3.岩体宏细观损伤力学研究

项目名称：岩体宏细观损伤力学研究

申报奖种：国家自然科学奖

完成单位：清华大学

完成人：杨强, 冯西桥, 周维垣, 余寿文, 陈新

项目简介：

本项目发现点属岩石力学与损伤力学和断裂力学的交叉学科。裂隙岩体是我国大型水利水电、国防、交通、石油、采矿等重大工程建设中的基本工程材料，对重大工程的安全往往起起控制性作用。

裂隙岩体力学特性极为复杂。本项目以我国特高拱坝建设的迫切需求为研究背景，以发展和量化岩石力学的核心学说"岩体结构控制论"为研究目标。项目组自上世纪八十年代中期以来，在国内率先在损伤力学框架内开展岩体裂隙结构的力学效应研究，在细观、宏观（唯象）、宏细观结合三个层次上对岩体损伤力学开展了系统深入的研究。主要研究内容及创新点包括：

1）以反映岩体裂隙结构特征的二阶组构张量为损伤变量，建立了一套宏细观相结合的损伤力学模型，并拓展其为考虑应变梯度的损伤局部化分析模型。本研究有机地统一了Rice的非线性多尺度非平衡态热力学经典理论框架和Ziegler的最大耗散原理，建立了不同阶组构张量的内在解析关系，最终构建了严格意义上的从细观到宏观的组构张量演化律。

2）在细观层次上，构建了全面系统的岩体三维细观损伤力学新体系，该理论从裂纹的张开、闭合、摩擦滑移、摩擦自锁、弯折扩展、残余变形和裂纹尖端微观塑性等细观机制出发，全面描述和定量解释了荷载跌落、应变软化、损伤局部化、各向异性、韧脆转变、尺寸效应、剪切膨胀等准脆性材料的宏观力学特征和破坏全过程。为此提出了适应大量裂纹多种细观损伤机制并存的以集合论为基础的新概念损伤变量"裂纹扩展取向区"，以及适应大量裂纹（上万条）强相互作用分析的"有效场-子域"多尺度分析方法。

3）在宏观层次上，建立了基于微平面的各向异性损伤模型，为经典的损伤标量和二级损伤张量建立了统一的数学基础，建立了显式的各向异性损伤-屈服准则。发展和建立了考虑损伤演化的结构极限和安定分析的理论和方法。

上述岩体损伤力学模型已应用于研究岩体流变损伤、渗流-损伤耦合、裂隙岩体参数预测、加锚岩体力学特性等，以及二滩、小湾、三峡等高坝工程和高边坡工程稳定分析。

项目的科学价值在于：1）建立了一整套多层次、完整的岩体损伤力学理论新体系和方法；2）大大深化了对"岩体结构控制论"这一岩石力学核心学说的认

识水平，使之从定性学说逐步发展成为定量学说，在构建严格、统一、独立的岩石力学学科理论基础方向上取得了重要进展；3）研究成果对非平衡热力学和损伤力学学科也有实质性贡献，得到了学科的充分肯定和评价。

本项目8篇代表性论著共被SCI他引163次，其中2部专著被中国引文数据库和SCI他引1800次。20篇主要论著共被SCI他引295次。本项目获2007年教育部自然科学一等奖，并获中国岩石力学与工程学会于2010年颁发的迄今为止唯一的自然科学特等奖。项目组中2人获国际岩土力学计算方法与进展协会（IACMAG）的杰出贡献奖，2人获国家杰出青年基金，1人被评为长江学者特聘教授，1人获全国首届优秀博士学位论文，2人获中国青年科技奖，2人获全国优秀科技工作者，

代表性论著

序号论文名称/刊名/作者

影

响

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子

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页码

发

表

时

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年

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通讯作

者/第

一责任

人

SCI

他

引

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数

他

引

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次

数

是

否

国

内

完

成

1 Normality structures with

homogeneous kinetic rate laws /

ASME Journal of Applied Mechanics

/Yang, Q., Tham, L.G., Swoboda, G. 0.94

9

2005

年72

卷

322-32

9页

200

5年

5月

杨强/

杨强

3 3 是

2 On microscopic thermodynamic

mechanisms of damage evolution

laws / International Journal of

Damage Mechanics / Yang, Q., Chen,

X., Zhou, W.Y. 1.92

8

2005

年14

卷

261-29

3页

200

5年

7月

杨强/

杨强

6 6 是

3 A simple method for calculating

interaction of numerous microcracks

and its applications/ Int. J. Solids and

Structures / Feng, X.Q., Li, J.Y. and

Yu, S.W. 1.85

7

2003

年40

卷

447-46

4页

200

3年

1月

冯西桥

/

冯西桥17 17 是

4 Damage analysis of

thermopiezoelectric properties .1.

