岩体力学复习题.pdf

一、岩石成因一、岩石成因 1根据成因，岩石可分为哪几类？ 答：根据成因，岩石可分为三大类，即：岩浆岩、沉积岩和变质岩。 2岩石颗粒间的连接方式 答：岩石颗粒间的连接方式有两种： 一是结晶连接， 矿物颗粒通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接 触； 二是胶结连接，矿物颗粒通过胶结物连接在一起。 3沉积岩的胶结类型 答：积岩具有三种胶结类型： （1）基质胶结：岩石碎屑（颗粒）被胶结物包围，其强度由胶结 物决定。 （2）接触胶结：只在颗粒接触处有胶结物存在，因此一般胶结 不牢，强度较低，透水性较强。 （3）孔隙胶结：胶结物完全地或部分地充填于颗粒孔隙之间， 一般胶结较牢固， 所以岩石强度及透水性主要由胶结物性质及充填程 度决定。 二、岩石、结构面、岩块、岩体、岩体结构的概念二、岩石、结构面、岩块、岩体、岩体结构的概念 4岩石 答： 岩石是由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而形 成的多种矿物颗粒的集合体，是组成地壳的基本物质。 5结构面 答：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界面或带。 6岩块 答：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。 7岩体 答：指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。 8岩体结构 答： 指岩体中结构面与结构体的排列组合关系。 其包括两个基本要素， 即结构面和结构体。 三、岩石密度的有关概念三、岩石密度的有关概念 9岩石密度 答：岩石密度指单位体积岩石的质量，其单位为/3。衡量岩石 密度的指标有两种：颗粒密度和块体密度。 10颗粒密度 答：颗粒密度定义为岩石固相物质的质量与固相体积的比值。岩石固 相物质的质量是在烘箱中烘至 105保持恒温、恒重时，岩石固体的 质量；固相体积不包括岩石孔隙体积。 11块体密度 答：块体密度定义为单位体积岩石（包括岩石孔隙体积）的质量。块 体密度一般称为质量密度，简称为密度。 12重力密度 答： 岩石重力密度定义为单位体积岩石 （包括岩石孔隙体积） 的重量， 其单位为/3。重力密度一般简称为重度，在以往的资料中称为 容重。 四、岩石吸水性的有关概念四、岩石吸水性的有关概念 13岩石的吸水性 答：岩石在一定的实验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性。 岩石吸水性的常用指标有： 含水率、 吸水率、 饱和吸水率和饱水系数。 14岩石含水率 答：岩石含水率是指在天然状态下岩石孔隙中水的质量与岩石 固体质量（不包括孔隙中的水）之比。 15岩石吸水率 答：岩石吸水率是指岩石试样在大气压力和室温条件下吸入水的 质量1与试样固体质量的比值。 16岩石饱和吸水率 答： 岩石饱和吸水率是岩石试样在强制状态 （真空、 煮沸或高压） 下的最大吸水量2（试样经煮沸或真空抽气饱和后的质量与 的差值，2= ）与试样固体质量的比值。 17岩石饱水系数 答：岩石吸水率与岩石饱和吸水率之比，称为饱水系数。 五、岩石孔隙性、软化性、崩解性有关概念五、岩石孔隙性、软化性、崩解性有关概念 18孔隙率 答：岩石孔隙率定义为岩石试件中孔隙总体积 与岩石试件总体积 （包括孔隙体积）之比。 19岩石的软化性 答：岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性。岩石的软化性通 常用软化系数表示。软化系数定义为岩石试件的饱和抗压强度 与干抗压强度的比值。 20岩石的崩解性 答： 岩石的崩解性是指岩石与水相互作用时失去黏结性并变成完全丧 失强度的松散物质的性质。 