巖石力學(xué)復(fù)習(xí)提綱

1、巖石力學(xué)復(fù)習(xí)提綱一、名詞解釋：1、巖體2、彈性3、脆性4、三軸抗壓強度5、抗壓強度&抗拉強度7、抗剪 強度&莫爾強度理論9、強度判據(jù)10、穩(wěn)定性系數(shù)11、蠕變12、殘余強度14、剪切剛度15、強度理論16、剪切剛度17、八面體強度理論18、極限強度 19、蠕變20、孔隙比21、法向剛度22、圍巖應(yīng)力23、軟化系數(shù)24、變形模量25、幾何邊界條件26、長期強度27、主應(yīng)力29、主平面30、結(jié)構(gòu)面31、滑坡 32、塑性33、圍巖抗力系數(shù)34、變形模量35、彈性模量36、動彈性模量37、天然應(yīng)力38、強度曲線39、內(nèi)摩擦角40、切線模量41、巖體力學(xué)42、應(yīng)力松 弛43、重分布應(yīng)力4

2、4、圍巖壓力45、圍巖抗力46、強度47、彈性極限48、強 度極限49、脆性破壞50、滲透系數(shù)52、割線模量53、爬坡角54、巖石吸水率 55、彈性后效56、尺寸效應(yīng)57、應(yīng)力集中系數(shù)58、初始模量59、抗凍系數(shù)60、巖爆61、泊松比62、強度包絡(luò)線63、普氏系數(shù)64、自然平衡拱65、RQD66格 里菲斯強度理論67、單軸抗壓強度68、橫波69、縱波70、圍巖壓力71、飽和 吸水率72、法向剛度；73、巖石的水理性；74、殘余強度；二、問答題1、何謂巖石的碎脹性？用什么指標來表示？該指標在生產(chǎn)中有何意義？答：（巖石的碎脹性是指巖石破碎以后的體積將比整體狀態(tài)下的體積增大的性 質(zhì)。用碎脹系數(shù)表示：

3、巖石碎脹系數(shù)=巖石破碎膨脹后的堆積體積/巖石體積巖石的碎脹系數(shù)對礦壓控制，尤其是對回采工作面的頂板管理有重要意義。碎脹系數(shù)與巖石的物理性質(zhì)、破碎后塊度的大小及其排列狀態(tài)等因素有關(guān)。例 如堅硬巖石破碎后塊度較大且排列整齊時，碎脹系數(shù)較??；反之，如破碎后塊 度較小且排列較雜亂，則碎脹系數(shù)較大。2、巖石流變模型中的組合模型由哪三種元件構(gòu)成，相應(yīng)地代表了何種介質(zhì)的變 形性質(zhì)？& -IHiHii理力學(xué)噴聖夙n狀(!)1、流變模型元件（1）彈性介質(zhì)及彈性元件（虎克體）d彈性介質(zhì)性質(zhì)：dt1）具有瞬時變形性質(zhì)；2）£=常數(shù)，則T保持不變，故無應(yīng)力松弛性質(zhì);3）t=常數(shù)，貝X也保持不變，故無

4、蠕變性質(zhì)；4）T= 0 （卸載），貝U £ = 0,無彈性后效。 可見，T、£與時間t無關(guān)。（2）粘性介質(zhì)及粘性元件（牛頓體）ddt當(dāng) t=0 時,（T = C 0, £ =0,則 C=0 粘性介質(zhì)性質(zhì)：1)當(dāng)0 時,t說明在受應(yīng)力（T 0作用，要產(chǎn)生相應(yīng)的變形必須經(jīng)過時間t，表明無瞬時變形；2）t= 0 （卸載），則£=常數(shù)，故無彈性后效，有永久變形。3） £=常數(shù)，則0，故無應(yīng)力松弛性質(zhì)。（3）塑性介質(zhì)及塑性元件（圣維南體）當(dāng)：tVt s ， £ =03、巷道開挖后（不支護）圍巖可能產(chǎn)生哪幾個應(yīng)力區(qū)？最終結(jié)果可能會怎樣?4、 最大