Crack tip singularities; 2. Effective

crack model / Theo.App.Fracture

Mechanics / Yu, S.W. and Qin, Q.H. 0.99

1996

年25

卷

263-28

199

6年

11

月

余寿文

/

余寿文42 42 是

8页

5 Microplane-damage-based effective

stress and invariants / International

Journal of Damage Mechanics /

Yang, Q., Chen, X., Zhou, W.Y. 1.92

8

2005

年14

卷

179-19

1页

200

5年

4月

杨强/

杨强

5 5 是

6 Damage and shakedown analysis of

structures withstrain-hardening /

International Journal of Plasticity /

Feng X.Q. and Yu, S.W. 4.60

3

1995

年11

卷

237-24

9页

199

5年

2月

冯西桥

/

冯西桥18 18 是

7 《高等岩石力学》/ 水利水电出版

社/ 周维垣/ ISBN

7-120-

01042-

5

199

0年

6月

周维垣

/

周维垣

28 929 是

8 《损伤力学》/ 清华大学出版社/

余寿文，冯西桥/ ISBN

7-120-

01042-

5

199

0年

6月

余寿文

/

余寿文

44 700 是

(完整版)高等岩石力学试题答案(2012)汇总

1..简述岩石的强度特性和强度理论，并就岩石的强度理 论进行简要评述。 答：岩石作为一种天然工程材料的时候，它具有不均匀性、各向异性、不连续等特点，并且受水力学作用显著。在地表部分，岩石的破坏为脆性破坏，随着赋存深度的增加，其破坏向延性发展。 岩石强度理论是判断岩石试样或岩石工程在什么应力、应变条件下破坏。当然岩石的破坏与诸多因素有关，如温度、应变率、湿度、应变梯度等。但目前岩石强度理论大多只考虑应力的影响，其他因素影响研究并不深入，故未予考虑。 (1). 剪切强度准则 a.Coulomb-Navier准则 Coulomb-Navier准则认为岩石的破坏属于在正应力作用下的剪切破坏，它不仅与该剪切面上剪应力有关，而且与该面上的正应力有关。岩石并不沿着最大剪切应力作用面产生破坏，而是沿其剪切应力和正应力最不利组合的某一面产生破裂。即：? τtan σ =C +

式中?为岩石材料的内摩擦角，σ为正应力，C为岩石粘聚力。 b. Mohr破坏准则 根据实验证明：在低围压下最大主应力和最小主应力关系接近于线性关系。但随着围压的增大，与关系明显呈现非线性。为了体现这一特点，莫尔准则在压剪和三轴破坏实验的基础上确定破坏准则方程，即：()σ τf = 此方程可以具体简化为斜直线、双曲线、抛物线、摆线以及双斜直线等各种曲线形式，具体视实验结果而定。 虽然从形式上看，库仑准则和莫尔准则区别只是在于后者把直线推广到曲线，但莫尔准则把包络线扩大或延伸至拉应力区。 c. 双剪的强度准则 Mohr强度准则是典型的单剪强度准则，没有考虑第二主应力的作用。我国学者俞茂宏从正交八面体的三个主应力出发，提出了双剪强度理论和适用于岩土介质的广义双剪强度理论，并得到了双剪统一强度理论：

弹性力学论文：石灰岩细观力学特性的颗粒流模拟

2010年11月 Rock and Soil Mechanics Nov. 2010 收稿日期：2010-07-30 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No. 40972191)；上海市教育委员会科研创新项目(No. 09YZ39)。 第一作者简介：徐金明，男，1963年生，博士、教授、博士生导师，主要从事岩土工程和工程地质计算技术的教学和科研工作。Email: xjming@https://www.wendangku.net/doc/b511125089.html, 文章编号：1000－7598 (2010)增刊2－0390－06 石灰岩细观力学特性的颗粒流模拟 徐金明1，谢芝蕾1，贾海涛2 （1. 上海大学 土木工程系，上海 200072；2. 上海自然博物馆工程建设指挥部，上海 200041） 摘 要：岩体地区地质灾害的发生和发展取决于岩石细观组分的运动学行为。研究岩石运动学行为时通常将岩石作为整体研究对象较多，而直接以细观组分为对象的研究较少。以石灰岩为例，根据室内试验获得的岩石力学性质指标，使用基于非连续介质理论的颗粒流方法，将材料离散成刚性颗粒组成的模型，把颗粒细观变化与宏观力学特性联系起来，建立了石灰岩的细观结构模型，获得了颗粒接触力、颗粒接触模量、接触连接强度和连接刚度比等细观力学参数。由于文中直接以细观成分为研究对象、反映了岩石和岩体组成的本质特点，所得结论不仅对含裂隙岩石本构关系研究具有广阔的应用前景，而且对岩体工程性质和地质灾害机制研究也具有重要的理论意义。 关 键 词：石灰岩；细观力学特性；颗粒流；模拟 中图分类号：TU 452 文献标识码：A Simulation of mesomechanical properties of limestone using particle flow code XU Jin-ming 1，XIE Zhi-lei 1，JIA Hai-tao 2 ( 1. Department of Civil Engineering ，Shanghai University, Shanghai 200072，China; 2. Shanghai Science and Technology Museum, Shanghai 200041，China) Abstract : The formation and development of geological disasters in rock area are dependant on the kinematic behaviors of rocks, especially of grains, fissures, and fillings in the rocks. In the conventional studies, rocks are generally treated as entireties and few concerns are concentrated on the individual meso-compositions in these rocks. Taking a limestone for example, macromechanical properties were obtained for the rock specimens of laboratory tests; and particle flow code in two-dimensions (PFC2D) was used for simulating the macromechanical properties of the rock material. In the simulation, the material was discretized as an assembly of rigid particles. The mesomechanical parameters, such as contact forces, contact modulus, normal contact strengths, and stiffness ratio, were obtained; and the mesostructural model was established for the limestone; connecting meso-level changes in particles with macromechanical properties. Because the individual compositions were taken as the direct objectives, reflecting the intrinsic features of rock materials or rock masses, the techniques presented herein may be of great significance in studying the constitutive law of fissured rocks, engineering properties of rock masses, and mechanism of geological disasters. Key words: limestone ；mesomechanical property ；particle flow ；simulation 1 引 言 岩体地区地质灾害的发生和发展取决于岩石的运动学行为、尤其是岩石中颗粒、裂隙、充填物等细观组分的变化情况，常规宏观分析方法以岩石整体为研究对象较多，直接以细观组分为对象进行研究较少。基于非连续介质理论的颗粒流方法，将材料离散成刚性颗粒组成的模型，把颗粒细观力学参数与宏观力学特性联系起来，可以用于模拟颗粒 之间的相互作用和破裂面的形成扩展过程。 使用颗粒流方法对土的细观力学行为进行细观模拟，多使用PFC2D (particle flow code in 2-dimensions)或PFC3D (particle flow code in 3-dimensions)。周健[1]研究团队在这方面做了大量工作（比如，模拟了不同水压下渗流引起砂土特性变化的全过程）。 使用颗粒流方法进行岩石力学特性的细观模拟也有一些报道。Potyondy [2]、 Potyondy 和Cundall [3]

