矿山岩体力学基础复习总结题一.docx

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矿山岩体力学基础复习总结题一

《矿山岩体力学基础》复习题一

一、填空题：

1、____________、___________、构造是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素。

2、已知岩石的孔隙率为5%，则其孔隙比为_________________。

3、岩石在不同的应力作用下，其极限强度的大小满足抗剪强度_____抗拉强度。

4、岩石形成各向异性的原因是岩石物质成分、结构具有_____________，节理、结构面、层面具有_____________。

5、岩石蠕变的类型分为____________________和_________________两种。

6、马克斯维尔（M）体描述具有瞬时弹性变形、等速蠕变和松弛性质的不稳定蠕变，其结构组成为_____________。

7、岩石抗冻系数为岩样在_________℃之间反复冻融，其抗压强度降低值与未冻融前抗压强度的百分比。

8、塑性区围岩具有__________位移，位移仅与_____________有关，与_____________无关。

9、目前维护井下巷道围岩稳定，主要从两个方面入手_______________、_______________。

10、从支护原理上分析，普通支护为___________支护，锚喷支护为_____________支护。

11、锚杆支护设计时一般先确定____________力，然后确定__________力，再确定锚杆杆径。

二、名词解释：

1、各向异性：

2、软化系数：

3、初始碎胀系数：

4、岩体裂隙度K：

5、本构方程：

6、平面应力问题：

三、简答题：

1、什么是全应力应变曲线？

为什么普通材料试验机得不出全应力应变曲线？

2、简述岩石在三轴压缩下的变形特征。

3、按结构面成因，结构面通常分为几种类型？

4、在巷道围岩控制中，可采取哪些措施以改善围岩应力条件？

5、地应力测量方法分哪两类？

两类的主要区别在哪里？

每类包括哪些主要测量技术？

四、论述题：

试说明普氏、太沙基地压计算理论，并给予评价。

《矿山岩体力学基础》复习题一参考答案

一、填空题：

1、矿物；结构

2、0.053

3、>（大于）

4、方向性；方向性

5、稳定蠕变；不稳定蠕变

6、M=H—N（或元件图）

7、正负25

8、弹塑性；应力偏量；静水压力

9、增强围岩强度；降低围岩应力。

10、被动；主动

11、锚固；拉断

二、名词解释：

1、各向异性：

岩石的全部或部分物理、力学性质随方向不同而表现出差异的性质。

2、软化系数：

饱水岩样抗压强度与自然风干岩样抗压强度的比值。

3、初始碎胀系数：

破碎后样自然堆积体积与原体积之比。

4、岩体裂隙度K：

取样线上单位长度上的节理数。

5、本构方程：

描述岩石应力与应变及其与应力速率、应变速率之间关系的方程（物理方程）。

6、平面应力问题：

某一方向应力为0。

（受力体在几何上为等厚薄板，如薄板梁、砂轮等）

三、简答题：

1、答：

在单轴压缩下，记录岩石试件被压破坏前后变形过程的应力应变曲线。

普通材料实验机整体刚度相对较小，对试件施加载荷产生的反作用力将使实验机构件产生较大变形（弹性能储存），当岩石试件被压坏时，试件抗压能力急剧下降，致使实验机弹性变形迅速恢复（弹性能释放）摧毁岩石试件，而得不到岩石破坏后的应力应变曲线。