5、線應(yīng)變強度理論的基本觀點是什么？答：不論是什么應(yīng)力狀態(tài)，只要最大伸長線應(yīng)變達到材料的某一極限，材料就 發(fā)生脆性斷裂。5、簡述圍巖與支護的相互作用原理，根據(jù)該原理論述噴錨支護相對于整體混凝 土襯砌有什么優(yōu)點？位移變形：B圍巖與支架協(xié)調(diào)變形。即支架的位移量ub等于開挖后坑道周邊的位移量ua減去支護前坑道已產(chǎn)生的位移量 uO，即ub=ua- uO;C圍巖對支架的壓力與支架的剛度有關(guān)。支架剛度越大，阻止圍巖變形 的能力越大，坑道變形越小。剛性支架，變形小，承力大；柔性支架，變形大，承力?。籇在圍巖穩(wěn)定條件下，其自承能力為 pO-pi. P0為原巖應(yīng)力，pi為支護抗力。 6巖體中結(jié)構(gòu)面是如何影響巖體強度

6、的？ 答：影響巖體強度和穩(wěn)定性中的結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)1. 產(chǎn)狀：結(jié)構(gòu)面的走向、傾向、和傾角。控制結(jié)構(gòu)面的滑移2. 形狀：結(jié)構(gòu)面抗滑力的大小3. 延伸尺度1）按絕對尺寸：細小、中等、巨大2）貫通性：非貫通性、半貫通性、貫通性4. 密集程度：以巖體裂隙度和切割度來衡量。1） 裂隙度：沿著測線方向單位長度上貫穿的結(jié)構(gòu)面的數(shù)量。K=n/12）切割度：xe=a/A5. 填充和膠結(jié)情況1）膠結(jié)泥質(zhì)鈣質(zhì)鐵質(zhì)硅質(zhì)可溶鹽2）非膠結(jié)a無填充b有填充（薄膜 斷續(xù) 連續(xù) 厚層）7、巖體中應(yīng)力波波形通常以哪些參數(shù)來標記？試用圖說明。8、應(yīng)力波對物體的效應(yīng)，與剛體動力學(xué)與彈性理論有什么區(qū)別？為什么聲波法 或地震法可以用來測定巖

7、體的某些動力學(xué)參數(shù)？確定哪些參數(shù)？9、巷道道護形式的選擇與地壓活動類型有無關(guān)系？試舉例說明之。10、巖石在單軸壓縮下的應(yīng)力一應(yīng)變曲線有哪幾種類型？并用圖加以說明c,Zu/ nakcv廠Jir13 _dTT根據(jù)米勒的試驗結(jié)果，巖石變形曲線的主要類型有以下六種：類型I表現(xiàn)為近 似于直線關(guān)系的變形特征，直到發(fā)生突發(fā)性破壞，且以彈性變形為主。類型U, 開始為直線，至末端則出現(xiàn)非線性屈服段。類型川開始為上凹型曲線，隨后變 為直線，直到破壞，沒有明顯的屈服段。類型W為中部很陡的一s II形曲線。類型V是中部較緩的一sI形曲線。類型切開始為一很小的直線段，隨后就不斷增 長的塑性變形和蠕變變形。11、巖石與巖

8、體的主要區(qū)別在哪里？以及其強度之間的關(guān)系是怎樣的？ 答：特征：巖體：不連續(xù)性、非均勻性、各向異性、有條件轉(zhuǎn)化性；巖石：是 一種地質(zhì)材料，是組成巖體的固相基質(zhì)，是連續(xù)、均勻、各向同性或正交各向 同性的力學(xué)介質(zhì)；區(qū)別聯(lián)系：（1）巖體賦存于一定地質(zhì)環(huán)境之中，地應(yīng)力、地溫、地下水等 因素對其物理力學(xué)性質(zhì)有很大影響，而巖石試件只是為實驗而加工的巖塊，已 完全脫離了原有的地質(zhì)環(huán)境。（2 ）巖體在自然狀態(tài)下經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)作用過 程，其中存在著各種地質(zhì)構(gòu)造面，如不整合、褶皺、斷層、節(jié)理，裂隙等而巖 石相對完整。（3） 定數(shù)量的巖石組成巖體，且?guī)r體無特定的自然邊界，只能 根據(jù)解決問題的需要來圈定范圍。（4）巖

