巖石力學知識要點

礦山巖石力學知識要點Rockmechanicsandminingengineering巖石力學定義/definitionofrockmechanics：(P1)巖石力學固有復雜性/inherentcomplexitiesinrockmechanics：(P2-4)rockstructure/巖石內(nèi)部普遍存在巖石結(jié)構(gòu)面，sizeeffect，tensilestrength，effectofgroundwater，weathering巖石力學項目實施過程/implementationofarockmechanicsprogram:(P7-9)(Fig.1.3)通常按照下列五個方面依次進行，即Sitecharacterization/，minemodelformulation，designanalysis，rockperformancemonitoring，retrospectiveanalysis，而基于現(xiàn)場實測的反分析結(jié)果又進一步指導進行必要的、新的Sitecharacterisation，minemodelformulation和designanalysis，改善實施效果。Stressandinfinitesimalstrain（1） 應力/stress：（P10）theintensityofinternalforcessetupinabodyundertheinfluenceofasetofappliedsurfaceforces.（2） 正應力/normalstresscomponent：（P11）應力在其作用截面的法線方向的分量。（3） 剪應力/shearstresscomponent：（P11）應力在其作用截面的切線方向的分量。（4） 體力：分布在物體體積內(nèi)的力。（5） 面力：分布在物體表面上的力。（6） 內(nèi)力：物體本身不同部分之間相互作用的力。（7） 正面：外法線沿著坐標軸的正方向的截面。正面上的應力分量與坐標軸方向一致為正，反之為負。（8） 負面：外法線是沿著坐標軸的負方向的截面。負面上的應力分量與坐標軸方向相反為正，反之為負。（9） 應力變換公式/stresstransformationequation：（P15）b=12b+12b+12b+2（llb+llb+llb）ll xxx VW zzz xvxy vzvzzxzxb=lmb+1mb+1mb+lmx xxx y yyyzz zz+（lm+1m）b+（lm+1m）b+（lm+1m）b xy yx xy y z z y yz zx xzzx（9） 主平面/principleplane：（P15）單元體剪應力等于零的截面。（10） 主應力/principlestress：（P15）主平面上的正應力。（11） 三維主應力方程與應力不變量：（P16）'1=bxx+byy+bzzb3一Ib2'1=bxx+byy+bzzI=bb+bb+bb—G2+b2+b2)2xxyyyyzzzzxxxyyzzx 、I=bbb+2bbb—Mbb2+bb2+bb2)2xxyyzzxyyzzxxxyzyyzxzzxy"1，%，”3」norderofdecreasingmagnitude,andareidentifiedrespectivelyasthe

major,intermediateandminorprincipalstresses最大主應力、中間主應力和最小主應力.主應力之間相互正交條件：人人+人人+人人=0x1x2 y1y2 z1z2靜水應力分量與主偏應力分量/hydrauliccomponentandmajorprincipledeviatorstress：(P17-18).二Im3S=b—b，S=b—b，S=b—b(14)靜力平衡方程/differentialequationsofstaticequilibrium：(P19)TOC\o"1-5"\h\zdb db db xx+ + zx+X=0dx dy dzdb db db x^+ yy+ y^+Y=0dx dy dz\o"CurrentDocument"db ,db,db , zx+ y^+ zz+Z一0dx dy dz（15）平面問題的主應力及其方向計算：（P21）b—ba=tan-1 **■b—ba=tan-1 **■b xy —b)+b2xxyy xy1,2 2xxyy\4（16）應變-位移關(guān)系方程：（P27）yxyyyzyzxdux；8dxduydydu= x+ ydy yxyyyzyzxdux；8dxduydydu= x+ ydy dxduydzdu+zdydu+—（17）（18）（19）du + x-dx dzduzdz1(dudu'ydzJdxJ體積應變/volumetricstrain：(P27)△=8xx+8yy*z變形協(xié)調(diào)方程/straincompatibilityequations：虎克定律/Hook'slaw:（P29）d28(P28) xx+dy2d28 d2y yy= xydx2dxdy8x8y8z“)]8x8y8zz+b)]x+如]y1 1 1=—c ,Y =—c ,Y=—TxzG xy yzG yzxz Gxz（20）巖土理性關(guān)于位移、應力、應變正負的規(guī)定（i） 沿坐標軸正向作用的力和位移分量為正；（ii） 收縮正應變?yōu)檎?