word文檔可自由復(fù)制編輯1巖石力學(xué)與工程學(xué)科定義。巖石力學(xué)是一門認(rèn)識(shí)和控制巖石系統(tǒng)的力學(xué)行為和工程功能的科學(xué)。2巖石力學(xué)與工程的任務(wù)、研究對(duì)象以及其研究范圍。3巖石力學(xué)與工程的研究方法。1)工程地質(zhì)研究方法2）科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法3）數(shù)學(xué)力學(xué)分析方法4）整體綜合分析方法第一章巖石物理力學(xué)性質(zhì)1巖石的物理性質(zhì)（幾個(gè)重要概念：容重的測(cè)量方法P25\吸水率、抗凍性、軟化性）容重的測(cè)量方法：A、量積法測(cè)定巖石的容重B、水中稱重法測(cè)定巖石的容重C、蠟封法測(cè)定巖石的容重學(xué)性質(zhì)。吸水率：巖石在一定條件下吸收水分的性能稱為巖石的吸水性。抗凍性：巖石抵抗凍融破壞的性能稱為巖石的抗凍性。軟化性：巖石浸水后強(qiáng)度降低的性能稱為巖石的軟化性。2巖石的力1點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)是一種最簡(jiǎn)單的巖石強(qiáng)度試驗(yàn)，其試驗(yàn)所獲得的強(qiáng)度指標(biāo)可用做巖石分級(jí)的一個(gè)指標(biāo)，有時(shí)可代替單軸抗壓強(qiáng)度。巖石的抗剪切強(qiáng)度：巖石在在剪切荷載作用下達(dá)到破壞所能承受的最大剪應(yīng)力稱為巖石的抗剪切強(qiáng)度。剪切強(qiáng)度試驗(yàn)分為非限制性剪切強(qiáng)度試驗(yàn)和限制性剪切強(qiáng)度試驗(yàn)二類。2.試件在單軸壓縮狀態(tài)下的主要破壞形式1)X狀共軛斜面剪切破壞，是最常見的破壞形式。2)單斜面剪切破壞，這種破壞也是剪切破壞。3)塑性流動(dòng)變形，線應(yīng)變≥10％。4)拉伸破壞，在軸向壓應(yīng)力作用下，在橫向?qū)a(chǎn)生拉應(yīng)力。這是泊松效應(yīng)的結(jié)果。這種類型的破壞就是橫向拉應(yīng)力超過巖石抗拉極限所引起的。3.用能量法解釋剛性實(shí)驗(yàn)機(jī)的工作原理試件受壓，試驗(yàn)機(jī)框架受拉，剛性試驗(yàn)機(jī)4.全程應(yīng)力應(yīng)變?nèi)齻€(gè)用途1.預(yù)測(cè)巖爆2.預(yù)測(cè)蠕變破壞3.預(yù)測(cè)循環(huán)加載條件下巖石的破壞5.全程應(yīng)力應(yīng)變曲線及解釋

6.影響巖石力學(xué)的主要因素影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素很多，如水、溫度、風(fēng)化程度、加荷速率、圍壓的大小、各向異性等，對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)都有影響。第二章巖體力學(xué)性質(zhì)1.完整性系數(shù)、RQD、裂隙度及切割度完整性系數(shù)：又稱裂隙系數(shù)，為巖體與巖石的縱波速度之比的平方。RQD：將長(zhǎng)度在10cm（含10cm）以上的巖芯累計(jì)長(zhǎng)度占鉆孔總長(zhǎng)的百分比，成為巖石質(zhì)量指標(biāo)。裂隙度：指沿取樣線方向單位長(zhǎng)度上的節(jié)理數(shù)量。切割度：指巖體被節(jié)理割裂分離的程度。2.地應(yīng)力對(duì)巖體力學(xué)性質(zhì)的影響1)地應(yīng)力影響巖體的承載能力2)地應(yīng)力影響巖體的變形和破壞機(jī)制3)地應(yīng)力影響巖體中的應(yīng)力傳播法則3結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的尺寸效應(yīng)主要體現(xiàn)在哪些方面？