巖石力學(xué)重點(diǎn)總結(jié)

1、巖石力學(xué)重點(diǎn)總結(jié) 巖石巖體區(qū)別：巖石可以瞧作就是一種材料，巖體就是巖石與各種不連續(xù)面的組合體；巖石可以瞧作就是均質(zhì)的，巖體 就是非均質(zhì)的（在一定的工程范圍內(nèi)）;巖石具有彈、塑、粘彈性，巖體受結(jié)構(gòu)面控制，性質(zhì)更復(fù)雜，強(qiáng)度更低;巖體通常就 是指一定工程范圍內(nèi)的地質(zhì)體，巖石則無(wú)此概念。 巖石力學(xué)就是一門(mén)研究巖石在外界因素（如荷載、水流、溫度變化等）作用下的應(yīng)力、應(yīng)變、破壞、穩(wěn)定性及加固的 學(xué)科。又稱(chēng)巖體力學(xué)，就是力學(xué)的一個(gè)分支。研究目的在于解決水利、土木工程等建設(shè)中的巖石工程問(wèn)題。它就是 一門(mén)新興的，與有關(guān)學(xué)科相互交叉的工程學(xué)科，需要應(yīng)用數(shù)學(xué)、固體力學(xué)、流體力學(xué)、地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、土木工程學(xué) 等知識(shí)，

2、并與這些學(xué)科相互滲透。 研究對(duì)象對(duì)象:巖石一對(duì)象一巖石材料一地殼中堅(jiān)硬的部分； 復(fù)雜性:地質(zhì)力學(xué)環(huán)境的復(fù)雜性（地應(yīng)力、地下水、物理、化學(xué)作用等） 研究的基本內(nèi)容： 基本理論巖體地應(yīng)力 材料實(shí)驗(yàn)一一三大部分T巖體的強(qiáng)度 工程應(yīng)用巖體的變形 裂隙水力學(xué) 研究方法：物理模擬T巖石物理力學(xué)性質(zhì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)，地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)； 數(shù)學(xué)模型T如有限元等數(shù)值模擬； 理論分析T用新的力學(xué)分支，理論研究巖石力學(xué)問(wèn)題； 由于巖石中存在各種規(guī)模的結(jié)構(gòu)面（斷裂帶、斷層、節(jié)理、裂隙）7致使巖石的物理力學(xué)性質(zhì)T不連續(xù)、不均勻、各 向異性T因此，有必要引入刻劃不均一程度的參數(shù)。 各向異性：指巖石的強(qiáng)度、變形指標(biāo)（力學(xué)性質(zhì)）隨空間

3、方位不同而異的特性。 巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì) 巖石力學(xué)問(wèn)題的研究首先應(yīng)從巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)研究入手， 1. 巖石的容重：指單位體積巖石的重量。2、比重（Gs）指巖石干重量除以巖石的實(shí)體積（不含孔隙體積）的干容重與4無(wú) 水的容重的比值。3、孔隙率（n%）指巖石內(nèi)孔隙體積與總體積之比。4、天然含水量:指天然狀態(tài)下，巖石的含水量與 巖石干重比值的百分比。5、吸水率：指巖石在常溫條件下浸水48小時(shí)后，巖石內(nèi)的含水量與巖石干容重的比值。 6、 飽與含水率：指巖樣在強(qiáng)制狀態(tài)（真空、煮沸或高壓）下，巖樣最大吸水量與巖石干重量比值。7、飽水分?jǐn)?shù)：指巖石吸水 率與飽水率的比值百分率。 8抗凍系數(shù)。9、軟化系

4、數(shù)。10、滲透系數(shù)K與呂容系數(shù)Lu。 巖體的工程分類(lèi)：巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD,RQD值的大小,反映了巖體完整程度t巖體分類(lèi)。 巖石的水理性質(zhì)：巖石遇水后會(huì)引起某些物理、化學(xué)與力學(xué)性質(zhì)的改變 ，巖石的這種性質(zhì)稱(chēng)為巖石的水理性。 1、 巖石的吸水性 2、巖石的軟化性3、巖石的膨脹性4、巖石的崩解性5、巖石的抗凍性6、巖石的透水性 巖石的碎脹性、 巖石的強(qiáng)度 巖石的強(qiáng)度:重要性（工程安全、經(jīng)濟(jì)效益）【巖石由固體，水，空氣等三相組成?！?復(fù)雜性:巖石的強(qiáng)度包括巖塊的強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度，以及耦合效益+地質(zhì)環(huán)境因素影響（地應(yīng)力、地下水等） 巖石的破壞形式：1、脆性破壞：巖石發(fā)生破壞時(shí)，變形很小，明顯聲響，一般

