岩体力学

岩块：不含显著结构面的岩石块体，是构成岩石的最小岩石单元体。岩体：通常是指一定工程范围内的自然地质体。

结构面：指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。

岩石的结构：矿物颗粒的形状、大小和联结方式所决定的结构特征。

岩石的构造：各种不同结构的矿物集合体的各种分布和排列方式。

岩石的水理性质：岩石在含水或者浸水等条件下体现主来的的与水作用有关的性质。包括：吸水性，软化性，崩解性，膨胀性，抗冻性和渗透性。表征吸水率的指标：含水率、吸水率、饱和吸水率、饱水系数。

含水率：岩石空隙中含水的质量与固体质量之比。

吸水率：一定实验条件下岩石吸入水的质量和岩石固体质量之比，用百分数表示。

软化性：岩石在保水状态下强度相对降低的性能，用软化系数来表征。

软化系数：饱和岩石单轴抗压强度与干燥岩石单轴抗压强度的比值。

崩解性：岩石与水相互作用时失去粘结性并且变成完全丧失强度松散物质的性能。

膨胀性：岩石浸水后体积增大的性质。抗冻性：岩石地抗冻融破坏的能力。

岩石密度：单位体积内岩石的质量。岩石颗粒密度：岩石固体部分的质量与固体体积比值。

岩体和岩块的区别：块，强度高，无结构面，体积小，连续性均匀介质，研究方法简单，反应工程实际较差。体相反。

岩石应力应变全过程曲线：孔隙裂隙压密阶段 OA，弹性变形阶段 A B，微弹性裂隙稳定发展阶段 BC，非稳定破裂阶段 CD，破坏后阶段 DE。

岩石的拉伸破坏实验分为：直接拉伸实验法、抗弯法、劈裂法、点载荷实验法。后两种常用。

单轴抗压强度：岩石在单轴压缩荷载作用下所能承受的最大压应力。

单轴抗拉强度：岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏是所能承受的最大拉应力。

泊松比：在材料的比例极限内，由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值。

变形模量：在部分侧限条件下，其应力增量与相应的应变增量的比值。

残余强度：达到峰值强度之后，强度急剧下降并且不等于 0 的强度值。

岩石三周抗压强度：岩石在三周荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压应力。

脆性：在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的变形即断裂破坏的性质。

延性：结构，构件或构件的某个截面从屈服开始到达最大承载能力或到达以后而承载能力还没有明显下降期间的变形能力。

弹性：物体在外力作用下发生形变，当外力撤消后能恢复原来大小和形状的性质。

塑性：一种在某种给定载荷下,材料产生永久变形的材料特性。粘性：度量流体粘性大小的物理量。

抗剪强度：岩石的剪切荷载作用下达到剪切破坏前所能承受的最大切应力。岩石剪切试验分为：岩石抗剪实验、抗切试验以及弱面剪切试验。

抗剪断强度：一定正应力作用下的岩石试件沿预定剪切面剪断时的最大切应力。是岩石内聚力和内摩擦力的综合体现。岩石抗切试验通常有单（双）面剪切及冲孔试验。取决于岩石内聚力。

岩石流变包括：蠕变、松弛、弹性后效和粘性流动。

蠕变：应力保持不变应变随时间增长而增加的现象。

松弛：应变保持不变应力随时间增加而减小的现象。

弹性后效：加卸载后，经过一段时间应变才增加到应有的数值的现象。

粘性流动：蠕变一段时间后卸载，部分应变永久不恢复的现象。原岩：天然状态下未受人工扰动的岩体。

初始应力：地层中岩体在未受到人工扰动以前所具有的天然应力。

二次应力（围岩应力）：应力重分布后岩体的应力状态称之为二次应力状态，相应的应力即为二次应力。

侧向应力系数（侧压力系数）地下某点水平应力与垂直应力的比值。：

围岩：地下岩体工程中硐室周围发生应力重分布的这一部分岩体。

围岩压力：（狭义）开挖后岩体作用在支护结构上的压力。（广义）支护结构与围岩构成一个整体，共同承担岩体开挖引起的二次应力的作用，围岩压力即为二次应力的全部作用。边坡：自然边坡和人工边坡统称边坡

