岩体力学复习重点.pdf

1、岩体力学复习重点 名词 解释 1 、 软 化 性 ： 软 化 性 是 指 岩 石 浸 水 饱 和 后 强 度 降 低 的 性 质 。 2 、 软 化 系 数 ： 是 指 岩 石 时 间 的 饱 和 抗 压 强 度 于 干 燥 状 态 下 的 抗 压 强 度 的 比 值 。 3 、 形 状 效 应 ： 在 岩 石 试 验 中 ， 由 于 岩 石 试 件 形 状 的 不 同 ， 得 到 的 岩 石 强 度 指 标 也 就 有 所 差 异 。 这 种 由 于 形 状 的 不 同 而 影 响 其 强 度 的 现 象 称 为 “ 形 状 效 应 ” 。 4 、 尺 寸 效 应 ： 岩 石 试 件 的 尺

2、 寸 愈 大 ， 则 强 度 愈 低 ， 反 之 愈 高 ， 这 一 现 象 称 为 “ 尺 寸 效 应 ” 。 5 、 延 性 度 ： 指 岩 石 在 达 到 破 坏 前 的 全 应 变 或 永 久 应 变 。 6 、 流 变 性 ： 指 在 应 力 不 变 的 情 况 下 ， 岩 石 的 应 变 或 应 力 随 时 间 而 变 化 的 性 质 。 7 、 应 力 松 弛 ： 是 指 当 应 力 不 变 时 ， 岩 石 的 应 力 随 时 间 增 加 而 不 断 减 小 的 现 象 。 8 、 弹 性 后 效 ： 是 指 在 加 荷 或 卸 荷 条 件 下 ， 弹 性 应 变 滞 后 于 应

3、 力 的 现 象 。 9 、 峰 值 强 度 : 若 岩 石 应 力 - - 应 变 曲 线 上 出 现 峰 值 , 峰 值 最 高 点 的 应 力 称 为 峰 值 强 度 . 1 0 、 扩 容 : 在 岩 石 的 单 轴 压 缩 试 验 中 , 当 压 力 达 到 一 定 程 度 以 后 , 岩 石 中 的 破 列 或 微 裂 纹 继 续 发 生 和 扩 展 , 岩 石 的 体 积 应 变 增 量 有 由 压 缩 转 为 膨 胀 的 力 学 过 程 , 称 之 为 扩 容 . 1 1 、 应 变 硬 化 : 在 屈 服 点 以 后 ( 在 塑 性 变 形 区 ) , 岩 石 ( 材 料 )

4、 的 应 力 应 变 曲 线 呈 上 升 直 线 , 如 果 要 使 之 继 续 变 形 , 需 要 相 应 的 增 加 应 力 , 这 种 现 象 称 之 为 应 变 硬 化 . 1 2 、 延 性 流 动 : 是 指 当 应 力 增 大 到 一 定 程 度 后 , 应 力 增 大 很 小 或 保 持 不 变 时 , 应 变 持 续 增 长 而 不 出 现 破 裂 , 也 即 是 有 屈 服 而 无 破 裂 的 延 性 流 动 . 1 3 、 强 度 准 则 : 表 征 岩 石 破 坏 时 的 应 力 状 态 和 岩 石 强 度 参 数 之 间 的 关 系 , 一 般 可 以 表 示 为 极

5、 限 应 力 状 态 下 的 主 应 力 间 的 关 系 方 程 : 1 = f ( 2 , 3 ) 或 = f ( ) . 1 4 、 结 构 面 : 指 在 地 质 历 史 发 展 过 程 中 , 岩 体 内 形 成 的 具 有 一 定 得 延 伸 方 向 和 长 度 , 厚 度 相 对 较 小 的 宏 观 地 质 界 面 或 带 . 又 称 若 面 或 地 质 界 面 , 是 指 存 在 于 岩 体 内 部 的 各 种 地 质 界 面 , 包 括 物 质 分 异 面 和 不 连 续 面 , 如 假 整 合 , 不 整 合 , 褶 皱 , 断 层 , 层 面 , 节 理 和 片 理 等 .

6、 1 5 、 原 生 结 构 面 : 在 成 岩 阶 段 形 成 的 结 构 面 . 1 6 、 次 生 结 构 面 : 指 在 地 表 条 件 下 , 由 于 外 力 的 作 用 而 形 成 的 各 种 界 面 . 1 7 、 结 构 体 : 结 构 面 依 其 本 身 的 产 状 , 彼 此 组 合 将 岩 体 切 割 成 形 态 不 一 , 大 小 不 等 以 及 成 分 各 异 的 岩 石 块 体 , 被 各 种 结 构 面 切 割 而 成 的 岩 石 块 体 称 为 结 构 体 . 1 8 、 结 构 效 应 ： 岩 体 中 结 构 的 方 向 性 质 密 度 和 组 合 方 式 对

