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第一章习题与思考题答案
1．构成岩石的主要造岩矿物有那些？
答：岩石的主要物质成分: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．为什么说基性岩和超基性岩最容易风化？
答：基性岩石和超基性岩石主要由易风化的橄榄石、辉石及基性斜长石组成。所以基性岩石和超基性岩石
非常容易风化。
3．常见岩石的结构连结类型有那几种？
答：岩石中结构连结的类型主要有两种：
1.结晶连结：岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩以及部分沉积岩的结
构连结。
2.胶结连结：指颗粒与颗粒之间通过胶结物质连结在一起的连结。如沉积碎屑岩、部分粘土岩的结构连
结。
4．何谓岩石中的微结构面，主要指那些，各有什么特点？
答：岩石中的微结构面（或缺陷）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。它包括矿物的解理、晶格缺陷、晶粒边界、粒间空隙、微裂隙等。
矿物的解理面：是指矿物晶体或晶粒受力后沿一定结晶方向分裂成的光滑平面。
晶粒边界：矿物晶体内部各粒子都是由各种离子键、原子键、分子键等相连结。由于矿物晶粒表面电价不
平衡而使矿物表面具有一定的结合力，但这种结合力一般比起矿物内部的键连结力要小，因此，
晶粒边界就相对软弱。
微裂隙：是指发育于矿物颗粒内部及颗粒之间的多呈闭合状态的破裂迹线，也称显微裂隙。
粒间空隙：多在成岩过程中形成，如结晶岩中晶粒之间的小空隙，碎屑岩中由于胶结物未完全充填而留下
的空隙。粒间空隙对岩石的透水性和压缩性有较大的影响。
晶格缺陷：有由于晶体外原子入侵结果产生的化学上的缺陷，也有由于化学比例或原子重新排列的毛病所
产生的物理上的缺陷。它与岩石的塑性变形有关。
5．自然界中的岩石按地质成因分类，可分为几大类，各大类有何特点？
答：根据地质学的岩石成因分类可把岩石分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。
岩浆岩:岩浆岩分三大类，其特点：
1）深成岩：常形成较大的入侵体。颗粒均匀，多为粗-中粒状结构，致密坚硬，孔隙很小，力学强度高，
透水性较弱，抗水性较强。
2）浅成岩：成分与深成岩相似，但产状和结构都不相同，多为岩床、岩墙和岩脉。均匀性差，与其他
岩种相比，它的性能较好。
3）喷出岩：结构较复杂，岩性不均一，连续性较差，透水性较强，软弱结构面比较发育。
沉积岩特点：
1）火山碎屑岩：具有岩浆和普通沉积岩的双重特性和过渡关系，各类火山岩的性质差别很大。
2）胶结碎屑岩：是沉积物经过胶结、成岩固结硬化的岩石。其性质取决于胶结物的成分、胶结形式和
碎屑物成分和特点。
3）粘土岩：包括页岩和泥岩。其性质较差。
4）化学岩和生物岩：碳酸盐类岩石，以石灰石分布最广。结构致密、坚硬、强度较高。
变质岩特点：是在已有岩石的基础之上，经过变质混合作用后形成的。在形成过程中由于其形成的温度和
压力的不同而具有不同的性质，形成了变质岩特有的片理、剥理和片麻结构等。据有明显的不均匀性和各
1）接触变质岩：侵入体周围形成岩体。岩体透水性强，抗风化能力降低。
2）动力变质岩：构造作用形成的断裂带及附近受到影响的岩石。它的胶结不好，裂隙、孔隙发育，
强度低，透水性强。
3）区域变质岩：这种变质岩的分布范围广，岩石厚度大，变质程度均一。一般块状岩石性质较好，
层状片状岩石性质较差。
6．表示岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么？
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答：指由岩石固有的物理组成和结构特性所决定的比重、容重、孔隙率、水理性等基本属性。
7、岩石破坏有几种形式？对各种破坏的原因作出解释。
答：试件在单轴压缩载荷作用破坏时，在试件中可产生三种破坏形式:
(1)X状共轭斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。
(2)单斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。
(3)拉伸破坏，破坏面上的拉应力超过了该面的抗拉强度，导致岩石受拉伸破坏。
8、劈裂法实验时，岩石承受对称压缩，为什么在破坏面上出现拉应力？绘制试件受力图说明劈裂法试验的基本原理。
答：由弹性理论可得出在对径压缩方向上，圆盘中心线平面内（y 轴）的应力状态为
D t
p
x ???
?
???
?
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2
Dt
p
t r r
p
y ???
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2
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1 1
(
2
1 2
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在圆盘中心点，r+r= D, r= r= D/2
则, σ =σ = 2p/（dπ t）
σ =σ = 6p/（dπ t）
在对径压缩时圆盘中心点的压应力值为拉应力值的3 倍，而岩石的抗压强度是抗拉强度的5~20 倍。岩石在受压破坏前就被抗拉应力所破坏。所以破坏面上出现拉应力破坏。P——试件劈裂破坏发生时的最大压力值；D——岩石圆盘试件的直径；T——岩石圆盘试件的厚度，
9、什么是全应力-应变曲线？为什么普通材料实验机得不出全应力-应变曲线？
答：全应力应变曲线：能显示岩石在受压破坏过程中的应力、变形特性，特别是破坏后的强度与力学性质
的变化规律。由于材料试验机的刚度小，在试件压缩时，其支柱上存在很大的变形和变形能，在试件快要
破坏时，该变形能突然释放，加速试件破坏，从而得不出极限压力后的应力应变关系曲线。
10.如何根据全应力-应变曲线预测岩石的岩爆、蠕变和在反复加载、卸载作用下的破坏？
答：
(a)预测岩爆：左半部分OEC 代表达到峰值强度时,积累在岩石试件中的应变能，右边CED 代表试件从破坏
到破坏整个过程所消耗的能量。如果A>B,可能产生岩爆，如果A (b)预测蠕变破坏：如图1-24 。当岩石应力小于H 点的应力值,岩石不会发生蠕变,当岩石应力大于H 点而 小于I 点,岩石会发生蠕变,但蠕变为稳定蠕变,岩石不会破坏,当岩石应力大于I 点,则岩石会 发生不稳定蠕变,岩石最终会破坏. (c)预测循环加载条件下岩石的破坏。当岩石在低应力条件下,进行反复加载卸载,岩石破坏时的循环次数比 高应力条件下进行反复加载卸载的循环次数要多。当反复加载卸载曲线与全应力应变曲线相交，则岩石 破坏。 课后答案网 3 11.在三轴压缩试验条件下，岩石的力学性质会发生哪些变化？ 答：三轴压缩条件下，应力应变曲线如图1-31、1-32所示，围压对岩石变形的影响主要有： (1)随着围压(σ = σ ) 的增大，岩石的抗压强度显着增加； (2)随着围压(σ = σ ) 的增大，岩石破坏时，岩石的变形显着增加； (3)随着围压(σ = σ ) 的增大，岩石的弹性极限显着增加； (4)随着围压(σ = σ ) 的增大，岩石的应力应变曲线形态发生明显的改变，岩石的性质发生了变 化，由弹脆性---弹塑性---应变硬化。