自然边坡; 自然地质作用形成的非人工改造的斜坡人工边坡：人工开挖或改造形成的斜坡。

平面滑动：是边坡岩体沿着与坡面倾向一致的单个软弱面发生滑动的一种破坏形式。

多平面滑动：边坡岩体沿着三个或三个以上相交软弱面所发生的滑动破坏。

滑动面：滑动软弱面与新形成的破坏面。

岩石地基：建、构筑物以岩体作为持力层的地基称为岩石地基极限承载力：地基处于极限平衡状态时，所能承受的荷载即为极限承载力。

容许承载力：在保证地基稳定的条件下，建筑物的沉降量不超过允许值，地基单位面积上所能承受的荷载即为设计采用的允许承载力。

岩石地基承载力：岩石地基单位面积上承受荷载的能力。

岩石地基承载力特征值：地基荷载试验压力—变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值。

影响岩石力学特性的因素：岩石本身的性质（矿物组成，结构构造，密度，风化程度，各向异性）与试验与环境条件（水，温度，加载速率围压的大小）两个方面的因素。水对岩石力学性质的影响：连接，润滑、水楔、孔隙压力、溶蚀-潜蚀。

岩石的破坏理论：所有描述岩石破坏机理、过程与条件等的理论统称岩石的破坏理论。

岩石：是指矿物、岩屑按一定规律聚集起来的集合体。

原岩：地壳中由于没有受到人类工程活动（如矿井开掘巷道等）的影响的岩体称为原岩。

原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力为原岩应力，也称为岩体初始应力，绝对应力或地应力。

应力松弛：指应变保持不变时应力随时间增加而减小的情况。应变硬化：指塑性体产生单位应变所需应力增大的现象。

弹性波：指岩体在弹性力的作用下在弹性介质中产生并传播的应力波。

粘弹性波：指岩体处于粘弹性状态时传播的波。

粘性流动：指蠕变一段时间后卸载，部分应变永久不恢复的现象。

塑性波：指岩体处于塑性状态时传播的波。

冲击波：指非周期性的强压缩波，岩体的参数出现突跃。

表面波：指在介质表面与界面传播的弹性波。

横波：属于剪切波，指波的传播方向与质点的振动方向垂直的体波。

纵波：属于压缩波，指波的传播方向与质点的振动方向一致的体波。

波速的各向异性系数：波平行层理传播的速度与垂直层理传播的速度之比。

裂隙度：指沿取样线方向单位度上的裂隙数。

切割度：指岩体被节理割裂分离的程度。

刚度系数：指产生单位变形所需的应力。

剪切扩容：指在平直光滑且局部连接成口齿合台阶状结构面中剪切变形中出现爬升，体积增大的这种现象。

自重应力场：指地壳上不各种岩体由于受地心引力的作用而引起的应力所形成的应力场。

构造应力应力场：指地壳运动和造陆运动中积累或剩余的一种分布力所形成的应力场。静水压力状态：当岩体处于塑性状态时，μ=0.5，λ=1 时，此时水平应力与垂直应力相等称为岩体的静水压力状态。岩石质量指标 RQD：钻探取芯的岩芯复原率（岩芯采取率）可表征岩体质量，该表征指标称之为岩石质量指标 RQD

简答题：

1、何为岩体力学？其研究内容有哪些方面？

答：岩体力学就是利用力学的原理和方法研究岩体在环境因素改变的条件下，岩体的力学效应及现象的规律及其工程应用的学科，属于力学的一个分支。研究内容包括：1 岩体的地质特征的一般解释 2 岩体及其材料的物理性质与力学性质 3 岩体的力学反应 4 岩体

研究的实验方法和测绘技术 5 岩体力学的工程应用。

2、如何判断岩石的风化程度？风化对岩石性质的影响体现在那些方面?

