岩石力学复习资料Word文档格式.docx
- 文档编号:7797732
- 上传时间:2023-05-09
- 格式:DOCX
- 页数:15
- 大小:147.03KB
岩石力学复习资料Word文档格式.docx
《岩石力学复习资料Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《岩石力学复习资料Word文档格式.docx(15页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
17、直剪试验:
将试件放在直剪仪上,试验时,先在试件上施加法向压力,然后在水平方向逐级施加水平剪力,直到试件破坏从而求得试件抗剪强度的试验方法;
(1)在岩石的单轴压缩试验中,试件的高径比、尺寸、加载速率怎样影响岩石的强度?
一般说来,高径比越大,岩石的强度越低;
试件尺寸越大,岩石强度越低;
加荷速率越大,岩石的强度越大;
(7)某岩石的单轴抗压强度为164.5MPa,φ=35.2°
,如果在侧压力σ3=40.8MPa下作三轴试验,请估计破坏时的轴向荷载是多少?
解:
已知如图所示:
ΔAOC≌ΔABC得:
=
即:
因为:
r1=82.25MPa,φ=35.2°
,
所以求得:
c=42.64MPa
所以:
AO=
=60.45MPa
ΔABC≌ΔADE得:
=
解得:
r2=137.76MPa
所以σ1=40.8+2×
137.76=316.32MPa
五、岩石的变形特征
2、全过程曲线:
反映单轴压缩岩石试件在破裂前后全过程的应力应变关系的曲线;
3、初始模量:
应力—应变曲线在原点处的切线斜率;
4、切线模量:
应力—应变曲线直线段的斜率;
5、割线模量:
从应力—应变曲线的原点到初始裂点连线的斜率;
6、泊松比:
是指在单轴压缩条件下,横向应变与轴向应变之比,即μ=
;
13、岩石的流变性:
岩石的变形和应力受时间因素的影响,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叫流变;
16、初始蠕变:
在本阶段内,蠕变曲线呈下凹型,特点是应变最初随时间增大较快,但其应变率随时迅速递减到B点达到最小值;
17、等速蠕变:
本阶段内,曲线呈近似直线,即应变随时间近似等速增加,直到C点;
18、加速蠕变:
本阶段蠕变加速发展直到岩石破坏;
19、长期强度:
把出现加速蠕变的最低应力值称为长期强度;
二、简答题
(2)图示单轴压缩条件下岩石变形的全过程曲线,说明各特征点的位置和意义,简述岩石变形各阶段及其机制。
单轴压缩条件下岩石变形的全过程曲线如上图所示:
(Ⅰ)孔隙裂隙压密阶段(OA),试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合,岩石被压密,形成早期的非线性变形;
(Ⅱ)弹性变形至微破裂稳定发展阶段AC),据其变形机理又可细分弹性变形阶段(AB段)和微破裂稳定发展阶段(BC段),弹性变形阶段不仅变形随应力成比例增加,而且在很大程度上表现为可恢复的弹性变形,B点的应力可称为弹性极限。
微破裂稳定发展阶段的变形主要表现为塑性变形,试件内开始出现新的微破裂,并随应力增强而逐渐发展,当荷载保持不变时,微破裂也停止发展,这一阶段的上界应力(C点应力)称为屈服极限;
(Ⅲ)非稳定破裂发展阶段(CD);
由于破裂过程中造成的应力集中效应显著,即使外荷载保持不变,破裂仍会不断发展,并在某些薄弱部位首先破坏,应力重新分布,其结果又引起次薄弱部位的破坏,依次进行下去直到试件完全破坏;
(Ⅳ)破坏后阶段(D点以后阶段):
岩块承载力达到峰值后,其内部结构完全破坏,但试件仍基本保持整体状,到本阶段,裂隙快速发展,交叉且相互联合并形成宏观断裂面,此后,岩块变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移,试件承载力随变形增大迅速下降,但并不降到零,说明破裂的岩石仍有一定的承载能力;
