岩石力学资料

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1、岩石力学复习题 一、名词解释 1、岩石力学——研究岩石的力学性状和岩石对各种物理环境的立场产生效应的一门理论科 学。 2、岩石——组成地壳的基本物质，它是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而成的 自然体。 3、 岩体——岩体是地质体，一定工程范围内的自然地质体，经过各种地质运动，内部含有 构造与裂隙。 4、岩石结构——岩石矿物颗粒的大小、形状、表面特征、颗粒相互关系、脉结类型。 5、岩石构造——岩石的组成部分在空间排列的情况。 6、渗透系数——表征岩石渗透性能 的大小。 7、软化系数——岩石试件的饱和抗压强度与干抗压强度的比值。 8、弹性——在一定应力范围内，物体受外力作用

2、产生全部变形，而去除外力后立即回复其 原有的形状和尺寸大小的性质，称为弹性。产生的变形称为弹性变形。 9、岩石的变形指标有弹性模量、变形模量、泊松比。 10、弹性模量——在单向压缩条件下，弹性变形范围为轴向应力与试件轴向应变之比。 11、变形模量——在单轴压缩条件下，轴向应力与轴向总应变之比。 12 、泊松比——横向应变与轴向应变之比。 13、单轴抗压强度——岩石试件在无侧隙的条件下，受轴向压力作用至破坏时，单位横截面 积上所承受的最大压应力。 14、抗拉强度——岩石在拉伸载荷作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力。 15、抗剪强 度——岩石在剪切载荷作用下抵抗剪切破坏的最大剪应力。

3、 16、流变性——指介质在外力不变的条件下，应力或应变随时间变化的性质。 17、蠕变— —介质在大小和方向均不改变的外力作用下，其变形随着时间的变化而增大的现象。 18、松弛——介质的变形保持不变时，内部应力随时间变化而降低的现象。 19 、弹性后效——对介质加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。 20 、结构面——指岩体中存在着各种不同成因和不同特性的地质界面，包括物质的分界面、 不连续面。 21、准岩体强度一一由完整岩石试件的强度和完整性系数K确定。22、完整性系数一一弹 性波在岩体中传播纵波速度的平方与在岩石中传播纵波速度的平方之比。 23、 普氏系数一一表征岩石稳定性大小的

4、性质。 24、 RQD——本次钻孔取芯不小于10cm岩芯的总长与进尺之比。 25、 原岩应力一一由于地质构造运动等原因使地壳物质产生了内应力效应。 26、 地压一一因围岩位移和冒落破坏而作用在支架上的压力。 27、 地压现象一一围岩发生变形、出现裂隙、断裂冒落和支架破坏的现象。 28、二次应力 一一巷道开挖后，初始应力的平衡状态被打破，初始应力场将发生改变。如果新的应力未超 过岩体的承载能力，岩体中就会建立起新的应力平衡，应力发生重新分布。 29、 变形地压一一在大范围内岩体受支架约束而产生对支架的压力。 30、 散体地压一一当岩体较为破碎时，或初始应力较大时，开巷后围岩会发生冒落

5、破坏。架 设支架后，冒落下的岩体会以重力的形式作用在支架上。 31、 冲击地压一一坚硬围岩中积累了很大的弹性变形能，并以突然爆发的形式释放出的压 力。 32、 侧压力系数一一岩体中原岩应力在水平方向的分量q与垂直方向的分量p的比值。 33、 崩落角一一指地表裂隙区的最边缘至采空区下部边界线的连线与水平面所成的夹角。 34 、移动角——指地表位移边界线至采空区下部边界线的连线与水平面所成的夹角。 二、问答题 1、岩石与岩体的区别？ P1 答：岩体是非均匀各项异形体，岩体内部存在着初始应力场，岩体内含有各种各样的裂隙系 统，处于地下环境，受地下水等因素的影响。2、影响岩石单轴抗压强度的因