7、 岩 体 变 形 的 影 响 。1 9 、 剪 胀 角 ： 岩 体 结 构 面 在 剪 切 变 形 过 程 中 所 发 生 的 法 向 位 移 与 切 向 位 移 之 比 的 反 正 切 值 。 2 0 、 岩 体 基 本 质 量 ： 岩 体 所 固 有 的 影 响 工 程 掩 体 稳 定 性 的 最 基 本 属 性 ， 岩 体 基 本 质 量 由 岩 石 坚 硬 程 度 和 岩 石 完 整 程 度 决 定 。 2 1 、 自 稳 能 力 ： 在 不 支 护 条 件 下 ， 地 下 工 程 岩 体 不 产 生 任 何 形 式 的 能 力 。 2 2 、 地 应 力 ： 自 然 状 态 下 在

8、原 岩 岩 体 中 存 在 的 由 于 岩 石 自 重 和 构 造 应 力 形 成 的 分 布 应 力 ， 也 称 天 然 应 力 2 3 、 原 岩 应 力 ： 在 工 程 中 指 天 然 存 在 于 岩 体 中 而 与 任 何 认 为 因 素 无 关 的 应 力 。 2 4 、 残 余 应 力 ： 没 有 外 力 作 用 时 在 岩 体 内 部 由 于 某 种 原 因 在 整 个 岩 体 内 的 不 均 匀 的 变 形 而 引 起 的 应 力 2 5 、 初 始 地 应 力 ： 岩 体 中 存 在 的 未 受 工 程 扰 动 的 原 始 应 力 状 态 下 的 应 力 2 6 、 自 重

9、应 力 ： 由 于 岩 体 自 重 而 产 生 的 天 然 应 力 2 7 、 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 底 层 深 处 。 2 8 、 应 力 重 分 布 ： 岩 体 受 到 工 程 活 动 扰 动 ， 引 起 岩 体 中 初 始 应 力 的 转 移 变 化 形 成 的 新 的 应 力 场 状 态 。 2 9 、 二 次 应 力 ： 相 对

10、于 初 始 应 力 而 言 ， 岩 体 上 或 岩 体 内 部 受 到 工 程 活 动 扰 动 ， 引 起 初 始 应 力 自 然 平 衡 状 态 的 改 变 ， 使 一 定 范 围 内 的 原 始 应 力 重 分 布 形 成 的 新 的 应 力 为 二 次 应 力 ， 或 称 次 生 应 力 ， 直 接 与 工 程 稳 定 性 有 关 。 3 0 、 岩 爆 ： 是 地 下 洞 室 开 挖 过 程 中 围 岩 发 生 突 然 脆 性 破 坏 的 现 象 。 一 般 在 地 应 力 较 大 部 位 ， 岩 石 被 挤 压 超 过 其 弹 性 限 度 ， 聚 集 的 能 量 会 突 然 释 放

11、出 来 ， 伴 随 有 声 音 、 碎 石 飞 散 、 坠 落 等 现 象 。 3 1 、 构 造 线 ： 指 区 域 性 挤 压 应 力 所 形 成 的 构 造 形 迹 ， 也 就 是 指 与 产 生 地 质 构 造 运 动 的 压 应 力 方 向 相 垂 直 的 平 面 和 地 面 的 交 线 。 3 2 、 围 岩 ： 指 由 于 人 工 开 挖 使 岩 体 的 应 力 状 态 发 生 了 变 化 ， 而 这 部 分 被 改 变 了 应 力 状 态 的 岩 体 称 为 围 岩 。 地 下 工 程 开 挖 过 程 中 ， 在 发 生 应 力 重 分 布 的 那 一 部 分 工 程 岩 体

12、称 为 围 岩 。 3 3 、 围 岩 压 力 ： 地 下 洞 室 围 岩 在 重 分 布 应 力 作 用 下 产 生 过 量 的 塑 性 变 形 或 松 动 破 坏 ， 进 而 引 起 施 加 于 支 护 衬 砌 上 的 压 力 。 作 用 在 支 护 物 上 的 围 岩 的 变 形 挤 压 力 或 塌 坍 岩 体 的 重 力 称 为 围 岩 压 力 。 3 4 、 围 岩 抗 力 ： 在 有 压 洞 室 中 ， 作 用 有 很 高 的 内 水 压 力 ， 并 通 过 衬 砌 或 洞 壁 传 递 给 围 岩 ，这 时 围 岩 将 产 生 一 个 反 力 ， 称 为 围 岩 抗 力 。 3 5

13、 、 静 水 应 力 状 态 ： 在 岩 石 力 学 中 ， 地 下 深 部 岩 体 在 自 重 作 用 下 ， 岩 体 中 的 水 平 应 力 和 垂 直 应 力 相 等 的 应 力 状 态 。 3 6 、 形 变 围 岩 压 力 ： 指 围 岩 在 二 次 应 力 作 用 下 局 部 进 入 塑 性 ， 缓 慢 的 塑 性 变 形 作 用 在 支 护 上 形 成 的 压 力 ， 或 者 是 有 明 显 流 变 性 能 的 围 岩 的 粘 弹 性 或 者 粘 弹 粘 塑 性 变 形 形 成 的 支 护 压 力 。 一 般 发 生 在 塑 性 或 者 流 变 性 较 显 著 的 地 层 中 。

