巖石力學考試復習資料

1、巖石力學是研究巖石的力學性質的一門理論與應用科學；它是力學的一個分支；它探討巖石對其周圍物理環(huán)境中力場的反應。巖石力學的幾個特點：天然材料；非連續(xù)介質；釋放載荷；工程巖石力學為各類建筑工程及采礦工程等服務的巖石力學，重點是研究工程活動引起的巖體重分布應力以及在這種應力場作用下工程巖體（如地下工程、邊坡工程、巖基工程等）的變形和穩(wěn)定性。構造巖石力學為構造地質學、找礦及地震預報等服務的巖石力學，重點是探索地殼深部巖體的變形與斷裂機理，為此需研究高溫高壓下巖石的變形與破壞規(guī)律以及與時間效應有關的流變特征。破碎巖石力學為掘進、鉆井及爆破工程服務的巖石力學，主要是研究巖石的切割和破碎理論以及巖體動力學特

2、性。研究方法：工程地質研究方法、科學實驗方法、數(shù)學力學分析方法、整體綜合分析方法。地下工程的特點：巖石在結構和力學性質上與其他材料不同，如巖石具有節(jié)理和塑性段的擴容（剪脹）現(xiàn)象等；地下工程是先受力（原巖應力），后挖洞（開巷）；深埋巷道屬于無限域問題，影響圈內自重可以忽略；大部分較長巷道可作為平面應變問題處理；圍巖與支護相互作用，共同決定著圍巖的變形及支護所受的荷載與位移；地下工程結構容許超負荷時具有可縮性；地下工程結構在一定條件下出現(xiàn)圍巖抗力；幾何不穩(wěn)定結構在地下可以是穩(wěn)定的。巖塊：是指不含顯著結構面的巖石塊體，是構成巖體的最小巖石單元體。巖體：是指地質歷史過程中形成的，由巖塊和結構面網絡組成

3、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。內力地質作用：動力來自地球本身，并主要發(fā)生在地球內部，按其作用方式可分為四種：構造運動、巖漿作用、變質作用、地震。外力地質作用：風化作用、剝蝕作用、搬運作用、沉積作用、 固結成巖作用。巖石的單軸抗壓強度和彈性模量等力學參數(shù)取決于巖石的組成結構、礦物顆粒性質以及微觀裂隙等。影響因素：壓力試驗機的剛性；承壓板與試件端面的摩擦；試件幾何形態(tài)（形狀、高徑比和尺寸）；加載速度。巖石試件單軸受壓時，由于受到多種因素的干擾，真實的破裂形式不大明確，常常觀察到的是剪切破壞、錐形破壞和劈裂破壞，對試件破壞形態(tài)影響最大的是端面摩擦約束效應，

4、對于比較堅硬的脆性巖石，當采取減少端面摩擦約束的措施時，出現(xiàn)縱向劈裂破壞。承壓板變形對試件端面周邊的約束。由于試驗機承壓板大于試件端面，加載時承壓板因受力而變形，對試件的周邊產生橫向約束；同時承壓板的變形還會改變對試件作用的縱向應力分布。端面摩擦。試件發(fā)生橫向變形時，承壓板對試件端面產生摩擦力，從而影響試件的應力分布。減少試件端面摩擦的方法：1、可選用與試件端面相同、側面膨脹相同(即泊松比/彈模E值相等)的金屬塊加于試件兩端，以消除端面效應，那么在彈性階段端部效應就不出現(xiàn)。多數(shù)巖石都可找到適當?shù)慕饘佟?、在試件端面與承壓板之間嵌放適宜的薄層材料，如二硫化鉬，附加有滑石的硬酯酸、聚四氯乙烯、硬紙

