岩石力学(沈明荣)考试重点.pdf

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一章:
.:岩体力学主要是研究岩石和岩体力学性能的一门学科,
是探讨岩石和岩体在其周围物理环境〔力场、温度场、地下水等〕发生变化后,
做出响应的一门力学分支。
?何谓岩体?岩石与岩体有何不同之处?〔1〕岩石:由矿物或岩屑
在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体。〔2〕岩体:一定工程范围内的
自然地质体。〔3〕不同之处:岩体是由岩石块和各种各样的构造面的综合体。
?岩体构造的两大要素是什么?
〔1〕岩体构造是指构造面的发育程度及其组合关系;或者是指构造体的规模、
形态及其排列形式所表现的空间形态。〔2〕构造体和构造面。
?
块状、镶嵌、层状、碎裂、层状碎裂、松散构造。
?〔1〕不连续;受构造面控制,岩块可看作连续。〔2〕各向
异性;构造面有一定的排列趋势,不同方向力学性质不同。〔3〕不均匀性;岩体
中的构造面方向、分布、密度及被构造面切割成的岩块的大小、形状和镶嵌情况
等在各部位不同,各部位的力学性质不同。〔4〕赋存地质因子特性〔水、气、热、
初应力〕都会对岩体有一定作用。
二章:岩石物理力学性质有哪些?
岩石的质量指标,水理性质指标,描述岩石风化能力指标,完整岩石的单轴抗压
强度,抗拉强度,剪切强度,三向压缩强度和各种受力状态相对应的变形特性。
影响岩石强度特性的主要因素有哪些?对单轴抗压强度的影响因素有承压板、岩
石试件尺寸及形状〔形状、尺寸、高径比〕,加载速率、环境〔含水率、温度〕。
对三相压缩强度的影响因素:侧向压力、试件尺寸与加载速率、加载路径、空隙
压力。
什么是岩石的应力应变全过程曲线?所谓应力应变全过程曲线是指在刚性实验
机上进展实验所获得的包括岩石到达峰值应力之后的应力应变曲线。
?:压力机加压〔贮存弹性应能〕岩石试件
达峰点强度〔释放应变能〕导致试件崩溃。AA′O2O1面积—峰点后,岩块产
生微小位移所需的能。ACO2O1面积——峰点后,刚体机释放的能量〔贮存的能
量〕。ABO2O1——峰点后,普通机释放的能量(贮存的能量)。当实验机的刚度大
于岩石的刚度,才有可能记录下岩石峰值应力后的应力应变曲线。
莫尔强度理论,
点?:莫尔强度理论优点是使用方便,物理意义明确;缺点是1不能从岩石破坏
机理上解释其破坏特征2忽略了中间主应力对岩石强度的影响;格尔菲斯强度理
论优点是明确说明了脆性材料破裂的原因、破裂所需能量及破裂扩展方向;缺点
是仅考虑岩石开裂并非宏观上破坏的缘故。
与莫尔强度理论很相似其优点是能够用曲线来表示岩石的强度,但是缺点是表达
式稍显复杂。
典型的岩石蠕变曲线有哪些特征?典型的岩石蠕变曲线分三个阶段第Ⅰ阶段:称
为初始蠕变段或者叫瞬态蠕变阶段。在此阶段的应变一时间曲线向下弯曲;应变
与时间大致呈对数关系,即ε∝㏒t。第Ⅱ阶段:称为等速蠕变段或稳定蠕变段。
在此阶段内变形缓慢,应变与时间近于线性关系。第Ⅲ阶段:称为加速蠕变段非
稳态蠕变阶段。此阶段内呈加速蠕变,将导致岩石的迅速破坏。
有哪三种根本力学介质模型?1弹性介质模型2塑性介质模型〔理想塑性模型、
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有硬化塑性介质模型〕3黏性介质模型
.根本介质模型的串联和并联的力学特征有何不同?串联E和h,每个元素的力
相等;总应变=分应变之和。根本模型,两元件并联,使它所表现的变形特征与
马克斯维尔模型有所不同。根据两个根本力学模型并联的力学特征,当外力作用
于模型的两端时,两个模型产生的应变相等,而其应力为弹簧所受的应力与粘壶
所受的应力之和。
.岩体在单轴和三轴压缩应力作用下,其破坏特征有何异同?单轴破坏形态有两
类:圆锥形破坏,原因:压板两端存在摩擦力,箍作用〔又称端部效应〕,在工
程中也会出现;柱状劈裂破坏,*拉破坏〔岩石的抗拉强度远小于抗压强度〕是
岩石单向压缩破坏的真实反映〔消除了端部效应〕,消除试件端部约束的方法,
润滑试件端部〔如垫云母片;涂黄油在端部〕,加长试件。三轴压缩应力:低围
压,围压作用不明显,接近单轴压缩破坏形式;中围压,斜面剪切破坏;高围压,
塑性流动破坏。
三章:如何测试岩块和岩体弹性波速度?