14、 3 7 、 松 动 围 岩 压 力 ： 指 因 围 岩 应 力 重 分 布 引 起 的 或 施 工 开 挖 引 起 的 松 动 岩 体 作 用 在 隧 道 或 坑 道 井 巷 等 地 下 工 程 支 护 结 构 上 的 作 用 压 力 。 一 般 是 由 于 破 碎 的 、 松 散 的 、 分 离 成 块 的 或 被 破 坏 的 岩 体 坍 滑 运 动 造 成 的 。 3 8 、 冲 击 围 岩 压 力 ： （ 1 ） 是 地 下 洞 室 开 挖 过 程 中 ， 在 超 过 围 岩 弹 性 限 度 的 压 力 作 用 下 ， 围 岩 产 生 内 破 坏 ， 发 生 突 然 脆 性 破 坏 并

15、 涌 向 开 挖 （ 采 掘 ） 空 间 的 一 种 动 力 现 象 。 （ 2 ） 强 度 较 高 且 完 整 的 弹 脆 性 岩 体 过 渡 受 力 后 突 然 发 生 岩 石 弹 射 变 形 所 引 起 的 围 岩 压 力 。 3 9 、 膨 胀 围 岩 压 力 ： 在 遇 到 水 分 的 条 件 下 围 岩 常 常 发 生 不 失 去 整 体 性 的 膨 胀 变 形 和 位 移 ， 表 现 在 顶 板 下 沉 、 地 板 隆 起 和 两 帮 挤 出 ， 并 在 支 护 结 构 上 形 成 形 变 压 力 的 现 象 。 4 0 、 应 力 集 中 ： 受 力 物 体 或 构 件 在 其

16、 形 状 或 尺 寸 突 然 改 变 之 处 引 起 应 力 在 局 部 范 围 内 显 著 增 大 的 现 象 。 4 1 、 应 力 集 中 系 数 ： 指 岩 体 中 二 次 应 力 与 原 始 应 力 的 比 值 ， 也 可 用 井 巷 开 挖 后 围 岩 中 应 力 与 开 挖 前 应 力 的 比 值 来 表 示 。 4 2 、 围 岩 （ 弹 性 ） 抗 力 系 数 ： 促 使 隧 洞 洞 壁 围 岩 产 生 单 位 径 向 位 移 所 需 要 的 内 水 压 力 值 : K = P / , P ： 隧 洞 受 到 来 自 隧 洞 内 部 的 压 力 , 洞 壁 围 岩 向 外 产

17、 生 一 定 的 位 移 。 4 3 、 单 位 抗 力 系 数 ： 在 工 程 上 规 定 洞 径 为 2 0 0 c m 时 隧 洞 围 岩 的 抗 力 系 数 定 义 为 单 位 抗 力 系 数 。 4 4 、 岩 体 力 学 研 究 方 法 ： 工 程 地 质 研 究 法 ， 试 验 法 ， 数 学 力 学 分 析 法 ， 综 合 分 析 法 4 5 、 岩 块 ： 不 含 显 著 结 构 面 的 岩 石 块 体 ， 是 构 成 岩 体 的 最 小 岩 石 单 元 体 。 4 6 、 岩 块 构 造 ： 岩 石 内 矿 物 颗 粒 的 大 小 、 形 状 、 排 列 方 式 及 微 结

18、 构 面 发 育 情 况 与 粒 间 连 结 的 方 式 等 反 映 在 岩 块 构 成 上 的 特 征 。 4 7 、 粒 间 连 结 方 式 ： 结 晶 连 结 、 胶 结 连 结 （ 硅 质 胶 结 的 强 度 铁 质 、 钙 质 泥 质 ； 基 底 式 胶 结 孔 隙 式 接 触 式 ） 。 4 8 、 岩 块 构 造 ： 矿 物 集 合 体 间 及 其 与 其 他 组 分 之 间 的 排 列 组 合 方 式 。 4 9 、 剪 胀 效 应 （ 爬 坡 效 应 ） ： 当 法 向 应 力 较 小 时 ， 在 剪 切 过 程 中 ， 上 盘 岩 体 主 要 是 沿 结构 面 产 生 滑

19、动 破 坏 。 5 0 、 啃 断 效 应 ： 当 法 向 应 力 达 到 一 定 值 后 ， 破 坏 沿 结 构 面 滑 动 转 化 为 剪 断 凸 起 而 破 坏 。 5 1 、 法 向 刚 度 ： 在 法 向 应 力 的 作 用 下 ， 结 构 面 产 生 单 位 法 向 变 形 所 需 要 的 应 力 。 填空 1 、 影 响 蠕 变 性 质 的 因 素 ： 岩 性 、 应 力 、 温 湿 度 。 2 、 岩 石 的 块 体 密 度 可 采 用 规 则 试 件 的 量 积 法 ， 不 规 则 试 件 的 蜡 封 法 测 定 。 3 、 岩 石 的 颗 粒 密 度 属 于 实 测 指 标

