完整-岩石力学总结

第一章绪论岩石力学是一门研究岩石在外界因素（如荷载、水流、温度变化等）作用下的应力、应变、破坏、稳定性及加固的学科又称岩体力学，是力学的一个分支研究目的在于解决水利、土木工程等建设中的岩石工程问题它是一门新兴的，与有关学科相互交叉的工程学科，需要应用数学、固体力学、流体力学、地质学、土力学、土木工程学等知识，并与这些学科相互渗透应用水利水电道路建设采矿工程等煤与瓦斯突出预测及处理理论和技术铁路隧道设计和施工技术水库诱发地震的预报问题地震预报中的岩石力学问题岩体力学的研究对象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岩体力学的发展历程20世纪以前萌芽阶段宋应星《天工开物》古德恩维地表移动范围20世纪初到20世纪50年代第二阶段松散介质学派卡曼型三轴试验机三下开采20世纪50年代到现在现代阶段弹塑性理论流变理论百花齐放世界各国成立岩石力学学会论文的发表数值模拟方法矿山岩体力学的特点及其研究范采深大计算精度低位置受限不断移动由于大面积开采还会引起采空区上方大量岩层移动和破坏，研究这些岩层的运动、破坏和平衡规律及其控制方法，是矿山岩石力学的重要课题，这也是区别于其他应用性岩石力学学科的重要内容矿山岩体力学的研究目的和方法在安全、经济、高强度、高指标的原则下最大限度地开采地下资源矿山岩石力学的研究方法是科学实践和理论分析相结合，二者互相联系，互相促进岩石的物理性质密度、视密度、孔隙性、碎胀性和压实性、吸水性、透水性、软化性、膨胀性和崩解性

2.7x103kg/m3密度是指单位体积的岩石（包括空隙）的质量容重是指单位体积的岩石（包括空隙）的重量通常，岩石的容重愈大则它的性质就愈好孔隙度是岩石中各种孔洞、裂隙体积的总和与岩石总体积之比，常用百分数表示，故也称为孔隙率通常根据岩石的密度和干视密度经计算而求得i_2jxioo%孔隙比是指岩石中各种孔洞和裂隙体积的总和与岩石内固体部分实，I P）碎胀性是岩石破碎以后的体积将比整体状态下增大的性质吸水性是指遇水不崩解的岩石在一定的试验条件下（规定的试样尺寸和试验压力）吸入水分的能力，通常以岩石的自然吸水率和强制吸水率表示岩石的自然吸水率是试件在大气压力作用下吸入水分的质量与试件的干质量之比透水性是岩石能被水透过的性能达西定律可知Q二必/软化系数是指水饱和岩石试件的单向抗压强度与干燥岩石试件单向抗压强度之膨胀性和崩解性主要取决于其胶结程度及造岩矿物的亲水性，一般含有大量粘土矿物（如蒙脱石、高岭土和水云母等）的软岩遇水后极易产生膨胀和崩解岩石的膨胀性可用膨胀应力和膨胀率来表示岩石与水进行物理化学反应后，随时间变化会产生体积增大现象，这时使试件体积保持不变所需要的压力称为岩石的膨胀应力，而增大后的体积与原体积的比率称为岩石的膨胀率岩石的崩解性是用耐崩解性指数表示，它是指岩样在承受干燥和湿润两个标准循环之后，岩样对软化和崩解作用所表现出的抵抗能力第二章岩石的强度岩石抵抗外力作用的能力，岩石破坏时能够承受的最大应力单向抗压强度单向抗拉强度.剪切强度三轴抗压强度a.b.c d.单向压缩变形反复加载变形三轴压缩变形.剪切变形a.b.c d■单轴抗压强度岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度■单轴抗拉强度岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力■抗剪切强度岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力■三轴抗压强度岩石在三向压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压应力端部效应其消除方法润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部）加长试件岩石的变形岩石在外力作用下发生形态（形状、体积）变化岩石变形过程中表现出弹性、塑性、粘性、脆性和延性等性质弹性物体在受外力作用的瞬间即产生全部变形，而去除外力（卸载）后又能立即恢复其原有形状和尺寸的性质称为弹性塑性物体受力后产生变形，在外力去除（卸载）后变形不能完全恢复的性质，（）plasticity称为塑性在外力作用下只发生塑性变形的物体，称为理想塑性体■理想塑性体的应力一应变关系■当OGS时，E=0■当020s时，E—°°黏性物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率（）viscosity:随应力增加而增加的性质，称为粘性脆性（）物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质5%brittle:岩石的延性与脆性是相对的，在一定的条件下可以相互转化延性物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质，称为延性单轴压缩条件岩（）ductile:石应力一应变曲线种类型类型弹性岩石例如玄武岩、石英岩、白云岩以及极坚类型6I n弹一塑性岩石例如较弱的石灰岩、泥岩以及凝灰岩类型山塑一的石灰岩弹性岩石例如砂岩、花岗岩、片理平行于压力方向的片岩以及某些辉绿岩类型w塑一弹一塑性岩石例如大多数为变质岩类型v与类型w相同一般发生在压缩性较高的岩石中应力垂直于片理的片岩具有这种性质类型VI弹一粘性岩石例如岩盐、某些软弱岩石线弹性岩石应力一应变曲线具有近似直线的形式完全弹性岩石岩石的应力一应变关系不是直线，而是曲线弹性岩石岩石的应力一应变关系不是直线，而是曲线，且卸载曲线不沿原加载路径返回原点0滞回效应弹塑性岩石岩石的应力一应变关系不是直线，而是曲线，卸载曲线不沿原加载路径返回，且应变也不能恢复到原点0塑性滞回环加载曲线与卸载曲线所组成的环，叫做塑性滞回环弹塑性岩石等莅载循环加载变形特征

