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1、岩石力学复习资料岩体力学基础习题二、岩块和岩体的地质基础一、 解释下例名词术语4、结构面：其是指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度、厚度相对较小的地质面或带。它包括物质分异面和不连续面，如层面、不整合、节理面、断层、片理面等，国内外一些文献中又称为不连续面或节理。7、节理粗糙度系数JRC：用纵刻面仪测出用以表征结构面粗糙程度的参数；13、岩体完整性系数Kv：其是指岩体纵波速度和岩块纵波速度之比的平方，用公式表示：14、岩石质量指标RQD：大于10cm的岩心累计长度与钻孔进尺长度之比的百分数。二、 简答题(8) 按岩体力学的观点，岩体具有什么样的力学特征？答：非均质、非连

2、续、各向异性和非线弹性；三、岩石的物理、水理与热学性质一、 解释下例名词术语17、岩石的渗透系数：渗透系数是表征岩石透水性的重要指标，其在数值上等于水力梯度为1时的渗透流速。四、岩石的强度特征一、解释下例名词术语1、岩石的强度：岩石在达到破坏前所能承受的最大应力；5、岩石的抗拉强度：岩石试件在单向拉伸时能承受的最大拉应力；6、岩石的抗剪强度：在剪切荷载作用下，岩块抵抗剪切破坏的最大剪应力；7、巴西试验：为了测定岩石抗拉强度而进行的劈裂试验；16、端部效应：试件试验时端面条件对岩块强度的影响，其产生原因一般认为是由于试件端面与压力机板间的磨擦作用，改变了试件内部的应力分布和破坏方式，进而影响岩块

3、的强度；17、直剪试验：将试件放在直剪仪上，试验时，先在试件上施加法向压力，然后在水平方向逐级施加水平剪力，直到试件破坏从而求得试件抗剪强度的试验方法；二、 简答题(1) 在岩石的单轴压缩试验中，试件的高径比、尺寸、加载速率怎样影响岩石的强度？答：一般说来，高径比越大，岩石的强度越低；试件尺寸越大，岩石强度越低；加荷速率越大，岩石的强度越大；(7) 某岩石的单轴抗压强度为164.5MPa，=35.2，如果在侧压力3=40.8MPa下作三轴试验，请估计破坏时的轴向荷载是多少？解：已知如图所示：AOCABC得：=即：= 因为：r1=82.25 MPa，=35.2，所以求得：c=42.64 MPa所

4、以：AO= =60.45 MPaABCADE得：=解得：r2=137.76 MPa所以1=40.8+2137.76=316.32 MPa五、岩石的变形特征一、 解释下例名词术语2、全过程曲线：反映单轴压缩岩石试件在破裂前后全过程的应力应变关系的曲线；3、初始模量：应力应变曲线在原点处的切线斜率； 4、切线模量：应力应变曲线直线段的斜率；5、割线模量：从应力应变曲线的原点到初始裂点连线的斜率；6、泊松比：是指在单轴压缩条件下，横向应变与轴向应变之比，即=；13、岩石的流变性：岩石的变形和应力受时间因素的影响，在外部条件不变的情况下，岩石的变形或应力随时间而变化的现象叫流变；16、初始蠕变：在本阶

5、段内，蠕变曲线呈下凹型，特点是应变最初随时间增大较快，但其应变率随时迅速递减到B点达到最小值；17、等速蠕变：本阶段内，曲线呈近似直线，即应变随时间近似等速增加，直到C点；18、加速蠕变：本阶段蠕变加速发展直到岩石破坏；19、长期强度：把出现加速蠕变的最低应力值称为长期强度；二、简答题(2) 图示单轴压缩条件下岩石变形的全过程曲线，说明各特征点的位置和意义，简述岩石变形各阶段及其机制。答：单轴压缩条件下岩石变形的全过程曲线如上图所示：（）孔隙裂隙压密阶段（OA），试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合，岩石被压密，形成早期的非线性变形；（）弹性变形至微破裂稳定发展阶段AC），据其变形机理又可细

