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1、整理岩石力学2复习题第一章 复习思考题1、岩块具有哪些力学特征？答：1.岩块的力学性质与组成岩块的矿物成分及其相对含量有关。一般来说，含硬度大的粒柱状矿物愈多，岩块强度越高。含硬度小的片状矿物越多，岩块的强度越低。 2胶结连接的岩块强度 硅质胶结铁质、钙质胶结泥质胶结3.岩块的力学性质与组成岩块的岩石结构构造有关。颗粒形状 强度：粒状、柱状片状鳞状。 颗粒大小 强度：粗粒六边形四边形三角形，试件尺寸越大，岩块强度越低即尺寸效应。试件的高径比，即试件高度（h）与直径或边长（D）的比值，随高径比的增大，岩块强度降低。（2）加荷速率：强度随加荷速率增大而增高（3）端面条件：端面条件对岩块强度的影响，

2、称为端面效应（4）湿度和温度：含水量越高，强度越低。一般来说，温度升高，岩石脆性降低，粘性增强，岩块强度也随之降低（5）层理结构：岩块的强度因受力方向不同而有差异。10、岩块剪切强度参数有哪两个？它们在直剪和三轴试验中是如何确定的？特别要掌握莫尔圆与抗剪强度的关系。答：参数为：岩块内聚力C和内摩擦角。在直剪实验时，先在试件上施加法向压力N，然后在水平方向逐级施加水平剪力T，直至试件破坏。用同一组岩样，在不同法向力下进行直剪试验，可得到不同下的抗剪断强度f，且在-坐标中绘制出岩块强度包络线，研究表明该曲线不是严格的直线，但在法向应力不太大的情况下，可近似地视为直线，这时可按库伦定律=C+tan求

3、岩块的剪切强度参数C,值。在三轴试验时：将一组试件试验得到的三轴压缩强度1m和相应的围压3投到1-3曲线，得到极限的1-3曲线，然后在曲线上选择一最佳直线段，求出其斜线斜率m和1轴上的截距b，按下式求剪切强度参数C，值=sin（m-1/m+1）；C=b*（1-sin）/2cos11、阐述库仑一纳维尔判据及莫尔判据的主要内容及其应用。答：库仑判据：岩石内任一点发生剪切破坏时，破坏面上的剪切应力应等于或大于岩石本身的抗剪强C和作用于该面上由法向应力引起的摩擦阻力tan之和，即=C+tan摩尔判据：当岩石中一点可能滑动面上的箭应力大于该面上的剪切强度时，该点就产生破坏，而滑动面的剪切强度又是作用于该

4、面上法向力的函数,即=f（）。12、分析岩块的单轴抗拉强度比抗压强度小得多的原因。答：理论和实验研究表明，岩块抗拉强度受空隙影响，特别是受裂隙空隙的影响很大。如果岩块含有宏观裂隙，则其抗拉强度还要小。原因就在于岩石中包含有大量的微裂隙和孔隙，直接削弱了岩块的抗拉强度。相对而言，空隙对岩块抗压强度的影响就小的多，因此岩块的单轴抗拉强度比抗压强度小得多13、为什么在普通材料试验机上得不到全应力-应变曲线？答:普通机由于机器本生刚度小,实验时机器内贮存了很大的弹性形变.这种变形能在岩块试件濒临破坏时突然释放,作用于试件上,使之遭受崩溃性破坏.所以峰值以后的曲线测不出.第四章 复习思考题1、结构面的法

5、向刚度和剪切刚度是如何定义及测定的？答：1. 剪切刚度是在剪应力作用下，结构面产生单位剪切位移所需要的应力，其值等于峰值前-曲线上任意一点的切线斜率。确定方法：（1）实验法（室内剪切实验，现场剪切实验）通过室内试验测出-曲线，然后从曲线上求斜率。（2）经验估算法（Barton方程）法向刚度指在法向应力作用下，结构面产生单位发行变形所需要的应力，数值上等于n-Uj曲线上的一点切线斜率。确定方法：实验法（室内压缩实验，现场压缩实验）;(2) 本构方程和经验估算2、影响结构面抗剪强度的主要因素有哪些？答：影响结构面抗剪强度的主要因素主要包括结构面的形态、连续性、胶结充填特征及壁岩性质、次生变化和受力