6、素？ P24 答;一方面是岩石本身方面的因素，岩石的矿物组成、结构构造、密度、风化程度及含水量 等；另一方面是实验条件方面的因素，如试件的几何形状、尺寸、加工精度、端面条件、加 载速率及温度等因素。 3、获得岩石抗剪强度的方法？ P28 答：直剪试验、倾斜压模剪切法、三轴试验。 4、什么是真三轴与假三轴试验？ P15 答: 5、岩石的变形特征，全应力一-应力曲线如何获得？有何意义?P20 6、典型蠕变可以分为几 个阶段？ P34 答：1.瞬时弹性变形阶段 2.蠕变开始阶段 3.蠕变第二阶段 4.蠕变第三阶段 7、流变模型的基 本元件有哪些?本构关系是什么？ P35 答;弹性元件、粘性元件、

7、塑性元件。 8、 强度准则、莫尔强度理论的基本观点、强度曲线的形式、该理论的优点与缺点？ P42 9、 结构面对岩体强度的影响？ P58 答：对岩体力学性质的影响主 要取决于结构面的产状、连续性、密度、形态、张开度、结构面充填状况及结构面组合关系 等。 10、 为什么进行岩体分类？常用的哪几种方法？ P90 答:分类的目的是为岩体工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供必要的基本依据。常 用的有普氏分类法、按岩石质量指标（RQD）分类、节理岩体地质力学分类（RMR）、Q值 岩体质量分类法、我国岩体基本质量分级（BQ）。 11、 地壳浅部原岩应力分布的基本规律？ P109 答：垂直应力分

8、布规律:在深度为 25-2700m 的范围内，垂直应力呈线性增长，大致按平均重 度等于 27KNm3 计算出来的重力。 水平应力分布规律:绝大多数情况下，水平主应力之一为 最大主应力；水平应力具有明显的各向异性；水平应力随深度呈线性增长关系。 12、 原岩应力的测量方法有哪些？ P115 答：1.直接测量法：扁千斤顶法、水压致裂法、刚性包体应力计法、声发射法。 2. 间接测量法：全应力解除法、局部应力解除法、地球物理方法。 13、 地压分类？ p145 答：变形地压、散体地压、冲击地压、膨胀地压。 14、 根据围岩应力分布特点将围岩分为哪几个区？ P165 答：塑性区、弹性区、原岩应力

9、区。 15、 围岩与支架共同作用，它的实质是什么?P166 16、 普氏理论及自然平衡拱状态？ P177 答：由于受弱面切割的影响，岩体既不是连续介质， 也与完全松散的介质有区别，而是具有一定粘结力的松散介质。巷道开挖后，由于应力的重 新分布，部分围岩发生破坏，巷道顶部岩体冒落，现场观察和模型试验的结果都表明，顶部 岩体冒落是有限的，冒落到一定程度后，顶板形成拱形而稳定下来，这就是自然平衡拱。 17、 普氏与秦氏的地压计算有哪些区别？ P179 答：普氏理论适用于顶板岩石稳定性较差，但侧帮稳定性较好，侧帮不发生破坏的情况。当 侧帮岩体的稳定性也较差时，就得利用秦氏地压计算。 18、 圆

10、形巷道弹性区应力分布规律，侧压力系数对应力分布影响？ P148 19、采场应力分布特征 P187 答：冒落带、裂隙带、弯曲带 20、 空场法地压活动过程？ 答：预兆阶段、大冒落阶段、稳定阶段。 21、 采空区处理的主要方法？ 答：崩落法、充填法、支撑法、隔离法、联合法。 22 、井巷维护原则? 答：1、根据用途和服务年限，确定设计标准，进行维护设计 2、提高井巷围岩自身强度3、选择合理的井巷断面形状与尺寸 4、选择合适的支护类型和支 护时间 23、新奥法施工（参考井巷工程） 24 、喷射砼与锚杆的力学作用 P224 答：喷射砼：1、保护和加固围岩 2、改善围岩应力状态 3、提高

11、围岩的自承能力 锚杆 1、悬吊作用 2、组合作用 3、挤压加固作用 主编 昆明理工大学采矿092李勇 2012年 1月5 日 岩石力学资料二 岩石力学：是力学的一个分支，是研究岩石力学性状，探讨演示对其周围环境物理环境中力 . 岩石：是经过地质作用而天然形成的一种或多种矿物的集合体。具有一定结构构造的矿物（含 结晶和非结晶的）集合体。场反应的一门理论和应用学科。 抗拉强度：是指岩石试件在单向拉伸条件下试件达到破坏的极限值。 抗剪强度：是指岩石 抵抗剪切破坏的能力。 原岩应力：天然岩体在未受到人为干扰的情况下，岩体中的天然应力。 构造应力：在地壳中长期存在着一种促使构造运动发生和发展的内

