当前位置：文档库 › 岩石破裂与渗流耦合过程细观力学模型

岩石破裂与渗流耦合过程细观力学模型

?３３４?固体力学学报２００５年第２６卷

应力达到Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ或抗拉强度时，单元的弹性

模量按照带有残余强度的弹脆性本构关系进行刚度

退化处理，同时渗透系数按式（５）急剧地增加ｕ２｜，可

由试验确定．具体的模型描述见文献［１３，１４］．

１．２数值模拟分析系统计算方法

本文所用的模型将细观力学的思想应用到材料

破坏问题中，将连续介质在细观尺度上离散为四边

形单元联结而成的网络系统，引入弹性损伤本构关

系，通过弹性模量和强度力学性质的弱化和渗透性、

水压力的提高来描述单元的损伤和破坏后的渗流一

损伤耦合作用，计算进程见图１．

仃再ｎ

赋初始值与迭

代误差ｃｃ，

图１数值模型的计算流程图

该模型中虽然单元的力学行为比较简单，但宏观复杂的破坏现象可能通过它们的相互作用反映出来，损伤局部化和裂纹的萌生是通过细观单元的破坏连接组成，相对于分布裂缝模型，避免了复杂而任意的本构描述，相对于分离裂缝模型，模型避免了复杂的应力强度因子计算和网格重新划分工作．

２数值模拟分析

２．１数值模型

数值模型采用二维平面应力模型（见图２所示），几何尺寸以及加载条件比照试验模型［１２?１３］：模型长１００ｍｍ，宽５０ｍｍ，共３００×１５０＝４５０００个细

图２数值模拟试验的结构图

观单元，加载步Ｆ】＝Ｏ．００２ｍⅡ∥ｓｔｅｐ，围压Ｐ１＝４ＭＰａ；模型左右隔水，底端孔压Ｐ：＝３．８ＭＰａ，上端孔压只＝２．３ＭＰａ．单元的弹性模量玩，单轴抗压强度扣，渗透系数五按照威布尔随机分布．

妒＝詈（素）”…ｅｘｐ［＿（素）”１］（６）其中的ｓ分别代表Ｅ。ｏ、后等参数的初始值，ｓ。代表与之相对应的平均值，具体取值见表１所列．ｍ就是用来描述试样均匀性的均质度系数，均质度系数高的代表岩石试样更加均匀，这里取ｍ＝２．０，表示细观单元孔隙缺陷结构的统计分布．

表１力学参数表（平均值）

第３期杨天鸿等：岩石破裂与渗流耦合过程细观力学模型?３３５?

２．２岩石破裂过程中的渗透率变化

图３显示的是模拟得到的渗透系数．应变曲线图和应力．应变曲线以及声发射事件．图３表明，在弹性变形阶段，渗透系数是在逐渐减小的．在非线性变形阶段，当轴向应变增加的时候，渗透系数较小程度变缓，并开始缓慢增加，失稳破坏后出现大的阶跃．在每一次渗透系数发生变化的时候就可以发现与之相对应的应力降．因此，试件损伤（微破裂）的发展引起渗透系数的变化，很明显渗透系数的变化

图３岩石试件应力应变一渗透率以及声

发射过程曲线流的影响．

图５是加载到第１０步（ｓｔｅｐ１０），保持载荷条件不变，不同时间的水压力沿试件轴向变化的关系曲线，这时底端的孑Ｌ隙水压力保持不变（２．３ＭＰａ）而另一端的孔隙压力从２．３ＭＰａ增加到３．８ＭＰａ，图６是相对应的水力梯度图．图７、图８则是分别是加载到３８步（ｓｔｅｐ３８）时对应的模拟结果，此时的载荷超过了峰值强度（即峰后），微破裂已经在试件中发毕．

和试样的损伤是一致的．图４是岩石试样逐渐破裂

过程的剪应力图（图中的亮度表示应力的大小）和

图５破裂前不同时间渗流压力梯度分布曲线水流矢量图．在第３８步的时候，达到峰值强度，应力

下降，破裂面形成，为渗流提供了流动的路径，整体

渗透系数比峰值载荷点的提高了３～４倍以上．

（ａ）破裂模式（ｂ）水流矢量

图４破坏后（ｓｔｅｐ＝３８）裂纹分布和水流矢量图

２．３非稳定渗流过程分析

上述模拟结果和分析都是对于试件轴向加载的稳态渗流而言的，下面重点讨论裂隙扩展对瞬态渗

（ａ）２０ｓ（ｂ）１１５０ｓ

图６破裂后不同时间渗流压力梯度分布

图５～图８反映了岩样中的水流随时间的瞬态演化过程．可以看出，岩样在峰值前渗透性很弱，渗流速度很慢，孔隙压力从试件的一端到另一端最终经历了１１５０ｓ秒才能达到平衡．然而在峰值之后达到孔隙压力平衡，仅用了３００ｓ．主要是因为裂纹或