抗压强度显着增加； 12.什么是莫尔强度包络线？如何根据试验结果绘制莫尔强度包络线？ 答：三轴抗压强度实验得出：对于同一种岩石的不同试件或不同实验条件（不同的围压时的最大轴向压力值）给出了几乎恒定的强度指标值（直线性强度曲线时为岩石的内聚力和内摩擦角）。这一强度指标以 莫尔强度包络线（Mohr’sstrength envelop）的形式给出。 在不同围压条件下，得出不同的抗压强度，因而可以做出不同的莫尔应力圆，这些莫尔应力圆的包 络线就是莫尔强度包络线。 13.岩石的抗剪强度与剪切面所受正应力有什么关系？试绘图加以说明。 答：S ?????tg???C 岩石的抗剪切强度S 与正应力??成正比。 14.简述岩石在单轴压缩条件下的变形特征。 答：在单轴压缩条件下，岩石的应力-应变曲线如图。 全应力-应变曲线可分为四个阶段： （1）孔隙裂隙压密阶段(OA)：岩石试件中的孔隙裂隙被压密，形成早期的非线形变形，σ -ε 曲线呈 上凹型。 （2）弹性变形至微弹性裂隙 稳定发展阶段(AC)：该阶段的应力-应变曲线近似为直线。其中AB段为弹性变形阶段，BC段为 微破裂稳定发展阶段。 （3）非稳定破坏发展阶段(CD)：C点是岩石从弹性变为塑性的转折点，称为屈服点。该点相应的应力为 屈服应力。该阶段中，微裂隙的发展出现了质的变化，破裂不断发展，直至试 件完全破坏。 （4）破裂后阶段(D点以后)：轴压力达到试件的峰值强度后，试件内部结构遭到破坏，但试件基本保 持整体状。之后，裂隙快速发展，形成宏观断裂面，试件承载能力随变形增大 而迅速下降，但并不为零，说明破裂的岩石仍具有一定的承载力。 15.简述岩石在反复加载和卸载条件下的变形特征。 答：对于线弹性岩石，反复加载和卸载时的应力应变路径完全相同，对于完全弹性岩石，反复加载和 卸载时的应力应变路径完全相同，但是应力应变关系是曲线。对弹性岩石，加载与卸载曲线不重 合，但反复加载和卸载时的应力应变路径总是服从此环路的规定。 非弹性体岩石：在弹性范围内服从弹性岩石的变形特征，当卸载点P 超过屈服点时，卸载曲线与 加载曲线不重合，形成塑性滞回环。 等荷载循环加载、卸载时的应力应变曲线，如图1-29 所示。塑性滞回环随着加载卸载次数的增加而变 窄，直至接近弹性变形，没有塑性变形为止。 不断增大荷载的循环加载、卸载时的应力应变曲线，如图1-30 所示。在每次卸载后再加载，在荷载超 过上一次循环的最大荷载以后，变形曲线仍沿着原来的单调加载曲线上升(图1-30 中的 OC 线)，好像不曾受到循环加载的影响似的，这种现象成为岩石的变形记忆。 课后答案网 4 16.线弹性体、完全弹性体、弹性体三者的应力-应变关系有什么区别？ 答：完全弹性体：循环加载时的σ -ε 关系为曲线。加载路径与卸载路径完全重合。 线弹性体：循环加载时的σ -ε 关系为直线。加载路径与卸载路径完全重合。 弹性体岩石：加载路径与卸载路径不同，但反复加载与卸载时，应力应变关系总是服从此环路的规律。17.什么是岩石的扩容？简述岩石扩容的发生过程。 答：岩石在荷载作用下，在其破坏之前产生的一种明显的非弹性体积变形。对E 和υ 为常数的岩石，其体积应变曲线可分为三个阶段： （1）体积变形阶段：体积应变ε 在弹性阶段内随着应力的增加而呈线形变化（体积减小）， 在此阶段ε 1 >ε 2 +ε 3 （2）体积不变阶段：在这一阶段，随应力的增加，岩石体积应变增量接近为零。岩石体积几 乎不变。 （3）扩容阶段：外力继续增加时，岩石的体积不是减小，而是增加，增加速率越来越大，最 终岩石破坏。 18.什么是岩石的各向异性？什么是正交各向异性？什么是横观各向异性？写出正交各向异性和横 观各向异性岩石的应力-应变关系式。 答： 岩石的全部或部分物理、力学性质（岩石的E, υ 等）随方向不同而表现出差异的现象称为岩石的各向异性。如果在弹性体中存在着三个相互正交的弹性对称面，在各个面两边的对称方向上，弹性相同，但在这个弹 性主向上弹性并不相同，这种物体称为正交各向异性体。 岩石在某一平面内的各方向弹性性质相同，这个面称为各向同性面，而垂直此面方向的力学性质是不同的，具有这种性质的物体称为横观各向同性体。 19.影响岩石力学性质的主要因素有哪些，如何影响的？ 答：影响岩石力学性质的主要因素有水、温度、加载速度、风化程度及围压。 (1) 水对岩石力学性质的影响 1）连结作用：束缚在矿物表面的水分子通过其吸引力作用将矿物颗粒拉近、接紧，起连接作用。 2）润滑作用：由可溶盐、胶体矿物连接的岩石，当有水入侵时，可溶盐溶解，胶体水解，导致矿物颗 粒间连接力减弱，摩擦力减低，从而降低岩石的强度。 3）水楔作用：当两个矿物颗粒靠得很近，有水分子补充到矿物表面时，矿物颗粒利用其表面吸附力将 水分子拉倒自己周围，在两个颗粒接触处由于吸着力作用使水分子向两个矿物颗粒之间的缝隙内挤 入，这种现象称水楔作用。（a）使岩石体积膨胀，产生膨胀压力(b)水胶连接代替胶体连接产生润 滑作用，降低岩石强度 4）孔隙压力作用：岩石受压时，岩石内孔隙水来不及排出，在孔隙内产生很高的孔隙压力，降低了岩 石的内聚力和内摩擦角，减小了岩石的抗剪强度。 5）溶蚀-潜蚀作用：岩石中渗透水在流动过程中可将岩石中可溶物质溶解带走，从而使岩石强度大为 减低。 (2) 温度对岩石力学性质的影响：如图1-39 所示。随着温度的增高，岩石的延性加大，屈服 点降低，强度也降低。 (3) 加载速度对岩石力学性质的影响：加载速率越快，测得的弹性模量越大，获得的强度指标越高。ISRM （国际岩石力学学会）建议的加载速率为~1Mpa/s。 (4) 围压对岩石力学性质的影响：岩石在三轴压缩条件下，岩石的强度和弹性极限都有显着增加。 (5) 风化对岩石力学性质的影响 a) 降低岩体结构面的粗糙程度并产生新的裂隙， b) 岩石在化学风化过程中，矿物成分发生变化，岩体强度降低。 第二章习题与思考 1．岩体赋存环境包括哪几部分？ 答：赋存环境：包括地应力、地下水和地温三部分。 2．地应力对岩体的影响体现在哪几个方面？ 答：地应力对岩体力学性质的影响主要有： 课后答案网 5 (1)地应力影响岩体的承载能力：围压越大、承载能力越大。 (2)地应力影响岩体的变形和破坏机制。如在低围压条件下破坏的岩体，在高围压条件下呈现出塑性变 形和塑性破坏。 (3)地应力影响岩体中的应力传播的法则。非连续介质岩体在高围压条件下，其力学性质具有连续介质 岩体的特征。 答：岩体结构单元有结构面和结构体两种基本要素。因此，岩体结构分类主要依据结构面及结构体的类型进行分类。 4．简述各类岩体结构主要地质特征。 答：(1)完整结构岩体的地质特征 多半是碎裂岩体中的结构面被后生作用愈合而成。 后生愈合作用有两种：其一为压力愈合，其二为胶结愈合。如图2-2a (2)块裂结构岩体的地质特征： 多组或至少有一组软弱结构面切割及坚硬结构面参与切割成块状结构体的高级序岩体结构。其软弱结 构面主要为断层、层间错动也是重要的软弱结构面之一，参与切割的坚硬结构面一般延展较长，多数 为错动过的坚硬结构面，如图2-2b。 (3)板裂结构体的地质特征： 主要发育于经过褶皱作用的层状岩体内，受一组软弱结构面的切割，结构体呈板状。软弱结构面主要 为层间错动面结构体多数为组合板状结构体。如图。 (4)碎裂结构岩体的地质特征： 岩体的结构面主要为原生结构面及构造结构面。块状碎裂结构的结构体块度大，大多为1~2米，层状 碎裂结构的块度小，起块度与岩层厚度有关。如图。 (5)断续结构岩体的地质特征 结构面不连续，对岩体切割而不断，个别地方也有连续贯通结构。 (6)散体结构岩体的地质特征 (a)碎屑状散体结构岩体 结构面:无序分布，结构面中有软弱的，也有坚硬的。 结构体主要为角砾，如图。 (b)糜棱化散体结构岩体：主要指断层泥而言。 5．简述工程岩体的惟一性 答：在不同的岩体工程条件下，岩体结构可视为块裂结构，断续结构和碎裂结构。因此，岩体结构是相对的，而在确定的地质条件和工程尺寸条件下，工程岩体结构才是唯一确定的。 6．按结构面成因、结构面通常分为几种类型？ 答：.结构面按成因分：原生结构面、构造结构面、次生结构面 原生结构面：成岩阶段所形成的结构面。岩石成因不同又分为沉积结构面、火成结构面和变质结构面。构造结构面：岩体在构造运动作用下形成的结构面。 此生结构面：在外力作用下（风化、地下水、卸载、爆破等）形成的各种界面。 7．结构面的级别及其特征。 答：根据结构面的发育程度、规模大小、组合形式等可以将结构面分为五级. Ⅰ级结构面: 对区域构造起控制作用的断裂带,延伸数十公里,深度可穿一个构造层. Ⅱ级结构面: 延伸性强而宽度有限的地质界面,延伸数百米。 Ⅲ级结构面：局部性的断裂结构，主要指小断层，延伸数十米。 Ⅳ级结构面：一般延展性较差，无明显的宽度的结构面，延伸数米。 Ⅴ级结构面：延伸性甚差的微裂隙、节理。 8．描述结构面状态的指标。 答：结构面状态的指标包括： （1）结构面产状：对岩体是否会沿某一结构面滑动起控制作用。 （2）结构面形态：决定结构面抗滑力的大小。结构面起伏越大，抗滑力也越大。 课后答案网 6 （3）结构面的延展尺度：在工程范围内，延展尺度最大的结构面，控制着岩体的强度。 （4）结构面的密集程度：以岩体裂隙度K 和切割度X 表示岩体结构面的密集程度。 岩体裂隙度K：指沿取样线方向单位长度上的节理数量。 切割度X是指岩体被节理割裂分离的程度。 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。 11. 岩体在多次循环荷载作用下岩体变形有什么特征？ 答：岩体在加载过程中，应力应变曲线呈上凹型，中途卸载回弹变形有滞后现象，并出现不可恢复的残余 变形，不论每一级加载与卸载循环曲线都是开环型。岩体在循环荷载作用下，而卸载时荷载又不降至零时，相应的变形过程将出像闭环型式。 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： ????? ??? ??? (1 ) sin 2 2 ( ) 3 1 3 ??? ????? ??? tg ctg C tg j j j 岩体强度为： ? ? ? ? ? ? 1 sin 2 cos 1 sin 1 3 ? ??? ? ? ? ? C 13.多结构面岩体的破坏形式如何分析？ 答：当岩体内有多组结构面时，则岩体强度受加载方向与多个结构面的控制，根据每组结构面与加载方向夹角，分别求出各结构面单独存在时，在最大主应力σ 作用下的岩体强度，然后，取出各组结构面单独存在时岩体强度的最小值为多结构面的岩体强度值。 14.简述Hoek-Brown 岩体强度估算方法。 答：Hoek-Brown 根据多次实验得出其岩体的抗压强度与抗拉强度的经验方程为： 2 1 3 c 3 c ???????m??????s? σ ——岩体的三轴抗压强度； σ ——作用在岩体上的最小主应力； σ ——岩石的单轴抗压强度； m,s——与岩体性质及结构面有关的系数； 当σ = 0 时，得出岩体的单轴抗压强度σ σ = s σ 当岩体为完整岩石，即s = 1 ；则σ =σ 对于裂隙岩体，s<1；所以，σ <σ 岩体的单轴抗拉强度: σ = ( 4 ) 2 1 2 m m s c ????? σ = K×σ 15.岩体中水渗流与土体中水渗流有什么区别？ 答：岩体的水力学性质指岩体的渗透性能及在渗流作用下所表现的力学性质。 (1)岩体与土体渗流的区别: 土体的渗流以孔隙为主。 特点：(a)土体渗透性大小取决于岩性，土体中颗粒愈细，渗透性愈差； 课后答案网 7 (b)土体可看作多孔连续介质； (c)土体的渗透性一般具有均质（或非均质）各向同性（黄土为各向异性）； (d)土体渗流符合达西渗流定律。 岩体的渗流以裂隙为主。 特点：(a)岩体渗流大小取决于岩体中结构面的性质及岩块的性质； (b)岩体渗流以裂隙导水，微裂隙和孔隙储水为其特征； (d)岩体一般看作非连续介质（对于密集裂隙可看作等效连续介质）； (e)岩体的渗流具有高度的非均质性和各向异性； (f)一般岩体中的渗流符合达西定律（岩溶管道流一般为紊流，不符合达西定律）； (g)岩体渗流受应力场影响明显； (h)复杂裂隙系统中的渗流，在裂隙交叉处，具有“偏流效应”，即裂隙水流经大小不同裂隙交叉 时，水流偏向宽大裂隙一侧流动。 16. 地下水对岩体的物理、化学作用体现在哪几个方面？ 答：地下水对岩体的影响分为：物理的、化学的和力学的影响。 (1)岩体的物理作用： (a)润滑作用：在裂隙面上，水使裂隙面之间的摩擦系数减小。 (b)软化和泥化作用：结构面内某些物质与水结合后变软并成泥，减小了结构面之间的粘聚力和摩擦力。 (c)结合水的强化作用：在非饱和状态下，岩体含水能增强岩体颗粒之间的联系，从而增加岩体的强度。 (2)对岩体的化学作用： (a)离子交换作用：富含C、M离子的地下水在流经富含N离子的岩土时，C、M离子置换岩土中的N离子， 一方面，由水中N离子富集使天然地下水软化，另一方面，岩土中的C、M离子增加了孔隙度和渗透性能。 (b)溶解作用和溶蚀作用：大气降雨中的酸性物质在地下水中对岩石中的石灰岩、白云岩、石膏等产生溶蚀作用，使岩体产生裂隙和溶洞，增加了岩体的渗透性能。 (c)水化作用：水渗透到岩体的矿物结晶格架中，使岩体的结构发生微观及宏观的改变，减小了岩体的内聚力，膨胀岩体与水结合，使起岩体内部产生膨胀力。 (d)水解作用：当岩土体中的阳离子与水作用，使地下水中的H（M +HO=MOH+H）浓度增加，水的酸度增 加，当岩土体中的阴离子与水作用，使地下水中的OH浓度增加，水的碱度增加。水解作用一方面改变地 下水的PH 值，另一方面，也使岩土体物质发生改变，从而影响岩土体的力学性质。 (e)氧化还原作用：岩土体与氧气作用发生氧化反应，岩土体的矿物组成发生改变，地下水的化学组成也发生改变（如硫化铁氧化后生成氧化铁和硫酸），从而影响岩土体的力学性质。 17.叙述地下水对岩土体的力学作用。 答：对岩土体产生的力学作用：主要通过空隙静水压力和空隙动水压力作用对岩土的力学性质施加影响。前者减小岩土体的有效应力而降低岩土体的强度，在裂隙岩土体中的空隙静水压力可使裂隙产生扩容变形；后者对岩土体产生切向的推力以降低岩土体的抗剪强度。 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。 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（最高分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） 课后答案网 8 由Barton 等人提出的分类方法： Q＝ SRF J J J J RQD w a r n 考虑因素: RQD——岩石质量指标；J——节理组数；J——节理粗糙系数；J——节理蚀变系数； J——节理水折减系数；SRF——应力折减系数。 第三章地应力及测量习题和思考题 1．简述地应力测量的重要性。 答：地应力测量的重要性： (1)应力测量为各种岩体工程进行科学合理的开挖设计和施工提供依据； (2)地应力状态对地震预报、区域地壳稳定性评价、油田油井的稳定性、核废料储存、岩爆、煤和瓦斯突出 的研究以及地球动力学的研究也有重要的意义。 