巖體力學復習重點

巖體力學復習重點名詞解釋：1、軟化性：軟化性是指巖石浸水飽和后強度降低的性質(zhì)。2、軟化系數(shù)：是指巖石時間的飽和抗壓強度于干燥狀態(tài)下的抗壓強度的比值。3、形狀效應(yīng)：在巖石試驗中，由于巖石試件形狀的不同，得到的巖石強度指標也就有所差異。這種由于形狀的不同而影響其強度的現(xiàn)象稱為“形狀效應(yīng)”。4、尺寸效應(yīng)：巖石試件的尺寸愈大，則強度愈低，反之愈高，這一現(xiàn)象稱為“尺寸效應(yīng)”。5、延性度：指巖石在達到破壞前的全應(yīng)變或永久應(yīng)變。6、流變性：指在應(yīng)力不變的情況下，巖石的應(yīng)變或應(yīng)力隨時間而變化的性質(zhì)。7、應(yīng)力松弛：是指當應(yīng)力不變時，巖石的應(yīng)力隨時間增加而不斷減小的現(xiàn)象。8、彈性后效：是指在加荷或卸荷條件下，彈性應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象。9、峰值強度:若巖石應(yīng)力--應(yīng)變曲線上出現(xiàn)峰值,峰值最高點的應(yīng)力稱為峰值強度.10、擴容:在巖石的單軸壓縮試驗中,當壓力達到一定程度以后,巖石中的破列或微裂紋繼續(xù)發(fā)生和擴展,巖石的體積應(yīng)變增量有由壓縮轉(zhuǎn)為膨脹的力學過程,稱之為擴容.11、應(yīng)變硬化:在屈服點以后(在塑性變形區(qū)),巖石(材料)的應(yīng)力—應(yīng)變曲線呈上升直線,如果要使之繼續(xù)變形,需要相應(yīng)的增加應(yīng)力,這種現(xiàn)象稱之為應(yīng)變硬化.12、延性流動:是指當應(yīng)力增大到一定程度后,應(yīng)力增大很小或保持不變時,應(yīng)變持續(xù)增長而不出現(xiàn)破裂,也即是有屈服而無破裂的延性流動.13、強度準則:表征巖石破壞時的應(yīng)力狀態(tài)和巖石強度參數(shù)之間的關(guān)系,一般可以表示為極限應(yīng)力狀態(tài)下的主應(yīng)力間的關(guān)系方程:σ1=f(σ2,σ3)或τ=f(σ).14、結(jié)構(gòu)面:①指在地質(zhì)歷史發(fā)展過程中,巖體內(nèi)形成的具有一定得延伸方向和長度,厚度相對較小的宏觀地質(zhì)界面或帶.②又稱若面或地質(zhì)界面,是指存在于巖體內(nèi)部的各種地質(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.15、原生結(jié)構(gòu)面:在成巖階段形成的結(jié)構(gòu)面.16、次生結(jié)構(gòu)面:指在地表條件下,由于外力的作用而形成的各種界面.17、結(jié)構(gòu)體:結(jié)構(gòu)面依其本身的產(chǎn)狀,彼此組合將巖體切割成形態(tài)不一,大小不等以及成分各異的巖石塊體,被各種結(jié)構(gòu)面切割而成的巖石塊體稱為結(jié)構(gòu)體.18、結(jié)構(gòu)效應(yīng)：巖體中結(jié)構(gòu)的方向性質(zhì)密度和組合方式對巖體變形的影響。19、剪脹角：巖體結(jié)構(gòu)面在剪切變形過程中所發(fā)生的法向位移與切向位移之比的反正切值。20、巖體基本質(zhì)量：巖體所固有的影響工程掩體穩(wěn)定性的最基本屬性，巖體基本質(zhì)量由巖石堅硬程度和巖石完整程度決定。21、自穩(wěn)能力：在不支護條件下，地下工程巖體不產(chǎn)生任何形式的能力。22、地應(yīng)力：自然狀態(tài)下在原巖巖體中存在的由于巖石自重和構(gòu)造應(yīng)力形成的分布應(yīng)力，也稱天然應(yīng)力23、原巖應(yīng)力：在工程中指天然存在于巖體中而與任何認為因素無關(guān)的應(yīng)力。