巖石力學知識點整理

巖石力學知識點整理采礦12-1班礦山巖石力學知識點整理一、名詞解釋1.巖石力學：研究巖體在各種不同受力狀態(tài)下產生變形和破壞規(guī)律的科學。2.質量密度（ρ）和重力密度(γ)：單位體積的巖石的質量稱為巖石的質量密度。單位體積的巖石的重力稱為巖石的重力密度(重度)。所謂單位體積就是包括孔隙體積在內的體積。γ＝G/Vγ＝ρg(kN/m3)式中：G――巖石試件的重量(kN)；V——巖石試件的體積(m3)3.巖石的相對密度就是指巖石的干重量除以巖石的實體積（不包括巖石中孔隙體積）所得的量與1個大氣壓下40C純水的容重之比值。Gs——巖石的相對密度；GsWsVs?wWs——干燥巖石的重量(kN);Vs——巖石固體體積(m3);w——40C時水的重度（kN/m3）4.孔隙率是巖石試件內孔隙的體積占試件總體積的百分比。n?VV?100%Vn?1??dGs?w5.孔隙比是指巖石試件內孔隙的體積（Vv)與巖石試件內固體礦物顆粒的體積（Vs)之比。e?VV?VV?nVsV?VV1?n1采礦12-1班6.巖石含水率(V1)：是指天然狀態(tài)下巖石中水的重量W1與巖石烘干重量Wd之比。V1W1Wd100%7.巖石的飽水率（V2）是指高壓（150個大氣壓）或真空條件下，巖石吸入水的重量W2與巖石干重量之比，即V2W2Wd100%8.巖石的飽水系數（KS）是指巖石的吸水率與飽水率之比，即KSV1V29.軟化系數：是指巖石試件在飽水狀態(tài)下的抗壓強度（?c）與在干燥狀態(tài)下的抗壓強度（?'c）的比值，即??c?'c。10.透水性是指在一定的壓力作用下，地下水可以透過巖石的性能稱為巖石的透水性，其衡量指標為滲透率。11.巖石的碎脹性是指巖石破碎后其體積比原體積增大的性能。12.結構面：是指具有一定方向、延展較大、厚度較小的二維面狀地質界面。13.剪脹：結構面滑移過程中，不僅產生切向位移，也有法向位移，從而使結構面張開，巖體體積膨脹，這種現(xiàn)象即為剪脹。14.巖石：是由礦物或巖屑在地質作用下按一定規(guī)律凝聚而成的自然地質體。15.巖體：是指自然界中處于一定地質環(huán)境中的各種巖性和結構特性的巖石所組成的集合體。16.結構體：被各種結構面分割而成的巖石塊體稱為結構體。2采礦12-1班17.巖體結構：是指巖體中結構面和結構體形態(tài)和組合的特征。18.RQD是巖石質量指標，是指鉆探時巖芯的復原率。RQD??li?100%Lli—所取巖芯中≥10cm長度的巖芯段的長度,mL—鉆進巖芯的總長度，m。19.原巖：未經采掘而又不受采動影響仍處于自然平衡狀態(tài)的巖體稱為原巖。（在原巖中天然賦存的應力稱為原巖應力（包括自重應力和構造應力），原巖應力在巖體空間有規(guī)律的分布狀態(tài)稱為原巖應力場。）20.圍巖：受工程開挖影響應力重新分布的巖體稱為圍巖（圍巖中的應力稱為次生應力，圍巖中重新分布的應力狀態(tài)稱為圍巖的次生應力狀態(tài)）。21.重力應力：地殼上部各種巖體由于受地心引力的作用而引起的應力稱為重力應力。（自重應力場是指自重應力在空間有規(guī)律的分布狀態(tài)，構造應力場是指構造應力在空間有規(guī)律的分布狀態(tài)。）22.側壓力系數是指某點的水平應力與該點垂直應力的比值。23.擴容：巖石在外載荷作用下，隨著外力的增加，其體積不是減小，而是大幅度增加且增加速度越來越快，最終導致巖石試件的破壞，這種體積明顯擴大的現(xiàn)象稱為擴容。24.應力集中系數（K）：巷道開挖后圍巖中某點的應力（次生應力）與開挖前該點原巖應力的比值。若K>1，說明巷道開挖后次生應力增加了，反之，若K<1，說明巷道開挖后次生應力減小了。25.格里菲斯準則：不論巖石受力狀態(tài)如何，最終本質上都是拉伸應3力引起的巖石破壞。采礦12-1班二、選擇題1、巖體是由（B）組成的。A巖石B巖石和結構面C節(jié)理裂隙D結構面和結構體2、巖體是由（A）聚集而成的。