巖體力學(xué)概念全套

巖體力學(xué)概念全套1.巖石：構(gòu)成地殼表層巖石圈的主體，由各種造巖礦物或巖層在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律，通過結(jié)晶聯(lián)結(jié)或借助于膠結(jié)物粘結(jié)組合而成。2.巖體：在工程地質(zhì)中，把工程作用范圍內(nèi)具有一定的巖石成分、結(jié)構(gòu)特征及賦存于某種地質(zhì)環(huán)境中的地質(zhì)體稱為巖體。3.巖石與巖體區(qū)別與聯(lián)系：巖石是巖體的一部分；巖石強(qiáng)調(diào)的是其本身的巖性和物理、化學(xué)特征，而巖體強(qiáng)調(diào)的是在地質(zhì)環(huán)境下巖石作為地質(zhì)體的特征，如巖石性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、強(qiáng)度、含水情況等等，包含的研究?jī)?nèi)容比巖石更廣；它們的聯(lián)系就是：巖體是由巖石構(gòu)成的，不同的巖石構(gòu)成的巖體其特點(diǎn)是不一樣的。4.單軸抗壓強(qiáng)度:巖石在單軸壓縮荷載作用下達(dá)到破壞前所承受的最大壓應(yīng)力稱為巖石的單軸抗壓強(qiáng)度，或稱為非限制性抗壓強(qiáng)度。5.試件在單軸壓縮荷載作用下破壞時(shí)，在測(cè)件中科產(chǎn)生四種破壞形式：

（1）.X狀共軛斜面剪切破壞，是最常見的破壞形式。（2）.單斜面剪切破壞，這種破壞也是剪切破壞。（3）.塑性流動(dòng)變形，線應(yīng)變≥10％。（4）.拉伸破壞，在軸向壓應(yīng)力作用下，在橫向?qū)a(chǎn)生拉應(yīng)力。這是泊松效應(yīng)的結(jié)果。這種類型的破壞就是橫向拉應(yīng)力超過巖石抗拉極限所引起的。5.抗拉強(qiáng)度：巖石在單軸拉伸荷載作用下達(dá)到破壞是所能承受的最大拉應(yīng)力稱為巖石的單軸抗拉強(qiáng)度，或簡(jiǎn)稱為抗拉強(qiáng)度。6.抗剪切強(qiáng)度：巖石在剪切荷載作用下達(dá)到破壞前所能承受的最大剪應(yīng)力稱為巖石的抗剪切強(qiáng)度7.抗剪切強(qiáng)度分類：典型的非限制性剪切試驗(yàn)有四種(單面剪切試驗(yàn)，雙面剪切試驗(yàn)，沖擊剪切試驗(yàn)和扭轉(zhuǎn)剪切試驗(yàn))8.巴西定理法:(-試件中心最大拉應(yīng)力，p-試件破壞時(shí)壓力D-直徑，t-試件厚度)9.巖體的單軸和三軸壓縮變形特征（1）巖體應(yīng)力－應(yīng)變?nèi)^程曲線①在加載過程，結(jié)構(gòu)面壓密與閉合，應(yīng)力－應(yīng)變曲線，呈上凹型。②中途卸載有彈性后效現(xiàn)象和不可恢復(fù)殘余變形。這是結(jié)構(gòu)面閉合、滑移、錯(cuò)動(dòng)造成的。③完全卸載，再加載形成形式上的“開環(huán)型”曲線，這也是彈性后效造成的。④峰值強(qiáng)度后，巖體開始破壞，應(yīng)力下降較緩慢，仍有殘余應(yīng)力，這是巖體結(jié)構(gòu)效應(yīng)。（2）卸載時(shí)荷載不降至零時(shí)的應(yīng)力－應(yīng)變曲線①卸荷不降至零時(shí)的循環(huán)加載應(yīng)力－應(yīng)變曲線呈“閉環(huán)型”。②隨著外荷加大、循環(huán)次數(shù)增多，閉環(huán)后效，這是結(jié)構(gòu)面逐級(jí)被壓密與嚙合所致。③閉環(huán)逐漸變窄→演變呈一條線，這是壓密程度越來越高，彈性后效變小的原因。④當(dāng)卸荷至零并持續(xù)一定時(shí)間后，有較大回彈變形，這是彈性后效的表現(xiàn)。⑤殘余變形模量10.巖體剪切變形特征①在屈服點(diǎn)前，變形曲線與抗壓變形相似，上凹型。②屈服點(diǎn)后，某個(gè)結(jié)構(gòu)面或結(jié)構(gòu)體首先剪壞，隨之出現(xiàn)一次應(yīng)力下降。峰值前可能發(fā)現(xiàn)多次應(yīng)力升降。升降程度與結(jié)構(gòu)面或結(jié)構(gòu)體強(qiáng)度有關(guān)，巖體越破碎，應(yīng)力降反而不明顯。