1、岩块声波速度测试:测试仪器主要是岩石超声波参数测定仪和纵横波换能器。
测试时,把纵横波换能器放在岩块试件的两端。测定纵波速度时宜采用凡士林或
黄油作耦合剂,测定横波速度时宜采用铝箔或铜箔作耦合剂测试完毕后,应测定
超声波在标准有机玻璃中的传播时间,绘制时距曲线并确定仪器系统的零延时。
vp=L/〔tp-t0〕,vs=L/〔ts-t0〕
2、岩体声波速度测试:测点外表应大致修凿平整并擦净,纵波换能器应涂厚
1-2mm的凡士林或黄油,横波换能器应垫多层铝箔或铜箔,并应将换能器放置
在测点上压紧。在钻孔或风钻孔中进展岩体声波速度测试时,钻孔或风钻孔应冲
洗干净,并在孔内注满水,水即作为耦合剂,而对软岩宜采用干孔测试。影响岩
体弹性波速度的因素有哪些?1、岩体弹性波速与岩体种类、岩石密度和生成年
、岩体波速与岩体中裂隙或夹层的关系:34岩体波速与岩体的有效孔隙
率n及吸水率Wf有关4、岩体波速与各向异性性质有关5、岩体受压应力对弹
性波传播的影响
用弹性波速度确定地下工程围岩松动圈〔塑性圈〕范围的原理是什么?根据岩体
弹性波速度随裂隙的增多和应力的减小而降低的原理,在松动圈内,由于岩体破
碎且属低应力区,因而波速较小,当进入松动圈边界完整岩体区域,应力较高,
波速到达最大,之后波速又逐渐减小至一定值。根据波速随深度变化曲线,可确
定松动圈厚度,其边界在波速最大值深度附近
五章:简述围岩分类的目的和意义?
〔1〕为岩石工程建立的勘察、设计、施工和编制定额提供必要的根本依据。〔2〕
便于施工方法的总结,交流,推广。〔3〕为便于行业内技术改革和管理。阐述围岩
分类有哪些原则?
〔1〕有明确的类级和适用对象。〔2〕有定量的指标。〔3〕类级一般分五级为宜。
〔4〕分类方法简单明了、数字便于记忆和应用。〔5〕根据适用对象,选择考虑
因素。
简述围岩分类的根本方法?
按岩石的单轴抗压强度RC分类;以点荷载强度指标分类;按巷道岩石稳定性分
类;前苏联巴库地铁分类;
按岩体完整性分类;按岩体综合指标分类。简述围岩质量指标RQD的定义及评
价方法?
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RQD是选用稳固完整的、其长度大于等于10cm的岩芯总长度与钻孔长度的比。
评价方法:岩石的RQD与岩体完整性关系密切,RQD与体积节理数JV之间存
在以下统计关系:
RQD=115—〔%〕,,其RQD=100%简述巴顿
的Q分类采用了那些参数?他们代表了何种意义?