A礦物或巖屑B碎屑結構C土屑D造巖礦物3、巖體結構的兩大要素是（C）A構造和產狀B粗糙度和起伏度C結構面和結構體D切割度和充填物4、大部分巖體屬于（D）A均質連續(xù)體B非均質材料C非連續(xù)材料D非均質、非連續(xù)、各向異性材料5、巖石的彈性模量一般指（A）A彈性變形曲線的斜率B割線模量C切線模量D平均模量6、由于巖石的抗壓強度遠大于其抗拉強度所以巖石屬于（D）A脆性材料B塑性材料C堅硬材料D脆性材料，但圍壓較大會會呈現(xiàn)塑性特性。7、剪脹（或擴容）表示（D）A巖石的體積不斷減少現(xiàn)象B裂隙逐漸閉合的一種現(xiàn)象C裂隙逐漸張開的一種現(xiàn)象D巖石的體積隨壓力的增大而增大現(xiàn)象現(xiàn)象。4采礦12-1班8、剪脹（或擴容）發(fā)生的原因是由于（D）A巖石內部裂隙閉合引起的B壓應力過大引起的C巖石的強度大小引起的D巖石內部裂隙逐漸張開而貫通引起的9、巖石的抗壓強度隨著圍壓的增大而（A）A增大B減小C保持不變D會發(fā)生突變10、劈裂試驗得出的巖石強度是巖石的（B）A抗壓強度B抗拉強度C抗彎強度D抗剪強度11、巖石的吸水率是指（B）A巖石試件吸入水的重量和巖石天然重量之比B巖石試件吸入水的重量和巖石干重量之比C巖石試件吸入水的重量和巖石飽和重量之比D巖石試件天然重量和巖石飽和重量之比12、摩尓---庫侖強度理認為材料是（）破壞？格里菲斯強度理論認為材料是（）破壞？（A）A剪切受拉B剪切受壓C受壓受拉D受拉剪切13、按摩尓---庫侖強度理論，若巖石強度是一條直線，則巖石破壞面與最大主應力作用方向的夾角為（B）A45°B45+?2C45°-?D60°214、巖體的強度小于巖石的強度主要是由于（A）A巖體中含有大量的不連續(xù)結構面B巖體中含有水C巖體為非均質材料D巖石的彈性模量比巖體的大5采礦12-1班（注;巖體的強度決定于結構面的強度和巖石的強度，巖體的強度介于結構面的強度和巖石的強度之間。）15、巖體的尺寸效應是指（C）A巖體的力學參數與試件尺寸沒有什么關系B巖體的力學參數隨試件尺寸的增大而增大C巖體的力學參數隨試件尺寸的增大而減小D巖體的強度比巖石的強度小16、影響巖體質量的主要因素為(C)A巖石的類型、埋深B巖石的類型、含水量、濕度C巖體的完整性和巖石的強度D巖體的完整性、巖石強度、裂隙密度、埋深17、我國工程巖體分級標準中巖石的堅硬程度確定是按照(A)A巖石的飽和單軸抗壓強度B巖石的單軸抗拉強度C巖石的變形模量D巖石的粘結力18、下列形態(tài)的結構體中哪一種具有較好的穩(wěn)定性?(D)A錐形B菱形C楔形D方形19、沉積巖中沉積的層面屬于哪一種類型的結構面(A)A原生結構面B構造結構面C次生結構面D爆破結構面20、我國工程巖體分級標準中，巖體完整性確定的依據為（D）6采礦12-1班ARQDB節(jié)理間距C節(jié)理密度D巖體的完整性指數或節(jié)理數21、我國工程巖體分級標準中，巖體基本質量指標是由那兩個指標確定的?(B)ARQD和節(jié)理密度B巖石的飽和單軸抗壓強度和巖體的完整性指數C地下水和RQDD節(jié)理密度和地下水22、初始地應力主要包括（C）A自重應力B構造應力C自重應力和構造應力D殘余應力23、初始地應力是指（A）A未受開挖影響的原始地應力B未支護時的圍巖應力C開挖后的巖體應力D支護完成后的圍巖應力24、構造應力的作用方向為（B）A鉛直方向B近水平方向C斷層走向方向D傾斜方向（注：地球自轉角速度的變化而產生地殼水平方向的運動是造成構造力以水平應力為主的重要原因。）25、下列關于巖體初始應力的描述中，哪個是正確的？（B）A垂直應力一定大于水平應力B構造應力以水平應力為主C自重應力以水平應力為主D自重應力和構造應力分布范圍基本一致26、如果不進行量測而想估計巖體的初始應力狀態(tài)時則一般假設側壓系數為下列哪一個比較好？（B）A0.5B1.0C＜1.0D＞1.07采礦12-1班27、測定巖體的初始應力時，最普遍采用的方法是（B）A應力恢復法B應力解除法C彈性波法D模擬試驗28、在工程實踐中，硐室圍巖穩(wěn)定性主要取決于（B）A巖石強度B巖體強度C結構體強度D結構面29、在巖石抗壓強度試驗中，若加荷速率增大，則巖石的抗壓強度（A）。