③當(dāng)應(yīng)力增加到一定應(yīng)力水平時(shí)，巖體剪切變形已積累到一定程度，沒剪破的部位以瞬間破壞方式出現(xiàn)，并伴有一次大的應(yīng)力降。④隨后產(chǎn)生穩(wěn)定滑移11.影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素有哪些？如何影響的？答：主要影響因素有：水、溫度、加載速率、圍壓、風(fēng)化程度等。水對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響：連接作用、潤(rùn)滑作用、水楔作用、空隙壓力作用、溶蝕及潛蝕作用等；溫度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響：一般而言，隨溫度增高，巖石延性加大，屈服點(diǎn)降低，強(qiáng)度降低；加載速率對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響：?jiǎn)屋S壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí)，荷載加載速率愈快，單位應(yīng)變需用力愈大，反之愈?。粐鷫簩?duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響：圍壓的存在使巖石的抗壓強(qiáng)度顯著增大；巖石的變形顯著增大；巖石的彈性極限顯著增大；巖石的應(yīng)力-應(yīng)變曲線形態(tài)發(fā)生明顯變化；風(fēng)化對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響：風(fēng)化過程中，原生礦物經(jīng)物理、化學(xué)、生物作用而發(fā)生變化，產(chǎn)生次生礦物，引起巖體成分結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的變化，降低了巖石的物理力學(xué)性質(zhì)。12.巖石的質(zhì)量指標(biāo)（RQD）RQD=即將長(zhǎng)度≥10cm的巖芯累計(jì)長(zhǎng)度/鉆孔長(zhǎng)度×100％；（RQD<25％,很差；25％<RQD<50％,差；50％<RQD<75％一般；75％<RQD<90％好；90％<RQD很好）13.簡(jiǎn)述地應(yīng)力測(cè)量的重要性。答：地應(yīng)力是引起地下或露天巖石開挖工程變形和破壞的根本作用力，是引起巖石開挖工程穩(wěn)定性因素中最更本最重要的因素之一，進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)量是確定工程巖體屬性，進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性分析，實(shí)現(xiàn)巖石工程開挖設(shè)計(jì)和決策科學(xué)化的必要前提條件。14.地應(yīng)力是如何形成的？控制某一工程區(qū)域地應(yīng)力狀態(tài)的主要因素是什么？答：地應(yīng)力的形成主要與地球的各種運(yùn)動(dòng)過程有關(guān)，其中包括：板塊邊界受壓、地幔熱對(duì)流、地球內(nèi)應(yīng)力、地心引力、地球旋轉(zhuǎn)、巖漿侵入和地殼非均勻擴(kuò)容等。其中，構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和重力應(yīng)力場(chǎng)為現(xiàn)今地應(yīng)力場(chǎng)的主要組成部分。控制工程區(qū)域地應(yīng)狀態(tài)的主要因素是構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和重力應(yīng)力場(chǎng)。15.簡(jiǎn)述地殼淺部地應(yīng)力分布的基本規(guī)例。答：(1)三向不等壓，應(yīng)力分布是時(shí)間和空間的函數(shù)；（2）實(shí)測(cè)垂直應(yīng)力基本等于上覆巖層重量（3）淺層地殼中，實(shí)測(cè)水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力；（4）平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力比值相當(dāng)分散，隨深度增加比值減??