裂隙中的渗流速度比岩石中的快．

?３３６?固体力学学报２００５年第２６卷

∞

。＿

岂

ｇ

６

＼

型

鏊

Ｒ

出

退

媳

０２０４０６０８０１００

试件轴向变化／ｍｍ

图７破裂后不同时间渗流压力梯度分布曲线

（ａ）２０ｓ（ｂ）２５０ｓ

图８破裂后不同时间渗流压力梯度分布

除了渗流速度不同外，孔隙压力梯度分布随时间演化呈现明显的非线性特征，其原因是由于岩样中裂隙的存在改变了渗流压力分布．

Ｐａｔｅｒｓｏｎ¨纠通过渗透试验研究认为，渗透率的变化滞后于裂隙或裂纹的扩展．通过对模拟结果的分析可知，渗流是一个跟时间有关的瞬态问题，尽管新产生的微裂隙可以明显提高岩样的渗透率，但是水压力达到平衡需要一定的时间，特别是裂隙还没有完全连通的时候．注意到这些渗流路径的变化对研究矿山突水、水坝溃决等问题具有重要意义．

３结论

（１）从岩石细观非均匀性的特点出发，应用弹性损伤力学、Ｂｉｏｔ渗流力学理论，建立了岩石破裂过程渗流．应力一损伤耦合作用的细观力学模型，该模型能较好的模拟出岩石材料在水压和载荷作用下裂纹扩展路径不规则发展及稳态、瞬态渗流过程；

（２）算例表明，裂纹扩展对渗流路径和流动过程起到明显的控制作用，从细观力学的更高层次上解释宏观工程岩体渗流．应力耦合作用下的破坏、失稳行为．

参考文献

１赵阳升，秦惠增，白其峥．煤层瓦斯流动的气－固耦合数学模型及数值解法研究．固体力学学报，１９９４，１５（１）：４９～５６

２王嫒，徐志英等．复杂裂隙岩体渗流与应力弹塑性全耦合分析．岩石力学与工程学报，２０００（３）：１７７～１８１

３陈平，张有天．裂隙岩体渗流与应力耦合分析．岩石力学与工程学报，１９９４，１３（４）：２９９—３０８

４朱维申，张强勇，李术才．三维脆弹塑性断裂损伤模型在裂隙岩体工程中应用．固体力学学报，１９９９，２０（２）：１６４～１７０

５董宇光，李慧剑，严小丽．四点剪切加载下混凝土裂纹扩展路径研究．固体力学学报，２００４，２５（２）：１９８—２０２

６孙秀堂，常成，王成勇．岩石临界ｃ’ｒｏＤ的确定及失稳断裂过程区的研究．岩石力学与工程学报，１９９５，１４（４）：３１２～３１９

７ＫｅｉｖａｎＮｏｇｈａｂａｉ．Ｄｉｓｃｒｅｔｅｖｅ瑙ｕ８ｓｍｅａｒｅｄｖｅ璐ｕｓｅｌｅＩｎｅｎｔ?ｅｍｂｅｄｄｅｄｃｒａｃｋｎｌｏｄｅｌ８ｏｎｒｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍ．ＪｏｕｍａｌｏｆＥｎｇｉ—ｎｅｅｒｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｃｓ，１９９９，１２５（６）：３０７—３１４

８Ｖ８１ｋｏＰ，ＥｃｏｎｏｍｉｄｅｓＭＪ．ＰｒＤｐａｇａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｍｔｌｌｉｃａｕｙｉｎ－ｄｕｃｅｄｆ｝ａｃｔｕｒｅｓ—Ａｃｏｎｔｉｎｕｕｍｄ锄ａｇｅｍｅｃｈａｎｉｃｓａｐｐｍａｃｈ．ＩｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌＪｏｕｍａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈ肌ｉｃｓ蚰ｄＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ８ａｎｄＧｅｏｍｅｃｈａｎｉｃｓＡｂｓｔｍｃｔ８，１９９４，３１（３）：２２ｌ一２２９

９ＫｅｍｅｎｙＪＭ，Ｃ００ｋＮＧＷ．Ｍｉｃｍｍｅｃｈ粕ｉｃ８ｏｆｄ娟珊Ｍ晒∞

ｉｎＩＤｃｋｓ．１ｎ：ＳｈｅｈＳＰ，ｅｄｉｔｏｒ，Ｔｏｌ岫ｅｎｉｎｇｍｅｃｈａｌｌｉｃ８ｉｎｑｕａ－ｓｉ．晡ｔｄｅ瑚ｔｅｄａｌｓ。Ｄ０ｒｄｌ僦ｈｔ：Ⅺｕ鹏ｒＡｃａｄｅｍｉｃＰｕｂｌｉ８ｈｅ玛，

１９９１。１５５一１８８

１０ｓｈ∞ＪＦ，Ｈ∞出ａＤ，ＢａｌｒＭ，Ｈｏｍ明ｄＦ，Ｄｕｖｅ叭Ｇ，ｓｏｕ－ｌｅｙＭ，ＨｏｔｅｉｔＮ．Ｃｏｎｔｉｎ∞ｕ８ｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｉｎｄｕｃｅｄ蚰ｉｓｏｔｒｏｐ－