6、分弹性变形阶段（AB段）和微破裂稳定发展阶段（BC段），弹性变形阶段不仅变形随应力成比例增加，而且在很大程度上表现为可恢复的弹性变形，B点的应力可称为弹性极限。微破裂稳定发展阶段的变形主要表现为塑性变形，试件内开始出现新的微破裂，并随应力增强而逐渐发展，当荷载保持不变时，微破裂也停止发展，这一阶段的上界应力（C点应力）称为屈服极限；（）非稳定破裂发展阶段（CD）；由于破裂过程中造成的应力集中效应显著，即使外荷载保持不变，破裂仍会不断发展，并在某些薄弱部位首先破坏，应力重新分布，其结果又引起次薄弱部位的破坏，依次进行下去直到试件完全破坏；（）破坏后阶段（D点以后阶段）：岩块承载力达到峰值后，其内

7、部结构完全破坏，但试件仍基本保持整体状，到本阶段，裂隙快速发展，交叉且相互联合并形成宏观断裂面，此后，岩块变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移，试件承载力随变形增大迅速下降，但并不降到零，说明破裂的岩石仍有一定的承载能力； (3) 简述岩石单轴压缩变形试验的试验方法、过程、和资料整理。答：试样大多采用圆柱形，一般要求试样的直径为5cm，高度为10cm，两端磨平光滑，在侧面粘贴电阻丝片，以便观测变形，用压力机对试样加压，在任何轴向压力下都测量试样的轴向应变和侧向应变，设试样的长度为l，直径为d，试样在荷p作用下轴向缩短l，侧向膨胀d，则试样的轴向应变为：y=，以及侧向应变为：x=，试样面积为A，

8、则=，根据数据绘制应力-应变曲线；(4) 简述三轴条件下岩石的变形特征。答：首先，破坏前岩块的应变随围压增大而增加，另外：随围压增大，岩块的塑性也不断增大，且由脆性转化为延性，岩石由脆性转化为延性的临界围压称为转化压力，岩石越坚硬，转化压力越大，反之亦然；(5) 图示岩石蠕变曲线，简述各阶段的力学特征。答：（）初始蠕变阶段（AB段）或称减速蠕变阶段，本阶段内，曲线呈下凹型，特点是应变最初随时间增大较快，但其应变率随时间迅速递减，到点达到最小值；（）等速蠕变阶段（BC段）或称稳定蠕变阶段，本阶段内，曲线呈近似直线，即应变随时间近似等速增加，直到C点；（）加速蠕变阶段（CD段）：至本阶段蠕变加速发

9、展至岩块破坏（D点）；(6) 分别图示马克斯威尔(Maxwell) 模型和开尔文(Kelvin)模型。答： (7) 简述岩石初裂的机制、工程意义和监测判定方法。答：初裂的机制：荷载增加，岩石中的应力超过弹性极限，岩石内部新的裂纹产生和老的裂缝开始扩展。监测判定方法：声发射仪测定，当发射仪记录到大量的声发射信号时，即可认为初裂开始。工程意义：预报岩石的破坏及地震的发生。三、计算题 (2) 岩石变形实验数据如下，a. 作应力应变曲线(a、c、v)；b. 求初始模量、切线模量、50%c的割线模量和泊松比?。(MPa)163047627792154164a(10-6)18837555074093014

10、121913破坏c(10-6)63100175240300350550破坏解：由公式：v=a-2 c得：v=250、175、200、260、330、712、713则初始模量：Ei=0.085切线模量： Et=0.079割线模量： Es=0.083泊松比：= =-0.32六、岩石的强度理论一、 解释下例名词术语2、破坏判据(强度准则)：用以表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关系，称为破坏判据；3、脆性破坏：即岩石在荷载作用下没有显著觉察的变化就突然破坏的破坏形式；4、塑性破坏：岩石在破坏之前的变形很大，且没有明显的破坏荷载，表现出显著的塑性变形，流动或挤出，这种破坏称为塑性破坏；5

11、、张性破坏：岩石在拉应力的作用下，内部连接被破坏，出现了与荷载方向平行的断裂；6、剪切破坏：岩石在荷载作用下，当剪应力大于该面上的抗剪强度时，岩石发生的破坏称为剪切破坏；8、莫尔强度理论：指材料在极限状态下，剪切面上的剪应力就达到了随法向应力和材料性质而定的极限值；二、 计算题(3) 对岩石试样作卸载试验，已知C=12kPa，=36，当1=200MPa时，按莫尔库伦判据，卸载达到破坏的最大围压3是多少？解：按莫尔库论判据：，由C=12kPa，=36，1=200MPa。代入上式得3=51.91MPa。三、 计算题(1) 如图a，在岩石试样中存在一结构面，a. 试证明按莫尔库伦强度准则导出的强度判

