岩石力学复习重点定稿版

第一章 绪论1、岩石力学定义:岩石力学是研究岩石的力学性质的一门理论与应用科学；它是力学的一个分支；它探讨岩石对其周围物理环境中力场的反应。

2、岩石力学研究的目的：科学、合理、安全地维护井巷的稳定性，降低维护成本，减少支护事故。

3、岩石力学的发展历史与概况： （1）初始阶段（19世纪末—20世纪初）1912年，海姆（A.Hmeim ）提出了静水压力理论：金尼克（A.H.ΠHHHHK ）的侧压理论： 朗金（W.J.M.Rankine ）的侧压理论： （2）经验理论阶段（ 20世纪初—20世纪30年代）普罗托吉雅克诺夫—普氏理论：顶板围岩冒落的自然平衡拱理论； 太沙基：塌落拱理论。

4、地下工程的特点：（1）岩石在组构和力学性质上与其他材料不同，如岩石具有节理和塑性段的扩容（剪胀）现象等； （2）地下工程是先受力（原岩应力），后挖洞（开巷）； （3）深埋巷道属于无限域问题，影响圈内自重可以忽略； （4）大部分较长巷道可作为平面应变问题处理；（5）围岩与支护相互作用，共同决定着围岩的变形及支护所受的荷载与位移； （6）地下工程结构容许超负荷时具有可缩性； （7）地下工程结构在一定条件下出现围岩抗力； （8）几何不稳定结构在地下可以是稳定的； 5、影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素矿物：地壳中具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物； 结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及相互结合的情况； 构造：组成成分的空间分布及其相互间排列关系；第二章 岩石力学的地质学基础 1、岩石硬度通常采用摩氏硬度，选十种矿物为标准，最软是一度，最硬十度。

这十种矿物由软到硬依次为：l-滑石； 2-石膏；3-方解石；Hγ1νλν=-H λγH λγ4-萤石；5-磷灰石；6-正长石；7-石英；8-黄玉； 9-刚玉；10-金刚石；2、解理：是指矿物受打击后，能沿一定方向裂开成光滑平面的性质，裂开的光滑平面称为解理面。

矿山岩石力学知识要点1 Rock mechanics and mining engineering（1）岩石力学定义/definition of rock mechanics：（P1）（2）岩石力学固有复杂性/inherent complexities in rock mechanics：（P2-4）rock structure/岩石内部普遍存在岩石结构面，size effect，tensile strength，effect of groundwater，weathering （3）岩石力学项目实施过程/implementation of a rock mechanics program：（P7-9）（Fig.1.3）通常按照下列五个方面依次进行，即Site characterization/，mine model formulation，design analysis，rock performance monitoring，retrospective analysis，而基于现场实测的反分析结果又进一步指导进行必要的、新的Site characterisation，mine model formulation和design analysis，改善实施效果。

2 Stress and infinitesimal strain（1）应力/stress：（P10）the intensity of internal forces set up in a body under the influence of a set of applied surface forces.（2）正应力/normal stress component：（P11）应力在其作用截面的法线方向的分量。

（3）剪应力/shear stress component：（P11）应力在其作用截面的切线方向的分量。

（4）体力：分布在物体体积内的力。

《岩石力学》复习资料１.1简述岩石与岩体的区别与联系。

答:岩石是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,力学性质可在实验室测得；岩体是指由背诸如节理、裂隙、层理和断层等地质结构面切割的岩块组成的集合体，力学性质一般在野外现场进行测定，因此更接近岩体的实际情况,反映岩体的实际强度。

1.2 岩体的力学特征是什么?答:(１)不连续性：岩体受结构面的隔断，多为不连续介质,但岩块本身可作为连续介质看待;(2)各向异性：结构面有优先排列位向的趋势,随着受力岩体的结构趋向不同力学性质也各异；(3）不均匀性：结构面的方向、分布、密度及岩块的大小、形状和镶嵌状况等在各部位都很不一致,造成岩体的不均匀性;（4)岩块单元的可移动性：岩体的变形破坏往往取决于组成岩体的岩石块单元体的移动，这与岩石块本身的变形破坏共同组成岩体的变形破坏；（５）力学性质受赋存条件的影响:在一定的地质环境中，岩体赋存有不同于自重应力场的地应力场、水、气、温度以及地质历史遗留的形迹等。

