岩体力学考试复习资料（共6篇）
篇1：岩体力学考试复习资料
《岩体力学》课程教学大纲 撰写人： 学院审批：审批时间：年月日一．课程基本信息 开课单位：土木工程与建筑学院 课程编号：01z20044b 英文名称：Rock Mass Mechanics
学时：总计32学时，其中理论授课32学时，实验（含上机）0学时 学分：2.０学分
面向对象：2008级及以后年级的土木工程与工程管理本科专业学生 先修课程：《高等数学》、《土木工程概论》、《材料力学》、《普通地质学》、《弹性力学》、《工程地质》、《计算机文化基础》等。教材：《岩体力学》，沈明荣，陈建峰编著，上海：同济大学出版社，2006年07月，第三版。主要教学参考书或资料： 1.《岩体力学》，阳生权，阳军生编著，北京：机械工业出版社，2008年09月，第一版。2.《岩石力学》，徐志英编著，北京：水利水电出版社，2007年07月，第三版。3.《岩石力学》，张永兴编著，北京：中国建筑工业出版社，2008年03月，第二版。4.GB 50218—94 工程岩体分级标准． 5.GB 50021—2001 岩土工程勘察规范． 6.《岩土工程手册》，岩土工程手册编委会编著，北京：中国建筑工业出版社，1999。二．教学目的和任务
岩体力学是一门应用型基础学科，是属土木工程专业任选课。本课程的教学目的是通过课堂教学，使学生掌握岩石、岩体的基本概念，掌握地下洞室、岩质边坡和地基工程的稳定性分析方法及其基本的设计方法，并了解岩体力学的新理论新方法，掌握常用试验、测试的原理与方法。
三．教学目标和要求
通过本课程的学习，充分理解并掌握岩石基本参数的概念，影响因素，试验方法；掌握莫尔强度理论和格里菲斯强度理论；对工程中一般岩体力学问题具有一定的分析和计算能力，如洞室围岩稳定性分析、岩质边坡稳定性分析、坝基稳定性分析等．同时，学生具有正确进行数字计算的能力，掌握测量岩石主要参数的操作能力，具有分析试验数据和编写报告的能力。四．教学内容、学时分配及其基本要求 第一章 绪言（学时：２)授课内容：岩体力学的定义、岩体与岩石的区别和联系、岩体力学的发展历史与现状、岩体力学的研究任务与内容、常见岩体工程问题以及学习和研究岩体力学与工程问题的常用方法。基本要求：掌握岩体力学和岩体工程的定义，了解岩石与岩体的基本区别和联系。了解常见岩体工程问题，了解岩体力学发展历史与现状，以及学习和研究岩体力学与工程问题的常用方法。
岩石的基本物理力学性质（学时：４）
授课内容：岩石的基本物理性质，岩石的强度特性，岩石的变形特性，岩石的强度理论。基本要求：了解岩石的基本物理性质；一般掌握岩石物理特性、强度的测量方法；了解岩石的成分及结构与力学性质的关系；重点掌握岩石在拉伸、单向压缩、剪切、三轴压缩条件下的强度和变形特性，常用的岩体强度理论中的格里菲斯强度理论、莫尔强度理论，并能够运用有关理论解决有关岩石力学问题。岩体的动力学性质（学时：２）授课内容：岩体中应力波类型及传播、影响岩体弹性波速度的因素。
基本要求：了解岩石的波动特性，掌握弹性波在固体中的传播的运动方程；重点掌握岩体弹性波速度的测定与分析，影响岩体波速的因素；了解岩体的其他动力学特性。岩体的基本力学性质（学时：４）
授课内容：岩体结构面的分析，结构面的变形特性，结构面的剪切强度特性，结构面的 力学效应，碎块岩体的破坏，岩体的应力－应变分析，岩体力学性质的现场测试。
基本要求：了解岩体结构面的概念、分类和结构面的几何特征；掌握结构面的变形特性，结构面的力学效应；了解碎块岩体的破坏方式；重点掌握岩体的应力－应变分析，了解变形模量计算方法；了解岩体力学性能的现场测试方法，掌握千斤顶法荷载试验和现场三轴强度试验方法与结果计算。
工程岩体分类（学时：２）授课内容：工程岩体分类的目的与原则，工程岩体代表性分类简介，我国工程岩体分级标准。基本要求：了解工程岩体分类的目的和原则；掌握工程岩体代表性分类方；重点掌握我国工程岩体分级标准中的RQ和BQ分类方法，并能够学会应用。岩体的初始应力状态（学时：４）
授课内容：岩体初始应力场及其影响因素，岩体初始应力场的分布规律，岩体初始应力 的量测方法，高地应力地区主要岩体力学问题。
基本要求：掌握初始应力状态的概念和意义、岩体初始应力场的计算，重点掌握初始应力场的分布规律，两种应力场（自重应力场和构造应力场）的特征；并了解高地应力地区的主要岩石力学问题。
岩体力学在洞室工程的应用（学时：４）授课内容：深埋圆形洞室弹性分布的二次应力状态，深埋圆形洞室弹塑性分布的二次应力状态，节理岩体中深埋圆形洞室的剪裂区及应力计算，围岩压力，围岩的松动压力计算，围岩的塑性形变压力计算，新奥法简介。基本要求：了解岩体二次应力状态的基本概念，掌握深埋圆形洞室二次应力状态的弹性分布，深埋圆形洞室弹塑性分布的二次应力状态，节理岩体中深埋圆形洞室的剪裂区及应力分析；重点掌握围岩压力、松散岩体的围岩压力、塑性变形压力等的概念和计算；了解新奥法。岩体力学在边坡工程中的应用（学时：４）
授课内容：边坡岩体中应力分布特征，边坡岩体的变形与破坏，边坡稳定性分析，岩质边坡的加固措施。
基本要求：了解岩体边坡应力重分布特征；掌握岩质边坡的破坏机理和破坏模式，岩质边坡稳定性评价的基本分析和评价方法，常用的岩质边坡设计方法及边坡支护技术。岩体力学在岩基工程中的应用（学时：４学时）