20、 ， 常 用 比 重 瓶 法 进 行 测 量 。 4 、 岩 石 的 弹 性 变 形 特 性 常 用 弹 性 模 量 和 泊 松 比 两 个 常 数 来 表 示 。 当 这 两 个 常 数 为 已 知 时 ， 就 可 用 三 维 应 力 条 件 下 的 广 义 胡 克 定 律 计 算 出 给 定 应 力 状 态 下 的 变 形 。 5 、 岩 石 的 变 形 性 质 按 卸 荷 后 变 形 是 否 可 以 恢 复 可 分 为 弹 性 变 形 和 塑 性 变 形 两 类 。 6 、 岩 石 的 破 坏 是 指 岩 石 材 料 的 应 力 超 过 了 岩 石 的 极 限 或 者 变 形 超 过 了

21、 岩 石 的 使 用 限 制 。 7 、 岩 石 的 力 学 性 质 可 分 为 变 形 性 质 和 强 度 性 质 两 类 ， 变 形 性 质 主 要 通 过 本 构 关 系 来 反 映 ， 强 度 性 质 主 要 通 过 强 度 理 论 来 反 映 。 8 、 岩 石 的 流 变 主 要 包 括 蠕 变 、 松 弛 和 弹 性 后 效 。 9 、 根 据 变 形 速 率 的 不 同 特 点 ， 软 弱 岩 石 的 典 型 流 变 曲 线 可 以 划 分 为 瞬 时 蠕 变 阶 段 、 初 始 蠕 变 阶 段 、 等 速 蠕 变 阶 段 和 加 速 蠕 变 阶 段 三 个 阶 段 。 1 0

22、 、 在 岩 石 的 流 变 试 验 中 ， 可 以 根 据 作 用 在 岩 石 试 件 上 应 力 或 荷 载 大 小 的 不 同 ， 将 岩 石 蠕 变 曲 线 分 为 稳 定 蠕 变 曲 线 和 加 速 发 展 蠕 变 曲 线 两 类 。 1 1 、 研 究 岩 石 变 形 的 时 间 效 应 ， 一 般 而 言 采 用 两 种 方 法 寻 找 其 蠕 变 规 律 ， 即 经 验 方 法 和 蠕 变 模 型 方 法 。 1 2 、 对 于 初 始 蠕 变 和 等 速 蠕 变 ， 目 前 的 经 验 方 程 主 要 有 三 种 ， 即 幂 函 数 、 对 数 函 数 和 指 数 函 数 。

23、 1 3 、 岩 石 流 变 的 M a x w a l l 模 型 是 由 弹 性 体 和 粘 性 体 串 联 而 成 ， 其 能 反 应 岩 石 的 弹 粘 弹 性 特 征 。 1 4 、 对 于 常 见 的 岩 石 而 言 ， 当 围 压 一 定 时 ， 随 着 温 度 的 升 高 ， 岩 石 的 延 性 将 增 加 ， 并 且 将 会 出 现 屈 服 现 象 ， 同 时 其 强 度 降 低 。 1 5 、 根 据 延 性 度 的 不 同 ， 岩 石 的 破 坏 可 分 为 脆 性 破 坏 、 延 性 破 坏 和 过 渡 性 破 坏 。 1 6 、 按 照 岩 石 在 变 形 过 程 中

24、 所 表 现 出 来 的 应 力 应 变 时 间 关 系 的 不 同 ， 可 以 将 岩 石 的 变 形 划 分 为 弹 性 变 形 、 塑 性 变 形 和 粘 性 变 形 三 种 形 式 各 异 的 基 本 变 性 作 用 。1 7 、 大 量 的 实 验 和 观 察 证 明 ， 就 破 坏 形 式 而 言 ， 岩 石 的 破 坏 主 要 有 脆 性 破 坏 、 延 性 破 坏 和 弱 面 剪 性 破 坏 。 1 8 、 在 岩 石 室 内 压 缩 试 验 中 ， 岩 石 峰 值 后 的 荷 载 位 移 曲 线 ， 实 质 上 是 岩 石 的 破 坏 过 程 曲 线 。 1 9 、 目 前

25、， 实 验 室 抗 拉 强 度 的 测 定 常 采 用 劈 裂 法 进 行 ， 当 用 长 度 为 L ， 直 径 为 D 的 圆 形 试 件 进 行 试 验 时 ， 在 压 力 P m a x 作 用 下 ， 岩 石 发 生 了 破 坏 ， 则 此 岩 石 试 件 的 抗 拉 强 度 为 2 P m a x / L D ； 如 采 用 边 长 为 a 的 立 方 块 ， 则 其 抗 拉 强 度 为 P t = 2 P m a x / a 。 2 0 、 岩 石 的 室 内 剪 切 试 验 常 用 的 仪 器 有 直 剪 仪 、 变 角 板 剪 力 仪 和 岩 石 三 轴 试 验 机 。 2