2．地应力是如何形成的？控制某一工程区域地应力状态的主要因素是什 么？ 答：地应力是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初应力、绝对应力或原岩应力。地应力 主要与地球的各种动力运动过程有关，包括板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋 转、岩浆入侵和地壳非均匀扩容等。控制某一工程区域地应力状态的主要因素是构造应力场和重力应力场。1）、大陆板块边界受压引起的应力场。2）、地幔热对流引起的应力场。3）、由地心引力引起的应力场。4）、岩浆入侵引起的应力场。5）、地温梯度引起的应力场。6）、地表剥蚀产生的应力场。 3．简述地壳浅部地应力分布的基本规律。 答：地应力分布的一些基本规律： (1)地应力是一个相对稳定的应力场，它是时间和空间的函数； (2)实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量 (3)水平应力普遍大于垂直应力； (4)平均水平应力与垂直应力的比值随深度的增加而减小， σ =(σ +σ )/2 100/H + <=σ /σ <=1500/H + (5)最大水平应力与最小水平应力也随深度呈线形增长关系； σ = +·H (Mpa) σ = +·H (Mpa) 地应力的上述分布规律还会受到地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特征、岩体力学性质、温度、地下水等 因素的影响。 4．地应力测量方法分哪几类？它们的主要区别在哪里？每类包括那些主要测量技术？ 答：依据测量基本原理的不同，可将测量方法分为直接测量法和间接测量发两大类。 直接测量法是由测量仪器直接测量和记录各种应力量，包括：扁千斤顶法、水力致裂法、刚性包体应 力计法和声发射法。 间接测量法是借助某些传感器或某些介质，测量和记录岩体中某些与应力有关的间接物理量的变化， 如岩体中的变形和应变，然后由计算公式求出原岩应力值。包括：套孔应力解除法和其他的应力应变解除 法以及地球物理方法等。其中套孔应力解除法是目前国内外广泛使用的一种方法。 5．简述水压致裂法的基本原理。 答：(1)测量原理：由弹性理论可知，钻孔位于无限岩体，受到二维应力场（σ ，σ ）的作用时，在钻孔 周围的应力为： σ =σ +σ -2（σ -σ ）·cos2θ (1) σ =0 (2) σ ——钻孔周边的切向应力； σ ——钻孔周边的径向应力； θ ——周边一点与σ 轴的夹角。 当θ =0 时，σ 取最小值，σ =3σ -σ 课后答案网 9 在孔内加入压力P,当P超过孔壁处的最小压应力和岩体的抗拉强度之和时，孔壁就会破裂，此时，在θ =0 的方向，即σ 轴的方向会产生裂隙，即： P=3σ -σ +T (3) 如果继续加压，直到裂隙深度达到3 倍孔径时，此时已接近原岩应力状态，停止加压，保持压力恒定，将 该恒定压力记为P,则由图3-7 可见，P与σ 相平衡，即 P=σ （4） 只要测量出岩体的抗拉强度T 和记录的P和P就可由（3），（4）式求出σ 和σ 。这样就可得出σ 和σ 的大小和方向。 如果孔内有裂隙水压P,则（3）式变为： P=3σ -σ + T - P(5) 在不测试岩体的抗拉强度条件下，通过增加一个环节，即可求出σ 和σ 。在初始裂隙产生后，将水压卸除，使裂隙闭合，然后再重新向封隔段加压，使裂隙重新打开，记录裂隙重新开时的压力P,则有： P=3σ -σ - P(6) 由（5）和（6）式，可求出σ 和σ 。 6．简述水压致裂法的主要测量步骤。 答：(1)测量步骤 (a)打钻孔到准备测量应力的部位；并将钻孔中待加压段用封隔器密封起来； (b)向隔离段注入高压水，记录孔裂开时的压力值P,继续加压，直到裂隙扩张到孔径的3 倍，关闭高压水 系统，保持水压恒定，此时的应力为关闭应力，记为P，最后卸压，使裂隙闭合，此时孔内压力为P。 (c)重新向密闭段注入高压水，使裂隙重新打开，记录裂隙重新打开时的压力P,和随后的恒定关闭压力P, 其孔内压力时间曲线如图3-9。 (d)将封隔器卸压，从孔中取出， (e)用摄象机记录孔内的水压致裂裂隙，天然节理、裂隙的位置、方向和大小。 答：水力致裂法的优缺点： 优点： (a)能测量深部应力（已知最深为5000 米）; (b)在没有地下工程或硐室的条件下，对露天边坡工程的地应力进行估算； 缺点： (a)只能确定垂直钻孔平面内的最大主应力和最小主应力的大小和方向； (b)只适用与完整的脆性岩石中。 8．简述声发射的主要测量原理。 答：测试原理：材料在受压后，其内部储存的应变能快速释放产生弹性波，发生声响，称为声发射。当材 料中的应力超过其最大应力值后，则大量产生声发射，这一现象称为凯泽效应。该对应点的应力即为材料 先前受到的最大应力。对岩石试件作室内实验，即可测出该岩体以前缩手的最大应力。 9．简述套孔应力解除法的基本测量原理和主要测试步骤。 答：全应力解除法（套孔应力解除法） 全应力解除法即是测点岩体完全脱离地应力的作用，测量其变形值，再根据岩体的物理力学性质计算其原 岩应力。此种方法最为适用、可靠。 操作步骤： (a)从岩体表面向岩体内打大钻孔，直径一般为130~150mm， (b)从大钻孔内再打小钻孔，直径一般为36~38mm， (c)在小孔中央安装探头， (d)再用大钻头打大孔，解除探头上的压应力，记录岩体的变形值， (e)取出岩芯，测量岩芯的E，μ 等物理力学参数， (f)根据理论公式计算原岩应力值。 套孔应力解除法又分为：孔径变形法、孔底应变法、孔壁应变法、空心包体应变法和实心包体应变法五种。10．简述USBM 孔径变形计的基本工作原理。 答：孔径变形测量技术：最常用的仪器是USBM 孔径变形计。测试原理：通过测量应力解除过程中钻孔直径的变化而计算出垂直于钻孔轴线的平面内的应力状态，并通过三个互不平行钻孔的测量确定一点的三轴应课后答案网 10 力状态。 11．如何使用USBM 孔径变形计测量一点的三维地应力状态？请列出完整的计算过程。 答：孔径变形测量应力计算原理：由应力解除过程中测得的孔径变形计算原岩应力场涉及到下列基本公式：1)三维应力场的旋转公式： σ =σ l +σ m +σ n +2τ lm+2τ mn++2τ nl(3-18) σ =σ l +σ m +σ n σ =σ l +σ m +σ n +2τ lm+2τ mn++2τ nl(3-20) τ =σ ll+σ mm+σ nn+τ (lm+lm)+ τ (mn+mn) +τ (nl+nl) (3-21) τ =σ ll+σ mm+σ nn+τ (lm+lm)+ τ (mn+mn) +τ (nl+nl) (3-22) τ =σ ll+σ mm+σ nn+τ (lm+lm)+ τ (mn+mn) +τ (nl+nl) (3-23) 式中，l,l,l——分别为x,y,z轴与x 轴之间的方向余弦； m,m,m——分别为x,y,z轴与y 轴之间的方向余弦； n,n,n——分别为x,y,z轴与z 轴之间的方向余弦； 2)孔径变形和三维应力分量之间的关系式：设在三维无限体中有一钻孔，钻孔局部坐标系为oxyz, 钻孔 轴线和z轴相平行，那么，孔径变形U 和局部坐标系下的三维应力分量之间的关系为（参见图3-21）： U=σ f+ σ f+σ f+τ f(3-24) f=d[(1+2cos2θ )(1-μ )+dμ ]/E (3-25) f=d[(1-2cos2θ )(1-μ )+dμ ]/E (3-26) f=dμ /E (3-27) f=4d(1-μ )sin2θ (3-28) 式中：d——钻孔直径； θ ——为孔径方向与x之间的夹角，从x轴逆时针旋转到孔径方向为正； E, μ ——分别为岩石的弹性模量和泊送比。 （3-24）式中的σ 、σ 、σ 、τ 可通过（3-19）~（3-24）式转换成整体坐标系下的方程，一个钻孔 中只有三个孔径方向是独立的，即一个钻孔测量只能得到三个独立方程，而三个方程不能求解六个未知数，二个互相不平行的孔测量也只能得到五个独立的方程，所以要确定一个点的原岩应力，应该需要三个互相不平行的钻孔的孔径变形测量才能求解得到一点的三维应力。 12．简述CSIR 门塞式孔底应变计的基本工作原理并对其主要优缺点做出评价。 答：CSIR 门塞式孔底应变计的主体是一个橡胶质的圆柱体，其端部粘贴着三支电阻应变片，互相间隔45，组成一个直角应变花。CSIR 门塞式孔底应变计测量的基本原理：将电阻应变片粘贴在一个磨平的孔底，然后使用延伸钻孔的办法，使粘贴应变片的岩石实现应力解除。再将从孔底取出的带有应变片的这段岩芯拿到实验室加载实验，测出其E, μ 值。再根据公式计算原岩应力。 优点：它不需要很长的套孔岩芯，因而有可能在较为破碎的岩石条件下使用。 缺点：孔底平面的应力状态和周围原岩应力状态的关系还没有理论解，只能通过实验或数值分析方法来求得。 13．简述孔壁应变计的基本工作原理。 由现代弹性理论给出精确解。通过应力解除测量钻孔表面的应变即可求得钻孔表面的应力并进而精确计算出原岩应力状态。 14．对CSIR 孔壁应变计的主要优缺点做出评价，并说明为什么使用CSIR 孔壁应变计通过一孔的测量就能确定一点的三维应力状态。 答：CSIR 孔壁应变计的主要优点是在一个钻孔的应力解除就可以确定一点的三维盈利状态。 缺点是三组应变花直接粘贴在孔壁上，而应变花和孔壁之间接触面小，若孔壁有裂隙缺陷，则很难保证胶结质量。如果胶结质量不好，应变计将不可能可靠工作，同时防水问题也很难解决。 孔壁应变计测量原理：在三维应力场作用下，一个无限体中的钻孔表面及其周围的应力分布状态可以 由现代弹性理论给出精确解。通过应力解除测量钻孔表面的应变即可求得钻孔表面的应力并进而精确计算出原岩应力状态。 15．简述空心包体应变计的基本工作原理。 答：空心包体应变计(CSIRO)的测量基本原理是在孔壁应变计(CSIR)测量原理的基础之上进行了某些改进，将三组应变片镶嵌在环氧树脂制成的空心圆筒进行测量。基本原理是：在三维应力场作用下，一个无限体中的钻孔表面及其周围的应力分布状态可以由现代弹性理论给出精确解。通过应力解除测量钻孔表面的应课后答案网 11 变即可求得钻孔表面的应力并进而精确计算出原岩应力状态 16．空心包体应变计和孔径变形计、孔底应变计及孔壁应变计相比，有哪些优点。 答：空心包体应变计(CSIRO)的测量基本原理是在孔壁应变计(CSIR)测量原理的基础之上进行了某些改进，将三组应变片镶嵌在环氧树脂制成的空心圆筒进行测量。一个钻孔就可以测量一点的应力状态。 17．实心包体应变计与刚性包体应力计的主要区别是什么？ 答：实心包体应变计是测量岩体的应变，然后根据弹性理论计算原岩应力。刚性包体应力计是直接测量岩体的原岩应力。 第四章习题与思考题 1.岩石力学弹性平面问题的基本方程有几个？每一类基本方程是从什么方面考虑的？ 答: 岩石力学弹性平面问题的基本方程有三组共8 个方程: 第一组: 平衡微分方程，它考虑微元体的力学平衡。 ????0 ? ? ? ? ? X x y x yx ??? ????0 ? ? ? ? ? y xy ??? 第二组:平面问题的几何方程，它考虑物体受理后的几何尺寸改变关系，即位移与应变的关系。 x u x ? ? ??? y v y ? ? ??? y u x v xy ? ? ? ? ? ??? 第三组:平面应变本构方程，它考虑了岩石在应力作用下，应力或应力速率与应变或应变速率的关系。) 1 ( 1 ) 1 ( 1 2 2 y y x x x y E E ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? xy xy E ? ? ? 2(1??) ? 或平面应力本构方程 ( ) 1 ( ) 1 y y x x x y E E ?????? ?????? ??? ??? xy xy E ? ? ? 2(1??) ? 2.什么叫岩石的本构关系？岩石的本构关系一般有几种类型？ 岩石的本构关系是指岩石的应力或应力速率与其应变或应变速率的关系。 岩石的本构关系一般分为：弹性本构关系、弹塑性本构关系和流变本构关系。 3.什么叫岩石的强度？岩石的破坏一般有几种类型？ 岩石的强度是岩石抵抗外力破坏的能力。破坏是指岩石材料的应力或应变超过了自身的应力或应变的极限。 现象） 4.对弹性平面问题，（1）应力状态有哪两种？其本构方程有什么关系？（2）如果体力为常量，其应力分布是否与应力状态和材料性质有关？为什么？ 答：弹性平面问题的应力状态有平面应力状态和平面应变状态。 课后答案网 12 平面应变本构方程 ) 1 ( 1 ) 1 ( 1 2 2 y y x x x y E E ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? xy xy E ? 2(1??) ? 平面应力本构方程 ( ) 1 ( ) 1 y y x x x y E E ?????? ?????? ??? ??? xy xy E ? ? ? 2(1??) ? 关系：将平面应力问题本构方程中的E 换成 2 1??? E ， ? ? ? 1? 换成就可得到平面应变问题的本构方程。 如果体力为常量，其应力分布是否与应力状态和材料性质无关。当体积力为常数时，平面问题的相容方程和决定应力分量的公式及边界条件式都不含任何弹性常数。因此应力分布与材料性质无关。 平面问题的相容方程( ) 0 2 2 2 2 2 2 2 ?????? ? ? ? ? ? （?(x, y)为任意函数） 应力分量的公式 2 2 y x ? ? ? ? ??， 2 2 x y ? ? ? ? ??， xy xy ? ? ??? ? ? 2 边界条件式 x =σ cos(N, x) +τ cos(N, y) y =σ cos(N, y) +τ cos(N, x) 5.平面问题中，已知一点M 处的应力分量σ ,σ , τ =τ ，如图4-5。试求经过该点的平行于Z 轴，而倾斜于x 轴和y 轴的任一斜面上的应力。 答：图４－５为平面应变问题。 经过该点的平行于Z 轴，而倾斜于x 轴和y 轴的任一斜面上的应力。 为σ ，τ ? ??????? ??cos 2 2 2 x y x y ? ? ? ? τ xy τ yx τ xy σ σ σ σ θ 课后答案网 13 ? ??? ??sin 2 2 x y ? ? 6.用莫尔应力圆画出：（1）单向拉伸；（2）纯剪切；（3）单向压缩；（4）双向压 缩，（5）双向拉伸。 答：莫尔应力圆如图所示：其中纯剪切应力圆为圆点。 7.试证明：在发生最大与最小剪应力的面上，正应力的数值都等于两个主应力的 平均值。 答：如图，由库伦准则可知，发生最大剪应力的面为θ =45，此时的正应力σ 2 cos 2 45 2 2 1 3 1 3 0 1 3 ??????????? ? ? ??? ? ? ? ? 发生最小剪应力的面为θ =0和θ =90的平面上，在此两个面上的剪应力为0，此时的正应力‘’??