岩体复习资料 7页

第一章绪论岩体力学：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发生变化后，作出响应的一门力学分支。第一节概述岩石：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。矿物：是指存在于地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物，其中构成岩石的矿物质称其为造岩矿物。岩石的结构：是指组成岩石最主要的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情况。按岩石的成因分类：分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。岩体：是由岩石块和各种各样的结构面共同组成的综合体。第二节岩体力学的研究任务与内容岩体的力学特征：1、不连续性2、各向异性3、不均匀性4、赋存地质因子的特性岩体力学的研究任务：1、基本原理方面2、实验方面3、实际应用方面4、检测方面第二章岩石的基本物理力学性质第二节岩石基本物理性质岩石的密度：是指岩石试件的质量与试件的体积之比，即单位体积内岩石的质量岩石密度可分为：1、天然密度2、饱和密度3、干密度4、重力密度岩石的空隙比：岩石的空隙比（e）是指空隙的体积V#与固体体积V$之比，其公式为e二丝孔隙率：孔隙率（n）是指空隙的体积V#与试件总体积V的比值，以百分率表示，其公式为X100（0/0）根据试件中三相体的相互关系，空隙比e与孔隙率n存在着如下关系式：e=—\-n岩石的含水性质1、岩石的含水率（w）是指岩石空隙屮含水的质SmM.与固体质量之比的百分数,即w二竺X100(%),叫2、岩石的吸水率是指岩石吸入水的质量与试件固体质量之比。根据试验方法岩石吸水率可分成自由吸水率（Wo）和饱和吸水率（Ws）,即Wa=^-msX1OQ(%)W二~—saX100(%)软化系数（n人是指岩石饱和单轴抗压强度与干燥状态下的单轴抗压强度尺\n的比值，软化系数耳是一个小于或等于1的系数，该值越小，则表示岩石受水的D影响越大。T］二二岩石的抗冻性：岩石在冻融条件下的力学特性，通常用岩石的抗冻性系数（KJ来反映岩石的这一特性Kf=^-X100（%）zR,R『・——岩石冻融后的饱和单轴抗压强度Rs--岩石冻融前的饱和单轴抗压强度第三节岩石的强度特性一、岩石的单轴抗压强度所谓岩石的单轴抗压强度是指岩石试件在无侧限条件下，受轴向力作用破坏时单位面积上所承受的载荷，即R=-cAR……单轴抗压强度P••…在无侧限条件下，轴向的破坏载荷A……试件与轴向载荷垂直的截面积二、岩石的抗拉强度所谓岩石的抗拉强度是指岩石试件在受到轴向拉应力后其试件发生破坏时的单位面积所能承受的拉力。P1、直接拉仲法Rt=-式中：P■…实验中试件能承受的最大拉力；A一试件垂A育•于拉应力的截面积2、抗弯法咕晋式中：0--由三点或四点抗弯实验所求得的最大拉应力，它相当于岩石的抗拉强度Rt;M--作用在试件截面上的最大弯矩；C・…梁的边缘到中性轴的距离；I•…梁截面绕中性轴的惯性矩。3、劈裂法（巴西法）劈裂法也称作径向压裂法，以外是由南美巴西人杭德罗斯提出的实验方法，故也9P称巴四法。R严竺-式中：尺…■试件中心的最大拉应力，即为抗拉强度；Dt7TP…试件破坏时的极限压力；D…试件的肓径；试件的厚度。4、点荷载试验法人=厶式中：P…实验时所施加的极限载荷；0…实验时两个加载点之间的距离三、岩石的抗剪强度岩石的抗剪强度是指岩石在一定的应力条件下（主要指压应力）所能抵抗的最大剪应力，通常用T表示。根据岩石剪切实验的结果，常用摩尔■库伦公式表示岩石的抗剪强度r=\n<7tan97+c式中：o…作用破坏面上的正应力；（p…岩石的内摩擦角；c-■岩石的内聚力。岩石的剪切强度的实验方法有三种：抗剪断试验、剪切试验和弱面剪切强度试验（包括摩擦试验）。以抗剪断试验为例：作用在剪切面上的正应力<7和剪应、.pP力万可按下式求得：=—（C0S6T+/sina）r=—（sin,r=—4-—―—EEK2、粘弹性介质模型（1）马克斯韦尔模型（2）凯尔文模型第五节岩石的强度理论一、一点的应力状态（-）正负号的规定（1）以压应力为正，拉应力为负（四）基本应力公式在分析任意角度的应力状态时，也常用最大、最小主应力求解，其公式如下：（7〃=5+6+—cos2（7Tn=—一sin2a222二、莫尔强度理论3、莫尔■库伦强度理论r=c+<7tan式屮T…正应力cr作用下的\n极限剪应力（MPa）c…岩石的内聚力（MPa）。…岩石的内摩擦角度（°）从莫尔■库伦直线形强度理论几何关系，可以得到以下结论：（1）极限应力圆与强度线相切;（2）破坏面的角度是一个定值，与应力状态无关。破坏角为45。