A增大B減小C不變D無法判斷三、解答題1.巖石和巖體的定義與區(qū)別答：(1)巖石是組成地殼的基本物質，它是由礦物或巖屑在地質作用下按一定規(guī)律凝聚而成的自然地質體。(2)巖體是指自然界中處于一定地質環(huán)境中的各種巖性和結構特性的巖石所組成的集合體。(3)巖石與巖體的重要區(qū)別就是巖體包含若干不連續(xù)面。由于不連續(xù)面的存在，巖體的強度遠低于巖石強度。2.巖體的特征：答：(1)巖體是非均質各向異性的材料。(2)巖體內存在著原始應力場。(3)巖體內存在著一個裂隙系統(tǒng)。3.巖石擴容的體積應變曲線（見圖中曲線）包括哪幾個階段？各有什么特點？答：（1）體積壓縮階段：在此階段內，體積應變在彈性階段內隨著應8采礦12-1班力增加呈線性變化（體積減?。?，有。（2）體積不變階段：在這一階段內，隨著應力增加，體積雖有變形，但體積應變增量近于零，即巖石體積大小沒有變化，有。（3）擴容階段：在這一階段內，當外力繼續(xù)增加，巖石試件的體積不是減少，而是大幅度增加，且增長速率越來越快，最終導致試件的破壞，有。4.什么是巖石的全應力應變曲線？（上圖中OABCDE曲線）答：巖石在單向壓縮荷載作用下，應變隨應力變化的關系曲線，包括（1）空隙裂隙壓密階段；（2）彈性變形階段；（3）微彈性裂隙穩(wěn)定發(fā)展階段；（4）非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段；（5）破壞后階段。5.巖石的強度有哪幾種類型；由那幾個實驗確定其特征值?答：巖石的強度有：單軸抗壓強度（單軸壓縮實驗）、抗拉強度(直接拉伸試驗法，劈裂試驗法)、抗剪強度（直接剪切實驗、傾斜壓模剪切實驗、三軸壓縮剪切實驗）、三軸抗壓強度（真三軸加載實驗，常規(guī)三軸加載實驗）。6.影響巖石單軸抗壓強度實驗結果的因素有哪些?答：加壓板與試件之間的摩擦，試件的形狀，尺寸，加載速率，巖石9采礦12-1班的濕度等。7.幾種有代表性的工程巖體分類方法？答：（1）按巖石強度分類（普氏分類法）（2）按巖芯質量指標（RQD）分類（3）按巖體完整性系數Kv（龜裂系數）分類（4）按巖體結構類型分類（5）按巖體質量系數分類（巴頓巖體質量（Q）分類）8.巖石蠕變一般包括哪幾個階段？各階段有何特點？答：○1瞬時變形階段：加荷后立即發(fā)生變形?！?初始蠕變或阻尼蠕變階段：應變在最初隨時間增長較快，但其增長速率隨時間逐漸降低?！?等速蠕變階段：應變隨時間呈近似直線的增長。○4加速蠕變階段;應變及應變速率均隨時間增長而增長，表明變形加速直至破壞。I區(qū)—初始蠕變段及其卸載曲線II區(qū)—等速蠕變段及其卸載曲線III區(qū)—加速蠕變曲線9.結構面的定義及按成因分類。答：(1)結構面是指巖體內具有一定方向、延展較大、厚度較小的面狀地質界面。(2)結構面按成因分類：①原生結構面：原生結構面是指在成巖過程中所形成的結構面?？煞?0采礦12-1班為沉積結構面、火成結構面和變質結構面三類。②構造結構面：在各種構造應力作用下所產生的結構面，如斷層、節(jié)理等。③次生結構面：在各種次生作用下而形成的結構面，如風化裂隙，卸荷裂隙等。10.試敘述節(jié)理面對巖體強度的影響。答：（1）當節(jié)理傾角?12，且?j2時，節(jié)理對巖體產生影響，巖體強度取決于節(jié)理強度，且當?????j時巖體強度最低。42（2）當???1或???2時，巖體強度與節(jié)理無關。11.簡述不同形態(tài)結構面剪切強度特征。﹡答：（1）平直型硬性結構面：平直型無填充的硬性結構面，其力學性質主要取決于兩壁巖石性質、結構面粗糙度、粘聚狀態(tài)、干濕程度、發(fā)向應力；（2）齒狀結構面：在較小正應力作用下發(fā)生剪脹，在正應力較大時發(fā)生剪斷；（3）臺階狀硬性結構面：阻止滑塊的阻力有結構面段的抗剪強度與完整巖段沿層面方向的抗剪強度兩部分組成;（4）非貫通性結構面：發(fā)生剪切時，結構面與為貫通的“巖橋”都起抗剪作用。