岩土工程复习题及答案.doc

1. 简述采矿工程中岩体力学的特点。采矿工程多处于地下较深处，而其它地下工程多在距地表较近（几十米）的范围内 ；对矿山工程，只要求在开采期间不破坏，在采后能维持平衡状态不影响地表安全即可，故其计算精度、安全系数及加固等方面均低于国防、水利工程的标准；矿山地质条件复杂，又受矿床赋存条件限制，故采矿工程的位置选择性不大，同时采掘工作面不断变化，因而采矿工程岩石力学具有复杂性的特点2. 绘图并说明岩石的应力-应变全过程曲线。1、 裂隙压密阶段(OA)。曲线上凹，体积缩小；A点：压密极限2、 线弹性变形阶段(AB)。呈直线，体积仍缩小；B点：弹性极限 3、 微裂隙稳定发展阶段(BC)。近似线弹性，体积变形由缩小转为增大，发生“扩容”；C点：屈服极限 屈服点：岩石从弹性变为塑性的 转折点4、 非稳定发展阶段(CD)5、 裂隙扩展、新裂隙产生，体积膨胀加剧，显示宏观破坏迹象，岩石承载能力达到极限；D点:峰值强度/强度极限，即单轴抗压强度6、 残余强度阶段(DE)岩石全面破坏，承载能力下降，但尚有承载力，此为岩石材料特点之一7、3.3、简述岩石在三向压力作用下的变形规律。岩石三向压力（12=3）作用下变形规律1随着围压（2=3）增大，岩石抗压强度显著增加；2随着围压（2=3）增大，岩石变形显著增大；3随着围压（2=3）增大，岩石弹性极限显著增大；4随着围压（2=3）增大，岩石性质发生变化：由弹性塑性 4. 解释岩石的不稳定蠕变曲线，试述如何利用它进行岩体工程破坏的预报？ 过渡蠕变阶段（） 在加载瞬间有一弹性变形0，继而以较快的速度增长，随后蠕变速度逐渐降低，并过渡到等速蠕变阶段。 若在此阶段内卸载，则会出现瞬间弹性变形（PQ段），和通过一段时间才能恢复的变形（QR段） 稳定蠕变阶段（） 变形缓慢，应变与时间近于线性关系，变形速度保持恒定 若在此阶段卸载，则不仅出现瞬间的弹性恢复（TU段）和弹性后效（UV段），还会有不可恢复的永久变形残留加速蠕变阶段（） 蠕变速度加快，内部裂隙迅速发展，促使变形加剧，直到破坏 * 利用蠕变曲线进行岩石工程破坏预报。若发现岩体某部分位移速度开始由等速转入加速发展时，表明即将发生破坏；若给出加速蠕变起始点时间，及时撤离，可避免灾难发生5. 绘图并说明岩石力学介质常用的理论模型。 库仑体摩擦元件 理想塑性体，其力学关系为： 0屈服极限 虎克体弹簧元件 理想弹性元件，呈线弹性，完全服从虎克定律，其力学关系为 由于弹性模量E为常量，故变形与时间无关，有 牛顿体阻尼元件 是一种理想的粘性流体，其流动性质服从牛顿粘性定律，即粘性体的流动速度（或应变速度）与应力成比例关系： 液体粘性系数 岩石自身性质 6影响岩石单向抗压强度的因素有哪些？ 岩石自身性质 矿物组成、粒间连接、岩性、结构特征、颗粒大小及形状、风化程度、微结构面、 实验条件断面形状：(强度)圆形六边形四边形三边形试件尺寸效应：尺寸大，强度低；h/D增大，强度降低 加荷速率：强度常随加荷速率增大而增高 端面条件：端面效应层理结构：强度各向异性（垂直/平行层理）温/湿度： 含水量高，强度低；温度高，强度越低 7. 什么叫软化系数？岩石饱水状态的抗压强度Rw与岩石干燥状态的抗压强度Rd之比：软化系数表征岩石软化性的指标，软化系数值越小则岩石的软化性越强。8. 什么是岩石的强度理论？