26、1 、 岩 体 是 指 经 历 过 多 次 地 质 作 用 ， 经 历 过 变 形 ， 遭 受 过 破 坏 ， 形 成 了 一 定 的 岩 石 成 分 和 结 构 ， 赋 存 于 一 定 地 地 质 环 境 中 的 地 质 体 。 因 此 ， 岩 体 力 学 性 质 与 岩 体 中 的 结 构 面 、 结 构 体 （ 岩 块 ） 以 及 赋 存 条 件 （ 环 境 ） 密 切 相 关 。 2 2 、 在 工 程 岩 体 范 围 内 ， 结 构 面 按 贯 通 情 况 可 分 为 贯 通 性 、 半 贯 通 性 以 及 非 贯 通 性 三 种 类 型 。 2 3 、 岩 体 抵 抗 外 力 作

27、用 的 能 力 称 为 岩 体 的 力 学 性 质 。 它 包 括 岩 体 的 稳 定 特 征 、 变 性 特 征 和 强 度 特 征 等 。 2 4 、 岩 体 结 构 面 的 剪 切 变 形 与 岩 石 的 强 度 、 结 构 面 的 粗 糙 程 度 和 法 向 应 力 有 关 。 2 5 、 岩 体 结 构 面 的 几 何 特 性 是 反 映 节 理 的 外 貌 ， 它 的 组 成 要 素 包 括 ： 走 向 、 倾 向 、 连 续 性 、 粗 糙 度 以 及 起 伏 度 和 组 合 关 系 。 2 6 、 岩 体 的 力 学 性 质 不 仅 取 决 于 岩 石 本 身 及 结 构 面

28、的 力 学 性 质 ， 也 与 结 构 面 的 空 间 组 合 密 切 相 关 。 2 7 、 岩 体 的 强 度 不 仅 与 组 成 岩 体 的 岩 石 的 性 质 有 关 ， 而 且 与 岩 体 内 的 软 弱 结 构 面 有 关 ， 此 外 还 与 岩 体 所 受 的 应 力 状 态 有 关 。 2 8 、 岩 体 中 存 在 各 种 结 构 面 ， 结 构 面 的 变 形 大 小 主 要 由 结 构 面 和 结 构 面 填 充 物 控 制 的 。 2 9 、 大 量 的 岩 体 实 验 表 明 ， 岩 体 的 压 力 变 形 曲 线 可 以 化 分 为 四 种 类 型 ， 即 ： 直

29、线 型 、 上 凹 型 和 下 凹 型 、 复 合 型 。 3 0 、 岩 体 变 形 的 结 构 效 应 是 指 岩 体 结 构 对 其 变 形 性 质 的 影 响 与 控 制 作 用 ， 包 括 结 构 面 、 结 构 体 以 及 两 者 的 组 合 关 系 三 个 方 面 ， 其 结 构 面 对 岩 体 变 形 的 作 用 效 应 尤 为 突 出 。 3 1 、 粗 糙 起 伏 无 充 填 的 规 则 锯 齿 状 结 构 面 的 剪 切 机 制 一 方 面 是 爬 坡 摩 擦 效 应 ； 另 一 方 面 是 凸 起 体 剪 切 。 3 2 、 岩 体 基 本 质 量 应 由 受 岩 石

30、的 坚 硬 程 度 和 岩 石 的 完 整 性 程 度 两 个 因 素 确 定 。3 3 、 国 际 工 程 岩 体 分 级 标 准 规 定 ， 对 岩 石 坚 硬 程 度 和 岩 体 完 整 程 度 应 采 用 定 性 划 分 和 定 量 指 标 两 种 方 法 确 定 。 3 4 、 当 人 类 还 不 能 对 原 岩 应 力 进 行 测 量 之 前 ， 认 为 原 岩 应 力 是 由 岩 土 自 重 引 起 的 ， 因 此 把 原 岩 应 力 单 纯 的 看 成 自 重 应 力 。 3 5 、 近 期 地 质 力 学 的 观 点 认 为 ， 从 全 球 范 围 来 看 ， 构 造 应 力

31、 的 总 规 律 是 以 水 平 应 力 为 主 。 根 据 地 质 构 造 运 动 的 发 展 阶 段 ， 一 般 可 把 构 造 应 力 分 为 以 下 三 种 阶 段 原 始 构 造 应 力 ， 残 余 构 造 应 力 ， 现 代 构 造 应 力 。 3 6 、 影 响 原 岩 应 力 分 布 的 因 素 有 地 形 ， 岩 体 结 构 面 ， 岩 体 力 学 性 质 ， 剥 蚀 作 用 ， 3 7 、 重 力 作 用 和 构 造 运 动 是 引 起 地 应 力 的 主 要 原 因 ， 其 中 尤 以 水 平 方 向 的 构 造 运 动 对 地 应 力 的 形 成 影 响 最 大 。 3

