20140419岩石力学习题

1、1、何谓岩石力学。 岩石力学是研究岩石的力学性态的理论和应用的科学 , 是探讨岩石对其周围物 理环境中力场反应的学科 ,具体而言 ,研究岩石在载荷作用下的应力、 变形和破 坏规律及工程稳定性等问题。2、解释岩石水理性的含义。 岩石在水溶液作用下表现出来的性质，主要有含水性、吸水性、软化性、抗冻 性、透水性。吸水性： 岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性。主要 指标有吸水率、饱和吸水率和饱水系数软化性： 岩石浸水饱和后强度降低的性质。以软化系数表示，其定义为岩石试 件的饱和抗压强度与干抗压强度的比值抗冻性： 岩石抵抗冻融破坏的能力，成为抗冻性。常用抗冻系数和质量损失率 来表示。

2、岩石的透水性 ：在一定的水力梯度或压力差作用下，岩石能被水透过的性质， 称为透水性。 一般认为，水在岩石中的流动，也服从于达西定律。 透水性主要 指标是渗透系数。3、岩石力学稳定性分析的主要方法是什么？ 极限平衡法 ：极限平衡法是岩土体稳定性分析方法之一。通常根据作用于岩土 体中潜在破坏面上块体沿破坏面的抗剪力与该块体沿破坏面的剪切力之比， 求 该块体的稳定性系数。分析岩体和土体稳定性时假定一破坏面 , 取破坏面内土 体,为脱离体计算出作用于脱离体上的力系达到静力平衡时所需的岩土的抗力 或抗剪强度 , 与破坏面实际所能提供的岩土的抗力或抗剪强度相比较 ,以求得 稳定性安全系数的方法 , 或根据

3、所给定的安全系数求允许作用外荷载的方法 . 等K法：等K法是刚体极限平衡计算中的一个重要的计算原则。等 K法主要是 针对不同的滑块的，刚体极限平衡等 K法的基本原理是：将可能滑动岩体按断 层节理软弱带切割为若干分块刚体， 其破坏形式为沿某软弱面滑动发生剪切破 坏，并假设在自重及外力作用下摩擦系数 f 和粘聚力 C 逐渐降低渐趋失稳时， 滑面上的反力将自行调整，挖掘潜力来抵抗下滑，所有的抗滑面上的抗剪强度 认（f、C）都同时降低了 K倍，而每块各滑面都同时达到了极限平衡状态。数值法（有限单元法 ）：有限元法是目前应用最为广泛的一种离散化数值 方法，其基本思想就是人为地将连续体结构分为有限个单元，

4、规定每个单元所 共有的一组变形形式，称之为单元位移模式或插值函数。然后，以单元各节点 的位移作为描述结构变形的广义坐标。这样，整个连续体结构的位移曲线就可 由这些广义坐标和插值函数表示出来。从实质上说，有限元法是变分直接法或者加权残值法中的一种特殊形式。有限元方法的基础是变分原理和加权余量法，其基本求解思想是把计算域 划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解 函数的插值点，将微分 方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所 选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。采用不同的权函数和插值函数形式，便构成不同的有限元方法。 力

5、的代数叠加法岩坡稳定分析 方法类型：极限平衡法 思想：根据滑坡推力（滑动力与搞滑动力之差，不平衡推力）评价滑坡的稳定 性。计算方法为力的代数叠加法（传递系数法或不平衡推力法）。45。适用范围：滑动面为平缓的折线或曲线（坡角小于圆弧法：在用0二法进杼分祈时，苣先便鬼，骨剳嵐为9-7）.龙沦芯岩伍电 住为刚E乱朿滑动百上的滑弟力及捉饮力.再極两金力对滑动圆心时力更.滑 迄力磋W：世把滑出矩心尢即为委若坟*丁艳定妄全星：耳：云 址単斤J七壬匝亍-亠髯肯英iS是记军J：吋干W1，口是e-wk甲匚i .：询两fUr i； s谒巧丙-干軽F二苛，二加于观定计算月动费二韵&卓弟盖券石西:星4平侗司，国此.3

6、5石至丘引 e在滑动面上善点的注向巫方也不同.抗旳力中的課力与袪商底力的大小育 芙，斫以应雪讣武出殴宜滑动而上各占rj汪向匡力。nik可以把誇船内的岩石号 4弔所谓书刍搭巻行分rt多边形法：P1994、简述岩石内聚力C与内摩擦角的含义是什么？在尔址申.盘电的ft丼區时岩石城AJiAnit力E机叭，世H与包琳僭郴畑的也出梅令轻或叭=將碎+芒益（1）+ “Un 於、与更貓疑的切点PS示岩石的SKfil限，与 包堵疑相女时，过岩石的SK按亂岩石破舐从式 （1）.式2） I中看flL懵石内*角wS映岩石的 僅度性St申大.KS僵度眄和钛切力丸，君 石粘力反wS的*力状* f 衣叭芍力MS 观大dL1

