《岩石力学》复习题.doc

一.岩石的物理力学性质1.岩体：位于一定地质环境中，在各种宏观地质界面（断层、节理、破碎带等）分割下形成的有一定结构的地质体。由结构面与结构体组成的地质体。2.岩石：是经过地质作用而天然形成的一种或多种矿物的集合体。具有一定结构构造的矿物（含结晶和非结晶的）集合体。3.岩（体）石力学：是力学的一个分支学科，是研究岩（体）石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一门基础学科。4.结构面：指在地质历史发展过程中，岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的宏观地质界面或带。5.岩石质量指标（RQD）：指大于10cm的岩芯累计长度与钻孔进尺长度之比的百分数。6.空隙指数：指在0.1MPa压力条件下，干燥岩石吸入水的重量与岩石干重量的比值。7.软化性：软化性是指岩石浸水饱和后强度降低的性质。8.软化系数：指岩石试件的饱和抗压强度与干燥状态下的抗压强度的比值。9.膨胀性：是指岩石浸水后体积增大的性质。10.单轴抗压强度：是指岩石试件在单轴压力下达到破坏的极限值。，11.抗拉强度：是指岩石试件在单向拉伸条件下试件达到破坏的极限值。12.抗剪强度：是指岩石抵抗剪切破坏的能力。13.形状效应：在岩石试验中，由于岩石试件形状的不同，得到的岩石强度指标也就有所差异。这种由于形状的不同而影响其强度的现象称为“形状效应”。14.尺寸效应：岩石试件的尺寸愈大，则强度愈低，反之愈高，这一现象称为“尺寸效应”。15.延性度：指岩石在达到破坏前的全应变或永久应变。16.流变性：指在外界条件不变时，岩石应变或应力随时间而变化的性质。17.蠕变：指在应力不变的情况下，岩石的变形随时间不断增长的现象。18.应力松弛：是指当应变不变时，岩石的应力随时间增加而不断减小的现象。19.弹性后效：是指在加荷或卸荷条件下，弹性应变滞后于应力的现象。20.峰值强度：若岩石应力应变曲线上出现峰值，峰值最高点的应力称为峰值强度。21.长期强度：指长期荷载（应变速率小于106s）作用下岩石的强度。22.扩容：在岩石的单轴压缩试验中，当压力达到一定程度以后，岩石中的破裂或微裂纹继续发生和扩展，岩石的体积应变增量由压缩转为膨胀的力学过程，称之为扩容。23.应变硬化：在屈服点以后（在塑性变形区），岩石（材料）的应力应变曲线呈上升曲线，如要使之继续变形，需要相应地增加应力，这种现象称之为应变硬化。24.疲劳破坏：在循环荷载作用下，岩石会在比峰值应力低的应力水平下破坏的现象。25.疲劳强度：是使岩石（材料）发生疲劳破坏时循环荷载的应力水平的大小（非定值）。26.速率效应：是指在岩石试验中由于加载速率的不同而引起的岩石强度的变化现象。27.延性流动：是指当应力增大到一定程度后，应力增大很小或保持不变时，应变持续不断增长而不出现破裂，也即是有屈服而无破裂的延性流动。28.脆性破坏：是指岩石在破坏前变形很小，出现急剧而迅速的破坏，且破坏后应力降很大。29.延性破坏：是指岩石在破坏前发生了较大的永久塑性变形，并且破坏后应力降很小。30.强度准则：表征岩石破坏时的应力状态和岩石强度参数之间的关系，一般可以表示为极限应力状态下的主应力间的关系方程：1f（2，3）或f（）。31.塑性变形：在外力撤去后不能够恢复的变形。2.岩体的力学性质及分类二.岩体的力学性质及分类l.结构面：指在地质历史发展过程中岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的宏观地质界面或带。又称弱面或地质界面，是指存在于岩体内部的各种地质界面，包括物质分异面和不连续面，如假整合、不整合、褶皱、断层、层面、节理和片理等。2.原生结构面：在成岩阶段形成的结构面，根据岩石成因的不同，可分为沉积结构面、岩浆（火成）结构面和变质结构面三类。3.构造结构面：指在构造运动作用下形成的各种结构面，如劈理、节理、断层面等。4.次生结构面：指在地表条件下，由于外力(如风力、地下水、卸荷、爆破等)的作用而形成的各种界面，如卸荷裂隙、爆破裂隙、风化裂隙、风化夹层及泥化夹层等。5.结构面频率：即裂隙度，是指岩体中单位长度直线所穿过的结构面数目。6.结构体：结构面依其本身的产状，彼此组合将岩体切割成形态不一、大小不等以及成分各异的岩石块体，被各种结构面切割而成的岩石块体称为结构体。7.结构效应：是指岩体中结构面的方向、性质、密度和组合方式对岩体变形的影响。8.剪胀角（angleofdilatancy）：岩体结构面在剪切变形过程中所发生的法向位移与切向位移之比的反正切值。9.节理化岩体：是指被各种节理、裂隙切割呈碎裂结构的岩体。10.结构面产状的强度效应：指结构面与作用力之间的方位关系对岩体强度所产生的影响。11.结构面密度的强度效应：指结构面发育程度(数量)对岩体强度所产生的影响。12.岩体完整性指标：是指岩体弹性纵波与岩石弹性纵波之比的平方。13.岩体基本质量：岩体所固有的、影响工程岩体稳定性的最基本属性，岩体基本质量由岩石坚硬程度和岩体完整程度决定。14.