9、體是地質(zhì)體的一部分，并且是由處于 一定地質(zhì)環(huán)境中的各種巖性和結(jié)構(gòu)特征巖石所組成的集合體，也可以看成是由 結(jié)構(gòu)面所包圍的結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)面共同組的。12、試分別從地質(zhì)和工程兩個方面，簡要敘述影響圍巖壓力的一些主要因素是 什么？13、試用莫爾應(yīng)力圓畫出：（1）單向拉伸；（2）單向壓縮；（3）純剪切；（4） 雙向壓縮；（5）雙向拉伸。取向拉（申卑向拉忖T辜向壓縮取向壓編14、常用的巖石強度指標有哪幾種？單軸天然、飽和、烘干3種抗壓強度；抗剪強度（直剪及三軸）15、試述巖石力學(xué)的研究對象，研究范圍和研究動態(tài)。1）巖體的地質(zhì)特征及其工程分類。 2）巖體基本力學(xué)性質(zhì)。3）巖體力學(xué)的試驗和測試技術(shù)。4 ）巖體中

10、的天然應(yīng)力狀態(tài)。5 ）模型模擬試 驗和原型觀測。6 ）邊坡巖體、巖基以及地下洞室圍巖的變形和穩(wěn)定性。 7） 巖體工程性質(zhì)的改善與加固。16、采用應(yīng)力解除法如何測定巖體中的應(yīng)力？并用示意圖表示。地下某點的巖體處于三項壓縮狀態(tài)， 如用人為的方法解除其應(yīng)力，必然發(fā)生彈 性恢復(fù)，測定其恢復(fù)的應(yīng)變，利用彈性力學(xué)公式則可算出巖體初始應(yīng)力。既破 壞聯(lián)系，解除應(yīng)力；彈性恢復(fù)，測出變形；根據(jù)變形，轉(zhuǎn)求應(yīng)力。17、用圖來表示巖體變形與時間的關(guān)系曲線，并指出幾個不同的階段18、格里菲斯強度理論的基本要點是什么？并寫出該強度理論的破壞準則。格里菲斯認為：不論巖石受力狀態(tài)如何，最終在本質(zhì)上都是拉伸應(yīng)力引起巖石 破壞。格

11、式理論推導(dǎo)巖石抗壓強度為抗拉強度的 8倍，反映了巖石的真實情況，較好證明了巖石在任何應(yīng)力狀態(tài)下都是由于拉伸引起破壞，但對裂隙被壓 閉合抗剪強度增高解釋不夠19、在巖體中傳播的彈性波有哪兩大類型？其特征是什么？并寫出半無限均質(zhì) 體波速與其彈性常數(shù)（彈性模量、泊松比）的關(guān)系式。20、加載速率對巖石動力強度的影響怎樣？并舉例說明之。對巖石的強度和模量才有顯著的影響，標志巖石裂紋擴展、生長的聲發(fā)射率隨 加載速率的增大有顯著的增長。加載速率對巖石的強度、形變、微裂紋的擴展 與生長的研究，對于鑿巖、鉆探、爆破、碎礦、地震等意義都是很大的21、 巖石在單軸壓縮下典型的應(yīng)力一一應(yīng)變曲線有哪幾種類型，并用圖線加