六、岩石变形特性六、岩石变形特性 21弹性、塑性和粘性 答：物体受外力作用发生变形，当去除外力后能够立即恢复其原有的 形状和尺寸，这种性质称为弹性。物体受外力作用发生变形，在外力 去除后不能完全恢原状的性质，称为塑性。物体受力后变形不能在瞬 时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质，称为粘性。 22脆性和延性 答：物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质，称为脆性。物体能 承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质，称为延性。 23脆性和延性的划分标准 答：工程上一般以 5为标准进行划分，总应变大于 5者为塑性材 料，反之为脆性材料。 赫德将岩石划分三类：总应变小于 3者为脆性岩石；总应变在 35者为半脆性或脆塑性岩石； 总应变大于5者为塑性岩石。 24岩石单向压缩应力应变曲线的特征 答：试件受单轴压缩荷载直到破坏经历以下五个阶段： 微裂隙压 密阶段； 弹性变形阶段； 裂隙发生和扩展阶段； 裂隙不稳 定发展直到破裂阶段； 破裂后阶段。 25循环加载方式有哪几种？并用图示之。 答：循环加载方式有两种：逐级循环加载和反复循环加载。逐级循环 加载是每次施加的最大荷载比前一次循环的最大荷载高； 反复循环加 载是每次施加的最大荷载都相同。 26三轴试验可分为哪几种？分别写出其对应的应力状态。 答：三轴试验可分为常规三轴试验和真三轴试验。 常规三轴试验的应力状态可表示为：1 2= 3 0； 真三轴试验的应力状态可表示为：1 2 3 0。 27转化围压 答：在常规三轴压缩条件下，随着围压增大，岩石将由脆性向延性转 化。通常将岩石由脆性转化为延性的临界围压称为转化围压。试验表 明，不同的岩石其转化围压不同。一般来说，岩石越坚硬，转化压力 越大，反之亦然。 28围压对岩石弹性模量的影响 答：围压对岩石弹性模量的影响因岩石而异。对坚硬少裂隙岩石的影 响较小；对软弱多裂隙岩石的影响较大。 29岩石弹性模量 答：岩石弹性模量指在单向压缩条件下，轴向应力与试件轴向应变之 比。当岩石的轴向应力应变曲线为非线性关系时，其弹性模量的表 征指标有三种： 初始弹性模量、 割线弹性模量和切线弹性模量。 初始弹性模量用应力应变曲线坐标原点处的切线斜率表示； 割线弹性模量用应力应变曲线原点与某一特定应力点 （一般规 定特定应力为极限强度的 50%）之间的弦的斜率表示； 切线弹性模量用应力应变曲线直线段的切线斜率表示。 30岩石变形模量 答：岩石变形模量0是指岩石在单轴压缩条件下，轴向应力与轴向总 应变（为弹性应变和塑性应变之和）之比。 31泊松比 答：在轴向荷载作用下，试件横向应变(= )与轴向应变()之比 称为泊松比。在岩石的弹性工作范围内，一般为常数，但超过弹性 范围后，则随应力的增大而增大，直到 = 0.5为止。 七、岩石强度性质七、岩石强度性质 32岩石的强度 答： 岩石在各种荷载作用下达到破坏时所能承受的最大应力称为岩石 的强度。根据受力状态的不同，岩石强度可分为抗拉强度、抗压强度 （单轴抗压强度、三轴抗压强度）和抗剪强度。 33岩石的单轴抗压强度 答：岩石的单轴抗压强度指岩石试件在无侧隙条件下，受轴向压力作 用至破坏时，单位横截面积上所承受的荷载。岩石的单轴抗压强度一 般简称抗压强度。 岩石单轴抗压强度测定方法有三类：标准方法、非规则试件试验 法和点荷载法。 34单轴压缩条件下试件的破坏方式 答：岩石试件单轴受压时，常见的破坏形式主要有三种： （a）剪切破 坏； （b）对顶锥形破坏； （c）纵向劈裂破坏。 35影响岩石单轴抗压强度的主要因素 答：影响岩石单轴抗压强度的主要因素可分为两个方面： 一是岩石本身的因素， 如矿物组成、 结构构造、 密度、 风化程度、 含水量等； 二是实验条件的因素，如试件的几何形状、试件的尺寸、试件加 工精度、端面条件、加载速率、温度和湿度等。 36形态效应 答：试件形状对岩石强度的影响称为形态效应。 