自稳能力：在不支护条件下，地下工程岩体不产生任何形式破坏的能力。15.体积节理数：是指单位岩体体积内的节理(结构面)数目。16.岩石质量指标(RQD)：长度在10cm（含10cm)以上的岩芯累计长度占钻孔总长的百分比，称为岩石质量指标RQD(RockQualityDesignation)。三.岩体中天然应力及其量测1.地应力：自然状态下在原岩体中存在的由于岩石自重和构造应力形成的分布应力称为地应力，也称岩体天然应力。2.原岩应力：在工程中指天然存在于岩体之中(内部)而与任何人为因素无关的应力，也称天然应力。3.残余应力：指没有外力作用时在岩体内部由于某种原因在整个岩体内的不均匀的变形而引起的应力。4.初始地应力：岩体中存在的未受到工程扰动的原始应力状态下的应力。5.自重应力：由于岩体自重而产生的天然应力叫自重应力。6.构造应力：由于地质构造活动在岩体中引起的应力场，这种应力与一定范围地质构造有关，其主要特点是水平应力大于覆岩垂直应力分量。这一作用可以持续到地层深处。7.应力重分布：岩体受到工程活动扰动，引起岩体中初始应力的转移变化形成的新的应力场状态。8.二次应力：相对于初始应力而言，岩体上或岩体内部受到人类工程活动扰动，引起初始应力自然平衡状态的改变，使一定范围内的原始应力重分布形成的新的应力称为二次应力，或称次生应力。次生应力直接与工程稳定性有关。9.垂直应力：地下岩体中上覆岩层的重量所造成的应力。10.切向应力：作用于巷道截面的切线方向的应力。11.径向应力：垂直于巷道周边切线的正应力。12.岩爆：是地下洞室开挖过程中围岩发生突然脆性破坏的现象。一般在地应力较大部位，岩石被挤压超过其弹性限度，聚集的能量会突然释放出来，伴随有声音、碎石飞散、坠落等现象。13.构造线：指区域性挤压应力所形成的构造形迹，也就是指与产生地质构造运动的压应力方向相垂直的平面和地面的交线。14.现代构造应力：就是现今正在形成某种构造体系和构造形迹的应力。四.地下洞室围岩稳定性分析1.围岩：指由于人工开挖使岩体的应力状态发生了变化，而这部分被改变了应力状态的岩体称为围岩。地下工程开挖过程中，在发生应力重分布的那一部分工程岩体称为围岩。2.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破坏，进而引起施加于支护衬砌上的压力。作用在支护物上的围岩的变形挤压力或塌坍岩体的重力称为围岩压力。3.静水应力状态：在岩石力学中，地下深部岩体在自重作用下，岩体中的水平应力和垂直应力相等的应力状态。4.形变围岩压力：指围岩在二次应力作用下局部进入塑性，缓慢的塑性变形作用在支护上形成的压力，或者是有明显流变性能的围岩的粘弹性或者粘弹粘塑性变形形成的支护压力。一般发生在塑性或者流变性较显著的地层中。5.松动围岩压力：指因围岩应力重分布引起的或施工开挖引起的松动岩体作用在隧道或坑道井巷等地下工程支护结构上的作用压力。一般是由于破碎的、松散的、分离成块的或被破坏的岩体坍滑运动造成的。6.冲击围岩压力：（1）是地下洞室开挖过程中，在超过围岩弹性限度的压力作用下，围岩产生内破坏，发生突然脆性破坏并涌向开挖(采掘)空间的一种动力现象。（2）强度较高且完整的弹脆性岩体过渡受力后突然发生岩石弹射变形所引起的围岩压力。7.膨胀围岩压力：在遇到水分的条件下围岩常常发生不失去整体性的膨胀变形和位移，表现在顶板下沉、地板隆起和两帮挤出，并在支护结构上形成形变压力的现象。8.应力集中：受力物体或构件在其形状或尺寸突然改变之处引起应力在局部范围内显著增大的现象。9.应力集中系数：指岩体中二次应力与原始应力的比值，也可用井巷开挖后围岩中应力与开挖前应力的比值来表示。10.侧压系数：岩体中一点的水平应力与垂直应力的比值。11.围岩（弹性）抗力系数：当隧洞受到来自隧洞内部的压力P时，在内压力作用下，洞壁围岩必然向外产生一定的位移，则定义围岩的弹性抗力系数为KP。此时K的物理意义为促使隧洞洞壁围岩产生单位径向位移所需的内水压力值。12.单位抗力系数：隧洞围岩的弹性抗力系数不仅与隧洞的地质条件有关，而且与隧洞的半径有关，为了统一，在工程上规定洞径为200cm时隧洞围岩的抗力系数定义为单位抗力系数。一、填空题：1、矿物、结构、构造是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素。2、已知岩石的孔隙率为5%，则其孔隙比为0.053。3、岩石在不同的应力作用下，其极限强度的大小满足抗剪强度 抗拉强度。 4、岩石形成各向异性的原因是岩石物质成分、结构具有方向性，节理、结构面、层面具有方向性。5、岩石蠕变的类型分为稳定蠕变和不稳定蠕变两种。6、马克斯维尔（M）体描述具有瞬时弹性变形、等速蠕变和松弛性质的不稳定蠕变，其结构组成为M = HN （或元件图）。7、岩石抗冻系数为岩样在正负25之间反复冻融，其抗压强度降低值与未冻融前抗压强度的百分比。8、塑性区围岩具有弹塑性位移，位移仅与应力偏量有关，与静水压力无关。9、目前维护井下巷道围岩稳定，主要从两个方面入手:增强围岩强度、降低围岩应力。10、从支护原理上分析，普通支护为被动支护，锚喷支护为主动支护。