5、板、金屬薄板等。巴西法(即劈裂法)簡單易行，實驗結果最接近直接法而獲得廣泛應用。為保證巴西試驗的正確性，要求圓盤的破壞從試件中心開始,并沿加載方向發(fā)展，即破裂面平行于加載方向。根據(jù)格林菲斯理論分析巴西法試驗得出如下結論：加荷墊條角度（或寬度）較小時，計算公式為： 式中：F荷載； r0 、t 圓盤半徑與厚度?？辜魪姸鹊母拍钣兴姆N：純剪應力狀態(tài)下的抗剪強度、在垂直破壞面的正應力等于零的條件下破壞時的剪應力、固體力學中取決于施加應力的剪力圖解、摩爾應力包絡線?？箟簭姸?、抗拉強度 、抗剪強度 和粘結力 的相關關系如下： ( 的系數(shù)變化范圍為620) ( 的系數(shù)變化范圍為2.57.5) ( 的系數(shù)變化

6、范圍為0.31.1)圍壓效應可以總結如下：1、隨圍壓的增加，巖石強度增大。2、巖石隨圍壓的增加，延性變形逐漸增大，當圍壓達到一定值后，巖石由線彈性材料轉變?yōu)閺椝苄圆牧稀?、巖石越堅硬，則脆性延性轉變所需的圍壓值越高。4、巖石試件的破壞形態(tài)，由圍壓為零時的劈裂破壞，隨圍壓的增大而逐步轉變?yōu)橐约羟忻嫘问降募羟衅茐摹⒁约羟袔问降募羟衅茐?，以至演變?yōu)檠有宰冃巍?、微觀觀測以及聲發(fā)射和彈性波速等測試表明，在脆性延性轉變前后，巖石都有微破裂發(fā)生。中間主應力2對最大主應力1極限荷載的影響：在應力空間中巖石強度極限構成一個曲面，曲面上每一點都代表巖石發(fā)生破壞時的一種應力組合。許多試驗設計都是給最小主應力3一

7、個定值，測試不同的2值時的最大主應力1的極限荷載。由圖可以看出：在3一定的條件下， 1c2曲線類似于拋物線，曲線前段1c隨2 的增大而增大， 1c取得極大值后，在曲線的后段1c隨2的增大而減小。根據(jù)表可以得出如下結論：各種巖石都存在中間主應力效應。根據(jù)所收集的資料，花崗巖中間主應力效應最大。中間主應力影響系數(shù)一般為0.20.5。根據(jù)已有資料，的平均值為0.30（不計表中的最大值0.75， 該值偏差過大），即中間主應力可使1c增大30%。對于同一種巖石， 值與3有比較明顯的相關關系。如：根據(jù)紅砂巖實驗資料，當3/0分別為0，0.08，0.06時, 值則分別為0.38，0.34，0.25。2荷載的

8、加載鋼塊(或鋼板)與試件端面的摩擦力是影響實驗結果的最主要因素。巖石流變試驗巖石試件破壞形態(tài)：巖石試件的最終破壞面方位介于劈裂破壞和剪切破壞之間。從破壞過程看，最終破壞之前出現(xiàn)的宏觀裂紋基本上都是縱向裂紋，應屬劈裂破壞。一段時間之后發(fā)生的宏觀破裂面有所傾斜，且在破壞時產生有大量的石粉，表明破壞時發(fā)生了劇烈的剪切摩擦，這可能是由于試件的受力不均勻而導致的承壓板滾動造成的。宏觀破裂面的各局部仍然是劈裂形態(tài)。因此，單軸壓縮荷載下的蠕變破壞為劈裂破壞。巖石的全應力應變曲線：應力應變曲線可以分為四個階段： 原生裂隙的壓縮閉合階段； 線彈性變形階段； 裂隙穩(wěn)定擴展階段(穩(wěn)定破裂階段)； 裂隙非穩(wěn)定擴展階段