12、据为：式中C、为结构面参数。解：解：a. 由图b知，o o =，所以：化简即可得： 证毕； (2) 地下岩体中有一结构面，其倾角为40。当在地下200m深处开挖一洞室，如果利用上题的公式，仅考虑岩体自重应力，问该结构面在该洞室处会否滑动？(已知=26 kN/m3，=0.17，结构面C=0.4MPa，=28)解：已知：,=26 kN/m3，=0.17， C=0.4MPa，=28,=40,h=200m所以由公式：得： =4608.33852004608.34，故其不会滑动；九、岩体中的天然应力一、 解释下例名词术语1、天然应力：人类工程活动之前存在于岩体中的应力，称为天然应力或地应力；2、重分布应

13、力：地下开挖破坏了岩体天然应力的相对平衡状态，洞室周边岩体将向开挖空间松胀变形，使围岩中的应力产生重分布作用，形成新的应力，这种应力称为重分布应力；二、 简答题主要地应力测试方法。答：a、水压致裂法；b、钻孔套芯应力解除法；十、地下洞室围岩稳定性分析一、 解释下例名词术语1、围岩：在岩体中开挖洞室，引起洞室围岩体中应力的重分布，应力重分布范围内的岩体叫做围岩；2、重分布应力：地下开挖破坏了岩体天然应力的相对平衡状态，洞室周边岩体将向开挖空间松胀变形，使围岩中的应力产生重分布作用，形成新的应力，这种应力称为重分布应力；5、塑性圈(松动圈)：如重分布应力超过围岩强度极限或屈服极限，造成洞室周边的非

14、弹性位移，这种现象从周边向岩体深处扩展到某一范围，在此范围内的岩体称为塑性圈(松动圈)。二、 简答题1、 在静水压力状态下，围岩应力的分布有何特征？答：天然应力为静水压力状态时，围岩内重分布应力与角无关，仅与R0和0有关，由于r=0，则为主应力，且r、均为主应力，且恒为最大主应力，r恒为最小主应力，其分布特征如图所示：4、 方形及矩形洞室的围岩应力分布有何特征？答：矩形状洞室的角点或急拐弯处应力集中最大；长方形短边中点应力集中大于长边中点，而角点处应力大，围岩最易失稳；当岩体中天然应力h、v相差较大时，则应尽量使洞室长轴平行于最大天然应力的作用方向。三、 计算题 (2) 一圆形洞室的直径为5m

15、，洞中心埋深610m，岩层密度27kN/m3，泊松比0.25，试求：洞壁上各点的应力值并绘成曲线( = 0、10、20、90)。（公式7-25）解：v=rh=61027/1000=16.47MPa，=/（1-）=1/3=h/v ，h=v/3=5.49洞壁上各点的应力，。010203040506070809043.9242.6038.7832.9425.7718.1510.985.141.320(4) 已知H = 100m，a = 3m，c = 0.3MPa， = 30，= 27kN/m3，试求：a. 不出现塑性区时的围岩压力；b. 允许塑性圈厚度为2m时的围岩压力。（公式7-37）解：由题意得

16、：a. 当不出现塑性区时,即R=a时： b. 当允许塑性圈厚度为2m时，即时，岩体力学复习资料一、 简答题（54）1、 什么是岩石的全应力应变曲线？岩石在单周压缩荷载作用下，应变随应力变化的关系曲线，包括（1）空隙裂隙压密阶段；（2）弹性变形阶段；（3）微弹性裂隙稳定发展阶段；（4）非稳定破裂发展阶段；（5）破坏后阶段。2、 岩石的蠕变？岩石的应力保持不变，应变随时间增加而增长的现象。3、 岩体的结构面？是指地质过程中在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度、厚度相对较小的地质面或带，又称为不连续面或带。4、RQD法？取值方法？钻探取芯的岩芯完整程度与岩体的原始裂隙、硬度、均质性等状态相关，钻探

