巖石力學(xué)總結(jié)

1、.1. 試述庫(kù)侖準(zhǔn)則和莫爾假定的基本內(nèi)容， 并說(shuō)明對(duì)其研究的工程實(shí)際意義。（補(bǔ)：莫爾假定的優(yōu)缺點(diǎn)）該準(zhǔn)則是1773年由庫(kù)侖引入的，他認(rèn)為趨于使一平面產(chǎn)生破壞的剪應(yīng)力受到材料的內(nèi)聚力和乘以常數(shù)的平面的法應(yīng)力的抵抗，即| = S 0 +其中，和是該破壞平面的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力，S0 可以看作是材料的固有剪切強(qiáng)度的常數(shù)，是材料的內(nèi)摩擦系數(shù)的常數(shù)。 根據(jù)該理論可以推論出， 當(dāng)巖石發(fā)生破壞時(shí)所產(chǎn)生的破裂面將有兩個(gè)可能的共軛破裂面，且均通過(guò)中間主應(yīng)力的方向，并與最大主應(yīng)力方向成夾角11)，這里的內(nèi)摩擦角tan1。( 42莫爾假定是莫爾于 1900年提出的一種剪切破壞理論，該理論認(rèn)為巖石受壓后產(chǎn)生的破壞主要是

2、由于巖石中出現(xiàn)的最大有效剪應(yīng)力所引起，并提出當(dāng)剪切破壞在一平面上發(fā)生時(shí)，該破壞平面上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力由材料的函數(shù)特征關(guān)系式聯(lián)系：| = f （）按莫爾假定可以看出：巖石的破壞強(qiáng)度是隨其受力條件而變化的，周向應(yīng)力越高破壞強(qiáng)度越大；巖石在三向受壓時(shí)的破壞強(qiáng)度僅與最大和最小主應(yīng)力有關(guān)，而與中間主應(yīng)力無(wú)關(guān)；三向等壓條件下，莫爾應(yīng)力圓是法向應(yīng)力軸上的一個(gè)點(diǎn)圓， 不可能與莫爾包絡(luò)線相切，因而巖石也不可能破壞；巖石的破裂面并不與巖石中的最大剪應(yīng)力面相重合，而是取決于其極限莫爾應(yīng)力圓與莫爾包絡(luò)線相切處切點(diǎn)的位置，這也說(shuō)明巖石的破裂不僅與破裂面上的剪應(yīng)力有關(guān)，也與破裂面上出現(xiàn)的法向正應(yīng)力和表征巖性的內(nèi)聚力和內(nèi)

3、摩擦角有關(guān)?？傊獱柤俣紤]了巖石的受力狀態(tài)、周向應(yīng)力約束的影響和巖石的本身性能，能較全面的反映巖石的破壞強(qiáng)度特征，但該假定忽視了中間主應(yīng)力對(duì)巖石破壞強(qiáng)度的影響，而事實(shí)證明中間主應(yīng)力對(duì)其破壞強(qiáng)度是有一定程度影響的。補(bǔ)：摩爾判據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是：在判斷復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下巖石是否發(fā)生破壞以及破壞面的方向時(shí)，很簡(jiǎn)單，也很方便；能比較真實(shí)地反映巖石的抗剪特性；可以解釋為什么在三向等拉時(shí)會(huì)發(fā)生破壞，而在三向等壓時(shí)不會(huì)發(fā)生破壞。但其缺點(diǎn)是：只考慮了最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力對(duì)巖石破壞強(qiáng)度的影響，而忽略了中間主應(yīng)力的作用，實(shí)驗(yàn)表明中間主應(yīng)力對(duì)巖石破壞強(qiáng)度是有一定程度影響的；摩爾判據(jù)不適用于含有結(jié)構(gòu)面的巖石試件，盡管巖石中

4、的結(jié)構(gòu)面會(huì)嚴(yán)重地影響巖石試件的破壞強(qiáng)度；摩爾判據(jù)只適用于剪切，對(duì)受拉區(qū)研究不夠充分，不適于膨脹或蠕變破壞。2. 論述巖石在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的破壞類(lèi)型， 并闡述其在工程巖體穩(wěn)定性研究中的意義。在關(guān)于巖石破裂的所有討論中，破裂面的性質(zhì)和描述是最重要的，出現(xiàn)的破裂類(lèi)型可用下圖中巖石在各種圍壓下的行為來(lái)說(shuō)明。在無(wú)圍壓受壓條件下， 觀測(cè)到不規(guī)則的 縱向裂縫 見(jiàn)圖 (a) ，這個(gè)普通現(xiàn)象的解釋至今仍然可編輯.不十分清楚；加中等數(shù)量的圍壓后，圖(a)中的不規(guī)則性態(tài)便由與方向傾斜小于45 度角的單一破裂面所代替圖 (b) ，這是壓應(yīng)力條件下的典型破裂，并將其表述為剪切破壞 ，它的特征是沿破裂面的剪切位移， 對(duì)巖