7、握石内*Sih 尹写外UKAaM5、简单分析岩体质量评定的目的和意义。工程岩体质量评价是用半定量指标-岩体质量系数（Z）评定岩体质量优劣， 为工程设计提供依据的工作。工程岩体质量指标包含三个因素：岩体的完整性、 结构面的抗剪特性、结构体或岩块的坚强性。 分级的目的岩体工程分级的目的，是对作为工程建筑物地基或围岩的岩体，从工程的实际 要求出发，对他们进行分级，并根据其特性，进行试验，得出相应的设计计算 指标或参数，以便使工程建设达到经济、合理、安全的目的。利用岩体质量指标评定岩体白它将工程地质评价和岩体工程地质特性参数，以及岩体工程设计定量地联系起来，使工程实践经验得以 定量表述。因此，它是工程

8、地质评价定量化的重要发展。国际上应用较广的有 3类：岩石结构评价RSR系统、岩体地质力学评价RMS系统及岩体质量Q系统,RQD旨标。6、详细分析岩体与岩石的物性特点与区别。岩石是在一定的生成条件下，具有特定的矿物成分和一定的结构、构造特征的 地壳的组成材料或物质。是各种裂隙切割而成的岩块，又称结构体。岩体是个地质体，它包括岩石和各种地质构造形迹，如节理、裂隙、褶皱等结 构。岩体就是岩石和这些结构组成的统一体。具体而言，天然岩体与实验室内制作的岩石试件（岩石）有显著不同：（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室实验而加工的岩

9、块，已完全脱离了 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 在着各种地质构造软弱面，如不整合，褶皱，断层，节理，裂隙等等。（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。根据上述特征，将岩体定义为地质体的一部分，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成的。岩体强度远远低于岩石强度，岩 体变形远远大于岩石本身，岩体的渗透性远远大于岩石的渗透性。7、谈谈你对砂岩单轴压缩破坏的认识。峰值前可以分为3个阶段，即：压密、弹性、塑性变形阶段。第1阶段随轴 向应

10、力增加纵向变形、横向变形也增加，但纵向变形大于横向变形，体应变增大, 试件体积变小，曲线微向上弯曲，产生的原因是岩石试件中的微裂隙或节理面 被压密实的结果。第2阶段体应变继续增大，试件体积继续减小，试件内部的微 裂隙或节理面被压密实闭合后，应力与纵向应变曲线近似于直线，但各曲线部 分长度不同，这是岩石中微裂隙或节理面的宽度不一样产生的，使得闭合程度不同。第3阶段岩石内部开始产生微裂隙，随加载载荷的增加，试件内部的裂隙 扩展最终汇合贯通，使试件破坏。这个阶段，体应变有一个最大值，这个最大值 对应的应力就是屈服应力。屈服点以前试件的体应变都在增大，试件体积不断缩小，过了屈服点之 后,试件的横向变形

11、迅速增加，体应变开始减小，试件体积 欢迎下载3欢迎下载7增大，到峰值时,体应变趋于零，试件又恢复原来的体积。&试分析岩体变形结构效应的影响因素。结构面方向的影响：主要表现在岩体的变形因结构面与力作用之间角度的不同 而不同，也就是导致岩体变形的各向异性。结构面性质影响：还与结构面本身的特性（张开程度、充填程度、充填物性质 等）有密切关系。结构面性质不同，对岩体变形的影响程度也不同 结构面密度 的影响：结构面组合关系的影响：当岩体中存在两组以上结构面时，结构面排 列组合方式不同，对岩体变形性质也有较大影响。结构面组合关系可分为对缝 式组合、错缝式组合，斜缝式组合。9、简述岩石的三轴试验与单轴试验的

12、异同点。在简单应力条件下，大部分岩石都接近弹性脆性体，岩石的破坏表现为 脆性破坏。岩石的弹性模量与所加载荷大小及应变种类有关。当载荷较小时，弹性 模量接近常数，且各种应变情况下的弹性模量相差不大。当载荷较大时, 在受压缩的情况下，弹性模量将随载荷的增大而增大；在受拉伸的情况, 弹性模量则随载荷的增大而减小。在动外力（如声波）作用下，大多数岩石服从直线虎克定律。 一般情况下抗拉强度 抗弯强度 =高剪强度 抗压强度垂直于地层层面方向的岩石强度 平行于地层层面方向的岩石强度。单轴试验一般规律：（1）（3）（4）（5）三轴试验一般规律岩石在三轴应力条件下的强度明显增加，随着围压的增大，岩石强度增大。

