巖石力學(xué)復(fù)習(xí)大綱

巖石力學(xué)復(fù)習(xí)大綱巖石的比重與容重比重就是巖石試件內(nèi)固體部分實(shí)體積的重量與同體積水的重量的比值。容重是指單位體積（包括孔隙體積）巖石的重量。巖石的孔隙性是指巖石中孔隙與裂隙的發(fā)育程度，常用孔隙度表示，孔隙度指的是巖石中各種孔隙裂隙體積總和與巖石體積之比。巖石的吸水性是指遇水不崩解的巖石在一定實(shí)驗(yàn)條件下吸入水分的能力。巖石的透水性是指巖石被水穿過(guò)的性能影響因素地下水水頭應(yīng)力狀態(tài)裂隙度孔隙大小及連通程度巖石的軟化性巖石浸水飽和后強(qiáng)度降低的性質(zhì)。巖石的抗凍性巖石抵抗凍融破壞的能力巖石的膨脹性是指巖石浸水后體積增大的性質(zhì)巖石的破壞形式脆性破壞延性破壞弱面剪切破壞。巖石的強(qiáng)度強(qiáng)度的概念是指載荷作用之下巖石抵抗破壞的能力試驗(yàn)方法及計(jì)算P222425巖石的全應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)P7圖和表格彈性模量泊松比P89泊松比巖石的橫向應(yīng)變?chǔ)舩與縱向應(yīng)變?chǔ)舮之比稱(chēng)為泊松比巖石的三維變形特性P12巖石強(qiáng)度理論是研究巖石的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的破壞原因及強(qiáng)度條件的理論強(qiáng)度準(zhǔn)則應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則:s1=f(s2,s3,巖石強(qiáng)度參數(shù))或F(s1,s2,s3,巖石強(qiáng)度參數(shù))=0應(yīng)變強(qiáng)度準(zhǔn)則:e1=f(e2,e3,巖石強(qiáng)度參數(shù))或F(e1,e2,e3,巖石強(qiáng)度參數(shù))=0庫(kù)侖--莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則基本假設(shè):巖石的剪切破裂發(fā)生是某一平面剪應(yīng)力超過(guò)了巖石的內(nèi)聚力和法向應(yīng)力引起的摩擦力之抵抗.庫(kù)侖準(zhǔn)則:t=C+sntgj莫爾準(zhǔn)則:t=f(s)圖見(jiàn)書(shū)上P28庫(kù)侖--莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則基本假設(shè)的討論:破壞形式是剪切破壞;與中間主應(yīng)力無(wú)關(guān);沿一平面剪壞,該平面通過(guò)中間主應(yīng)力方向.以主應(yīng)力形式表達(dá)的庫(kù)侖--莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則庫(kù)侖--莫爾強(qiáng)度理論的應(yīng)用I)判斷巖石是否發(fā)生破壞,屈服函數(shù)F=F(s……)<0不破壞=0臨界破壞,>0破壞II)預(yù)測(cè)破壞面的方向剪切破壞面與最大主應(yīng)力平面夾角為a=45°+j/2,與最小主應(yīng)力平面成a=45°-j/2剪切破裂面是對(duì)稱(chēng)共軛的一對(duì).即X型節(jié)理.III)確定巖石單軸抗壓強(qiáng)度,抗拉強(qiáng)度,抗剪強(qiáng)度及其相互關(guān)系 SS2Csin-12Ccossin-1sin1C脆性斷裂破壞大多數(shù)堅(jiān)硬巖石在一定條件下都表現(xiàn)出脆性破壞的性質(zhì)。也就是說(shuō)，這些巖石在荷載作用下沒(méi)有顯著覺(jué)察的變形就突然破壞。產(chǎn)生這種破壞的原因可能是巖石中裂隙發(fā)生和發(fā)展的結(jié)果延性破壞巖石在破壞之前變形很大，且沒(méi)有明顯的破壞荷載，表現(xiàn)出顯著的塑性變形，流動(dòng)或擠出，這種破壞稱(chēng)為延性或韌性破壞。塑性變形是巖石內(nèi)結(jié)晶晶格結(jié)位的結(jié)果。在一些軟弱巖石中這種破壞較為明顯。