和??' 分别 《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》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 ） 、习题1、B 2、 D 1.2大部分岩体属于（）。 （A ）均质连续材料（B）非均质材料 （C）非连续材料（D）非均质、非连接、各向异性材料 2.1岩石的弹性模量一般指（）。 （A）弹性变形曲线的斜率（B）割线模量 （C）切线模量|（ D）割线模量、切线模量及平均模量中的任一种 （A）- B =、（ C）一（ D）'- 2.3由于岩石的抗压强度远大于它的抗拉强度，所以岩石属于（）。 （A ）脆性材料（B ）延性材料 （C）坚硬材料 | （ D）脆性材料，但围压较大时，会呈现延性特征 2.4剪胀（或扩容）表示（ ）。 （A）岩石体积不断减少的现象（B）裂隙逐渐闭合的一种现象 （C）裂隙逐渐涨开的一种现象| （ D）岩石的体积随压应力的增大逐渐增大的现象 2.5剪胀（或扩容）发生的原因是由于（）。 （A）岩石内部裂隙闭合引起的（B）压应力过大引起的 （C）岩石的强度大小引起的（D）岩石内部裂隙逐渐张开的贯通引起的 2.6岩石的抗压强度随着围岩的增大（）。 （A）而增大（ B）而减小（C）保持不变（D）会发生突变 2.7劈裂试验得出的岩石强度表示岩石的（）。 （A ）抗压强度（B）抗拉强度（C）单轴抗拉强度（D ）剪切强度 2.8格里菲斯准则认为岩石的破坏是由于（）。 （A）拉应力引起的拉裂破坏］（B）压应力引起的剪切破坏 （C）压应力引起的拉裂破坏（D）剪应力引起的剪切破坏 2.9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）它不是针对岩石材料的破坏准则 （B）它认为材料的破坏是由于拉应力所致 （C）它没有考虑岩石的非均质特征 （D）它没有考虑岩石中的大量身长裂隙及其相互作用 2.10岩石的吸水率是指（）。 （B）岩石试件吸入水的重量和岩石干重量之比 （C）岩石试件吸入水的重量和岩石饱和重量之比 （D）岩石试件天然重量和岩石饱和重量之比 2.11已知某岩石饱水状态与干燥状态的抗压强度之比为0.72，则该岩石（）。 （A）软化性强，工程地质性质不良―| （B ）软化性强，工程地质性质较好 （C）软化性弱，工程地质性质较好（D）软化性弱，工程地质性质不良 2.12当岩石处于三向应力状态且比较大的时候，一般应将岩石考虑为（）。 （A ）弹性体（B）塑性体（C）弹塑性体（D）完全弹性体 2.13在岩石抗压强度试验中，若1.1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 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： 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 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： ?στtan +=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： ()στf = 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： () 3211t b b σσσασ=+--α ασσσ++≤1312 ()t b b σασσσ=-++31211 αασσσ++≥1312 式中α和b 为两个材料常数，是岩石单轴抗拉强度。在主应力空间里，上式代表一个以静水应力轴为中心轴具有不等边十二边形截面的锥体表面。 (2). 屈服强度准则 a. Tresca 屈服准则 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 重庆大学二零零七年博士生(秋季)入学考试试题 科目代码：248 （共 1 页） 重庆大学博士生入学考试试题答案 则将破裂表述为侵入破裂，当检查图(a)情况中的破裂面时，它们中的一些部分有剪切破裂的状态。而其他一些部分显然是拉伸破裂。岩石破裂中，注意力还将集中于重要的扩容现象，它发生于岩石试件的单轴和三轴受压期间．通常，在三轴试验中，围压是由流体通过一个刚度可忽略不计的不渗透膜来施加的，在这样的试验中，试件的径间膨胀和扩容显然不会由于围压的增加而被局部或均匀地阻挡；如果试件被更多的岩石包围，象实际情形中听发生的那样，那就将是这种情况，不管围岩是否破坏，预料它所提供的阻力会有增加最小主应力值的效应，因此趋于阻止破坏和集中破裂于有限的体积内。 三. 论述影响岩石力学性质的主要因素 回答要点： 论述影响岩石力学性质的因素很多，如水、温度、风化程度、加荷速度、围压的大小、各向异性等等，对岩石的力学性质都有影响。现分述如下： 1、 水对岩石力学性质的影响。主要表现在连接作用、润滑作用、水楔作用、孔隙压力作用、溶蚀及 潜蚀作用； 2、 温度对岩石力学性质的影响。随着温度的增高，岩石的延性加大，屈服点降低，强度也降低； 3、 加荷速度对岩石力学性质的影响。随着加荷速度的降低，岩石的延性加大，屈服点降低，强度也 降低； 4、 围压对岩石力学性质的影响。随着温度的增高，岩石的延性加大，屈服点降低，强度也降低； 5、 风化对岩石力学性质的影响。产生新的裂隙、矿物成分发生变化、结构和构造发生变化。 四. 试述岩石的水理性 答：岩石遇水作用后，会引起某些物理、化学和力学等性质的改变，水对岩石的这种作用特性称为岩石的水理性。岩石的水理性包括吸水性、抗冻性和软化系数三方面，现分述如下： 所谓吸水性是指岩石吸收水分的性能，可以采用吸水率、饱水率和饱水系数来表示，即： 吸 水 率： %10011?= d W W V 饱 水 率： %10022?= d W W V 饱水系数： 2 1V V K s = 其中，W 1为岩石在标准大气压下吸入水的重量，W 2为岩石150个大气压或真空条件下吸入水的重量，W d 为岩石的干重量。 所谓抗冻性就是指岩石抵抗冻融破坏的性能，它是评价岩石抗风化稳定性的一个重要指标，可以采用 2009～2010学年第二学期《岩石力学》期末试卷答案 班级：土木2007-岩土方向 考试科目：《岩石力学》 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 3、简述锚杆支护作用原理及不同种类锚杆的适用条件。 答：岩层和土体的锚因是一种把锚杆埋入地层进行预加应力的技术。锚杆插入预先钻凿的孔眼并固定于其底端，固定后，通常对其施加预应力。锚杆外露于地面的一端用锚头固定，一种情况是锚头直接附着在结构上，以满足结构的稳定。另一种情况是通过梁板、格构或其他部件将锚头施加的应力传递于更为宽广的岩土体表面。岩土锚固的基本原理就是依靠锚杆周围地层的抗剪强度来传递结构物的拉力或保持地层开挖面自身的稳定。岩土锚固的主要功能是： (1)提供作用于结构物上以承受外荷的抗力，其方问朝着锚杆与岩土体相接触的点。 (2)使被锚固地层产生压应力，或对被通过的地层起加筋作用(非顶应力锚杆)。 (3)加固并增加地层强度，也相应地改善了地层的其他力学性能。 (4)当锚杆通过被锚固结构时．能使结构本身产生预应力。 (5)通过锚杆，使结构与岩石连锁在一起，形成一种共同工作的复合结构，使岩石能更有效地承受拉力和剪力。 锚杆的这些功能是互相补允的。对某一特定的工程而台，也并非每一个功能都发挥作用。 