12、在力量，这就是构造应 力。 蠕变：介质在大小和方向均不改变的外力作用下，其变形随着时间的变化而增大的现象。弹 性模量：在单向压缩条件下弹性变形范围为轴向应力与试件轴向应变之比。 泊松比：横向应变与轴向应变之比 结构面：指在地质历史发展过程中，岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较 小的宏观地质界面或带。 软化系数：指岩石试件的饱和抗压强度与干燥状态下的抗压强度的比值。 流变性：指在外 界条件不变时，岩石应变或应力随时间而变化的性质。 自重应力：由于岩体自重而产生的 天然应力叫自重应力。 原岩应力：在工程中指天然存在于岩体之中（内部）而与任何人为因素无关的应力，也称天然 应力。

13、 构造应力：由于地质构造活动在岩体中引起的应力场，这种应力与一定范围地质构造有关， 其主要特点是水平应力大于覆岩垂直应力分量。这一作用可以持续到地层深处。侧压系数： 岩体中一点的水平应力与垂直应力的比值。地压：。岩体开挖后，破坏了原岩应力平衡状态， 岩体中应力重新分布，使围岩变形、移动和破坏的力 移动角：地表位移边界线至采空区下部边界线的连线与水平面所成的夹角。变形地压：：岩 体受支架约束而产生的对支架的压力 二次应力：岩体开挖扰动了原岩的自然平衡状态，使一定范围内的原岩应力发生变化，变化 后的应力称为次生应力或二次应力。 地压现象：围岩发生变形、出现裂隙、断裂冒落和支架破坏的现象 散体地

14、压：如果假设支架，冒落下的岩体会以重力的方式作用在支架上。此时支架所承受的 压力。 1. 岩石与岩体的区别。 岩石是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。岩体，是指一定工程 范围内的自然地质体，它经历了漫长的自然历史过程，经受了各种地质作用，并在地应力的 长期作用下，在其内部保留了各种永久变形和各种各样的地质构造形迹 岩体是非均质各 向异性体；岩体内部存在着初始应力场；岩体内含有各种各样的裂缝系统，处于地下环境， 受地下水等因素的影响。 2. 影响岩石力学物理性质的三个重要因素 矿物、结构、构造是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素 3. 莫尔库伦库观点：无论岩石处

15、于何种应力状态，破坏均为剪切破坏；破坏时，剪切面上所 需的剪应力不仅与岩石性质有关，而且与作用在剪切面上的正应力有关。岩石破坏为剪切破 坏；岩石抵抗剪切破坏的能力由两部分组成：内聚力、内摩擦力 优缺点：库仑强度理论是 莫尔强度理论的直线形式。 莫尔理论较好解释了岩石抗拉强度远远低于抗压强度特征，解释了三向等拉时破坏，三向等 压时不破坏现象，但忽视了中间应力的作用。莫尔理论适用于塑性岩石，及脆性岩石的剪切 破坏；不适用于拉断破坏。 4. 什么是全应力应变曲线？ 在单轴压缩下，记录岩石试件被压破坏前后变形过程的应力应变曲线全应力应变曲线，表征 了岩石从开始变形，逐渐破坏，到最终失去承载能力的整个过

16、程。根据岩石的变形把全应力 应变曲线分为6 个阶段，各个阶段的特征和反映的物理意义如下： （1）OA 段，应力缓慢增加，曲线朝上凹，岩石试件内裂隙逐渐被压缩闭合而产生非线性 变形，卸载后全部恢复，属于弹性变形。 （2） AB段，线弹性变形阶段，曲线接近直线，应力应变属线性关系，卸载后可完全恢复。 （3） BC段，曲线偏离线性，出现塑性变形。从B点开始，试件内部开始出现平行于最大 主应力方向的微裂隙。随应力增大，数量增多，表征着岩石的破坏已经开始。 （4） CD 段，岩石内部裂纹形成速度增快，密度加大， D 点应力到达峰值，到达岩石最大 承载能力。 （5） DE 段，应力继续增大，岩石

