巖石力學重點提示1

1、，（1）質(zhì)量指標密度比重3.巖石的基本物理性質(zhì):;(2)孔隙比孔隙率J相關式(3)水理性質(zhì)含水性質(zhì)， 滲透性含水量J吸水率第_章緒論巖石和巖體都是巖體力學的直接研究對象。但在巖體力學中，這是兩個既有聯(lián)系又有 區(qū)別的兩個基本概念。所謂巖石就是由礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定的規(guī)律聚集而形成的自然物體；所謂 巖體則是指在一定的地質(zhì)條件下，含有諸如節(jié)理、裂隙、層理和斷層等地質(zhì)結構面的復雜地 質(zhì)體。巖石就是指巖塊，在一般情況下，不含有地質(zhì)結構面。因此，巖石和巖體的力學性質(zhì)也是不同的，前者可在實驗室條件下進行試驗，而后者 一般在野外現(xiàn)場的實驗場地完成實驗。從實驗的精確度來看，后者更接近巖體的實際情況， 反

2、映了巖體的實際強度，前者則相差甚遠。第二章巖石的基本物理力學性質(zhì)（一）巖石的基本物理性質(zhì)這部分內(nèi)容比較直觀、容易掌握，但要注意各性質(zhì)指標的定義和歸類，避免引起混淆。 為便于記憶，列出基本物理力學性質(zhì)的歸類樹，讀者應將對應的公式（或注釋）填充。M-J 山.石漿石1.巖石（按地質(zhì)成因）沉積巖變質(zhì)巖巖體=巖石（或巖塊）+結構面天然密度飽和密度干密度軟化系數(shù)(4)抗風化指標j耐崩解性指數(shù)自由膨脹率,側(cè)向約束膨脹率J膨脹壓力（二）巖石的強度特性強度試驗基本內(nèi)容r單向抗壓強度試驗r直接法圓盤劈裂法單向抗拉強度抗剪強度I間接法 b單向抗壓強度試驗試件：直徑D = 50mm土 0.3mm；高H=(22.5)D

3、土 0.3mm；兩端法線與試件軸線 偏差不大于0.25 0;端面不平整度不大于0.5mm。P單向抗壓強度b =AP 一巖石試件無側(cè)限條件下的破壞載荷A一試件承載面積試件破壞形態(tài)圓柱單向壓縮有兩種可能的破壞形態(tài)：圓錐形破壞和圓柱形劈裂破壞(見圖2 -1)(a)圓錐形破壞(b)柱狀劈裂破壞圖2-1 單軸壓縮破壞形態(tài)破壞原因：圓錐形破壞形狀是由于試件兩端與試驗機承壓板之間摩擦力增大造成的。柱狀劈裂破壞，如圖2-1b所示。若采用有效方法消除巖石試件兩端面的摩擦力，則 試件的破壞形態(tài)成為柱狀劈裂破壞。試件單向抗壓強度的主要影響因素試驗機鐵板的剛度；試件的形狀；試件的尺寸；試件的高徑比；加載速度單向抗拉強

4、度試驗直接拉伸法.P對巖石試件直接施加拉力至破壞，抗拉強度為Q =-t A式中：P試件破壞時承受的最大壓力；A與拉力垂直的橫截面積。圓盤劈裂法試件：直徑D=50mm，厚度8 = 25 mm。加工要求同單向拉壓強度試驗加載方式見圖2-2巖石抗拉強度bt其中：P 一試件劈裂時的最大荷載；其它符號同前圖2-2劈裂試驗加載示意圖點荷載試驗法試件該試驗方法最大的特點是可利用現(xiàn)場取得的任何從形狀的巖塊，可以是5cm 的鉆孔巖芯，也可以是開挖后掉落下的不規(guī)則巖塊，不作任何巖樣加工直接進行試驗。加載與強度換算 施加點荷載，點荷載強度指數(shù)I可按下式求得：I = P / D 2(MPa )式中：P 一試件破壞的極

5、限荷載；D 一荷載與施加點之間的距離。點荷載強度指數(shù)與巖石抗拉強度之間的關系如下：R = 0.96 P / D 2要求：15個試件，最終按其平均值求得其強度指數(shù)并推算出巖石的抗拉強度。4?？辜魪姸仍囼瀻r石的抗剪強度有三種：抗剪斷強度、抗切強度和弱面抗剪強度(包括摩擦試驗)這三 種強度試驗的受力條件不同，其示意圖見圖2-3。圖2-3巖石的三種受剪方式示意圖重點應放在室內(nèi)巖石抗剪切強度的試驗上。室內(nèi)抗剪試驗試件 正六面體50mm x 50mm x 50mm ,加工精度同單向壓縮試件。加載方式一般用楔行剪切儀，其主要裝置如圖2-4所示。巖石的抗剪斷強度b = N / F = P (cos a + f