11、锚杆支护设计时一般先确定锚固力，然后确定拉断力，再确定锚杆杆径。1.开尔文（K）体描述有弹性后效的稳定蠕变，其结构组成为K = H|N （或元件图）。2.莫尔认为无论岩石处于何种应力状态，破坏均为剪切破坏。3.依据回采空间是否移动，分为移动支承压力、固定支承压力。4.一般讲，岩体强度介于岩石强度与结构面（弱面）强度之间。5.ISRM 建议：加载速率为0.51.0MPa/s；破坏时间一般为510分钟。6.岩石破坏后所具有的残余强度是指破裂岩块之间因相互错动摩擦产生的摩擦阻力。7.一般以高于（低于）原岩应力5%为界，划分集中应力影响范围。1描述不稳定蠕变的马克斯维尔（M）体结构组成为M = HN （或元件图）。2矿物、结构、构造是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素。3岩体由岩块、结构面组成。 4格里菲斯认为不论岩石受力状态如何，最终在本质上都是拉伸应力引起岩石破坏。5锚杆的作用原理有悬吊、组合梁、挤压拱、抗剪切等不同解释。6岩石塑性变形有真塑性和假塑性之说，其中假塑性变形是指岩石内部存在的节理裂隙被压闭合在宏观表现上的变形。7当侧压系数为1/3时，圆形巷道周边恰恰不产生拉应力。1、已知岩石的孔隙比为0.053，则其孔隙率为5%。2、岩石在不同的应力作用下，其极限强度的大小满足三向抗压强度单轴抗压强度。3、结构面密集程度由裂隙度K与切割度Xe表征。4、岩石的破坏类型分为断裂破坏（劈裂）、流动破坏（剪切）两种。5、典型蠕变曲线分为初始蠕变、定常蠕变、加速蠕变三阶段。6、开尔文（K）体描述有弹性后效的稳定蠕变，其结构组成为K = H | N （或元件图）。7、巷道围岩受地压作用产生的三区分别为塑性区、弹性区、原始应力区。8、弹性区围岩具有弹性或粘弹性位移，位移与岩石弹性性质有关。9、大量实验表明，塑性变形与静水应力无关，只与应力偏量有关，与剪应力有关。10、锚杆施工时要注意两点足够、可靠的锚固力；稳定、完整的岩帮。二、名词解释：1、各向异性：岩石的全部或部分物理、力学性质随方向不同而表现出差异的性质。2、软化系数：饱水岩样抗压强度与自然风干岩样抗压强度的比值。3、初始碎胀系数：破碎后样自然堆积体积与原体积之比。4、岩体裂隙度K：取样线上单位长度上的节理数。5、本构方程：描述岩石应力与应变及其与应力速率、应变速率之间关系的方程（物理方程）。6、平面应力问题：某一方向应力为0。（受力体在几何上为等厚薄板，如薄板梁、砂轮等）1平面应变问题：受力体呈等截面柱体，受力后仅两个方向有应变，此类问题在弹性力学中称为平面应变问题。2给定载荷：巷道围岩相对孤立，支架仅承受孤立围岩的载荷。3长时强度：作用时间为无限大时的强度（最低值）。4扩容现象：岩石破坏前，因微裂隙产生及内部小块体相对滑移，导致体积扩大的现象5支承压力：回采空间周围煤岩体内应力增高区的切向应力。1平面应力问题：受力体呈等厚薄板状，所受应力为平面应力，在弹性力学中称为平面应力问题。2给定变形：围岩与母体岩层存在力学联系，支架承受围岩变形而产生的压力，这种工作方式称为给定变形。3准岩体强度：考虑裂隙发育程度，经过修正后的岩石强度称为准岩体强度。4剪胀现象：岩石受力破坏后，内部断裂岩块之间相互错动增加内部空间在宏观上表现体积增大现象。5滞环：岩石属滞弹性体，加卸载曲线围成的环状图形，其面积大小表示因内摩擦等原因消耗的能量。1、岩石的视密度：单位体积岩石（包括空隙）的质量。2、扩容现象：岩石破坏前，因微裂隙产生及内部小块体相对滑移，导致体积扩大的现象。3、岩体切割度Xe：岩体被裂隙割裂分离的程度：4、弹性后效：停止加、卸载，应变需经一段时间达到应有值的现象。5、粘弹性：岩石在发生的弹性变形具有滞后性，变形可缓慢恢复。6、软岩（地质定义）：单轴抗压强度小于25MPa的松散、破碎、软弱及风化膨胀类岩石。1.砂土液化：饱水砂土在地震、动力荷载或其它物理作用下，受到强烈振动而丧失抗剪强度，使砂粒处于悬浮状态，致使地基失效的作用或现象。2.混合溶蚀效应：不同成分或不同温度的水混合后，其溶蚀能力有所增强的效应。3.卓越周期：地震波在地层中传播时，经过各种不同性质的界面时，由于多次反射、折射，将出现不同周期的地震波，而土体对于不同的地震波有选择放大的作用，某种岩土体总是对某种周期的波选择放大得突出、明显，这种被选择放大的波的周期即称为该岩土体的卓越周期。4.工程地质问题：工程建筑物与工程地质条件之间所存在的矛盾或问题。5.工程地质条件：与工程建筑有关的地质要素的综合，包括：地形地貌、岩土类型及其工程性质、地质结构、水文地质、物理地质现象和天然建筑材料六个方面。6.滑坡：斜坡岩土体在重力等因素作用下，依附滑动面（带）产生的向坡外以水平运动为主的运动或现象。7.振动液化：饱水砂、粉砂土在振动力的作用下，抗剪强度丧失的现象。8.卓越周期：岩土体对不同周期的地震波有选择放大作用，某种岩土体总是以某种周期的波选择放大得尤为明显而突出，这种周期即为该岩土体的卓越周期。卓越周期的实质是波的共振。9.混合溶蚀效应：不同成分或不同温度的水混合后，其溶蚀性有所增强，这种增强的溶蚀效应叫做混合溶蚀效应。