一般而言，试件强度：圆柱形六角形四角形三角形。 原因是棱角处易产生应力集中，棱角越尖，应力集中越强。 37尺寸效应 答： 试件尺寸对岩石强度的影响称为尺寸效应。 岩石试件的尺寸越大， 则强度越低，反之越高。 为了减少试件尺寸影响及统一试验方法， 国内有关试验规程规定， 抗压试验应采用标准规则试件： 直径或边长为5； 高径比为22.5。 38加载速率对抗压强度的影响 答：随加载速率增加，岩石抗压强度提高。 39岩石抗拉强度 答：岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力， 称为岩石的单轴抗拉强度，一般简称为抗拉强度。抗拉强度测定方法 可分为直接拉伸法和间接拉伸法（劈裂法、点荷载法、抗弯法） 。 40巴西试验法 答：采用巴西试验法测定岩石的抗拉强度时，虽然在试件中产生的压 应力是拉应力的 3 倍，但由于岩石的抗压强度往往是抗拉强度的 10 倍，故试件发生拉破坏而不是压破坏。 41岩石脆性度 答：岩石的抗压强度与抗拉强度的比值称为岩石脆性度，用以表征岩 石的脆性程度。 42岩石的抗剪强度 答： 岩石在剪切荷载作用下抵抗剪切破坏的最大剪应力称为岩石抗剪 切强度，简称抗剪强度。 按剪切试验方法不同，所测定的抗剪强度的含义也不同，通常可 分为三种抗剪强度：抗剪断强度、抗切强度和摩擦强度。 测定岩石抗剪强度的主要方法有：直剪试验法、倾斜剪切法和三 轴试验法。 （特别注意倾斜剪切法） 八、岩石流变性质八、岩石流变性质 43岩石的流变力学特性 答：岩石的流变性指的是岩石的应力、应变随时间变化的性质。 岩石的流变力学特性主要包括三种：蠕变、松弛和弹性后效。 蠕变：指介质随在大小和方向均不改变的外力作用下，介质的 变形随时间的变化而增大的现象。 松弛：指介质的变形（应变）保持不变时，内部应力随时间变 化而降低的现象。 弹性后效：指对介质加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现 象。其是一种延迟发生的弹性变形和弹性恢复，外力卸除后最终不留 下永久变形。 44蠕变曲线特征 答：典型的蠕变曲线包括四个阶段：瞬时弹性变形阶段、衰减蠕变阶 段、稳定蠕变阶段（或称等速蠕变阶段） 、加速蠕变阶段。 45流变方程 答：流变性主要研究材料流变过程中应力、应变和时间的关系，用流 变方程来表达。流变方程包括：本构方程、蠕变方程、松弛方程和卸 载方程。 46组成流变模型的基本元件 答：弹性元件、塑性元件和粘性元件。 47弹性元件的性能 答： （1）具有瞬时弹性变形性质。无论荷载大小，只要应力不为零， 就有相应的应变；而当应力为零（卸载）时，应变也为零。说明没有 弹性后效，即与时间无关。 （2）应变为恒定时，应力也保持不变，应力不因时间增长而减 小，故无应力松弛特性。 （3）应力保持恒定，应变也保持不变，故无蠕变特性。 48马克斯伟尔模型 答：松弛时间越短，马克斯伟尔体越接近液体；松弛时间越长，马克 斯伟尔体越接近固体。 49马克斯伟尔模型的特性 答：具有瞬时变形、等速蠕变和松弛特性；不具有弹性后效。 50凯尔文模型的特性 答： 具有稳定蠕变和弹性后效性质； 不具备应力松弛和瞬时变形性能。 51凯尔文模型的组成 答：由一个弹性元件和一个粘性元件并联而成。 九、岩体结构形态九、岩体结构形态 52线连续性系数 答：线连续性系数是反映结构面连续性的指标之一。其定义为沿结构 面延伸方向上，结构面各段长度之和与测线长度的比值。 53结构面的线密度 答：结构面的线密度也称为岩体裂隙度，是衡量结构面密集程度的指 标之一。 其定义为结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数。 54结构面间距 答：结构面间距也是衡量结构面密集程度的指标之一，其定义为同一 组结构面法线方向上两相邻结构面的平均距离。 结构面间距与结构面线密度互为倒数关系。 55结构面的张开度 答：结构面的张开度指结构面两壁面间的垂直距离。 