ｉｃｄ咖８９ｅｉｎｇｒａｎｉｔｅ．ＩｍＪＲ０ｃｋＭｅｃｈＭｉｎＳｃｉ，１９９９，３６：１００１一１０１２．ＢｒａｃｅｗＦ．ｐｅｍｅ８ｂｉｌ崎ｏｆｇｒａｎｉｔｅｕｎｄｅｒｈｉｇｈｐｍｓｓｕｒｅ．Ｊｏ啪ａｌ０ｆＧ∞ｐｈｙｓｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈ，１９６８，（７３）：２２２５～２２３６

１１ＢｉｏｔＭＡ．Ｇｅｍａｒａｌｔｈｅｏｒｙｏｆｔｈｒｅｅ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ８ｌｃｏｎｓｏｌｉｄａ－ｔｉｏｎ．ＪＡｐｐｌＰ量ｌｙｓ，１９４１，１２：１５５一１６４

１２ＬｉＳｈｉｐｉｎｇ，ＷｕＤａ）【ｉｎ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｃｏ曲ｎｉｎｇｐｒｅ８ｓｕ弛，ｐｏｒｅｐ他ｓｓｕｒｅ

ａｎｄ

ｓｐｅｃｉｍｅｎ

ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｎｐｅ珊ｅａｂｉｌｉｔｙ０ｆｙｉｎｚｈｕ锄ｇｓ明ｄｓｔｏｎｅ．ＩｍＪＲｏｃｋＭｅｃｈＭｉｎＳｃｉ，１９９７，３４（３／４）：４３５—４４ｌ

１３ＴａｎｇＣＡ，７１１１锄ＬＧ，ＰＫＫＬｅｅ，ＴＨＹａｎｇ，ＬＣＬｉ．Ｃｏｕ—ｐｌｅｄ粕ａｌｙｓｉｓｏｆｎｏｗ，ｓ№ｓｓ明ｄｄａＴｎａｇｅ（ＦＳＤ）ｉｎｒｏｃｋｆａｉｌ－ｕｒｅ．ＩｎｔＪＲｏｃｋＭｅｃｈＭｉｎＳｃｉ。２００２。３９：４７７—４８９

４３３３３３２２２２

２

岩石力学复习提纲(11)120105

岩体力学复习提纲一．概念题 1．名词解释：【（1）岩石；（2）岩体；（3）岩石结构；（4）岩石构造；（5）岩石的密度；（6）块体密度；【（7）颗粒密度；【（8）容重；【（9）比重；【（10）孔隙性；【（11）孔隙率；（12）渗透系数；【（13）软化系数；【（14）岩石的膨胀性；（15）岩石的吸水性；（16）扩容；（【17）弹性模量；（18）初始弹性模量；（19）割线弹性模量；（20）切线弹性模量；（21）变形模量；（22）泊松比；（23）脆性度；【（24）尺寸效应；（25）常规三轴试验；（26）真三轴试验；【（27）岩石三轴压缩强度；（28）流变性；【（29）蠕变；（30）松弛；【（31）弹性后效；【（32）岩石长期强度；（33）强度准则。【2．岩石颗粒间连接方式有哪几种？【3．何谓岩石的水理性？水对岩石力学性质有何影响？【4．岩石受载时会产生哪些类型的变形?岩石的塑性和流变性有什么不同?从岩石的破坏特征看，岩石材料可分为哪些类型？ 5．岩石在单轴压缩下典型的应力—应变曲线有哪几种类型，并用图线加以说明。 6．简述循环荷载条件下岩石的变形特征。 7．简述岩石在三轴压缩条件下的变形特征与强度特征。【8．岩石的弹性模量与变形模量有何区别？【9．岩石各种强度指标及其表达式是什么？ 10．岩石抗拉强度有哪几种测定方法？在劈裂法试验中，试件承受对径压缩，为什么在破坏面上出现拉应力破坏？ 11．岩石抗剪强度有哪几种测定方法？如何获得岩石的抗剪强度曲线？ 12．岩石的受力状态不同对其强度大小有什么影响？哪一种状态下的强度较大？ 13．简述影响岩石单轴抗压强度的因素。 14．岩石典型蠕变可划分为几个阶段，图示并说明其变形特征？ 15．岩石流变模型的基本元件有哪几种？各有何特征？

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/e015425822.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]

岩石力学复习资料

9．结构面的剪切变形、法向变形与结构面的哪些因素有关？答：结构面的剪切变形、法向变形与岩石强度、结构面粗糙性和法向力有关。 10.结构面力学性质的尺寸效应体现在哪几个方面？答：结构面试块长度增加，平均峰值摩擦角降低，试块面积增加，剪切应力呈现出减小趋势。此外，还体现在以下几个方面：（1）随着结构面尺寸的增大，达到峰值强度时的位移量增大；（2）试块尺寸增加，剪切破坏形式由脆性破坏向延伸破坏转化；（3）尺寸增加，峰值剪胀角减小，结构面粗糙度减小，尺寸效应也减小。 12.具有单结构面的岩体其强度如何确定？答：具有单结构面的岩体强度为结构面强度与岩体强度二者之间的最低值。结构面强度为： σ1 =σ3 + 2 ? (C j+σ3?tgφj ) (1 -tgφj ctgβ ) ? sin 2β 岩体强度为： σ=1 + sin φσ+ 2 ?C? cosφ 1 - sin φ 3 1 - sin φ1 18.岩体质量分类有和意义？答：为了在工程设计与施工中能区分岩体质量的好坏和表现在稳定性上的差别，需要对岩体做出合理分类，作为选择工程结构参数、科学管理生产以及评价经济效益的依据之一，也是岩石力学与工程应用方面的基础性工作。