岩石力学大作业

目录 1前言：.......................................... 错误!未定义书签。2利用自然伽马测井数据简单分析地层岩性............ 错误!未定义书签。2．1 估算地层泥质含量........................... 错误!未定义书签。2．2 估算地层biot系数.......................... 错误!未定义书签。3利用测井数据计算分析地层的弹性模量、泊松比。.... 错误!未定义书签。3．1纵、横声波速度.............................. 错误!未定义书签。3．2岩石的动态弹性参数确定...................... 错误!未定义书签。3．3岩石的动态弹性参数与静态弹性参数的转化...... 错误!未定义书签。4利用测井数据计算粘聚力、内摩擦角与地层抗拉强度的连续剖面错误!未定义书签。 4．1岩石单轴抗压强度的确定...................... 错误!未定义书签。4．2岩石粘聚力和内摩擦角的确定.................. 错误!未定义书签。5计算地层地应力.................................. 错误!未定义书签。6计算地层坍塌压力和破裂压力...................... 错误!未定义书签。6．1岩石破坏强度准则——摩尔库伦准则............ 错误!未定义书签。6．2井壁坍塌压力的计算.......................... 错误!未定义书签。6．3井壁破裂压力的计算.......................... 错误!未定义书签。6．4扩径原因分析................................ 错误!未定义书签。7地层出砂预测.................................... 错误!未定义书签。7．1利用B指数法预测地层是否出砂................ 错误!未定义书签。7．2组合模量法预测地层是否出砂.................. 错误!未定义书签。8计算结果及其分析................................ 错误!未定义书签。8．1利用自然伽马测井数据简单分析地层泥质含量.... 错误!未定义书签。8．2地层的动静态弹性模量、泊松比................ 错误!未定义书签。8．3地层岩石单轴抗拉强度、粘聚力、内摩擦角与地层抗拉强度的连续剖面................................................ 错误!未定义书签。8．4地层地应力.................................. 错误!未定义书签。8．5地层坍塌压力和破裂压力...................... 错误!未定义书签。8．6用B指数法预测地层出砂可能性................ 错误!未定义书签。9结论与总结...................................... 错误!未定义书签。参考文献.......................................... 错误!未定义书签。

最新岩石力学试题及答案

岩石力学试卷（闭卷） 一、填空题（每空1分，共20分） 1、沉积岩按结构可分为（）、（），其中，可作为油气水在地下的良好储层的是（），不能储存流体，但是可作为油气藏的良好盖层的是（）。 2、为了精确描述岩石的复杂蠕变规律，许多学者定义了一些基本变形单元，它们是（）、（）、 （）。 3、在水力压裂的加压过程中，井眼的切向或垂向的有效应力可能变成拉应力，当此拉应力达到地层的（） 时，井眼发生破裂。此时的压力称为（）。当裂缝扩展到（）倍的井眼直径后停泵，并关闭液压系统，形成（），当井壁形成裂缝后，围岩被进一步连续地劈开的压力称为（）。如果围岩渗透性很好，停泵后裂缝内的压力将逐渐衰减到（）。 4、通常情况下，岩石的峰值应力及弹性模量随着应变率降低而（），而破坏前应变则随着应变率降低而（）。 5、一般可将蠕变变形分成三个阶段：第一蠕变阶段或称（）；第二蠕变阶段或称（）；第三蠕 变阶段或称（）。但蠕变并一定都出现这三个阶段。 6、如果将岩石作为弹性体看待，表征其变形性质的基本指标是()和()。 二、选择题（每题2分，共10分） 1、格里菲斯强度准则不能作为岩石的宏观破坏准则的原因是（） A、该准则不是针对岩石材料的破坏准则 B、该准则没有考虑岩石的非均质的特性 C、该准则忽略了岩石中裂隙的相互影响 2、在地下，岩石所受到的应力一般为（）。 A、拉应力 B、压应力 C、剪应力 3、一般情况下，岩石的抗拉强度（）抗压强度。 A、等于 B、小于 C、大于 4、地层坍塌压力越高，井壁越（）。 A、稳定 B、不稳定 C、无关 5、初始地应力主要包括（） A、自重应力和残余应力 B、构造应力和残余应力 C、自重应力和构造应力

18春地大《岩石力学》在线作业一

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ (多选题) 1: 初始地应力主要包括（）。 A: 自重应力 B: 构造应力 C: 自重应力和残余造应力 D: 残余应力 正确答案: (多选题) 2: 在我国工程岩体分级标准中，岩体基本质量指标是由（）指标村确定的？A: RQD和节理密度 B: 岩石单轴饱和抗压强度 C: 岩体的完整性指数 D: 节理密度和地下水 正确答案: (多选题) 3: 岩石蠕动变形的影响因素有哪些？（） A: 岩性及构造因素 B: 压力级因素 C: 围压的影响 D: 温度、湿度的影响 正确答案: (多选题) 4: 我国工程岩体分级标准中是根据哪些因素对岩石基本质量进行修正的？（）。A: 地应力大小 B: 地下水 C: 结构面方位 D: 结构面粗糙度。 正确答案: (多选题) 5: 围岩表面位移可用（）测量。 A: 收敛计 B: 测杆 C: 测枪 D: 滑尺 正确答案: (多选题) 6: 维护岩石地下工程稳定的基本原则（）。 A: 把工程设计在岩石条件好的岩体中 B: 避免岩石强度的损坏 C: 充分发挥围岩的承载能力让围岩在脱落点以前充分释放弹性性能 D: 加固岩体 正确答案: (多选题) 7: 影响巷道围岩稳定的主要因素（）。 A: 围岩强度 B: 应力集中程度 C: 原始应力大小 D: 巷道支架的支撑力 正确答案: (多选题) 8: 压性断层主要指（）。