刚性实验机在施加载荷时，自身变形极小，储存的弹性能不足以摧毁岩石试件，因此可以得到岩石破坏后的应力应变曲线。

2、答：

E、μ与单轴压缩基本相同；

随围压增加——三向抗压强度增加；

峰值变形增加；

弹性极限增加；

岩石由弹脆性向弹塑性、应变硬化转变。

3、答：

按成因分类有三种类型：

①原生结构面——成岩阶段形成的结构面；

②构造结构面——在构造运动作用下形成的结构面；

③次生结构面——由于风化、人为因素影响形成的结构面。

4、答：

选择合理的巷道断面参数（形状、尺寸），避免拉应力区产生（无拉力轴比）；

巷道轴线方向与最大主应力方向一致；

将巷道布置在减压区（沿空、跨采、卸压）。

5、答：

分为直接测量法和间接测量法。

直接测量法是用测量仪器直接测量和记录各种应力量。

间接测量法，不直接测量应力量，而是借助某些传感元件或某些介质，测量和记录岩体中某些与应力有关的物理量的变化，通过其与应力之间存在的对应关系求解应力。

直接测量法包括：

扁千斤顶法、水压致裂法、刚性包体应力计法和声发射法等。

间接测量法包括：

套孔应力解除法、局部应力解除法、松弛应变测量法、孔壁崩落测量法、地球物理探测法。

四、论述题

答：

普氏认为：

顶板岩石受力作用可形成平衡拱（免压拱），使上覆岩层压力通过拱轴转移到两侧围岩上，当两侧围岩稳定时，巷道支架仅承受平衡拱内岩石的重力作用。

两帮岩体受拱传递压力作用，产生较大变形，当达到其强度时，两帮岩体将滑移，失去支撑作用，致使拱宽、拱高加大，顶压与侧压增大。

太沙基认为：

跨度为2a范围内的上部岩石将由于自重而下沉，两侧摩擦力阻止其下沉，支架所承受的压力为下滑力与摩擦力之差。

评价：

两种计算方法均为估算法。

普氏地压公式与深度无关，不能解释应力随深度增大的现象；

适用于松散岩体，对整体性、强度高的岩体，计算结果与实际有出入；应用简便（估算）、存在局限性。

太沙基公式从另一角度提出地压计算公式，也反映了免压拱效应，经变换后与普式公式同形。

适用于埋深不大、围岩松散破碎条件。

《矿山岩体力学基础》复习题二

一、判断题：

1.结构面组数越多，岩体强度越接近于结构面强度。

（）

2.岩石三向抗压强度不是一个固定值，将随围压变化而改变。

（）

3.流变模型元件并联组合时，各元件满足应力相等，应变相加关系。

（）

4.在未受开采影响的原岩体内存在着原岩应力，其方向与水平方向垂直。

（）

5.岩石抗压强度值的离散系数越大，说明岩石抗压强度平均值的可信度越高。

（）

6.根据服务年限要求，矿井运输大巷应按照等应力轴比设计其断面尺寸。

（）

7.岩石蠕变与岩石类别有关，与应力大小有关。

（）

8.有粘聚力的固结岩体体，由地表开始侧压力与深度成线性增长。

（）

9.椭圆断面巷道，其长轴方向与最大主应力方向一致时，周边受力条件最差。

（）

10.在力学处理上，弱面不仅能承受压缩及剪切作用，还能承受拉伸作用。

（）

二、填空题：

1.开尔文（K）体描述有弹性后效的稳定蠕变，其结构组成为___________________。

2.莫尔认为无论岩石处于何种应力状态，破坏均为_________________破坏。

3.依据回采空间是否移动，分为_________________、__________________。

4.一般讲，岩体强度介于______________强度与_____________强度之间。

5.ISRM建议：

加载速率为______________MPa/s；破坏时间一般为________________分钟。

6.岩石破坏后所具有的残余强度是指_____________________________________________。

7.一般以高于（低于）原岩应力___________为界，划分集中应力影响范围。

三、名词解释：

1．平面应变问题

2．给定载荷

3．长时强度

4．扩容现象

5．支承压力

四、简答题：

1．岩石的塑性和流变性有什么不同?