10.基本烈度：指在今后一定时间（一般按100年考虑）和一定地区范围内一般场地条件下可能遇到的最大烈度。它是由地震部门根据历史地震资料及地区地震地质条件等的综合分析给定的，对一个地区地震危险性作出的概略估计，作为工程抗震的一般依据。11.活断层：是指目前正在活动着的断层，或是近期曾有过活动而不久的将来可能会重新活动的断层。12.水库诱发地震：是指由于人类修建水库工程，水库蓄水所引起的地震活动，称为水库诱发地震。13.崩塌：斜坡岩土体中被陡倾的张性破裂面分割的块体，突然脱离母体并以垂直运动为主，翻滚跳跃而下，这种现象或运动称为崩塌。三、简答题：1、什么是全应力应变曲线？为什么普通材料试验机得不出全应力应变曲线？答：在单轴压缩下，记录岩石试件被压破坏前后变形过程的应力应变曲线。普通材料实验机整体刚度相对较小，对试件施加载荷产生的反作用力将使实验机构件产生较大变形（弹性能储存），当岩石试件被压坏时，试件抗压能力急剧下降，致使实验机弹性变形迅速恢复（弹性能释放）摧毁岩石试件，而得不到岩石破坏后的应力应变曲线。刚性实验机在施加载荷时，自身变形极小，储存的弹性能不足以摧毁岩石试件，因此可以得到岩石破坏后的应力应变曲线。2、简述岩石在三轴压缩下的变形特征。答：E、与单轴压缩基本相同； 随围压增加三向抗压强度增加；峰值变形增加；弹性极限增加；岩石由弹脆性向弹塑性、应变硬化转变。3、按结构面成因，结构面通常分为几种类型？答：按成因分类有三种类型： 原生结构面成岩阶段形成的结构面； 构造结构面在构造运动作用下形成的结构面；次生结构面由于风化、人为因素影响形成的结构面。4、在巷道围岩控制中，可采取哪些措施以改善围岩应力条件？答：选择合理的巷道断面参数（形状、尺寸），避免拉应力区产生（无拉力轴比）； 巷道轴线方向与最大主应力方向一致； 将巷道布置在减压区（沿空、跨采、卸压）。5、地应力测量方法分哪两类？两类的主要区别在哪里？每类包括哪些主要测量技术？答：分为直接测量法和间接测量法。直接测量法是用测量仪器直接测量和记录各种应力量。间接测量法，不直接测量应力量，而是借助某些传感元件或某些介质，测量和记录岩体中某些与应力有关的物理量的变化，通过其与应力之间存在的对应关系求解应力。直接测量法包括：扁千斤顶法、水压致裂法、刚性包体应力计法和声发射法等。间接测量法包括：套孔应力解除法、局部应力解除法、松弛应变测量法、孔壁崩落测量法、地球物理探测法。1岩石的塑性和流变性有什么不同?答：塑性指岩石在高应力（超过屈服极限）作用时，产生不可恢复变形的性质。流变性指岩石在任何应力作用下，随时间增长而产生的不可恢复的变形。相同点：均为不可恢复变形；不同点：变形产生的原因、机理不同。2试叙述构造应力对原岩应力场的影响及其特点。答：影响：加大了水平应力和应力不均衡分布。构造应力特点：1）分布不均，在构造区域附近最大；2）水平应力为主，浅部尤为明显；3）具有明显的方向性；4）坚硬岩层中明显，软岩中不明显；5）3简述围压对岩石力学性质的影响。围压可改变岩石的力学性状。围压增大致使塑性增大、峰值强度增高、破坏前变形加大。实验时加载速率大，导致弹性摸量大、强度指标高。4影响巷道围岩稳定的主要因素有哪些？围岩强度、应力集中程度、原始应力大小、巷道支架的支撑力5采用锚杆支护时如何选择锚杆的杆径？锚杆杆径确定：一般先确定锚固力，然后由拉断力锚固力确定拉断力，再确定杆径。1岩石受载时会产生哪些类型的变形?岩石受载可发生弹性变形、塑性变形和粘性变形。一般岩石呈现粘弹性性质（滞弹性），即应变的产生和恢复滞后于应力变化。2程岩体比尼奥斯基分类法依据哪些指标对岩体进行分类？依据岩块强度、RQD、节理间距、节理条件、地下水条件五个指标进行分类。3岩体与岩石相比，其变形性质有何特点？岩体变形与岩石相比E低，峰值强度低，残余强度低，高；达到峰值后，岩体呈柔性破坏，并保留一定残余强度；各向异性显著，不同结构面分布呈现不同变形性质。4试分析支承压力的有利因素与不利因素。有利：压酥煤体，便于落煤，节省能耗。不利：破坏煤体引起片帮，不利顶板管理；破坏顶板，生成采动裂隙，造成顶板破碎不易管理；高应力引起巷道围岩变形严重，维护量大不安全；高应力易引发冲击地压。5采用锚杆支护时，如何选择锚杆的类型？坚硬、厚层状岩体多选用端头锚固型；松软破碎、裂隙发育岩体多选用全长锚固；为增加锚杆作用效果，锚固经常与喷射混凝土、钢筋网、钢板条带等联合使用。1、在巷道围岩控制中，采用哪些措施可使支护更加合理？答：对于位移明显巷道，采用恒阻可伸缩支护形式；对于变形量较大的软岩，采用二次支护；支架与围岩要整体接触，使应力均匀传递；加强支护与围岩间的整体性，共同承受载荷作用。2、峰前区应力应变曲线有几种类型，各表示岩石何种性质？答：峰前区应力应变曲线形态可分为直线型、下凹型、上凹型、S型、平缓型，分别表示了岩石受力作用后呈现的弹性、弹塑性、塑弹性、塑弹塑性和弹粘性性质。3、岩体结构基本类型有哪些？完整结构； 块裂结构； 板裂结构； 碎裂结构； 断续结构；散体结构4、结构面的剪切变形、法向变形与结构面的哪些因素有关？