若采用非预应力锚杆，则在岩土体中主要起简单的加筋作用，而且只有当岩土体表层松动变位时，才会发挥其作用。这种锚固方式的效果远不及预应力锚杆。效果最好与应用最广的锚固技术是通过锚固力能使结构与岩层连锁在一起的方法。根据静力分析，可以容易地选择锚固力的大小、方向及其荷载中心。由这些力组成的整个力系作用在结构上，从而能最经济有效地保持结构的稳定。采用这种应用方式的锚固使结构能抵抗转动倾倒、沿底脚的切向位移、沿下卧层临界面上的剪切破坏及由上举力所产生的竖向位移。 岩土的锚杆类型： (1)预应力与非预应力锚杆 对无初始变形的锚杆，要使其发挥全部承载能力则要求锚杆头有较大的位移。为了减少这种位移直至到达结构物所能容许的程度，一般是通过将早期张拉的锚杆固定在结构物、地面厚板或其他构件上，以对锚杆施加预应力，同时也在结构物和地层中产生应力，这就是预应力锚杆。 预应力锚杆除能控制结构物的位移外，还有其它有点： 1安装后能及时提供支护抗力，使岩体处于三轴应力状态。 2控制地层与结构物变形的能力强。 3按一定密度布臵锚杆，施加预应力后能在地层内形成压缩区，有利于地层稳定。 4预加应力后，能明显提高潜在滑移面或岩石软弱结构面的抗剪强度。 5张拉工序能检验锚杆的承载力，质量易保证。 6施工工艺比较复杂。 (2)拉力型与压力型锚杆 显而易见，锚杆受荷后，杆体总是处于受拉状态的。拉力型与压力型锚杆的主要区别是在锚杆受荷后其固定段内的灌浆体分别处于受拉或受压状态。拉力型锚杆的荷载是依赖其固定段杆体与灌浆体接触的界面上的剪应力(粕结应力)由顶端(固定段与自由段交界处)向底端传递的。锚杆工作时，固定段的灌浆体易出现张拉裂缝．防腐件能差。 20 ～20 学年第学期级专业试题 学号：姓名： ……………………………………密…………封……………线………………………………… 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） 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 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； 《岩石力学》模拟题（补） 一.名词解释 1.冲击地压（岩爆）：是坚硬围岩中积累了很大的弹性变形能，并以突然爆发的形式释放出的压力。 2.边坡安全系数：沿着最危险破坏面作用的最大抗滑力（或力矩）与下滑力（或力矩）的比值。即：F = 抗滑力/下滑力 3.“让压”支护：就是允许井巷在一定范围内变形，使围岩内部储存的弹性能释放，从而减少支架的支护抗力。 4.蠕变：岩石在受力大小和方向不变的条件下，其变形随时间的变化而增加的现象。 5.全应力应变曲线： 反映岩石在受压后的应力应变关系，包括岩石破坏后的应力应变关系曲线。 6.应力集中系数：K = 开挖巷道后围岩的应力/开挖巷道前围岩的应力= 次生应力/原岩应 7.松弛：是指介质的变形（应变）保持不变，内部应力随时间变化而降低的现象。 8.准岩体抗压强度：用室内岩石的抗压强度与岩体的龟裂系数之积为岩体的准岩体抗压强度。 9.边坡稳定性系数：稳定系数F （安全系数）的定义为沿着最危险破坏面作用的最大抗滑力（或力矩）与下滑力（或力矩）的比值。即：F = 抗滑力/下滑力 10.岩石质量指标（RQD ）：RQD= %1001010 钻孔长度 ）岩芯累积长度以上（含cm cm 11.全应力-应变曲线：全应力应变曲线：能显示岩石在受压破坏过程中的应力、变形特性，特别是破坏后的强度与力学性质的变化规律。 12.岩石的完整性系数：反映岩石节理裂隙发育的指标，用声波在岩体中的传播速度与岩石块中的传播速度之比的平方表示。 二.问答题 1. 岩石的流变模型的基本元件有哪几种？分别写出其本构关系。 答：流变模型有三个基本元件： 弹性元件、塑性元件和粘性元件 （1） 弹性元件：是一种理想的弹性体，其应力应变关系为： 1、岩体的强度小于岩石的强度主要是由于（）。 （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（）。 （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（）。 （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）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？（） （A）锥形（B）菱形（C）楔形（D）方形 1、A 2、C 3、C 4、A 5、D 6、A 7、C 8、B 9、A 10、D 6、沉积岩中的沉积间断面属于哪一种类型的结构面？（） （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（） （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（） （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）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 岩石力学试卷 Section A Term Explaination术语解释 1.brittle of rock 岩石的脆性 2.shear strength of rock 岩石的剪切强度 3.in-situ stress 原地应力 4.fracture pressure破裂压力 5.Yoang’s modulus 杨氏模量 6.principal stress主应力 Section B Brief Description简要描述 1.Describe the effective stress principle描述有效应力原理 2.Describe the influence of confining pressure on the deformation and strength characters of rock mechanics描述围压对岩石变形和强度特征的影响 3.Briefly describe the shear strength criterion of Coulomb-Vavier简要介绍Coulomb-Vavier抗剪强度准则4.Describe Brazilian test steps and how to obtain the tensile strength of rock with it 描述巴西实验的步骤,以及如何用它获得岩石抗拉强度 Section C calculations计算题 1.In order to study the strength feature of an sandstone ,we select two samples to do the uniaxial compressive strength 中国矿业大学2010～2011学年第 2 学期 《矿山岩体力学》试卷（A）卷答案 考试时间：120 分钟考试方式：闭卷 一、名词解释（20分，每题2分） 1、岩体：是由岩块和各种各样的结构面共同组成的综合体。 2、体力：分布在物体整个体积内部各个质点上的力，又称为质量力。 3、结构面：在岩体中存在着各种不同的地质界面，这种地质界面称为结构面。 4、岩石的孔隙度：是岩石中各种孔洞、裂隙体积的总和与岩石总体积之比，常用百分数表示，故 也称为孔隙率。 