采用了六个参数:RQD:岩体质量指标。Jn节理的组织数系数。Jr节理的粗糙
度系数。Ja节理的饰变系数。JW地下水的影响系数。SRF应力折减系数。简述
国标岩体分级采用了那些指标作为分级的根本参数?
〔一〕确定岩体根本质量:,包括岩石坚硬程度确实定、
岩体完整程度确实定
,也包括岩石坚硬程度确实定、岩体完整程度确实定
〔二〕根本质量分级:岩体根本质量指标;岩体根本质量确实定〔三〕具体工程
岩体质量分级确实定
简述国标岩体分级采用了哪两种方法进展岩体分级?
采用了定性、定量两种方法分别确定岩体质量的好坏,相互协调、相互调整,最
终确定岩石的坚硬程度与岩体完整性指数。
简述国标岩体分级中考虑了哪些因素的影响对地下工程的岩体根本质量指标进
展修正?
地下水影响修正系数;主要软弱构造面产状影响修正系数:初始应力状态响修正
系数
六章:?岩体初始应力主要由什么引起的?影响因素有那
些?
初始应力:天然状态下岩体内的应力,又称地应力、原岩应力。由岩体的自重和
地质构造所引起。因素:自重地质构造——主要因素:地形地貌地震力水压力地
热。——次要因素。
,逆断层,平移断层的最大主应力和最小主应力的作用方向分别是什么
样的?
对于正断层,自重应力为最大主应力,方向竖直向下,最小主应力与断层走向正
交;对于逆断层,自重应力为最小主应力,方向竖直向下,而最大主应力与断层
走向正交;对于平移断层,自重为中主应力,最大主应力与断层走向成30-45度
得夹角,最大和最小都为水平方向。
?
水平应力普遍大于垂直应力。垂直应力在大多数情况下,为最小主应力;在少数
情况小,为中间主应力;只有个别情况下为最大主应力。4岩爆的类型和发生条
件是什么,如何防治?
类型:【1】破裂松脱型,【2】爆裂弹射型,【3】爆炸抛射型。条件:,
洞室空间的形成2岩体承受极限应力产生初始破裂后剩余弹性变形能的集中释
放量将决定岩爆的弹射程度3围岩应力重分布和集中将导致围岩积累大量弹性
变形能。防治:1围岩加固2改善围岩应力条件3保证施工平安。5高地应力现
象有哪些?其判别准则是什么?
现象:,2岩爆3探洞和地下隧洞的洞壁产生剥离4岩质基坑底
部隆起。剥离以及回弹错动现象,5野外原位测试测得得岩体物理力学指标比实
验室试验结果高。判别准则:当围岩内部的围岩强度与最大地应力的比值到达*
一水平时,才能称为高地应力或极高地应力。
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6,岩体初始应力量测方法有哪些?各自的原理,步骤,应用是什么?