答：衡量岩石风化程度的指标包括定性指标与定量指标两类，定性指标有：颜色、矿物蚀变过程、破碎程度、开挖锤击技术特征等。定量指标有风化空隙率指标，波速指标风化系数等。影响：风化作用可以改变岩石的矿物组成和结构构造，进而改变岩块的物理力学性质，一般地，风化程度越深，岩石空隙率与变形越大，强度越低，渗透性加大。

3、如何理解和认识岩体的各向异性？

答：所谓的岩石的各项异性，是由于岩石是由许多晶粒组成的，而各向异性是晶体组成的，而各向异性是晶体的重要特征之一。故使岩石的物理性质随量度的方向而改变，这既是岩石的各向异性。当然由于岩体有结构面，这也会引起岩石的各向异性。岩石的这种各向异性对岩石的变形模量会远大于水平分布的节理岩石变形模量，构成岩体变形各向异性的两个基本要素是构成物质成分和物质结构的方向性以及节理，结构面和层面的方向性。因此，节理岩体力学性质通常是呈各向异性的。

4、常见结构面的分类原则和方法有哪些？如何分类？

答：岩体中的结构面分类原则和方法较多，常见的方法主要是分别按规模与成因分类两种。根据发育规模与岩体工程性状，结构面可分为 A、B、C 类三个级别，分别对应贯通性结构面，半贯通性结构面，非半贯通性结构面，这一类方法与工程关系比较密切，按照地质成因的不同，结构面可划分为原生结构面、构造结构面、次生结构面三类，这是最基本的结构面分类方法。

5、影响结构面力学性质的因素有哪些？

答：包括结构面两侧结构体的力学性质，结构面几何特征及填充物的力学性质，结构面的尺寸大小，前期变形历史，含水量，后期加载过程。

6、影响岩体变形与实验结果因素有哪些？

答：岩体性质，岩体中结构面发育特征，岩体试验加载速率，温度，岩体侧向压力，岩体赋存条件以及结构面等因素引起的各向异性。

7、岩体的破坏方式有哪些？答：岩体的破坏方式大致可分为剪切破坏和拉伸破坏两大类。岩体的剪切破坏可分为重剪切破坏、剪断破坏、复合剪切破坏三类。

8、岩石应力应变曲线分哪几个阶段各有什么特征？ 1.孔隙裂隙压密阶段：岩石试件原有张性结构面、微孔隙裂隙在轴向压力作用下逐渐闭合，岩石被压密，横向膨胀相对较小，

试件体积随荷载增大而减小。2.弹性变形阶段：岩石强度性能暂时趋于稳定，岩石发生弹性变形，岩石变形随应力增加而成比例增加，并在很大程度上为可恢复的弹性变形。3.微弹性裂隙稳定发展阶段：随着压应力增大，试件内微破裂开始发生与发展，但施加的荷载不变时，微破裂发生与发展暂时停止，该阶段变形主要为塑性变形。4.非稳定破裂发展阶段：即使施加的荷载保持不变，破坏仍不断发展，形成微破裂的汇聚与扩大，并在试件中的薄弱部位首先发生破坏，应力重新分布，再次引起次薄弱部位的破坏，直至试件完全破坏。5.破坏阶段：内部结构遭到破坏，但试件基本保持整体状，该阶段裂隙快速发展，形成宏观断裂面，此后岩石变形主要为沿宏观断裂面的块体滑移，试件承载力随变形增大迅速下降，但并不变为零。

9、发现最佳椭圆截面尺寸条件是什么，谐洞的断面尺寸是怎样的？答：1.洞周的应力分布因该是均匀应力，且在同一半径上其应力相等 2.洞周的应力应该都为压应力，在洞壁处不出现拉应力 3.其应力值应该是各种界面中最小的。满足以上条件的相应硐室称之为谐洞，洞截面尺寸极为谐洞的断面尺寸。谐洞的半轴比 m=b/a=1/入。

10、简述地下硐室围岩压力的形成与分类答：围岩压力与地下洞石开挖后围岩的变形、破坏、松动密不可分，围岩变形量的大小以及围岩破坏与松动过程度决定围岩压力的大小。不同岩性与结构的岩体，围岩变形和破坏性质与程度不同，产生围岩压力的主要原因也就不同。根据成因不同，围岩压力可分为形变围岩压力、松动围岩压力、冲击围岩压力三类。