24、殘余應(yīng)力：沒有外力作用時在巖體內(nèi)部由于某種原因在整個巖體內(nèi)的不均勻的變形而引起的應(yīng)力25、初始地應(yīng)力：巖體中存在的未受工程擾動的原始應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力26、自重應(yīng)力：由于巖體自重而產(chǎn)生的天然應(yīng)力27、構(gòu)造應(yīng)力：由于地質(zhì)構(gòu)造活動在巖體中引起的應(yīng)力場，這種應(yīng)力與一定范圍地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，其主要特點是水平應(yīng)力大于覆巖垂直應(yīng)力分量。這一作用可以持續(xù)到底層深處。28、應(yīng)力重分布：巖體受到工程活動擾動，引起巖體中初始應(yīng)力的轉(zhuǎn)移變化形成的新的應(yīng)力場狀態(tài)。29、二次應(yīng)力：相對于初始應(yīng)力而言，巖體上或巖體內(nèi)部受到工程活動擾動，引起初始應(yīng)力自然平衡狀態(tài)的改變，使一定范圍內(nèi)的原始應(yīng)力重分布形成的新的應(yīng)力為二次應(yīng)力，或稱次生應(yīng)力，直接與工程穩(wěn)定性有關(guān)。30、巖爆：是地下洞室開挖過程中圍巖發(fā)生突然脆性破壞的現(xiàn)象。一般在地應(yīng)力較大部位，巖石被擠壓超過其彈性限度，聚集的能量會突然釋放出來，伴隨有聲音、碎石飛散、墜落等現(xiàn)象。31、構(gòu)造線：指區(qū)域性擠壓應(yīng)力所形成的構(gòu)造形跡，也就是指與產(chǎn)生地質(zhì)構(gòu)造運動的壓應(yīng)力方向相垂直的平面和地面的交線。32、圍巖：指由于人工開挖使巖體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了變化，而這部分被改變了應(yīng)力狀態(tài)的巖體稱為圍巖。地下工程開挖過程中，在發(fā)生應(yīng)力重分布的那一部分工程巖體稱為圍巖。33、圍巖壓力：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。作用在支護物上的圍巖的變形擠壓力或塌坍巖體的重力稱為圍巖壓力。34、圍巖抗力：在有壓洞室中，作用有很高的內(nèi)水壓力，并通過襯砌或洞壁傳遞給圍巖，這時圍巖將產(chǎn)生一個反力，稱為圍巖抗力。35、靜水應(yīng)力狀態(tài)：在巖石力學中，地下深部巖體在自重作用下，巖體中的水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力相等的應(yīng)力狀態(tài)。36、形變圍巖壓力：指圍巖在二次應(yīng)力作用下局部進入塑性，緩慢的塑性變形作用在支護上形成的壓力，或者是有明顯流變性能的圍巖的粘彈性或者粘彈—粘塑性變形形成的支護壓力。一般發(fā)生在塑性或者流變性較顯著的地層中。37、松動圍巖壓力：指因圍巖應(yīng)力重分布引起的或施工開挖引起的松動巖體作用在隧道或坑道井巷等地下工程支護結(jié)構(gòu)上的作用壓力。一般是由于破碎的、松散的、分離成塊的或被破壞的巖體坍滑運動造成的。38、沖擊圍巖壓力：（1）是地下洞室開挖過程中，在超過圍巖彈性限度的壓力作用下，圍巖產(chǎn)生內(nèi)破壞，發(fā)生突然脆性破壞并涌向開挖（采掘）空間的一種動力現(xiàn)象。（2）強度較高且完整的彈脆性巖體過渡受力后突然發(fā)生巖石彈射變形所引起的圍巖壓力。