授课内容：岩基上的基础形式，岩基上基础的沉降，岩基的承载力，岩基的抗滑稳定性，岩基的加固措施。
基本要求：掌握岩体地基的基本概念、类型，岩体地基应力分布规律和变形、破坏模式，岩体地基承载力的确定方法。
岩体力学数值分析方法及研究展望（学时：２）
授课内容：岩体力学的发展与其他地质学科、力学学科间的联系；岩石力学试 验与测试方法的进展；数值分析在岩石力学中的应用和进展。
基本要求：了解岩体力学的发展与其他地质学科、力学学科间的联系；了解岩石力学试 验与测试方法的进展；掌握数值分析在岩石力学中的应用和进展，重点掌握有限元法的原理和应用的要点。五．教学方法及手段 课堂采用多媒体教学；选择适当内容采用学生自学自讲及课堂讨论等灵活方式进行。六．考核方式及考核方法
考核方式包括两部分：其中一部分为平时考核，以作业和课堂讨论的方法进行，考核成绩为总成绩的30％；另外一部分为期终考核，采用闭卷或结合实际开卷的方法进行，考核成绩为总成绩的70％．主要考查学生对所学知识的运用能力。
篇2：岩体力学考试复习资料
1、岩体力学的定义：岩体力学主要是研究岩体和岩体力学性能的一门学科，是探讨岩石和岩体在其周围物理环境（力场、温度场、地下水等）发生变化后，做出响应的一门力学分支。
2、何谓岩石？何谓岩体？岩石与岩体有何不同之处？1）岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体。2）岩体：一定工程范围内的自然地质体。3）不同之处：岩体是由岩石块和各种各样的结构面的综合体。
3、何谓岩体结构？岩体结构的两大要素是什么？（1）岩体结构是指结构面的发育程度及其组合关系；或者是指结构体的规模、形态及其排列形式所表现的空间形态。（2）结构体和结构面。
4、中科院地质所提出的岩体结构可分为那六大类型？块状、镶嵌、层状、碎裂、层状碎裂、松散结构
5、岩体有哪些特征？（1）不连续；受结构面控制，岩块可看作连续。（2）各向异性；结构面有一定的排列趋势，不同方向力学性质不同。（3）不均匀性；岩体中的结构面方向、分布、密度及被结构面切割成的岩块的大小、形状和镶嵌情况等在各部位不同，各部位的力学性质不同。（4）赋存地质因子特性（水、气、热、初应力）都会对岩体有一定作用。
二、物理力学性质
1、岩石有哪些物理力学参数？岩石的质量指标，水理性质指标，描述岩石风化能力指标，完整岩石的单轴抗压强度，抗拉强度，剪切强度，三向压缩强度和各种受力状态相对应的变形特性。
2、影响岩石强度特征的主要因素有哪些？对单轴抗压强度的影响因素有承压板、岩石试件尺寸及形状（形状、尺寸、高径比），加载速率、环境（含水率、温度）。对三相压缩强度的影响因素：侧向压力、试件尺寸与加载速率、加载路径、空隙压力。
3、何谓岩石的应力应变全过程曲线？所谓应力应变全过程曲线是指在刚性实验机上进行实验所获得的包括岩石达到峰值应力之后的应力应变曲线。
5、试比较莫尔强度理论、格里菲斯强度理论和 E.Hoek 和.T.Brown 提出的经验强度理论的优缺点：莫尔强度理论优点是使用方便，物理意义明确；缺点是1不能从岩石破坏机理上解释其破坏特征2忽略了中间主应力对岩石强度的影响；格尔菲斯强度理论优点是明确阐明了脆性材料破裂的原因、破裂所需能量及破裂扩展方向；缺点是仅考虑岩石开裂并非宏观上破坏的缘故。E.hoek和E.T.brown提出的经验理论与莫尔强度理论很相似其优点是能够用曲线来表示岩石的强度，但是缺点是表达式稍显复杂。
6、典型的岩石蠕变曲线有哪些特征？典型的岩石蠕变曲线分三个阶段第Ⅰ阶段：称为初始蠕变段或者叫瞬态蠕变阶段。在此阶段的应变一时间曲线向下弯曲；应变与时间大致呈对数关系，即ε∝㏒t。第Ⅱ阶段：称为等速蠕变段或稳定蠕变段。在此阶段内变形缓慢，应变与时间近于线性关系。第Ⅲ阶段：称为加速蠕变段非稳态蠕变阶段。此阶段内呈加速蠕变，将导致岩石的迅速破坏。
7、有哪三种基本的力学介质模型？1）弹性介质模型；2）塑性介质模型（理想塑性模型、有硬化塑.性介质模型）；3)黏性介质模型
8、基本介质模型的串联和并联的力学特征有何不同？串联E和h，每个元素的力相等；总应变=分应变之和。基本模型，两元件并联，使它所表现的变形特征与马克斯维尔模型有所不同。根据两个基本力学模型并联的力学特征，当外力作用于模型的两端时，两个模型产生的应变相等，而其应力为弹簧所受的应力与粘壶所受的应力之和。
9、岩石在单轴和三轴压缩应力作用下，其破坏特征有何异同？单轴破坏形态有两类：圆锥形破坏，原因：压板两端存在摩擦力，箍作用（又称端部效应），在工程中也会出现；柱状劈裂破坏，张拉破坏（岩石的抗拉强度远小于抗压强度）是岩石单向压缩破坏的真实反映（消除了端部效应），消除试件端部约束的方法，润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部），加长试件。三轴压缩应力：低围压，围压作用不明显，接近单轴压缩破坏形式；中围压，斜面剪切破坏；高围压,塑性流动性破坏。
11、有一云母片岩试件，其力学性质在沿片理方向A 和 垂直片理方向B 表现出明显的各向异性，试问：1）试件在A向和 B 向受到相同的单向压力时，变形哪个方向更大？弹性模量哪个更大？为什么？2）岩石试件的单轴抗压强度哪个更大？为什么？