；（iii） 壓縮正應力為正；（iv） 若截面內(nèi)法線相對于坐標的原點向內(nèi)指，則截面上剪應力方向相對于坐標原點向內(nèi)為正，反之亦然。Rockstrengthanddeformability（1） 強度（峰值強度）/strengthorpeakstrength：（P42）（2） 殘余強度/residualstrength：（P42）（3） 應變軟化/strain-softeningorstrain-weakeningbehavior：（P42）指巖石達到峰值強度以后繼續(xù)變形，其強度隨變形量增加而降低/減少的特性。（4） 塑性變形/ductiledeformation：（P42）（5） 屈服/yield：（P42）(6)有效應力/effectivestress：(P42)b'=b—w5ijijijsecantYong'smodulusEs：(7)TangentYong'smodulus與，averageYong'smodulus%(secantYong'smodulusEs：（8）巖石單軸壓縮與三軸壓縮典型特性：（P42）（P50-51）（Fig.3.2）（Fig.3.11（Fig.3.12）巖石單軸壓縮特性：從變形的四個階段理解：彈性變形、塑性變形、（峰值強度以后）應變軟化、殘余變形。巖石三軸壓縮特性：與單軸壓縮特性，比較不同圍壓下的強度、變形性能，脆-塑性轉(zhuǎn)變等。（9）擴容/dilation：（P51）(10)Coulomb'sshearstrengthcriterion：(P54-55)s=c+btan?2ccos巾+b(1+sin巾) 兀。1-sin? ，P=4+2b=2ccos?c1一sin?(11)Griffithcracktheory：(P57)(12)巖石結(jié)構(gòu)面強度：(P64)b=b+ 2(C+b3?tan中)1 3(1-tan中-ctgP)sin2PRockmassstructure（1） 巖石/rock：（P75）（2） 巖體/rockmass：（P75）（3） 巖石結(jié)構(gòu)的主要類型/majortypesofstructuralfeature:（P75-78）beddingplanes，folds，faults，shearzones，dykes，jionts.（4） 巖石結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀/orientation：（P78）dipdirection/azimuth，dip（5） 結(jié)構(gòu)面的間距/spacing：（P78）補充：（i）結(jié)構(gòu)面的線密度Kd:指結(jié)構(gòu)面法線方向單位長度上交切結(jié)構(gòu)面的條— —1數(shù)（條/m）。（ii）巖體結(jié)構(gòu)面的平均間距d.與線密度Kd關(guān)系：數(shù)（條/m）。（iii）取樣線上的結(jié)構(gòu)面線密度即為各組節(jié)理面線密度之^Uv）PriestandHudson（1976）foundthatanestimateofRQDcouldbeobtainedfromdiscontinuityspacingmeasurementsmadeoncoreoranexposureusingtheequation. RQD=100e-0-1入（0.1入+1）Forvaluesofeintherange6to16/m,agoodapproximationtomeasuredRQDvalueswasfoundtobegivenbythelinearrelation.RQD=-3.68X+110.4（6） RQDqualitydesignation：（P79）RQD= LL（7） 結(jié)構(gòu)面的連通性/persistence：（P80）（8） 結(jié)構(gòu)面的粗糙度/roughness：（補充）Roughnessisameasureoftheinherentsurfaceunevennessandwavinessofthediscontinuityrelativetoitsmeanplanes.（9） 結(jié)構(gòu)面的開度/aperture：（P82）（10） 結(jié)構(gòu)面的填充性/filling：（P83）（11） Bieniawski'sgeomechanicsclassification：（P83-84）（補充）（12） 巖石與巖體的區(qū)別/differencesbetweenrockmassandrockelement：（P87）Inthefabric：巖石存在微觀節(jié)理；巖體由巖塊與宏觀結(jié)構(gòu)面組成。Inmechanicalproperties：與巖石比較，巖體具有smallerelasticmodulus，lowerpeakstrength，lowerresidualstrength，largerdeformation（creep），largerPoissonratio，strongeranisotropy.Virginstressesintheroc