岩石力学.docx
- 文档编号:18185564
- 上传时间:2023-08-13
- 格式:DOCX
- 页数:10
- 大小:21.64KB
岩石力学.docx
《岩石力学.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《岩石力学.docx(10页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
岩石力学
1、岩石力学的定义:
是一门认识和控制岩石系统的力学行为和工程功能的科学。
2、岩石质量指标:
即将长度在10cm以上的岩芯累计长度站钻孔总长的百分比。
。
3、岩石:
岩石是自然界中各种矿物的集合体,是天然地质作用的产物,是构成岩体的基本组成单元。
4、岩体:
它是地质体的一部分,由结构面和结构体组合而成。
5、结构面:
在岩体内存在各种地质界面,它包括物质分异面和不连续面,如家整合,不整合,褶皱,断层,层理,节理和片理等,不同特性的地址界面统称为结构面。
6、结构体:
被各种结构面切割而成的岩石块体称为结构体。
7、岩体结构:
结构体和结构面称为岩体结构单元,不同类型的岩体结构单元在掩体内的组合,排列形式称为岩体结构。
8、峰值强度:
指全应力—应变曲线中,在岩石的变形非稳定期破裂发展阶段的上界应力。
9、弹性模量:
应力与应变的比率被称为岩石的弹性模量。
10、变形模量:
正应力与总应变的比值。
11、剪切模量:
G=E/(2+2V),V为泊松比。
12、泊松比:
指岩石的横向应变与纵向应变的比值。
13、扩容:
当外力继续增加,岩石试件的体积不是减小,而是大幅度增加且增长速度越来越大,最终将导致岩石试件的破坏,这种体积明显扩大的现象称为扩容。
14、刚性压力机:
指可以减少在实验过程中压力机的弹性变形及贮存在其中的变性能,并且具有足够刚度的压力机。
15、应变强化(硬化):
指试承载力随围压稳定增长的现象。
16、滞回环:
加载曲线与卸载曲线所组成的环。
17、蠕变:
当应力不足时,变形随时间的增加而增加的现象
18、松弛:
当应变不变时,应力随时间的增加而减小的现象
19、流变:
指材料的应力应变关系与时间因素有关的性质,材料变形过程中具有时间效应的现象
20、弹性后效:
指加载或卸载时,弹性应变滞后于应力的现象
21、极限长期强度:
通常把作用时间趋于无穷大的强度称之为岩石的长期强度
22、弹性变形:
物体在受外力作用的瞬间即产生全部变形,而除去外力后又能立即恢复其原有形状和尺寸的现象
23、塑性变形:
物体受外力产生变形,在外力去除后变形不能完全恢复的性质,称之为塑性,不能恢复的那部分变形称为塑性变形
24、剪胀:
对于凸凹不平的结构面,在剪应力的作用下,模型上半部分沿凸台斜面滑动,除有切向运动外,还有向上的移动,这种剪切过程中产生的法向移动分量称之为剪胀
25、粘结力:
直线型强度包络线与T轴的截距
26、内摩擦角:
直线型强度包络线与应力轴的夹角
27、围岩:
在岩石地下工程中,由于受开挖影响而发生应力状态改变的周围岩体
28、应力重分布:
从原始地下应力场变化到新的平衡力,成为场的过程
29、次生应力:
从原始地下应力场变化到新的平衡力,称为次生应力
30、原始应力:
是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力
31、应力集中系数:
应力集中系数=开巷后应力/开巷前应力或次生应力/原生应力
3.常见岩石的结构连结类型有那几种?
答:
岩石中结构连结的类型主要有两种:
1.结晶连结:
岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起,如岩浆岩、大部分变质岩以及部分沉积岩的结构连结。
2.胶结连结:
指颗粒与颗粒之间通过胶结物质连结在一起的连结。
如沉积碎屑岩、部分粘土岩的结构连结。
7、岩石破坏有几种形式?
对各种破坏的原因作出解释。
答:
试件在单轴压缩载荷作用破坏时,在试件中可产生三种破坏形式:
(1)X状共轭斜面剪切破坏,破坏面上的剪应力超过了其剪切强度,导致岩石破坏
(2)单斜面剪切破坏,破坏面上的剪应力超过了其剪切强度,导致岩石破坏。
(3)拉伸破坏,破坏面上的拉应力超过了该面的抗拉强度,导致岩石受拉伸破坏。
9、什么是全应力-应变曲线?