答：1）在相同单向压力作用下B向变形更大，因为B向包含片理的法向闭合变形，相对A而言，对岩石的变形贡献大。相应的弹性模量则是A向大，根据应力应变关系可知，在应力相同的情况下，A向应变小于B向应变，故A向弹性模量大。2）单轴抗压强度B向大，因为B向为剪断片理破坏，实为岩块抗压强度。A向由于结构面的弱抗拉效应，岩石产生拉破坏，降低了岩石单轴抗压强度。
三、岩体动力学性质
1、如何测试岩块和岩体弹性波波速？ 1）岩块声波速度测试：测试仪器主要是岩石超声波参数测定仪和纵横波换能器。测试时，把纵横波换能器放在岩块试件的两端。测定纵波速度时宜采用凡士林或黄油作耦合剂，测定横波速度时宜采用铝箔或铜箔作耦合剂测试结束后，应测定超声波在标准有机玻璃中的传播时间，绘制时距曲线并确定仪器系统的零延时。vp=L/（tp-t0），vs=L/（ts-t0）
2）岩体声波速度测试：测点表面应大致修凿平整并擦净，纵波换能器应涂厚1-2mm的凡士林或黄油，横波换能器应垫多层铝箔或铜箔，并应将换能器放置在测点上压紧。在钻孔或风钻孔中进行岩体声波速度测试时，钻孔或风钻孔应冲洗干净，并在孔内注满水，水即作为耦合剂，而对软岩宜采用干孔测试。
2、影响岩体弹性波波速的因素有哪些？1）岩体弹性波速与岩体种类、岩石密度和生成年代有关.2、岩体波速与岩体中裂隙或夹层的关系：34岩体波速与岩体的有效孔隙率n及吸水率Wf有关
4、岩体波速与各向异性性质有关
5、岩体受压应力对弹性波传播的影响。
3、用岩体弹性波速度确定地下工程围岩松动圈（塑性圈）范围的依据是什么？根据岩体弹性波速度随裂隙的增多和应力的减小而降低的原理，在松动圈内，由于岩体破碎且属低应力区，因而波速较小，当进入松动圈边界完整岩体区域，应力较高，波速达到最大，之后波速又逐渐减小至一定值。根据波速随深度变化曲线，可确定松动圈厚度，其边界在波速最大值深度附近。
四、岩体基本力学性质
1、描述结构面的参数及其所表达的含义：
2、阐述结构面法向弹性变形的假设条件和计算方法。
3、阐述结构面法向变形的三个分量。
4、阐述结构面法剪切位移的类型及其特征。
5、阐述结构面强度表达式及其与莫尔应力圆的几何关系。
6、简述结构面的面摩擦效应。
7、简述结构面的楔效应摩擦的三种评价方法。
8、阐述结构面与主应力面的夹角对极限最大主应力的影响。
9、阐述带有单一结构面的岩体的力学效应的分析方法。
10、阐述孔隙水压力对单一结构面的岩体强度的影响。
11、阐述岩体的变形曲线及其变形参数的确定方法。
五、工程分类、1、简述围岩分类的目的和意义：（1）为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供必要的基本依据。（2）便于施工方法的总结,交流,推广。（3）为便于行业内技术改革和管理。
2、阐述围岩分类有哪些原则？（1）有明确的类级和适用对象。（2）有定量的指标。（3）类级一般分五级为宜。（4）分类方法简单明了、数字便于记忆和应用。（5）根据适用对象，选择考虑因素。
3、简述围岩分类的基本方法：按岩石的单轴抗压强度RC 分类；以点荷载强度指标分类；按巷道岩石稳定性分类；前苏联巴库地铁分类；按岩体完整性分类；按岩体综合指标分类。
4、简述岩石质量指标RQD 的定义及评价方法：RQD是选用坚固完整的、其长度大于等于10cm的岩芯总长度与钻孔长度的比。评价方法：岩石的RQD与岩体完整性关系密切，RQD与体积节理数JV之间存在下列统计关系：RQD=115—3.3JV（%），对于JV小于等于4.5的岩体，其RQD=100%
5、阐述巴顿（Barton）Q 分类采用了哪些参数？它们代表了何种含义？采用了六个参数：RQD：岩体质量指标。Jn节理的组织数系数。Jr节理的粗糙度系数。Ja节理的饰变系数。JW地下水的影响系数。SRF应力折减系数。
6、阐述国际岩体分级采用了哪两种方法？采用了定性、定量两种方法分别确定岩体质量的好坏，相互协调、相互调整，最终确定岩石的坚硬程度与岩体完整性指数。
7、阐述国际岩体分级采用了哪些指标作为分级的基本参数？
（一）确定岩体基本质量：1.定量确定岩体基本质量，包括岩石坚硬程度的确定、岩体完整程度的确定。2.定性确定岩体基本质量，也包括岩石坚硬程度的确定、岩体完整程度的确定。
（二）基本质量分级：岩体基本质量指标；岩体基本质量的确定。
（三）具体工程岩体质量分级的确定。
8、阐述在国际岩体分级中，对地下工程的岩体基本质量指标的修正，考虑了哪些因素的影响？地下水影响修正系数；主要软弱结构面产状影响修正系数：初始应力状态响修正系数
六、地应力
1、何谓岩体的初始应力？岩体的初始应力主要是由什么引起的？影响岩体的初始应力场的因素一般有哪些？初始应力：天然状态下岩体内的应力，又称地应力、原岩应力。由岩体的自重和地质构造所引起。因素：自重.地质构造——主要因素；地形地貌.地震力.水压力.地热——次要因素。
3、正断层、逆断层、平移断层的最大主应力和最小主应力的作用方向如何？对于正断层，自重应力为最大主应力，方向竖直向下，最小主应力与断层走向正交；对于逆断层，自重应力为最小主应力，方向竖直向下，而最大主应力与断层走向正交；对于平移断层，自重为中主应力，最大主应力与断层走向成30-45度得夹角，最大和最小都为水平方向。
