)關(guān) 系。當(dāng)荷載去除時，將引起明顯的后滯和非彈性效 應(yīng)。剪切變形：結(jié)構(gòu)面在法向應(yīng)力作用下，a）對非充填粗糙結(jié)構(gòu)面，隨剪切變形發(fā)生，剪切應(yīng)力 相對上升較快，當(dāng)達(dá)到剪應(yīng)力峰值后，結(jié)構(gòu)面抗剪 能力岀現(xiàn)較大的下降，并產(chǎn)生不規(guī)則的峰后變形或 滯滑現(xiàn)象；b）對于平坦（或有充填物）的結(jié)構(gòu)面，初始階段的剪 切變形曲線呈下凹型，隨著剪切變形的持續(xù)發(fā)展， 剪切應(yīng)力逐漸升高但沒有明

50、顯的峰值岀現(xiàn)，最終達(dá) 到恒定值，有時也岀現(xiàn)剪切硬化。剪脹：剪切過程中產(chǎn)生的法向移動分量稱為剪切。 結(jié)構(gòu)面的剪切變形與巖石強度、結(jié)構(gòu)面粗糙度（凸臺 角i）和法向力密切有關(guān)。c）結(jié)構(gòu)面的抗剪強度一般用庫侖準(zhǔn)則表述。低法向應(yīng) 力時的剪切，結(jié)構(gòu)面有剪切位移和剪脹；高法向應(yīng) 力時，凸臺被剪斷，結(jié)構(gòu)面抗剪強度最終變成殘余 抗剪強度。結(jié)構(gòu)面的尺寸效應(yīng)：1）當(dāng)結(jié)構(gòu)面試塊長度從 56cm增加到3640cm時, 平均峰值摩擦角降低 812度。2 ）隨試塊面積增加，平均峰值剪切應(yīng)力呈減少趨 勢。3）隨結(jié)構(gòu)面尺寸的增大，達(dá)到峰值強度時的位移量 增大；4）由于尺寸的增大，剪切破壞形式由脆性破壞向延性 破壞轉(zhuǎn)化；5）尺寸

51、加大，峰值剪脹角減?。?）隨結(jié)構(gòu)面粗糙度減小，尺寸效應(yīng)也在減小。結(jié)構(gòu)面的強度與峰值剪脹角是引起尺寸效應(yīng)的基本 因素。當(dāng)法向應(yīng)力增大時，結(jié)構(gòu)面的尺寸效應(yīng)將隨 之減小。結(jié)構(gòu)面的強度效應(yīng)：巖石力學(xué)基本概念：結(jié)構(gòu)體：被各種結(jié)構(gòu)面切割成的巖石塊體。巖石力學(xué)性質(zhì)：巖體抵抗外力作用的能力，包括巖體的穩(wěn)定性特征、強度特征和變形特征?；拘螤睿簤K狀、柱狀、板狀、菱形、楔形、錐形巖石的碎脹性：巖石破碎后的體積比原體積大的性 能。巖體結(jié)構(gòu)：不同類型的巖體結(jié)構(gòu)單元在巖體內(nèi)的組合、排列形式。巖體結(jié)構(gòu)要素：包括結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)面。巖石的強度：巖石在各種荷載作用下達(dá)到破壞時所能承受的最大應(yīng)力。體積力：分布在物體體積內(nèi)的力，如重力和慣性力。表面力：分布在物體表面的力，如流體壓力和接觸力。巖石的本構(gòu)關(guān)系：巖石的應(yīng)力或應(yīng)力速率與其應(yīng)變 或應(yīng)變速率的關(guān)系。彈性：物體加載時產(chǎn)生變形，卸載后變形可完全恢 復(fù)的性質(zhì)。塑性：卸載后變形不能完全恢復(fù)的性質(zhì)。流變性：外界條件不變，物體