为什么普通材料实验机得不出全应力-应变曲
线?
答:
全应力应变曲线:
能显示岩石在受压破坏过程中的应力、变形特性,特别是破坏后的强度与力学性质
的变化规律。
由于材料试验机的刚度小,在试件压缩时,其支柱上存在很大的变形和变形能,在试件快要破坏时,该变形能突然释放,加速试件破坏,从而得不出极限压力后的应力应变关系曲线。
10.如何根据全应力-应变曲线预测岩石的岩爆、蠕变和在反复加载、卸载作用下的破坏?
答:
(a)预测岩爆:
左半部分OEC代表达到峰值强度时,积累在岩石试件中的应变能,右边CED代表试件从破坏到破坏整个过程所消耗的能量。
如果A>B,可能产生岩爆,如果A
(b)预测蠕变破坏:
如图1-24。
当岩石应力小于H点的应力值,岩石不会发生蠕变,当岩石应力大于H点而小于I点,岩石会发生蠕变,但蠕变为稳定蠕变,岩石不会破坏,当岩石应力大于I点,则岩石会发生不稳定蠕变,岩石最终会破坏.
(c)预测循环加载条件下岩石的破坏。
当岩石在低应力条件下,进行反复加载卸载,岩石破坏时的循环次数比高应力条件下进行反复加载卸载的循环次数要多。
当反复加载卸载曲线与全应力应变曲线相交,则岩石破坏。
11.在三轴压缩试验条件下,岩石的力学性质会发生哪些变化?
答:
三轴压缩条件下,应力应变曲线如图1-31、1-32所示,围压对岩石变形的影响主要有:
(1)随着围压(σ2=σ3)的增大,岩石的抗压强度显著增加;
(2)随着围压(σ2=σ3)的增大,岩石破坏时,岩石的变形显著增加;
(3)随着围压(σ2=σ3)的增大,岩石的弹性极限显著增加;
(4)随着围压(σ2=σ3)的增大,岩石的应力应变曲线形态发生明显的改变,岩石的性质发生了变化,由弹脆性---弹塑性---应变硬化。
抗压强度显著增加;
12.什么是莫尔强度包络线?
如何根据试验结果绘制莫尔强度包络线?
答:
三轴抗压强度实验得出:
对于同一种岩石的不同试件或不同实验条件(不同的围压时的最大轴向压力值)给出了几乎恒定的强度指标值(直线性强度曲线时为岩石的内聚力和内摩擦角)。
这一强度指标以莫尔强度包络线(Mohr’sstrengthenvelop)的形式给出。
在不同围压条件下,得出不同的抗压强度,因而可以做出不同的莫尔应力圆,这些莫尔应力圆的包络线就是莫尔强度包络线。
14.简述岩石在单轴压缩条件下的变形特征。
答:
在单轴压缩条件下,岩石的应力-应变曲线如图。
全应力-应变曲线可分为四个阶段:
(1)孔隙裂隙压密阶段(OA):
岩石试件中的孔隙裂隙被压密,形成早期的非线形变形,σ-ε曲线呈上凹型。
(2)弹性变形至微弹性裂隙
稳定发展阶段(AC):
该阶段的应力-应变曲线近似为直线。
其中AB段为弹性变形阶段,BC段为微破裂稳定发展阶段。
(3)非稳定破坏发展阶段(CD):
C点是岩石从弹性变为塑性的转折点,称为屈服点。
该点相应的应力为屈服应力。
该阶段中,微裂隙的发展出现了质的变化,破裂不断发展,直至试
件完全破坏。
(4)破裂后阶段(D点以后):
轴压力达到试件的峰值强度后,试件内部结构遭到破坏,但试件基本保持整体状。
之后,裂隙快速发展,形成宏观断裂面,试件承载能力随变形增大
而迅速下降,但并不为零,说明破裂的岩石仍具有一定的承载力。
19.影响岩石力学性质的主要因素有哪些,如何影响的?