4、地壳浅部岩体初始应力的分布有哪些基本规律？水平应力普遍大于垂直应力。垂直应力在大多数情况下，为最小主应力；在少数情况小，为中间主应力；只有个别情况下为最大主应力。
5、岩体的初始应力的量测方法有哪些？各自的原理、量测步骤、应用是什么？1.水压致裂法2.应力解除法3.应力恢复法4.声发射法；步骤：【1】试件制备【2】声发射测试【3】计算地应力。
6、高地应力现象有哪些？其判别准则是什么？现象：1.岩芯饼化现象；2.岩爆；3.探洞和地下隧洞的洞壁产生剥离；4.岩质基坑底部隆起，剥离以及回弹错动现象；5野外原位测试测得得岩体物理力学指标比实验室试验结果高。判别准则：当围岩内部的围岩强度与最大地应力的比值达到某一水平时，才能称为高地应力或极高地应力。
7、岩爆的类型和发生条件是什么？工程上如何防治岩爆？类型：【1】破裂松脱型，【2】爆裂弹射型，【3】爆炸抛射型。条件：1.地下开挖，洞室空间的形成。2.岩体承受极限应力产生初始破裂后剩余弹性变形能的集中释放量将决定岩爆的弹射程度。3.围岩应力重分布和集中将导致围岩积累大量弹性变形能。防治：1.围岩加固；2.改善围岩应力条件；3.保证施工安全。
七、地下洞室
1、何谓岩体的二次应力？分析二次应力时考虑了哪些假定条件？
2、何谓围岩压力？围岩压力的影响因素有哪些？
3、如何计算弹性状态下围岩的二次应力、位移和应变？它们有哪些规律？
4、如何计算弹塑性状态下圆形洞室围岩的二次应力？它有哪些规律？
5、如何确定节理岩体的剪裂区范围、应力和剪裂区的半径？
6、计算岩体的松动压力有几种方法？它们是如何计算岩体的松动压力的？
7、计算岩体的塑性形变压力有几种方法？它们是如何计算岩体的塑性形变压力的？
8、简述新奥法建设隧道的基本思想。
八、边坡
1、岩质边坡应力分布有哪些特征？其影响因素有哪些？
2、岩质边坡的变形与破坏有哪些类型？不同类型其破坏机理有何区别？
3、岩质边坡极限平衡稳定性分析的方法主要有哪些？简述各方法的力学模型和适用范围。
4、岩质边坡的加固措施有哪些？
九、地基
1、岩基有那些特点？岩基上常规的基础形式有哪几种？
2、岩基上柔性基础和刚性基础其基础沉降计算有何区别？
3、岩基破坏模式有哪几种？如何确定岩基承载力？
4、重力坝坝基破坏模式有哪些？如何计算不同破坏模式下坝基的稳定性？
5、岩基的加固措施主要有哪些？
1、纵波波速Vpm=4167m/s,岩体密度ρ=2.45g/cm³,室内测得岩块试件纵波波速Vpr=3536m/s,求这种岩体的静弹性模量E。
2、已知5000m深处某岩体侧压力系数λ=0.8，泊松比μ=0.25。在岩体被剥蚀掉2000m后侧压力系数是多少？
一、名词释义
结构面:指地质历史发展过程中，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在地质历史过程中形成的，由岩石单元体和结构面网络组成的，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颗粒密度岩石固体相部分的质量与其体积的比值。块体密度(岩石密度):指岩石单位体积内的质量。
弹性:在一定的应力范围内物体受外力作用产生的全部变形去除外力后能立即恢复原有形状和尺寸。
塑性:物体受力后产生变形，在外力去除后不能完全回复的性质。
粘性:物体受力后变形不能再瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质。脆性:物体受力后变形很小时就发生碎裂的性质。
延性:物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质。
流变:在外部条件不变的情况下，岩石的变形或应力随时间的变化的现象 弹性后效：应变恢复总是落后于应力的现象
单轴抗压强度：在单向压缩条件下，岩块能承受的最大压应力
法向刚度:在法向应力作用下，结构面产生单位法向变形所需的应力
剪切强度:岩体内任一方向剪切面在法向应力作用下所能抵抗的最大剪应力 天然应力:人类工程活动之前存在于岩体中的应力
重分布应力:岩体中由于工程活动改变后的应力天然应力比值系数:岩体中天然水平应力与铅直应力之比
岩爆:高地应力地区由于洞壁围岩中应力高度集中使围岩产生突发性变形破坏的现象.围岩压力:地下洞室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.围岩抗力:围岩对衬砌的反力,使洞壁围岩产生一个单位径向变形所需要的内水压力 蠕变:岩石在恒定的荷载作用下，变形随时间逐渐增大的性质 尺寸效应：试件尺寸越大，岩块强度越低 剪胀角：剪切位移线与水平的夹角
岩（体）石力学：是力学的一个分支学科，是研究岩（体）石在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的一门基础学科。
工程岩体力学:为各类建筑工程及采矿工程等服务的岩体力学
篇3：岩体力学参数确定方法研究
理论和实践都表明:模型的准确度和参数的精确度是保证模型计算结果正确性的基础,岩体参数的不准确是数值计算产生“垃圾进、垃圾出”的根本原因。本文结合理论与实践成果,对岩体参数确定的方法进行探讨,可以结合具体工程实际对这些方法做出恰当的选择,以指导工程实践。