剪切变形与岩石强度（C）、结构面粗糙性（JRC）有关；法向变形与结构面抗压强度（JCS）、结构面粗糙性（JRC）、结构面张开度（）有关。5、简述水压致裂法主要测量步骤及适用条件。答：（1）打孔到测量应力的部位，将加压段用封隔器密封；（2）向隔离段注入高压水，测得岩体初始开裂压力Pi；（3）把高压水释放后重新加压，测得压力Pr和稳定关闭压力Ps，重复23次；（4）将封隔器完全卸压后连同加压管等全部设备从钻孔中取出；（5）测量水压裂隙和钻孔试验段的天然节理、裂隙的位置、方向和大小，做好记录。适用于：完整、脆性岩石。4.简述斜坡中应力分布特点：（1）斜坡周围主应力迹线发生明显偏转：愈接近临空面,最大主应力1愈接近平行于临空面, 3与之正交,向坡内逐渐恢复到原始状态。（2）坡脚附近形成最大剪应力增高带，往往产生与坡面或坡底面平行的压致拉裂面。（3）在坡顶面和坡面的某些部位,坡面的径向应力和坡顶面的切向力可转化为拉应力，形成张力带,易形成与坡面平行的拉裂面。（4）与主应力迹线偏转相联系,坡体内最大剪应力迹线由原来的直线变成近似圆弧线,弧的下凹方向朝着临空方向。（5）坡面处由于侧向压力趋于零,实际上处于两向受力状态,而向坡内逐渐变为三向受力状态。5.工程地质常用的研究方法主要有自然历史分析法、数学力学分析法、模型模拟试验法、工程地质类比法等。6.试述岩土体稳定性分析刚体极限平衡法的思路（1）可能破坏岩土体的几何边界条件分析（2）受力条件分析（3）确定计算参数（4）计算稳定性系数（5）确定安全系数进行稳定性评价7.岩石力学、土力学与工程地质学有何关系岩石力学和土力学与工程地质学有着十分密切的关系，工程地质学中的大量计算问题，实际上就是岩石力学和土力学中所研究课题，因此在广义的工程地质学概念中，甚至将岩石力学、土力学也包含进去，土力学和岩石力学是从力学的观点研究土体和岩体。它们属力学范畴的分支。9.水对岩土体稳定性有何影响（1）降低岩土体强度性能（2）静水压力（3）动水压力（4）孔隙水压力抵消有效应力（5）地表水的冲刷、侵蚀作用（6）地下水引起的地质病害、地基失稳（岩溶塌陷、地震液化、岩土的胀缩、土体盐渍化、黄土湿陷等）。四、论述题：1试说明普氏、太沙基地压计算理论，并给予评价。答：普氏认为：顶板岩石受力作用可形成平衡拱（免压拱），使上覆岩层压力通过拱轴转移到两侧围岩上，当两侧围岩稳定时，巷道支架仅承受平衡拱内岩石的重力作用。两帮岩体受拱传递压力作用，产生较大变形，当达到其强度时，两帮岩体将滑移，失去支撑作用，致使拱宽、拱高加大，顶压与侧压增大。太沙基认为：跨度为2a 范围内的上部岩石将由于自重而下沉，两侧摩擦力阻止其下沉，支架所承受的压力为下滑力与摩擦力之差。评价： 两种计算方法均为估算法。普氏地压公式与深度无关，不能解释应力随深度增大的现象；适用于松散岩体，对整体性、强度高的岩体，计算结果与实际有出入；应用简便（估算）、存在局限性。太沙基公式从另一角度提出地压计算公式，也反映了免压拱效应，经变换后与普式公式同形。适用于埋深不大、围岩松散破碎条件。 2分析库仑、莫尔、格里菲斯强度理论的基本观点并给予评价。答： 库仑认为：岩石破坏为剪切破坏；岩石抵抗剪切破坏的能力由两部分组成：内聚力、内摩擦力。 莫尔认为：无论岩石处于何种应力状态，破坏均为剪切破坏；破坏时，剪切面上所需的剪应力不仅与岩石性质有关，而且与作用在剪切面上的正应力有关。格里菲斯认为：不论岩石受力状态如何，最终在本质上都是拉伸应力引起岩石破坏。 评价：库仑强度理论是莫尔强度理论的直线形式。 莫尔理论较好解释了岩石抗拉强度远远低于抗压强度特征，解释了三向等拉时破坏，三向等压时不破坏现象，但忽视了中间应力的作用。 格式理论推导岩石抗压强度为抗拉强度的8倍，反映了岩石的真实情况，较好证明了岩石在任何应力状态下都是由于拉伸引起破坏，但对裂隙被压闭合抗剪强度增高解释不够。 莫尔理论适用于塑性岩石，及脆性岩石的剪切破坏；不适用于拉断破坏。 格式理论适用于脆性岩石及材料破坏。3试分析莫尔与格里菲斯强度理论的基本观点并给予评价，说明各自适用条件。莫尔认为：无论岩石处于何种应力状态，破坏均为剪切破坏； 破坏时，剪切面上所需的剪应力不仅与岩石性质有关，而且与作用在剪切面上的正应力有关。格里菲斯认为：不论岩石受力状态如何，最终在本质上都是拉伸应力引起岩石破坏。 评价：莫尔理论较好解释了岩石抗拉强度远远低于抗压强度特征，解释了三向等拉时破坏，三向等压时不破坏现象，但忽视了中间应力的作用。 格式理论推导岩石抗压强度为抗拉强度的8倍，反映了岩石的真实情况，较好证明了岩石在任何应力状态下都是由于拉伸引起破坏，但对裂隙被压闭合抗剪强度增高解释不够。 莫尔理论适用于塑性岩石，及脆性岩石的剪切破坏；不适用于拉断破坏。 格式理论适用于脆性岩石及材料破坏。一、判断题：1.结构面组数越多，岩体强度越接近于结构面强度。（ ）2.岩石三向抗压强度不是一个固定值，将随围压变化而改变。（）3.流变模型元件并联组合时，各元件满足应力相等，应变相加关系。（）4.在未受开采影响的原岩体内存在着原岩应力，其方向与水平方向垂直。（）5.岩石抗压强度值的离散系数越大，说明岩石抗压强度平均值的可信度越高。