；（5）最大水平應(yīng)力與最小水平應(yīng)力比值隨深度增加呈線性增長(zhǎng)；（6）最大水平應(yīng)力與最小水平應(yīng)力比值相差較大，顯示出很強(qiáng)的方向性；（7）地應(yīng)力分布規(guī)例受地形和斷層影響較大。16.地應(yīng)力測(cè)量方法分哪兩類？?jī)深惖闹饕獏^(qū)別在哪里？每類包括哪些測(cè)量技術(shù)？答：依據(jù)測(cè)量基本原理不同分為直接測(cè)量法和間接測(cè)量法。直接測(cè)量法是由儀器直接測(cè)量和記錄各種應(yīng)力量；間接測(cè)量法借助某些傳感元件或某些介質(zhì)，測(cè)量和記錄巖體中某些與應(yīng)力有關(guān)的物理量的變化，以此通過有關(guān)公式計(jì)算巖體中的應(yīng)力值。直接測(cè)量法測(cè)量技術(shù)包括：扁千斤頂法、水力致裂法、剛性包體應(yīng)力計(jì)法和聲發(fā)射法；間接測(cè)量方法包括：全應(yīng)力解除法（套孔解除法）、局部應(yīng)力解除法（平行鉆孔法和中心鉆孔法）、松弛應(yīng)變測(cè)量法、孔壁崩落測(cè)量法和地球物理探測(cè)法（聲波觀察法和超聲波譜法）等，涉及測(cè)量技術(shù)包括：孔徑變形測(cè)量技術(shù)、孔底變形測(cè)量技術(shù)、孔壁應(yīng)變測(cè)量技術(shù)、空心包體應(yīng)變測(cè)量技術(shù)、實(shí)心包體應(yīng)變測(cè)量技術(shù)和環(huán)境溫度的影響及其完全溫度補(bǔ)償技術(shù)。17.簡(jiǎn)述聲發(fā)射的主要測(cè)試原理。答：材料在受到外荷載作用時(shí)，其內(nèi)部存儲(chǔ)的應(yīng)變能快速釋放產(chǎn)生彈性波，發(fā)出聲響，稱為聲發(fā)射；聲發(fā)射測(cè)試的原理是基于凱澤效應(yīng)的；凱澤效應(yīng)是指多晶金屬的應(yīng)力從其歷史最高水平釋放后，在重新加載，當(dāng)應(yīng)力未達(dá)到先前最大應(yīng)力值（凱澤點(diǎn)）時(shí)，很少發(fā)生聲發(fā)射現(xiàn)象，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到或超過先前最大應(yīng)力值時(shí)，則產(chǎn)生大量的聲發(fā)射現(xiàn)象。18.分析邊坡失穩(wěn)與破壞的基本類型及其力學(xué)成因？答：邊坡變形發(fā)展到一定程度，就會(huì)發(fā)生邊坡失穩(wěn)破壞。按其破壞形式主要分為崩塌和滑坡兩種；（1）崩塌：是指塊狀巖體與巖坡分離向前翻落而下。崩塌一般以邊坡表面的破壞現(xiàn)象體現(xiàn)；（2）滑坡：是指巖體在自重力作用下，沿坡內(nèi)軟弱結(jié)構(gòu)面的整體滑動(dòng)，一般以深層破壞體現(xiàn)出來。a.面剪切滑動(dòng)：切塊沿著平面滑移。常發(fā)生在有軟弱夾層或裂隙的坡面。b.旋轉(zhuǎn)剪切滑動(dòng)：滑動(dòng)面通常為弧形狀，巖體沿此弧形狀滑移，通常為均質(zhì)泥巖或頁巖等巖層。（3）滑塌：邊坡松散巖土的坡面大于它的內(nèi)摩察角時(shí)，因表層蠕動(dòng)進(jìn)一步發(fā)展，使它沿著剪切變形帶順坡滑移，翻滾與坐塌。從而達(dá)到穩(wěn)定坡腳的斜坡破壞過程，稱為滑塌。（4）巖塊流動(dòng)：常發(fā)生在均質(zhì)硬巖中，巖石在達(dá)到其峰值強(qiáng)度時(shí)，巖體發(fā)生破壞，而使巖體全面崩塌的情況。（5）巖層曲折：當(dāng)巖層成層狀沿坡面分布時(shí)，由于巖層本省重力作用，或由于裂隙水的冰脹作用，增加了巖層之間的張拉應(yīng)力，使坡面巖層曲折。19.分析影響邊坡失穩(wěn)的主要因素答；主要因素：（1）不連續(xù)面在邊坡破壞中的作用（2）改變斜坡變形，引起坡體應(yīng)力分布的變化（3）改變斜坡巖體的力學(xué)性質(zhì)，使坡體強(qiáng)度發(fā)生變化（4）斜坡直接受到各種力的作用。