1 岩体参数的确定方法
岩体参数的确定方法多种多样,本着参数选择合理和易于获取的原则,我们对如下方法进行探讨:室内试验、位移反分析、现场试验、现场工程地质调查和室内计算。
1.1 室内试验
这种方法应用最多,工程界最熟悉。主要有:通过岩体的单轴压缩试验确定岩体的单轴抗压强度,弹性模量和泊松比。通过岩体的三轴压缩试验确定岩体的抗剪强度———内聚力和摩擦角通过岩体卸围压试验研究岩体卸荷过程中的变形和能量变化特点,确定卸载时岩体的参数,如弹模、泊松比、内聚力、摩擦角。
1.2 位移反分析
位移反分析方法是根据现场实测的位移值,计算地应力和材料性质等参数,可采用解析法、有限元等方法以及弹性、弹塑性等本构模型进行求解。而位移反分析的方法主要分为两类:直接逼近法和逆过程法。由于围岩本构关系的复杂性,目前的逆过程方法的位移反分析研究计算大都采用了线弹性等假设,这样就与工程实际情况相去甚远。
1)弹塑性边界元位移直接反演法。
设垂直地应力σy、围岩C,φ和μ,洞室形态、支护参数和施工方法已知。假定围岩弹性模量E和水平地应力σx,通过弹塑性边界元法求出洞室周边位移(或周边位移、围岩压力等),将计算位移和对应实测位移进行比较:
其中,m为测点总数;Uk为计算位移;Uk*为对应点的实测位移。
经优化求解,使式(1)的偏差值满足一定精度时,即为所求围岩弹性模量和水平地应力σx值。
2)弹塑性有限元位移直接反演法。
本方法基本同弹塑性边界元位移直接反演法,区别在于采用了弹塑性有限元。
1.3 现场原位试验
1)岩体抗剪试验。
采用平推法直剪试验。先开挖一长×宽×高=3 m×1.5 m×1.5 m的试验洞,在试验洞开挖以后,清除洞底受扰动岩体,在预定试验部位手工刻凿方形试体,试体边长不小于50 cm,高度不小于33 cm,试体表面及周围岩面应修凿平整。试体加工完成后浇筑加筋混凝土保护套,保护套边长50 cm,高30 cm,其下部预留1.5 cm的剪切缝。在保护套养护10 d后即可进行试验。试验采用液压千斤顶加荷,其中法向荷载加荷方向位于试体中心并垂直预定剪切面,剪切荷载加荷方向平行预定剪切面并通过试体中心。剪切位移和法向位移测表采用百分表,分别为4块,布置于试体对称位置。加荷时法向荷载一次施加完毕,受围岩稳定性影响,预定最大正应力为5 MPa;剪切荷载按预估最大剪应力的8等分~12等分每5 min一次逐级施加,剪断后继续施加直到测出残余值为止。抗剪断试验完成后再按照以上程序进行抗剪摩擦试验。试验完成后根据剪应力(τ)及剪应变(w)绘制τ—w曲线,再根据曲线确定抗剪断的比例极限、屈服极限、峰值、残余值及抗剪试验的峰值,然后分别按照各点的正应力(σ)绘制各阶段的τ—σ曲线,最后由库仑公式τ=σ·tg+C确定出岩体的内摩擦角(φ)及粘聚力(C)。
2)岩体变形试验。
采用刚性承压板法进行试验,承压板直径45 cm。加压方式采用逐级一次循环法。试点加工人工刻凿,试验面直径不小于70 cm。试验面起伏差应小于5 mm。采用液压千斤顶加压,试验时先清洗试验面,再在试验面上铺一层加有速凝剂的水泥浆,安装承压板并挤出多余水泥浆,再安装加荷系统,必须保证加荷方向位于承压板中心并垂直承压板。待水泥浆凝固后即可进行试验。变形采用4块千分表或百分表对称垂直布置于承压板边缘观测。按照预定压力5等分逐级每级5次加、卸压力。试验完成后绘制应力—应变(P—w)曲线,并根据以下公式计算:
其中,E为以全变形代入时为变形模量,以弹性变形代入时为弹性模量;P为压力;D为承压板直径;μ为泊松比;w为(全变形或弹性变形)计算岩体的变形模量或弹性模量。
1.4 现场工程地质调查和室内计算结合确定岩体力学参数
通过现场工程地质调查,对隧道侧壁和掌子面进行地质素描,量测岩体的RQD值、不连续面间距,记录不连续面状况(包括张开度、粗糙度、填充物等),以及岩体的赋存环境———地下水情况、地应力水平。根据岩体地质力学分类体系,对岩体的每一项指标(岩块的单轴抗压强度、RQD值、不连续面间距、不连续面状况、地下水状况)进行打分,分别确定出岩体在干燥状态下的RMR值(RMRDry)以及考虑地下水状况的RMR值(RMRBasic);根据GSI量化表确定岩体的GSI值。根据岩体的RMR值和GSI值,结合经验公式以及Hoek-Brown岩体强度准则,利用编写的程序,快速确定岩体的强度参数(单轴抗压强度、内聚力和摩擦角)和变形参数(弹性模量)。流程图如图1所示。
2 结语
本文结合理论分析和实践成果,探讨了室内试验、位移反分析、现场试验、现场工程地质调查和室内计算等确定岩体参数的方法。必要时可以采用几种方法结合起来,以综合确定岩体参数。这些方法对工程设计与施工都有重要的参考价值和指导意义。
摘要：结合理论及实践成果,研究探讨了岩体力学参数的确定方法,方法大致有:室内试验、现场试验、位移反分析、现场工程地质调查和室内计算等,从而准确确定岩体参数,保证模型计算结果的正确性。
关键词：岩体参数,室内试验,现场试验,位移反分析,室内计算
参考文献
[1]关宝树.地下工程[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]荣先成.有限元法[M].成都:西南交通大学出版社,2005.