9、(不穩(wěn)定破壞階段)。 擴容是指巖石在應力作用下，形變過程中體積的非線性增長。擴容是巖石內部微裂隙擴展的結果，是巖石破壞的一種前兆現(xiàn)象。對于擴容有不同的定義。有人把某一給定的平均應力下測出的體積應變與相應的靜水壓力下的體積應變之差值，確定為擴容。還有人把瞬時泊松比超過0.5規(guī)定為擴容。擴容是指巖石在應力作用下，形變過程中體積的非線性增長。巖石的擴容是由于微裂隙的擴展造成的。而微裂隙的萌生與擴展又是局部拉應力引起的，局部拉應力的成因是巖石的非均質性。所以，從根本上說巖石的擴容是由巖石非均質性造成的。單軸壓縮應力狀態(tài)下巖石破壞過程的微觀觀測：還有人把瞬時泊松比超過0.5規(guī)定為擴容。壓縮應力狀態(tài)下，巖

10、石的破壞是內部微裂隙擴展的結果。為深入探討巖石破壞的微觀機理，許多學者運用各種方法對巖石的微裂隙發(fā)展過程進行了觀測。Tapponnier和Brace在掃描電子顯微鏡的觀察中，詳細揭示出在受力狀態(tài)下，花崗巖微破裂發(fā)展和各個變形階段 。觀測是在小圍壓下進行的，隨軸向壓力的增大，最初的變化是：原有長裂隙的橋結斷裂形成新的長裂隙；已完全合攏的長裂隙再次張開； 在微斜長石中見有少數(shù)新裂隙出現(xiàn)。根據(jù)微裂隙觀測，Paterson指出：與應力峰值相關聯(lián)的破壞，首先是通過局部裂隙分布的發(fā)展使試件普遍弱化 ，而不是宏觀破裂的發(fā)生。從微觀上看 ，只是通過峰值以后，局部剪切破壞才變得明顯。巖漿巖的結構是指礦物的結晶程

11、度和顆粒大小，構造指的是不同礦物的排列與充填方式所反映出來的巖石外貌特征。變質巖的結構指的是礦物重結晶的程度，而構造指的是礦物顆粒在排列方式上的定向性。沉積巖的結構可分為碎屑的、泥質的、化學的和生物的，而層理構造則是其最顯著的特點。細觀力學，就是借助連續(xù)介質力學的方法，研究考慮細觀尺度的變形過程的固體的本構關系，并把各種材料在破壞過程中的不均勻性作為研究的重點。首先，對于巖石的基本單元礦物顆粒，可以應用連續(xù)介質力學的分析計算方法。 進而可以分析巖石的組成、結構和構造對其力學性質的影響。其中，重點是巖石的非均質性。劈裂破壞是指在單軸壓應力狀態(tài)下，巖石沿平行于壓力軸方向的裂開。圍壓效應圍壓效應主要

12、包含三個方面：隨圍壓的增加，發(fā)生脆性韌性轉變；隨圍壓的增加，巖石強度1c增大；隨圍壓增加，剪切破壞面與軸向應力1方向的夾角由小變大. 相對于單向壓應力狀態(tài)，圍壓的施加，減小或完全抵消了由于巖石非均質性形成的橫向張應力。隨圍壓增大，巖石各點橫向均處于壓應力狀態(tài)。因而，巖石形成軸向張裂紋的可能性逐漸減小，取而代之的是在巖石破壞前，巖石中形成兩組共軛的剪斷性微裂紋，所以，發(fā)生脆性韌性轉變。而巖石強度的增加和破裂角的增大，則可應用摩爾庫侖強度理論來解釋。庫侖準則的適用條件：1、 由于庫侖準則是壓剪破壞準則，所以適用于3 0時的壓剪破壞。而在簡單應力狀態(tài)下如單軸拉伸、單軸壓縮、純剪應力，巖石的破壞分別為

