巖體力學(xué)考試

緒論巖體力學(xué)的研究方法1、 工程地質(zhì)研究方法：目的是研究巖塊和巖體的地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征，為巖體力學(xué)的進(jìn)一步研究提供地質(zhì)模型和地質(zhì)資料。2、 試驗法：科學(xué)試驗是巖體力學(xué)研究中一種非常重要的方法，是巖體力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。3、 數(shù)學(xué)力學(xué)分析法：數(shù)學(xué)力學(xué)分析是巖體力學(xué)研究中的一個重要環(huán)節(jié)。它是通過建立巖體力學(xué)模型和利用適當(dāng)?shù)姆治龇椒ǎA(yù)測巖體在各種力場作用下的變形與穩(wěn)定性，為工程設(shè)計和施工提供定量依據(jù)。4、 綜合分析法:這是巖體力學(xué)研究中極其重要的一套工作方法，采用多種方法，考慮各種因素（包括工程的、地質(zhì)的及施工的等）進(jìn)行綜合分析和綜合評價。第一章巖石：具有一定結(jié)構(gòu)構(gòu)造的礦物（含結(jié)晶和非結(jié)晶的）集合體。巖塊：指不含顯著結(jié)構(gòu)面的巖石塊體，是構(gòu)成巖體的最小巖石單元。巖體：位于一定地質(zhì)環(huán)境中，在各種宏觀地質(zhì)界面（斷層、節(jié)理、破壞帶等）分割下形成的有一定結(jié)構(gòu)的地質(zhì)體巖體與巖塊的本質(zhì)區(qū)別：（1）巖體中存在有各種各樣的結(jié)構(gòu)面。（2）不同于自重應(yīng)力（場）的天然應(yīng)力場和地下水。結(jié)構(gòu)面（strueturalplane）：指地質(zhì)歷史發(fā)展過程中，在巖體內(nèi)形成的具有一定的延伸方向和長度、厚度相對較小的宏觀地質(zhì)界面或帶。"不連續(xù)面（diseontinuities）或節(jié)理（joint）"結(jié)構(gòu)面的成因類型：（1）地質(zhì)成因類型原生結(jié)構(gòu)面:巖體在成巖過程中形成的。（包括沉積結(jié)構(gòu)面如層理面、軟弱夾層、沉積間斷面和不整合面；巖漿結(jié)構(gòu)面；變質(zhì)結(jié)構(gòu)面）構(gòu)造結(jié)構(gòu)面：這類結(jié)構(gòu)面試巖體形成之后再構(gòu)造應(yīng)力作用下形成的各種破裂面。（斷層、節(jié)理、劈理和層間錯動面等。）次生結(jié)構(gòu)面：這類結(jié)構(gòu)面是巖體形成后在外營力作用下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)面。（如卸荷、風(fēng)化裂隙和次生夾泥和泥化夾層等。）（2）力學(xué)成因類型剪性結(jié)構(gòu)面：剪應(yīng)力引起，如逆斷層、平移斷層以及多數(shù)正斷層。（特征：連續(xù)性好，面較平直，延伸較長并有擦痕鏡面等現(xiàn)象發(fā)育。）張性結(jié)構(gòu)面：拉應(yīng)力引起。如羽毛狀張裂面、縱張及橫張破裂面、巖漿巖中的冷凝節(jié)理等。（特征：張開度大、連續(xù)性差、形態(tài)不規(guī)則、面粗糙，起伏度大及破碎帶較寬等特征。其構(gòu)造巖多為角礫巖，易被充填。含水豐富，導(dǎo)水性強(qiáng)。）結(jié)構(gòu)面的規(guī)模及分級：P141級結(jié)構(gòu)面賓測結(jié)構(gòu)也【級姑構(gòu)血結(jié)構(gòu)面分級* ［口級結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計結(jié)構(gòu)詁席結(jié)構(gòu)面R級結(jié)構(gòu)而結(jié)構(gòu)面的特征（產(chǎn)狀、連續(xù)性、密度、張開度、形態(tài)、結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系）：P15-P19巖體結(jié)構(gòu)控制論：大量實踐與試驗研究表明，巖體的應(yīng)力傳播、變形破壞以及巖體力學(xué)介質(zhì)屬性無不受控于巖體結(jié)構(gòu)。巖體結(jié)構(gòu)對于工程巖體的控制作用主要表現(xiàn)在三方面，即巖體的應(yīng)力傳播特征、巖體的變形與破壞特征及工程巖體的穩(wěn)定性。