5、石破裂進(jìn)行分類(lèi)的Griggs 和 Handin(1960)稱(chēng)它為斷層；因?yàn)樗系刭|(zhì)上的斷層作用，后來(lái)有許多作者追隨著他們；然而，更可取的似乎是限制術(shù)語(yǔ)斷層于地質(zhì)學(xué)范圍，保留術(shù)語(yǔ)剪切破裂于試驗(yàn)范圍更好；如果繼續(xù)增加圍壓，使得材料成為完全延性的，則出現(xiàn)剪切破裂的網(wǎng)格 圖 (c) ，并伴有個(gè)別晶體的塑性。破裂的第二種基本類(lèi)型是拉伸破裂 ，它典型地出現(xiàn)于單軸拉伸中，它的特征是明顯的分離，而在間沒(méi)有錯(cuò)動(dòng) 圖(d) 。在較為復(fù)雜的應(yīng)力條件下出現(xiàn)的破裂，可以認(rèn)為上述類(lèi)型之一或其它。如果平板在線載荷之間受壓 圖 (e) ，則在載荷之間出現(xiàn)一個(gè)拉伸破裂，如果這些載荷是由環(huán)繞材料的外套擠入材料的裂縫中引起的，則

6、將破裂表述為侵入破裂 ，當(dāng)檢查圖 (a) 情況中的破裂面時(shí)，它們中的一些部分有剪切破裂的狀態(tài)。而其他一些部分顯然是拉伸破裂。巖石破裂中，注意力還將集中于重要的擴(kuò)容現(xiàn)象，它發(fā)生于巖石試件的單軸和三軸受壓期間通常，在三軸試驗(yàn)中，圍壓是由流體通過(guò)一個(gè)剛度可忽略不計(jì)的不滲透膜來(lái)施加的，在這樣的試驗(yàn)中，試件的徑間膨脹和擴(kuò)容顯然不會(huì)由于圍壓的增加而被局部或均勻地阻擋；如果試件被更多的巖石包圍，象實(shí)際情形中聽(tīng)發(fā)生的那樣，那就將是這種情況，不管?chē)鷰r是否破壞，預(yù)料它所提供的阻力會(huì)有增加最小主應(yīng)力值的效應(yīng)，因此趨于阻止破壞和集中破裂于有限的體積內(nèi)。3. 論述影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素。影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素很多，

7、如水、溫度、風(fēng)化程度、加荷速度、圍壓的大小、各向異性等等，對(duì)巖石的力學(xué)性質(zhì)都有影響。現(xiàn)分述如下：1、水對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響。主要表現(xiàn)在連接作用、潤(rùn)滑作用、水楔作用、孔隙壓力作用、溶蝕及潛蝕作用；2、溫度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響。隨著溫度的增高，巖石的延性加大，屈服點(diǎn)降低，強(qiáng)度也降低；3、加荷速度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響。隨著加荷速度的降低，巖石的延性加大，屈服點(diǎn)降低，強(qiáng)度也降低；4、圍壓對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響。隨著溫度的增高，巖石的延性加大，屈服點(diǎn)降低，強(qiáng)度也降低；可編輯.5、風(fēng)化對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響。產(chǎn)生新的裂隙、礦物成分發(fā)生變化、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造發(fā)生變化。4. 什么是巖石的水理性？如何描述巖石的水理性？巖

8、石遇水作用后，會(huì)引起某些物理、化學(xué)和力學(xué)等性質(zhì)的改變，水對(duì)巖石的這種作用特性稱(chēng)為巖石的水理性。巖石的水理性主要包括吸水性、抗凍性和軟化系數(shù)三個(gè)方面。巖石的吸水性是指巖石吸收水分的性能，其水量的大小取決于巖石孔隙體積的大小及其敞開(kāi)或封閉程度等，描述巖石吸水性的指標(biāo)有吸水率、飽水率和飽水系數(shù)。巖石的吸水率V1為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，巖石吸入水的重量W 1 與巖石干重量 W d 之比：W1100%V1Wd巖石的飽水率 V 2為高壓（ 150 個(gè)大氣壓）或真空條件下，巖石吸入水的重量W2與巖石干重量 W d 之比：W2V2100%Wd巖石的飽水系數(shù) Ks 為吸水率 V1 與飽水率 V2 之比：K sV1V2

9、顯然，吸水性較大的巖石在吸水后往往會(huì)產(chǎn)生較大的膨脹，它將會(huì)給地下空間的支護(hù)造成很大的壓力。巖石的抗凍性是指巖石抵抗凍融破壞的性能，它是評(píng)價(jià)巖石抗風(fēng)化穩(wěn)定性的一個(gè)重要指標(biāo)。當(dāng)巖石經(jīng)過(guò)反復(fù)凍結(jié)和融解時(shí)，由于巖石中含各種礦物的膨脹系數(shù)不同，巖石產(chǎn)生不均勻膨脹而導(dǎo)致巖石結(jié)構(gòu)破壞，同時(shí)由于巖石中的水分凍結(jié)對(duì)巖石產(chǎn)生膨脹壓力，這都將致使巖石強(qiáng)度降低，甚至引起巖石的破壞。巖石的抗凍性可用抗凍系數(shù)Cf 表示，它是指巖石試件在±25 0 C 的溫度區(qū)間內(nèi)，反復(fù)降溫、凍結(jié)、升溫、融解，然后測(cè)量其抗壓強(qiáng)度的下降值ccf，以此強(qiáng)度下降值與凍融實(shí)驗(yàn)前的抗壓強(qiáng)度c 之比的百分率作為抗凍系數(shù)Cf：C fccf10