13、拉伸破壞、劈裂破壞和壓拉破壞，所以應該分別使用單軸抗拉強度、單軸抗壓強度和剪切強度值作為其強度判據(jù)。2、另一方面，庫侖準則是線性準則，因而更適用于3 較小時的情形。如果3 較大，則可考慮應用下述的摩爾準則。3、再就是庫侖準則沒有考慮中間主應力2 的作用。摩爾強度準則：反應了應力應變間的非線性關系，但是忽略了中間主應力的影響，與實驗結果有一定的出入。另外，該判據(jù)只適用于剪破壞，受拉區(qū)的適用性需進一步探討，并且不適用于膨脹或蠕變破壞。規(guī)范化處理，在這里就是把各種巖石的真三軸壓力試驗中三個主應力，都除以其巖石的單軸抗壓強度，使其變成無量綱值。裂紋的基本類型：第一種稱為張開型或拉伸型，簡稱型， 其裂紋

14、面的位移方向是使裂紋張 開的裂紋面法線方向(y方向)。第二種裂紋型稱為同平面剪切型或者滑移型，簡稱型，裂紋上下表面的位移方向剛好相反，但一個向正x方向，一個向負x方向。與裂紋擴展方向平行。第三種稱為反平面剪切型，簡稱型，其裂紋面法向為y軸向，裂紋面擴展方向為x軸向，其裂紋面的位移方向分別是正、負z方向。與裂紋擴展方向垂直。巖石斷裂力學問題主要表現(xiàn)為如下幾個方面：壓剪應力狀態(tài)下閉合裂紋的擴展判據(jù)；多裂紋條件下裂紋擴展與巖體工程穩(wěn)定性的關系；巖石斷裂韌度測試方法。損傷，是指材料在一定應力狀態(tài)下，其力學性能的劣化。損傷力學與斷裂力學、疲勞分析理論全都屬于破壞力學，是研究物質不可逆的破壞過程的科學。從

15、狹義上說，可以認為損傷力學是使用宏觀理論解決的微觀斷裂力學，也就是利用宏觀理論分析與解決在宏觀裂紋出現(xiàn)以前微觀缺陷、微裂紋、微孔穴的發(fā)生與發(fā)展過程的科學。換句話說，損傷力學研究的是由原始材料或構件存在的微觀缺陷發(fā)展到出現(xiàn)宏觀裂紋的一段過程。將損傷理論應用于巖體力學，主要需解決如下幾個方面的問題 ：(1) 巖體節(jié)理裂隙的統(tǒng)計； (2) 壓、剪應力狀態(tài)下，節(jié)理面閉合和摩擦作用對損傷變量的影響；(3) 如何確定損傷演變方程。巖石變形全應力應變曲線的基本特征：1、巖石的全應力應變曲線具有非線性，可以劃分為四個不同性質的階段。2、巖石的變形在彈性極限之前，可以近似簡化為線彈性。3、巖石的變形在彈性極限之

16、后，如果卸載，則顯出不可恢復的永久性變形，即存在塑性變形。4、在單軸壓縮條件下，巖石塑性變形的本質是巖石細觀裂隙的發(fā)育、擴展、材料破壞；在三軸壓縮條件下，巖石的塑性變形本質是巖石礦物微觀結晶的晶格滑移。應力應變關系曲線中的非線性：1、向下彎的曲線（類型II）和S形曲線在高應力時出現(xiàn)的下彎段，是由于高壓力作用下巖石內部形成細微裂隙和局部破壞的緣故；2、而向上彎曲的曲線（類型III）以及S形曲線在低壓時出現(xiàn)的向上彎曲段，是由于巖石在壓力作用下其張開裂隙或微裂隙閉合的結果。由于張開裂隙或微裂隙閉合而引起的巖石變形是不可恢復的，這屬于塑性變形的性質。3、此外，在裂隙兩側面上一般并不光滑平整，而總是在裂