6、历史（反复剪切次数）等等。根据结构面的形态、充填情况及连续性等特征，将其划分为：1.平直无充填结构面：取决于壁岩岩性及平直光滑程度；若壁岩岩性软弱壁面平直光滑，则其摩擦强度低粘聚力小，其抗剪强度愈低2.粗糙起伏无充填的结构面：抗剪强度与法向应力、结构面形态、壁面岩性有关3.非贯通断续结构面：剪切破坏要经历线性变形裂隙端部发生新裂隙新旧裂隙扩展联合过程其应力状态复杂4.具有充填物的软弱结构面与充填物的物质成分结构，充填程度和厚度、含水率等因素有关。3、何为剪胀（爬坡）效应和啃断效应？答：1.剪胀效应：在无充填情况下当法向应力较低条件下，在剪切过程中，上盘岩体主要是沿结构面产生滑动破坏，即剪胀效应

7、（或称爬坡效应）。在法向应力较大条件下，其破坏将由沿结构面滑动转化剪断突起而破坏，引起所谓啃断效应。4、具有充填物的软弱结构面抗剪强度的影响因素有哪些？答：（1）充填物的颗粒成分：抗剪强度随粘粒含量增加而降低，随粗碎屑含量增多而增大；（2）充填物的厚度：充填物较薄时，随着厚度的增加，摩擦系数迅速降低，而粘聚力开始时迅速升高，升高到一定的值后又逐渐降低。（3）充填夹层的强度：当充填物厚度达到一定值后，摩擦系数和粘聚力都趋于某一稳定值。这时，结构面的强度主要取决于充填夹层的强度。可用充填物的抗剪强度来代替结构面的抗剪强度（4）结构面充填程度：充填度愈小，结构面抗剪强度愈高（5）除此之外充填物的结构

8、特征及含水率对结构面的强度也有明显的影响。充填物结构疏松且具定向排列时，结构面抗剪强度较低。抗剪强度随充填物含水率的增高而降低。第五章 复习思考题1、岩体变形特征参数有哪些？如何确定。答：一是由原位岩体变形实验法(静力法:承压板法钻孔变形法狭缝法水压洞室法单(双)轴压缩试验法动力法:声波法地震波法)等确定的岩体变形模量Em和弹性变形模量Eme参数.二是由岩体变形参数估算(1)在现场地质调查的基础上,建立适当的岩体地质力学模型利用岩块的资料估算岩体的(2)在岩体质量评价和大量实验资料的基础上,建立分类指标与岩体变形参数之间的关系,并用于岩体变形参数的估算.利用此方法可以确定出表征层状岩体变形性质

9、的5个参数:Emn nt Emt tn Gmt2、岩体剪切变形特征曲线有哪三种？各自的特征是什么？各种特征曲线对应的岩体类型是什么？答：A峰值前曲线平均斜率小，破坏位移大；峰值后应力降很小或不变。多为沿软弱结构面剪切。B峰值前曲线平均斜率较大，峰值强度较高。峰值后应力降较大。多为沿粗糙结构面、软弱岩体及剧风化岩体剪切。C峰值前曲线斜率大，线性段和非线性段明显，峰值强度高，破坏位移小。峰值后应力降大，残余强度较低。多为剪断坚硬岩体。3、结构面性质是如何影响岩体变形性质的？答：(1)结构面方位导致岩体变形各向异(2)结构面密度愈大,岩体完整性变差变形愈大，(3)张开度及充填特征，一般的结构面张开度

10、大，又无填充物或填充物厚度薄时，岩体变形大。4、试论述结构面、应力状态和风化程度等因素对岩体剪切强度的影响。答：1.应力状态：高应力条件下，岩体剪切强度近似等于岩块剪切强度；低应力条件下，岩体剪切强度主要受结构面发育特征及其组合关系的控制2.结构面：沿结构面剪切破坏时，岩体剪切强度最小，并且岩体剪切强度约等于结构面抗剪强度；横切结构面剪切(剪断破坏)时，岩体剪切强度最大，并且岩体剪切强度等于岩块剪切强度；沿复合剪切面剪切破坏时，岩体剪切强度介于上述两者之间3.岩体风化程度：在剧风化岩体中,剪断岩体时的内摩擦角多在30-40之间变化,内聚力多在0.01-0.5Mpa左右,其强度包络线上下限比较接