损伤与断裂力学论文

损伤力学研究的是材料内部缺陷的产生和发展引起的宏观力学效应以及缺陷最终导致材料破坏的过程和规律。1958年Kachanov在研究蠕变断裂时引入了损伤力学的概念，提出了“连续性因子”和有效应力。1963年Rabotonov在Kachanov基础上引入了“损伤变量”的概念，奠定了损伤力学的基础。在其后的二三十年中，各国学者对损伤力学的基本概念、研究方法、损伤变量的定义等做了大量的开创性工作，极大推动了损伤力学理论的进展。1976年Dougill将损伤力学从金属材料中引入到岩石材料，之后岩石损伤力学迅速发展，已成为当今岩石研究领域的热门课题之一。 岩石损伤力学的研究关键是定义材料的损伤变量及正确地给出演变规律的本构方程。能否得到合理的损伤演变方程和含损伤的本构方程关键是对损伤变量的定义是否合理，建立一个损伤模型的基本要求是能在实验中直接或间接确定与损伤演变规律有关的材料参数。 对损伤变量的定义，从损伤力学提出就开始进行广泛的研究，可从微观和宏观这两个方面选择。微观方面，可以选择裂纹数目、长度、面积和体积等；宏观方面，可以选择弹性模量、屈服应力、拉伸强度、密度等。 国内学者唐春安从岩体材料内部所含裂纹缺陷分布的随机性出发，利用岩石微元强度服从正态分布或Weibull分布的特征，用发生破坏的微元数在微元总数中所占的比例来定义损伤变量。 谢和平等将分形几何理论应用于岩石损伤研究中，将岩石损伤程度的增加看作是分形维数的增加，从损伤与断裂之间的联系方面定量的描述了损伤，从而创建了分形几何与岩石力学理论体系，提出了分形损伤力学理论。 从微观角度出发对损伤变量进行定义，不仅物理意义明确，而且能够比较真实地反映材料性能逐渐劣化，但是从微观角度定义的损伤变量难以量测。 Lamaitre基于弹性模量变化用无损杨氏模量和损伤杨氏模量定义损伤变量，谢和平和鞠杨等讨论了该损伤变量定义的适用条件，进行了修正。使基于宏观弹性模量定义的损伤变量在实际应用中比较方便，但这种定义方法需要事先知道材料的初始弹性模量，而且在实际的工程中很多材料都有具有初始损伤的。 谢和平、鞠杨等认为单元强度丧失实则为其粘聚力的丧失，即单元在经历一定的能量耗散后，其内部的损伤达到了最大值，与此同时微结构中的粘聚力完全丧失。国内外学者进行了大量通过能量分析的方法来描述岩体的破坏行为的研究。 另外还有学者使用CT技术在岩石损伤检测中的应用，并给出了一种基于

岩石力学考试试题(含答案)

岩石力学考试试题 1、岩体的强度小于岩石的强度主要是由于（A ）。 （A ）岩体中含有大量的不连续面 （B ）岩体中含有水 （C ）岩体为非均质材料 （D ）岩石的弹性模量比岩体的大 2、岩体的尺寸效应是指（ C ）。 （A ）岩体的力学参数与试件的尺寸没有什么关系 （B ）岩体的力学参数随试件的增大而增大的现象 （C ）岩体的力学参数随试件的增大而减少的现象 （D ）岩体的强度比岩石的小 3 、影响岩体质量的主要因素为（ C ）。 （A）岩石类型、埋深 （B）岩石类型、含水量、温度 （C）岩体的完整性和岩石的强度 （D）岩体的完整性、岩石强度、裂隙密度、埋深 4、我国工程岩体分级标准中岩石的坚硬程序确定是按照（A ）。 （A）岩石的饱和单轴抗压强度 （B）岩石的抗拉强度 （C）岩石的变形模量 （D）岩石的粘结力

5、下列形态的结构体中，哪一种具有较好的稳定性？（ D ）（A）锥形（B）菱形（C）楔形（D）方形 6、沉积岩中的沉积间断面属于哪一种类型的结构面？（ A ）（A）原生结构面（B）构造结构面 （C）次生结构面 7、岩体的变形和破坏主要发生在（ C ） （A）劈理面（B）解理面（C）结构 （D）晶面 8、同一形式的结构体，其稳定性由大到小排列次序正确的是（ B ） （A）柱状>板状>块状 （B）块状>板状>柱状 （C）块状>柱状>板状 （D）板状>块状>柱状 9、不同形式的结构体对岩体稳定性的影响程度由大到小的排列次序为（ A ） （A）聚合型结构体>方形结构体>菱形结构体>锥形结构体（B）锥形结构体>菱形结构体>方形结构体>聚合型结构体（C）聚合型结构体>菱形结构体>文形结构体>锥形结构体（D）聚合型结构体>方形结构体>锥形结构体>菱形结构体10、岩体结构体是指由不同产状的结构面组合围限起来，将岩体分割成相对的完整坚硬的单无块体，其结构类型的划分取决于

岩石力学作业参考答案

《岩体力学》作业参考答案 作业一 一、解释下列概念: 1.刚性试验机：岩石峰值后试验回弹释放能量小于岩石稳定破坏所需能量的试验机。或试验机刚 度大于岩石刚度的试验机。 2.原岩应力：天然状态下或未开挖及开挖影响之外的岩体中存在的应力。 3.蠕变：在恒定应力作用下，岩石的应变随时间而增大的性质。 4.脆性破坏：在应力随应变而下降过程中即应变软化过程中的破坏。 5.长期强度：当恒定应力小于某一应力值，岩石将发生稳定蠕变，而大于该应力值时，岩石将发 生非稳定蠕变，该应力值即为长期强度。或岩石能保持长期稳定的最大恒定应力值。 二、多项选择题： 1.DB 2.BC 3.DB 4.EBAC 三、问答题： 1.答：图如下： 全应力应变曲线模量测定 峰值前峰值后 说明：塑性滞环、外轮廓线、表观模量等之间的异同。 2.答：两隧道周边相距6~10m即可认为其开挖不相互影响； 图形注意弹性状态下应力的叠加原理即在该平面上，应力应是二者之和。 四、分析题： 1.答：给出详细理由和分析过程。 第一种情况，锚杆支护，悬挂作用；