１．3岩石可分为哪三大类？它们各自的基本特点是什么？答：(1）岩浆岩：由岩浆冷凝形成的岩石,强度高、均匀性好；(2）沉积岩:由母岩在地表经风化剥蚀后产生，后经搬运、沉积和结硬成岩作用而形成的岩石，具有层理构造，强度不稳定,且具有各向异性；(3）变质岩：由岩浆岩、沉积岩或变质岩在地壳中受高温、高压及化学活动性流体的影响发生变质而形成的岩石。

力学性质与变质作用的程度、性质以及原岩性质有关。

1.4 简述岩体力学的研究任务与研究内容。

研究任务:①建模与参数辨别；②确定试验方法、仪器与信息处理;③现场测试；④实际应用;研究内容：①岩石与岩体的物理力学性质(岩石的物质组成和结构特征,岩石的物理、水理性质,岩块在不同应力状态作用下的变形和强度特征，结构面的变性特征和强度参数的确定等）；②岩石和岩体的本构关系（岩块的本构关系，岩体结构面分类和典型结构面本构关系,岩体的本构关系)；③工程岩体的应力、变形和强度理论（岩体初始应力测量及分布规律，岩体中应力、应变和位移计算,岩体破坏机理、强度理论和工程稳定性维护与评价)：④岩石(岩块）室内实验（室内实验是岩石力学研究的基本手段);⑤岩体测试和工程稳定监测(岩体原位力学实验原理和方法,岩体结构面分布规律的统计测试,岩体的应力、应变、位移检测方法及测试数据的分析利用,工程稳定准则和安全预测理论与方法）。

岩石力学复习重点1. 、绪论1. 岩石材料的特殊性：岩石材料不同于一般的人工制造的固体材料，岩石经历了漫长的地质构造作用，内部产生了很大的压应力，具有各种规模的不连续面和孔洞，而且还可能含有液相和气相，岩石远不是均匀的、各向同性的弹性连续体。

2. 岩石与岩体的区别：（1）岩石：是组成地壳的基本物质，他是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体。

（2）岩体：是指一定工程范围内的自然地质体，他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如不整合褶皱断层层理节理劈理等不连续面。

重要区别就是岩体包含若干不连续面。

起决定作用的是岩体强度，而不是岩石强度。

3. 岩体结构的两个基本要素：结构面和结构体。

结构面即岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面与不连续面。

被结构面分割而形成的岩块，四周均被结构面所包围，这种由不同产状的结构面组合切割而形成的单元体称为结构体。

2. 岩石的物理力学性质1. 名词解释：孔隙比：孔隙的体积（Vv）与岩石固体的体积的比值。

孔隙率：是指岩石试样中孔隙体积与岩石总体积的百分比。

吸水率：干燥岩石试样在一个大气压和室温条件下吸入水的重量与岩石干重量之比的百分率。

其大小取决于岩石中孔隙数量多少盒细微裂隙的连通情况。

膨胀性：是指岩石浸水后体积增大的性质。

崩解性：岩石与水相互作用时失去粘结力，完全丧失强度时的松散物质的性质。

扩容：岩石在压缩载荷作用下，当外力继续增加时，岩石试件的体积不是减小，而是大幅度增加的现象。

蠕变：应力恒定，变形随时间发展。

松弛：应变恒定，应力随时间减少。

弹性后效：在卸载过程中弹性应变滞后于应力的现象。

长期强度：当岩石承受超过某一临界应力时，其蠕变向不稳定蠕变发展，当小于该临界值时，其蠕变向稳定蠕变发展，称该临界值为岩石的长期强度。

2. 岩石反复冻融后强度下降的原因：①构成岩石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化时由于矿物的涨缩不均而导致岩石结构的破坏；②当温度减低到0C以下时岩石孔隙中的水将结冰，其体积增大约9%会产生很大的膨胀压力，使岩石的结构发生改变，直至破坏。

岩石力学期末复习总结岩石力学期末复习一、知识点部分1.线密度K"：指结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数2.粗糙度：可用粗糙系数JRC表示，随粗糙度的增大，结构面的摩擦角也增大3.结构面填充分类：薄膜填充、断续填充、连续填充、层厚填充4.疲劳强度：疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用而不会产生破坏的最大应力，称为疲劳强度或疲劳极限。

5.流变：在外部条件不变的情况下，岩石的变形或应力随时间而变化的现象6.弹性后效：弹性后效指的是材料在弹性范围内受某一不变载荷作用，其弹性变形随时间缓缓增长的现象。