17、承载力降低，表现出应变软化特征。此阶段内岩石的微 裂隙逐渐贯通。 （ 6）残余强度。强度不再降低，变形却不断增大。 工程意义：岩石破坏后不会完全失效，还具有承载能力—残余强度；判断岩爆 5.岩石的流 变性及典型蠕变曲线特征 外力不变的条件下，岩石应力或应变随时间而变化的性质。 3个阶段，瞬时弹性变形阶段（OA）,初始蠕变阶段（AB）,等速蠕变阶段（BC） 6. 为什么要进行岩体分类，常用的有哪几种分类方法 为岩体工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供必要的基本依据。普氏分类法，按 岩石质量指标（RQD）分类，宾尼奥夫斯基节理岩体地质力学分类（RMR分类系统）,Q值 岩体质量分类法。

18、 7. 围岩与支架共同作用原理实质及要点 围岩与支架形成一个共同承载体，二者相互依存、相互制约，共同变形，共同承受全部地 压。 要点：（1）围岩对支架的作用力（地压），等于支架对围岩的反作用力（支护抗力）， 两者作用力大小相等、方向相反； （2）巷道周边的位移量，等于支架的被压缩量； （3）围岩对支架所施加的压力，不仅与 围岩本身的性质有关，也与支架的刚度有关。 （4）在围岩稳定条件下，若原岩应力为 p0， 支护抗力为pi,则围岩自承能力为p0- pi 8. 流变模型的基本元件（有哪几种，分别用什么表示） 3 种基本的流变元件,弹性元件 用弹簧表示；粘性元件 用一个带孔的充满 粘 性液

19、体的活塞或阻尼器来表示；塑性元件 用一个摩擦片表示 9. 地压的分类,地压两阶段 变形地压 ,散体地压,冲击地压,膨胀地压。变形地压和散体地压实质上是地压发展过 程的两个阶段,是在不同性质的岩体中,不同应力状态下地压显现的不同形式。 10. 什么是地应力： 地应力是存在于地壳中的未受工程扰动的天然应力,也称岩体初始应力、绝对应力或原 岩应力,广义上 也指地球体内的应力。它包括由地热、重力、地球自转速度变化及其他因素产生的应力。 11. 根据围岩应力分布特点可将围岩分为哪几个区 松动区,塑性强化区,弹性变形区,原岩 应力区 12. 原岩和围岩的定义及区分原则 原岩：未经工程开挖（采

20、动）扰动的岩体。围岩：开巷（采动）后,初始应力发生显著变化 的区域,在此范围内的岩体。区别原则：原岩是未经开挖扰动的岩体,围岩是开挖后影响的 岩体。 13. 普氏理论（自然平衡拱理论）及自然平衡拱形态 由于受弱面切割的影响,岩体既不是连续介质,也与完全松散的介质有区别,而是具有 一定粘结力的松散介质。巷道开挖后,由于应力的重新分布,部分围岩发生破坏,巷道顶部 岩体冒落,而顶板岩体的冒落是有限的；冒落到一定程度后,顶板形成拱形而稳定下来,即 自然平衡拱。而且自然平衡拱的形状是一条抛物线。 14. 采场地压的处理方法并解释 处理方法;（1）合理确定采场断面形状及矿房、矿柱参数。正确的地压控制

21、方法,应是在 保证回采矿房安全的条件下,最大限度地回收矿石。 （2）支撑与岩体加固,在回采不稳定矿体时,用人工支护回采工作空间,防止冒落。 3）利用免压拱控制采场地压。（4）合理的回采顺序。 5）充填。（6）崩落。 15. 新奥法施工（基本原理,原则） 基本原理：新奥法是应用岩体力学理论,以维护和利用围岩的自承能力为基点,采用锚 杆和喷射混凝土为主要支护手段,及时的进行支护,控制围岩的变形和松弛,使围岩成为支 护体系的组成部分,并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工 的方法和原则。 原理：（1）充分保护围岩,减少对围岩的扰动（光面爆破）。 （2） 充分发挥围岩的自承能力。 （3）尽快使支护结构闭合。 （4）加强监测,根据监测数据指 导施工。原则：即“少扰动、早喷锚、快封闭、勤测量