（）6.根据服务年限要求，矿井运输大巷应按照等应力轴比设计其断面尺寸。（）7.岩石蠕变与岩石类别有关，与应力大小有关。（）8.有粘聚力的固结岩体体，由地表开始侧压力与深度成线性增长。（）9.椭圆断面巷道，其长轴方向与最大主应力方向一致时，周边受力条件最差。（）10.在力学处理上，弱面不仅能承受压缩及剪切作用，还能承受拉伸作用。()1结构面组数越多，岩体越接近于各向异性。（）2流变模型元件串联组合时，各元件满足应变相等，应力相加关系。（）3软弱岩层受力后变形较大，表明构造应力在软弱岩层中表现显著。（）4岩石限制性剪切强度不是固定值，与剪切面上作用的正压力有关。（）5软岩破坏为渐进过程，首先对破坏部位支护，可使软岩控制取得好的效果。（）6随开采深度增加，巷道围岩变形将明显增大。（）7从巷道周边围岩受力情况看，拱型断面巷道要比梯形巷道断面差。（）8塑性变形与静水应力无关，只与应力偏量有关，与剪应力有关。（）9对无粘聚力的松散体，由地表开始侧压力即与深度成线性增长。（）10巷道返修是一种较好的巷道支护对策。（）1.水库蓄水前，河间地块存在地下分水岭，蓄水后将不会产生库水向邻谷的渗漏。2.斜坡变形的结果将导致斜坡的破坏。3.在岩土体稳定性评价中，由于边界条件、荷载条件、岩土体强度等难以精确确定，通常在设计上考虑上述因素及建筑物重要性而综合确定一经验值，此即稳定性系数。4.地震烈度是衡量地震本身大小的尺度，由地震所释放出来的能量大小来确定。5.用标准贯入试验判定砂土液化时，若某一土层的实际贯入击数小于临界贯入击数，则该土层液化。岩石力学复习题一、 名词解释1、 地质体：由一定的岩石组成的和具有一定构造特征的，并占据地球上一定空间的实体。2、 岩石：地壳中由地质作用所形成的、由造岩元素构成的玻璃质或矿物的天然集合体，具有一定结构构造和变化规律的固体物质。3、 岩体：在地质历史过程中所形成的，已经遭受过变形和破坏，具有一定物质成分和结构并赋存于一定地质环境中的地质体，在岩体力学中作为力学研究对象时，称为岩体 。4、 工程岩体：在岩体内部或表面修建或构造的任何工程为岩体工程，岩体工程所涉及的岩体为工程岩体。5、 岩体结构：结构面和结构体在岩体内的排列组合形式，称为岩体结构。6、 结构面：岩体内的开裂的或易于开裂的界面（包括物质分异面和不连续面）统称结构面。7、 岩体的不连续性：包括岩性不连续性和结构不连续性。岩性不连续性：指岩体内岩石性质沿一些界面发生突变；结构不连续性：指岩体中一系列宏观分离面，如断层、节理、劈理等。8、 岩体的非均质性：岩体的物理力学性质随所测点的空间位置不同而有差异的性质。9、 岩体的各向异性：岩体的物理力学性质随取向不同而具有明显方向性差异的性质。10、 岩体力学：研究岩石和岩体力学性态的理论和应用的科学,是力学的一个分支。11、 岩石的饱水率：即饱和吸水率，指岩石在高压（15MPa）或真空条件下吸入水的质量与岩石颗粒质量ms之百分比。12、 岩石的可溶性：岩石在水溶液中被溶解的性质。13、 岩石的崩解性：岩石与水相互作用时失去粘性并变成完全丧失强度的松散物质的性能。14、 岩石的软化系数：岩石饱水状态的抗压强度与其干燥状态的抗压强度的比值。15、 强度损失率：饱水岩石在-2525条件下，反复冻结融化25次（视当地工程要求，有的要求冻融100200次或更多），冻融试验前后抗压强度之差与试验前的抗压强度的比值，以百分数表示。16、 残余碎胀系数：破碎后的岩石，经过一段时间压实后，其体积（Vh）与破碎前体积（Vo）之比。17、 结构面的产状:结构面在空间的分布状态。（对岩体稳定性和建筑物安危起重要作用）18、 岩石质量指标：即BQD，是一个钻孔中长度大于和等于10cm的单块岩心长度总和与岩心进尺长度之比。19、 起伏角：由起伏差（a）与波长（L）计算：i=arctan(2a/L).20、 张开度：结构面两壁间的垂直距离，除水和空气之外，壁间无充填物。21、 软弱夹层：岩体中的在岩性上较上下相邻层显著减弱，厚度超过接触面的起伏差，但较相邻岩层明显较小的薄岩层或透镜体。22、 地应力：在漫长的地质年代里，地球经过各种动力运动过程（如板块边界受压、地幔热对流、地质构造运动、地球旋转作用、重力作用、岩浆侵入作用等），地壳物质产生各种内应力效应，称为地应力。23、 构造应力场：一定区域内具有成生联系的各种构造行迹在不同部位应力状态的总体。24、 岩爆：在地下硐室施工过程中，由于高地应力的存在，岩体中积蓄的大量弹性应变能突然释放，岩体出现瞬时的脆性破坏，破坏时发出响声并抛出岩块和岩片。（大规模者称岩爆、小规模称岩射、缓慢脆性破坏称剥落）25、 力学性质：物体（材料）为抵抗外力而维持自身稳定和平衡所表现出来的性质。26、 峰值强度：岩石应力应变曲线上对应最大应力值。27、 残余强度：在峰值强度后，岩石并非完全丧失承载力，而仍然保持较小的承载力，此时所对应的强度称为岩石的残余强度。28、 长期强度：岩石的强度是随外荷载作用的时间的延长而降低的，通常把作用时间t的强度S称为岩石的长期强度。29、 弹性滞后：在弹性变形部分，其中大部分一经卸荷即很快恢复，但还有一部分需经过一段时间才缓慢恢复，该现象称为弹性滞后效应。