12.簡述地殼淺部地應力分布的基本規(guī)律。﹡11采礦12-1班答：（1）原巖應力場是個相對穩(wěn)定的非穩(wěn)定應力場；（2）實測垂直應力隨深度成線性增加；（3）水平應力普遍大于垂直應力；（4）應力場是以水平應力為主的三向不等壓應力場，三個主應力的大小和方向是隨空間位置而變化的。13.影響原巖應力分布的因素？答：（1）地形；(2)巖體的結構、裂隙面；（3）巖體的力學性質；（4）剝蝕作用。14.試敘述原巖應力測量的方法？答：（1）孔底解除法；（2）孔徑解除法；（3）孔壁解除法；（4）水力壓裂法。15.試述自重應力場與構造應力場的區(qū)別和特點。﹡答：自重應力場是巖體自重應力在空間的有規(guī)律分布；構造應力場是構造應力在空間有規(guī)律的分布狀態(tài)。兩者都是天然應力場的組成部分，自重應力場是由上覆巖體的重量引起的，而構造應力是空間和時間的函數，是隨構造形跡的發(fā)展而變化的非穩(wěn)定應力場。16.巖體壓縮變形曲線可分幾類？各類變形曲線有何特點？答：12采礦12-1班A直線型：反映巖體加壓過程中變形隨壓力成正比增加，直線型又分兩類，A-1型與A-2型。A-1型：曲線斜率陡，呈直線，巖體剛度大，退壓后巖體變形幾乎恢復到原點，以彈性變形為主。A-2型：曲柄斜率緩，呈直線，巖體剛度很低，退壓后巖體變形只能部分恢復，有明顯的不可恢復變形和回滯環(huán)，巖體變形不是彈性的。B上凹型：B-1型：每次加壓曲線的斜率隨著加壓退壓循環(huán)次數增加逐漸變大，即巖體剛度增大，各退壓曲線較緩且相互近于平行，變形系數隨壓力增加而減小，巖體彈性變形逐漸增大。B-2型：加壓曲線斜率隨壓力增大而逐漸變大，即巖體剛度增大，各卸荷曲線很陡，在卸荷后，變形大部分不可恢復。C下凹型：每次加壓曲線在應力較小時近于平行，而有應力較大時逐漸變緩，變形系數隨壓力增加而增加。D復合型：巖體受壓時的力學行為復雜，同時巖體受壓的邊界條件又隨壓力的增大而改變。17.巖體自重應力的特點？答：（1）水平應力σx、σy小于垂直應力σz；（2）σx、σy、σz均為壓應力；（3）σz只與巖體密度和深度有關，而σx、σy還同時與巖體彈性常數E、μ有關；（4）結構面影響巖體自重應力分布。18.試敘述結構面的狀態(tài)？答：（1）結構面的產狀；13采礦12-1班（2）結構面的形態(tài)；（3）結構面的延展尺度；（4）結構面的密集度；（5）結構面的膠結與充填情況。19.巖石試件單向受壓時的兩種破壞方式？答：（1）圓錐形破壞；（2）柱狀劈裂破壞。20.時圓形巷道的圍巖應力分布曲線rp(1?ar22)p(1?a2r2)21.坑道周邊不能出現(xiàn)拉應力的條件為：r??0答22.：等應力軸公式31：：短長?軸軸??3長軸方向原巖應力短軸方向原巖應力1?a?qmbp滿足上式的軸比叫等應力軸比。在等應力軸比的條件下，橢圓形坑道頂底板中點和兩幫中點的切向應力相等，周邊應力分布比較均勻。（當橢圓的長軸與最大主應力方向一致時，巷道周邊不會出現(xiàn)切向拉應力，應力分布較為合理。）23.橢圓斷面巷道的次生應力計算公式？1?p?(1?2)??mp(1?2a??)b2p?(1?2m)?1p?(1?2b)?a1（?1為?=0，?，?2為?==,?）。2324.塑性區(qū)次生應力相關公式？（1）??、?r滿足該式時，巷道圍巖處于塑性狀態(tài)。??r(?rc?ctg?)2sin?1?sin?（2）??1時塑性區(qū)半徑：R0?a(p0?c?ctg?)(1?sin?)pi?c?ctg?1?sin?2sin?14采礦12-1班（3）塑性區(qū)的次生應力(picctg)(r2sin?)1?sin?a1?sin?1?sin?c?ctg?r(picctg)(ra2sin?)1?sin?c?ctg?三、計算題1.蠕變的性質：15采礦12-1班具有瞬時變形、蠕變和松弛的性質，可模擬變形