12、以 說明。答：1直線型曲線2下凹形曲線3上凹形曲線4。S型曲線22、什么是變形模量？頁巖和石灰?guī)r的變形模量大致多少？土的變形模量是通過現(xiàn)場載荷試驗求得的壓縮性指標，即在部分側(cè)限條件下， 其應(yīng)力增量與相應(yīng)的應(yīng)變增量的比值。23、什么叫滑坡？組成滑坡的要素有哪些？什么叫崩塌？它與滑坡有什么區(qū) 別？滑坡：是指巖體在自重力作用下，沿坡內(nèi)軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的整體滑動。一般以深層破壞體現(xiàn)出來（a）面剪切滑動：塊體沿著平面滑移。常發(fā)生在由軟弱夾層或裂隙的坡面。（b）旋轉(zhuǎn)剪切滑動：滑動面通常為弧形狀，巖體沿此弧形狀滑移。通常為均質(zhì) 泥巖或頁巖等巖層。崩塌：是指塊狀巖體與巖坡分離向前翻落而下。崩塌一般以邊坡表面的破

13、壞現(xiàn)象體現(xiàn)。24、影響邊坡穩(wěn)定有哪些主要因素？試舉例說明。（1）坡底中結(jié)構(gòu)面對邊坡穩(wěn)定性的影響破底的穩(wěn)定性直接影響整個山體的穩(wěn) 定性（2）外力對邊坡的影響。例如：爆破，地震，水壓力等自然和認為因素，而導(dǎo) 致邊坡破壞。（3）邊坡外形對邊坡穩(wěn)定性的影響。比如，河流、水庫及湖海的沖涮和淘涮， 使得岸坡外形發(fā)生變化，從而使這些邊坡發(fā)生破壞，這主要由于侵蝕切露坡體 底部的軟弱結(jié)構(gòu)面使坡體處于臨空狀態(tài)，或是侵蝕切露坡體下伏到軟弱層，從 而引起坡體失去平衡，最后導(dǎo)致破壞。（4）巖體力學(xué)性質(zhì)惡化對邊坡穩(wěn)定性的影響。比如風(fēng)化作用對邊坡穩(wěn)定性的影 響，這主要是由于風(fēng)化作用使坡體強度減小，坡體穩(wěn)定性降低，加劇斜坡的

14、變 形與破壞，而且風(fēng)化越深，斜坡穩(wěn)定性越差，穩(wěn)定坡角就越小。25、用應(yīng)力解除法來測量巖體的原巖應(yīng)力，其工序有哪些？用圖示加以說明。26、什么叫真三軸試驗機？什么叫假三軸試驗機？真三軸試驗是使試樣處于三個主應(yīng)力不相等（即c1> c 2> c 3）的應(yīng)力組合狀態(tài)下的三軸壓縮試驗。假三軸處于c 2=c 3的應(yīng)力狀態(tài)下試驗。27、什么叫巖塊的變性模量？以“ S”型應(yīng)力一應(yīng)變曲線為例表示出巖塊的幾 種變性模量（圖加簡要文字說明）。28、塑性狀態(tài)下圓形巷道圍巖應(yīng)力分布如何?29、試簡單敘述巖體力學(xué)的發(fā)展歷史？你對巖體力學(xué)的發(fā)展遠景如何看法？、 分為四個階段：（1）初始階段（19世紀末到20世紀

15、初）萌芽時期，產(chǎn)生了初步理論以解決 巖體開挖的力學(xué)計算問題（2）經(jīng)驗理論階段（20世紀初到20世紀30年代）該階段出現(xiàn)了根據(jù)生產(chǎn)經(jīng) 驗提出的地壓理論，并開始用材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法分析地下工程的支護 問題。（3）經(jīng)典理論階段（20世紀30年代到20世紀60年代）重要階段，彈性力 學(xué)和塑性力學(xué)被引入巖石力學(xué) ，確立了一些經(jīng)典計算公式，形成圍巖和支護共 同作用的理論。（4）現(xiàn)代發(fā)展階段（20世紀60年代到現(xiàn)在）新進展階段，主要特點：用更 為的多種多樣的力學(xué)模型來分析巖石力學(xué)的問題。30、均質(zhì)連續(xù)、各向同性的彈性巖體中開挖水平圓形洞室時，圍巖中的重分布應(yīng)力有何特點。31、邊坡巖體最容易從哪些部位首