17、隙面上有高低不平的“丘狀”部分。裂隙閉合過程中，裂隙面上的“丘狀”部分先接觸，這些“丘狀”部分就產生彈性變形。隨著荷載的增加，這些“丘狀”部分接觸處的總面積也就增大，而“丘狀”部分的高度減小，這就決定著應力應變曲線的非線性性質（非線性彈性）。這一部分曲線的長度根據(jù)巖石裂隙性的狀態(tài)和性質而定。4、在無裂隙的完整巖石中，一般實際上不出現(xiàn)這種性質（類型I）。在應力空間中，由不同的應力途徑，材料從彈性狀態(tài)進入屈服狀態(tài)。在應力空間中，將這些屈服點連接起來，就形成一個區(qū)分彈性和塑性的分界面，稱為屈服面。描述這個屈服面的數(shù)學表達式稱為屈服函數(shù)，或稱為屈服條件。當 時，材料處于彈性狀態(tài)，當 時，材料處于塑性狀

18、態(tài)，這時材料對外部作用的反應是彈塑性的，其具體情況很復雜。而 的狀態(tài)是不存在的。材料從自然狀態(tài)開始第一次屈服的屈服條件叫初始屈服條件。因這時的內變量 ，所以初始屈服條件不含內變量，即： 當產生了塑性變形，隨內變量的增長屈服條件的形式發(fā)生了變化，這時的屈服條件叫后繼屈服條件。屈服函數(shù)在幾何上可以看做是一族九維應力空間中的超曲面。隨著內變量的出現(xiàn)和發(fā)展，屈服面大小和形狀不發(fā)生變化的材料叫做理想塑性材料。對于大多數(shù)巖石材料來說，屈服面的大小和形狀由于內變量的出現(xiàn)和發(fā)展而變化。屈服面的這種變化規(guī)律叫硬化規(guī)律。流變：是指物體在外部條件不變的情況下，變形和應力隨時間緩慢變化的物理現(xiàn)象。流變學的基本概念有：

19、1、蠕變：在應力不變的條件下，應變隨時間t逐漸增長的現(xiàn)象。2、應力松弛：在應變不變的條件下，應力隨時間t逐漸減小的現(xiàn)象。3、長期強度：巖石所能承受的長期持續(xù)荷載。4、彈性后效：在加載或卸載后，彈性應變不是瞬時增減，而是逐漸增減(有一個時間過程)的力學現(xiàn)象。5、粘性流動：蠕變一段時間后卸載，部分應變永不恢復的力學現(xiàn)象。蠕變三階段：蠕變三階段即初始蠕變階段、第二蠕變階段和加速蠕變階。1、在初始蠕變階段，蠕變曲線的曲率小于0，開始時蠕變速率較大，而后逐漸減小并趨向某一常數(shù)。2、在第二蠕變階段，蠕變速率為唯一常數(shù)。3、在加速蠕變階段，蠕變曲線的曲率大于0，蠕變速率不斷增大。蠕變三水平：巖石在不同級別(

20、大小)的長期荷載作用下，其蠕變曲線具有不同的形態(tài)。應力水平愈高，蠕變變形愈大。1、當應力水平較低，低于巖石的長期強度時，巖石只出現(xiàn)初期蠕變，隨后蠕變不再增加，蠕變值穩(wěn)定為常數(shù)。2、當應力水平高于巖石長期強度，但不是太大時，巖石不僅會出現(xiàn)初期蠕變，隨后蠕變還會出現(xiàn)第二蠕變階段，以某一速率持續(xù)發(fā)展，直至卸載或材料蠕變破壞。3、當應力水平更高時，巖石會出現(xiàn)加速蠕變階段巖體結構面是在巖體生成過程中，以及生成后若干地質年代中，受地質構造作用而形成的。巖體結構面包括：微裂隙、片理、頁理、節(jié)理、層面、軟弱夾層、斷層及斷裂破碎帶等。在工程地質中，把結構面劃分為面、縫、層和帶。1、面是指巖塊間剛性接觸，無任何充