39、膨脹圍巖壓力：在遇到水分的條件下圍巖常常發(fā)生不失去整體性的膨脹變形和位移，表現(xiàn)在頂板下沉、地板隆起和兩幫擠出，并在支護結(jié)構(gòu)上形成形變壓力的現(xiàn)象。40、應(yīng)力集中：受力物體或構(gòu)件在其形狀或尺寸突然改變之處引起應(yīng)力在局部范圍內(nèi)顯著增大的現(xiàn)象。41、應(yīng)力集中系數(shù)：指巖體中二次應(yīng)力與原始應(yīng)力的比值，也可用井巷開挖后圍巖中應(yīng)力與開挖前應(yīng)力的比值來表示。41、研究巖石應(yīng)力狀態(tài)的目的在于正確認識巖石的力學性能，闡述圍巖的破壞機制，充分利用和發(fā)揮圍巖的自承能力，是工程設(shè)計更加合理安全和經(jīng)濟。42、巖體變形的不均勻?qū)е聡鷰r局部破裂的原因是應(yīng)力分布的不均勻性和強度不均勻性。43、巖石在三軸壓縮時，隨著側(cè)向應(yīng)力σ3和σ1—σ3的增加，巖石強度也隨之增大：巖石發(fā)生破壞后，仍保留一定的承載能力。44、隧洞根據(jù)其內(nèi)部的受力情況可分為有壓洞室和無壓洞室兩大類。45、對于無襯砌有壓洞室，洞內(nèi)水壓力P在圍巖中所產(chǎn)生的徑向和切向應(yīng)力隨隧洞半徑r的增大而迅速降低，在6r處該應(yīng)力基本可以忽略不計，在有些有壓隧洞中常見到新形成的，平行于洞軸線的放射狀張裂隙，這主要是由于內(nèi)水壓力使圍巖產(chǎn)生的應(yīng)力抵消了圍巖的壓應(yīng)力，并超過了巖體的抗拉強度所致。46、圍巖在不產(chǎn)生破壞的條件下，當巖石性質(zhì)由硬巖，中硬巖，到軟巖的變化過程中，對于同一種支護形式而言，圍巖位移增長會越來越大，相應(yīng)要求支護結(jié)構(gòu)所承擔的壓力會越來越大，對于同一種巖石來說，隨圍巖的不斷變化要求支護結(jié)構(gòu)所承擔的壓力會越來越小。解答：1、在三軸試驗中，圍壓對巖石的力學性質(zhì)有什么影響（1）破壞前巖塊的總應(yīng)變隨圍壓增大而增加（2）隨圍壓增大，巖塊的塑性也不斷增大，且由脆性破壞逐漸轉(zhuǎn)化為延性破壞（3）隨圍壓的增大，巖塊三軸極限強度明顯增大（4）隨圍壓增大，彈性模量和泊松比不同程度的提高（5）當圍壓達到一定值時，出現(xiàn)應(yīng)變硬化現(xiàn)象2、結(jié)構(gòu)面的成因類型與分類結(jié)構(gòu)面的成因分為兩類：地質(zhì)成因和力學分類：（1）地質(zhì)成因類型包括原生結(jié)構(gòu)面（沉積結(jié)構(gòu)面、巖漿結(jié)構(gòu)面、變質(zhì)結(jié)構(gòu)面）構(gòu)造結(jié)構(gòu)面（斷層、節(jié)理、劈理和層間錯動面）次生結(jié)構(gòu)面（卸荷裂隙、風化裂隙、次生夾泄層、泥化夾層）（2）力學成因類型有剪性結(jié)構(gòu)面（逆斷層、平移斷層、多數(shù)正斷層）張性結(jié)構(gòu)面（羽狀張裂面、縱張及橫張破裂面和巖漿巖中的冷凝節(jié)理）3、結(jié)構(gòu)面的分級：由結(jié)構(gòu)面的伸長度、切割深度、破碎帶寬度及其力學效應(yīng)可分為5級：1級指大斷層或區(qū)域性斷層，延伸數(shù)公里至數(shù)十公里以上破碎寬約數(shù)米至幾百米以上；2級指延伸長、寬度不大數(shù)百米至數(shù)千米，寬數(shù)十厘米至數(shù)米；3級長數(shù)十米至數(shù)百米的斷層、區(qū)域性節(jié)理、延伸較好的層面及層間錯動等，寬數(shù)厘米至一米左右；4級延伸較差的節(jié)理、層面等長一般10mm~30mm，寬數(shù)厘米；5級微結(jié)構(gòu)面有隱節(jié)理、微層面等。