①等荷载循环加载如果多次反复加载与卸载，且每次施加的最大荷载与第一次施加的最大荷载一样

②塑性滞回环则每次加、卸载曲线都形成一个塑性滞回环这些塑性滞回环随着加、卸载的次数增加而愈来愈狭窄，并且彼此愈来愈近，岩石愈来愈接近弹性变形，一直到名词解释（已知）某次循环没有塑性变形为止，如图中的HH，环

1、弹性模量直线的斜率，也即应力（）与应变（£）的比率被称为岩石的弹性

③临界应力当循环应力峰值小于某一数值时，循环次数即使很多，也不会导致试件破模量，记为E坏；而超过这一数值岩石将在某次循环中发生破坏（疲劳破坏），这一数值称为临界应力此时，给定的应力称为疲劳强度弹塑性岩石增茴载循环加载变形特征■

①增荷载循环加载如果多次反复加载、卸载循环，每次施加的最大荷载比前一次循环的最大荷载为大■

②塑性滞回环每次加、卸载曲线都形成一个塑性滞回环随着循环次数的增加，塑性滞回环的面积也有所扩大，卸载曲线的斜率（它代表着岩石的弹性模量）也逐次略有增加，表明卸载应力下的岩石材料弹性有所增强■

③岩石的记忆性每次卸载后再加载，在荷载超过上一次循环的最大荷载以后，变形曲线仍沿着原来的单调加载曲线上升（图中的0C线），好象不曾受到反复加载的影响似的，这种现象称为岩石的变形记忆Tl0全应力一应变曲线的特征孔隙裂隙压密阶段（段）0A弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段（AC段非稳定破裂发展阶段，或称累进性破裂阶段（CD段）破裂后阶段（D点以后段）■其工程意义揭示岩石试件破裂后，仍具有一定的承载能力■预测岩爆■预测蠕变破坏■预测循环加载条件下岩石的破坏■围压对岩石变形的影响随着围压的增大，岩石的抗压强度、变形、弹性极显著增大，岩石的性质发生了变化由弹脆性一弹塑性一应变硬化按照结构面的形成原因可以划分为原生、构造、以及次生结构面结构面状态按照贯通情况可划分为非贯通、半贯通、贯通或者:r产状倾向、倾角、走向（与工程关系）形态起伏度、粗造度（影响抗滑力）延展度相对工程岩体范围内充填物断层泥（硅质、钙质、泥质）水对其的力学性质有很大影响密集度裂隙度（K）切割度（Xe）迹长I张开度（面）切割度Xe节理面积与该断面面积之比称为切犁心迹长小）ZUi12结构面露出表面的长度RQD100%从钻孔总长）张开度具体可以划分为闭合、裂开、张开结构面结构面形态按照6JRC划分为10种结构面的力学性质法向、剪切、抗剪强度=工匕RMR;=i裂隙度（K）沿取样线方向单位长度的节理数岩石分类评价岩石普氏系数（）分类法