(3)简述岩石单轴压缩变形试验的试验方法、过程、和资料整理。
试样大多采用圆柱形,一般要求试样的直径为5cm,高度为10cm,两端磨平光滑,在侧面粘贴电阻丝片,以便观测变形,用压力机对试样加压,在任何轴向压力下都测量试样的轴向应变和侧向应变,设试样的长度为
l,直径为d,试样在荷p作用下轴向缩短Δl,侧向膨胀Δd,则试样的轴向应变为:
εy=
,以及侧向应变为:
εx=
,试样面积为A,则σ=
,根据数据绘制应力-应变曲线;
(4)简述三轴条件下岩石的变形特征。
首先,破坏前岩块的应变随围压增大而增加,另外:
随围压增大,岩块的塑性也不断增大,且由脆性转化为延性,岩石由脆性转化为延性的临界围压称为转化压力,岩石越坚硬,转化压力越大,反之亦然;
(5)图示岩石蠕变曲线,简述各阶段的力学特征。
(Ⅰ)初始蠕变阶段(AB段)或称减速蠕变阶段,本阶段内,曲线呈下凹型,特点是应变最初随时间增大较快,但其应变率随时间迅速递减,到点达到最小值;
(Ⅱ)等速蠕变阶段(BC段)或称稳定蠕变阶段,本阶段内,曲线呈近似直线,即应变随时间近似等速增加,直到C点;
(Ⅲ)加速蠕变阶段(CD段):
至本阶段蠕变加速发展至岩块破坏(D点);
(6)分别图示马克斯威尔(Maxwell)模型和开尔文(Kelvin)模型。
(7)简述岩石初裂的机制、工程意义和监测判定方法。
初裂的机制:
荷载增加,岩石中的应力超过弹性极限,岩石内部新的裂纹产生和老的裂缝开始扩展。
监测判定方法:
声发射仪测定,当发射仪记录到大量的声发射信号时,即可认为初裂开始。
工程意义:
预报岩石的破坏及地震的发生。
三、计算题
(2)岩石变形实验数据如下,a.作应力应变曲线(εa、εc、εv);
b.求初始模量、切线模量、50%σc的割线模量和泊松比?
。
σ(MPa)
16
30
47
62
77
92
154
164
εa(×
10-6)
188
375
550
740
930
1412
1913
破坏
εc(×
63
100
175
240
300
350
由公式:
εv=εa-2εc
得:
εv`=250、175、200、260、330、712、713
则初始模量:
Ei=
=0.085
切线模量:
Et=
=0.079
割线模量:
Es=
=0.083
泊松比:
μ=
=
=-0.32
六、岩石的强度理论
2、破坏判据(强度准则):
用以表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关系,称为破坏判据;
3、脆性破坏:
即岩石在荷载作用下没有显著觉察的变化就突然破坏的破坏形式;
4、塑性破坏:
岩石在破坏之前的变形很大,且没有明显的破坏荷载,表现出显著的塑性变形,流动或挤出,这种破坏称为塑性破坏;
5、张性破坏:
岩石在拉应力的作用下,内部连接被破坏,出现了与荷载方向平行的断裂;
6、剪切破坏:
岩石在荷载作用下,当剪应力大于该面上的抗剪强度时,岩石发生的破坏称为剪切破坏;
8、莫尔强度理论:
指材料在极限状态下,剪切面上的剪应力就达到了随法向应力和材料性质而定的极限值;
二、计算题
(3)对岩石试样作卸载试验,已知C=12kPa,φ=36º
,当σ1=200MPa时,按莫尔–库伦判据,卸载达到破坏的最大围压σ3是多少?
按莫尔–库论判据:
,由C=12kPa,φ=36º
,σ1=200MPa。
代入上式得σ3=51.91MPa。
三、计算题
(1)如图a,在岩石试样中存在一结构面,
a.试证明按莫尔–库伦强度准则导出的强度判据为:
式中C、φ为结构面参数。
a.由图b知,oo’=
化简即可得:
证毕;
(2)地下岩体中有一结构面,其倾角为40º
当在地下200m深处开挖一洞室,如果利用上题的公式,仅考虑岩体自重应力,问该结构面在该洞室处会否滑动?