答:
影响岩石力学性质的主要因素有水、温度、加载速度、风化程度及围压。
(1)水对岩石力学性质的影响
1)连结作用:
束缚在矿物表面的水分子通过其吸引力作用将矿物颗粒拉近、接紧,起连接作用。
2)润滑作用:
由可溶盐、胶体矿物连接的岩石,当有水入侵时,可溶盐溶解,胶体水解,导致矿物颗粒间连接力减弱,摩擦力减低,从而降低岩石的强度。
3)水楔作用:
当两个矿物颗粒靠得很近,有水分子补充到矿物表面时,矿物颗粒利用其表面吸附力将水分子拉倒自己周围,在两个颗粒接触处由于吸着力作用使水分子向两个矿物颗粒之间的缝隙内挤入,这种现象称水楔作用。
(a)使岩石体积膨胀,产生膨胀压力(b)水胶连接代替胶体连接产生润滑作用,降低岩石强度
4)孔隙压力作用:
岩石受压时,岩石内孔隙水来不及排出,在孔隙内产生很高的孔隙压力,降低了岩石的内聚力和内摩擦角,减小了岩石的抗剪强度。
5)溶蚀-潜蚀作用:
岩石中渗透水在流动过程中可将岩石中可溶物质溶解带走,从而使岩石强度大为减低。
(2)温度对岩石力学性质的影响:
如图1-39所示。
随着温度的增高,岩石的延性加大,屈服点降低,强度也降低。
(3)加载速度对岩石力学性质的影响:
加载速率越快,测得的弹性模量越大,获得的强度指标越高。
ISRM(国际岩石力学学会)建议的加载速率为0.5~1Mpa/s。
(4)围压对岩石力学性质的影响:
岩石在三轴压缩条件下,岩石的强度和弹性极限都有显著增加。
(5)风化对岩石力学性质的影响
a)降低岩体结构面的粗糙程度并产生新的裂隙,
b)岩石在化学风化过程中,矿物成分发生变化,岩体强度降低。
1.岩体赋存环境包括哪几部分?
答:
赋存环境:
包括地应力、地下水和地温三部分。
2.地应力对岩体的影响体现在哪几个方面?
答:
地应力对岩体力学性质的影响主要有:
(1)地应力影响岩体的承载能力:
围压越大、承载能力越大。
(2)地应力影响岩体的变形和破坏机制。
如在低围压条件下破坏的岩体,在高围压条件下呈现出塑性变形和塑性破坏。
(3)地应力影响岩体中的应力传播的法则。
非连续介质岩体在高围压条件下,其力学性质具有连续介质岩体的特征。
6.按结构面成因、结构面通常分为几种类型?
答:
.结构面按成因分:
原生结构面、构造结构面、次生结构面
原生结构面:
成岩阶段所形成的结构面。
岩石成因不同又分为沉积结构面、火成结构面和变质结构面。
构造结构面:
岩体在构造运动作用下形成的结构面。
此生结构面:
在外力作用下(风化、地下水、卸载、爆破等)形成的各种界面.
13.多结构面岩体的破坏形式如何分析?
答:
当岩体内有多组结构面时,则岩体强度受加载方向与多个结构面的控制,根据每组结构面与加载方向夹角,分别求出各结构面单独存在时,在最大主应力σ1作用下的岩体强度,然后,取出各组结构面单独存在时岩体强度的最小值为多结构面的岩体强度值。
1.简述地应力测量的重要性。
答:
地应力测量的重要性:
(1)应力测量为各种岩体工程进行科学合理的开挖设计和施工提供依据;
(2)地应力状态对地震预报、区域地壳稳定性评价、油田油井的稳定性、核废料储存、岩爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球动力学的研究也有重要的意义。
2.地应力是如何形成的?
控制某一工程区域地应力状态的主要因素是什么?
答:
地应力是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力,也称岩体初应力、绝对应力或原岩应力。
地应力主要与地球的各种动力运动过程有关,包括板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆入侵和地壳非均匀扩容等。
控制某一工程区域地应力状态的主要因素是构造应力场和重力应力场。
1)、大陆板块边界受压引起的应力场。
2)、地幔热对流引起的应力场。
3)、由地心引力引起的应力场。
4)、岩浆入侵引起的应力场。
5)、地温梯度引起的应力场。
6)、地表剥蚀产生的应力场。
3.简述地壳浅部地应力分布的基本规律。
答:
地应力分布的一些基本规律:
(1)地应力是一个相对稳定的应力场,它是时间和空间的函数;
(2)实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量
(3)水平应力普遍大于垂直应力;
(4)平均水平应力与垂直应力的比值随深度的增加而减小,
σh,average=(σh,max+σh,min)/2
100/H+0.3<=σh,average/σv<=1500/H+0.5
(5)最大水平应力与最小水平应力也随深度呈线形增长关系;
σh,max=6.7+0.0444·H(Mpa)
σh,min=0.8+0.0329·H(Mpa)
(6)最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大,显示出很强的方向性。
地应力的上述分布规律还会受到地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特征、岩体力学性质、温度、地下水等
因素的影响。
4.地应力测量方法分哪几类?