19.CSIR 分类法和Q 分类法各考虑的是岩体的哪些因素？答: 岩体地质力学分类是由岩体强度、RQD 值、节理间距、单位长度的节理条数及地下水５种指标分别记分，然后累加各项指标的记分，得出该岩体的总分来评价该岩体的质量。CSIR=A+B+C+D+E＋F A——岩体强度（最高15 分）； B——RQD 值（最高分20 分）； C——节理间距（最高分 20 分） D——单位长度的节理条数（最高分30 分） E——地下水条件（最高分 15 分）。 F——节理方向修正分（最低－ 60，见表2-17b）巴顿岩体质量（Q）分类由Barton 等人提出的分类方法： Q ＝RQ D ? J r ? J w

岩石力学考试答案

14. 确定岩石抗剪强度的方法：①直接剪切试验②楔形剪切试验③三轴压缩试验开尔文模型广义马克斯威尔模型广义开尔文模型柏格斯模型 1. 压力拱理论稳定条件：沿着拱的切线方向仅作用着压力，适用条件：能够形成压力拱，即洞室上方有足够的厚度且有相当稳定的岩体。 No.1岩石力学考题（地质工程、岩土工程）A 卷答案 3、试述主要岩石破坏准则(要求列举4个以上)列出相应的表达式及其各自的适用情况。（7分）最大正应力理论0))()((2 23222221=---R R R σσσ 单向式脆性岩不在某些二进制赂应力状态受检情况。最大正应变： []{}[]{}[]{} 0)()()(22 21322 3122 2 321=-+--+--+-R R R σσμσσσμσσσμσ 脆性材料 [][][] 塑性材料八面体剪应力理论最大剪应力理论?? ? ??-+-+-=-----2 32232221223122322221)()()(0)()()-(σσσσσσσσσσσσR R R 莫尔库仑理论：?στtg c f += Mpa 10<σ 岩石中大部分材料 ?? σσσσsin 2313 1=++-ctg 莫尔理论 )(στf f =剪切破坏只与1σ、3σ有关，与2σ无关。包络线：脆性材料、双曲线或摆线；塑性材料，抛物线。格里菲思，适用于脆性材料(拉应力集中)

)(42 y xy Rt Rt στ+= 0331>+σσ )(8)(312 31σσσσ+=-Rt 破裂角：arc 21 = β) (23131σσσσ+-as 0331<+σσ Rt -=3σ 0=β 伦特堡塑性材料修正格里菲斯脆性材料修正格里菲斯脆性材料，由于孔隙边缘压应力集中引起压剪破坏。五、计算题：（45分） 1、将直径为3cm 的岩心切成厚度为0.7cm 的薄岩片，然后进行劈裂试验，当荷载达到1kN 时，岩片即发生开裂破坏，试计算试件的抗拉强度。（4分）解： Dl P R t πmax 2= 2、已知某岩体的容重γ=26KN/m 3 、抗剪强度c=0.017MPa ，φ=30。。如果基于这种岩体设计以其坡高系数H ’=1.6，试求该边坡的极限高度H 。（4分） )245(290?γ+=o tg c H （2分） 90/ H H H = (2分) 2、设某花岗岩埋深一公里，其上复盖地层的平均容重为，花岗岩处于弹性状态，泊松比。该花岗岩在自重作用下的初始垂直应力和水平应力分别为多大？（8分） 3、解答（1）垂直应力计算（2）水平应力计算

岩石力学复习题 2解析

《岩石力学》测试题一西南科技大学考试试题单考试科目：岩石力学（不必抄题，但必须写明题号，试题共计三大题）一、解释下列术语（每小题4分，共28分） 1.岩石的三向抗压强度岩石在三向同时受压时每个单向分别的强度极限 2.结构面具有一定形态而且普遍存在的地质构造迹象的平面或曲面。不同的结构面，其力学性质不同、规模大小不一。 3.原岩应力岩石在地下未受人类扰动时的原始应力状态 4.流变在外力作用下，岩石的变形和流动 5.岩石的碎胀性岩石破碎后的体积VP比原体积V增大的性能称为岩石的碎胀性，用碎胀系数ξ来表示。 6.蠕变岩石在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象 7.矿山压力地下矿体被开采后，其周围岩体发生了变形和位移，同时围岩内的应力也增大和减小，甚至改变了原有的性质。这种引起围岩位移的力和岩体变化后的应力就叫矿山压力。二、简答题（每小题7分，共42分） 1.岩石的膨胀、扩容和蠕变等性质间有何异同点？都是岩石形状改变的一种类型，膨胀和扩容时岩石的体积会增大，扩容和蠕变时需要受力2.岩体按结构类型分成哪几类？各有何特征？整体块状层状碎裂