①隨著結(jié)構(gòu)面尺寸的增大，達(dá)到峰值強(qiáng)度時(shí)的位移量增大；=2\*GB3②由于尺寸的增加，剪切破壞形式由脆性破壞向延性破壞轉(zhuǎn)化；③尺寸加大，峰值剪脹角減小，④隨結(jié)構(gòu)面粗糙度減小，尺寸效應(yīng)也在減小。4工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圍巖分級(jí)（計(jì)算）第三章地應(yīng)力及其測(cè)試1地應(yīng)力定義：地應(yīng)力可以概要定義為存在于巖體中未受擾動(dòng)的自然應(yīng)力，或稱原巖應(yīng)力。地應(yīng)力的成因：1)地應(yīng)力形成主要與地球的各種動(dòng)力運(yùn)動(dòng)過程有關(guān)：板塊擠壓、地球旋轉(zhuǎn)、地心引力（重力場(chǎng)）等2)溫度不均、水壓梯度、地表剝蝕或其他物理化學(xué)變化等也可以引起相應(yīng)的應(yīng)力場(chǎng)，其中，構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和重力應(yīng)力場(chǎng)是地應(yīng)力場(chǎng)的主要組成部分2.地應(yīng)力基本分布規(guī)律1）地應(yīng)力是一個(gè)具有相對(duì)穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應(yīng)力場(chǎng)，它是時(shí)間和空間的函2）垂直應(yīng)力隨深度的變化規(guī)律。垂直應(yīng)力隨深度線性增加3）水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力4）平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力之比隨深度增加而減小，且趨近于15）最大和最小水平主應(yīng)力也隨深度呈線性增長(zhǎng)關(guān)系6）最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力之差隨深度增加而增大,一般差別很大。3.地應(yīng)力測(cè)試方法分類測(cè)量手段：構(gòu)造法、變形法、電磁法、地震法、放射性法。測(cè)量原理：直接測(cè)量：偏千斤頂法、剛性包體應(yīng)力計(jì)法、水壓致裂法、聲發(fā)射法間接測(cè)量：全應(yīng)力解除法、局部應(yīng)力解除法、松弛應(yīng)變測(cè)量法、孔壁崩落測(cè)量法、地球物理探測(cè)法4.扁千斤頂發(fā)測(cè)量步驟1)在準(zhǔn)備測(cè)量應(yīng)力的巖石表面，如地下巷道、硐室的表面，安裝二個(gè)測(cè)量柱，并用微米表測(cè)量二柱之間的距離。2)在與二測(cè)量柱對(duì)稱的中間位置向巖體內(nèi)開挖一個(gè)垂直于測(cè)量柱連線的扁槽，槽的大小、形狀和厚度需和扁千斤頂相一致，一般槽的厚度為5—10mm，由盤鋸切割而成。由于扁槽的開挖，造成局部應(yīng)力釋放并引起測(cè)量柱之間距離的變化，測(cè)量并記錄這一變化。3)將扁千斤頂完全塞入槽內(nèi)，必要時(shí)需注漿將扁干斤頂和巖石膠結(jié)在一起。然后用電動(dòng)或手動(dòng)液壓泵向其加壓隨著壓力的增加，二測(cè)量柱之間的距離亦增加當(dāng)二測(cè)量柱之間的距離恢復(fù)到扁槽開挖前的大小時(shí)，停止加壓，記錄下此時(shí)扁千斤頂中壓力該壓力稱為“平衡應(yīng)力’或“補(bǔ)償應(yīng)力”，等于扁槽開挖前表面巖體中垂直于扁千斤頂方向，也即平行于二測(cè)量柱連線方向的應(yīng)力。5.聲發(fā)射測(cè)試原理。當(dāng)需要測(cè)定巖體中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，人為的將該處巖體單元和周圍的巖體分離，此時(shí)，巖體單元上所受的拉力將被解除。同時(shí)，該單元體的幾何尺寸也將產(chǎn)生彈性恢復(fù)。