16、先破壞？為什么?32、試述邊坡穩(wěn)定性研究的基本原則和方法。33、什么叫蠕變？用圖表示蠕變的應(yīng)力（c）與時間（t）關(guān)系曲線。蠕變：當(dāng)應(yīng)力不變時，變形隨時間增加而增加的現(xiàn)象。第一階段：圖中ab段，應(yīng)變速率隨時間增加而減小，又稱減速蠕變或初始蠕 變階段。第二階段：圖中be段，應(yīng)變速率基本不變，也叫等速蠕變階段。第三階段：圖中ed段，應(yīng)變速率迅速增加直到巖石破壞為止，也叫加速蠕變 階段。34、巖塊的抗壓強度與抗拉強度哪個大？為什么？答：巖石的抗拉強度遠低于它的抗壓強度。原因在于巖石中包含有大量的微裂 隙和孔隙，直接削弱了巖塊的抗拉強度。相對而言，空隙對巖塊抗壓強度的影 響就小得多，巖塊的抗壓強度高于抗

17、拉強度；巖塊為脆性材料，抗拉強度一般 為抗壓強度的1/41/25,平均為1/10。因此，巖塊的抗拉強度一般遠小于其抗壓 強度。35、如何獲得巖體結(jié)構(gòu)面的強度指標？請用解析法或圖解法說明。34何謂地下洞室？地下洞室的巖體力學(xué)問題有哪些？ 答：地下洞室是指人工開挖或天然存在于巖體內(nèi)的構(gòu)造物。a）圍巖應(yīng)力重分布問題 重分布應(yīng)力計算b）圍巖變形與破壞問題-位移計算、破壞區(qū)確定e）圍巖壓力問題-威嚴壓力計算d）有壓洞室圍巖抗力問題-圍巖抗力計算35.以水平圓形無壓洞室為例，說明彈性圍巖應(yīng)力的分布規(guī)律。答：1）圍巖內(nèi)重分布應(yīng)力與B角無關(guān)，僅與 R0和c 0有關(guān)。2）由于tr 9 =0，則c r，cB均為主

18、應(yīng)力，且cB恒為最大主應(yīng)力，c r恒為最小主應(yīng)力。3）當(dāng)r = R0（洞壁）時，c r=O,cB =2c 0,可知洞壁上的應(yīng)力差最大，且處于 單向受力狀態(tài)，說明洞壁最易發(fā)生破壞。4）隨著離洞壁距離r增大，cr逐漸增大逐漸減小，并都漸漸趨近于天然應(yīng)力c0值。在理論上，c r，cB要在r處才達到c 0值，但實際上r，c B趨近于c 0的速度很快。當(dāng)r=6R0時，c r和cB與c 0相差僅2.8%。因此，一般認為，地下洞室開挖引 起的圍巖分布應(yīng)力范圍為6RO在該范圍以外，不受開挖影響，這一范圍內(nèi)的巖 體就是常說的圍巖，是有限元計算模型的邊界范圍 巖石力學(xué)與工程的311頁36. 何謂圍巖？其范圍一般為

19、多大？答：在巖石地下工程中，由于受開挖影響而產(chǎn)生應(yīng)力狀態(tài)改變的周圍巖體，稱 為圍巖。其范圍一般為開挖洞室直徑的 3倍。37. 何謂塑性松動圈？具有塑性圈后圍巖中的重分布應(yīng)力如何變化？地下開挖后，洞壁的應(yīng)力集中最大，當(dāng)它超過圍巖屈服極限時，洞壁圍巖就由 彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)化為塑性狀態(tài)，并在圍巖中形成一個塑性松動圈。1）隨著距洞壁距離增大，徑向應(yīng)力c，由零逐漸增大，應(yīng)力狀態(tài)由洞壁的單向 應(yīng)力狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)化為雙向應(yīng)力狀態(tài)，圍巖也就由塑性狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)化為彈性狀 態(tài)。圍巖中出現(xiàn)塑性圈和彈性圈。2） 塑性松動圈的出現(xiàn)，使圈內(nèi)一定范圍內(nèi)的應(yīng)力因釋放而明顯降低，而最大應(yīng) 力集中由原來的洞壁移至塑、彈圈交界處，使彈性區(qū)的應(yīng)