第二种情况：锚网喷射混凝土支护，挤压加固作用，挂网和混凝土表面支护作用和封闭作用。 2.答：给出详细理由和分析过程。 比=3.5:1 3.答：给出详细理由和分析过程。 柔性、挤压加固、承载拱、发挥围岩自支承能力、及时、封闭； 断面收敛监测、断面5测点布置。 五、计算题： 1.解：（1）单轴抗压强度σc =P/A ； （2）内摩擦角β=45-φ/2； （3）利用莫尔库仑理论 φφσφφσsin 1cos 2sin 1sin 131-+-+=c 计算（3a ）单轴抗拉强度、（3b ）三轴抗压强度。 2.解：已知原岩应力： 垂直方向34=σz MPa 、水平方向35=σx MPa 和20=σy MPa 。 而自重应力：z z ?=γσ自 z y x 自自自σμμσσ-==1 因岩体均质各向同性，所以自重应力方向与原岩应力平行，可直接相加减得到。 最后需要说明构造运动方向。 作业二 一、名词解释： 1.卸载后一部分弹性变形滞后一段时间恢复的力学性质 2.结构面和结构体的组合和排队列特征 3.应力应变随时间而变化的性质 4.由剪切滑移使岩块沿剪切面垂直方向变形而使岩体体积增大的性质 5.由于开挖而使开挖面附件一定范围的岩体内的应力产生重新分布，这种产生应力重新分布的岩体即为围岩 σ1

岩石力学试题及答案

岩石力学试卷（闭卷） 、填空题（每空1分，共20 分） 1、沉积岩按结构可分为（）、（），其中，可作为油气水在地下的良好储层的是（），不能储存流体，但是可作为油气藏的良好盖层的是（）。 2 、为了精确描述岩石的复杂蠕变规律，许多学者定义了一些基本变形单元，它们是（）、（）、（）。 3、在水力压裂的加压过程中，井眼的切向或垂向的有效应力可能变成拉应力，当此拉应力达到地层的（）时，井眼发生破裂。此时的压力称为（）。当裂缝扩展到（）倍的井眼直径后停泵，并关闭液压系 统，形成（），当井壁形成裂缝后，围岩被进一步连续地劈开的压力称为（ 、选择题（每题2分，共10 分） 1、格里菲斯强度准则不能作为岩石的宏观破坏准则的原因是（ A 、该准则不是针对岩石材料的破坏准则 B、该准则没有考虑岩石的非均质的特性 C、该准则忽略了岩石中裂隙的相互影响 2、在地下，岩石所受到的应力一般为（）。 A、拉应力 B、压应力 C、剪应力 3、一般情况下，岩石的抗拉强度（）抗压强度。 A、等于 B、小于 C、大于 4、地层坍塌压力越高，井壁越（）。 A、稳定 B、不稳定 C、无关 5、初始地应力主要包括（） A 、自重应力和残余应力 B 、构造应力和残余应力 C、自重应力和构造应力 三、判断改错题（每题2分，共10 分） 1、岩石中的孔隙和裂隙越多，岩石的力学性质越好。）。如果围岩渗透性 很好，停泵后裂缝内的压力将逐渐衰减到（）。 4、通常情况下，岩石的峰值应力及弹性模量随着应变率降低而），而破坏前应变则随着应变率降低而（）。 5、一般可将蠕变变形分成三个阶段：第一蠕变阶段或称（ 变阶段或称（）。但蠕变并一定都出现这三个阶段。 ）；第二蠕变阶段或称（）；第三蠕6、如果将岩石作为弹性体看待，表征其变形性质的基本指标是（）和（）。

岩石体基本力学参数测试实验

岩石力学实验指导书及实验报告 班级 姓名 辽宁工程技术大学编

目录 一、岩石比重的测定 二、岩石密度的测定 三、岩石含水率的测定 四、岩石单轴抗压强度的测定 五、岩石单轴抗拉强度的测定 六、岩石凝聚力及内摩擦角的测定（抗剪强度 试验） 七、岩石变形参数的测定 八、煤的坚固性系数的测定

实验一、岩石比重的测定 岩石比重是指单位体积的岩石（不包括孔隙）在105～110o C 下烘至恒重的重量与同体积4o C 纯水重量的比值。 一、仪器设备 岩石粉碎机、瓷体或玛瑙体、孔径0.2或0.3毫米分样筛、天平（量0.001克）、烘箱、干燥器、沙浴、比重瓶。 二、试验步骤 1、岩样制备：取有代表性的岩样300克左右，用机械粉碎，并全部通过孔径0.2（或0.3）毫米分样筛后待用。 2、将蒸馏水煮沸并冷却至室温取瓶颈与瓶塞相符的100毫升比重瓶，用蒸馏水洗净，注入三分之一的蒸馏水，擦干瓶的外表面。 3、取15g 岩样（称准到0.001克）得g 借助漏斗小心倒入盛有三分之一蒸馏水的比重瓶中，注意勿使岩样抛撒或粘在瓶颈上。 4、将盛有蒸馏水和岩样的比重瓶放在沙浴上煮沸后再继续煮1～1.5小时。 5、将煮沸后的比重瓶自然冷却至室温，然后注入蒸馏水，使液面与瓶塞刚好接触，注意不得留有气泡，擦干瓶的外表面，在天平上称重得g 1。 6、将岩样倒出，比重瓶洗净，最后用蒸馏水刷一遍，向比重瓶内注满蒸馏水，同样使液面与瓶塞刚好接触，不得留有气泡，擦干瓶的外表面，在天平上称重得g 2。 三、结果：按下式计算： s d g g g g d 1 2-+= 式中：d ——岩石比重； g ——岩样重、克； g 1——比重瓶、岩样和蒸馏水合重、克； g 2——比重瓶和满瓶蒸馏水合重、克； d s ——室温下蒸馏水的比重、d s ≈1