應(yīng)用一定的儀器，測(cè)定彈性恢復(fù)的應(yīng)變值或變形值，并且認(rèn)為巖體時(shí)連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的彈性體，于是就可以借助彈性理論的解答計(jì)算巖體單元所受的應(yīng)力狀態(tài)。流程要點(diǎn)：切斷聯(lián)系、解除應(yīng)力、應(yīng)變恢復(fù)、測(cè)試應(yīng)變、計(jì)算應(yīng)力第四章巖石本構(gòu)關(guān)系與強(qiáng)度理論1.庫倫準(zhǔn)則固體內(nèi)任一點(diǎn)發(fā)生剪切破壞時(shí)，破壞面上的剪應(yīng)力(τ)應(yīng)等于或大于材料本身的抗切強(qiáng)度(C)和作用于該面上由法向應(yīng)力引起的摩擦阻力(σtgφ)之和。2.莫爾強(qiáng)度理論時(shí)，滑動(dòng)平面上的剪應(yīng)力達(dá)到一取決于正應(yīng)力與材料性質(zhì)的最大值，即。優(yōu)點(diǎn)：(1)適用塑性巖石及脆性巖石的剪切破壞；(2)反映巖石抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度特性;(3)能解釋巖石在三向等拉時(shí)破壞，在三向等壓時(shí)不會(huì)破壞（曲線在受壓區(qū)不閉合）的特點(diǎn)。缺點(diǎn):(1)忽略了中間主應(yīng)力的影響，與試驗(yàn)結(jié)果有一定的出入。(2)該判據(jù)只適用于剪破壞，受拉區(qū)的適用性還值得進(jìn)一步探討，不適用于膨脹或蠕變破壞。3.格里菲斯強(qiáng)度理論脆性材料斷裂的起因是分布在材料中的微小裂紋尖端有拉應(yīng)力集中。結(jié)論：(1)材料的單軸抗壓強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度的8倍，其反映了脆性材料的基本力學(xué)特征。(2)材料發(fā)生斷裂時(shí)，可能處于各種應(yīng)力狀態(tài)。不論何種應(yīng)力狀態(tài)，材料都是因裂紋尖端附近達(dá)到極限拉應(yīng)力而斷裂開始擴(kuò)展，即材料的破壞機(jī)理是拉伸破壞。新裂紋與最大主應(yīng)力方向斜交，而且擴(kuò)展方向會(huì)最終趨于與最大主應(yīng)力平行。Griffith強(qiáng)度準(zhǔn)則只適用于研究脆性巖石的破壞。Mohr-coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則的適用性一般的巖石材料。第六章巖石地下工程1巖石地下工程：地下巖石中開挖并臨時(shí)或永久修建的各種工程。常見的地下工程:礦山坑道、鐵路及公路隧道、水工隧道、地下發(fā)電站廠房、地下鐵路及地下停車場(chǎng)、地下儲(chǔ)油庫及儲(chǔ)氣庫、地下彈道導(dǎo)彈發(fā)射井、地下飛機(jī)庫、地下核廢料密閉儲(chǔ)存庫等。2.維護(hù)巖石地下工程穩(wěn)定性的基本原則1.合理利用和充分發(fā)揮巖體強(qiáng)度1）把工程設(shè)計(jì)在巖石條件好的巖體中；2）避免巖石強(qiáng)度的損壞，如采用光面爆破等措施；3）充分發(fā)揮圍巖的承載能力，讓圍巖在脫落點(diǎn)以前充分釋放彈性能，從而有利于降低支護(hù)強(qiáng)度。4）加固巖體，如采用噴、錨、網(wǎng)技術(shù)對(duì)圍巖進(jìn)行支護(hù)2.改善圍巖的應(yīng)力條件1）選擇合理的隧道斷面形狀和尺寸。巷道的尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免圍巖處于拉伸狀態(tài)。2）選擇合理的位置和方向。工程布置在免受構(gòu)造應(yīng)力影響的位置，使軸線方向與最大主應(yīng)力方向一致。3）“卸壓”方法。通過鉆孔或爆破方法使巷道周圍巖石的應(yīng)力集中系數(shù)降低3.合理支護(hù)（合理支護(hù)包括支護(hù)的形式、支護(hù)時(shí)間、支護(hù)剛度和支護(hù)受力情況的合理，支護(hù)經(jīng)濟(jì)。4.