散体 3.用应力解除法测岩体原始应力的基本原理是什么？ 4.格里菲斯强度理论的基本要点是什么？ 5.在不同应力状态下，岩石可以有几种破坏形式？压缩破坏拉伸破坏剪切破坏 6.喷射混凝土的支护作用主要体现在哪些方面？喷射混凝土的厚度是否越大越好？为什么？三、计算题（30分） 1.将一岩石试件进行三向抗压试验，当侧压σ2= σ3=300kg/cm2时，垂直加压到2700kg/cm2试件破坏，其破坏面与最大主平面夹角成60°，假定抗剪强度随正应力呈线性变化。试计算：（1）内磨擦角φ；（2）破坏面上的正应力和剪应力；（3）在正应力为零的那个面上的抗剪强度；（4）假如该试件受到压缩的最大主应力和拉伸最小主应力各为800kg/cm2，试用莫尔园表示该试件内任一点的应力状态？（本题20分） 2.岩体处于100m深，上部岩体的平均容重γ=2.5T/M3，泊松比μ=0.2，自重应力为多少？当侧压力系数为1.0时，自重应力为多少？（本题10分《岩石力学》测试题二双击自动滚屏

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

岩体力学课后习题答案

一章: 1、叙述岩体力学的定义、岩体力学主要就是研究岩体与岩体力学性能的一门学科,就是探讨岩石与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:岩体就是由岩石块与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就是什么？ (1)岩体结构就是指结构面的发育程度及其组合关系;或者就是指结构体的规模、形态及其排列形式所表现的空间形态。(2)结构体与结构面。 4、岩体结构的六大类型？块状、镶嵌、层状、碎裂、层状碎裂、松散结构。 5.岩体有哪些特征？ 6.(1)不连续;受结构面控制,岩块可瞧作连续。(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、形状与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。二章: 1、岩石物理力学性质有哪些？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,三向压缩强度与各种受力状态相对应的变形特性。 2、影响岩石强度特性的主要因素有哪些？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。 3.什么就是岩石的应力应变全过程曲线？所谓应力应变全过程曲线就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。 4、简述岩石刚性实验机的工作原理？:压力机加压(贮存弹性应能)岩石试件达峰点强度(释放应变能)导致试件崩溃。AA′O2O1面积—峰点后,岩块产生微小位移所需的能。ACO2O1面积——峰点后,刚体机释放的能量(贮存的能量)。ABO2O1——峰点后,普通机释放的能量(贮存的能量)。当实验机的刚度大于岩石的刚度,才有可能记录下岩石峰值应力后的应力应变曲线。 5、莫尔强度理论,格尔菲斯强度理论与E、hoek与E、T、brown提出的经验理论的优缺点？莫尔强度理论优点就是使用方便,物理意义明确;缺点就是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就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;缺点就是仅考虑岩石开裂并非宏观上破坏的缘故。E、hoek与E、T、brown提出的经验理论与莫尔强度理论很相似其优点就是能够用曲线来表示岩石的强度,但就是缺点就是表达式稍显复杂。

《岩石力学》复习资料

《岩石力学》复习资料 1.1 简述岩石与岩体的区别与联系。答：岩石是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体，力学性质可在实验室测得；岩体是指由背诸如节理、裂隙、层理和断层等地质结构面切割的岩块组成的集合体，力学性质一般在野外现场进行测定，因此更接近岩体的实际情况，反映岩体的实际强度。 1.2 岩体的力学特征是什么？答：（1）不连续性：岩体受结构面的隔断，多为不连续介质，但岩块本身可作为连续介质看待；（2）各向异性：结构面有优先排列位向的趋势，随着受力岩体的结构趋向不同力学性质也各异；（3）不均匀性：结构面的方向、分布、密度及岩块的大小、形状和镶嵌状况等在各部位都很不一致，造成岩体的不均匀性；（4）岩块单元的可移动性：岩体的变形破坏往往取决于组成岩体的岩石块单元体的移动，这与岩石块本身的变形破坏共同组成岩体的变形破坏；（5）力学性质受赋存条件的影响：在一定的地质环境中，岩体赋存有不同于自重应力场的地应力场、水、气、温度以及地质历史遗留的形迹等。 1.3 岩石可分为哪三大类？它们各自的基本特点是什么？答：（1）岩浆岩：由岩浆冷凝形成的岩石，强度高、均匀性好；（2）沉积岩：由母岩在地表经风化剥蚀后产生，后经搬运、沉积