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[4]陈良森,李长春.关于岩石的本构关系[J].力学进展,1992,22(1):49-50.
[5]关宝树.隧道工程设计要点集[M].北京:人民交通出版社,2003.
篇4：裂隙岩体水力学模型的建立
【摘要】库岸边坡常因库水位变动而失稳，并且岩体在漫长的地质历史时期内经历了多次反复的地质作用，经受过变形、破坏，形成了一定岩石成分和结构，尤其是岩石里面的节理裂隙，由于水在裂隙中流动，影响岩石的各种特性，控制着岩体的变性破坏特征，但是传统的连续介质模型很难反映出水在裂隙中的流动规律，本文简单论述一下如何运用UDEC建立斜坡离散裂隙网络数值模拟计算模型，可以更加正确的反映岩石内部的结构和构造。
【关键词】斜坡；库水；UDEC；离散裂隙网络数值模拟计算模型
1、引言
库岸边坡常因库水位变动而失稳，尤其是岩石里面的节理裂隙，由于水在裂隙中流动，影响岩石的各种特性，控制着岩体的变性破坏特征。本文简单论述一下如何运用UDEC建立斜坡离散裂隙网络数值模拟计算模型，可以更加正确的反映岩石内部的结构和构造。从而可以帮助我们揭示一些裂隙岩体边坡在各种水的作用下的下变形机制，为一些岩质边坡的防治提供科学的理论依据。
2、离散单元法的基本原理
离散单元法是1970年由Cundall首次提出的，于1986年由王永嘉引入我国，是专门针对不连续介质问题提出的数值模拟解决方法，它对于边坡稳定性的研究是将所研究的边坡岩土体划分为一个个小块，通过每一个小块间的相互作用，以及力与位移的相互作用建立方程。通过一次次的迭代，配合所建立的平衡方程，使每一个小块都达到平衡状态。由于离散单元法是通过计算块体之间的作用得到的结果，所以这种方法可以分析实际岩块间大位移的情况，而且可以详细的解析出岩体内部应力与应变的分布情况。它还有一个重要特点，既其求解平衡方程是利用时间差分法。因此该方法在实际工程中可以弥补有限元法的缺点，进而求解非均质和不连续体的大位移和大变形的问题。
2.1离散元程序UDEC
UDEC（Universal Distinct Element Code）是一款由ITASCA公司基于离散单元法原理开发并推广应用的二维的大型商用数值模拟软件。UDEC对模拟节理化岩体材料介质在准静态及准动态荷载条件下的反应过程特别合适，它不但能够实现接触脱离的模拟，而且可以自动侦测并识别新的接触产生，并模拟其力学行为。UDEC数值分析程序是为一系列工程问题开发的专业求解工具，例如：它可以应用于地下结构、地震、矿山、核废料处理、能源等问题的研究。
2.2裂隙岩体离散裂隙网络介质模型研究
岩石中有很多断层、节理、裂隙，统称为结构面，在岩石水力学中都称之为裂隙。水在裂隙岩石中的运动规律非常复杂，任何一种数学模型都很难正确的反映岩体渗流的真实规律性。岩石中有很多断层、节理、裂隙，统称为结构面，在岩石水力学中都称之为裂隙。水在裂隙岩石中的运动规律非常复杂，任何一种数学模型都很难正确的反映岩体渗流的真实规律性。实际工程中的大量岩质边坡的失稳破坏不仅仅是一个岩体对水或单纯的水对岩体的作用问题，而是水—岩耦合作用的研究，所以建立合理可行的裂隙岩体水力学模型是至关重要的。
水在裂隙岩石中的运动规律非常复杂，任何一种数学模型都很难正确的反映水在裂隙岩体中运动的实际规律。
目前主要有下面三种裂隙岩体水力学模型：第一，拟连续介质模型；第二，离散介质模型；第三，双重介质模型。这几种模型前面第一章有介绍过。三种模型各有其特点，但均存在计算工作量巨大和难以满足实际工程精度要求等缺陷，为避免这类缺陷，采用分形理论，并根据裂隙发育规模与工程尺度的关系，提出了基于岩体与流体相互作用的拟连续介质模型和离散介质模型耦合的计算模型。对于岩体中大的裂隙断层之类采用离散介质模型，对于含有小的裂隙、微裂隙的岩体采用拟连续介质模型，然后根据两类介质接触处的水头相等及位移连续从而建立裂隙岩体水力学模型。在该模型中首次提出了跨越尺度效应的渗透张量表达式。耦合模型使用离散介质渗透理论描述岩体主干裂隙中的水运动，使用连续介质渗流理论来描述岩体次要裂隙及孔隙的储水性质。
离散裂隙网络介质模型就是把岩块本身确定为不透水，水只沿裂隙流动，地下水的运动规律是通过岩体内部的裂隙网络反应的。对于表征单元不存在或者存在但是很大的岩体，离散裂隙网络模型更适合分析这类岩体的渗流特征。本文就是通过离散元软件UDEC建立离散裂隙网络介质模型，根据边坡典型剖面，通过提取坐标建立块体单元，然后根据其中的层面和统计的节理，将编制的程序导入到UDEC中生成裂隙岩体离散裂隙网络介质模型（DFN）。
3、模型建立举例
选取一岩质边坡剖面图，考虑其内部的岩层层面和断层面建立地质概化模型，具体见图1。在对此概化模型进行网格剖分时，考虑到库水对岸坡的影响，岸坡剖面剖分的相对较密，采用UDEC软件自动生成的三角形网格进行剖分，这样处理在不影响模拟效果的同时能节省大量机时。共剖分273个块体，16663个单元，10674个结点（图2）。然后选取一定的参数和工况，进行数值模拟，就可以得到边坡水压力场、变形特性、应力场特性、斜坡稳定性等。
4、结论及展望
本文简单论述一下如何运用UDEC建立斜坡离散裂隙网络数值模拟计算模型，离散裂隙网络模型跟传统的拟连续介质模型比较，可以更加正确的反映岩石内部的结构和构造，运用离散裂隙网络介质模型可以更加准确的模拟水在裂隙岩体中的运动规律。
参考文献
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[2]陶振宇，窦铁生.关于岩石水力模型[J].力学进展，1994，24（3）：409-417.