5、岩石的软化系数：是指水饱和岩石试件的单向抗压强度与干燥岩石试件单向抗压强度之比。 6、岩石强度：岩石在各种荷载作用下破坏时所能承受的最大应力。 7、破坏准则：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，是在极限状态下 的“应力—应力”关系。 8、岩石的弹性：指卸载后岩石变形能完全恢复的性质。 9、岩石的流变性：指岩石在长期静载荷作用下应力应变随时间加长而变化的性质。 10、地应力：指存在于地层中的未受工程扰动的天然应力。也称原岩应力、初始应力。 二、单项选择题（30分，每题2分） 1、下列那个不是矿山岩体力学的特点（B ） A）工程支护多为临时结构物 B）只关心岩石在弹性阶段的力学性质 C）工作面不断移动 D）煤岩经常受瓦斯气体作用与影响 2、围压对岩石极限强度（峰值强度）有较大影响，随着围压的增加，岩石的三轴极限强度将（B ）A）减小B）增大C）不变D）不一定增大 3、在岩石的室内单轴压缩试验中，对同一岩石试样所进行的试验中，如其余的条件均相同，则下列试样强度最高的是（ A ） A）圆柱形试件B）六角菱柱形试件 C）四角菱柱形试件D）三角菱柱形试件 4、岩石的破坏形式不取决于下列哪个（C ） A）岩石的性质与结构面性质 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） 岩体力学习题 1、何谓岩体力学? 谈谈你对岩体力学的认识和看法。 1)岩体力学是力学的一个分支学科，是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。 2)认识和看法：对于岩体力学的认识看法，主要还是体现在其形成发展的过程以及研究对象内容所囊括的重要意义。 岩体力学的形成和发展，是与岩体工程建设的发展和岩体工程事故分不开的。岩块物理力学性质的试验，地下洞室受天然水平应力作用的研究，可以追溯到19世纪的下半叶。20世纪初出现了岩块三轴试验，1920年，瑞士联合铁路公司采用水压洞室法，在阿尔卑斯山区的阿姆斯特格隧道中，进行原位岩体力学试验，首次证明岩体具有弹性变形性质。1950～1960年，岩体力学扩大了应用范围，从地下洞室围岩稳定性研究扩展到岩质边坡和地基岩体稳定性研究等。1957年，法国的J.塔洛布尔著《岩石力学》，从岩体概念出发，较全面系统地介绍了岩体力学的理论和试验研究方法及其在水电工程上的应用。至50年代末期，岩体力学形成了一门独立的学科。60年代以来，岩体力学的发展进入了一个新的历史时期，研究内容和应用范围不断扩大，对不连续面力学效应和岩体性能进行了研究，取得了成果和发展；有限元法、边界元法、离散元法先后被引入，岩体中天然应力量测的加强与其分布规律不断被揭示。 岩体力学的理论基础直接来源于弹塑性力学，同时也包含了理论力学、材料力学等方面的知识，只是研究对象细化到了岩土体这一材料上，故而其研究的重要意义在于：大量岩体工程的开展必须要保证其既安全稳定又经济合理，所以要通过准确地预测工程岩体的变形与稳定性、正确的工程设计和良好的施工质量等来保证。其中，准确地预测岩体在各种应力场作用下的变形与稳定性，进而从岩体力学观点出发，选择相对优良的工程场址，防止重大事故，为合理的工程设计提供岩体力学依据，是工程岩体力学研究的根本目的和任务。岩体力学的发展是和人类工程实践分不开的。起初，由于岩体工程数量少，规模也小，人们多凭经验来解决工程中遇到的岩体力学问题。因此，岩体力学的形成和发展要比土力学晚得多。随着生产力水平及工程建筑事业的迅速发展，提出了大量的岩体力学问题。诸如高坝坝基岩体及拱坝拱座岩体的变形和稳定性；大型露天采坑边坡、库岸边坡及船闸、溢洪道等边坡的稳定性；地下洞室围岩变形及地表塌陷；高层建筑、重型厂房和核电站等地基岩体的变形和稳定性；以及岩体性质的改善与加固技术等等。对这些问题能否做出正确的分析和评价，将会对工程建设和生产的安全性与经济性产生显著的影响，甚至带来严重的后果。 2、何谓岩块、岩体? 试比较岩块与岩体,岩体与土有何异同点? 1）岩块：指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。 2）岩体：指在地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体，是岩体力学研究的对象。 3）岩块与岩体：岩块是构成岩体的最小岩石单元体，岩体包含岩块； 岩体与土：土不具有刚性的联结，物理状态多变，力学强度低等，因而也不具有岩体的结构面。 3、何谓岩体分类? RMR 分类和Q 分类各自用哪些指标表示? 怎样求得? 1）岩体分类：在工程地质分组的基础上，通过对岩体的的一些简单和容易实测的指标，将工程地质条件与岩体参数联系起来，并借鉴已建的工程设计、施工和处理等方面成功与失败的经验教训，对岩体进行归类的一种方法。 《岩石力学》习题 一、岩体分级 （1）取直径为50mm 、长度为70mm 的标准岩石试件，进行径向点荷载强度试验，测得破坏时的极限荷载为4000N ，破坏瞬间加荷点未发生贯入现象。试确定岩石的单轴抗压强度c R 。 （2）测得某中等风化花岗岩体的压缩波速s m v pm /2777=，剪切波速s m v s /1410=；已知相应岩石的压缩波速s m v pr /5067=，剪切波速s m v s /2251=，重度3/3.22m kN r =。岩石饱和单轴抗压强度MPa R c 40=，根据《工程岩体分级标准》（GB50218-94），该岩体的基本质量级别为几级？ （3）某工程岩体，已测得岩石点荷载强度指标5.2)50(=s I ，岩石的压缩波速s km /6.6，岩体的压缩波速s km /1.4，根据《工程岩体分级标准》（GB50218-94），该岩体的基本质量级别为几级？ 二、岩石强度 （4）自地表向下的岩层依次为：表土层，厚m H 601=，容重31/20m KN =γ，内摩擦角 301=φ，泊松比3.01=μ；砂岩层，厚m H 602=，容重32/25m KN =γ，内摩擦角 452=φ，泊松比 25.02=μ。求距地表m 50及m 100处的原岩中由自重引起的水平应力。 （5）将岩石试件进行一系列单轴试验，求得抗压强度的平均值为0.23MPa ，将同样岩石在0.59 MPa 的围压下进行一系列三轴试验，求得主应力的平均值为2.24 MPa . 请你在Mohr 图上绘出代表这两种试验结果的应力圆，确定其内摩擦角及粘结力. （6）某均质岩石的强度曲线为： 30,40,tan ==+=φφστMPa c c 其中. 试求在侧向围岩应力 MPa 203 =σ的条件下，岩石的极限抗压强度，并求出破坏面的方位. 20 ～20 学年第学期级地质工程、岩土工程专业岩石力学试题 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 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 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θ σ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. )(42x 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 页岩石力学复习题 2解析
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