和结硬成岩作用而形成的岩石，具有层理构造，强度不稳定，且具有各向异性；（3）变质岩：由岩浆岩、沉积岩或变质岩在地壳中受高温、高压及化学活动性流体的影响发生变质而形成的岩石。力学性质与变质作用的程度、性质以及原岩性质有关。 1.4 简述岩体力学的研究任务与研究内容。研究任务：①建模与参数辨别；②确定试验方法、仪器与信息处理；③现场测试；④实际应用；研究内容：①岩石与岩体的物理力学性质（岩石的物质组成和结构特征，岩石的物理、水理性质，岩块在不同应力状态作用下的变形和强度特征，结构面的变性特征和强度参数的确定等）；②岩石和岩体的本构关系（岩块的本构关系，岩体结构面分类和典型结构面本构关系，岩体的本构关系）；③工程岩体的应力、变形和强度理论（岩体初始应力测量及分布规律，岩体中应力、应变和位移计算，岩体破坏机理、强度理论和工程稳定性维护与评价）：④岩石（岩块）室内实验（室内实验是岩石力学研究的基本手段）；⑤岩体测试和工程稳定监测（岩体原位力学实验原理和方法，岩体结构面分布规律的统计测试，岩体的应力、应变、位移检测方法及测试数据的分析利用，工程稳定准则和安全预测理论与方法）。 1.5 岩体力学的研究方法有哪些？研究方法是采用科学实验、理论分析与工程紧密结合的方法。 ①对现场的地质条件和工程环境进行调查分析，掌握工程岩体的组构规律和地质环境；

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（）。

河北工程2015岩石力学网上课后习题及答案

比较长，大家可以通过查找的方式来找题，如果找不到就是我没作，大家自己蒙吧一、单选题莫尔强度理论不适用的岩石类型是（）。A A、劈裂破坏 B、塑性流动破坏 C、X形剪切破坏 D、单斜面剪切破坏依据库仑准则岩石的剪切破坏角（）。B A、小于45° B、等于45° C、大于45°

D、随正应力变化某岩层的岩石抗拉强度22MPa，单轴抗压强度为280MPa，则该岩层的普氏系数为（）。C A、2.2 B、22 C、28 D、280 就岩石力学而言，岩体与岩块的最重要区别是（）B A、岩体大于岩块 B、岩体中存在不连续面 C、岩体仍存在于地壳内具有崩解性岩石的软化系数为（）。D

A、1.0 B、＜1 C、＞0 D、0 （）符合单轴压缩国家标准，并被广泛采用的岩石试件形状。C A、正方形 B、正棱柱体 C、圆柱体 D、长方体不属于巷道围岩范围内的是（）C A、减压区

B、弹性承载区 C、稳压区 D、塑性承载区直径为（）mm的圆柱体试件径向点载荷试验的点载荷指标值为标准试验值。B A、100 B、50 C、25~50 D、25 已知某岩石的强度曲线为，则该岩石内摩擦角和内聚力为（）B A、60°，根号3MPa B、30°，根号3MPa

C、30°，3分之根号3MPa D、60°，3分之根号3MPa 岩体各向异性最明显时的节理组数为（）。B A、0 B、1 C、2 D、2 采用双千斤顶法测定岩体抗剪强度时，剪切千斤顶加载方向与剪切面夹角为（）°。B A、0 B、15 C、30

D、45 符合岩石的三轴抗压强度的性质的是（）。A A、随σ3增大三轴抗压强度明显增大 B、σ2对三轴抗压强度无影响 C、σ3对三轴抗压强度无影响 D、对三轴抗压强度的影响σ2比σ3大表示岩石抗剪强度的参数是指（）。D A、抗切强度 B、内聚力 C、内摩擦角 D、内聚力和内摩擦角

岩石力学复习资料共20页

第一章 1 岩石的造岩矿物有哪些？P13 答：有正长石，斜长石，石英，黑云母，白云母，角闪石，辉石，橄榄石，方解石，白云石，高岭石，赤铁矿等 2岩石的结构连接类型有结晶连接，胶结连接。P15 3何谓岩石的微结构面？主要是指那些？P13 岩石中的微结构面，是指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒及矿物集合体之间微小的弱面及空隙。包括矿物解理，晶格缺陷，晶粒边界，粒间空隙，微裂隙等。 4 岩石按地质成因分类，分三类，有岩浆岩，沉积岩，变质岩。P17 岩浆岩：岩浆不断向地壳压力低的地方移动，以致冲破地壳深部的岩层，沿着地缝上升，上升到一定的高度，温度、压力都发生降低，当岩浆的内部压力小于上部岩层压力时，迫使岩浆停留，凝成岩浆岩。水成岩：也叫沉积岩，是由风化剥蚀作用或火山作用形成的物质，在原地或被外力搬运，在适当的条件下沉积下来，经胶结和成岩作用而形成的，其矿物成分主要是粘土矿物，碳酸盐和残余的石英长石等，句层理结构，岩性一般哟明显的各项异性，按形成条件及结构特点，沉积岩分为：火山碎屑岩，粘土岩，化学岩和生物化学岩变质岩：是在已有岩石的基础上，经过变质混合作用后形成的，温度和压力的不同，生成比不同的变质岩。 5岩石物理性质的主要指标及其表达方式是什么？P24-29