有些洞室的底部巖石隆起，兩側(cè)圍巖向洞內(nèi)膨脹都屬延性破壞的例子。堅(jiān)硬巖石一般屬于脆性破壞，但在兩向或三向受力較大的情況下，或者在高溫的影響下，也可能延性破壞。弱面剪切破壞巖體中存在著許多軟弱結(jié)構(gòu)面，細(xì)微裂隙等弱面，在荷載作用下，弱面上的剪應(yīng)力一旦超過(guò)弱面的抗剪強(qiáng)度時(shí)，巖體將弱面剪切破壞，致使巖體產(chǎn)生滑移巖石的流變，蠕變，松弛P37基本概念:蠕變:研究在恒定載荷作用下,隨著時(shí)間的延續(xù),巖石的變形情況.s=const,e=e(t)松弛:在恒定變形條件下,巖石的應(yīng)力隨時(shí)間的變化,e=const,s=s(t)彈性后效:指加卸載后經(jīng)一段時(shí)間應(yīng)變才增加(或減少)到應(yīng)有的數(shù)值的現(xiàn)象.上述種種都屬于流變問(wèn)題.蠕變曲線(xiàn)P38流變模型P39模型類(lèi)型經(jīng)驗(yàn)公式、組合模型、積分形式、微分模型(1)經(jīng)驗(yàn)公式:I)冪函數(shù)型II)對(duì)數(shù)型III)指數(shù)型巖石蠕變本構(gòu)模型見(jiàn)教材軟巖:在高地應(yīng)力、地下水和強(qiáng)風(fēng)化作用下，具有顯著滲流、膨脹、或崩解性的軟弱、破碎、風(fēng)化和節(jié)理化圍巖，簡(jiǎn)稱(chēng)為不穩(wěn)定圍巖巖體。弱面：巖石內(nèi)部的微裂隙、節(jié)理、斷層等結(jié)構(gòu)上的缺陷巖體與巖塊的差異P69巖體強(qiáng)度P72原巖應(yīng)力：指地殼巖體內(nèi)某一點(diǎn)未被工程擾動(dòng)的當(dāng)前天然應(yīng)力或原始應(yīng)。次生應(yīng)力：受地下工程擾動(dòng)后，巖體內(nèi)原巖應(yīng)力狀態(tài)被破壞，將發(fā)生應(yīng)力重分布，進(jìn)而形成的應(yīng)力稱(chēng)為次生應(yīng)力或叫誘發(fā)應(yīng)力。自重應(yīng)力P82形成:地球引力作用特點(diǎn):1)垂直與水平應(yīng)力均為壓應(yīng)力,水平應(yīng)力由垂直應(yīng)力誘導(dǎo)產(chǎn)生,無(wú)剪應(yīng)力;2)自重應(yīng)力場(chǎng)是穩(wěn)定應(yīng)力場(chǎng),不是時(shí)間的函數(shù).1）自重應(yīng)力場(chǎng)中，鉛垂應(yīng)力隨深度呈線(xiàn)性增加；2)在線(xiàn)彈性巖體中的自重應(yīng)力場(chǎng)中,巖體的側(cè)壓系數(shù)隨深度增加而增加,深度小于300m時(shí),水平應(yīng)力僅為垂直應(yīng)力的10--20%,在2000M,二者相等.為靜水壓應(yīng)力場(chǎng).3)在粘彈性或粘性巖體中,不論深度如何,側(cè)壓系數(shù)均為1.自重應(yīng)力場(chǎng)均為靜水應(yīng)力場(chǎng).原巖應(yīng)力場(chǎng)的一般規(guī)律P891)地殼中主應(yīng)力為壓應(yīng)力,方向基本上是鉛直和水平的.2)垂直應(yīng)力隨深度呈線(xiàn)性增長(zhǎng).3)水平應(yīng)力分布特點(diǎn)a)絕大部分最大水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力sh/sZ=0.5--5.5,大部分在0.9--1.2之間b)第一水平主應(yīng)力接近水平,它與水平面的夾角小于30度.C)兩水平應(yīng)力不相等,具有明顯的方向性.shmax/sHmin=1.4--3.34)原巖應(yīng)力分布是不均勻的，構(gòu)造應(yīng)力是造成原巖應(yīng)力不均勻分布的主要因素原巖應(yīng)力的測(cè)試方法P90應(yīng)力解除法：孔徑變形法、孔底應(yīng)變法、孔壁應(yīng)變法、空心包體應(yīng)變法應(yīng)力恢復(fù)法：主要測(cè)定表明應(yīng)力，有鉆孔壁面恢復(fù)法、切槽壁面恢復(fù)法（千斤頂法）水壓致裂法：聲發(fā)射法反分析法水壓致裂法水壓致裂法是二十世紀(jì)七十年代初期從石油鉆井探采用新技術(shù)借用而來(lái)的測(cè)定深部巖體應(yīng)力的一種方法。