岩石力学课后作业

2.17 不同受力条件下岩石流变具有哪些特性？ 答：（1）恒应力长期作用下岩石的流变体现为蠕变，蠕变指岩石材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。蠕变可分为三个阶段：第一阶段：蠕变速率（Δε/Δt ）随时间而呈下降趋势。第二阶段：蠕变速率不变，即（Δε/Δt ）为常数，这一段是直线。第三阶段：蠕变速率随时间而上升，随后试样断裂。 （2）在应变一定的情况下，岩石的流变体现为松弛，松弛分为立即松弛——变形保持恒定后，应力立即消失到零；完全松弛——变形保持恒定后，应力逐渐消失，直到应力为零；不完全松弛——变形保持恒定后，应力逐渐消失，但最终不能完全消失，而趋于某一值。 （3）岩石强度随外荷载作用时间的延长而降低的特性称作岩石的长期强度，岩石长期强度也是岩石流变特性的体现。 2.18 简要叙述常见的几种岩石流变模型及其特点。 答：（1）马克斯威尔（Maxwell）模型。这种模型是由弹性单元和黏性单元串联而成，当骤然施加应力并保持为常量时，变形以常速率不断发展。 （2）开尔文（Kelvin）模型。它是由弹性单元和黏性单元并联而成，当骤然施加应力时，应变速率随着时间逐渐递减，在t增长到一定值时剪应变就趋于零。 （3）广义马克斯威尔模型。该模型由开尔文模型与黏性单元串联而成，剪应力开始以指数速率增长，逐渐趋近于常速率。 （4）广义开尔文模型。该模型由开尔文模型与弹性单元串联而成，开始产生瞬时应变，随后剪应变以指数递减速率增长，最终应变速率趋于零，应变不再增长。 （5）柏格斯（Burgers）模型。这种模型由开尔文模型与马克斯威尔模型串联而成，蠕变曲线开始有瞬时变形，随后剪应变以指数递减速率增长，最后趋于以不变的速率增长。 2.19 什么是岩石的长期强度？它与岩石的瞬时强度有什么关系？ 答：岩石的长期强度指岩石强度随外荷载作用时间的延长而降低的性能，即作

岩石力学试卷二及答案

20～20学年第学期级专业试题 学号：姓名： ……………………………………密…………封……………线………………………………… 一二三四五六七八九总分 一、简答题：（30分） 1、岩石的常用物理指标有哪些？它们与岩石的强度之间大致有什么关系？（5分） 2、现场测定岩体变形指标的试验方法有哪些？（5分） 3、简述水对岩石强度的影响。（5分） 4、影响岩石应力-应变曲线主要因素有哪些？是如何影响的？（5分） 5、什么是岩体初始应力场？岩体内产生应力的原因有哪些？（5分） 第1页共6 页

20～20学年第学期级专业试题 学号：姓名： ……………………………………密…………封……………线………………………………… 6、何谓喷锚支护，它与传统的老式支护有何区别？（5分） 二、作图题（5分） 什么是岩石的蠕变？试作图说明岩石流变三阶段的特点： 三、填空题: （0.5/空）(共20分) 1、岩石力学是研究岩石的，是探讨岩石对 。岩石力学研究的主要领域可概括为、、。研究方法主要有、、、。 2、岩石的破坏形式：、、。 3、影响岩石抗压强度的主要因素一般有：、和、、 、、、、、等。 4、格里菲斯理论把岩石看作为有材料，岩石之所以破坏是由于在 引起细小裂隙的发生发展所致。修正的格里菲斯理论则认为岩石破坏除拉 第2页共6 页20～20学年第学期级专业试题

应力集中所致外，还可以是引起裂隙沿裂隙长轴方向发生 。 5、已知材料的弹性模量E 和泊松比μ，用它们来表示G:λ：、 K:。 6、在1=o k 的四周等压地应力场rH v h ==σσ作用下，围岩中的径向应力r σ都岩体中的初始应力；切向应力θσ则岩体中的初始应力，在洞壁上达最大值。由理论上可以证明，开挖洞室的影响范围是。 7、岩压力是由于洞室开挖后岩体和而形成的。由于岩体而对支护或衬砌的压力，称为“变形压力”；将由于岩体而而对支护或衬砌的压力，称为“松动压力”。 8、按压力拱理论分析，在可形成压力拱的洞室内，压力拱的高度是 ，洞室顶部的最大垂直压力在拱轴线上大小为，洞室任何其它点的垂直山岩压力等于。 四、选择题：（2/题）（共10分） 1、岩石与岩体的关系是（ ）。 （A ）岩石就是岩体 （ ）（B ）岩体是由岩石和结构面组成的 （ ） （C ）岩体代表的范围大于岩石 （ ） （D ）岩石是岩体的主要组成部分 （ ） 2、a.)(42 y xy Rt Rt στ+=（ ） b.)(42 y xy Rc Rt στ+=（ ） c.)(42 x xy Rt Rt στ+= （ ） d.)(42 x xy Rc Rt στ+= （ ） 3、岩质边坡的圆弧滑动破坏，一般发生在（ ）。 （A ）不均匀岩体 （B ）薄层脆性岩体 （C ）厚层泥质岩体 （D ）多层异性岩体 4、计算岩基极限承载力的公式中，承载力系数主要取决于下列哪一个指标？ （ ） （A ） （B ）C （C ） （D ）E 5、下列关于岩石初始应力的描述中，哪个是正确的？（ ）。 （A ）垂直应力一定大于水平应力； （B ）构造应力以水平应力为主； （C ）自重应力以压应力为主 ； （D ）自重应力和构造应力分布范围基本一致； 第 3页 共 6 页 20～20学年 第学期 级专业 试题 学号： 姓名： ……………………………………密…………封……………线………………………………… 五、计算题：（35分）