5、發(fā)生在單軸或低圍壓堅(jiān)硬巖石。 2、塑性破壞：破壞時(shí)，變形較大，有明顯的“剪脹”效應(yīng)，一般發(fā)生在較軟弱巖石或高圍壓堅(jiān)硬巖石 3、沿軟弱結(jié)構(gòu)面（原生）剪切破壞。 巖石的抗剪強(qiáng)度：巖石沿原生結(jié)構(gòu)面或已被剪斷的破裂面，剪切滑動(dòng)時(shí)的“摩擦阻力” 室內(nèi)試驗(yàn)方法：一）直剪試驗(yàn)；二）楔形剪切（交角剪）試驗(yàn)；三）三軸壓縮試驗(yàn)； 莫爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則T將巖石視為連續(xù)均勻介質(zhì)一宏觀強(qiáng)度理論 Griffith基本觀點(diǎn)：巖石中存在許多空隙、裂縫等-在外部應(yīng)力作用下-縫端產(chǎn)生應(yīng)力集中-縫端擴(kuò)展（破裂） t串通t形成宏觀破壞。 巖石的強(qiáng)度特性：（1）屈服:巖石受荷載作用后，隨著荷載的增大，由彈性狀態(tài)過(guò)渡到塑性狀態(tài)，這種過(guò)渡稱(chēng)為屈

6、服。（2）破 壞:把材料進(jìn)入無(wú)限塑性增大時(shí)稱(chēng)為破壞。（3）巖石的強(qiáng)度:就是指巖石抵抗破壞的能力。巖石在外力作用下，當(dāng)應(yīng)力達(dá) 到某一極限值時(shí)便發(fā)生破壞，這個(gè)極限值就就是巖石的強(qiáng)度。 巖石的變形 巖石的變形特性：彈性:指物體在外力作用下發(fā)生變形，當(dāng)外力撤出后變形能夠恢復(fù)的性質(zhì)。 塑性：|指物體在外力作用下發(fā)生變形，當(dāng)外力撤出后變形不能恢復(fù)的性質(zhì)。 脆性物體在外力作用下變形很小時(shí)就發(fā)生破壞的性質(zhì)。 延性|:物體能夠承受較大的塑性變形而不喪失其承載能力的性質(zhì)。 粘性（流變性）:物體受力后變形不能在瞬間完成，且應(yīng)變速度（d /dt）隨應(yīng)力大小而變化的性質(zhì)。 擴(kuò)容-所謂擴(kuò)容，就是指巖石受外力作用后，發(fā)生非

7、彈性的體積膨脹 巖石的流變性就是指巖石應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系隨時(shí)間而變化的性質(zhì)。 蠕變現(xiàn)象一一當(dāng)應(yīng)力保持恒定時(shí)，應(yīng)變隨時(shí)間增長(zhǎng)而增大。 松弛現(xiàn)象一一當(dāng)應(yīng)變保持恒定時(shí)，應(yīng)力隨時(shí)間增長(zhǎng)而逐漸減小的現(xiàn)象。 彈性后效一一加載或卸載時(shí)，彈性應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象。 巖石的流變本構(gòu)模型：用于描述巖石應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系隨時(shí)間變化的規(guī)律。它就是通過(guò)試驗(yàn)-理論-應(yīng)用證實(shí)而得到 的。 本構(gòu)模型分類(lèi)：1、經(jīng)驗(yàn)公式模型：【根據(jù)不同試驗(yàn)條件及不同巖石種類(lèi)求得的數(shù)學(xué)表達(dá)式】2、積分模型：【采用積 分的形式表示應(yīng)力-應(yīng)變-時(shí)間關(guān)系的本構(gòu)方程】 3、組合模型：【將巖石抽象成一系列簡(jiǎn)單元件】 粘性介質(zhì)及粘性元件（牛頓體）具有粘性流動(dòng)的特點(diǎn)。【

8、塑性介質(zhì)及塑性元件（圣維南體）】塑性元件具有剛塑性體變形 （塑性變形也稱(chēng)塑性流動(dòng)）的特點(diǎn)。 應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系 （T S才會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)。 粘彈塑性體|:研究應(yīng)力大于屈服極限時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系； 馬克斯威爾模型具有瞬時(shí)變形、蠕變與松弛的性質(zhì) ，可模擬變形隨時(shí)間增長(zhǎng)而無(wú)限增大的力學(xué)介質(zhì)。 凱爾文模型能模擬穩(wěn)定蠕變，不能模擬瞬時(shí)彈性變形。開(kāi)爾文模型就是一種粘彈性模型。 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素|:礦物成分、巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、水、溫度、加載速度、受力狀態(tài)、風(fēng)化。 庫(kù)倫準(zhǔn)則：1773年庫(kù)倫提出了一個(gè)重要的準(zhǔn)則（“摩擦”準(zhǔn)則）。庫(kù)倫認(rèn)為，材料的破壞主要就是剪切破壞，當(dāng)材料某一 斜面上的剪應(yīng)力達(dá)到或超過(guò)該破