強(qiáng)調(diào)監(jiān)測(cè)和信息反饋3.新奧法：在巖體或土體中設(shè)置的以使地下空間的周圍巖體形成一個(gè)中空筒狀支撐環(huán)結(jié)構(gòu)為目的的設(shè)計(jì)施工方法，其核心是利用圍巖的自承作用來支撐隧道，促使圍巖本身變?yōu)橹ёo(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，使圍巖與構(gòu)筑的支護(hù)結(jié)構(gòu)共同形成堅(jiān)固的自承環(huán)。軟巖：1）地質(zhì)軟巖定義：指單軸抗壓強(qiáng)度小于25MPa的松散、破碎、軟弱及風(fēng)化膨脹性一類巖體的總稱。2）工程軟巖概念：指在工程力作用下能產(chǎn)生顯著塑性變形的工程巖體。第七章巖石邊坡工程1極限平衡法：更是根據(jù)邊坡上的滑體或滑體分塊的力學(xué)平衡原理分析各種破壞模式下的受力狀態(tài)，以及邊坡滑體上的抗滑力和下滑力之間的關(guān)系來評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定性。安全系數(shù)（穩(wěn)定性系數(shù)）：為最危險(xiǎn)破壞面作用的最大抗滑力與下滑力的比值。2巖質(zhì)邊坡的破壞模式及邊坡穩(wěn)定性的因素破壞模式：滑坡、崩塌、滑塌。邊坡穩(wěn)定性的因素：1.結(jié)構(gòu)面在邊坡破壞中的作用（邊破變形與破壞的首要原因，在于坡體中存在各種形式的結(jié)構(gòu)面。巖體的結(jié)構(gòu)特征對(duì)邊坡應(yīng)力場(chǎng)的影響主要表現(xiàn)為由于巖土體的不均一和不連續(xù)性，使沿結(jié)構(gòu)面周邊出現(xiàn)應(yīng)力集中和應(yīng)力阻滯現(xiàn)象。因此，它構(gòu)成了邊坡變形與破壞的控制性條件，從而形成不同類型的變形與破壞機(jī)制。邊坡結(jié)構(gòu)面周邊應(yīng)力集中的形式主要取決于結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀與主壓應(yīng)力的關(guān)系。）2.邊坡外形改變對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響（水的沖刷及人工削坡時(shí),切露了控制斜坡穩(wěn)定的主要軟弱結(jié)構(gòu)面，形成或擴(kuò)大了臨空面，使坡體失去支撐，會(huì)導(dǎo)致斜坡的變形與破壞。坡角增加時(shí)，坡頂及坡面張力帶范圍擴(kuò)大，坡腳應(yīng)力集中帶的最大剪應(yīng)力也隨之增大。坡頂、坡腳應(yīng)力集中增大，會(huì)導(dǎo)致斜坡的變形與破壞）3.巖體力學(xué)性質(zhì)的改變對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響風(fēng)化作用、水的浸潤(rùn)作用使坡體強(qiáng)度減小，坡體穩(wěn)定性大大降低，加劇了斜坡的變形與破壞。4.各種外力直接作用對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力的變化、地震、爆破、地下靜水壓力和動(dòng)水壓力，以及施工荷載等，都使斜坡直接受力，對(duì)斜坡穩(wěn)定的影響直接而迅速。第八章巖石地基工程1.地基承載力的確定方法1）簡(jiǎn)單確定根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖石類別、風(fēng)化程度由地基規(guī)范表確定；通過理論計(jì)算確定。2）準(zhǔn)確確定巖體現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)；室內(nèi)飽和單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。設(shè)計(jì)中因建筑物級(jí)別不同，選用不同的方法。2.溶洞頂板坍塌自行填塞法該方法適用于頂板嚴(yán)重風(fēng)化,裂隙發(fā)育,