巖石力學(xué)重點(diǎn)(太原理工大學(xué)采礦0903)

1、.：.；巖石力學(xué)重點(diǎn)一 概念1原巖應(yīng)力：指地殼巖體內(nèi)某一點(diǎn)當(dāng)前的天然應(yīng)力，是工程開挖前或遠(yuǎn)離地下工程的未被擾動的原始應(yīng)力。2巖石強(qiáng)度準(zhǔn)那么：是指在極限條件下的應(yīng)力與應(yīng)力之間的關(guān)系或應(yīng)變與應(yīng)變的關(guān)系或者說是某種應(yīng)力或應(yīng)力形狀與其極限值之間的關(guān)系是判別巖土工程的應(yīng)力應(yīng)變能否平安的準(zhǔn)那么、判據(jù)或條件。3蠕變：即應(yīng)力=const，隨著時間t延伸，應(yīng)變添加的景象巖石在堅持應(yīng)力不變的條 件下，應(yīng)變隨時間延伸而添加的景象5軟化系數(shù)：1軟化系數(shù)c=Rcw/Rcd。軟化性指巖石吸水后性質(zhì)変低的性質(zhì)2飽水巖樣抗壓強(qiáng)度與自然風(fēng)干巖樣抗壓強(qiáng)度的比值6側(cè)應(yīng)力系數(shù)：通常稱=/1-為側(cè)應(yīng)力系數(shù)，=程度應(yīng)力分量/垂直應(yīng)力分量

2、1一 般情況 16 應(yīng)力集中系數(shù)：、是指試樣中的最大等效應(yīng)力與試樣中部橫截面上平均軸向應(yīng)力的比值7地壓：圍巖作用在支護(hù)體上的壓力8二次應(yīng)力：受地下工程開挖影響，巖體內(nèi)原巖應(yīng)力形狀被破壞后，將發(fā)生應(yīng)力重分布，進(jìn)而構(gòu)成的應(yīng)力。次生應(yīng)力，誘發(fā)應(yīng)力9彈性后效：即加載或卸載后經(jīng)一段時間應(yīng)變，才添加或減小到一定數(shù)值的景象10尺度效應(yīng)：巖石試件的尺寸越大，那么強(qiáng)度越低，反之越高的景象巖石試件由于內(nèi)部存在缺陷而存在尺度效應(yīng)12 比尺效應(yīng)：高寬比不同，巖石強(qiáng)度也不同。 尺寸效應(yīng)：13 長時強(qiáng)度：對應(yīng)時間趨于無窮時的強(qiáng)度破壞最低值長時間作用對巖石強(qiáng)度有很大的影響，對于永久性巖石工程或運(yùn)用壽命較長的巖石工程，應(yīng)充分

3、思索強(qiáng)度的時間效應(yīng) 14 礦山壓力 地下礦體被開采后，其周圍巖體發(fā)生了變形和位移，同時圍巖內(nèi)的應(yīng)力也增大和減小，甚至改動了原有的性質(zhì)。這種引起圍巖位移的力和巖體變化后的應(yīng)力就叫礦山壓力。4剪脹景象：1巖石在塑性段及峰后區(qū)的體積膨脹2巖石順齒狀節(jié)理剪切時，體積膨脹的景象15 流變在外力作用下，巖石的變形和流動資料在緩慢變形過程中應(yīng)力應(yīng)變的時間效應(yīng)17巖石的三向抗壓強(qiáng)度： 巖石在三向同時受壓時每個單向分別的強(qiáng)度極限18 真三軸緊縮實(shí)驗 巖石的一種三軸緊縮實(shí)驗，實(shí)驗時123 19塑性破壞 巖體在外力作用下，出現(xiàn)明顯塑性變形后的破壞稱為塑性破壞 20各向同性體 物理、化學(xué)等方面的性質(zhì)不會因方向的不同而

4、有所變化的物體21. 原生構(gòu)造面 巖石在成巖階段構(gòu)成的構(gòu)造面22 剩余變形 巖石在荷載時產(chǎn)生變形，卸荷載后變形只能部分恢復(fù)，不能恢復(fù)的那一部分變形稱剩余變形23 巖石的RQD質(zhì)量目的：用直徑為75MM的金剛石 HYPERLINK wiki.zhulong/baike/detail.asp?t=鉆頭 t _blank 鉆頭和雙層巖芯管在 HYPERLINK wiki.zhulong/baike/detail.asp?t=巖石 t _blank 巖石中鉆進(jìn)，延續(xù)取芯， HYPERLINK wiki.zhulong/baike/detail.asp?t=回次 t _blank 回次鉆進(jìn)所 HYPER