10、0%c其中， c 凍融實(shí)驗(yàn)前巖石試件的抗壓強(qiáng)度，cf 凍融實(shí)驗(yàn)后巖石試件的抗壓強(qiáng)度。巖石中含水量的多少也會(huì)影響巖石的強(qiáng)度，一般而言，巖石含水越多， 其強(qiáng)度就會(huì)越低，通?？梢杂密浕禂?shù)c 來(lái)反映巖石的這種關(guān)系。所謂軟化系數(shù)c ，是指巖石試件在飽水狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度 c 與干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度c ' 的比值：ccc '各類(lèi)巖石的軟化系數(shù)一般在0.45-0.90之間變化。5. 什么是巖石的應(yīng)力- 應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線，研究應(yīng)力- 應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線的意義是什可編輯.么？所謂巖石的應(yīng)力 - 應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線是指采用剛性材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)巖石試件在外載荷作用的全過(guò)程中所測(cè)取的的應(yīng)力與應(yīng)變所繪制的應(yīng)力 - 應(yīng)

11、變關(guān)系曲線。一般而言，在不同應(yīng)力條件下，巖石材料的完整應(yīng)力 - 應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線可分為以下四個(gè)部分，亦即是巖石變形的四個(gè)基本階段(如右圖所示）：OA 段，曲線稍向上凹，為巖石材料的孔隙壓密變形階段，對(duì)于孔隙度較大或結(jié)構(gòu)較為松散的巖石類(lèi)材料，該變形階段較為明顯； AB 段，曲線非常接近直線的部分 ,為巖石類(lèi)材料的彈性變形階段，并將 B 點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值稱(chēng)為屈服應(yīng)力或彈性極限， 對(duì)于堅(jiān)硬致密的巖石類(lèi)材料， 該直線部分十分明顯； BC 段,曲線稍向下凹，到達(dá)點(diǎn)時(shí)巖石發(fā)生宏觀破壞， 當(dāng)在 BC 中任意點(diǎn) K 卸載后再加載時(shí)，則其 B 點(diǎn)將移至 K 點(diǎn)，因此 ,稱(chēng)此階段為巖石材料的應(yīng)變硬化變形階段，對(duì)于軟

12、弱類(lèi)巖石， 該應(yīng)變階段較為明顯； CD 段 ,巖石此時(shí)雖然已經(jīng)發(fā)生宏觀破壞，但由于尚未完全破裂仍能夠承受一定載荷，但其承載能力將隨變形的逐漸增大而減小，當(dāng)在BC 中任意點(diǎn) Q 卸載后再加載時(shí)，則其所能達(dá)到的最高應(yīng)力值將比 Q 點(diǎn)的應(yīng)力值要低，所以稱(chēng)此變形階段為應(yīng)變軟化變形階段。研究應(yīng)力 - 應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線的工程意義主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是從巖石應(yīng)力- 應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線中可以看出，巖石即使在發(fā)生破壞而且變形很大的情況下，也具有一定的承載能力，事實(shí)上，在礦井中所看到的巖體都有程度不同的破裂，但仍具有一定的承載能力，也就是這個(gè)原因；二是從巖石應(yīng)力 - 應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線中可以判定該種巖石在高應(yīng)力作用下

13、是否會(huì)易于發(fā)生巖爆，因?yàn)橐话愣裕瑤r石試件中的應(yīng)力在達(dá)到峰值以前，積蓄于巖石試件內(nèi)部的彈性應(yīng)變能就約等于應(yīng)力 - 應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線峰值左側(cè)的面積 A，而巖石試件破壞時(shí)所消耗的能量也就等于應(yīng)力 - 應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線峰值右側(cè)的面積 B，若 A>B ，則表示該巖石在高應(yīng)力作用下破壞后尚剩余部分能量，這部分能量的突然釋放就及有可能會(huì)引起巖爆。另外，也可以通過(guò)巖石的應(yīng)力 - 應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線預(yù)測(cè)其是否發(fā)生蠕變破壞和循環(huán)載荷條件下是否發(fā)生破壞。6. 評(píng)述巖石在復(fù)雜應(yīng)力條件下的變形特性。在外力作用下，巖石一般不遵從虎克定律， 沒(méi)有明顯的比例極限、 彈性極限和屈服點(diǎn)等，通常是緊隨著出現(xiàn)彈性變形就開(kāi)始出現(xiàn)塑性變

14、形，且一旦受力產(chǎn)生變形再卸載后會(huì)或多或少的都?xì)埩粲幸欢〝?shù)量的永久變形，該永久變形一般將隨外力的增加而增大。因此，再描述巖石的變形特性時(shí)，所謂的“線彈性” 、“可逆”、“楊氏摸量”、“泊松比”、“屈服應(yīng)力”等等術(shù)語(yǔ)都是近似的或在一定條件下的平均值。在各種不同應(yīng)力條件下，巖石材料的變形特性可采用應(yīng)力對(duì)應(yīng)變作圖所得到的應(yīng)力應(yīng)變曲線來(lái)表示。一般而言，巖石材料的完整應(yīng)力應(yīng)變曲線可分為四個(gè)部分，亦即是巖石變形的四個(gè)階段 (如右圖所示）： OA 段，曲線稍向上凹，為巖石材料的孔隙壓密變形階段，對(duì)于孔隙度較大或結(jié)構(gòu)較為松散的巖石類(lèi)材料，該變形階段較為明顯； AB 段，曲線非常接近直可編輯.線的部分 ,為巖石類(lèi)