56结构面侧壁的起伏形态可归纳为哪几种类型？ 答：可归纳为 5 种类型： （a）平直的； （b）台阶状； （c）锯齿状； （d） 波状的； （e）不规则状。 57根据粗糙度系数，巴顿将结构面粗糙度划分为几级？ 答：10 级。 58结构体形状可归纳为哪几种类型？ 答：可归纳为三种类型：柱状结构体、板状结构体、锥形结构体。 59无充填物的结构面可归纳为哪几种类型？ 答：可归纳为四种类型： （1）平直光滑的结构面； （2）平直、光滑但 局部连接或相互咬合的台阶状结构面； （3）规则齿状（或波状）不连 续面； （4）不规则闭合齿状不连续面。 十、岩石动力特性十、岩石动力特性 60岩体动弹性模量的测定 答：根据式（2-25） 、 （2-26）或（2-35） 、 （2-36） 。要求记住公式和各 符号的含义。 22 22 2 (2-25) 2() ps d ps vv vv 2(1 )(1 2) = (2-26) 1 dd dp d Ev 1/2 (1) (2-35) (1)(1 2) dd p dd E v 1/2 (2-36) 2 (1) d s d E v 其中 p v纵波传播速度， s v横波传播速度， d 动泊松比， d E动 弹性模量，岩体的密度。 61 p v与 s v的比值 答：根据式（2-37）计算。 1/2 2(1) (2-37) (12) p d sd v v 62结构面对弹性波在岩体中的传播有哪些影响？ 答： （1）岩体的完整性越差，弹性波速度越低； （2）张性不连续面使波动（动应力）传递受阻，弹性波只能在 其边缘绕过去，导致弹性波速度降低； （3）结构面使波反射、折射、散射等，导致合成波复杂化； （4）结构面分布的不均匀性或方向性，使岩体中各方向弹性波 传递速度不等。 十一、岩体完整性系数十一、岩体完整性系数 63岩体完整性系数的定义是什么？根据完整性系数，可将岩体完整 程度划分为几个等级？ 答：岩体的完整性系数 rm K定义为岩体中纵波速度与同种岩体的完整 岩石中纵波速度之平方比。 根据完整性系数，可将岩体完整程度划分为五个等级： 完整程度 完整 较完整 较破碎 破碎 极破碎 rm K 0.75 0.550.75 0.350.55 0.150.35 0.15 十二、工程岩体分类十二、工程岩体分类 64简述节理岩体地质力学分类法（法） 。 答：该方法由南非人宾尼亚斯基于 1973 年首次提出，经多年试用和 改进后，于 1979 年正式推出，并得到国际岩石力学学会（）的 推荐。 用岩体质量指标对岩体进行分类， 故一般称为岩体质量指标 分类法。 分类指标由六项指标组成： = 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 式中前 5 项指标分别为岩块强度1、RQD 值2、节理间距3、节理 状态4和地下水5，其各自分值可通过查表获得；最后一项指标为 节理方位的工程影响的修正系数6， 按不同工程类型， 考虑节理产状 对其稳定性的影响程度，查表得到修正分值。 根据值，将岩体质量划分为五个类别。 根据岩体质量的类别， 可以大致了解工程的自稳时间和岩体的力 学指标。 十三、岩体地应力十三、岩体地应力 65二次应力 答：受工程开挖影响而形成的应力称为二次应力或诱导应力。 66侧压系数 答：侧压系数定义为水平应力与垂直应力之比。 在海姆假说中， = 1；在金尼克假说中， = /(1 )。 当泊松比 = 0.5时， = 1，此时金尼克假说等价于海姆假说。 因此，海姆假说仅是金尼克假说在 = 0.5时的一个特例。 67地应力场的组成 答： 岩石圈的地应力场由下列地质作用引起的地应力场叠加组成：（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）岩浆侵入引起的应力场； （5）地温梯 度引起的应力场； （6）地表剥蚀引起的应力场。其中大陆板块边界受 压引起的应力场和由地心引力引起的应力场是地应力场的主要组成 部分