30、 回滞环：由于弹性滞后和塑性变形，使得应力应变曲线上的卸荷曲线与其本次的加荷曲线不重合且不能回到原点，而且重新加荷曲线也和上次卸荷曲线不重合，二者构成一个封闭的环，称之为回滞环。31、 应变强化：在峰值前，塑性变形总量不断增加，但每次循环中的增量却逐渐减小，而且循环次数越多，岩石越接近于弹性体，此现象称为岩石的应变强化。32、 应变弱化：在峰值后，岩石并没有完全丧失承载力，在某点卸荷，其中一部分变形也是可以恢复的，但曲线斜率随加荷次数而逐渐降低，且每一次加荷曲线均有一比峰值低的最高点，此现象称为岩石的应变弱化。33、 岩石的记忆：当荷载回升到开始卸荷点的值时，曲线并不按该重新加载曲线的斜率趋势上升，而是按初级加荷曲线上升，表明岩石受荷过程并没有改变岩石的力学性质，就像岩石具有记忆自己的固有性质的能力，把这种能力称为岩石的记忆。34、 疲劳强度：在循环荷载下，岩石会在比峰值低的应力水平下破环，这种现象称为岩石的疲劳破坏。35、 弹性模量：弹性范围内轴向应力与轴向应变之比。36、 泊松比：岩石在单向受压条件下，横向应变与纵向应变之比。37、 脆性破坏:结构、构件或岩、土体在破坏前无明显变形或其他预兆的突发性破坏类型。38、 延性破坏:结构或构件在破坏前有明显变形或其他预兆的破坏类型。39、 流变性：物质在外部条件不变的条件下，应力或应变随时间而变化的性质。40、 松弛：物体变形保持一定，内部应力随时间增长而逐渐减小的现象。41、 蠕变：在大小和方向都保持不变的外力作用下，变形随时间不断增长的现象。42、 应力-应变全过程曲线:反映岩石在压缩条件下由变形到破坏的全过程关系曲线。分五阶段：压密阶段、弹性变形阶段、微裂隙发生和稳定发展阶段、微裂隙加速扩展阶段、破坏后阶段。43、 弹性变形：岩石在外力作用下产生变形，当外力取消后，岩石的变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质称为弹性，这种可恢复的变形称为弹性变形。44、 塑性变形：岩石在外力的作用下产生形变，当施加的外力撤除或消失后，岩石的变形不能恢复原状的一种物理现象。45、 单位法向刚度: 反映结构面产生单位法向变形的法向应力梯度。不是常数，与应力水平有关。46、 常刚度变形：岩石的弹性模量并不因围压的增高而明显改变，而是基本保持常数，称为常刚度变形。（表现为剪切刚度系数保持为常数）47、 结构面稳滑：指沿剪切面不间断地相对缓慢地稳定滑动，在位移滑动过程中差应力保持不变，应变能得以连续释放而不积累。48、 结构面粘滑：在结构面剪切过程中，剪应力和剪位移并不总是稳定变化，剪应力时常出现断续的张弛，剪位移时常发生急跃的现象。49、 结构面爬坡：岩体受剪产生沿结构面的滑动，滑动面为波状或锯齿状的不平整平面，在法向应力较小时，会产生上部结构体剪切隆起的现象，叫做爬坡，若法向应力较大，则结构面上的波状或锯齿状被剪断，叫做啃断（剪断）。50、 结构面剪断：岩体受剪产生沿结构面的滑动，滑动面为波状或锯齿状的不平整平面，若法向应力较大，则结构面上的波状或锯齿状被剪断，叫做啃断（剪断）。51、 剪胀：结构面滑移过程中，不仅产生切向位移，也有法向位移，从而使结构面总体张开，岩体体积膨胀，这种现象即为剪胀。52、 峰值剪胀角：剪胀角为剪切时的剪切位移之轨迹与水平轴之夹角。当剪应力达到峰值抗剪强度时的剪胀角为峰值剪胀角。53、 震源：地球内部发生地震的地方。54、 震中：震源在地球表面上的投影点。55、 震中距：地面上任何一个地方或地震观测台(站)到震中的直线距离。56、 震中区：震中附近的地区。强烈地震时，破坏最严重的地区，称为极震区。57、 震源深度：从震源到地面的垂直距离。58、 体波：是通过地球体内传播的一种地震波，分为纵波和横波。59、 纵波：又称压缩波，质点的振动方向与波的传播方向一致，靠介质的扩张与收缩而传递，其传播速度约56kms，振动的摧毁力较小。60、 横波：又称剪切波，质点的振动方向垂直于波的传播方向，为各质点间发生的周期性的剪切振动，其传播速度34kms，振动摧毁力较强。61、 面波：沿地表面传播的地震波。面波的传播速度最小，每秒只有3km多，但振幅大，故对地面的破坏最大。面波又分为瑞利波(R)和勒夫波(Q)。62、 瑞利波：波的传播是质点在波的传播方向和地表面法向组成的平面内作椭圆运动，与该平面垂直的水平方向没有振动，似在地面上滚动。63、 勒夫波：波传播时，质点在与传播方向相垂直的水平方向运动，即呈地面水平运动或者在地面上呈蛇形运动。64、 地震震级：它是地震震源释放出的能量大小的一种量度，可表示地震本身强度大小的等级。它的最初定义(里希特)是：距震100km处用标准地震仪(周期0.8s，阻尼系数0.8，放大倍数2 800)实测最大水平地动位移的对数来确定。例如：当测得的振幅10mm，即10 000m时，它的对数为4，地震定为4级。65、 地震烈度：地震烈度是对地震时地表和地表建筑物遭受影响和破坏的强烈程度的一种量度。66、 基本烈度：指一个地区在今后一定时期内，在一般场地条件下可能遭遇的最大地震烈度,即现行中国地震烈度区划图规定的地震烈度。