15、材料的彈性變形階段， 并將 B 點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值稱(chēng)為屈服應(yīng)力或彈性極限，對(duì)于堅(jiān)硬致密的巖石類(lèi)材料，該直線部分十分明顯； BC 段, 曲線稍向下凹，到達(dá) C 點(diǎn)時(shí)巖石發(fā)生宏觀破壞，當(dāng)在 BC 中任意點(diǎn) K 卸載后再加載時(shí)，則其 B 點(diǎn)將移至 K 點(diǎn)，因此 , 稱(chēng)此階段為巖石材料的應(yīng)變硬化變形階段，對(duì)于軟弱類(lèi)巖石，該應(yīng)變階段較為明顯；CD段,巖石此時(shí)雖然已經(jīng)發(fā)生宏觀破壞，但由于尚未完全破裂仍能夠承受一定載荷，但其承載能力將隨變形的逐漸增大而減小，當(dāng)在 BC 中任意點(diǎn) Q 卸載后再加載時(shí)，則其所能達(dá)到的最高應(yīng)力值將比 Q 點(diǎn)的應(yīng)力值要低，所以稱(chēng)此變形階段為應(yīng)變軟化變形階段。根據(jù)現(xiàn)有大量的實(shí)驗(yàn)研究成果

16、，巖石在各種不同應(yīng)力條件下的變形曲線大致可以歸納為以下四種基本類(lèi)型：直線型，由加載至產(chǎn)生破壞，其應(yīng)力應(yīng)變曲線都近似呈線性特性，稱(chēng)此類(lèi)曲線為彈脆性變形曲線；下凹型， OA 段幾乎不存在，且其應(yīng)力應(yīng)變曲線在接近破壞時(shí)將出現(xiàn)連續(xù)的非彈性變形，稱(chēng)此類(lèi)曲線為彈塑性變形曲線；上凹型，巖石在發(fā)生破壞之前，主要表現(xiàn)為孔隙壓縮變形和線彈性變形，其應(yīng)力應(yīng)變曲線在低應(yīng)力下表現(xiàn)出向上彎曲的現(xiàn)象，隨后近似呈線性關(guān)系，直至發(fā)生破壞，稱(chēng)此類(lèi)曲線為塑彈性變形曲線；反曲型，巖石發(fā)生破壞前，OA 、AB 和 BC 段都較為明顯，其應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn) S 型曲線，在接近破壞時(shí)將產(chǎn)生較大的非彈性變形，稱(chēng)此類(lèi)曲線為塑彈塑性變形曲線。在反

17、復(fù)加卸載過(guò)程中，每一對(duì)加、卸載曲線都不相互重合，其間將呈現(xiàn)出所謂的“塑性滯環(huán)”現(xiàn)象，這也表明了巖石類(lèi)材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系具有明顯的非單值性，但若將加、卸載值固定后，再反復(fù)進(jìn)行加、卸載，則該“塑性滯環(huán)”所圍成的面積將隨加、卸載循環(huán)次數(shù)的遞增而減少，其相應(yīng)的殘余變形量也將逐漸降低。巖石類(lèi)材料的變形特性還將受到各種外界與內(nèi)在因素的影響，其主要影響因素有周向應(yīng)力、加載速率、加載路徑、環(huán)境溫度、含水量、孔隙及孔隙液壓等等?？删庉?7. 試論述巖體結(jié)構(gòu)類(lèi)型。1.巖體結(jié)構(gòu)分類(lèi)依據(jù)：? 第一依據(jù)：結(jié)構(gòu)面類(lèi)型：軟弱結(jié)構(gòu)面和堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面? 第二依據(jù)：結(jié)構(gòu)面切割程度及結(jié)構(gòu)體類(lèi)型：塊裂結(jié)構(gòu)、板裂結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、斷續(xù)結(jié)構(gòu)、

18、完整結(jié)構(gòu)2.巖體結(jié)構(gòu)分類(lèi)方案：結(jié)構(gòu)類(lèi)亞類(lèi)級(jí)型塊裂結(jié)塊狀塊裂結(jié)構(gòu)構(gòu)層狀塊裂結(jié)構(gòu)I塊狀板裂結(jié)構(gòu)板裂結(jié)構(gòu)層狀板裂結(jié)構(gòu)完整結(jié)塊狀完整結(jié)構(gòu)構(gòu)板狀完整結(jié)構(gòu)斷續(xù)結(jié)塊狀斷續(xù)結(jié)構(gòu)II層狀斷續(xù)結(jié)構(gòu)構(gòu)碎裂結(jié)塊狀碎裂結(jié)構(gòu)構(gòu)層狀碎裂結(jié)構(gòu)散體結(jié)碎屑狀散體結(jié)構(gòu)過(guò)渡型糜棱化散體結(jié)構(gòu)構(gòu)3.各類(lèi)巖體結(jié)構(gòu)的地質(zhì)特征：? 完整結(jié)構(gòu)巖體? 塊裂結(jié)構(gòu)巖體? 板裂結(jié)構(gòu)巖體? 碎裂結(jié)構(gòu)巖體? 斷續(xù)結(jié)構(gòu)巖體? 散體結(jié)構(gòu)巖體4.巖體結(jié)構(gòu)的相對(duì)性及工程巖體結(jié)構(gòu)的唯一性：對(duì)于工程巖體而言，由于工程規(guī)模和尺寸的變化，巖體結(jié)構(gòu)也發(fā)生相對(duì)變化。因此，巖體結(jié)構(gòu)是相對(duì)性，只有在確定的地質(zhì)條件和工程尺寸條件下，工程巖體結(jié)構(gòu)才是唯一確定的。8. 論述巖石的流變特