在去除载荷后，不能立即恢复而需要经过一段足够时间之后才能逐渐恢复原状，应变恢复总是落后于应力7.三轴压缩强度：试件在三向应力作用下能抵抗的最大轴向应力i.σ$%=$'()*?$,()*?σ-+2C$'()*?$,()*?ii.σ$%=σ-tan445°+?4+2C tan(45°+?4)8.RQD：大于10cm的岩芯累计长度与钻孔进尺长度之比的百分数9.本构关系（名词解释）：指岩体在外力作用下，应力或应力速率与其应变或应变速率的关系10.强度理论：采用判断推理的方法，推测材料在复杂应力状态下破坏原因，从而建立强度准则的假说11.典型岩体变形的本构规律1)弹性均质完整结构岩体变形本构规律2)弹性均质断续结构和碎裂结构岩体变形本构规律3)黏弹性材料块状或平卧层状完整结构岩体变形本构规律12.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13.形变围岩压力：由于围岩塑性变形，如塑性挤入、膨胀内鼓、弯折内鼓等形成的挤压力14.松动围岩压力：由于围岩拉裂塌落、块体滑移及重力坍塌等破坏引起的压力15.冲击围岩压力：由岩爆形成的一种特殊围岩压力16.岩爆：在具有高天然应力的弹脆性岩体中，进行各种有目的的地下开挖工程时，由开挖卸载及特殊地质构造作用引起开挖周边岩体中应力高度集中，岩体中积聚了很高的弹性应变能。

岩石力学补充资料第一章绪论1.1.1 岩石力学就是用力学的理论，观点和方法去研究岩石材料的力学行为及其工程应用的学科。

（实际上也称为“岩体力学”，是水利学科的一个重要分支学科）1.1.2 岩石力学的特点1）研究的广泛性：a、既古老，又年轻 b、跨行业2）研究对象的复杂性：a、组成：岩石——地质体（单独的力学性质+耦合效应）；岩块、结构面→组合形成；块状结构、破碎结构、离散结构b、背景：地质力学环境的复杂性（地应力、地下水、物理、化学作用等）3）工程应用性（实践性）非常强4）社会经济效益显著§1.3 岩石力学的研究方法a.物理模拟 b,数学模型 c.理论分析第二章岩石的物理性状（性质）§2.1 岩体的结构特性岩石（根据成因）可分为：a.岩浆岩b.沉积岩c.变质岩☐断层：规模较大，宽度几米～几十米，延伸长度几百米～几公里；☐节理：规模中等，宽度几十厘米，延伸长度几米～几十米；☐裂隙：规模较小，宽度几厘米甚至更小，延伸长度几十厘米；§2.2 岩石的不连续性、不均匀性及各向异性由于岩石中存在各种规模的结构面（断裂带、断层、节理、裂隙）→致使岩石的物理力学性质→不连续、不均匀、各向异性2.2.1 岩石的裂隙性平面裂隙率:指岩石单位面积上各类裂隙面积所占比重。

2.2.2 各向异性：岩石的强度、变形指标（力学性质）随空间方位不同而异的特性。

(从岩石的不同方向施加荷载，其抵抗破坏的能力不同)a.正交各向异性（三个材料主轴、定义材料参数）b.横观各向同性（层状）§2.3 岩石的物理性质指标2.3.9 软化系数:岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性，用软化系数（ηc）表示。

ηc讨论：ηc愈小则岩石软化性愈强。

研究表明：岩石的软化性取决于岩石的矿物组成与空隙性。

当岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，且含大开空隙较多时，岩石的软化性较强，软化系数较小。

第三章岩石/岩体的强度§3.7 岩石中水对强度的影响在前面已经谈及，水工建设中岩体不可避免会遇到水，例如水的影响：改变岩石的物理力学性质（胶结构被破坏，化学溶蚀等）渗透压力→“空隙压力”→降低有效应力→强度降低§3.8 岩体强度分析岩体的强度分析包括结构体强度分析和结构面强度分析。

岩石力学是研究岩石的力学性质的一门理论与应用科学；它是力学的一个分支；它探讨岩石对其周围物理环境中力场的反应。

岩石力学的几个特点：天然材料；非连续介质；释放载荷；工程岩石力学——为各类建筑工程及采矿工程等服务的岩石力学，重点是研究工程活动引起的岩体重分布应力以及在这种应力场作用下工程岩体（如地下工程、边坡工程、岩基工程等）的变形和稳定性。

构造岩石力学——为构造地质学、找矿及地震预报等服务的岩石力学，重点是探索地壳深部岩体的变形与断裂机理，为此需研究高温高压下岩石的变形与破坏规律以及与时间效应有关的流变特征。