主要是用于解决岩石在复杂应力状态下的破坏判据和准则问题，将复杂原因产生的破坏问题用一些简单的准则加以描述和计算。岩石的强度理论有：最大伸长线应变理论，库仑-莫尔强度理论，格里菲斯强度理论。9. 岩石主要破坏类型？拉伸破坏和剪切破坏 拉抻破坏岩石破坏的根本力学原因在于拉应力岩石抗拉强度极限这种破坏的特点是：破坏时沿断裂面发生拉开运动，出现张开的裂缝，故又称为张性破坏 剪切破坏直接由剪切作用产生压缩作用衍生的剪切应力产生其特点是：破坏时沿断裂面发生相互错动；断裂面通常呈现成对的交叉裂缝，且X形剪切裂隙的锐角总是对着最大主应力方向，破坏角总是大于45。10. 莫尔-库仑强度理论的基本含义是什么？试评述该理论的优缺点。库仑理论 材料破坏是由剪应力引起的，当材料内部某斜截面上的剪应力达到材料的抗剪强度Ss时，将沿该斜截面发生剪切破裂。 材料抗剪强度条件表示为莫尔理论 材料在复杂应力状态下发生破坏，是由于材料在外载荷作用下，沿某一斜截面上的剪应力达到某一极限值造成的，并且破坏也与剪切面上正应力有关 只有当Ss时，材料才会沿此斜截面发生剪切破坏。沿此剪切面上的剪应力不仅要克服岩石颗粒间的粘聚力，而且还要克服沿此面上的摩擦阻力。对莫尔强度理论的评价优点 将岩石受压、受拉、受剪的应力状态与强度条件结合，以判断岩石在某应力状态下是否发生破坏，以及破坏的方向 岩石强度曲线与正应力有关，能比较真实地反映岩石的抗剪特性 岩石在三向等拉时会破坏 岩石在三向等压时，是不会破坏的对莫尔强度理论的评价不足忽略中间主应力2影响，与实验结果有一定出入 没有反映出岩石中存在结构面时，对岩石强度的影响 只适用于剪切，对受拉区研究不够充分，不适用于膨胀或蠕变破坏 11. 岩石与岩体的区别是什么？如何分析岩体结构面强度？岩体是由结构面及其所围限的岩块(结构体)所组成具有一定的结构是岩体的显著特征之一岩体中存在着复杂的天然应力状态和地下水，这是岩体与其他材料的根本区别之一（一）结构面抗剪强度在垂直结构面方向施加恒定荷载P，沿结构面方向施加水平推力T，试件沿结构面发生滑移。 试件剪断时最大水平推力T除以断裂面面积A，即为结构面抗剪强度用同种岩石的不同试件，可获得一组沿结构面破坏时的正应力n和剪应力n，据此绘出结构面强度曲线 （二）结构面抗摩擦强度结构面抗摩擦强度，实质为Cj =0时的结构面抗剪强度利用已做完抗剪强度的试件再重复作一次抗剪试验，即可测出结构面上的抗摩擦强度根据一组试验资料，可获得一条通过-坐标原点的斜直线，其表达式为12. 描述结构面状态的指标？A结构面的产状、形态；B结构面的延展尺度；C结构面的密集程度；D结构面的填充物； 13. 什么是龟裂系数？它的大小一般反映什么含义？根据弹性波在试件中和在岩体中的传播速度比，可判断岩体中裂隙发育程度，此比值的平方称为龟裂系数（或称岩体完整性系数），以K表示V 、v分别为弹性波在岩体和岩石中传播的纵波速度K可判断岩体的完整程度，对岩体进行分类：岩体种类龟裂系数K完整0.75块状0.450.75碎裂状0.4514. 绘图并说明岩体的应力-应变全过程曲线。 裂隙压密阶段（OA段） 原有裂隙受压闭合，出现不可恢复的残余变形，形成非线性上凹状压缩变形曲线，表现出弹塑性并存的特点 A点的应力称为压密极限 ABCD 弹性变形阶段（AB段） 经过压密阶段后，岩体由不连续状态进入连续状态，呈现弹性变形 B点的应力称为弹性极限 塑性变形阶段（BC段） 应力-应变曲线呈向下弯曲状。