19、性以及蠕變變形曲線特征。可編輯.所謂巖石的流變性質(zhì)就是指巖石的應(yīng)力- 應(yīng)變關(guān)系與時(shí)間因素有關(guān)的性質(zhì)，包括蠕變、松弛與彈性后效三個(gè)方面。所謂蠕變是指當(dāng)載荷不變時(shí)，變形隨著時(shí)間而增長(zhǎng)的現(xiàn)象；所謂松弛是指當(dāng)應(yīng)變保持不變時(shí)，應(yīng)力隨著時(shí)間增長(zhǎng)而減小的現(xiàn)象；所謂彈性后效是指當(dāng)加載或卸載時(shí)，彈性應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象。巖石的蠕變變形特性曲線可以通過(guò)單軸或三軸壓縮、扭轉(zhuǎn)或彎曲等蠕變實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)表明，在恒定載荷作用下，只要有充分長(zhǎng)的時(shí)間，應(yīng)力低于或高于彈性極限均能產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象。但在不同的恒定載荷下，變形隨時(shí)間增長(zhǎng)的蠕變曲線卻有差異。巖石的蠕變曲線不僅與應(yīng)力大小、性質(zhì)及巖石種類(lèi)有關(guān)、而且還與其所在的物理環(huán)境

20、如溫度、圍壓、濕度等因素有關(guān)，上圖為巖石的一典型蠕變曲線。當(dāng)在巖石試件上施加一恒定載荷，巖石立即產(chǎn)生一瞬時(shí)彈性應(yīng)變e (OA 段 )。這種變形往往按聲速完成，可以近似認(rèn)為在 t=0 完成，其應(yīng)變?yōu)閑 = /E 。若載荷保持恒定且持續(xù)作用， 應(yīng)變則隨時(shí)間緩慢地增長(zhǎng)，進(jìn)入到蠕變變形階段，將蠕變變形一般可分成三個(gè)階段：(1) 第一蠕變階段 (AB 段),也稱(chēng)過(guò)渡蠕變階 * 段 ,在這個(gè)階段內(nèi) ,蠕變?yōu)橄蛳聫澢男螤?,也就是說(shuō)曲線的斜率逐漸變小， 若在這一階段之中 (曲線上某一點(diǎn)E)進(jìn)行卸載，則應(yīng)變沿著曲線EFG 下降，最后應(yīng)變?yōu)榱?、其中EF 曲線為瞬時(shí)彈性應(yīng)變之恢復(fù)曲線，而FG 曲線表示應(yīng)變隨時(shí)間

21、逐漸恢復(fù)為零；(2) 第二蠕變階段(BC 段), 也稱(chēng)穩(wěn)定蠕變階段，蠕變變形曲線近似一傾斜直線，即蠕變應(yīng)變率保持常量，一直持續(xù)到 C 點(diǎn)。若在這一階殷中進(jìn)行卸載，則應(yīng)變沿曲線 HIJ 逐漸恢復(fù)趨近于一漸近線，最后保留一定永久應(yīng)變 ;(3) 第三蠕變階段 (CD 段),也稱(chēng)加速蠕變階段，應(yīng)變率由 C 點(diǎn)開(kāi)始迅速增加，達(dá)到 D 點(diǎn)，巖石即發(fā)生破壞，這一階段完成時(shí)間較短， 嚴(yán)格地說(shuō)，這一階段可分為兩個(gè)區(qū)間：即發(fā)育著延性變形但尚未引起破壞的階段 (CP 段 )和微裂隙劇烈發(fā)展導(dǎo)致變形劇增和引起破壞的階段 (PD 段 )，它相當(dāng)于褶皺形成后的斷裂形成階段。同一種巖石，其載荷值越大，在第二階段持續(xù)的時(shí)間也

22、就越短，第三階段破壞出現(xiàn)也就越快。在載荷很大的情況下，幾乎加載之后立即產(chǎn)生破壞。一般中等載荷，所有的三個(gè)蠕變變形階段表現(xiàn)得十分明顯。任何一個(gè)蠕變變形階段的持續(xù)時(shí)間，都取決子巖石類(lèi)型、載荷值及溫度等因素。9. 什么是初始地應(yīng)力？試論述初始地應(yīng)力的成因及其分布規(guī)律。初始地應(yīng)力初始地應(yīng)力是指未受到任何工程擾動(dòng)的巖體在天然狀態(tài)下所具有的內(nèi)應(yīng)力，主要由巖體自重及地質(zhì)構(gòu)造作用所引起，地形、地質(zhì)構(gòu)造、地震力、水壓力、熱應(yīng)力等也會(huì)在一定的時(shí)間和空間范圍內(nèi)一定程度上影響到巖體中的初始地應(yīng)力。工程巖體中的地應(yīng)力主要由自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力兩部分組成。自重應(yīng)力在巖體中的分布是隨深度變化大致呈線性增長(zhǎng)的，若設(shè)在距地表深為