(已知γ=26kN/m3,μ=0.17,结构面C=0.4MPa,φ=28º
)
已知:
γ=26kN/m3,μ=0.17,C=0.4MPa,φ=28º
β=40º
h=200m
所以由公式:
=4608.338
5200>
4608.34,故其不会滑动;
九、岩体中的天然应力
1、天然应力:
人类工程活动之前存在于岩体中的应力,称为天然应力或地应力;
2、重分布应力:
地下开挖破坏了岩体天然应力的相对平衡状态,洞室周边岩体将向开挖空间松胀变形,使围岩中的应力产生重分布作用,形成新的应力,这种应力称为重分布应力;
主要地应力测试方法。
a、水压致裂法;
b、钻孔套芯应力解除法;
十、地下洞室围岩稳定性分析
1、围岩:
在岩体中开挖洞室,引起洞室围岩体中应力的重分布,应力重分布范围内的岩体叫做围岩;
5、塑性圈(松动圈):
如重分布应力超过围岩强度极限或屈服极限,造成洞室周边的非弹性位移,这种现象从周边向岩体深处扩展到某一范围,在此范围内的岩体称为塑性圈(松动圈)。
1、在静水压力状态下,围岩应力的分布有何特征?
天然应力为静水压力状态时,围岩内重分布应力与θ角无关,仅与R0和σ0有关,由于τrθ=0,则为主应力,且σr、σθ均为主应力,且σθ恒为最大主应力,σr恒为最小主应力,其分布特征如图所示:
4、方形及矩形洞室的围岩应力分布有何特征?
矩形状洞室的角点或急拐弯处应力集中最大;
长方形短边中点应力集中大于长边中点,而角点处应力大,围岩最易失稳;
当岩体中天然应力σh、σv相差较大时,则应尽量使洞室长轴平行于最大天然应力的作用方向。
(2)一圆形洞室的直径为5m,洞中心埋深610m,岩层密度27kN/m3,泊松比0.25,试求:
洞壁上各点的应力值并绘成曲线(θ=0º
、10º
、20º
、…、90º
)。
(公式7-25)
σv=rh=610×
27/1000=16.47MPa,λ=μ/(1-μ)=1/3=σh/σv,σh=σv/3=5.49
洞壁上各点的应力
10
20
40
50
60
70
80
90
σθ
43.92
42.60
38.78
32.94
25.77
18.15
10.98
5.14
1.32
(4)已知H=100m,a=3m,c=0.3MPa,φ=30º
,γ=27kN/m3,试求:
a.不出现塑性区时的围岩压力;
b.允许塑性圈厚度为2m时的围岩压力。
(公式7-37)
由题意得:
a.当不出现塑性区时,即R=a时:
b.当允许塑性圈厚度为2m时,即
时,
岩体力学复习资料
一、简答题(5×
4′)
1、什么是岩石的全应力应变曲线?
岩石在单周压缩荷载作用下,应变随应力变化的关系曲线,包括
(1)空隙裂隙压密阶段;
(2)弹性变形阶段;
(3)微弹性裂隙稳定发展阶段;
(4)非稳定破裂发展阶段;
(5)破坏后阶段。
2、岩石的蠕变?
岩石的应力保持不变,应变随时间增加而增长的现象。
3、岩体的结构面?
是指地质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面或带,又称为不连续面或带。
4、RQD法?
取值方法?
钻探取芯的岩芯完整程度与岩体的原始裂隙、硬度、均质性等状态相关,钻探取芯的岩芯复原率(岩芯采取率)可表征掩体质量,该表征指标称之为岩体质量指标(RQD);
RQD=Lp/L×
100%(Lp:
大于10cm的岩芯累计长度;
L:
岩芯取芯进尺总长度。
5、地应力?