6、 sin a )/ Ft = Q / F = P (sin a - f cos a )/ F式中：b ,t 剪切面上的正應力和剪應力；F剪切面面積；a 試驗模具的夾角；P一壓力機施加的總壓力；f一圓柱形滾子與上下盤壓板的摩擦系數(shù)。圖2-4 巖石抗剪斷試驗巖石剪切強度曲線的確定用不同a的模具進行試驗一般a為30 0至70 0 ,分別按上式求出相應的b ,t值，再在 b-T坐標上做出其曲線，常巖石的強度曲線，如圖2-5所示，通常把它簡化為直線，并建 立如下方程t = b.tan 甲 + c式中：tan中一巖石的抗剪斷摩擦系數(shù)；c 一巖石的粘結力(內(nèi)粘聚力)圖2-5巖體抗剪強度曲線5。巖石的強度準則

7、常用巖石的強度準則有：庫侖準則、Hoek-Brown準則和格里菲斯準則庫侖準則基本思想：該準則認為巖石的破壞屬于壓剪破壞，在破壞面上，剪切破壞力的一部分 用來克服與正應力無關的粘結力，使材料顆粒間相脫離；另一部分用來克服與正應力成正比 的摩擦力，使面間發(fā)生錯動而最終破壞。庫侖準則的一般表達式k = c + b tg 中式中：k I,a 一破壞面上的正應力和剪應力；其它符號同前。庫侖準則的主應力表示該準則在a ,k坐標上是一條直線，若某點有一個斜面正好處于極限破壞狀態(tài)，則該點應 力圓與強度直線相切，如圖2-6所示。由圖的三角關系可以得出：圖2-6庫侖準則的幾何表示整理后，得：2 c cos 91

8、 + sin 911 一 sin 91 一 sin 9 3極限破壞角：a= 45 0 +9，a為最大主應力與破壞面外法向的夾角；破壞面一般為 2對共軛面。（2）Hoek-Brown 強度準則Hoek-Brown準則是通過統(tǒng)計分析提出的經(jīng)驗型強度準則，其表達式為:b 1 = b 3 + m .b ,b 3 + b 2式中：m 一材料常數(shù)，回歸系數(shù)（可查表求出）。其它符號同前。I該準則可用于任何應力條件下的強度驗算。（3）格里菲斯強度準則基本思想：格里菲斯認為，格里菲斯強度準則+ 3b 0 時最先破裂的裂紋方向角中:b = b3tG b )28 HYPERLINK l bookmark11 o C

9、urrent Document b + bt2 A +b3 )13（三）巖石的變形特征1?；緝?nèi)容單軸壓縮T巖石變形特征60fi0-3030- 1515-55堅硬程度堅硬巖較堅硬巖較軟巖軟巖極款巖巖體完整性指數(shù)（K ）可用彈性波測試方法確定：K =彳u V 2pr式中 V 一巖體彈性縱波速度（km/s）； V一巖石彈性縱波速度（km/s）。當現(xiàn)場缺乏彈性波測試條件時，可選擇有代表性露頭或開挖面，對不同的工程地質(zhì)巖組進行節(jié)理裂隙統(tǒng)計，根據(jù)統(tǒng)計結果計算巖體體積節(jié)理數(shù)（J ）（條/m3）；J = S + S + S + S式中S 第n組節(jié)理每米長測線1上的條數(shù)；S一每立方米巖體非成組節(jié)理條數(shù)。J和K

10、的對照關系見表5 2，K與巖體完整性程度定性劃分的對應關系，見表53表5 2 J與K對照表以條扁）35虬0.750.75-0.550.550.350.35-0.150.750.75-0.550.55-0.350:35-0.150.15 90 K + 30時，應以R = 90 K + 30和K代入計算BQ值；當K 0.04 R + 0.4時，應以K = 0.04 R + 0.4和R代入計算BQ值;按計算所得的BQ值，與表54，進行巖體基本質(zhì)量分級。表5 4巖體基本質(zhì)量分級基本質(zhì)量級別巖體基本質(zhì)量的定性特征巖體的基本質(zhì)量指標(BQ)I堅硬巖，巖體完整550II堅硬巖，巖體較完整； 較堅硬巖，巖體完整550451m堅硬巖，巖體較破碎；較堅硬巖或軟硬巖互層，巖體較完整；較軟巖，巖體完整450351W堅硬巖，巖體破碎；較堅硬巖，巖體較破碎破碎；較軟巖或軟硬巖互層，且以軟巖為主，巖體較完整一較破碎； 軟巖，巖體完整一較完整350251V較軟巖，巖體破碎；軟巖，巖體較破碎一破碎；全部極軟巖及全部極破碎巖450450-351350 -251250潮濕成點滴狀出水00.10.2-0.30.4-0.6辯雨狀或涌流狀出水，水壓小于等于0, IMPa成 單位出水 ft m)0.10,2-0.30.7-0.9港雨狀或海濫狀出水