5、LINK wiki.zhulong/baike/detail.asp?t=取巖芯 t _blank 取巖芯中，長度大于10CM的巖芯段長度之和與該 HYPERLINK wiki.zhulong/baike/detail.asp?t=回次 t _blank 回次進(jìn)尺的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。二 簡述題1巖石力學(xué)強(qiáng)度的目的主要有哪些？分別衡量什么的？p36答：巖石的強(qiáng)度目的主要有抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度。其中，抗壓強(qiáng)度包括單軸抗壓強(qiáng)度巖石試件在單軸壓力作用下所能接受的最大壓力、三軸抗壓強(qiáng)度巖石試件在三個方向應(yīng)力作用下的強(qiáng)度；抗剪強(qiáng)度巖石抵抗剪切破壞的極限才干；抗拉強(qiáng)度巖石試件在單軸拉力作用下抵抗破

6、壞的極限才干。2巖石地下工程中穩(wěn)定的定義？力學(xué)本質(zhì)是什么？p103在地下工程井巷任務(wù)期限內(nèi)，平安和所需最小斷面得以保證，稱為穩(wěn)定.力學(xué)本質(zhì)：1開井巷后巖體最大最危險應(yīng)力位移巖體強(qiáng)度極限位移，那么自穩(wěn)2開井巷后巖體最大最危險應(yīng)力位移巖體強(qiáng)度極限位移，不自穩(wěn)地壓支護(hù)最危險應(yīng)力支護(hù)資料強(qiáng)度極限位移人工穩(wěn)定地壓支護(hù)最危險應(yīng)力支護(hù)資料強(qiáng)度極限位移不穩(wěn)定改革支護(hù)人工穩(wěn)定3影響井巷穩(wěn)定性的要素有哪些？對應(yīng)的處理方案有哪些？巷道維護(hù)的目的和原那么？p195要素：圍巖巖性，井巷位置，所處深度，巷道軸線方位，斷面外形尺寸，掘進(jìn)破巖方法，掘進(jìn)時間，掘進(jìn)方案，巷道布置與采動影響，以及支護(hù)類型與特性井巷維護(hù)的目的首先在

7、于保證井巷穩(wěn)定性，但必需以經(jīng)濟(jì)合理為前提。原那么：應(yīng)抓住圍巖應(yīng)力與圍巖強(qiáng)度二者之間，以及支護(hù)應(yīng)力與支護(hù)強(qiáng)度二者之間的相對關(guān)系。首先應(yīng)該力求降低圍巖應(yīng)力，添加圍巖強(qiáng)度，以求到達(dá)第一種穩(wěn)定，即靠圍巖本身強(qiáng)度堅持穩(wěn)定，這種穩(wěn)定又稱為一次穩(wěn)定。否那么，不得以求其次，再依托支護(hù)到達(dá)第二種穩(wěn)定，又稱為二次穩(wěn)定。4巖石地下工程中支護(hù)遵照的原理是什么？根本觀念是什么？原理：假設(shè)不受支護(hù)阻撓，在地下工程空間的周邊的破裂巖體處于周邊切向和空間軸向的雙軸受力形狀。通常軸向應(yīng)力應(yīng)該是中間主應(yīng)力，假設(shè)忽略它，周邊的破裂巖體就相當(dāng)于處于單軸受力形狀。這時巖體要產(chǎn)生橫向位移對地下工程空間來將相當(dāng)于徑向位移，而支護(hù)抑制強(qiáng)加于