2．试叙述构造应力对原岩应力场的影响及其特点。

3．简述围压对岩石力学性质的影响。

4．影响巷道围岩稳定的主要因素有哪些？

5．采用锚杆支护时如何选择锚杆的杆径？

五、论述题：

试说明并评价普氏、太沙基地压计算理论，说明适用条件。

六、计算题：

（10分）

如果某种岩石的强度条件为τ=σtg30°十10（MPa），试求，

（1）这种岩石的单轴抗压强度；

（2）设σ1>σ2>σ3（压应力为正，单位为MPa），则应力状态为（53.7，30，1）时岩石是否破坏。

《矿山岩体力学基础》复习题二参考答案

一、判断题：

1.∨2.∨3.×4.×5.×6.×7.∨8.×9.×10.×

二、填空题

1．K=H|N（或元件图）

2．剪切

3．移动支承压力固定支承压力

4．岩石结构面（弱面）

5．0.5—1.05—10

6．破裂岩块之间因相互错动摩擦产生的摩擦阻力。

7．5%

三、名词解释

1．平面应变问题——受力体呈等截面柱体，受力后仅两个方向有应变，此类问题在弹性力学中称为平面应变问题。

2．给定载荷——巷道围岩相对孤立，支架仅承受孤立围岩的载荷。

3．长时强度——作用时间为无限大时的强度（最低值）。

4．扩容现象——岩石破坏前，因微裂隙产生及内部小块体相对滑移，导致体积扩大的现象

5．支承压力——回采空间周围煤岩体内应力增高区的切向应力。

四、简答题

1解答：

塑性——指岩石在高应力（超过屈服极限）作用时，产生不可恢复变形的性质。

流变性—指岩石在任何应力作用下，随时间增长而产生的不可恢复的变形。

相同点：

均为不可恢复变形；

不同点：

变形产生的原因、机理不同。

2解答：

影响：

加大了水平应力和应力不均衡分布。

构造应力特点：

1）分布不均，在构造区域附近最大；

2）水平应力为主，浅部尤为明显；

3）具有明显的方向性；

4）坚硬岩层中明显，软岩中不明显；

5）

3解答：

围压可改变岩石的力学性状。

围压增大致使塑性增大、峰值强度增高、破坏前变形加大。

实验时加载速率大，导致弹性摸量大、强度指标高。

4解答：

围岩强度、应力集中程度、原始应力大小、巷道支架的支撑力

5解答：

锚杆杆径确定：

一般先确定锚固力，然后由拉断力≥锚固力确定拉断力，再确定杆径。

五、论述题

普氏认为：

顶板岩石受力作用可形成平衡拱（免压拱），使上覆岩层压力通过拱轴转移到两侧围岩上，当两侧围岩稳定时，巷道支架仅承受平衡拱内岩石的重力作用。

两帮岩体受拱传递压力作用，产生较大变形，当达到其强度时，两帮岩体将滑移，失去支撑作用，致使拱宽、拱高加大，顶压与侧压增大。

太沙基认为：

跨度为2a范围内的上部岩石将由于自重而下沉，两侧摩擦力阻止其下沉，支架所承受的压力为下滑力与摩擦力之差。

评价：

两种计算方法均为估算法。

普氏地压公式与深度无关，不能解释应力随深度增大的现象；

适用于松散岩体，对整体性、强度高的岩体，计算结果与实际有出入；应用简便（估算）、存在局限性。

太沙基公式从另一角度提出地压计算公式，也反映了免压拱效应，经变换后与普式公式同形。

适用于埋深不大、围岩松散破碎条件。

六、计算题

解答：

由

知

，

；

（1）由

有

（2）由三向抗压强度

有：

（53.7，30，1）时三向抗压强度

，已破坏；

《矿山岩体力学基础》复习题三

一、填空题：

1．描述不稳定蠕变的马克斯维尔（M）体结构组成为_______________________。

2．矿物、____________、_____________是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素。

3．岩体由_______________、__________________组成。

4．格里菲斯认为不论岩石受力状态如何，最终在本质上都是___________引起岩石破坏。

5．锚杆的作用原理有悬吊、_________________、_______________、抗剪切等不同解释。

6．岩石塑性变形有真塑性和假塑性之说，其中假塑性变形是指________________________。

7．当侧压系数为_______________时，圆形巷道周边恰恰不产生拉应力。

二、判断题：

1．结构面组数越多，岩体越接近于各向异性。

（）

2．流变模型元件串联组合时，各元件满足应变相等，应力相加关系。

（）

3．软弱岩层受力后变形较大，表明构造应力在软弱岩层中表现显著。

（）

4．岩石限制性剪切强度不是固定值，与剪切面上作用的正压力有关。

（）

5．软岩破坏为渐进过程，首先对破坏部位支护，可使软岩控制取得好的效果。

（）

6．随开采深度增加，巷道围岩变形将明显增大。

（）

7．从巷道周边围岩受力情况看，拱型断面巷道要比梯形巷道断面差。

（）

8．塑性变形与静水应力无关，只与应力偏量有关，与剪应力有关。

（）

9．对无粘聚力的松散体，由地表开始侧压力即与深度成线性增长。

（）

10巷道返修是一种较好的巷道支护对策。

（）

三、名词解释：

1．平面应力问题

2．给定变形

3．准岩体强度

4．剪胀现象

5．滞环

四、简答题：

1．岩石受载时会产生哪些类型的变形?