32、 8 、 岩 体 天 然 应 力 测 量 方 法 主 要 包 括 ： 水 压 致 裂 法 ， 扁 千 斤 顶 法 和 钻 孔 套 心 应 力 解 除 法 。 3 9 、 地 质 构 造 运 动 的 结 果 ， 使 构 造 应 力 的 特 点 主 要 表 现 在 具 有 强 烈 方 向 性 ， 数 值 较 大 的 水 平 应 力 ， 从 而 形 成 构 造 区 域 水 平 应 力 大 于 垂 直 应 力 的 情 况 。 、 4 0 、 原 岩 应 力 主 要 由 自 重 应 力 和 构 造 应 力 组 成 。 4 1 、 研 究 岩 石 应 力 状 态 的 目 的 在 于 正 确 认 识 岩 石

33、 的 力 学 性 能 ， 阐 述 围 岩 的 破 坏 机 制 ， 充 分 利 用 和 发 挥 围 岩 的 自 承 能 力 ， 是 工 程 设 计 更 加 合 理 安 全 和 经 济 。 4 2 、 岩 体 变 形 的 不 均 匀 导 致 围 岩 局 部 破 裂 的 原 因 是 应 力 分 布 的 不 均 匀 性 和 强 度 不 均 匀 性 。 4 3 、 岩 石 在 三 轴 压 缩 时 ， 随 着 侧 向 应 力 3 和 1 3 的 增 加 ， 岩 石 强 度 也 随 之 增 大 ： 岩 石 发 生 破 坏 后 ， 仍 保 留 一 定 的 承 载 能 力 。 4 4 、 隧 洞 根 据 其 内

34、 部 的 受 力 情 况 可 分 为 有 压 洞 室 和 无 压 洞 室 两 大 类 。 4 5 、 对 于 无 衬 砌 有 压 洞 室 ， 洞 内 水 压 力 P 在 围 岩 中 所 产 生 的 径 向 和 切 向 应 力 随 隧 洞 半 径 r 的 增 大 而 迅 速 降 低 ， 在 6 r 处 该 应 力 基 本 可 以 忽 略 不 计 ， 在 有 些 有 压 隧 洞 中 常 见 到 新 形 成 的 ， 平 行 于 洞 轴 线 的 放 射 状 张 裂 隙 ， 这 主 要 是 由 于 内 水 压 力 使 围 岩 产 生 的 应 力 抵 消 了 围 岩 的 压 应 力 ， 并 超 过 了 岩

35、 体 的 抗 拉 强 度 所 致 。 4 6 、 围 岩 在 不 产 生 破 坏 的 条 件 下 ， 当 岩 石 性 质 由 硬 岩 ， 中 硬 岩 ， 到 软 岩 的 变 化 过 程 中 ， 对 于 同 一 种 支 护 形 式 而 言 ， 围 岩 位 移 增 长 会 越 来 越 大 ， 相 应 要 求 支 护 结 构 所 承 担 的 压 力 会 越 来 越 大 ， 对 于 同 一 种 岩 石 来 说 ， 随 围 岩 的 不 断 变 化 要 求 支 护 结 构 所 承 担 的 压 力 会 越 来 越 小 。解答 1 、 在 三 轴 试 验 中 ， 围 压 对 岩 石 的 力 学 性 质 有 什

36、 么 影 响 （ 1 ） 破 坏 前 岩 块 的 总 应 变 随 围 压 增 大 而 增 加 （ 2 ） 随 围 压 增 大 ， 岩 块 的 塑 性 也 不 断 增 大 ， 且 由 脆 性 破 坏 逐 渐 转 化 为 延 性 破 坏 （ 3 ） 随 围 压 的 增 大 ， 岩 块 三 轴 极 限 强 度 明 显 增 大 （ 4 ） 随 围 压 增 大 ， 弹 性 模 量 和 泊 松 比 不 同 程 度 的 提 高 （ 5 ） 当 围 压 达 到 一 定 值 时 ， 出 现 应 变 硬 化 现 象 2 、 结 构 面 的 成 因 类 型 与 分 类 结 构 面 的 成 因 分 为 两 类 ： 地

37、 质 成 因 和 力 学 分 类 ： （ 1 ） 地 质 成 因 类 型 包 括 原 生 结 构 面 （ 沉 积 结 构 面 、 岩 浆 结 构 面 、 变 质 结 构 面 ） 构 造 结 构 面 （ 断 层 、 节 理 、 劈 理 和 层 间 错 动 面 ） 次 生 结 构 面 （ 卸 荷 裂 隙 、 风 化 裂 隙 、 次 生 夹 泄 层 、 泥 化 夹 层 ） （ 2 ） 力 学 成 因 类 型 有 剪 性 结 构 面 （ 逆 断 层 、 平 移 断 层 、 多 数 正 断 层 ） 张 性 结 构 面 （ 羽 状 张 裂 面 、 纵 张 及 横 张 破 裂 面 和 岩 浆 岩 中 的 冷