它们的主要区别在哪里?
每类包括那些主要测量技术?
答:
依据测量基本原理的不同,可将测量方法分为直接测量法和间接测量发两大类。
直接测量法是由测量仪器直接测量和记录各种应力量,包括:
扁千斤顶法、水力致裂法、刚性包体应力计法和声发射法。
间接测量法是借助某些传感器或某些介质,测量和记录岩体中某些与应力有关的间接物理量的变化,如岩体中的变形和应变,然后由计算公式求出原岩应力值。
包括:
套孔应力解除法和其他的应力应变解除法以及地球物理方法等。
其中套孔应力解除法是目前国内外广泛使用的一种方法。
8.简述声发射的主要测量原理。
答:
测试原理:
材料在受压后,其内部储存的应变能快速释放产生弹性波,发生声响,称为声发射。
当材料中的应力超过其最大应力值后,则大量产生声发射,这一现象称为凯泽效应。
该对应点的应力即为材料先前受到的最大应力。
对岩石试件作室内实验,即可测出该岩体以前缩手的最大应力。
2.什么叫岩石的本构关系?
岩石的本构关系一般有几种类型?
岩石的本构关系是指岩石的应力或应力速率与其应变或应变速率的关系。
岩石的本构关系一般分为:
弹性本构关系、弹塑性本构关系和流变本构关系。
3.什么叫岩石的强度?
岩石的破坏一般有几种类型?
岩石的强度是岩石抵抗外力破坏的能力。
破坏是指岩石材料的应力或应变超过了自身的应力或应变的极限。
岩石的破坏的形式主要有两种:
断裂破坏(应力达到强度极限)和流变破坏(出现显著的塑性变形或流动现象)
13.什么叫蠕变、松弛、弹性后效和流变?
答:
蠕变:
当应力不变时,变形随时间增加而增加的现象。
松弛:
当应变不变时,应力随时间的增加而减小的现象。
弹性后效:
加载和卸载时,弹性应变滞后于应力的现象。
岩石流变就是指材料的应力-应变关系与时间因素有关的性质,材料变形过程中具有时间效应的现象称为流变现象。
14.蠕变一般包括几个阶段?
每个阶段的特点是什么?
答:
当作用在岩石上的应力超过某一值时,岩石的变形速率随着时间的增加而增加,最后导致岩石的破坏,这种蠕变成为不稳定蠕变。
这是典型的蠕变曲线。
根据应变速率不同,其蠕变过程分为三个阶段:
第一阶段:
图中ab段,应变速率随时间增加而减小,又称减速蠕变或初始蠕变阶段。
第二阶段:
图中bc段,应变速率基本不变,也叫等速蠕变阶段。
第三阶段:
图中cd段,应变速率迅速增加直到岩石破坏为止,也叫加速蠕变阶段。
17.流变模型的基本元件有哪几种?
答:
流变模型的基本元件有弹性元件、塑性元件和粘性元件
19.何为岩石的长期强度,它与瞬时强度一般有什么关系?
答:
岩石的长期强度:
一般岩石在载荷达到瞬时强度时,岩石发生破坏。
岩石在承受低于瞬时强度的情况
下,如果载荷持续作用在岩石上,由于流变作用,岩石也可能发生破坏。
因此岩石的强度随外载荷的作用时间的延长而减低,通常把作用时间t→∞时的强度称之为岩石的长期强度。
20.何为岩石强度准则?
为什么要提出强度准则?
答:
岩石强度准则(破坏判据),它表征岩石在极限应力状态下(破坏条件)的应力状态和岩石强度参数之间的关系,一般可表示为极限应力状态下的主应力间的关系方程。
σ1=f(σ2,σ3)或τ=f(σ)各种岩石的破坏方式机理,因此提出了不同的强度准则。
提出强度准则是为了更好地了解岩石在何种应力条件下发生破坏,从而避免该种应力状态的发生保护岩石,或促使该种应力状态的发生破坏岩石,达到其工程目的。
6.为何许多滑坡发生在雨季?
答:
在雨季下雨时,水使边坡的力学强度降低,其抗滑力降低,而同时由于水的作用,使作用在滑体上的下滑力增加,使滑体容易发生滑坡。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 岩石 力学