即使荷载增加不大，也会产生较大的变形。 C点的应力称为强度极限 破坏阶段（CD段） 出现岩体应力释放过程，宏观上表面为破裂 岩体在破裂时应力并不是突然下降，在破裂面上尚存一定摩擦力，使岩体仍具有承载能力，直至最终达到岩体的残余强度 15. RQD指标的含义是什么？长度在100cm（包含10cm）以上的岩心累计长度占钻孔总长度的百分比，称为岩石（岩心）质量指标（R.Q.D）根据钻探时的岩心完好程度来判断岩体的质量，对岩体进行分类, R.Q.D值越大岩石质量越好。16. 解释对岩体进行工程分类的原因？由于组成岩体的岩石性质不同，以及岩体中弱面发育情况的差异，致使岩石力学性质比较复杂，为了便于研究岩体并运用于工程实际，必须对岩体进行分类。通过分类，概括地反映各类工程岩体的质量好坏，预测可能出现的岩体力学问题，为工程设计、支护衬砌、建筑物选型和施工方法选择等提供参数和依据。17. 什么是原岩应力？习惯上将原岩应力分为哪两类？存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，又称初始地应力或地应力主要包括由岩体重量引起的自重应力和地质构造作用引起的构造应力等18. 目前获得原岩应力状态最可靠的方法是什么？获得原岩应力状态最可靠的方法是原位测量19. 什么是侧压系数？侧压系数能否大于1？从侧压系数值的大小如何说明岩体所处的应力状态？书p5720. 如何进行围岩局部稳定计算？块体极限平衡理论计算围岩压力步骤：运用地质勘探手段查明结构面产状和组合关系，并求出结构面的c、值对临空的结构体进行稳定性分析，找出可能滑移的结构体（危岩）采用块体极限平衡理论进行压力计算 +P74梯形块体稳定性分析（a）结构面1和2分别具有长度l1和l2，抗剪力为1和21. l1和l2面上各种应力均为均匀分布2. 岩块受两个面的夹持作用，即抗滑力=1+23. 在自重作用下，作用于l2面上的法向压力较小，故岩块l2面一般只考虑粘聚力，不考虑摩擦力l1面上的抗滑力： l2面上的抗滑力： 式中： Q为滑动岩体的重力 1和c1分别为l1面上的内摩擦角和粘聚力 c2为l2面上的粘聚力21. 如何进行岩基的抗滑稳定计算？22. 岩坡破坏型式分为哪几类？岩石斜坡常见的破坏类型岩石崩塌、平移滑动、旋转滑动、岩块流动和岩层曲折23. 如何进行岩坡平面滑动的力学稳定分析？平面滑动的力学稳定分析刚体极限平衡法a) 平面剪切的力学分析b) 楔体滑动的力学分析c) 滑面的组合分析 24. 根据搬运和沉积方式的不同，可将第四纪土分为哪两类？可分为残积土和运积土两大类。25. 根据搬运的动力不同，运积土可分为几类？坡积土、洪积土、冲积土、湖泊沼泽沉积土、海相沉积土、冰积土、风积土26. 试述残积土的特点。残积土是指母岩表层经风化作用破碎成为岩屑或小颗粒后，未经搬运，残留在原地的堆积物。特征是颗粒表面粗糙、多棱角、粗细不均、无层理27. 试述弱结合水的性质及其工程意义？位于强结合水外侧，受颗粒表面电场吸引，但电场作用力随远离颗粒而减弱，厚度0.5m，密度1.01.7g/cm3不能传递静水压力，呈粘滞状态；受力时能由水膜较厚处缓慢转移到水膜较薄处，亦可因电场引力作用而从一个土粒的周围转移到另一个土粒的周围。亦即，弱结合水膜能发生变形，但不因重力作用而流动弱结合水的存在是粘性土在某一含水量范围内表现出可塑性的原因 ？28. 什么塑性指标IP？