規(guī)模小、連續(xù)性差、常包含在巖塊內(nèi)。4、結(jié)構(gòu)面特征及其影響：產(chǎn)狀（結(jié)構(gòu)面與最大主應(yīng)力間的關(guān)系控制著巖體的破壞機制與強度）、連續(xù)性（對巖體的變形、變形破壞機理、強度及滲透性都有很大影響）、密度（控制著巖體的完整性和巖塊的塊度，密度越大，巖體完整性越差，塊度越小，導致巖體力學性質(zhì)變差，滲透性增強）、張開度、形態(tài)（對巖體的力學性質(zhì)及水力學性質(zhì)存在明顯影響）、充填膠結(jié)特征（經(jīng)膠結(jié)的結(jié)構(gòu)面力學性質(zhì)改善，未膠結(jié)的力學性質(zhì)取決于充填物成分、厚度、含水性和壁巖性質(zhì)等）、結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系（控制著可能滑移巖體的幾何邊界條件、形態(tài)、規(guī)模、滑動方向及滑移破壞類型）。5、巖塊的力學屬性：彈性、塑性、粘性、脆性、延性。（1）彈性：在一定應(yīng)力范圍內(nèi)，物體受外力作用產(chǎn)生全部變形，而去除外力后能立即恢復其原有形狀和尺寸大小的性質(zhì)。（2）塑性：物體受力后產(chǎn)生變形，外力去除后不能完全恢復的性質(zhì)。不能恢復的那部分變形稱為塑性變形或永久變形或殘余變形。（3）粘性：物體受力后，變形不能瞬時完成，且變形速率隨應(yīng)力增加而增加的性質(zhì)。（4）脆性：物體受力后，變形很小時就發(fā)生破裂的性質(zhì)。（5）延性：物體能承受較大塑性變形而不喪失其承載力的性質(zhì)。6、單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線：εv=εl+εd階段：Ⅰ：孔隙裂隙壓密階段：原有張開性結(jié)構(gòu)面或微裂隙逐漸閉合，巖石被壓密，早期非線性變形，呈上凹形，斜率隨應(yīng)力增大而增大，微裂隙的閉合在開始較快隨后逐漸下降。Ⅱ：彈性變形至為微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段：近似直線，開始為直線，應(yīng)力增加，變?yōu)榍€，出現(xiàn)彈性極限，之后為塑性變形，出現(xiàn)新裂隙和微破裂，隨著應(yīng)力發(fā)展而發(fā)展，達到屈服極限。Ⅲ：非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段：破裂不斷發(fā)展，薄弱部位首先破壞，應(yīng)力重分布，次薄弱部位破壞，體積壓縮轉(zhuǎn)為擴容，達到峰值強度或單軸抗壓強度。Ⅳ：破壞后階段：裂隙快速發(fā)展，交叉且聯(lián)合成宏觀斷裂面，巖塊沿其滑移，試件承載力迅速下降但不為0。7、變形參數(shù)：變形模量（彈性模量）：單軸壓縮條件下，軸向壓應(yīng)力與軸向壓應(yīng)變之比。E=σ/ε初始模量：曲線原點處的切線斜率，Ei=σi/εi切線模量：曲線上任一點處的切線斜率，Et=(σ2-σ1)/(ε1-ε2)割線模量：曲線上某特定點原點連線的斜率，通常取σc/2處的點與原點連線的斜率，Es=σ50/ε50泊松比：單軸壓縮條件下，橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變之比，μ=-εd/εl8、結(jié)構(gòu)面的強度性質(zhì)分類：平直無充填的結(jié)構(gòu)面、粗糙起伏無充填~、非貫通斷續(xù)~、有充填的軟弱結(jié)構(gòu)面。