23、z 處的豎直方向的自重應(yīng)力為 z，水平方向的自重應(yīng)力為 x 和y，則：可編輯.鉛垂分量水平分量nz i zii 1xy1z這里，i 是第 i 層地層的容重， Z i 是第 i 層地層的厚度，是當(dāng)前地層的泊松比。構(gòu)造應(yīng)力是由于地球自轉(zhuǎn)角速度的變化、 地球殼體繞地軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力和地幔對(duì)流等因素所引起的，所以在工程巖體中的構(gòu)造應(yīng)力是以水平應(yīng)力分量為主，其大小將因地層的褶皺、斷裂、升降等等地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象及程度不同而異。初始地應(yīng)力的成因：? 大陸板塊邊界受壓引起的地應(yīng)力場(chǎng)；? 地幔熱對(duì)流引起的地應(yīng)力場(chǎng)；? 由地心引力引起的地應(yīng)力場(chǎng)；? 巖漿浸入引起的地應(yīng)力場(chǎng)；? 地溫梯度引起的地應(yīng)力場(chǎng)；? 地表剝蝕產(chǎn)

24、生的地應(yīng)力場(chǎng)。初始地應(yīng)力的分布規(guī)律：? 地應(yīng)力是一個(gè)具有相對(duì)穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應(yīng)力場(chǎng)，它是時(shí)間和空間的函數(shù)；? 地應(yīng)力中的鉛垂應(yīng)力分量基本等于上覆巖層的重量，它隨深度呈線性增長(zhǎng)；? 地應(yīng)力中的水平應(yīng)力普遍大于鉛垂應(yīng)力；? 平均水平應(yīng)力與鉛垂應(yīng)力的比值隨深度增長(zhǎng)而減??；? 最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力也隨深度呈線性增長(zhǎng)關(guān)系；? 最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力之值一般相差較大，顯示出很強(qiáng)的方向性；? 地應(yīng)力的分布受地形、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，特別是地形和斷層的擾動(dòng)影響最大。補(bǔ)：綜合大量實(shí)測(cè)資料和近代理論，初始地應(yīng)力場(chǎng)的一般分布規(guī)律有如下特點(diǎn)：1) 初始

25、地應(yīng)力一般是三軸壓應(yīng)力狀態(tài)，且受地表地形地貌、山川河流和構(gòu)造影響，其分布往往十分復(fù)雜；2) 三個(gè)主應(yīng)力的大小一般互不相等，其中兩個(gè) (近)水平方向主應(yīng)力也不相同， 且最大水平主應(yīng)力的方向與區(qū)域性構(gòu)造形跡密切相關(guān)，往往是構(gòu)造應(yīng)力影響的結(jié)果；3) 三個(gè)主應(yīng)力的方向一般偏離鉛垂或水平方向不大，引起偏離的主要原因是構(gòu)造、巖層傾角或局部不均質(zhì)影響； 4) 初始地應(yīng)力中的鉛垂應(yīng)力分量基本上等于上覆巖體的自重，它隨深度呈線性增長(zhǎng)；5)初始地應(yīng)力的兩個(gè)近水平應(yīng)力分量分布十分復(fù)雜，因地而異，且隨深度而變化；兩個(gè)水平應(yīng)力的平均值與鉛垂應(yīng)力的比值的統(tǒng)計(jì)規(guī)律可概括為側(cè)應(yīng)力系數(shù)(平均 )與深度呈雙曲線變化，越近地表平均

26、水平應(yīng)力相對(duì)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?？删庉?10. 論述在單軸壓縮載荷作用時(shí)巖石試件的端部約束效應(yīng)。? 由于巖石材料與鐵板之間的泊松比值存在差異，這將在試件端面與鐵板之間的接觸面上產(chǎn)生摩擦力，該摩擦力將影響巖石試件的橫向變形和巖石試件端面附件區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)。? 由于該摩擦力的存在，導(dǎo)致巖石試件內(nèi)部應(yīng)力分布不均，致使巖石試件并非只產(chǎn)生縱向劈裂破壞（亦稱(chēng)拉伸破壞），還有可能產(chǎn)生 X 狀共軛斜面剪切破壞和單斜面剪切破壞等破壞形式。? 為了盡量減小試件端面與鐵板之間的接觸面上產(chǎn)生摩擦力，以保證巖石試件端面附件區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)也為單向受力狀態(tài)，必須要在試件端面與鐵板之間的

27、接觸面上添加緩沖材料。國(guó)際巖石巖石力學(xué)學(xué)會(huì)建議在試件端面與鐵板之間使用與同樣直徑大小的鋼件墊塊。巖石力學(xué)復(fù)習(xí)一.巖石破壞有幾種形式？對(duì)各種破壞的原因作出解釋。答：試件在單軸壓縮載荷作用破壞時(shí)，在試件中可產(chǎn)生三種破壞形式:(1)X 狀共軛斜面剪切破壞，破壞面上的剪應(yīng)力超過(guò)了其剪切強(qiáng)度，導(dǎo)致巖石破壞。(2) 單斜面剪切破壞，破壞面上的剪應(yīng)力超過(guò)了其剪切強(qiáng)度，導(dǎo)致巖石破壞。(3) 拉伸破壞， 破壞面上的拉應(yīng)力超過(guò)了該面的抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致巖石受拉伸破壞。二. 什么是全應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線？為什么普通材料實(shí)驗(yàn)機(jī)得不出全應(yīng)力-應(yīng)變曲線？答：全應(yīng)力應(yīng)變曲線：能顯示巖石在受壓破壞過(guò)程中的應(yīng)力、變形特性，特別是破壞