+%；（3）强度线在＜7轴上的截距为C・COt0,并不是岩石的抗拉强度。第三章岩体的动力学性质一、岩体中应力波类型所谓波，是指在某种扰动或某种运动参数或状态参数（例如，应力、变形、振动、温度、电磁场强度等）的变化在介质中的传播。应力波就是应力在I古I体中的传播。在固体中传播的应力波有以下儿类：1、弹性波2、粘弹性波3、塑性波4、冲击波。第二节岩体结构面的分析裂隙度K是指沿着某个取样线方向，单位长度上节理的数量。设有一去样直线，其长度为在沿/长度内出现节理的数量为斤，则该岩体的裂隙度K为K=-I那么，沿取样线方向上结构面得到平均间距〃为d=丄=丄nK切割度X。所谓的切割度是指单位面积的岩体中结构面面积所占的比例。切割程度=KXe第四节结构面的剪切强度特性一、结构面的面摩擦效应（图见P73—P74）第五节结构面的力学效应一、单节理的力学效应r=c+（7tan^9（岩石）r=cy.+（7tan（px（结构面）（图见P83）广义胡克定律：刍=鱼一丑“一空“式中：“为泊松比EEE二、岩体的变形模量（-）按应力一应变曲线求变形模量变形模量仇可按下式确定:岩体的弹性模量为:P+Tsinaa=F（P98）双千斤顶法：作用下的正应力/和剪应力r：Tcosa\n式中（7…■试件剪切面上的正应力（MPa）一-试件剪切面上的剪应力（MPa）P…垂直总荷载（kN）T…横向总荷载（kN）F…试件剪切面积Q…横向推力与剪切面的夹角（通常取g=的固定角度）单千斤血法.'（I-cos2°）“5sin2。22RQD是以修正的岩芯采取率来确定的。岩芯采取率是指采取岩芯总长度与钻孔在岩层中的长度之比。RQD=U5-3.3JV式中：人是体积节理数v2岩体完整性指数（心）可用弹性波测试的方法确定：K严卡V'pr式中：Pm岩体弹性纵波速度（km/s）…岩体弹性横波速度（km/s）第六章岩体的初始应力状态第二节岩体初始应力场及其影响因素垂直应力6为单元体上覆岩体的重量，即：O—H式中了…上覆岩体的重度（kN/n?）H…岩体单元的深度（m）。广义胡克定律：£丫=2口—“Qv+匹）］=0二甘代,一〃（辺+（7v）］=0联立EE方程后，解得（yx=（yx=-^—（y）“*二、岩体结构应力场剥蚀后岩体单元的侧压力系数2为：珂+（—0）Z厂丄第四节岩体初始应力的量测方法一、水压致裂法（P127）第七章岩体力学在洞室工程中的应用第二节深埋圆形洞室弹性分布的二次应力状态基本方程1、静力平衡方程2、儿何方程3、物理方程1、洞周的二次应力分布特征（P147）\n（三）最佳椭圆截面尺寸（谐洞）所谓洞室的最佳截面尺寸，通常应满足三个条件。第一，洞周的应力分布应该是均匀应力,在洞壁处应力相等；笫二，洞周的应力应该都为压应力，在洞壁处不出现拉应力；笫三，其应力值应该是各种截面中最小的。椭圆洞室在一个特定的截面下，可满足上述条件，该洞室的截面被称作谐洞。若设长短半轴之比K=blu=\i九,代入公式（7-29）,即得：(1+4)2cos2&-1+2[(1+穿sir?&—寺]巧=P°一宜sin2+―cos2&A2sin26^+cos20A(/l2sin20+cos2&)+才sin20+cos20Z1仆M)“r二(l+石卩。第三节深埋圆形洞室弹塑性分布的二次应力状态图7・8弹塑性应力分布图看懂（P155）第五节围岩压力围岩压力：开挖后岩体作用在支护上的压力（也被称作狭义的圉岩压力）；对围岩压力的定义又可理解为：围岩二次应力的全部作用（广义的围岩压力）二、围岩的压力分类根据产生围岩压力的的不同机理，可将围岩压力分为如下四种：松动压力、变形压力、冲击压力、膨胀压力。计算题I、已知矩形截面巷道，宽5m,高3m,巷道顶板岩体的粘结力7MPa,内摩擦角等于60°。巷道两帮岩体的内摩擦角等于45°,采用普氏地压学说计算巷道两帮不稳定时的顶板。2、对试件进行三轴压缩试验，当侧压为ct2=7MPa,a,=l3MPa,0=l3OMPa,0加载方向的应变为0.08,又已知弹模为4MPn时，泊松比为0.2。求岩石试件6加载方向的应变。3、对试件进行三轴压缩试验当侧压为9MPa时其抗压强度为130MPa,破坏面与最大主应\n力面的夹角为60”。求：该岩石试件侧压为3MPa的抗压强度。4、对试件进行三轴压缩试验，当侧压为9MPa时其抗压强度为130MPa。破坏面与最大主应力面的夹角为60“，求岩石试件侧压为3MPa时的抗压强度。5、一个含有单一结构面的岩体试件，若结构面与最大主应力作用面的夹角为6()',己知结构面的粘结力为6.5MPa时内摩擦角等于40。岩石的粘结力为lOMPa时内摩擦角等于45°时，求该岩石试件ct3=5MPa时的抗压强度。6、岩石的粘结力为18.6MPa,内摩擦角等于45°,求侧压为3MPa时岩石抗压强度并说明破裂面位置。7、岩石的粘结力为15.2MPa,内摩擦角等于30'。求岩石坚固性系数/值。