裂法:2应力解除法3应力恢复法4声发射法【1】试件制备【2】声发射测试【3】
计算地应力
重点
一、岩石:是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体。
二、岩体:在岩体工程,通常将一定范围内的自然地质体称为岩体。
三、单向压缩荷载作用下试件的破坏形式:1、圆锥形破坏;2、柱状劈裂破坏。
四、单轴抗压强度的影响因素:1、承压板对单周抗压强度的影响;2、时间尺寸
及形状对单轴抗压强度的影响;【1、试件形状;2、岩石试件的尺寸;3、岩石试
件的径高比。】3、加载速率对单轴抗压强度的影响;4、环境对单轴抗压强度的
影响。【1、含水率对单轴抗压强度的影响;2、温度对单轴抗压强度的影响。】
五、岩石三向压缩强度的影响:1、侧向压力的影响;2、试件尺寸加载速率的与
影响;3、加载路径对岩石三向压缩强度的影响。
六、岩石的变形特性规律:1、围压增加,岩石的屈服应力随之提高;2、岩石的
弹性模量变化不大,有随围压增大而增大的趋势;3随着围压的增高,峰值应力
所对应的应变值有所增大。
七、扩容:是指岩石受外力作用后,发生非线性的体积膨胀的现象,称为扩容。
八、蠕变:是指岩石在恒定的外力条件下,应变随时间的增长而增长的特性,也
称作*变。
九、摩尔强度理论的根本思想:摩尔强度理论认为,岩石不是在简单的应力状态
下发生破坏,而是在不同的正应力和剪应力组合作用下,才使其丧失承载能力。
或者说,当岩石*个特定作用面上作用着的正应力、剪应力到达一定的数值时,
随即发生破坏。
十、岩石波速:岩块的纵波速度大于横波速度,且岩体中构造面发育特征和风化
程度不同时,其纵波速度也不同,一般来说,波速岁构造面密度增大、风化加剧
而降低。
十一、岩体弹性波速度岩石与种类、密度计其生成年代之间的关系:一般,岩石
的密度和完整性愈高,波速愈大,反之,波速愈小。
十二、岩体弹性波速度与岩体中裂隙或夹层的关系:1、弹性波跨越裂隙宽度的
能力与弹性波的频率有关,频率越低,跨越裂隙宽度越大。2、弹性波速度与岩
体裂隙数目有关,裂隙数目越多,则纵波速度越小。3、岩石的风化程度对弹性
波速度也有影响,岩体受风化后,弹性波速度减小,风化越严重,速度减小越
明显。4、夹层厚度对弹性波速度的影响,一般,夹层厚度越大,纵波速度越小。
十三、岩体所受应力对弹性波速度的影响:1、纵波速度随压应力的增大而增大,
当应力较高后,纵波速度增加幅度变小;在同一单向压应力下,平行于应力方向
的纵波速度要高于垂直于应力方向的纵波速度。2、平行于层面方向的纵波速度
随应力的增大而增大,但增幅较小;垂直于层面方向的纵波速度,当应力为零时
很低,在低应力阶段随应力增大急剧增大,在超过平行于层面方向的纵波速度后,
增长幅度减小。
十四、产状:产状是指构造面在空间的分布状态。它是由走向、倾向、倾角所组
成的三要素来描述。
十五、岩体中构造面的组数反映了构造面的发育程度,而构造面组数的多少,又
可以反映岩体被构造面切割所形成的岩块的大小。同样,这也是相辅相成的参数。
十六、切割度:所谓的切割度是指单位面积的岩体中构造面面积所占的比例。
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十七、构造面的锲体摩擦效应:在自然界中,大多数的构造面的外表是起伏不平
的。这种起伏不平状态将给构造面强度产生一个附加值。附加的强度与起伏不平
的斜面有关,所以被称作锲效应摩擦。
十八、构造面强度的尺寸效应规律:1、随着构造面面积的增大,峰值剪应力也
将随之减小;2、随着构造面面积的增大,峰值剪应力所对应的剪切位移也将随
之增大;3、随着构造面面积的增大,构造面的剪切位移曲线由脆断型向软弱型
过渡;4、构造面的扩容量也具有随之减小的趋势。
一、工程岩体分类的目的:工程岩体的分类是根据地质勘探和少量的岩体力
学实验的结果,确定一个区分岩体质量好坏的规律,据此将工程岩体分成假
设干个等级,对工程岩体的质量进展评价,确定对工程岩体其稳定性的影响
程度,为工程设计、施工提供必要的参数。
二、岩体的初始应力:是指岩体在天然状态下所存在的内在应力,在地质学
中,通常又称它为地应力。
三、岩体处于潜塑型状态或塑性状态时,,侧压力系数近
似于1.