篇5：岩体力学考试复习资料
一、课程内容及教学安排
1.教材选择。
目前国内岩体力学教材比较多，侧重点也有所不同，通过对国内其他兄弟院校授课教材调研发现，基本上都是采用本校权威教授所编的教材或者是国家规划教材。结合我校地质学专业特色及课程教学团队经验，采用我校刘佑荣教授所编的，由中国地质大学出版社出版的《岩体力学》教材;又再次对教材进行了重新编审，由北京化工出版社出版了修订版的《岩体力学》教材，对部分章节进行了合并，并增加了目前国内外研究方面的成果，例如结构面网络模拟等内容。近2年授课则是以这本修编教材为主，但在部分章节的授课中也兼顾了蔡美峰主编的《岩石力学与工程》教材，供学生课后学习，以满足本专业学生对岩体力学知识的需求。
2.课程内容优化。
结合教材的内容编排，主要从以下几方面的内容来进行重点讲解，包括岩体的地质特征，岩体的物理、地下洞室围岩应力重分布，边坡岩体稳定性分析等内容。在具体内容编排中也适当地增加了部分内容，如在岩体的地质特征章节，补充安排了工程岩体分类等内容;在岩体强度与变形性质方面，增加了地下工程岩体分级标准及体系的相关介绍;在内容编排上突出地下建筑方向的专业特点及需求。
3.教学学时安排。
本课程的课时安排在第三学年的第五学期，总学时为40个学时，2.5个学分，其中课堂教学34个学时，实验课6个学时。本门课程是在系统学习完理论力学、材料力学等力学基础课后进行开设的。
二、课程教学方法改革
1.围绕专业工程实例展开授课。《岩体力学》课本身就是实践性特别强的一门课，在进行每一章节的授课时，可以多以工程实例来展开，尤其是国内外比较知名的工程实例，多多采用照片、录像等生动形象的方式，来增加学生的感性认识，使学生投入其中，增强学生学习的兴趣及热情。例如，在讲第五章地应力的时候，可以结合水利水电工程中，如锦屏电站的高地应力问题来说明地应力研究的重要性;在讲边坡工程，可以选用大量边坡地质灾害的图片。由问题入手，来追根溯源找到解决问题的源头。
2.结合专业方向特色来授课。岩体力学作为土木工程、地质工程、采矿工程等诸多工程的主干专业课，面对的专业层次不尽相同，在授课的时候尽量能结合专业背景展开。针对地下建筑工程方向的学生，要从学生的专业方向特色及专业需求来阐述。作为土木工程地下建筑方向的本科生，《岩体力学》这门学科的发展都与地下工程的发展是密不可分的。从本质来讲，纵观岩体力学发展的几个重要阶段，从19世纪末～20世纪初的初始阶段诞生的静水压力理论、侧压系数，到20世纪初～20世纪30年代的经验理论阶段出现的普氏理论、太沙基理论，然后在20世纪30年代～20世纪60年代产生的围岩和支护共同作用理论及地质结构理论，这些重大理论及思想的诞生过程就是对地下工程认识实践不断深入的过程，并促进了岩体力学学科向前发展。在授课时，可以将这一发展脉络讲述给学生，并贯穿到后续的课程教学中，不仅大大地培养了学生对自己专业的自豪感，也加深了对自己专业的认识。
3.结合教师科研工作来授课。讲授这门课的老师，不仅有科研经历丰富的教授博导，也有刚走出校园的博士年轻教师，他们在长期的工作和求学中，完成和参与了大量的科研项目，也取得了一定科研沉淀。在授课时，可以将这些科研成果进行整理，在每章结束时，抽出专门的时间，做个与授课内容相关的小型专题讲座，丰富学生的专业眼界的同时，也可将岩体力学最新的研究方法、手段和技术介绍给学生。例如，在讲地应力一章，就曾经将参与过的地应力测试及地应力反演分析的课题成果向学生进行介绍;讲地下洞室稳定性时，就将参与的软岩隧道科研项目成果进行介绍;上课时的反响很热烈，大大激发了学生科研的`热情，建立了专业教师和学生之间一座良好的沟通桥梁。尤其是对那些希望继续攻读研究生的学生，也为他们开启了一扇科研的窗户;此外，也让学生了解授课老师及其团队的专业方向及特长，为后续研究生报考提供了便利条件。
4.结合学生实践课来展开。我校《岩体力学》课程是安排在大三上学期，上这门课的学生仅仅经历的与此相关的实践环节就是大二结束时的地质学专业教学实习。虽然是地质实习，但也是与这门课的研究对象―――各类岩体在打交道，例如各种岩石、结构面。在上课时，不妨将课程中提到的各种岩块、结构面等内容与实习中能看到的种类联系起来，使学生的认识更为深刻。例如，在谈岩块、结构面和岩体的地质特征时，便可列举实习线路中各类成因、不同类型、不同特征的结构面及岩石;在讲结构面的强度及变形性质时，可以将实习中遇到的各种断层、软弱结构面等现象作为实例来分析其性质上的差异。这些实例学生在实习中都亲自参与过，已经有了部分感性上的认识，重新回到课堂上学习其相关的知识，认识和教学效果也会更好。
篇6：斜坡道节理岩体损伤力学分析