有容重，比重，孔隙率，含水率吸水率，渗透系数，抗冻系数。重点是：比重、容重、吸水率、透水性的公式看看。岩石在一定的条件下吸收水分的性能称为岩石的吸水性，含水率=岩石中水的质量与岩石烘干质量的比值。岩石的透水性是岩石能被水透过的的性能。可用渗透系数来衡量。 P30 岩石在反复冻融后强度降低的主要原因是：一构成岩石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化时，由于矿物的胀、缩不均匀二导致岩石的结构破坏；二当温度降到O°C一下时，岩石空隙中的水讲结冰，其体积增大约9%，会产生很大的膨胀压力，使岩石结构发生改变，直至破坏。 6 岩石的的强度及岩石单轴压缩破坏有几种形式？P31 岩石在各种载荷的作用下达到破坏的时所能承受的最大压力称为岩石的强度。有三种，X状共轭斜面剪切破坏；但斜面剪切破坏；拉伸破坏。P33 7 什么是全应力应变曲线？P48 曲线不仅包括应力应变达到峰值时的曲线，还包括岩石超过峰值强度破坏后的变形特征。要用刚性试验机才能获得。 8 什么是摩尔包络线？如何根据实验绘制摩尔包络线？试件破坏时的应力摩尔圆，沿着很多的摩尔圆绘制包裹的曲线，也就是摩尔强度曲线，有直线型，有抛物线型的，包络线与Y轴的截距称为岩石的粘结力，与X轴的夹角称为岩石的内摩擦角。有两种方式得到摩尔包络线：一对五六个岩石试件做三轴压缩实验，每次的围压不等，由小到大，得出每次试件破坏时的应力摩尔圆，有时也用单

岩石力学考试的题目复习重点

岩石力学考试重点题型分析第一题：对下列的名词进行解释 1.岩体质量指标RQD 2.岩石的弹性模量和变形模量 3.地应力与次生应力 4.岩石的蠕变与松弛 5.地基承载力 6.弹性变形 7. 等应力轴比 8. 极限承载力 9. 塑性变形 10.岩石本构关系第二题：填空题 1.根据结构面的成因，通常将其分为三种类型：原生结构面、构造结构面及次生结构面。 2.同一岩石各种强度中最大的是单轴抗压强度，中间的是抗剪强度，最小的是单轴抗拉强度。 3.岩石的抗剪强度用凝聚力C和内摩擦角Φ来表示 4.隧（巷）道轴线方向一般应与最大主应力平行（一致）。弹性应力状态下，轴对称圆形巷道围岩切向应力σr径向应力σθ的分布和角度无关，应力大小与弹性常数E、υ无关。 5.岩石的变形不仅表现为弹性和塑性，而且也具有流变性质，岩石的流变包括蠕变、松弛和弹性后效。 6.D-P准则是在C-M准则和塑性力学中的Mises准则基础上发展和推广而来的，应力第一不变量I1=＿＿。 7.边坡变形主要表现为松动和蠕动。 8.边坡按组成物质可分为土质边坡和岩质边坡。

9.岩坡的失稳情况，按其破坏方式主要分为崩塌和滑坡两种。 10.地基承载力是指地基单位面积上承受荷载的能力，一般分为极限承载力和容许承载力。 11.路基一般分为路堤和路堑两种，高于天然地面的填方路基称为路堤；低于天然地面的挖方路基称为路堑。第三题：简述题 1.岩石力学的研究内容及研究方法。 2.地下水对岩体的物理作用体现在哪些方面？ 3. 简述地应力分布的基本规律。 4.喷砼的支护特点。 5.边坡稳定性的影响因素。 6．岩石的强度指标主要有哪些？各指标是如何定义的？ 7.地应力对岩体力学性质的影响体现在哪些方面？ 8.边坡平面破坏计算法的假定条件。第四题：论述题 1.结合下图，说明重力坝坝基深层滑动稳定性计算中：①不按块体极限状态计算的等K 法；②按块体极限状态计算的等K 法的计算思路（块体中各种作用力可以用符号代表）（图见书上424页图8-14a ）（第四题） 2. 推导平面问题的平衡微分方程（图见书上181页图4-2） 3. 根据莫尔—库仑强度理论，推证岩石单轴抗压强度σc 与单轴抗拉强度σt 满足下式： φ φσσsin 1sin 1+-=　c t 第五题：计算题： 1. 已知岩样的容重γ=2 2.5kN/m 3，比重80.2=s G ，天然含水量%80=ω，试计算该岩样的孔隙率n ，0=+??+??X y x yx x τσ0 =+??+??Y x y xy y τσ