四、影响岩体初始应力状态的因素:1、地形;2、地质构造形态;3、岩体力
学性质;4、水;5、温度。
五、岩石初始应力场的分布规律:1、岩体初始应力场是时间和空间的函数;
2、实测垂直应力根本上等于上覆岩层的重量;3、水平应力普遍大于垂直应
力;4、平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小;5、水平主应力
随深度呈线性增长关系;6、两个水平主应力一般相差很大。
六、水压致裂法原理:水压致裂法是通过液压泵向钻孔内拟定测量深度处加
液压将孔壁压裂,测定压裂过程中的各特点压力及开裂方位,以此计算测点
附近岩体中初始应力大小和方向。
七、高地应力现象:1、岩芯饼化现象;2、岩爆;3、探洞和地下隧洞的洞壁
产生剥离;4、岩质基坑底部隆起、剥离以及回弹错动现象;5野外原位测试
测得的岩体物理力学指标比实验室岩块试验结果高。
八、岩爆类型:1、破裂松脱型;2、爆裂弹射性;3、爆炸抛射型;
九、岩爆的防治:1、围岩加固措施;2、改善围岩应力条件;3、施工平安措
施。
十、围岩:是指由于人工开挖使岩体的应力状态发生了变化,而这局部被改
变了应力状态的岩体称作围岩。
十一、二次应力:是指经开挖后岩体在无支护条件下,经应力调整后到达新的
平衡的应力状态。
十二、围岩压力:开挖后岩体作用在支护上的压力。
十三、围岩压力分类的概念:根据产生围岩压力的不同机理,可将围岩压力分
为如下四种:松动压力、形变压力、冲击压力、膨胀压力。
十四、岩柱法:岩柱法计算浅埋洞室松散岩体的围岩压力的根本思想是,由于
洞室的开挖,洞室顶部的松散岩体将产生很大的沉降甚至塌落,因此考虑从
地面到洞室顶部的岩体自重,扣除局部摩擦阻力后,作用在洞室顶部的压力
即为围岩压力。
十五、新奥法原理:围岩压力应是塑性形变和塑性松动压力的组合。支护刚度、
支护时间对围岩压力的影响,二者随塑性圈的增大前者将减小,而后者将增
大。塑性圈半径的大小,从其变化特性而言,与经向位移和实践存在着相互
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依赖的关系。应力调整过程中,随着时间的增长,其径向位移将不断的产生,
而经向位移的增长促使塑性圈继续扩大,直至到达岩体新的应力平衡。因此,
可以说在围岩的二次应力调整过程中,时间、岩体经向位移、塑性圈半径三
者之间的作用是相互的。
十六、影响边坡稳定性的因素:岩体自然因素〔岩性、构造、地应力、及地形、
地貌〕、扰动因素〔水的作用、风化作用、地震〕、人为因素〔不合理开挖、
爆破、加载〕。
十七、应力分布特征:1、无论在什么样的天然应力状态下,边坡附近的主应力
线迹均明显偏,转表现为最大主应力与坡面近于平行,最小主应力与破面近
于正交,向坡体内逐渐恢复初始应力状态。2、由于应力的重新分布,在坡
面附近产生应力集中带,不同部位其引力状态是不同的。在坡脚附近,平行
坡面的切应力显著升高,垂直坡面的径向应力显著降低,由于应力差大,于
是就形成了最大剪应力增高带,最容易发生剪切破坏。在坡肩附近,在一定
条件下坡面径向应力和坡顶且向应力可化为转拉应力,形成一拉应力带。边
坡愈陡,则此带范围愈大,因此,坡肩附近最容易拉裂破坏;3、在坡面上
各处的径向应力为零,因此,坡面岩体仅处于平面应力状态,向破内逐渐为
三维应力状态;4、由于主应力偏转,破体内的最大剪切应力迹线也发生变
化,由原来的直线变为凹向坡面的弧线。
十八、边坡岩体变形根据形成机理可分为卸荷回弹和蠕变两种类型。
十九、岩质边坡的加固措施:1、排水措施;2、刷方减重;3、支护措施;
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