11、近,变化范围比较小,且其岩体强度总体上比较低.5、分析影响波在岩体中传播速度的主要因素。答：不同岩性岩体中弹性波速度不同，岩体愈致密坚硬，波速愈大，反之则愈小。沿结构面传播的速度大于垂直结构面传播的速度。 在压应力作用下，波速随应力增加而增加，波幅衰减少；反之，在拉应力作用下，则波速降低，衰减增大。随岩体中含水量的增加导致弹性波速增加。岩体处于正温时，波速随温度增高而降低，处于负温时则相反。 6、岩体原位变形试验方法有哪些？答：1.静力法：在选定的岩体部位上施加法向载荷，测定其岩体变形值，然后绘制出压力变形关系曲线，并计算出岩体变形参数；又分为承压板法、夹缝法、钻孔变形法、水压洞室法和单（双）

12、轴压缩试验法2.动力法包括声波法和地震波法。7、论述及推导单结构面理论。第六章 复习思考题1、何为天然应力（地应力、初始应力、原岩应力）？何为重分布应力（次生应力、二次应力）？答：人类工程活动之前存在于岩体中的应力称为天然应力；重分布应力：由于工程活动改变了岩体中的应力2、岩体天然应力由哪两个部分组成？分布特征如何？答：自重应力和构造应力组成；分布特征：1.岩体中的铅直天然应力(v)，在岩体天然应力场中，v大都是最小主应力，少数为最大或中间主应力,且自重应力分布规律随深度成线性分布。2.岩体中的水平天然应力：a.岩体中水平天然应力以压应力为主，出现拉应力甚少，多为局部。b.大部分岩体中水平应力

13、大于铅直应力。c.岩体中两个水平应力hmax和hmin通常不相等。d.在单薄的山体、谷坡附近以及未受构造变动的岩体中，天然水平应力都小于铅直应力。3.岩体中天然水平应力与铅直应力的比值（定义为天然应力比值系数）随深度增加而减小4.岩体天然应力状态：岩体中天然应力一般处于三维应力状态。3、在什么情况下可以按自重应力理论计算天然应力？如何计算？答：在地形较为平坦，未经过过强烈构造变动的岩体中，天然主应力方向近似为铅直方向和水平方向。4、岩体天然应力量测方法有哪几种？答：1.水压致裂法2.应力恢复法(扁千斤顶法)3.套芯应力解除法4.先弹法5.声发射法6.X射线法第七章 复习思考题1、何为围岩？何为

14、围岩压力（山岩压力、地压）？何为压力显现？答：围岩：地下开挖后重分布应力影响范围内的岩体围岩压力：地下洞室围岩在重分布应力作用下产生过量的塑性变形或松动变形破坏，进而引起施加于支护衬砌上的压力。压力显现：把支架压裂的现象2、地压的分类及各类的定义是什么？答：地压（围岩压力）的分类：形变围岩压力，松动围岩压力，冲击围岩压力形变围岩压力：是由于围岩塑性变形塑性挤入，膨胀内鼓，弯折内鼓等形成的挤压松动围岩压力：由于围岩拉裂塌落、块体滑移及重力坍塌等破坏引起的压力冲击围岩压力：由岩爆形成的一种特殊的围岩压力，它是强度较高且较完整的弹脆性岩体过度受力后突然发生的岩石弹射变形所引起的围岩压力现象。3、围岩