21、填的劈理、節(jié)理、層面和片理等；2、縫是指有充填物，而且具有一定厚度的裂縫；3、層是指巖層中相對的軟弱夾層，不僅是由不同物質所組成，而且明顯存在上、下兩個層面，具有一定的厚度；4、帶是指具有一定寬度的構造破碎帶、接觸破碎帶等。巖體的變形和強度，取決于構成巖體的巖石力學性能和結構面力學性能。由于結構面往往是巖體弱面，所以在一些巖體工程中，結構面的力學性能決定了工程的穩(wěn)定性，如邊坡的層面，大壩壩基中軟弱夾層，井巷工程中的斷裂破碎帶等。結構面弱化了巖體的力學性能，決定了巖體工程的穩(wěn)定性，導致巖體的各向異性，成為巖體滲流的主要通道。繆勒按地質破壞程度與結構面的性質，把結構面分成五大類型，即單個節(jié)理、節(jié)理

22、組、節(jié)理群、節(jié)理帶以及破壞帶或糜棱巖。在此大類型的基礎上，按充填節(jié)理中的材料性質和程度以及糜棱巖化程度，將每種類型分成三個細類，分別為節(jié)理、風化物充填節(jié)理、粘土充填節(jié)理。按結構面力學性質分類：按照結構面的力學性質，結構面可分為硬性結構面(弱面)和軟弱結構面(弱夾層)兩類。它們之間的區(qū)別在于：(1) 硬性結構面的強度與兩側巖體的強度相差較小；而軟弱結構面的強度則遠小于兩側巖體；(2) 硬性結構面的厚度很小，一般可以不計，如節(jié)理面、片理面、層理面屬于硬性結構面；而軟弱結構面是充填有一定厚度的軟、散、碎物質的結構面，軟弱夾層、斷層、層間錯動、破碎帶屬于軟弱結構面。硬性結構面對巖體穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)

23、在：改變巖體的應力分布狀態(tài)和削弱巖體的力學性質。尤其是成組的硬性結構面，能使巖體的應力、變形和強度顯示出各向異性。軟弱結構面的力學特征與結構面的形態(tài)和充填物的厚度有很大關系，粗糙起伏的結構面抗剪強度高，平直光滑的結構面抗剪強度低。充填物厚度很小時，結構面的強度由充填面和結構面壁兩者的力學性質共同決定；而當充填物厚度較大時，其力學性質主要決定于充填物的性質。描述巖體結構面的幾何參量主要有：巖體內結構面的分布： 組數(shù)， 密度；單個結構面的幾何形態(tài)： 傾向， 傾角， 延展長度， 張開度；結構面內部結構狀況： 充填物， 粗糙度， 起伏度。巖體結構面的力學性質，是指結構面在一定應力狀態(tài)作用下的變形與強度

24、特性。首先，與巖石試件不同，巖體結構面的變形與強度是相互聯(lián)系的，共同反映在結構面的變形過程中 ； 其次，在不同的應力狀態(tài)下，結構面具有不同的力學特性，結構面不具有抗拉能力，壓剪應力狀態(tài)下結構面的變形性質是其最重要的力學特征。再就是，巖體結構面具有各種不同的結構類型，其變形特性也就不同，應分別計算分析。假設節(jié)理厚度為e，法向允許最大壓縮量(閉合量)為Vmc<e，節(jié)理面初始法向應力為。在法向壓應力作用下，壓縮量V與法向壓應力具有如下函數(shù)關系： 其中，A和t是取決于節(jié)理面力學性能的力學參數(shù)。 當A=t=1時，式(5-11)成為雙曲線形式。當A1, t1時，則V 與 可成為各種形式的曲線類型，A

25、與t的值應由實驗曲線求得。裂隙介質巖體的破壞方式與巖體的工程類型有關。與井巷、隧道和峒室有關的裂隙介質巖體的破壞方式有：剪切破壞、劈裂破壞、撓曲破壞、坍塌破壞。與邊坡穩(wěn)定性相關的有：沿斷層面滑坡、沿沉積層面滑坡、節(jié)理裂隙面貫通型滑坡。裂隙介質巖體的強度介于巖石強度和結構面強度之間。決定裂隙巖體強度的基本因素是巖石的強度，對巖體強度影響最大的因素是結構面的特征(大小、密度、方向和性質等)，另外就是環(huán)境因素如地應力、水、溫度等。1、結構面的方向與應力場的相對關系：當結構面方向與巖體最大剪應力方向的夾角較小時，巖體更易于破壞。2、圍壓的作用：當有較大的圍巖時，裂隙巖體的力學性質和力學參數(shù)會向完整巖體