2．程岩体比尼奥斯基分类法依据哪些指标对岩体进行分类？

3．岩体与岩石相比，其变形性质有何特点？

4．试分析支承压力的有利因素与不利因素。

5．采用锚杆支护时，如何选择锚杆的类型？

五、论述题：

试分析莫尔与格里菲斯强度理论的基本观点并给予评价，说明各自适用条件。

六、计算题：

在均质岩体中开一巷道，巳知岩石的内摩擦角φ=30°，内聚力C=30MPa,由实测知道巷道围岩所受平均垂直应力为200MPa，这种情况下至少应对巷道边帮提供多大的侧向应力才能维持巷道边帮的平衡?

《矿山岩体力学基础》复习题三参考答案

一、填空题

1．M=H—N（或元件图）

2．结构构造

3．岩块结构面

4．拉伸应力

5．组合梁挤压拱

6．岩石内部存在的节理裂隙被压闭合在宏观表现上的变形。

7．1/3

二、判断题

1．×2.×3.×4.∨5.∨6.∨7.×8.∨9.∨10.×

三、名词解释

1．平面应力问题——受力体呈等厚薄板状，所受应力为平面应力，在弹性力学中称为平面应力问题。

2．给定变形——围岩与母体岩层存在力学联系，支架承受围岩变形而产生的压力，这种工作方式称为给定变形。

3．准岩体强度——考虑裂隙发育程度，经过修正后的岩石强度称为准岩体强度。

4．剪胀现象——岩石受力破坏后，内部断裂岩块之间相互错动增加内部空间在宏观上表现体积增大现象。

5．滞环——岩石属滞弹性体，加卸载曲线围成的环状图形，其面积大小表示因内摩擦等原因消耗的能量。

四、简答题

1解答：

岩石受载可发生弹性变形、塑性变形和粘性变形。

一般岩石呈现粘弹性性质（滞弹性），即应变的产生和恢复滞后于应力变化。

2解答：

依据岩块强度、RQD、节理间距、节理条件、地下水条件五个指标进行分类。

3解答：

岩体变形与岩石相比E低，峰值强度低，残余强度低，μ高；达到峰值后，岩体呈柔性破坏，并保留一定残余强度；各向异性显著，不同结构面分布呈现不同变形性质。

4．解答：

有利：

压酥煤体，便于落煤，节省能耗。

不利：

破坏煤体引起片帮，不利顶板管理；

破坏顶板，生成采动裂隙，造成顶板破碎不易管理；

高应力引起巷道围岩变形严重，维护量大不安全；

高应力易引发冲击地压。

5解答：

坚硬、厚层状岩体多选用端头锚固型；松软破碎、裂隙发育岩体多选用全长锚固；为增加锚杆作用效果，锚固经常与喷射混凝土、钢筋网、钢板条带等联合使用。

五、论述题（10分）

莫尔认为：

无论岩石处于何种应力状态，破坏均为剪切破坏；

破坏时，剪切面上所需的剪应力不仅与岩石性质有关，而且与作用在剪切面上的正应力有关。

格里菲斯认为：

不论岩石受力状态如何，最终在本质上都是拉伸应力引起岩石破坏。

评价：

莫尔理论较好解释了岩石抗拉强度远远低于抗压强度特征，解释了三向等拉时破坏，三向等压时不破坏现象，但忽视了中间应力的作用。

格式理论推导岩石抗压强度为抗拉强度的8倍，反映了岩石的真实情况，较好证明了岩石在任何应力状态下都是由于拉伸引起破坏，但对裂隙被压闭合抗剪强度增高解释不够。

莫尔理论适用于塑性岩石，及脆性岩石的剪切破坏；不适用于拉断破坏。

格式理论适用于脆性岩石及材料破坏。

六、计算题（10分）

解答：

本题实质为求三向受力下最大主应力为200

不破坏时的最小侧压

。

由

有

需提供最小侧向应力为0.64

。

《矿山岩体力学基础》复习题四

一、填空题：

1、已知岩石的孔隙比为0.053，则其孔隙率为___________________。

2、岩石在不同的应力作用下，其极限强度的大小满足三向抗压强度______单轴抗压强度。

3、结构面密集程度由__________________与______________________表征。

4、岩石的破坏类型分为____________________、____________________两种。

5、典型蠕变曲线分为_________________、________________、______________三阶段。

6、开尔文（K）体描述有弹性后效的稳定蠕变，其结构组成为______________________。