11、影响边坡岩体稳定性因素 1.边坡岩体中的结构面 2.边坡形态与几何特征的改变 3.边坡岩体力学特性 4.边坡的作用

12、围压对岩石破坏方式的影响 1.围压较小时，应力应变曲线屈服点不明显，达到峰值时应变值很小，岩石在达峰值后迅速破坏，破坏时应力急剧下降。2.围压较大时，岩石发生塑性变形后破坏，破坏后有一定应力降，但要比前者小得多 3. 围压很大时，岩石屈服后发生很大塑性塑性变形，随着变形的发展，应力几乎保持不变，没有明显应力降。13、岩体的破坏过程：初裂前阶段：随着加载或卸载岩体仅发生可逆变形和不可逆变形在内的狭义变形。渐进破坏阶段：从岩体中某些点的破坏开始，直到出现显著的微变形，不同部位的岩体出现不同程度的位移和开裂，但变形发展较缓慢。加速破坏阶段：宏观变形加速发展，并导致岩体发生全面破坏。

14、边坡岩体的变形特征：松动：边坡形成初期，边坡表面部位往往会出现一系列与坡面一致的陡倾角张裂隙张裂隙所切割岩体向临空方向松开、移动的现象。蠕变：在以自重应力为主的坡体应力长期作用下，边坡岩体向临空方向缓慢而持续的变形。

15、影响围岩并行压力的因素有哪些？如何实现少支护？答：影响因素有：1 地应力（二次应力），2 硐室性状尺寸，3 岩体性质，4 地下水，5 温度。实现少支护主要措施是充分发挥岩石自身的自承能力，对于坚硬、完整岩体，由于围岩围岩应力一般小于岩体极限强度，岩体只发生弹性变形而无塑性流动，因此我们在开挖后可利用其自稳性，从而做到不支护、少支护。对于中等坚硬的且结构面发育的岩体，由于存在弹性和塑性变形，可以在开挖后先让其自行发展一段时间，然后在支护。对于软弱、破碎的岩体，由于岩体结构面极其发育，极限强度很低，开挖后容易引起岩体的破坏和松动，因此应当在开挖的过程中同时进行支护。

16 什么是岩爆，工程施工中如何防治岩爆？答：岩体中聚积的弹性变形能在地下工程开挖中突然猛烈释放，使岩石爆裂并弹射出来的现象。轻微的岩爆仅剥落岩片，无弹射现象。严重的可测到 4.6 级的震级，一般持续几天或几个月。发生岩爆的原因是岩体中有较高的地应力，并且超过了岩石本身的强度，同时岩石具有较高的脆性度和弹性。这时一旦地下工程破坏了岩体的平衡，强大的能量把岩石破坏，并将破碎岩石抛出。预防岩爆的方法是应力解除法、注水软化法和使用锚栓-钢丝网-混凝土支护。

17、影响岩石单轴抗压强度的因素有哪些？答：（1）岩石试件尺寸和精度以及试件高径比；（2）试验时的端部约束条件影响单轴抗压强度的试验结果；（3）加载速率.岩石的强度随加载速率增大而增高，但不得超过 0.50.8MP/S. （4）岩石本身的非均匀性和各向异性。

18、侧向围压对岩石三轴抗压强度和变形有什么影响？答：（1）随围压的增大，岩石从脆性状态向塑性状态发展、岩石的极限强度σ1p 也在增加；（2）围压较小时达到峰值时的变形值很小；（3）围压较大时岩石发生塑性变形后破坏；（4）围压很大时，岩石屈服后发生很大塑性变形；（5）对于坚硬岩石，其弹性模量并不因围压的不同而有明显的变化，但对于软岩，围压增大，E 相对一定范围内增大。

19、典型的流变曲线中三个阶段各有什么特征？答：在瞬态阶段：曲线呈下凹形，应变最初随时间增大较快，总体上应变速率随时间增加而减小，然后趋于稳定。稳态阶段：曲线呈近似直线，应变速率基本保持不变，该阶段内任一点卸载，应变将一部分恢复，但还存在一部分永久应变εp. 不稳定阶段（加速蠕变阶段）：在较短的时间内，应变速率迅速增加直到岩石破坏。