8、它的這種橫向位移，最后由巖體和支護(hù)體各自的力學(xué)特性共同決議了各自體內(nèi)的應(yīng)力和位移，在巖體和支護(hù)體接觸面的法向那么應(yīng)該有一樣的應(yīng)力和位移。圍巖-支護(hù)共同作用原理的根本觀念是：1 圍巖是一種天然承載構(gòu)造 2合理的支護(hù)方式應(yīng)該是合理充分利用圍巖的自承才干3在保證平安的前提下，充分利用自承才干4途徑：是支護(hù)體和圍巖在相互約束的形狀下共同存在5地下淺部的原巖應(yīng)力的分布規(guī)律有哪些？p1061)原巖應(yīng)力普通是三軸壓應(yīng)力形狀，且受地表地形地貌、山川河流和構(gòu)造的影響，其分布往往非常復(fù)雜2三個主應(yīng)力的大小普通互不相等。3三個主應(yīng)力的方向普通偏離鉛垂或水平方向不大，引起偏離的主要緣由是構(gòu)造、巖層傾角或部分不均值影響

9、4原巖應(yīng)力中的鉛垂應(yīng)力分量根本上等于由上覆巖體自重，即z=v=z，它隨深度呈線性增長5)原巖應(yīng)力的兩個近程度應(yīng)力分量分布非常復(fù)雜，因地而異，且隨深度而變化；兩個程度應(yīng)力的平均值與鉛垂應(yīng)力的比值的統(tǒng)計規(guī)律，可以概括為：即側(cè)應(yīng)力系數(shù)與深度成呈曲線變化，越近地表平均程度應(yīng)力相對高于鉛垂應(yīng)力；往下越相接近；一定深度之后變得小于鉛垂應(yīng)力6常見地壓分類按成因分為四個類型？每個類型具有的意義？答：工程中把地壓分為松弛地壓：在一定范圍內(nèi)，滑移或塌落的巖體以重力的方式直接作用于支護(hù)體上的壓力變形地壓：指在大范圍內(nèi)巖體因變形、位移遭到支護(hù)體的抑制而產(chǎn)生的地壓。變形地壓控巖體變形的性態(tài)特征，又可分為以下幾種：彈性變

10、形壓力 塑性變形壓力流變壓力膨脹地壓：由于巷道圍巖膨脹而產(chǎn)生的壓力沖擊地壓：又稱巖爆，它是在圍巖積累了大量的彈性變形能之后，忽然釋放出來時所產(chǎn)生的壓力7圖示并闡明蠕變?nèi)A段是什么？和各自的特點(diǎn)？p371初始段或瞬態(tài)段斜率漸減，2等速段或穩(wěn)態(tài)段斜率不變，3加速段或不穩(wěn)定段斜率漸增計算題普氏實(shí)際，次生應(yīng)力1抗拉強(qiáng)度的公式是什么？巴西法p25St=2P/Dt=0.636P/DtP-劈裂載荷 D、t-試件直徑、厚度2將巖石試件單軸緊縮壓應(yīng)力到達(dá)120MPa時，即破壞，破壞面與最大主應(yīng)力方向夾角60度，根據(jù)摩爾庫倫準(zhǔn)那么計算1巖石內(nèi)摩擦角2正應(yīng)力為零時的抗剪強(qiáng)度就是求C=45+；=C+f=C+tan 添

11、加公式Sc=2Ccos/1 - sin3計算原巖自重應(yīng)力的海姆假說和金尼克假說的內(nèi)容?和各自的公式？p85海姆假說：鉛垂應(yīng)力為上覆掩體的分量，歷經(jīng)漫長的地質(zhì)年代后，由于資料的蠕變性及地下程度方向的約束條件，導(dǎo)致程度應(yīng)力最終與鉛垂應(yīng)力相平衡。公式：1=2=3=gz=z金尼克假說：鉛垂應(yīng)力仍是自重應(yīng)力z=z，而程度方向上，均質(zhì)巖體相鄰微元體相互遭到彈性約束，且時機(jī)均等，故由虎克定律應(yīng)有x=x-(y+z)/E=0y=y-(x+z)/E=0，得到自重力的程度分量為x=y=z/1-例題 求在自重作用下地殼中的應(yīng)力形狀：假設(shè)花崗巖，泊松比，那么一公里深度以下的應(yīng)力是多少？解：由于地殼厚度比地球半徑小的多。