外文资料翻译---柔弱岩石上短距离隧道的动态施工力学的研究

毕业设计外文资料翻译 题目柔弱岩石上短距离隧道 的动态施工力学的研究 学院土木建筑学院 专业土木工程 班级土木 学生 二〇一一年三月四日

Modern Applied Science V ol. 4, No. 6; June 2010 柔弱岩石上短距离隧道的动态施工力学的研究 吴恒斌(通讯作者) 重庆长江三峡大学土木工程系 中国重庆万州市二段沙龙路780号 电子邮件:hbw8456@https://www.wendangku.net/doc/b511125089.html, 贺云翔 重庆长江三峡大学土木工程系 中国重庆万州市二段沙龙路780号 郭良松 聊城建宇工程有限公司 中国聊城252000 摘要 基于建设理论的新奥地利方法((NAM)),依赖在柔弱岩石的短距离隧道工程,通过构建数学模型并进行了三维弹塑性有限元法的建构过程中,双边墙的施工方法。分析隧道周围一些测量点位移的变化和隧道开挖和洞室群围岩的稳定性,通过分析地表塌陷、承担的力量支护结构与塑性区。结果表明,上述构造法是合理的在以后的隧道开挖，地表沉陷，隧道变形与早期隧道开挖的影响比较明显。 关键词:柔弱的岩石、小距离隧道、动态建筑机械、数值模拟 1介绍 过程的开挖与支护隧道是一项复杂的机械加工过程，施工过程之间的差别，开挖顺序，支持的时间大为影响工程结构系统(SHE et al., 2006).的力学效应由于周围岩石条件的复杂性普通的类似项目在柔弱岩石特别是小距离隧道工程的复杂连接中是不够的，因此,根据在施工过程中各负荷情况，在不同的围岩中有必要进行机械模拟和分析在柔弱岩石隧道衬砌方面的研究，SUN et al. (1994)考虑了时空效应隧道挖掘表面建立三维数模型。CHENG et al. (1997) 分析了力学机制和FLAC隧道衬里复杂的承载能力，得到一些有用的结论。JIN et al. (1996) 应用非线性粘弹性理论进行了三维有限元模拟圆隧道开挖过程。Karakus(2007)阐述了由平面应变分析造成的三个尺寸挖掘影响。因为时空效应还不能全部体现,许多研究人员进行了三维弹塑性有限元法和隧道开挖的弹塑性分析(AN, 1994, XIAO, 2000 & ZHU et al. 1996)。在小距离隧道方面的研究LIU et al. (2000)在中国第一个超级短距离隧道进行的测试中距离隧道在中国。WAN et al. (2000) 取得了具体小距离隧道的概念。JIN et al. (2004) 通过数值模拟分析讨论了施工方法的适应性。YAN et al.分析了在不同施工

岩石力学作业

岩石力学习题 第一章绪论 1.1 解释岩石与岩体的概念，指出二者的主要区别与联系。 1.2 岩体的力学特征是什么？ 1.3 自然界中的岩石按地质成因分类可分为几大类，各有什么特点？ 1.4 简述岩石力学的研究任务与研究内容。 1.5 岩石力学的研究方法有哪些？ 第二章岩石的物理力学性质 2.1 名词解释：孔隙比、孔隙率、吸水率、渗透性、抗冻性、扩容、蠕变、松弛、弹性后效、长期强度、岩石的三向抗压强度 2.2 岩石的结构和构造有何区别？岩石颗粒间的联结有哪几种？ 2.3 岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么？ 2.4 已知岩样的容重=22.5kN/m3，比重，天然含水量，试计算该岩样的孔隙率n，干容重及饱和容重。 2.5 影响岩石强度的主要试验因素有哪些？ 2.6 岩石破坏有哪些形式？对各种破坏的原因作出解释。 2.7 什么是岩石的全应力－应变曲线？什么是刚性试验机？为什么普通材料试 验机不能得出岩石的全应力－应变曲线？ 2.8 什么是岩石的弹性模量、变形模量和卸载模量？

2.9 在三轴压力试验中岩石的力学性质会发生哪些变化？ 2.10 岩石的抗剪强度与剪切面上正应力有何关系？ 2.11 简要叙述库仑、莫尔和格里菲斯岩石强度准则的基本原理及其之间的关系。 2.12 简述岩石在单轴压力试验下的变形特征。 2.13 简述岩石在反复加卸载下的变形特征。 2.14 体积应变曲线是怎样获得的？它在分析岩石的力学特征上有何意义？ 2.15 什么叫岩石的流变、蠕变、松弛？ 2.16 岩石蠕变一般包括哪几个阶段？各阶段有何特点？ 2.17 不同受力条件下岩石流变具有哪些特征？ 2.18 简要叙述常见的几种岩石流变模型及其特点。 2.19 什么是岩石的长期强度？它与岩石的瞬时强度有什么关系？ 2.20 请根据坐标下的库仑准则，推导由主应力、岩石破断角和岩石单轴抗压强度给出的在坐标系中的库仑准则表达式，式中。 2.21 将一个岩石试件进行单轴试验，当压应力达到100MPa时即发生破坏，破坏面与大主应力平面的夹角(即破坏所在面与水平面的仰角)为65°，假定抗剪强度随正应力呈线性变化(即遵循莫尔库伦破坏准则)，试计算： 1)内摩擦角。 2)在正应力等于零的那个平面上的抗剪强度。