38、 凝 节 理 ） 3 、 结 构 面 的 分 级 ： 由 结 构 面 的 伸 长 度 、 切 割 深 度 、 破 碎 带 宽 度 及 其 力 学 效 应 可 分 为 5 级 ： 1 级 指 大 断 层 或 区 域 性 断 层 ， 延 伸 数 公 里 至 数 十 公 里 以 上 破 碎 宽 约 数 米 至 几 百 米 以 上 ； 2 级 指 延 伸 长 、 宽 度 不 大 数 百 米 至 数 千 米 ， 宽 数 十 厘 米 至 数 米 ； 3 级 长 数 十 米 至 数 百 米 的 断 层 、 区 域 性 节 理 、 延 伸 较 好 的 层 面 及 层 间 错 动 等 ， 宽 数 厘 米 至 一

39、 米 左 右 ； 4 级 延 伸 较 差 的 节 理 、 层 面 等 长 一 般 1 0 m m 3 0 m m ， 宽 数 厘 米 ； 5 级 微 结 构 面 有 隐 节 理 、 微 层 面 等 。 规 模 小 、 连 续 性 差 、 常 包 含 在 岩 块 内 。 4 、 结 构 面 特 征 及 其 影 响 ： 产 状 （ 结 构 面 与 最 大 主 应 力 间 的 关 系 控 制 着 岩 体 的 破 坏 机 制 与 强 度 ） 、 连 续 性 （ 对 岩 体 的 变 形 、 变 形 破 坏 机 理 、 强 度 及 渗 透 性 都 有 很 大 影 响 ） 、 密 度 （ 控 制 着 岩 体

40、 的 完 整 性 和 岩 块 的 块 度 ， 密 度 越 大 ， 岩 体 完 整 性 越 差 ， 块 度 越 小 ， 导 致 岩 体 力 学 性 质 变 差 ， 渗 透 性 增 强 ） 、 张 开 度 、 形 态 （ 对 岩 体 的 力 学 性 质 及 水 力 学 性 质 存 在 明 显 影 响 ） 、 充 填 胶 结 特 征 （ 经 胶 结 的 结 构 面 力 学 性 质 改 善 ， 未 胶 结 的 力 学 性 质 取 决 于 充 填 物 成 分 、 厚 度 、 含 水 性 和 壁 岩 性 质 等 ） 、 结 构 面 的 组 合 关 系 （ 控 制 着 可 能 滑 移 岩 体 的 几 何 边

41、 界 条 件 、 形 态 、 规 模 、 滑 动 方 向 及 滑 移 破 坏 类 型 ） 。 5 、 岩 块 的 力 学 属 性 ： 弹 性 、 塑 性 、 粘 性 、 脆 性 、 延 性 。 （ 1 ） 弹 性 ： 在 一 定 应 力 范 围 内 ， 物 体 受 外 力 作 用 产 生 全 部 变 形 ， 而 去 除 外 力 后 能 立 即 恢 复 其 原 有 形 状 和 尺 寸 大 小 的 性 质 。（ 2 ） 塑 性 ： 物 体 受 力 后 产 生 变 形 ， 外 力 去 除 后 不 能 完 全 恢 复 的 性 质 。 不 能 恢 复 的 那 部 分 变 形 称 为 塑 性 变 形 或

42、永 久 变 形 或 残 余 变 形 。 （ 3 ） 粘 性 ： 物 体 受 力 后 ， 变 形 不 能 瞬 时 完 成 ， 且 变 形 速 率 随 应 力 增 加 而 增 加 的 性 质 。 （ 4 ） 脆 性 ： 物 体 受 力 后 ， 变 形 很 小 时 就 发 生 破 裂 的 性 质 。 （ 5 ） 延 性 ： 物 体 能 承 受 较 大 塑 性 变 形 而 不 丧 失 其 承 载 力 的 性 质 。 6 、 单 轴 压 缩 应 力 - 应 变 曲 线 ： v = l + d 阶 段 ： ： 孔 隙 裂 隙 压 密 阶 段 ： 原 有 张 开 性 结 构 面 或 微 裂 隙 逐 渐 闭

43、合 ， 岩 石 被 压 密 ， 早 期 非 线 性 变 形 ， 呈 上 凹 形 ， 斜 率 随 应 力 增 大 而 增 大 ， 微 裂 隙 的 闭 合 在 开 始 较 快 随 后 逐 渐 下 降 。 ： 弹 性 变 形 至 为 微 破 裂 稳 定 发 展 阶 段 ： 近 似 直 线 ， 开 始 为 直 线 ， 应 力 增 加 ， 变 为 曲 线 ， 出 现 弹 性 极 限 ， 之 后 为 塑 性 变 形 ， 出 现 新 裂 隙 和 微 破 裂 ， 随 着 应 力 发 展 而 发 展 ， 达 到 屈 服 极 限 。 ： 非 稳 定 破 裂 发 展 阶 段 ： 破 裂 不 断 发 展 ， 薄 弱