20、简述摩尔强度理论的主要观点和缺点？观点：材料在极限状态下，材料内某一剪切面上的切应力大于其所能承受的极限切应力值时，材料发生破坏，同时极限切应力值是作用于该剪切面上正应力函数，即τ=f（σ）。缺点：该理论忽略了中间主应力σ2 的影响，该理论只适用于受剪破坏。

21、.简述格里菲斯强度理论的基本观点和强度判据（有图）。答：基本观点格里菲斯理论认为固体材料在结构构造上并非绝对均匀与连续，其内部包含有大量的微裂纹和微孔洞，在即使平均应力幅值不大的外力作用下，材料微裂纹或微孔洞边缘上的应力集中导致边缘局部区域很大的拉应力，当拉应力达到或超过其抗拉强度时，微裂纹扩展，一系列的微裂纹发生，扩展，汇聚最终导致宏观破裂。强度判据：σ1+3σ3≥0 时，（σ1-σ3）2/（σ1+σ3）=8σt σ1+3σ3?0 时，σ3=-σt 即当σ1+σ3≥0 时，若（σ1-σ3）2/（σ1+σ3）≥ =8σt 时，岩石中该点破坏成临界破坏，若（σ1-σ3）2/（σ1+σ3）? 8σt 时，岩石中的该点不破坏。当σ1+3σ3?0 时，若σ3?σt 时，岩石中该点破坏成临界破坏状态，若σ3>-σt 时，岩石该点不破坏，当σ3=0 时，σ1=σc=8σt。注，格里菲斯只适用于脆性岩石的拉破坏情况

22、.减速岩体声波速度的现场测定方法答：主要为声波法，测试时通过声波发射仪的触发电路发生正弦脉冲，经发射换能器向岩体内发射声波。声波在岩体中传播，被接收换能器接受，经放大器放大后，被计时系统所记录，测得纵、横波在岩体中传播的时间，由Vm=D/△t 计算波速。

23、影响岩体波速的主要因素有撒答：a 岩体中弹性波速与岩石种类，岩石密度以及生成年代有关 b 节理、发育程度及填充物。发育程度越高、风化侵蚀程度越大、吸水率越大，波速越小

24、试写出反应结构面几何特征的五个要素答：岩石的表面，倾斜，连续性，粗糙度，起伏度

25、!!!按力学观点，岩体的地址破坏分为几大类？答：剪切破坏和拉伸破坏二大类。其中剪切破坏分为重剪破坏，剪断破坏和复合剪切破坏

26、.节理抗剪强度分析一般基于什么强度理论？答：对于单一裂隙岩体的重剪破坏，可用单结构面理论加以阐述，以及霍克-布朗强度理论

27、一般将节理的抗剪形式分为几大类？答：根据摩尔强度理论可分三种抗剪形式

28、岩体破坏面产生的位置有几种类型 3 种。1 沿结构面破坏（重剪破坏）2 再完整岩石内的破坏(横过既有的已分离的软弱面破坏和剪切破坏 3 沿节理面的破坏（部分沿软弱面部分横过软弱面破坏）;

29、简述岩石与岩体应力应变曲线的区别空隙压密段，弹性变形段, 微裂隙稳定发展阶段，非稳定破裂发展阶段和破坏后阶段五个阶段；

30、试举出三种常用的岩体力学现场测试方法 1 承压板法 2 钻孔变形法 3 狭缝法 4 原位三轴实验在现场进行岩体力学的实验时，由于岩体受到的扰动小，而且实验条件更接近于实际，故实验结果的准确性较高，于室内试验相比，现场试验避免了实验过程中的尺寸效应；

31、简述三种获得岩体变形模量的方法 1 现场试验直接求的：通过现场实验，如利用钻孔变形法实验成承载板法实验，均可直接球的岩体变性参数； 2 经验公式计算：主要基于岩体质量评价与大量岩石实验资料的岩体分类指标与岩体变形参数的经验公式； 3 利用声波或应力波测试来估算岩体的变形模量：通过测量波在岩体中的传播速度来估算岩体的动弹性模量，再根据动弹性模量计算出岩体的静变形模量；

32、简述岩体分级分类的目的和意义是什么目的：通过岩体的分级和分类，概括地反映出各类工程岩体的质量好坏，评估与预测可能出现的岩体力学问题，为工程设计，支护结构，建筑物选型以及施工方法的选择等提供参数和依据；