计算公式？工程意义？塑性指数IP是指液限和塑限的差值（用百分数的绝对值表示），即土处在可塑状态的含水量变化粘性土体处于可塑状态下，含水量变化的最大区间IP大，表示该土能够吸附较多的结合水，但仍可处于可塑状态，亦即矿物的吸水能力强工程上按塑性指数将粘性土分为三类29. 什么液性指标IL？计算公式？工程意义？粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比可用液性指数IL表示粘性土所处的软硬状态。IL 值愈大，土质愈软；反之土质愈硬30. 如何理解含水量-干密度曲线的性状？对含水量-干密度曲线性状的解释： 当含水量小时，颗粒表面的水膜薄，颗粒相互移动、压实需克服很大的粒间阻力，消耗较大能量，d小随含水量增加，水膜加厚，粒间阻力减小，颗粒易移动当含水量超过最优含水量op以后，水膜继续增厚所引起的润滑作用已不明显，此时，土中剩余空气已不多，且与大气隔绝。封闭气体很难排出，故击实土不能达到完全饱和状态，击实曲线亦不能达到饱和曲线31. 试说明达西渗透定律的应用条件和适用范围。达西定律的适用范围 ：达西定律是描述层流状态下渗透流速与水头损失之间关系的规律。亦即：渗流速度v与水力坡降i成线性关系只适于层流范围在水利工程中，绝大多数渗流（例如，干砂土或一般的粘性土）均属于层流范围，故适用达西定律。但以下两种情况可认为超出达西定律适用范围：粗粒土中的渗流、少数粘性土中的渗流32. 什么是渗透力？渗透力的表达式？产生流砂的条件？将水流作用在单位体积土体中土颗粒上的力称为渗透力J（单位kN/m3），也称动水压力渗透力的作用方向与水流方向一致，J与T大小相等，方向相反渗透力 如果渗透力的大小等于土的浮重度（有效重度）时，则土粒之间的压力为零，从理论上讲土粒处于悬浮状态，它将随水流一起流动，形成流砂现象 33. 用达西渗透定律计算出的渗透流速是否是土中的真实渗透流速，它们在物理概念上有何区别？34. 试验室测定渗透系数k的方法主要用哪两类？在实验室中测定渗透系数 k 通常采用常水头法和变水头法两种方法 35. 什么是流网？流网具有哪些性质？流网的主要用途是什么？流网是指由一组流线和一组等势线互相垂直相交的曲线所组成的网络绘制的流网具有如下性质：1. 流线与等势线互相正交2. 每个网格的长宽比为常数3. 任意两相邻等势线间的水头损失相等4. 任意两相邻流线间的渗流量相等应用：测管水头、水力坡降、渗透流速、渗透流量1. 可直观考察水在土体中的渗流路径，计算渗流量及土体中各点的水头和水力梯度2. 对一维渗流，可直接用达西定律计算流量，确定各点的水头和水头差3. 实际工程中遇到的很多都是二维和三维情况，此时多用流网进行计算流量36. 何为有效应力？写出饱和土体有效应力原理的表达式。土体中的附加应力是通过土粒之间的接触来传递的，这种粒间接触的应力，称为有效应力37. 简述太沙基的有效应力原理。土体是由土粒、孔隙水及孔隙气组成的三相体，在外荷载的作用下，土体中会产生附加应力在荷载作用以前，地基土体中存在有初始应力；在荷载作用下，地基中应力发生改变，改变的部分称为附加应力 土体中的附加应力是通过土粒之间的接触来传递的，这种粒间接触的应力，称为有效应力有效应力会使土粒发生位移，引起土体变形，使土体强度及稳定性发生变化土体中除土粒外，还有孔隙水及孔隙气38. 直接剪切试验按排水条件不同，可分为哪