20、力明顯升高。3） 彈性區(qū)以外則是應(yīng)力基本未產(chǎn)生變化的天然應(yīng)力區(qū)（或稱原巖應(yīng)力區(qū)）。37. 何謂塑性松動圈？具有塑性圈后圍巖中的重分布應(yīng)力如何變化？答：地下開挖后，洞壁的應(yīng)力集中最大，當(dāng)它超過圍巖屈服極限時，洞壁圍巖 就由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)化為塑性狀態(tài)，并在圍巖中形成一個塑性松動圈。巖石力學(xué)與 工程311中部4）隨著距洞壁距離增大，徑向應(yīng)力c，由零逐漸增大，應(yīng)力狀態(tài)由洞壁的單向 應(yīng)力狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)化為雙向應(yīng)力狀態(tài)，圍巖也就由塑性狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)化為彈性狀 態(tài)。圍巖中出現(xiàn)塑性圈和彈性圈。5） 塑性松動圈的出現(xiàn)，使圈內(nèi)一定范圍內(nèi)的應(yīng)力因釋放而明顯降低，而最大應(yīng) 力集中由原來的洞壁移至塑、彈圈交界處，使彈性區(qū)的應(yīng)力明顯

21、升高。6） 彈性區(qū)以外則是應(yīng)力基本未產(chǎn)生變化的天然應(yīng)力區(qū)（或稱原巖應(yīng)力區(qū)）。38. 試總結(jié)各類結(jié)構(gòu)圍巖的變形破壞特點。所謂漸進式破壞的含義？答：1）整體壯和塊狀體圍巖：在力學(xué)屬性上可視為均質(zhì)、各向同性、連續(xù)的線 彈性介質(zhì)，應(yīng)力應(yīng)變呈近似直線關(guān)系。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等。2）層狀巖體圍巖：常呈軟硬巖層相見的互層形式。結(jié)構(gòu)面以層理面為主，并有 層間錯動及泥化夾層等軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育。變形破壞主要受巖層產(chǎn)狀及巖層組合 等控制，破壞形式主要有：沿層面張裂、折斷塌落、彎曲內(nèi)鼓等。3）碎裂壯巖體圍巖：碎裂巖體是指斷層、褶曲、巖脈穿插擠壓和風(fēng)化破碎加次 生夾泥的

22、巖體。變形破壞形式常表現(xiàn)為塌方和滑動。4）散體壯巖體圍巖：圍巖結(jié)構(gòu)均勻時，以拱頂冒落為主。當(dāng)圍巖結(jié)構(gòu)不均勻或 松動巖體僅構(gòu)成局部圍巖時，常表現(xiàn)為局部塌方、塑性擠入及滑動等變形破壞 形式。圍巖的變形破壞是漸進式逐次發(fā)展的。開挖-應(yīng)力調(diào)整-變形、局部破壞-再次調(diào)整-再次變形-較大范圍破壞 219頁39. 如何確定地下洞室圍巖的破壞范圍？試舉例說明。彈性力學(xué)法：當(dāng)巖體天然應(yīng)力比值系數(shù)小于1/3時，洞頂、低將出現(xiàn)拉應(yīng)力。若拉應(yīng)力大于圍巖的抗拉強度c t，則圍巖就要發(fā)生破壞在系數(shù)大于1/3的天然應(yīng)力場中，洞壁圍巖均為壓應(yīng)力集中，當(dāng)大于圍巖的抗 壓強度c c時，洞壁圍巖就要破壞。40. 何謂圍巖壓力？按其成因可分為哪幾類？各自用什么方法確定？答：答：圍巖壓力是指地下洞室圍巖在重分布應(yīng)力作用下產(chǎn)生過量的塑性變形 或松動破壞，進而引起施加于支護襯砌上的壓力。按圍巖壓力的形成機理，可將其劃分為：