44、部 位 首 先 破 坏 ， 应 力 重 分 布 ， 次 薄 弱 部 位 破 坏 ， 体 积 压 缩 转 为 扩 容 ， 达 到 峰 值 强 度 或 单 轴 抗 压 强 度 。 ： 破 坏 后 阶 段 ： 裂 隙 快 速 发 展 ， 交 叉 且 联 合 成 宏 观 断 裂 面 ， 岩 块 沿 其 滑 移 ， 试 件 承 载 力 迅 速 下 降 但 不 为 0 。 7 、 变 形 参 数 ： 变 形 模 量 （ 弹 性 模 量 ） ： 单 轴 压 缩 条 件 下 ， 轴 向 压 应 力 与 轴 向 压 应 变 之 比 。 E = / 初 始 模 量 ： 曲 线 原 点 处 的 切 线 斜 率 ，

45、E i = i / i 切 线 模 量 ： 曲 线 上 任 一 点 处 的 切 线 斜 率 ， E t = ( 2 - 1 ) / ( 1 - 2 ) 割 线 模 量 ： 曲 线 上 某 特 定 点 原 点 连 线 的 斜 率 ， 通 常 取 c / 2 处 的 点 与 原 点 连 线 的 斜 率 ， E s = 5 0 / 5 0 泊 松 比 ： 单 轴 压 缩 条 件 下 ， 横 向 应 变 与 轴 向 应 变 之 比 ， = - d / l 8 、 结 构 面 的 强 度 性 质 分 类 ： 平 直 无 充 填 的 结 构 面 、 粗 糙 起 伏 无 充 填 、 非 贯 通 断 续 、

46、有 充 填 的 软 弱 结 构 面 。 9 、 岩 体 中 天 然 应 力 的 分 布 特 征 1 ） 重 力 应 力 场 与 构 造 应 力 场 的 分 布 特 点 重 力 应 力 场 ： 以 垂 直 应 力 为 主 ， 垂 直 应 力 大 于 水 平 应 力 ； 应 力 为 压 应 力 ； 应 力 随 深 度 增 加 而 增 加 ； 构 造 应 力 场 ： 应 力 有 压 应 力 ， 也 可 有 拉 应 力 ； 以 水 平 应 力 为 主 ， 水 平 应 力 大 于 垂 直 应 力 ； 分 布 很 不 均 匀 ， 通 常 以 地 壳 浅 部 为 主 。 2 ） 地 壳 浅 部 3 k m

47、原 岩 应 力 的 规 律 ： 原 岩 应 力 是 非 稳 定 的 应 力 场 ， 其 大 小 和 方 向 随 空 间 和 时 间 而 变 化 ； 实 测 垂 直 应 力 基 本 上 等 于 上 覆 岩 体 的 重 力 ； 水 平 应 力 普 遍 大 于 垂 直 应 力 。 1 0 、 各 类 结 构 围 岩 的 变 形 破 坏 特 点 （ 1 ） 整 体 状 和 块 状 岩 体 围 岩 ： 破 坏 形 式 主 要 有 岩 爆 、 脆 性 开 裂 及 块 体 滑 移 等 。（ 2 ） 层 状 岩 体 围 岩 ： 破 坏 形 式 主 要 有 ： 沿 层 面 张 裂 、 折 断 塌 落 、 弯 折

48、 内 鼓 等 。 （ 3 ） 碎 裂 状 岩 体 围 岩 ： 变 形 破 坏 形 式 常 表 现 为 塌 方 和 滑 动 。 （ 4 ） 散 体 状 岩 体 围 岩 ： 其 变 形 破 坏 形 式 以 拱 形 冒 落 为 主 。 1 1 、 岩 爆 的 产 生 条 件 （ 1 ） 围 岩 应 力 条 件 。 判 断 岩 爆 发 生 的 应 力 条 件 有 两 种 方 法 ： 一 是 用 洞 壁 的 最 大 环 向 应 力 与 围 岩 单 轴 抗 压 强 度 c 之 比 作 为 岩 爆 产 生 的 应 力 条 件 ； 另 一 种 是 用 天 然 应 力 中 的 最 大 主 应 力 1 与 岩 块

49、 单 轴 抗 压 强 度 c 之 比 进 行 判 断 。 0 . 3 c 时 ， 洞 壁 不 出 现 岩 爆 ； 0 . 3 c （ 0 . 5 0 . 8 ） c 时 ， 洞 壁 围 岩 出 现 岩 射 和 剥 落 ； 0 . 8 c 时 ， 洞 壁 出 现 岩 爆 和 猛 烈 岩 射 。 另 外 ， 根 据 我 国 已 产 生 岩 爆 的 地 下 洞 室 资 料 统 计 ， 得 出 当 岩 体 中 最 大 天 然 主 应 力 1 与 c 达 到 1 （ 0 . 1 5 0 . 2 ） c 时 ， 将 产 生 岩 爆 。 （ 2 ） 岩 性 条 件 。 当 弹 性 变 形 能 系 数 7 0 % 时 ， 会 产 生 岩 爆 ， 越 大 发 生 岩 爆 的 可 能 性 越 大 。 1 2 、 影 响 岩 爆 的 因 素 （ 1 ） 地 质 构 造 。 岩 爆 大 都 发 生 在 褶 皱 构 造 中 ， 岩 爆 与 断 层 、 节 理 构 造 也 有 密 切