9、壞面上的粘結(jié)力與摩擦阻力之與，便會(huì)造成材料沿該斜面產(chǎn)生剪切滑移破壞。 莫爾強(qiáng)度理論的基本思想：莫爾強(qiáng)度理論就是建立在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)之上的。1910年莫爾提出材料的破 壞就是剪切破壞，材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，某一斜面上的剪應(yīng)力達(dá)到一極限值，造成材料沿該斜面產(chǎn)生剪切滑移破壞： 且破壞面平行于中間主應(yīng)力 2作用方向（即。2不影響材料的剪切破壞），破壞面上的剪應(yīng)力t f就是該面上法向應(yīng) 力。的函數(shù)。 格里菲斯強(qiáng)度理論的基本思想：（1）在脆性材料內(nèi)部存在著許多雜亂無(wú)章的扁平微小張開(kāi)裂紋。在外力作用下，這些 裂紋尖端附近產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力集中，導(dǎo)致新裂紋產(chǎn)生，原有裂紋擴(kuò)展、貫通,從而使材料產(chǎn)生宏觀破壞

10、。（2）裂紋將沿 著與最大拉應(yīng)力作用方向相垂直的方向擴(kuò)展。 1962年，麥克、克林脫克等人認(rèn)為，當(dāng)應(yīng)力。y達(dá)到某一臨界值時(shí)，裂紋便閉合，在裂紋表面產(chǎn)生法向應(yīng)力與摩擦力，影 響新裂紋的發(fā)生與發(fā)展。這種摩擦力恰恰就是于就是格里菲斯斷裂理論沒(méi)有考慮到的。因此對(duì)原始的格里菲斯理論 進(jìn)行了修正。 屈列斯卡準(zhǔn)則在金屬材料中應(yīng)用很廣。該準(zhǔn)則就是Tresca于1864年提出的。她認(rèn)為：當(dāng)最大剪應(yīng)達(dá)到某一數(shù)值時(shí), 巖石開(kāi)始屈服，進(jìn)入塑性狀態(tài)。 米賽斯（Mises）屈服準(zhǔn)則：米賽斯認(rèn)為：當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，巖石開(kāi)始屈服,進(jìn)入塑性狀態(tài)。 德魯克-普拉格屈服準(zhǔn)則考慮了中間主應(yīng)力的影響,又考慮了靜水壓力（平均應(yīng)力

11、（T m）的作用,克服了 Mohr-Coulomb準(zhǔn)則的主要弱點(diǎn)，可解釋巖土材料在靜水壓力下也能屈服與破壞的現(xiàn)象。該準(zhǔn)則已在國(guó)內(nèi)外巖土力 學(xué)與工程的數(shù)值計(jì)算分析中獲得廣泛的應(yīng)用。 地應(yīng)力及其測(cè)量 地應(yīng)力就是存在于地殼中的未受工程擾動(dòng)的天然應(yīng)力，也稱(chēng)巖體初始應(yīng)力、絕對(duì)應(yīng)力或原巖應(yīng)力。 巖體初始應(yīng)力包括巖體自重應(yīng)力、巖體構(gòu)造應(yīng)力、水壓力、溫度壓力等。 地應(yīng)力的分布規(guī)律*1、地應(yīng)力就是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應(yīng)力場(chǎng)，且就是時(shí)間與空間的函數(shù)； 2、實(shí)測(cè)垂直應(yīng)力基本等于上覆巖層的重量3、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)力的比值隨 深度增加而減小5、最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力也隨深度呈線性增長(zhǎng)關(guān)系6、最大水平主應(yīng)力與最小水平主 應(yīng)力之值一般相差較大，顯示出很強(qiáng)的方向性 7、地應(yīng)力的上述分布規(guī)律還會(huì)受到地形、地表剝蝕、風(fēng)化、巖體結(jié) 構(gòu)特征、巖體力學(xué)性質(zhì)、溫度、地下水等因素的影響，特別就是地形與斷層的擾動(dòng)影響最大。 地應(yīng)力測(cè)