詳細(xì)見P22-P24結(jié)構(gòu)面采樣：按照一定規(guī)則對結(jié)構(gòu)面進(jìn)行系統(tǒng)測量結(jié)構(gòu)面的采樣方法：結(jié)構(gòu)面采樣方法較多，目前以測線法應(yīng)用最為廣泛半跡長：結(jié)構(gòu)面跡線與測線的交點到跡線端點的距離。刪節(jié)半跡長：在測線適當(dāng)距離布置一條與測線平行的刪節(jié)線，測線到刪節(jié)線之間的距離稱為刪節(jié)長度，結(jié)構(gòu)面跡線處于測線與刪節(jié)線之間的長度第二章巖石的水理性質(zhì)：指的是巖石在水溶液作用下表現(xiàn)出來的性質(zhì)，主要有吸水性、軟化性、抗凍性、透水性、膨脹性和崩解性等。（1）巖石的吸水性：指的是巖石在一定條件下吸收水分的能力，常用吸水率、飽和吸水率與飽水系數(shù)等指標(biāo)表示。（2） 巖石的軟化性：指的是巖石浸水飽和后強(qiáng)度降低的性質(zhì)，用軟化系數(shù)Kr表示。軟化系數(shù)（KR）：是巖石飽水狀態(tài)的抗壓強(qiáng)度bcw與巖石干燥狀態(tài)的抗壓強(qiáng)度之bc比值。巖石的軟化性取決于巖石的礦物組成與空隙性。（3） 巖石的透水性：指的是在一定水力梯度或壓力差作用下，巖石能被水透過的性質(zhì)。（4） 巖石的膨脹性：指的是巖石浸水后體積增大的性質(zhì)。（5） 巖石的抗凍性：指的是巖石抵抗凍融破壞的能力。常用抗凍系數(shù)和質(zhì)量損失率來表示。（6） 巖石的崩解性：是指巖石與水相互作用時失去粘結(jié)性，并變成完全喪失強(qiáng)度的松散物質(zhì)的性質(zhì)。巖體的變形性質(zhì)：擴(kuò)容：在巖石的單軸壓縮試驗中，當(dāng)壓力達(dá)到一定程度以后，巖石中的破裂（裂紋）繼續(xù)發(fā)生和擴(kuò)展，巖石的體積應(yīng)變增量由壓縮轉(zhuǎn)為膨脹的力學(xué)過程。變形階段與特征應(yīng)力值：o-a段：上凹，體積壓縮，孔隙裂隙壓密階段；a-b段：直線，bb比例極限，彈性變形階段；b-c段：膨脹，bc屈服極限，微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段；c-d段：bd峰值強(qiáng)度（單軸抗壓強(qiáng)度），非穩(wěn)定破裂階段或累進(jìn)行性破裂階段；d點以后階段：殘余強(qiáng)度，破壞后階段。峰值前區(qū)六種類型巖塊的應(yīng)力應(yīng)變曲線I.彈性的；II?彈塑性的；DI?塑彈性的；IV.塑-彈-塑性的;V.塑-彈-塑性的；VI.彈-塑-嫦變的I：近似直線型（堅硬、極堅硬巖石）：如玄武巖、石英巖等；II：下凹型（較堅硬、少裂隙巖石）：如石灰?guī)r、砂礫巖；III：上凹型（堅硬有裂隙發(fā)育）：如花崗巖、砂巖；IV：陡“S”型（堅硬變質(zhì)巖）：如大理巖、片麻巖；V：緩“S”型（壓縮性較高的巖石）：如片巖；下凹型（極軟巖）。變形模量（modulusofdeformation）：指單軸壓縮條件下，軸向壓力與軸向應(yīng)變之比。彈性模量：E=CT/ee變形模量：Ep=O/（Ep+Ee）初始模量（Ei）：a-E曲線上原點切線的斜率。一反映巖石中微裂隙的多少。切線模量（Et）：a-E曲線上某點切線的斜率。一反映巖石的彈性變形特征。割線模量（Es）：a-E曲線上某點與原點連線的斜率。一反映巖石總體變形特征。剪切模量（G）：G=E/2（l+p）泊松比M:巖石在單向受壓條件下橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比，適用于彈性變形階段。圍壓對巖石變形破壞的影響：P49巖體力學(xué)作業(yè)之一簡答題第三題流變性：在外部條件不變的情況下，巖石的應(yīng)力或變形隨時間變化的特性。流變性可分為：蠕變、松弛、彈性后效。1） 蠕變:指在恒定應(yīng)力或應(yīng)力差的作用下，變形隨時間而增加的現(xiàn)象。2） 松弛：指應(yīng)變保持恒定時，應(yīng)力隨時間的延長而降低的現(xiàn)象。3） 彈性后效：指加載或卸載時，彈性變形滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象。長期強(qiáng)度：巖石在長期荷載作用下（應(yīng)變速率10-6/s）的強(qiáng)度。