33、影响岩体工程性质的独立因素有哪些？ 1 岩体完整性 2 成层条件 3 岩石强度 4 结构面与地下水等因素；

34、简述我国岩体工程分类的现状国内岩体工程的设计与施工以普氏系数（f）表示的岩石的级别，即普氏系数分级法。该方法是以岩石抗压强度为分类依据：GB.50281 -1944 工程岩体分级标准》 BQ 分解采用定性与定量相结合的方法；的

35、研究岩体初始应力的目的和意义是什么？目的：通过系统地进行岩土工程稳定性分析，优化施工设计，才能确定经济合理，优化的设计施工方; 意义：地震预报，区域地壳稳定性评价，油田油井的稳定性，核废料储存，岩爆，煤和瓦斯的研究以及地球动力学研究有重要意义

36、岩体初始应力包括哪几方面？包括岩体自重应力，岩体构造应力，水压力和温度压力等，主要由自重应力和构造应力组成

37、简述岩体初始应力状态分布的主要规律？（1）地应力是相对稳定的非稳定应力场，是时间与空间的函数（2）实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量（3）水平应力普遍大于垂直应力（4）水平应力与垂直应力的比值随深度变化而变化（5）最大水平主应力和最小水平主应力与深度变化有关（6）水平应力具有明显的方向性（7）地应力分布规律还会受地形地貌等因素的影响

38、什么是静水压力状态？当，此时水平应力与垂直应力相等，即静水应力状态。

39、简述水压致裂法原理？水压致裂法基本点是通过液压泵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征点压力及开裂方位，然后根据测得的压裂过程中泵压头读数，计算测点附近岩体中应力大小和方向。

40、二次应力依据的三大方程①静力平衡方程：σθ=σr+dσr/dr②几何方程

εθ=2πμ/2πr=μ/r，ε r=μ/r③物理方程εθ=1/E(σθ-μσr)；

σθ=E/rμ2(εθ+μεr) 41、试述侧压力系数为 1 时，圆形洞室径向和切向应力分布规律①当 r=1 时,σr, σθ与 E，μ，θ与无关，值随 r 的增大，σr 增大，并在（3~5）ra 时σr→Po ②随 r 增大，σθ减小，并在（3~5）ra 值σθ→Po ③σr+σθ=Po ④洞径 ra 越大，切向应力σθ越大 42、深埋圆形洞室洞壁出现拉应力的条件是什么

1/3<λ<3 时不出现拉应力 43、试述深埋圆形洞室弹塑性分布二次应力变化特征。（λ=1 时）

①当σθ≥σc 时，认为岩体进入塑性区; ②σθp、σrp 随着 r 的增大而增大，在塑性范围内σθp=ξσrp+σc ③当 r=Rp 时σr +σθ=2Po ④塑性区的分布限定了弹性区的分布与位移⑤r=Rp 时，σθe 与σre 随 r 的增大而降低，且趋近于 Po 44、试述几种围岩压力的特点 1、松动围岩压力：由于松动与破坏产生对支护及衬砌结构产生的压力，其大小取决于围岩性质结构面组合关系，地下水，支护时间等因素 2、形变围岩压力由于围岩变形产生的对支护衬砌结构的压力，如塑性挤入，膨胀内鼓，弯折内鼓等形成的挤压力，其具有随时间增加而增强的特点 3、冲击围岩压力：由于岩爆（冲击地压）形成的一种特殊的围岩压力 4、膨胀围岩压力：由于矿物吸水膨胀产生的恶对支护结构的挤压力，其特点是必须具备两个基本条件，（1）岩体中存在高岭土、蒙脱石等膨胀性粘土矿物（2）有地下水的作用 45、影响围岩压力的主要因素有哪些？ 1、地质因素 a 岩体的完整性或破坏程度 b 各类结构面，特别是岩块结构面的产状，分布和性质 c 地下水的活动情况 d 对软弱岩层，其岩性强度值也是一项重要因素 2、工程因素 a 洞室的形状尺寸 b 支护结构的形式和刚度 c 硐室的埋置深度或覆盖层厚度 d 施工中的技术措施。