弹性力学课后习题详解

第一章习题 1-1 试举例证明，什么是均匀的各向异性体，什么是非均匀的各向同性体，什么是非均匀的各向异性体。 1．均匀的各向异性体：如木材或竹材组成的构件。整个物体由一种材料组成，故为均匀的。材料力学性质沿纤维方向和垂直纤维方向不同，故为各向异性的。 2．非均匀的各向同性体：实际研究中，以非均匀各向同性体作为力学研究对象是很少见的，或者说非均匀各向同性体没有多少可讨论的价值，因为讨论各向同性体的前提通常都是均匀性。设想物体非均匀（即点点材性不同），即使各点单独考察都是各向同性的，也因各点的各向同性的材料常数不同而很难加以讨论。实际工程中的确有这种情况。如泌水的水泥块体，密度由上到下逐渐加大，非均匀。但任取一点考察都是各向同性的。再考察素混凝土构件，由石子、砂、水泥均组成。如果忽略颗粒尺寸的影响，则为均匀的，同时也必然是各向同性的。反之，如果构件尺寸较小，粗骨料颗粒尺寸不允许忽略，则为非均匀的，同时在考察某点的各方向材性时也不能忽略粗骨料颗粒尺寸，因此也必然是各向异性体。因此，将混凝土构件作为非均匀各向同性体是很勉强的。 3．非均匀的各向异性体：如钢筋混凝土构件、层状复合材料构件。物体由不同材料组成，故为非均匀。材料力学性质沿纤维方向和垂直纤维方向不同，故为各向异性的。 1-2一般的混凝土构件和钢筋混凝土构件能否作为理想弹性体一般的岩质地基和土质地基能否作为理想弹性体理想弹性体指：连续的、均匀的、各向同性的、完全（线）弹性的物体。一般的混凝土构件（只要颗粒尺寸相对构件尺寸足够小）可在开裂前可作为理想弹性体，但开裂后有明显塑性形式，不能视为理想弹性体。一般的钢筋混凝土构件，属于非均匀的各向异性体，不是理想弹性体。一般的岩质地基，通常有塑性和蠕变性质，有的还有节理、裂隙和断层，一般不能视为理想弹性体。在岩石力学中有专门研究。一般的土质地基，虽然是连续的、均匀的、各向同性的，但通常具有蠕变性质，变形与荷载历史有关，应力-应变关系不符合虎克定律，不能作为理想弹性体。在土力学中有专门研究。 1-3 五个基本假定在建立弹性力学基本方程时有什么用途连续性假定使变量为坐标的连续函数。完全（线）弹性假定使应力应变关系明确为虎克定律。均匀性假定使材料常数各点一样，可取任一点分析。各向同性使材料常数各方向一样，坐标轴方位的任意选取不影响方程的唯一性。小变形假定使几何方程为线性，

《岩石力学》期末试卷及答案

《岩石力学》期末试卷及答案姓名学号成绩一、选择题(每题1分，共20分) 1. 已知岩样的容重为γ，天然含水量为0w ，比重为s G ，40C 时水的容重为w γ，则该岩样的饱和容重m γ为（ A ） A. ()()w s s G w G γγ++-011 B. ()()w s s G w G γγ+++011 C. ()()γγ++-s s w G w G 011 D. ()()w s s G w G γγ+--011 2. 岩石中细微裂隙的发生和发展结果引起岩石的（ A ） A ．脆性破坏 B. 塑性破坏 C. 弱面剪切破坏 D. 拉伸破坏 3. 同一种岩石其单轴抗压强度为c R ，单轴抗拉强度t R ，抗剪强度f τ之间一般关系为（ C ） A.f c t R R τ<< B. f t c R R τ<< C. c f t R R <<τ D. t f c R R <<τ 4. 岩石的蠕变是指（ D ） A. 应力不变时，应变也不变； B. 应力变化时，应变不变化； C. 应力变化时，应变呈线性随之变化； D. 应力不变时应变随时间而增长 5. 模量比是指（A ） A ．岩石的单轴抗压强度和它的弹性模量之比 B. 岩石的弹性模量和它的单轴抗压强度之比 C ．岩体的单轴抗压强度和它的弹性模量之比 D ．岩体的弹性模量和它的单轴抗压强度之比 6. 对于均质岩体而言，下面岩体的那种应力状态是稳定状态（ A ） A.??σσσσsin 23131<++-cctg B.?? σσσσsin 23131>++-cctg C. ??σσσσsin 23131=++-cctg D.??σσσσsin 23131≤++-cctg 7. 用RMR 法对岩体进行分类时，需要首先确定RMR 的初始值，依据是（ D ） A ．完整岩石的声波速度、RQD 值、节理间距、节理状态与地下水状况 B. 完整岩石的强度、RQD 值、节理间距、节理状态与不支护自稳时间 C. 完整岩石的弹性模量、RQD 值、节理间距、节理状态与地下水状况 D. 完整岩石的强度、RQD 值、节理间距、节理状态与地下水状况 8. 下面关于岩石变形特性描述正确的是（ B ） A. 弹性就是加载与卸载曲线完全重合，且近似为直线 B. 在单轴实验中表现为脆性的岩石试样在三轴实验中塑性增强 C. 加载速率对应力－应变曲线没有影响 D. 岩基的不均匀沉降是由于组成岩基的不同岩石材料含水量不同导致的 9. 下面关于岩石水理性质描述正确的是（ B ）

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/e015425822.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/e015425822.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/e015425822.html, DOI：10.13722/https://www.wendangku.net/doc/e015425822.html,ki.jrme.2015.1750