67、 场地烈度：是指建筑物场地因地质、地貌、地形和水文地质条件等的不同而引起的地震基本烈度的降低或提高的烈度。一般比基本烈度提高或降低半度至一度。68、 设计烈度：根据建筑物的重要性、永久性、抗震性以及国民经济的条件，对不同建筑物将建筑场地烈度按国家批准权限审定加以调整后的抗震设防烈度。69、 振动液化：地基中较疏松的饱和砂土，在周期性的地震荷载作用下，孔隙水压力逐渐积累，甚至达到可以完全抵消有效应力时，使土粒便处于悬浮状态，而接近液体的特性。这种现象称为液化。70、 地震海啸：地震时海底的上下波动引起海洋水体的波动，以每小时数百公里的速度向四周传播。地震海波在海洋中的传播是非常隐蔽的，因为它的波辐通常不超过1米，而两波峰的间距可达100700公里。但地震海波到达浅海及岸边时便发生了变化，波速减慢(50km/h)、但涌浪加高(可达30m)， 形成海啸。71、 岩体质量：岩体的工程质量，即从工程角度来看岩体的优劣程度和对工程的适宜程度。72、 BQ: 以岩石坚硬程度和岩体完整程度来衡量岩体的基本质量的岩石质量分级体系。BQ=90+3RC+250KV.73、 RMR: 指岩体地质力学分类，RMR=A+B+C+D+E(+M)A代表岩石强度；B代表RQD；C代表结构面间距；D代表结构面形态；E代表地下水状态；M代表其它因素。简答题1、 地质体和岩体在概念上有哪些区别？答：（1）岩体和地质体是同一物体在不同场合的两个名词。 （2）就具体问题研究而言，岩体即为地质体的一部分。 （3）岩体是工程地质学和岩体力学的专有名词。有时将土地作为一种特殊岩体对待。2、 岩体和岩石的各自特征是什么？两者有何区别和联系？答：特征：岩体：不连续性、非均匀性、各向异性、有条件转化性；岩石：是一种地质材料，是组成岩体的固相基质，是连续、均匀、各向同性或正交各向同性的力学介质； 区别联系：（1）岩体赋存于一定地质环境之中，地应力、地温、地下水等因素对其物理力学性质有很大影响，而岩石试件只是为实验而加工的岩块，已完全脱离了原有的地质环境。（2）岩体在自然状态下经历了漫长的地质作用过程，其中存在着各种地质构造面，如不整合、褶皱、断层、节理，裂隙等而岩石相对完整。（3）一定数量的岩石组成岩体，且岩体无特定的自然边界，只能根据解决问题的需要来圈定范围。（4）岩体是地质体的一部分，并且是由处于一定地质环境中的各种岩性和结构特征岩石所组成的集合体，也可以看成是由结构面所包围的结构体和结构面共同组的。3、 岩体力学的一般工作程序（步骤）和主要研究方法？答：工作程序：岩体工程地质信息采集岩体工程地质力学模型岩体稳定性评价岩体工程设计岩体工程施工岩体性态监测；主要研究方法:工程地质法、测试试验法、理论研究法、综合研究法4、 岩体的组成要素是什么？答：物质成分（岩石）、结构（结构体、结构面）、赋存环境（应力场、温度场、渗流场、其他物理场）5、 从工程地质研究的角度，简述岩石的主要造岩矿物及其基本性质？答：1、可溶性矿物，如岩盐、石膏、芒硝等，在适宜条件下可溶解于水，减少岩石的固相成分增加空隙比，使岩石结构变松、力学性能降低、渗透性提高。2、易风化矿物，其稳定性取决于矿物的化学成分迁移活动性、矿物结晶特征、矿物生成条件。3、粘土矿物，如蒙脱石、伊利石、高岭石、绿泥石、绿帘石等，粘土岩在漫长的成岩作用后已失去胶体的活动性，但在水的长时间作用下活动性可以复苏。4、其它不稳定矿物，主要指黄铁矿硫化物，它们极易氧化在氧化过程中生成硫酸。6、 岩石颗粒间的联结有哪几种？联结强度如何？ 答：按联结性质分类：结晶联结联结强度最强、胶结联结联结强度居中、水胶联结联结强度最弱。7、 岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么？答：1、岩石的重力特征。指标：、颗粒密度s=ms/Vs（ms为颗粒质量，Vs为颗粒体积）；、岩石密度= m/V；、干密度d= ms/V；、容重=W/V=g。2、岩石的空隙率n=VV/V*100。3、岩石的吸水性。指标：、吸水率=mw1/ms*100（mw1为一般大气压下岩石吸入水的质量）；、sat=mw2/ms*100（mw2为岩石在高压或真空状态下的吸水质量）；、饱水系数Ksat=/sat。4、岩石的透水性。指标：渗透系数K=v/grad(Z+p/w)（v渗流速度，Z位置高度，p水压力，w水的容重）。5、岩石的可溶性、膨胀性、崩解性无指标6、岩石的软化性。指标：软化系数KR=Rc/c（Rc为饱水状态下抗压强度，c为干燥状态下抗压强度）。7、岩石的抗冻性。指标：、强度损失率RL=(c1-c2)/ c1（c1冻融前抗压强度，c2冻融后抗压强度）、质量损失率Km=(md1-md2)/md1（md1冻融前干质量，md2冻融后干质量）8、岩石的碎胀性。指标：碎胀系数kp=Vh/Vo（Vo、Vh破碎前后体积）8、 结构面按其成因通常分为哪几种类型？各自有何特点？答：成因类型：（1）原生结构面在成岩过程（建造过程）中形成的结构面。其特征与岩体成因紧密相关，它包括沉积结构面、火成结构面和变质结构面。（2）构