地应力是指存在于地层中未受扰动的天然应力,也称原岩应力、岩体初始应力或绝对应力。
6、岩石的渗透性?
岩石在一定的水力梯度(I)或压力差作用下,水渗透或穿透岩石的能力。
二、简答题(6×
6′)
1、岩石与岩体的区别与联系。
岩石是由矿物+岩屑在地质作用下按一定规律聚集而成德自然物体,岩体是由岩石、地质部连续面和不连续面内填充物组合成的天然地质体,岩体由于结构面的存在强度远低于岩石的强度。
2、岩石的强度有哪几种类型;
由那几个实验确定其特征值?
岩石的强度有:
单轴抗压强度(单轴压缩实验)、抗拉强度(直接拉伸试验法,劈裂试验法,点载荷试验法,抗弯法试验)、抗剪强度(抗剪断试验)、三轴抗压强度(真三轴加载实验,常规三轴加载实验)。
3、岩体的变形曲线可以分成哪几种类型;
各有什么特点?
(1)岩体压缩变形曲线,特点:
岩体的破坏过程一般呈柔性特征,通常岩体完整性越差,岩体越破碎,应力下降就越小,岩体脆性越差;
(2)岩体剪切变形曲线,特点:
屈服点以后,岩体内某个结构体或面可能先被剪坏,出现应力降,未达到峰值是甚至有多次应力降,当应力降达到一定值时未剪坏部分瞬间破坏,,并伴有大的应力降,随后产生稳定滑移;
(3)岩体法向变形曲线,特点:
法向变形的曲线各异,按P-W曲线和变形特征大致可分为:
直线型、上凹形、上凸形、复合形。
(4)岩体剪切变形曲线,特点:
沿结构面剪切和剪断岩体的剪切曲线明显不同,同时,沿平直光滑结构面和粗糙结构面的剪切曲线也各异。
7、围岩分类及考虑的因素。
围岩分类分为:
把围岩分为I~V类;
考虑的因素有:
岩石结构面及组合状态、岩体特性、地下水状态、岩体结构、岩石强度指标、岩体声波指标、岩心质量指标RQD。
11、水压致裂法基本测量原理。
在竖直钻孔内封隔一段,向其中注入高压水;
压力达到最大值Pb后岩壁破裂压力下降,最终保持恒定以维持裂隙张开;
关闭注液泵,压力因液体流失而迅速下降,裂隙闭合,压力降低变缓,其临界值为瞬时关闭压力P。
完全卸压后再重新注液,得到裂隙的重张压力Pr以及瞬时关压力P。
:
最后通过印模器或钻孔电视纪录裂缝的方向,由Pb,Pr,P。
就可以确定水平应力和岩体的抗拉强度。
12、什么叫套孔应力解除法,基本原理和实验步骤?
套孔应力解除法即全应力解除法,其基本原理是在钻孔孔底部位安装位移和应变测量元件,利用套芯钻头实现套孔岩芯的完全应力解除,通过测量套孔岩芯应力解除前后钻孔孔径的变化、孔底应变变化或孔壁表面应变变化值来确定地应力值及其方向;
实验步骤:
(1)选定测量岩体表面,并采用大孔径钻头钻孔至测量岩体一定深度部位;
(2)在大孔径孔底钻与选用探头直径匹配的同心小孔,以便安装量测探头;
(3)利用专用装置在小孔中央部位安装好孔径变形计、孔壁应变计等测量探头;
(4)用与大孔直径相同套芯钻头延深大孔,使小孔周围岩芯实现应力解除。
三、分析题(2×
10′)(答案并不完全)
3、支护结构与围岩的相互作用(围岩位移及支护特性曲线)
参考课本182页简图。
四、论述题(2×
12′)
1、工程岩体分类(3个以上);
论述它的分类依据。
(1)岩石质量指标(RQD)分类,分类依据:
钻探取芯的岩芯采取率;
(2)[BQ]
(3)RMR分类,分类依据:
完整岩石强度,岩石质量指标,节理间距,节理条件,地下水条件。
- 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 复习资料