12、在部分地域可以把地表看作一個半平面，在程度方向為，深度也無限?，F(xiàn)思索地面下深度Z處的一個微小單元體。它遭到在它上邊巖、土體分量的壓力。在單位面積上，這個分量是，其中， 是它上面物體的體積，是物理單位體積的分量，因此： 假設(shè)單元體周圍是空的，它將向周圍膨脹，當(dāng)由于單元體周圍也都在自重作用下，相互作用的影響使單元體不能向周圍擴(kuò)張。即； 解之，那么得：對于花崗巖，一公里深度以下的應(yīng)力為：由此可見，深度每添加一公里，垂直壓力添加，而橫向壓力約為縱向壓力的三分之一。6.1 設(shè)某花崗巖埋深一公里，其上復(fù)蓋地層的平均容重為，花崗巖處于彈性形狀，泊松比。該花崗巖在自重作用下的初始垂直應(yīng)力和程度應(yīng)力分別為。A2

13、600和867B26000和8667 C2600和866D2600和866.7 解答1垂直應(yīng)力計算2程度應(yīng)力計算其中：側(cè)壓力系數(shù)的大小與巖體的性質(zhì)有關(guān)，當(dāng)巖體處于彈性形狀時，采用彈性力學(xué)公式；當(dāng)巖體比較破碎時，采用松散介質(zhì)極限平衡實(shí)際公式；當(dāng)巖體處于潛塑形狀時，采用海姆公式。由于此題巖體處于彈性形狀，所以采用彈性力學(xué)公式，側(cè)壓力系數(shù)為所以： 可見，此題的正確答案為B補(bǔ)充題一填空題1根據(jù)試件含水量的不同，巖石重容分為干容重，天然容重，飽和容重2假設(shè)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系不是直線 而是幾何非線性，但應(yīng)力-應(yīng)變有著一一對應(yīng)的關(guān)系，那么這種巖石資料稱為完全彈性3巖石抵抗外力破壞作用的才干，稱為強(qiáng)度，常見的強(qiáng)度

14、有單軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度。4 摩爾強(qiáng)度實(shí)際以為，資料內(nèi)某一點(diǎn)的破壞取決于該點(diǎn)的剪應(yīng)力、正應(yīng)力，與中間主應(yīng)力關(guān)5 巖體按構(gòu)造類型分成整體塊，狀層，狀碎裂，散體二簡述題1.什么叫巖石？什么叫巖體？它們之間的區(qū)別何在？答：巖石，是組成地殼的根本物質(zhì)，它是由礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律凝聚而成的自然地質(zhì)體。 巖體，是指一定工程范圍內(nèi)的自然地質(zhì)體，它閱歷了漫長的自然歷史過程，經(jīng)受了各種地質(zhì)作用，并在地應(yīng)力的長期作用下，在其內(nèi)部保管了各種永久變形和各種各樣的地質(zhì)構(gòu)造形跡不整合、褶皺、斷層、層里、節(jié)理、劈理等不延續(xù)面。 巖石和巖體的重要區(qū)別就是巖體包含假設(shè)干延續(xù)面，巖體的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于巖石強(qiáng)度。3

15、.什么叫巖石力學(xué)？其研討內(nèi)容是什么？研討方法有哪些？答：巖石力學(xué)是研討巖石及巖體在各種不同受力形狀下產(chǎn)生變形和破壞的規(guī)律，并在工程地質(zhì)定性分析的根底上定量地分析巖體穩(wěn)定性的一門學(xué)科。巖石力學(xué)研討的內(nèi)容：(1)根本原理，包括巖石的破壞、斷裂、蠕變及巖石內(nèi)應(yīng)力、應(yīng)變實(shí)際等的研討；2實(shí)驗室實(shí)驗和現(xiàn)場原位實(shí)驗，包括各種靜力和動力方法，以確定巖塊和巖體在靜力和動力作用下的性狀及tanti內(nèi)的初始應(yīng)力；3在實(shí)踐運(yùn)用方面，包括地表巖石地基的穩(wěn)定和變形問題、巖石邊坡的穩(wěn)定性等問題的研討。研討方法有科學(xué)實(shí)驗和實(shí)際分析相結(jié)合的方法。4.巖石的物理性質(zhì)目的主要有哪些？它們是如何定義的？答：質(zhì)量密度單位體積的質(zhì)量；重