7、巷道围岩受地压作用产生的三区分别为______________、_____________、____________。

8、弹性区围岩具有_______________或_________________位移，位移与岩石弹性性质有关。

9、大量实验表明，塑性变形与____________无关，只与___________有关，与剪应力有关。

10、锚杆施工时要注意两点______________________、_______________________。

二、名词解释：

1、岩石的视密度：

2、扩容现象：

3、岩体切割度Xe：

4、弹性后效：

5、粘弹性：

6、软岩（地质定义）：

三、简答题：

1、在巷道围岩控制中，采用哪些措施可使支护更加合理？

2、峰前区应力应变曲线有几种类型，各表示岩石何种性质？

3、岩体结构基本类型有哪些？

4、结构面的剪切变形、法向变形与结构面的哪些因素有关？

5、简述水压致裂法主要测量步骤及适用条件。

四、论述题

分析库仑、莫尔、格里菲斯强度理论的基本观点并给予评价。

《矿山岩体力学基础》复习题四参考答案：

一、填空题：

（每空1分，共20分）

1、5%

2、>（大于）

3、裂隙度K；切割度Xe

4、断裂破坏（劈裂）；流动破坏（剪切）

5、初始蠕变；定常蠕变；加速蠕变

6、K=H|N（或元件图）

7、塑性区；弹性区；原始应力区

8、弹性；粘弹性

9、静水应力；应力偏量

10、足够、可靠的锚固力；稳定、完整的岩帮

二、名词解释：

1、岩石的视密度：

单位体积岩石（包括空隙）的质量。

2、扩容现象：

岩石破坏前，因微裂隙产生及内部小块体相对滑移，导致体积扩大的现象。

3、岩体切割度Xe：

岩体被裂隙割裂分离的程度：

4、弹性后效：

停止加、卸载，应变需经一段时间达到应有值的现象。

5、粘弹性：

岩石在发生的弹性变形具有滞后性，变形可缓慢恢复。

6、软岩（地质定义）：

单轴抗压强度小于25MPa的松散、破碎、软弱及风化膨胀类岩石。

三、简答题：

1、答：

对于位移明显巷道，采用恒阻—可伸缩支护形式；

对于变形量较大的软岩，采用二次支护；

支架与围岩要整体接触，使应力均匀传递；

加强支护与围岩间的整体性，共同承受载荷作用。

2、答：

峰前区应力应变曲线形态可分为直线型、下凹型、上凹型、S型、平缓型，分别表示了岩石受力作用后呈现的弹性、弹塑性、塑弹性、塑弹塑性和弹粘性性质。

3、答：

完整结构；块裂结构；板裂结构；碎裂结构；断续结构；散体结构

4、答：

剪切变形与岩石强度（C）、结构面粗糙性（JRC）有关；

法向变形与结构面抗压强度（JCS）、结构面粗糙性（JRC）、结构面张开度（δ）有关。

5、答：

（1）打孔到测量应力的部位，将加压段用封隔器密封；

（2）向隔离段注入高压水，测得岩体初始开裂压力Pi；

（3）把高压水释放后重新加压，测得压力Pr和稳定关闭压力Ps，重复2—3次；

（4）将封隔器完全卸压后连同加压管等全部设备从钻孔中取出；

（5）测量水压裂隙和钻孔试验段的天然节理、裂隙的位置、方向和大小，做好记录。

适用于：

完整、脆性岩石。

四、论述题

答：

库仑认为：

岩石破坏为剪切破坏；

岩石抵抗剪切破坏的能力由两部分组成：

内聚力、内摩擦力。

莫尔认为：

无论岩石处于何种应力状态，破坏均为剪切破坏；

破坏时，剪切面上所需的剪应力不仅与岩石性质有关，而且与作用在剪切面上的正应力有关。

格里菲斯认为：

不论岩石受力状态如何，最终在本质上都是拉伸应力引起岩石破坏。

评价：

库仑强度理论是莫尔强度理论的直线形式。

莫尔理论较好解释了岩石抗拉强度远远低于抗压强度特征，解释了三向等拉时破坏，三向等压时不破坏现象，但忽视了中间应力的作用。

格式理论推导岩石抗压强度为抗拉强度的8倍，反映了岩石的真实情况，较好证明了岩石在任何应力状态下都是由于拉伸引起破坏，但对裂隙被压闭合抗剪强度增高解释不够。

莫尔理论适用于塑性岩石，及脆性岩石的剪切破坏；不适用于拉断破坏。

格式理论适用于脆性岩石及材料破坏。