26、方向轉化，圍巖可降低裂隙面的力學效應。 3、地下水的作用，裂隙介質巖體有利于地下水的貯存和滲流，水會降低裂隙面的摩擦角，當有水壓時，水壓會促使巖體更易于破壞。 Brown根據(jù)巖石和巖體力學實驗成果，采用公式擬合的方法，導出了巖石破壞時主應力之間的關系式，即： 式中，1 破壞時的最大主應力；3 作用在巖石試件上的最小主應力；c 完整巖石試件的單軸抗壓強度；m 、s 常數(shù)，取決于巖石性質以及在達到應力1 和3之前巖石的破壞程度。當3 =0時，可得試件的單軸抗壓強度為 對于完整巖石 cs=c，S=1。對于節(jié)理裂隙巖石 S<1。 當巖體含有多組不連續(xù)面時，根據(jù)其強度特性和變形特性，可將其性能視為

27、各向同性。對于這種裂隙巖體，可以應用式(5-27)的強度判據(jù)，應用這一公式的關鍵是正確確定c 、 m和S等材料參數(shù)值。如果有巖體或大塊裂隙巖塊的三軸試驗成果，那么可應用回歸分析的方法，求出m和S值。在缺少實驗資料的情況下，可以采用巖體分類的辦法，求出m、S的近似值。工程巖體分類，所依據(jù)的巖體力學參數(shù)與巖體結構參數(shù)主要有：巖石的強度、巖層的結構、巖體結構面的分布、巖石風化程度、地下水的作用、地應力、工程規(guī)模。我國工程巖體分級具體分三步進行。首先，根據(jù)巖石的單軸抗壓強度值Rc和巖體的節(jié)理裂隙發(fā)育狀況，確定巖體的基本質量；然后求出巖體基本質量指標值BQ并進行分級；最后考慮地下水軟弱結構面和初始地應力

28、狀態(tài)的影響，對巖體基本質量指標予以修正。 RQD是以修正的巖芯采取率來確定的。巖芯采取率就是采取巖芯總長度與鉆孔長度之比。而RQD，即修正的巖芯采取率是選用堅固完整的、其長度等于或大于10cm的巖芯總長度與鉆孔長度之比，并用百分數(shù)表示。一種是根據(jù)巖石的單軸抗壓強度 ，把 20MPa的巖層稱為軟巖；或者根據(jù)單軸抗壓強度與垂向地應力的比值，即 2的巖層稱為軟巖。軟弱巖層是指強度低、孔隙度差、膠結程度大、受結構面切割及風化影響顯著或含有大量膨脹性粘土礦物的松、散、軟、弱巖層。軟巖的工程力學特性還有兩個重要特點，即吸水軟化和膨脹。軟巖親水性強，遇水強度顯著下降，有的巖石甚至碎裂、崩解。巖石干燥強度與飽

29、水強度的此值稱為軟化系數(shù)。沖擊地壓的特征：共有特征：突發(fā)性、瞬時震動性、破壞性。我國煤礦沖擊地壓突出特點。多類型、條件復雜、隨采深增加發(fā)展趨勢嚴重等。誘發(fā)因素：如放炮、頂板來壓期間、回柱（移架）等。沖擊地壓發(fā)生的地點及其主要特征：1）與地質構造有密切關系，往往發(fā)生在褶皺、斷層及煤層變異性出的部位，主要受構造應力的控制；2）具有堅硬的巖層的煤層頂板，該巖層聚集高強度的變形能；3）發(fā)生在超前巷道的沖擊地壓，以巷道兩幫煤體拋出為主要特征；4）發(fā)生在工作面的沖擊地壓，一般表現(xiàn)為大面積沖擊現(xiàn)象；5）在留有底煤的采場發(fā)生時，以底臌和煤巖壓入采場空間為主要顯現(xiàn)特征。 地應力：系指天然環(huán)境下地殼巖土體內某一點