它借助于兩個(gè)可膨脹的橡膠塞，在需要測(cè)定應(yīng)力的深度上封閉隔離一段鉆孔，并用水壓方法對(duì)被隔離段孔壁施加壓力，直至孔壁巖石受拉破裂，最后根據(jù)破裂壓力、封井壓力以及橡膠塞套上壓痕的方位，確定巖體天然主應(yīng)力的大小和方位。（1）鉆孔（地質(zhì)勘測(cè)）、選段（完整）、分割（氣或液）鉆孔直徑：36、51、76、110、130（2）加液壓將孔壁壓裂與重張P0—孔隙水壓力或地下水壓力；Pb—注入鉆孔內(nèi)液壓將孔壁壓裂的初始?jí)毫褖毫?；Ps—液體進(jìn)入巖體內(nèi)連續(xù)的將巖體劈裂的液壓，稱(chēng)為穩(wěn)定開(kāi)裂壓力；Ps0—關(guān)泵后壓力表上保持的壓力，稱(chēng)為關(guān)閉壓力，如圍巖滲透性大，該壓力降逐漸衰減；Pb0—停泵后重新開(kāi)泵將裂縫壓開(kāi)的壓力，稱(chēng)為開(kāi)啟壓力。（3）卸壓、提設(shè)備、測(cè)定開(kāi)裂方位然后根據(jù)測(cè)得的壓裂過(guò)程中泵壓表的讀數(shù)，計(jì)算地應(yīng)力水壓破裂法計(jì)算公式P9697應(yīng)力集中系數(shù)P106圍巖與支護(hù)共同作用------穩(wěn)定圍巖受力產(chǎn)生變形和破壞可能失去穩(wěn)定，要滿(mǎn)足工程需要必須進(jìn)行支護(hù)才能達(dá)到穩(wěn)定，即破裂巖體加支護(hù)的共同體。破裂巖體作用支護(hù)體，導(dǎo)致支護(hù)體所產(chǎn)生的力和變形。支護(hù)體以自身的剛度和強(qiáng)度抑制巖體的變形和破裂的發(fā)展，使破裂的巖體達(dá)到新的穩(wěn)定，這種耦合作用稱(chēng)“圍巖與支護(hù)共同作用”共同作用的原理P137地壓學(xué)說(shuō)普式地壓學(xué)說(shuō)擋土墻主動(dòng)壓力P137兩幫穩(wěn)定時(shí)普氏頂壓計(jì)算公式P138兩幫不穩(wěn)定時(shí)的定壓的計(jì)算P139巖爆（沖擊地壓）：采掘擾動(dòng)，引起圍巖應(yīng)力高度集中，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其緩慢變形破壞的能量，從而造成圍巖體突然破壞，并伴隨拋擲、聲響、震動(dòng)、熱能、氣浪或瓦斯涌出。巖震（礦震）：處于巖體內(nèi)部較深位置的大的節(jié)理、斷層、廢棄的采場(chǎng)或煤柱，由于應(yīng)力的變化而突然失穩(wěn)破壞。相對(duì)于巖爆來(lái)說(shuō)，其影響范圍大，類(lèi)似與地震。煤與瓦斯突出發(fā)生的原理與巖爆類(lèi)似，不同的是還增加了瓦斯的能量，突出拋擲的是煤體，除了地應(yīng)力集中外還有瓦斯的壓力，共同作用造成煤與瓦斯突出。地壓計(jì)算RQD了解P191影響井巷穩(wěn)定性的主要因素P195井巷維護(hù)原則（一）、合理利用和充分發(fā)揮巖體強(qiáng)度1在充分比較施工和維護(hù)穩(wěn)定兩方面經(jīng)濟(jì)合理性的基礎(chǔ)上，盡量將工程位置設(shè)計(jì)在巖性好的巖層中2、避免巖石的損傷3、充分發(fā)揮巖體的承載能力4、加固巖體（二）、改善圍巖的應(yīng)力條件1、選擇合理的隧道斷面形狀和尺寸2、選擇合現(xiàn)的位置和方向3、"卸壓"方法（三）、合理支護(hù)（四）、強(qiáng)調(diào)監(jiān)測(cè)和信息反饋錨桿作用機(jī)理錨桿對(duì)圍巖的作用，本質(zhì)上屬于三維應(yīng)力問(wèn)題，作用機(jī)理比較復(fù)雜，可以說(shuō)至今還不能很好解釋錨桿這種良好的效果。一般認(rèn)為錨桿支護(hù)的作用機(jī)現(xiàn)主要有懸吊作用、減跨作用、組合梁作用、組合拱作用和加固作用等；研究還表明，錨桿對(duì)抑制節(jié)理面間的剪切變形和提高巖體的整體強(qiáng)度方面起有重要的作用，特別是對(duì)于全長(zhǎng)錨固的錨桿。地質(zhì)軟巖的定義地質(zhì)軟巖是指單軸抗壓強(qiáng)度小于25MPa的松