2012岩石力学采矿综合整理终稿.docx

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1、岩石力学1、岩石强度变形曲线（P12-17）岩石在载荷作用下发生变形，随着荷载的增加，或在恒定荷载作用下，随时间其变形将逐渐增大，最终导致岩石破坏。岩石的变形特性是岩石的重要力学性质。一般可通过岩石变形试验研究岩石的变形特性。材料的变形特征与应力状态、作用时间等因素有关，因而在不同的应力状态下，同一材料可表现为不同的变形特征。岩石单向压缩条件下，试件受载直至破坏要经历五个阶段：1）微裂隙压密阶段；OA2）弹性变形阶段；AB3）裂隙发生和扩展阶段；BC4）裂隙不稳定发展直到破坏阶段；CD5）破坏后阶段DE。岩石在循环荷载条件

2、下的应力-应变关系，随加、卸载方法和荷载应力大小不同而不同。循环加载的方式可分为两种：逐次循环加载和反复循环加载。在逐次循环加载条件下，每次加载的最大荷载比前一次循环的最大荷载高。如果卸载点P超过屈服点，则每次加载、卸载曲线都不重合，且围成一环形面积，形成塑性回滞环。随循环次数增加，塑性回滞环有所扩大，卸载曲线的斜率逐次略有增加，表明卸载应力下的岩石材料的弹性有所增强。此外其应力-应变曲线的外包线与连续加载条件下的曲线基本一致，说明加、卸载过程并未改变岩石变形的基本习性，这种现象也称为岩石记忆。在反复循环加载条件下，每次施

3、加的最大荷载与第一次循环的最大荷载一样。当循环应力峰值在弹性极限以上某一较高值下反复加载、卸载时，卸载后的再加载曲线随反复加、卸载次数的增加而逐渐变陡，回滞环的面积变小，岩石越来越接近弹性变形。残余变形逐渐增加，岩石的总变形等于各次循环产生的残余变形之和，即累积变形。岩石的破坏产生在反复加、卸载曲线与应力-应变全过程曲线交点处。这时的循环加、卸载试验所给定的应力，称为疲劳强度。工程岩体一般处在三向应力状态下，因此岩石在三轴压缩条件下的变形与破坏规律对实际工程更具指导意义。三轴试验可分为常规三轴试验和真三轴试验。常规三轴试验

4、的应力状态为σ1＞σ2＝σ3＞0,即岩石受轴压和围压作用。真三轴试验的应力状态为σ1＞σ2＞σ3＞0，即岩石试件在三个彼此正交方向上受到不相等的压力。在常规三轴压缩条件下，破坏前岩石的应变随围压增大而增加；另外，随围压增大，岩石的塑性也不断增大，且由脆性逐渐转化为延性。在真三轴条件下，当σ3为一固定值时，岩石的力学性质受到中间主应力σ2的影响，当σ2增大时，岩石脆性加强延性减弱。若保持中间主应力σ2为一常数，可知随着最小主应力σ3的加大，大理石有脆性逐渐过渡到延性，但其屈服应力仍保持不变。2、岩体工程质量分类1）普氏分类法

5、以岩石试件的单轴抗压强度作为分类依据，根据普氏坚固系数f将岩石分为十级。F值越大，岩体越稳定。f≥20为一级，最坚固；f≤0.3为第十级，最软弱。普氏坚固系数f为f=σc10式中：σc为岩石单轴抗压强度，MPa。2）按岩石质量指标（RQD）分类根据钻探时岩心完好程度来判断岩体的质量，对岩体分类。岩石质量指标RQD是指本回次钻孔取芯不小于10cm岩心的总长与进尺之比：RQD=liL式中：li是所取岩心中大于10cm的岩心段的长度；L是本回次取芯钻孔进尺。3）地质力学分类（RMR分级系统）宾尼奥夫斯基1976年提出的分类指标R

6、MR（RockMassRatingSystem）,由以下6种指标组成：（1）岩块强度（R1）；（2）RQD值（R2）；（3）节理间距（R3）；（4）节理条件（R4）；（5）地下水（R5）；（6）节理方位对工程的影响的修正参数（R6）。4）巴顿等人的Q值岩体质量分类法挪威岩土工程研究所的巴顿等人根据对已建的200座地下隧道稳定性的资料分析，提出了Q值岩体质量分类法。这种分类方法综合了RQD、节理组数、节理面粗糙度、节理面蚀变程度、裂隙水及地应力的影响等6个方面的因素。5）我国的《工程岩体分级标准》认为岩石的坚固程度和岩体完整

7、程度决定岩体的基本质量。岩体质量好，则稳定性好，反之稳定性差。3、抗拉剪试验基本原理1）岩石的单轴抗拉强度：岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力。岩石抗拉强度强度的测试方法包括直接拉伸法和间接拉伸法。在间接拉伸法中，又有劈裂法、抗弯法及点荷载法。2）岩石的单轴抗压强度，指岩石试件在无侧压条件下，受轴向压力作用至破坏时，单位横截面积上所承受的最大压应力。测定方法可采用规则的圆柱形、方柱形、立方体形试件或不规则试件测定。公式为：σc=pA式中σc为岩石抗压强度，MPa；P为试件破坏时施加的最大荷载，N；A为试

8、件横截面积，m2。3）岩石的抗剪强度，指岩石在剪切荷载作用下抵抗剪切破坏的最大剪应力。按剪切试验方法不同，其所测定的抗剪强度含义也不同，可分为三种抗剪强度：（1）抗剪断强度，指试件在一定的法向力作用下，沿着预定剪切剪断时的最大剪应力；（2）抗切强度，指试件的法向应力为零时，沿着预定剪切面剪断时的最大剪切