9、巖體中天然應(yīng)力的分布特征1）重力應(yīng)力場與構(gòu)造應(yīng)力場的分布特點①重力應(yīng)力場：以垂直應(yīng)力為主，垂直應(yīng)力大于水平應(yīng)力；應(yīng)力為壓應(yīng)力；應(yīng)力隨深度增加而增加；②構(gòu)造應(yīng)力場：應(yīng)力有壓應(yīng)力，也可有拉應(yīng)力；以水平應(yīng)力為主，水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力；分布很不均勻，通常以地殼淺部為主。2）地殼淺部3km原巖應(yīng)力的規(guī)律：原巖應(yīng)力是非穩(wěn)定的應(yīng)力場，其大小和方向隨空間和時間而變化；實測垂直應(yīng)力基本上等于上覆巖體的重力；水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力。10、各類結(jié)構(gòu)圍巖的變形破壞特點（1）整體狀和塊狀巖體圍巖：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：破壞形式主要有：沿層面張裂、折斷塌落、彎折內(nèi)鼓等。（3）碎裂狀巖體圍巖：變形破壞形式常表現(xiàn)為塌方和滑動。（4）散體狀巖體圍巖：其變形破壞形式以拱形冒落為主。11、巖爆的產(chǎn)生條件（1）圍巖應(yīng)力條件。判斷巖爆發(fā)生的應(yīng)力條件有兩種方法：一是用洞壁的最大環(huán)向應(yīng)力σθ與圍巖單軸抗壓強度σc之比作為巖爆產(chǎn)生的應(yīng)力條件；另一種是用天然應(yīng)力中的最大主應(yīng)力σ1與巖塊單軸抗壓強度σc之比進行判斷。σθ≤0.3σc時，洞壁不出現(xiàn)巖爆；0.3σc＜σθ≤（0.5~0.8）σc時，洞壁圍巖出現(xiàn)巖射和剝落；σθ＞0.8σc時，洞壁出現(xiàn)巖爆和猛烈?guī)r射。另外，根據(jù)我國已產(chǎn)生巖爆的地下洞室資料統(tǒng)計，得出當巖體中最大天然主應(yīng)力σ1與σc達到σ1≥（0.15~0.2）σc時，將產(chǎn)生巖爆。（2）巖性條件。當彈性變形能系數(shù)ω＞70%時，會產(chǎn)生巖爆，ω越大發(fā)生巖爆的可能性越大。12、影響巖爆的因素（1）地質(zhì)構(gòu)造。巖爆大都發(fā)生在褶皺構(gòu)造中，巖爆與斷層、節(jié)理構(gòu)造也有密切的關(guān)系。（2）洞室埋深。隨著洞室埋深增加，巖爆次數(shù)增多，強度也增大。此外，地下開挖尺寸、開挖方法、爆破震動及天然地震等對圍巖也有明顯的影響。13、影響巖體邊坡變形破壞的因素（1）巖性。這是決定巖體邊坡穩(wěn)定性的物質(zhì)基礎(chǔ)。一般來說，構(gòu)成邊坡的巖體越堅硬，又不存在產(chǎn)生塊體滑移的幾何邊界條件時，邊坡不易破壞，反之則容易破壞而穩(wěn)定性差。（2）巖體結(jié)構(gòu)。巖體結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)面的發(fā)育特征是巖體邊坡破壞的控制因素。首先，巖體結(jié)構(gòu)控制邊坡的破壞形式及其穩(wěn)定程度，其次，結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度及其組合關(guān)系往往是邊坡塊體滑移破壞的幾何邊界條件。（3）水的作用。水的滲入使巖土的質(zhì)量增大，進而使滑動面的滑動力增大；其次，在水的作用下巖土被軟化而抗剪強度降低；另外，地下水的滲入對巖體產(chǎn)生動水壓力和靜水壓力，這些都對巖體邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。（4）風化作用。風化作用