岩石力学复习题及参考答案

中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案 岩石力学(专科) 一、名词解释： 1.岩体 2.围岩 3.稳定蠕变 4.柔性支护 5.塑性破坏 6.稳定蠕变 7.剪胀8.长期强度 9.脆性破坏10.端部效应 11.构造应力12.松脱地压 13.非稳定蠕变14.结构面充填度 15.变形地压16.延性 17.蠕变18.岩体结构 19.真三轴试验20.扩容 21.剪胀率 二、问答题： 1.解释锚杆支护的挤压加固作用，并指出其适用条件。 2.说明不连续面的起伏对不连续面抗剪强度的作用，写出无充填规则齿状不连续面的抗剪强度表达式。 3.解释锚杆支护的组合作用，并指出其适用条件。 4.什么是常规三轴压缩试验？试指出在常规三轴试验中，随围压增大，岩石的抗压强度和变形特征。 5.解释断层和水对露天矿边坡稳定性的作用。 6.说明岩石单轴压缩试验中产生端面效应的原因，如何消除端部效应对试验结果的影响？ 7.岩石有哪些基本破坏方式？莫尔-库论理论和格里菲斯理论分别适用于哪种破坏方式？ 8.对岩石进行三轴压缩试验，试问在不同的围压条件下，岩石的变形性质、弹性模量和强度可能发生的变化是什么？ 9.简述采用喷射混凝土对巷道进行支护的力学作用。 10.如何根据岩石的单轴压缩试验曲线确定岩石的三种弹模？岩石的三种弹模分别反映岩石的什么特征? 11.岩石在普通试验机上进行单轴压缩试验，试问有哪几种典型的应力应变曲线形式（要求画出相应的曲线）？ 三、判断题： 1.图1所示为被一组节理切割的岩体所处的受力状态（应力圆）以及组成岩体的岩石的强度曲线（a ）和节理强度曲线（b ），图中节理面法线与最大主应力之间的夹角为α。试判别图中表示的分析结果是否正确。 [ ] a.岩体沿节理剪切破坏( ) b. 岩体沿节理剪切破坏( ) 图1 2.设计一条水平坑道断面如图2所示，其长轴与原岩应力分量p 平行，短轴与原岩应力分量q 平行。已知1/>q p 。这样的坑道断面布置将使围岩处于较好的应力状态或是不好的应力状态。 [ ]

三类岩石热损伤力学特性的试验研究与细观力学分析_赵亚永

网络出版时间：2016-09-22 10:38:20 网络出版地址：https://www.wendangku.net/doc/b511125089.html,/kcms/detail/42.1397.O3.20160922.1038.021.html 第36卷第X期岩石力学与工程学报Vol.36 No.X 2017年X月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering XXX，2017 三类岩石热损伤力学特性的试验研究与 细观力学分析 赵亚永1，2，魏凯1，2，周佳庆1，2，李星1，2，陈益峰1，2 (1. 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉 430072；2. 武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室，湖北武汉 430072) 摘要：运用偏光显微技术，比较了不同温度处理后砂岩、花岗岩和大理岩微观结构的不同变化特征。分析对比了 常温至800 ℃高温处理后三类岩石纵波波速、孔隙率、弹性模量、峰值应力及应变的变化规律，并讨论了其与微 观结构变化的内在联系。结合岩石热损伤后初始损伤程度增大、微裂纹刚度弱化及张开度增大等特征，采用细观 损伤力学模型研究了热损伤岩石应力 – 应变曲线显著的非线性特征。研究结果表明：(1) 热处理砂岩细观结构的 变化主要表现为胶结物变化及矿物相变，矿物内无明显热裂纹发育；热处理花岗岩内热裂纹发育明显，800 ℃处 理后最大裂纹宽度可达100 μm，较400 ℃时增加约1个数量级；大理岩热裂纹以晶界裂纹为主，600 ℃处理后最 大裂纹宽度达20 μm，约为400 ℃时的2倍。(2) 花岗岩和大理岩的弹性模量随热处理温度的增大持续降低，但 砂岩的弹性模量在500 ℃热处理温度阈值之后才显著下降。(3) 三类热损伤岩石的宏观物理力学性质与其形成条 件、矿物组分、微裂纹发育密切相关。(4) 基于均匀化理论的细观损伤力学模型的计算值与试验值吻合良好，热损 伤岩石应力–应变曲线初始压密阶段显著延长的力学行为与微裂纹密度和刚度直接相关。 关键词：岩石力学；热损伤；微观结构；变形及强度；细观力学分析 中图分类号：文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2017)00–0000–00 Laboratory characterization and micromechanical analysis of mechanical behaviors of three thermally-damaged rocks ZHAO Yayong1，2，WEI Kai1，2，ZHOU Jiaqing1，2，Li Xing1，2，CHEN Yifeng1，2 (1. State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science，Wuhan University，Wuhan，Hubei 430072， China；2. Key Laboratory of Rock Mechanics in Hydraulic Structural Engineering，Ministry of Education，Wuhan University， Wuhan，Hubei 430072，China) Abstract：In this study，the alterations in the microstructures of three types of rocks(i.e. sandstone，granite and variations in physical-mechanical properties(including longitudinal wave velocity，porosity，Young′s modulus，peak stress and the corresponding strain) of these three different rocks with the thermally-treated temperatures，which ranged from room temperature to 800 ℃，were analyzed and compared，and were correlated to the microstructural variations. The strong ductile behavior of the thermally-cracked rocks was interpreted with a micromechanical model by taking into account the normal stiffness reduction of micro-cracks. A notable change in carbonate cementation was observed in thermally-cracked sandstone，in which the thermally-induced cracking was 收稿日期：2015–12–18；修回日期：2016–06–06 基金项目：国家自然科学基金项目(51579188，51409198) Supported by 作者简介：赵亚永(1991–)，男，2014年毕业于郑州大学水利水电工程专业，现为硕士研究生，主要从事岩石力学试验与数值模拟方面的研究。 E-mail：yyzhao@https://www.wendangku.net/doc/b511125089.html,。通信作者：陈益峰(1974–)，男，现任教授、博士生导师。E-mail：csyfchen@https://www.wendangku.net/doc/b511125089.html, DOI：10.13722/https://www.wendangku.net/doc/b511125089.html,ki.jrme.2015.1750