30、所固有的應力狀態(tài)，即未受人工開挖擾動的應力，稱為地應力或原巖應力；次生應力：受開挖、手動影響，在影響范圍以內的原巖應力平衡狀態(tài)被破壞后的應力稱為次生應力或誘發(fā)應力；應力重分布：原巖應力到次生應力的轉換過程。海姆認為：原巖應力各向等壓，即凈水壓力狀態(tài)。他認為，鉛重應力以上覆巖體的重量，歷經漫長的地質年代后，由于材料的蠕變性及地下水平方向的約束條件，導致水平應力最終與鉛重應力相均衡。金尼克假說：根據(jù)彈性力學理論，假定巖體是均勻的、連續(xù)的彈性介質體，得出水平應力總歸小于鉛重應力的結論。 一般巖體的泊松比 為0.20.35，故側壓系數(shù) 通常都小于1，因此在巖體自重應力場中，垂直應力 和水平應力 ， 都

31、是主應力， 約為 的25%54%。只有巖石處于塑性狀態(tài)時， 值才增大。當 =0.5時， =1，它表示側向水平應力與垂直應力相等（ ），即所謂的靜水應力狀態(tài)（海姆假說）。地殼形成之后，在漫長的地質年代，在歷次構造運動下，有的地方隆起，有的地方下沉。這說明在地殼中長期存在著一種促使構造運動發(fā)生和發(fā)展的內在力量，這就是構造應力。構造應力在空間有規(guī)律的分布狀態(tài)稱為構造應力場。地應力的主要分布規(guī)律：1、地應力是個相對穩(wěn)定的非穩(wěn)定應力場，它是時間和空間的函數(shù)；2、 實測鉛垂應力基本等于上覆巖層重量；3、水平應力普遍大于鉛垂應力；4、平均水平應力與鉛垂應力的比值隨深度增加而減小，但在不同地區(qū)，變化的速度很不

32、相同；5、最大水平主應力與最小水平主應力也隨深度呈線性增長關系；6、最大水平主應力與最小水平主應力之值一般相差較大，顯示出很強的方向性；7、地應力的上述分布規(guī)律還會受到地形、地表剝蝕、風化、巖體結構特征、巖體力學性質、溫度、地下水等因素的影響，特別是地形和斷層的擾動影響最大。當圍巖內部的最大地應力與圍巖強度的比值達到某一水平時，才能稱為高地應力或極高地應力。（圍巖強度比）圍巖處于高應力場條件下所產生的巖片（塊）飛射拋撒，以及洞壁片狀剝落等現(xiàn)象叫巖爆。高地應力現(xiàn)象：1）巖芯餅化現(xiàn)象；2）巖爆；3）探洞和地下隧洞的洞壁產生剝離；4）巖質基坑底部隆起、剝離以及回彈錯動現(xiàn)象；5）野外原位測試測得的巖體物理力學指標比實驗室?guī)r塊試驗結果高。1、原位測量是目前取得工程需要的不同深度原巖應力可靠資料的唯一方法；2、實測方法因其所用傳感器原理和結構的不同而有許多種：孔徑變形法、水壓致裂法、孔壁應變法、空心包體應變法。其中，前二種是二維應力測量，可以測量與鉆孔軸線垂直截面上的原巖應力分量；后二種是三維應力測量，可以一次測得全部六個應力分量； 3、原巖應力是巖體內一點各個方向的應力分量總體的度量； 4、任何一種實測方法都需要通過擾動（通常是打鉆孔），打破原有狀態(tài)，在從一種平衡狀態(tài)到新的平衡狀態(tài)過程中，通過對力或應力的效應的間接測定來實現(xiàn)； 5