悦洋银矿(武平紫金)矿区的大多数侵入岩广泛分布于火山岩盖层之下,中粒、细粒花岗岩是该矿区的主要覆矿围岩[6]。由于受到断层的影响,该围岩局部节理结构面较多,并出现多次冒顶,由地表225 m标高掘进一条断面为4.2 m×3.8 m的斜坡道通-160 m水平,斜坡道坡度为:直线段12.28%(7°)、弯道段10.5%(6°)。
通过对围岩进行实测,根据节理分布密集程度和岩性的变化情况,取测线长一般为5 m。涉及巷道50多条,调查范围长约380 m,面积约1 000 m2。根据结构面的延伸长度,分为两组:A组(0 m～2 m)和B组(2 m以上),并分别作出各组的结构面极点图,由各组结构面的极点图,得出该矿区岩体的优势结构面(K1～K5),如表1所示。
2 不连续性岩体的损伤力学理论
以建立表达不连续性岩体力学特性的损伤力学为目的。文献[1]提出了以分布于岩体中的结构面作为损伤场(损伤张量,即二阶对称张量)进行模拟的方法,这个损伤张量乃是由于结构面的分布而使材料内部的有效断面积(连续部分)减少,通过三维坐标来模拟Cauchy应力的方向特性得出有效应力为:
σ*=σ(I-Ω)-1 (1)
其中,I,Ω均为二阶张量。
应用以岩体中的节理群为研究对象的损伤张量表示方法来研究岩石或岩块。采用损伤张量来模拟结构面的分布,就可以把带有节理、裂隙等结构面的岩体力学特性纳入连续介质力学的范畴来研究。
3 岩体损伤张量的确定
对于存在成组的岩体,如岩体中存在N条节理,第K条节理面积为ai,单位法向矢量为n(i),根据Murakami S.等人提出的方法,用二阶对称张量表示的损伤张量为:
其中,ai为解析对象物体V中第i个结构面的面积;n为结构面的法向矢量;∑为对V中含有的N个结构面求和;Ω为二阶对称张量;i为结构面的最小间距;Ni1,Ni2分别为两直交面上的结构面个数;Li1,Li2分别为两直交面上的结构面平均长度。
在研究对象中,如果有多数结构面群存在,分别求出各结构面面群的损伤张量,并进行叠加。最后将得到岩体的损伤张量Ω,即:
考虑节理面可以传递应力,应对有效应力进行修正,引入传压,传剪系数Cn,Cs,有:
其中,τ为Cauchy应力的切向应力张量;Ω为各向同性应力张量;
(6)
表1中的结构面数据是在两个直交面上、涉及1 000 m2的范围内实测得到的,根据上述损伤张量的求解方法,将研究区域等效为边长等于22.4 m(即:
A组统计得出两组优势结构面,Na1=Na2=82/2=41个,Na1=Na2=1.5 m,由式(3)得:
由结构面极点图计算出该组结构面的法向矢量为:n=(-0.927,0.860,0.375)。
将各参数代入式(2)得:
。
同理可求出另外4组优势结构面Ω2,Ω3,Ω4,Ω5的损伤张量,由式(4)得:
。
4 损伤有限元模型
根据弹塑性理论和有限元法基本原理,常规有限元法的整体平衡方程组,考虑材料损伤,损伤模型有限元的整体平衡方程组可表示为[2,4]:
[K]{U}={F}+{F*} (7)
[K]=∫[B]T[D][B]dv;
{F}=∫[N]T[f]dv+∫[N]T[t0]dSt;
{F*}=∫[B]T[ψ]dv。
其中,[K]为结构总刚度矩阵;[D]为Hooken矩阵;{U}为节点位移列阵;[N]为形函数矩阵;[B]为几何矩阵;[f]为体积力矢量;[t0]为作用在边界St上的表面力矢量;[ψ]为二阶张量。
根据张量计算结果,再根据式(5)～式(7),测定的初始应力状态下解析所得的巷道变形状态如图1所示。图1中标明了巷道左侧岩壁N点和顶板H点的绝对位移量。
5 结语
1)如图1所示,从悦洋银矿230斜坡道的两帮与顶板的变形看,损伤解析边帮H点在Y方向的位移较大,位移量为16 mm,且侧壁中间的鼓出量小于顶板的下沉量,N的位移量为6 mm,说明岩体在Y方向的损伤程度较大,这也是计算结果中损伤张量Y方向的分量明显大于其他分量的原因,由此也可以说明损伤张量能反映岩体的不连续性和各向异性。
2)该损伤力学解析反映巷道的变形规律,因此对于斜坡道顶板锚杆参数间距要相对缩小,在该工程设计实际支护中,顶板的锚杆支护的间排距为0.8 m×1.2 m,两帮的间排距为1.2 m×1.2 m。
摘要：利用损伤力学分析节理岩体的力学特性,对于岩体的不连续性研究从统计上模拟结构面分布状态的方法,对悦洋银矿(武平紫金)230斜坡道岩体节理损伤分析,求得斜坡道围岩的变形状况,为支护手段与参数分析提供理论依据。
关键词：节理,损伤力学,斜坡道,工程围岩
参考文献
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[6]福建省核工业295大队.福建省武平县悦洋银多金属矿(东矿段)详查地质报告[R].2002.
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