28、后的強(qiáng)度與力學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律。由于材料試驗(yàn)機(jī)的剛度小，在試件壓縮時(shí)，其支柱上存在很大的可編輯.變形和變形能，在試件快要破壞時(shí)，該變形能突然釋放，加速試件破壞，從而得不出極限壓力后的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。三. . 簡(jiǎn)述巖石在反復(fù)加載和卸載條件下的變形特征。答： 對(duì)于線彈性巖石， 反復(fù)加載和卸載時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變路徑完全相同，對(duì)于完全彈性巖石，反復(fù)加載和卸載時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變路徑完全相同，但是應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是曲線。對(duì)彈性巖石，加載與卸載曲線不重合，但反復(fù)加載和卸載時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變路徑總是服從此環(huán)路的規(guī)定。非彈性體巖石：在彈性范圍內(nèi)服從彈性巖石的變形特征，當(dāng)卸載點(diǎn)P 超過(guò)屈服點(diǎn)時(shí)， 卸載曲線與加載曲線不重合，形成塑性滯回

29、環(huán)。等荷載循環(huán)加載、卸載時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線，。塑性滯回環(huán)隨著加載卸載次數(shù)的增加而變窄，直至接近彈性變形，沒(méi)有塑性變形為止。不斷增大荷載的循環(huán)加載、卸載時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線，在每次卸載后再加載，在荷載超過(guò)上一次循環(huán)的最大荷載以后， 變形曲線仍沿著原來(lái)的單調(diào)加載曲線上升，好像不曾受到循環(huán)加載的影響似的，這種現(xiàn)象成為巖石的變形記憶。四.線彈性體、完全彈性體、彈性體三者的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系有什么區(qū)別？答： 完全彈性體：循環(huán)加載時(shí)的- 關(guān)系為曲線。加載路徑與卸載路徑完全重合。線彈性體：循環(huán)加載時(shí)的- 關(guān)系為直線。加載路徑與卸載路徑完全重合。彈性體巖石：加載路徑與卸載路徑不同，但反復(fù)加載與卸載時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系總是服從

30、此環(huán)路的規(guī)律。五 . 巖體賦存環(huán)境包括哪幾部分？答：賦存環(huán)境：包括地應(yīng)力、地下水和地溫三部分?？删庉?六. 地應(yīng)力對(duì)巖體的影響體現(xiàn)在哪幾個(gè)方面？(1) 地應(yīng)力影響巖體的承載能力：圍壓越大、承載能力越大。(2) 地應(yīng)力影響巖體的變形和破壞機(jī)制。如在低圍壓條件下破壞的巖體，在高圍壓條件下呈現(xiàn)出塑性變形和塑性破壞。(3) 地應(yīng)力影響巖體中的應(yīng)力傳播的法則。非連續(xù)介質(zhì)巖體在高圍壓條件下，其力學(xué)性質(zhì)具有連續(xù)介質(zhì)巖體的特征。七. 巖體結(jié)構(gòu)劃分的主要依據(jù)是什么？答：巖體結(jié)構(gòu)單元有結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體兩種基本要素。因此，巖體結(jié)構(gòu)分類(lèi)主要依據(jù)結(jié)構(gòu)面及結(jié)構(gòu)體的類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)。八. 按結(jié)構(gòu)面成因、結(jié)構(gòu)面通常分為幾種類(lèi)型？答

31、： 結(jié)構(gòu)面按成因分：原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面、次生結(jié)構(gòu)面原生結(jié)構(gòu)面：成巖階段所形成的結(jié)構(gòu)面。巖石成因不同又分為沉積結(jié)構(gòu)面、火成結(jié)構(gòu)面和變質(zhì)結(jié)構(gòu)面。構(gòu)造結(jié)構(gòu)面：巖體在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下形成的結(jié)構(gòu)面。此生結(jié)構(gòu)面：在外力作用下（風(fēng)化、地下水、卸載、爆破等）形成的各種界面。九 . 結(jié)構(gòu)面的剪切變形、 法向變形與結(jié)構(gòu)面的哪些因素有關(guān)？答：結(jié)構(gòu)面的剪切變形、法向變形與巖石強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)面粗糙性和法向力有關(guān)。十.結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的尺寸效應(yīng)體現(xiàn)在哪幾個(gè)方面？答：結(jié)構(gòu)面試塊長(zhǎng)度增加， 平均峰值摩擦角降低， 試塊面積增加， 剪切應(yīng)力呈現(xiàn)出減小趨勢(shì)。此外，還體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1 ）隨著結(jié)構(gòu)面尺寸的增大，達(dá)到峰值強(qiáng)度時(shí)的位移

32、量增大；可編輯.（2 ）試塊尺寸增加，剪切破壞形式由脆性破壞向延伸破壞轉(zhuǎn)化；（3 ）尺寸增加，峰值剪脹角減小，結(jié)構(gòu)面粗糙度減小，尺寸效應(yīng)也減小。十一 .簡(jiǎn)述地應(yīng)力測(cè)量的重要性。答：地應(yīng)力測(cè)量的重要性：(1) 應(yīng)力測(cè)量為各種巖體工程進(jìn)行科學(xué)合理的開(kāi)挖設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)；(2) 地應(yīng)力狀態(tài)對(duì)地震預(yù)報(bào)、 區(qū)域地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、 油田油井的穩(wěn)定性、核廢料儲(chǔ)存、 巖爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球動(dòng)力學(xué)的研究也有重要的意義。十二 .地應(yīng)力測(cè)量方法分哪幾類(lèi)？它們的主要區(qū)別在哪里？每類(lèi)包括那些主要測(cè)量技術(shù)？答：依據(jù)測(cè)量基本原理的不同，可將測(cè)量方法分為直接測(cè)量法和間接測(cè)量發(fā)兩大類(lèi)。直接測(cè)量法是由測(cè)量?jī)x器直接測(cè)量和