破碎岩石力学——为掘进、钻井及爆破工程服务的岩石力学，主要是研究岩石的切割和破碎理论以及岩体动力学特性。

研究方法：工程地质研究方法、科学实验方法、数学力学分析方法、整体综合分析方法。

地下工程的特点：岩石在结构和力学性质上与其他材料不同，如岩石具有节理和塑性段的扩容（剪胀）现象等；地下工程是先受力（原岩应力），后挖洞（开巷）；深埋巷道属于无限域问题，影响圈内自重可以忽略；大部分较长巷道可作为平面应变问题处理；围岩与支护相互作用，共同决定着围岩的变形及支护所受的荷载与位移；地下工程结构容许超负荷时具有可缩性；地下工程结构在一定条件下出现围岩抗力；几何不稳定结构在地下可以是稳定的。

岩块：是指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。

岩体：是指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。

内力地质作用：动力来自地球本身，并主要发生在地球内部，按其作用方式可分为四种：构造运动、岩浆作用、变质作用、地震。

外力地质作用：风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、固结成岩作用。

岩石的单轴抗压强度和弹性模量等力学参数取决于岩石的组成结构、矿物颗粒性质以及微观裂隙等。

影响因素：压力试验机的刚性；承压板与试件端面的摩擦；试件几何形态（形状、高径比和尺寸）；加载速度。

《岩石力学》课程知识要点一、基本概念 1.岩石力学 2.应力3.正应力/normal stress component ：应力在其作用截面的法线方向的分量。

4.剪应力/shear stress component ：应力在其作用截面的切线方向的分量。

5.体力：分布在物体体积内的力。

面力：分布在物体表面上的力。

6.弹性力学的基本假定7.内力：物体本身不同部分之间相互作用的力。

8.正面：外法线沿着坐标轴的正方向的截面。

正面上的应力分量与坐标轴方向一致为正，反之为负。

9.负面：外法线是沿着坐标轴的负方向的截面。

负面上的应力分量与坐标轴方向相反为正，反之为负。

10.应力变换公式11.主平面：单元体剪应力等于零的截面。

12.主应力：主平面上的正应力。

13.三维主应力方程与应力不变量：σ1,σ2,σ3最大主应力、中间主应力和最小主应力．14.主应力之间相互正交条件：1212120x x y y z z λλλλλλ++=15.静水应力分量与主偏应力分量 1112233,,,3m m m m I S S S σσσσσσσ==-=-=-16.静力平衡方程17.平面问题的主应力及其方向计算 18应变、位移关系方程 19.体积应变xx yy zz εεε∆=++20.变形协调方程/strain compatibility equations ：(P28) 22222yy xy xxyx x yεγε∂∂∂+=∂∂∂∂ 21.虎克定律22.岩土力学关于位移、应力、应变正负的规定(i)沿坐标轴正向作用的力和位移分量为正；(ii)收缩正应变为正；(iii)压缩正应力为正；(iV)若截面内法线相对于坐标的原点向内指，则截面上剪应力方向相对于坐标原点向内为正，反之亦然。

23.强度(峰值强度) 24.残余强度 25.应变软化 26.塑性变形 27.屈服28.岩石单轴压缩与三轴压缩典型特性岩石单轴压缩特性：从变形的四个阶段理解：弹性变形、塑性变形、(峰值强度以后)应变软化、残余变形。

岩体⼒学复习重点资料..第⼀章绪论岩体复杂性表现在以下⼏个⽅⾯：（1）不连续性（2）⾮均质性（3）各向异性（4）岩体中存在不同于⾃重应⼒场的天然应⼒场（5）岩体赋存于⼀定地质环境之中，岩体中的⽔、温度、应⼒场，对岩体性质有较⼤的影响。