17、取芯的岩芯复原率（岩芯采取率）可表征掩体质量，该表征指标称之为岩体质量指标（RQD）; RQD=Lp/L100%(Lp:大于10cm的岩芯累计长度；L：岩芯取芯进尺总长度。5、 地应力？地应力是指存在于地层中未受扰动的天然应力，也称原岩应力、岩体初始应力或绝对应力。6、 岩石的渗透性？岩石在一定的水力梯度（I）或压力差作用下，水渗透或穿透岩石的能力。二、简答题（66）1、岩石与岩体的区别与联系。岩石是由矿物+岩屑在地质作用下按一定规律聚集而成德自然物体，岩体是由岩石、地质部连续面和不连续面内填充物组合成的天然地质体，岩体由于结构面的存在强度远低于岩石的强度。2、岩石的强度有哪几种类型；由那几个

18、实验确定其特征值?岩石的强度有：单轴抗压强度（单轴压缩实验）、抗拉强度(直接拉伸试验法，劈裂试验法，点载荷试验法，抗弯法试验)、抗剪强度（抗剪断试验）、三轴抗压强度（真三轴加载实验，常规三轴加载实验）。3、岩体的变形曲线可以分成哪几种类型；各有什么特点？（1）岩体压缩变形曲线，特点：岩体的破坏过程一般呈柔性特征，通常岩体完整性越差，岩体越破碎，应力下降就越小，岩体脆性越差；（2）岩体剪切变形曲线，特点：屈服点以后，岩体内某个结构体或面可能先被剪坏，出现应力降，未达到峰值是甚至有多次应力降，当应力降达到一定值时未剪坏部分瞬间破坏，并伴有大的应力降，随后产生稳定滑移；（3）岩体法向变形曲线，特点：

19、法向变形的曲线各异，按P-W曲线和变形特征大致可分为：直线型、上凹形、上凸形、复合形。（4）岩体剪切变形曲线，特点：沿结构面剪切和剪断岩体的剪切曲线明显不同，同时，沿平直光滑结构面和粗糙结构面的剪切曲线也各异。7、围岩分类及考虑的因素。围岩分类分为：把围岩分为IV类；考虑的因素有：岩石结构面及组合状态、岩体特性、地下水状态、岩体结构、岩石强度指标、岩体声波指标、岩心质量指标RQD。11、水压致裂法基本测量原理。在竖直钻孔内封隔一段， 向其中注入高压水；压力达到最大值Pb后岩壁破裂压力下降，最终保持恒定以维持裂隙张开；关闭注液泵，压力因液体流失而迅速下降，裂隙闭合，压力降低变缓，其临界值为瞬时关

20、闭压力P。；完全卸压后再重新注液，得到裂隙的重张压力Pr以及瞬时关压力P。：最后通过印模器或钻孔电视纪录裂缝的方向，由Pb，Pr，P。就可以确定水平应力和岩体的抗拉强度。12、什么叫套孔应力解除法，基本原理和实验步骤？套孔应力解除法即全应力解除法，其基本原理是在钻孔孔底部位安装位移和应变测量元件，利用套芯钻头实现套孔岩芯的完全应力解除，通过测量套孔岩芯应力解除前后钻孔孔径的变化、孔底应变变化或孔壁表面应变变化值来确定地应力值及其方向；实验步骤：（1）选定测量岩体表面，并采用大孔径钻头钻孔至测量岩体一定深度部位；（2）在大孔径孔底钻与选用探头直径匹配的同心小孔，以便安装量测探头；（3）利用专用装置在小孔中央部位安装好孔径变形计、孔壁应变计等测量探头；（4）用与大孔直径相同套芯钻头延深大孔，使小孔周围岩芯实现应力解除。三、分析题（210）（答案并不完全）3、支护结构与围岩的相互作用（围岩位移及支护特性曲线）参考课本182页简图。四、论述题（212）1、工程岩体分类（3个以上）；论述它的分类依据。（1）岩石质量指标（RQD）分类，分类依据：钻探取芯的岩芯采取率；（2）BQ（3）RMR分类，分类依据：完整岩石强度，岩石质量指标，节理间距，节理条件，地下水条件。