33、記錄各種應(yīng)力量，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)量法是借助某些傳感器或某些介質(zhì)，測(cè)量和記錄巖體中某些與應(yīng)力有關(guān)的間接物理量的變化，如巖體中的變形和應(yīng)變，然后由計(jì)算公式求出原巖應(yīng)力值。包括：套孔應(yīng)力解除法和其他的應(yīng)力應(yīng)變解除法以及地球物理方法等。其中套孔應(yīng)力解除法是目前國(guó)內(nèi)外廣泛使用的一種方法 .十三 . 什么叫巖石的本構(gòu)關(guān)系？巖石的本構(gòu)關(guān)系一般有幾種類(lèi)型？巖石的本構(gòu)關(guān)系是指巖石的應(yīng)力或應(yīng)力速率與其應(yīng)變或應(yīng)變速率的關(guān)系。巖石的本構(gòu)關(guān)系一般分為：彈性本構(gòu)關(guān)系、彈塑性本構(gòu)關(guān)系和流變本構(gòu)關(guān)十四 .什么叫巖石的強(qiáng)度？巖石的破壞一般有幾種類(lèi)型？巖石的強(qiáng)度是巖石抵抗外力破壞的

34、能力。破壞是指巖石材料的應(yīng)力或應(yīng)變超過(guò)了自身的應(yīng)力或應(yīng)變的極限。可編輯.巖石的破壞的形式主要有兩種：斷裂破壞（應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限）和流變破壞（出現(xiàn)顯著的塑性變形或流動(dòng)現(xiàn)象）十五 . 什么叫蠕變、松弛、彈性后效和流變？答：蠕變：當(dāng)應(yīng)力不變時(shí)，變形隨時(shí)間增加而增加的現(xiàn)象。松弛：當(dāng)應(yīng)變不變時(shí)，應(yīng)力隨時(shí)間的增加而減小的現(xiàn)象。彈性后效：加載和卸載時(shí)，彈性應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象。巖石流變就是指材料的應(yīng)力- 應(yīng)變關(guān)系與時(shí)間因素有關(guān)的性質(zhì)，材料變形過(guò)程中具有時(shí)間效應(yīng)的現(xiàn)象稱(chēng)為流變現(xiàn)象。十六 . 描述巖石流變性質(zhì)的流變方程主要有幾種？答：巖石的流變包括蠕變、松弛和彈性后效。其流變方程主要有蠕變方程、松弛方程、彈性后

35、效方程。十七 .流變模型的基本元件有哪幾種？答：流變模型的基本元件有彈性元件、塑性元件和粘性元件十八 .試論述 Coulomb,Mohr,Griffith三準(zhǔn)則的基本原理、主要的區(qū)別及其它們之間的關(guān)系。答：庫(kù)侖準(zhǔn)則（ Coulomb）: 巖石的破壞主要是剪切破壞，巖石的強(qiáng)度，既抗摩擦強(qiáng)度等于巖石本身抗剪切摩擦的粘結(jié)力和剪切面上的法向力產(chǎn)生的摩擦力。莫爾把庫(kù)侖準(zhǔn)則推廣到三向應(yīng)力狀態(tài)。實(shí)質(zhì)：巖石到達(dá)極限狀態(tài)時(shí)，滑動(dòng)平面上的剪應(yīng)力達(dá)到一個(gè)取決于正應(yīng)力與材料性質(zhì)的最大值，即 =f(對(duì))應(yīng)。于各種應(yīng)力狀態(tài)（單軸、雙軸和三軸壓縮）下的破壞的巖石的莫爾應(yīng)力圓的包絡(luò)線，稱(chēng)為莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線。如果巖石的應(yīng)力圓位于莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線內(nèi)，則巖石不會(huì)產(chǎn)生破壞，如果巖石的應(yīng)力圓與莫爾包絡(luò)線相切可編輯.或相交，則巖石會(huì)產(chǎn)生破壞。莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線的曲線型式有幾種：斜直線型，二次拋物線型， 雙曲線型等。十九 .格里菲斯（ Griffith ）理論：在脆性材料中，其材料斷裂的起因是分布在材料中的微小裂紋尖端有拉應(yīng)力（這種裂紋稱(chēng)為Grifith裂紋）所致。區(qū)別：格里菲斯（ Griffith ） 理論中巖石的破壞機(jī)理是巖石受到拉應(yīng)力破壞所致。庫(kù)侖準(zhǔn)則和莫爾強(qiáng)度理論則認(rèn)為巖石破壞是巖體內(nèi)的某個(gè)面上的剪切應(yīng)力超過(guò)了剪切強(qiáng)度值。莫爾強(qiáng)度理論的包絡(luò)線包括了庫(kù)侖準(zhǔn)則的直線型，還包括拋物線型和雙曲線型強(qiáng)度準(zhǔn)則