15、应力重分布作用的结果，会导致地下洞室发生哪些力学反映？答：地下开挖后，岩体中形成一个自由变形空间，是原来处于挤压状态的围岩，由于失去了支撑在重分布应力作用下向洞内发生松胀变形；如果围岩重分布应力超过了岩体的承受能力，围岩将产生破坏。并从母岩中脱落形成坍塌、滑动或岩爆，我们称前者为变形，后者为破坏。4、深埋于弹性岩体中的水平圆形洞室开挖前、开挖后洞壁上的重分布应力的规律有哪些？答：开挖前重分布应力规律：开挖后重分布应力：（1）1 情况洞壁上的r0，r0，为单向应力状态大小与与洞室尺寸R0无关当=0、180o，=3V-h=（3- ）V 当=90、270o，=3h-V=（3 -1）V当1/3时，洞顶

16、底将出现拉应力当1/33时，为压应力且分布较均匀当3时，洞壁两侧出现拉应力，洞顶底出现较高的压应力集中（2）=1当rR0(洞壁)时，r=0，=20，可知洞壁上的应力差最大，且处于单向受力状态，说明洞壁最易发生破坏5、试论述各类结构围岩的变形破坏特点。答：1.整体状和块状岩体围岩：a.岩体具有很高的力学强度和抗变形能力，其主要结构面是节理，很少有断层，含有少量裂隙水。b.在力学属性上可视为均质，各向同性，连续的线弹性介质，应力变形呈近似的直线关系c.围岩具有很好的自稳能力其变形破坏形式主要有岩爆，脆性开裂及块体滑移等。d.该类围岩的整体变形破坏可用弹性理论分析，局部块体滑移可用块体极限平衡理论来

17、分析。（附：a.岩爆是高地应力地区，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现象b.脆性开裂：出现在拉应力集中部位c.块体滑移：以结构面切割而成为的不稳定块体滑出的形式出现）。2.层状岩体围岩：a.常呈软硬岩层相间的互层形式b.结构面以层理面为主，并有层间错动及泥化夹层等软弱结构面发育c.变形破坏常可用弹性梁，弹性板或材料力学中的压杆平衡理论来分析d.变形破坏主要受岩层产状及岩层组合等控制，破坏形式主要有：沿层面张裂，折断塌落、弯曲内鼓等。3.碎裂状岩体围岩：a.碎裂岩体是指断层、褶皱、岩脉穿插挤压和风化破碎加次生夹泥的岩体b.变形破坏形式表现为塌方和滑动c.用松散介质极限平衡理论

18、来分析。4.散体状岩体围岩：a.是指强烈构造破裂，强烈风化的岩体。常表现为弹塑性、塑性或流变性b.可用松散介质极限平衡理论配合流变理论来分析c.围岩结构均匀时，其变形破坏形式以拱形冒落为主。当围岩结构不均匀或松动岩体仅构成局部围岩时，常表现为局部塌方，塑性挤入及滑动等变形破坏形式。d.围岩的变形破坏是渐进形式逐次发展的。6、试论述围岩与支护相互作用原理（结合p-u曲线论述）。围岩位移特性曲线：以支架所承受荷载为纵坐标，以围岩位移为横坐标，作出围岩位移与支架所受变形的关系曲线，如图所示。架设支架后，支架受到围岩变形所产生的变形压力Pi而发生弹性变形，此时支架的反力逐渐增大，围岩因变形而对支架产生

19、的压力逐渐减小，在Pi= P时，围岩与支架达到平衡，变形停止。7、形变围岩压力和松动围岩压力有哪些分析方法？如何分析？答：形变围岩压力是由于围岩塑性变形塑性挤入，膨胀内鼓，弯折内鼓等形成的挤压分析：形变围岩压力可利用支衬结构对围岩的支护力pi就是作用于支衬上的形变围岩压力。基于这一思路，可得计算圆形洞室变形围岩压力的修正芬纳-塔罗勃公式，或卡斯特纳公式松动围岩压力：是指松动塌落岩体重量所引起的作用在支护衬砌上的压力。分析：围岩过度变形超过了它的抗变形能力，就会引起塌落等松动破坏，这时作用于支护衬砌上的围岩压力就等于塌落岩体的自重或分量。计算松动围岩压力的方法主要有：平衡拱理论、太沙基理论及块体极限平衡理论8、岩爆的产生条件是什么？形成机理是什么？答：一.1. 围岩应力条件 判断岩爆发生的应力条件有两种方法：一是用洞壁的最大