彈性元件－完全彈性固體，或稱虎克體（簡稱H體）粘性元件一理想粘滯液體，或稱牛頓體（簡稱N體），具有蠕變性質(zhì)，由一個帶孔活塞和充滿粘性液體的圓筒組成，又稱阻尼器。塑性元件一完全塑性體，或稱為圣維南（St.Venant）體，由一對摩擦接觸的摩擦片組成。剛性固體，或稱歐幾里德體（簡稱Eu體），剛性體在任何荷載下沒有變形產(chǎn)生，用一根無伸縮的剛桿表示。理想輸體撲塑及其JS力-應(yīng)變和應(yīng)力-應(yīng)變率關(guān)系（根據(jù)蔣彭年〉物體基本模型（結(jié)構(gòu)符號）應(yīng)力應(yīng)變或應(yīng)變辭關(guān)系應(yīng)力應(yīng)變方程或應(yīng)力應(yīng)變速率注（一維）說明同魅固體扌無仲編性剛桿e=0丫?0Euclid任何荷載下沒有變形｛歐幾里褸“Y(E)彈性固體,（虎克固體）'彈簧（H）t=GY(<7=E￡)Hooke有彈性與強(qiáng)度無粘滯性-V(e)（牛頓液體）'粘壺―OE-F(N)r-ny(gq;)Newton無彈性與強(qiáng)度tc)塑性固體,（圣維南體）'摩擦片h-(St.V)T=T/St.Venant有小彈性與大塑性石""V(￡)抗剪強(qiáng)度：巖石在一定的應(yīng)力條件下，抵抗剪切破壞的能力，用巖石剪切破壞時的最大剪應(yīng)力T表示。巖石剪切強(qiáng)度有三種：抗剪斷強(qiáng)度、抗切強(qiáng)度、弱面抗剪切強(qiáng)度?？辜魯鄰?qiáng)度：是指在一定的法向應(yīng)力作用下，沿預(yù)定剪切面剪斷時的最大剪應(yīng)力。（直剪試驗、變角板剪切試驗、三軸試驗等）抗切強(qiáng)度：是指在法向應(yīng)力為零時，沿預(yù)定剪切面剪斷時的最大剪應(yīng)力。（單/雙面剪切及沖孔試驗等）弱面抗剪切強(qiáng)度（摩擦強(qiáng)度）：是指在一定的法向應(yīng)力作用下，沿已有破裂面（層面、節(jié)理等）剪斷時的最大剪應(yīng)力。（摩擦試驗）第三章：剪脹角（ad）（Angleofdilation）：結(jié)構(gòu)面在剪切變形過程中所發(fā)生的（垂直）法向位移AV與切向（水平）位移之比的反正切值。P77第四章裂隙巖體單結(jié)構(gòu)面理論（1960年）：P96滲流對巖體的作用（物理化學(xué)、力學(xué)效應(yīng)）：P112-P113第五章RQD：巖石質(zhì)量指標(biāo)定義為“大于10cm的巖芯累計長度與鉆孔進(jìn)尺長度之比的百分?jǐn)?shù)”巴頓的Q分類：P119-122（定義、物理意義）第六章：天然應(yīng)力（地應(yīng)力）的成因：p132-P1331） 大陸板塊的推擠-—邊界受壓cm/年2） 地幔熱對流---硅鎂質(zhì)地幔的可塑、對流與蠕動，上升流與下降流，引起水平切向應(yīng)力，形成拉伸區(qū)（裂谷）與擠壓應(yīng)力集中區(qū)。3） 地心引力或地球重力---由巖體自重所引起的應(yīng)力稱為自重應(yīng)力，它在空間上有規(guī)律的分布稱為自重應(yīng)力場，自重應(yīng)力相對穩(wěn)定。4） 巖漿侵入擠壓、冷凝收縮和成巖-局部的5） 地溫梯度3°C/100m熱膨脹、收縮-壓應(yīng)力6） 地表剝蝕的影響：松弛的速度、封閉應(yīng)力天然應(yīng)力的分布規(guī)律：P133-P138天然應(yīng)力的測量方法：目前國內(nèi)外最常用的應(yīng)力量測方法有三種：水壓致裂法；應(yīng)力恢復(fù)法（扁千斤頂法）；套心法（鉆孔套心應(yīng)力解除法或應(yīng)力解除法）。高地應(yīng)力的特征：P146-147（1）巖芯餅化現(xiàn)象垂直于鉆進(jìn)方向的應(yīng)力差越大，餅化越嚴(yán)重。（2）地下硐室施工過程中出現(xiàn)巖爆，剝離脆性破裂，應(yīng)變能突然釋放，特別是在垂直最大水平應(yīng)力開挖的地下硐室。（3） 隧洞、巷道和鉆孔的縮徑現(xiàn)象（4） 邊坡上出現(xiàn)錯動臺階一P146,147（5） 原位變形曲線的變化第七章:巖石的流變理論：P154巖石的強(qiáng)度理論:P155-P162主要是莫爾-庫倫強(qiáng)度理論，格里菲斯強(qiáng)度理論第八章邊坡穩(wěn)定性分析，應(yīng)力分布特征，變形特征，破壞類型，影響因素。平面滑動計算：P183安全性系數(shù)穩(wěn)定性系數(shù)公式第九