1.f=oc/10岩石质量指标

2.RQD（）值分类法六个参数完整岩石强度岩芯质量指标节理间距节理条

3.RMR RockMass Rating件地下水条件节理走向或倾向巴顿岩体质量分类（分类）

4.Q.岩体基本质量分级一一计算5BQ BQ=90+3c+250Kv第三章地应力是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力岩石是地球表面的物质Jn JaSRF在漫长的地质年代里由于地质构造运动等原因使地壳物质产生了内应力效应，这种应力称为地应力垂直应力b z=yH侧压力=地应力的成因）板块边界受压）地幔热对流）岩体自重应力场）岩浆侵入）12345水压力、热应力）地形、地表剥蚀对地应力影响6地壳浅部（以内）地应力分布的主要规律3000m）地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它是时间和空间的函数1）垂直应力随深度的变化规律垂直应力随深度线性增加2）水平应力普遍大于垂直应力；3）平均水平应力与垂直应力之比随深度增加而减小，且趋近于41）最大水平主应力与最小水平主应力随深度增加线性增长5）最大水平主应力与最小水平主应力之差随深度增加而增大6地应力测量的方法直接测量法扁千斤顶法刚性包体应力记法水压致裂法声发射法1234间接测量法全应力解除法局部应力解除法松弛变量测量法孔壁崩落测量法地球12345物理勘探法材料力学-研究杆件（如梁、柱和轴）的拉压、弯曲、剪切、扭转和组合变形等问题结构力学-在材料力学基础上研究杆系结构如桁架、刚架等弹性力学-研究各种形状的弹性体，如杆件、平面体、空间体、板壳、薄壁结构等问题弹力研究方法在区域内严格考虑静力学、几何学和物理学三方面条件，建立三套方V程；在边界上考虑受力或约束条件，并在边界条件下求解上述方程，得出较精确的解答外s力-其他物体对研究对象（弹性体）的作用力Mir2r

2.体力-（定义）作用于物体体积内的力以单位体积内所受的力来量度坐标正向为正匚町—面力-（定义）作用于物体表面上的力坐标正向为正M

2.应力-截面上某一点处，单位截面面积上的内力值正面正向，负面负向为正MU^T~正应变，以伸长为正切应变，以直角减小为正,用弧度表示形变一用线应变和切应变表示，弹性力学中的五个基本假定（）连续性一假定物体是连续的1（）完全弹性2（）均匀性一假定物体由同种材料组成3（）各向同性一假定物体各向同性4（）小变形假定一假定位移和形变为很5小弹力基本假定，确定了弹力的研究范围理想弹性体的小变形问题解法在弹性体区域V内，根据微分体上力的平衡条件，建立平衡微分方程；根据微分线段上应变和位移的几何条件，建立几何方程；根据应力和应变之间的物理条件，建立物理方程在弹性体边界s上，根据面力条件，建立应力边界条件，根据约束条件，建立位移边界条件然后在边界条件下，求解区域内的微分方程,广义得出应力、形变和位移胡克定律1%~°yYy.7%，ELr1一1〃J-4,一E4%1（一〃一N%），YxyLx，乙G1。