第⼆章：岩⽯和岩体的地质特征岩⽯：矿物，岩屑的集合体。

是指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。

结构⾯：是指地质发展过程中，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。

岩体：指地质历史过程中形成的，由岩块和结构⾯⽹络组成的，具有⼀定的结构并赋存于⼀定的天然应⼒状态和地下⽔等地质环境中的地质体。

岩⽯风化指标：定性指标：颜⾊，矿物蚀变程度，破碎程度及开挖锤击技术特征等。

定量指标：风化孔隙率指标和波速指标等。

风化系数;结构⾯规模：（1）Ⅰ级指⼤断层或区域性断层，⼀般延伸约数公⾥⾄数⼗公⾥以上，破碎带宽约数⽶⾄数⼗⽶乃⾄⼏百⽶以上。

（2）Ⅱ级指延伸长⽽宽度不⼤的区域性地质界⾯，百⽶⾄千⽶单位。

（3）Ⅲ级指长度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。

（4）Ⅳ级指延伸较差的节理、层⾯、次⽣裂隙、⼩断层及较发育的⽚理、劈理⾯等。

是构成岩块的边界⾯，破坏岩体的完整性，影响岩体的物理⼒学性质及应⼒分布状态。

(数⼗厘⽶-⽶)（5）Ⅴ级⼜称微结构⾯。

常包含在岩块内，主要影响岩块的物理⼒学性质，控制岩块的⼒学性质。

结构⾯线密度和间距： 1、线密度(Kd)是指结构⾯法线⽅向单位测线长度上交切结构⾯的条数(条／m)。

2、间距(d)则是指同⼀组结构⾯法线⽅向上两相邻结构⾯的平均距离。

RQD:岩体质量指标RQD：是长度⼤于10cm的岩⼼累计长度与回次进尺的⽐值。

RQD与⽅向有关，按地质分层计算RQD值⼤于20厘⽶为长柱状；10—20厘⽶为短柱状；⼩于1厘⽶为扁柱状；⼤于5厘⽶为块状；2---5厘⽶为碎块状；⼩于2厘⽶为碎屑状、粉末状。

岩体5种结构类型：1.整体状结构 2.块状结构 3.层状结构 4.碎裂状结构 5.散体状结构岩体⼯程分类的⽬的：通过分类，概括地反映各类⼯程岩体的质量好坏，预测可能出现的岩体⼒学问题，为⼯程设计，⽀护衬砌，建筑物选型和施⼯⽅法选择提供参数和依据。

岩石力学复习大纲岩石的比重与容重 比重就是岩石试件内固体部分实体积的重量与同体积水的重量的比值。

容重是指单位体积（包括孔隙体积）岩石的重量。

岩石的孔隙性是指岩石中孔隙与裂隙的发育程度， 常用孔隙度表示，孔隙度指的是岩石中各种孔隙裂隙体积总和与岩石体积之比。

岩石的吸水性是指遇水不崩解的岩石在一定实验条件下吸入水分的能力。

岩石的透水性是指岩石被水穿过的性能 影响因素 地下水水头 应力状态 裂隙度 孔隙大小及连通程度 岩石的软化性 岩石浸水饱和后强度降低的性质。

岩石的抗冻性 岩石抵抗冻融破坏的能力岩石的膨胀性 是指岩石浸水后体积增大的性质岩石的破坏形式 脆性破坏 延性破坏 弱面剪切破坏。

岩石的强度强度的概念 是指载荷作用之下岩石抵抗破坏的能力 试验方法及计算P22 24 25 岩石的全应力应变曲线 P7 图和表格弹性模量 泊松比 P8 9泊松比 岩石的横向应变εx 与纵向应变εy 之比称为泊松比岩石的三维变形特性P12岩石强度理论是研究岩石的复杂应力状态下的破坏原因及强度条件的理论强度准则应力强度准则:σ1=f(σ2,σ3,岩石强度参数)或 F(σ1 ,σ2,σ3,岩石强度参数)=0应变强度准则:ε1=f(ε2, ε3,岩石强度参数)或 F(ε1,ε2, ε3,岩石强度参数)=0库仑--莫尔强度准则基本假设: 岩石的剪切破裂发生是某一平面剪应力超过了岩石的内聚力和法向应力引起的摩擦力之抵抗.库仑准则: τ = C + σn tg ϕ 莫尔准则: τ = f(σ) 图见书上P28库仑--莫尔强度准则基本假设的讨论:破坏形式是剪切破坏;与中间主应力无关;沿一平面剪坏,该平面通过中间主应力方向.以主应力形式表达的库仑--莫尔强度准则库仑--莫尔强度理论的应用I)判断岩石是否发生破坏, 屈服函数F=F(σ……)<0 不破坏 =0 临界破坏, >0 破坏II) 预测破坏面的方向剪切破坏面与最大主应力平面夹角为 α=45︒+ϕ/2,与最小主应力平面成 α=45︒-ϕ/2 剪切破裂面是对称共轭的一对.即X 型节理.III)确定岩石单轴抗压强度,抗拉强度,抗剪强度及其相互关系S 2si - 1 2Ccos si - 1 si 1 C ϕ ϕ ϕ ϕ= = + ϕϕϕϕσσsin -1sin 13sin -12Ccos 1++=ασσσϕϕ23sin -1sin 131tan Sc +=+=+c S脆性断裂破坏大多数坚硬岩石在一定条件下都表现出脆性破坏的性质。