16、度單位體積的分量；相對密度巖石的干分量除以巖石的實(shí)體積所得的量與1個大氣壓下4攝氏度的純水的重度的比值；孔隙率孔隙體積與總體積百分比；孔隙比孔隙體積與固體的體積之比；含水率天然形狀下巖石中水的分量與巖石烘干分量的百分比；吸水率枯燥巖石試樣在一個大氣壓和室溫條件下吸入水的分量與巖石干重百分比；飽水率巖樣在強(qiáng)迫形狀真空、煮沸、高壓下，巖樣的最大吸水分量與巖樣烘干分量的百分比；浸透性在水壓力作用下，巖石的孔隙和裂隙透過水的才干；膨脹性巖石浸水后體積增大的性質(zhì)；崩解性巖石與水相互作用時失去黏結(jié)性并變成完全喪失強(qiáng)度的松散物質(zhì)的性能；軟化性巖石與水相互作用時強(qiáng)度降低的特性；抗凍性巖石抵抗凍融破壞的性能稱為

17、巖石的抗凍性。5.巖石的容重、密度取決于何種要素？與巖石的力學(xué)性質(zhì)有何相關(guān)性？答：巖石的容重、密度取決于組成巖石的礦物成分、孔隙大小以及含水量。巖石的重度在一定程度上反映出巖石力學(xué)性質(zhì)的優(yōu)劣，通常巖石的重度愈大，其力學(xué)性質(zhì)愈好。6.巖石的比重取決于何種要素？答：巖石的比重取決于組成巖石的礦物的相對密度，巖石中重礦物越多其比重越大，大部分巖石比重介于2.502.80之間。7.巖石含空隙目的與巖石力學(xué)性質(zhì)有何關(guān)系？答：巖石含空隙目的值越大巖石力學(xué)性質(zhì)就越差。8.巖石的吸水率取決于何種要素？與巖石力學(xué)性質(zhì)有何關(guān)系？答：巖石吸水率大小取決于巖石中孔隙數(shù)量多少和細(xì)微裂隙的連通情況。吸水率愈大，巖石的力學(xué)

18、性能就愈差。9.巖石的飽水目的與巖石的抗凍性有何相關(guān)性？答：巖石飽水目的反映巖石中張開型裂隙和孔隙的發(fā)育情況，對巖石的抗凍性有較大影響。飽水系數(shù)(吸水率與飽水率百分比)普通在0.50.8之間。實(shí)驗闡明，飽水系數(shù)91%時，可免遭凍脹破壞。10.巖石的軟化、膨脹和崩解的機(jī)理是什么？它們與巖石的力學(xué)性質(zhì)有何關(guān)系？答：巖石的軟化機(jī)理，由于水分子進(jìn)入顆粒間的間隙而消弱了顆粒間的結(jié)合呵斥的；崩解機(jī)理，由于水花過程中消弱了巖石內(nèi)部構(gòu)造的結(jié)合引起的；膨脹機(jī)理，經(jīng)水化作用后相鄰顆粒間產(chǎn)生的契劈效應(yīng)，當(dāng)契劈作用力大于構(gòu)造結(jié)合力，巖石顯示膨脹性。巖石的軟化、崩解和膨脹性質(zhì)越好，巖石力學(xué)性質(zhì)就越差。11.試推導(dǎo)用巖石

19、的干容重、比重和水的容重表示巖石的空隙率和空隙比。答：知巖石干容重；比重；水的容重 據(jù)土力學(xué)公式：空隙比e = ；空隙率12、巖石的吸水性與空隙率有什么關(guān)系？答案：由于巖石中包含空隙，才導(dǎo)致巖石吸水性的存在?？障对蕉?，吸水性越明顯。巖石的吸水率是在常溫常壓下進(jìn)展的，水只能進(jìn)入大開空隙，而小開空隙和閉空隙水不能進(jìn)入，因此它與大開空隙率有關(guān)。巖石的飽和吸水率在高壓(或真空)條件下浸水，普通以為水能進(jìn)入一切開空隙中，因此它與開空隙率有關(guān)。13.試推導(dǎo)巖石吸水率與巖石大開空隙率的關(guān)系。解：設(shè)巖石的大開空隙率，大開空隙體積占總空隙體積的百分比為k，巖石相對密度為，那么巖石吸水率與大開空隙率的關(guān)系表示如下：14.試推導(dǎo)巖石飽水率與巖石開型空隙率的關(guān)系。解：通常以為，在高壓條件下水能進(jìn)入巖樣一切敞開的空隙中。所以，由上題可知，巖石飽和吸水率與開型空隙率的關(guān)