20.巖體邊坡穩(wěn)定性的影響因素。（1）邊坡巖體中的結(jié)構(gòu)面，巖體的破壞總是沿著相對(duì)阻力較小的面發(fā)生，由于軟弱結(jié)構(gòu)面方向巖體抗剪強(qiáng)度最低，所以，軟弱結(jié)構(gòu)面就成為了影響邊坡穩(wěn)定性的控制因素；（2）邊坡形態(tài)與幾何特征的改變，開挖人工邊坡時(shí)若切露了控制邊坡穩(wěn)定的主要軟弱結(jié)構(gòu)面，會(huì)導(dǎo)致邊坡巖體的變形與破壞；（3）邊坡巖體力學(xué)特性，各種地質(zhì)作用會(huì)改變邊坡巖體力學(xué)特性，往往使邊坡巖體強(qiáng)度減小，大大降低了邊坡巖體穩(wěn)定性，使邊坡變形與破壞；（4）邊坡的作用力，區(qū)域構(gòu)造力的變化、地震、爆破、地下靜水壓力與動(dòng)水壓力及施工荷載等，都使邊坡直接受力，對(duì)邊坡巖體的穩(wěn)定性影響直接而迅速。21.巖石地基設(shè)置中要考慮的問題。（1）足夠的地基巖體承載能力，以保證在外荷載作用下上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與安全；（2）在外荷載的作用下的巖石地基沉降值應(yīng)滿足建(構(gòu))筑物安全與正常使用的要求；（3）應(yīng)確保外荷載作用下的較弱巖性巖石的地基不發(fā)生滑動(dòng)破壞。22．巖石邊坡穩(wěn)定性分析的極限平衡分析法有哪三個(gè)前提？它的分析計(jì)算步驟是什么？答：三個(gè)前提是：（1）滑動(dòng)面上實(shí)際巖土提供的抗剪強(qiáng)度S與作用在滑面上的垂直應(yīng)力σ滿足關(guān)系式：s=c+σ?tan?或s=c′+σ?utan?′式中c、c’為滑動(dòng)面的粘結(jié)力或有效粘結(jié)力；υ、υ’為滑動(dòng)面的內(nèi)摩擦角或有效內(nèi)摩擦角；σ為滑動(dòng)面上的有效應(yīng)力；u為滑動(dòng)面空隙水壓。（2）穩(wěn)定性系數(shù)F的定義為沿最危險(xiǎn)破壞面作用的最大抗滑力（或力矩）與下滑力（或力矩）的比值。即F=抗滑力/下滑力（3）二維（平面）極限分析的基本單元是單位寬度的分塊滑體。計(jì)算步驟為：（1）在斷面上繪制滑面形狀；（根據(jù)坡體外形、坍塌情況、中段滑面深度）（2）推定滑坡后裂隙及塌陷帶深度，計(jì)算或確定其產(chǎn)生的影響；（3）對(duì)滑塊進(jìn)行分塊；（小條塊、多數(shù)目）（4）計(jì)算滑動(dòng)面上的空隙水壓；（通過地下水監(jiān)測(cè)）（5）采用合適的計(jì)算方法，計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)。（采用兩種或以上計(jì)算方法）23．簡(jiǎn)述巖石的力學(xué)性質(zhì)及影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素。答：巖石的力學(xué)性質(zhì)是指巖石在受到外力作用時(shí)表現(xiàn)出來的抗破壞能力及變形特征。由巖石的強(qiáng)度和巖石的變形性質(zhì)來表述。（1）巖石的強(qiáng)度：巖石在各種荷載（單軸拉伸、單軸壓縮、三軸壓縮）作用下達(dá)到破壞時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。（2）巖石的變形：巖石在各種外力作用下幾何特征及內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化。影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素有：水、溫度、風(fēng)化程度、加載速率、圍壓大小、各向異性等。水：結(jié)合水的連接作用、潤(rùn)滑作用、水楔作用和重力水的空隙水壓力作用和溶蝕、潛蝕作用；溫度：一般說來，隨著溫度的增高，巖石的延性增大，屈服點(diǎn)降低，強(qiáng)度也降低；加載速率：對(duì)巖石試件進(jìn)行加載試驗(yàn)，加載速率愈大，獲得的強(qiáng)度指標(biāo)愈（彈性