13、随着围压的增大，岩石由脆性向塑性转变，且围压越大，岩石破坏前呈现的也 塑性越大。岩石从脆性向塑性转变的压力（围压）称为临界压力。不同的岩石， 临界压力不同。在各向均匀压缩状态下，岩石永远不会破坏。10、说明流变模型和具体控制对策及理由。流变模型是借助于弹簧、缓冲器、滑块组成的，用以反映岩土流变特性及其变化过程的力学模型。其主要模型有：麦克斯韦尔模型：麦克斯韦将弹簧和缓 冲器串联而成的，反映岩土的黏弹性流变特性及其过程的力学模型。M=H-I开尔文模型：开尔文将弹簧和缓冲器并联而成的，反映岩土滞弹性变形特性及 其过程的力学模型。K=H|N,伯格模型，Bu=M-K=（H-N）-（H|N）;粘塑性模

14、型,VP=N|STV;宾汉模型：宾汉将缓冲器、滑块并联，再与弹簧串联而成的反 映岩土黏性、弹性、塑性流变特征及其过程的力学模型。B=N|STV-H.11、已知岩石三轴压缩试验中得到的（C, T ）分别被记录为：（-1 ,0）、（ 0,2）、 （1, 4）。根据测定结果，确定本次岩石试验的莫尔强度包络线的形式。12、谈一下实际工程中岩石受地质条件水文条件的综合影响。影响岩体工程性质的因素，从地质观点来看是很多的；但从工程观点来看，起 主导和控制作用的主要有：岩石强度、岩体完整性、风化程度、水的影响等。 一般来说，岩体工程性质的好坏基本上不取决于或很少取决于组成岩体的岩块 的力学性质，而是取决于包

15、括受到各种地质因素和地质条件影响而形成的软弱 面、软弱带和其间充填的原生或次生物质的性质。因此，即使组成岩体的岩质 相同，其岩体的完整性却不一定相同，其工程性质也会迥然不同。岩体被断层、 节理、裂隙、层面、岩脉、破碎带等所切割是导致岩体完整理性遭到破坏和削 弱的根本原因。水的影响：水对岩体质量的影响表现在两方面： 一是使岩石的物理力学性质恶 化；二是沿岩体的裂隙形成渗出流影响岩体的稳定性。现就第一方面作简要论述。水对岩石的影响主要还是表现在对其强度的削弱方面，这种削弱的程度深受岩石成因的影响。一般来说，水对火成岩类和大部分的变质岩类以及少部 分的沉积岩类的影响要少些；而对部分变质岩、少数火成岩

16、和大多数的沉积岩 类的影响较大，尤其对那些泥质岩类的影响则甚为显著。水对一些特殊岩类， 如石膏、岩盐等的影响，则需作专门的研究。考虑到水对岩石的影响主要表现 在其强度的削弱方面，而理论上和实践中均知道，岩石的各种强度可用它的抗 压强度来表示。因此，水对岩石的影响就可能用岩石浸水饱和前后的单轴干、 湿抗压强度之比来表示。13、谈谈新奥法的基本原理及其工艺要点。新奥法是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用 锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛， 使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧 道施工和地下工程设计施工的方法和

17、原则。基本原理：充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用以锚 杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变 形，并通过对围岩和支护结构的监控、测量来指导地下工程的设计与施工新奥法施工原理可以概括为以下几点：1. 新奥法中认为，岩体是结构体系中的主要承载单元，在施工中必需充分 保护岩体尽量减少对它的扰动，避免过度破坏岩体的强度。2. 为充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形。3. 为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快闭合而成为封闭的筒形结构。4. 在施工中的各个阶段，应进行现场量测监视，及时提供可靠的数量足够 的量测信息。5. 为了铺设防水层，成为了

18、承受锚杆锈蚀，围岩性质恶化，流变，膨胀所 引起的后续荷载，可采用复合式衬砌。6. 二次衬砌原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修筑的，围岩和支护结构形成一个整体，因而提高了支护体系的安全度。新奥法的工艺流程及操作要点1. 本工法工艺流程主要分超前管棚、超前小导管、隧道开挖、初期支护、 二次衬砌等几个分项。2. 工艺如下：隧道洞身开挖根据围岩级别不同采用不同的开挖方法，V、 W级围岩采用双侧壁导坑开挖；m、w级围岩采用上下台阶法开挖；i、n级 围岩采用全断面法开挖。3. 初期支护主要包括：钢支撑、钢筋网、系统锚杆、喷射混凝土等几项。 其中根据围岩级别不同，钢支撑采用工字钢或钢格栅，锚杆数

19、量、混凝土厚度 相应调整。根据围岩级别不同，二次衬砌采用厚度不同的钢筋混凝土或素混凝 土。14、给出一种合理的岩石动力现象的控制方法。 煤与瓦斯突出，岩爆，顶板大面积来压，岩石动力学专门研究在各种动力因素作用下，岩石工程产生的应力、应变、 位移、裂缝和破坏等效应。概括地说：岩石动力学的研究范围可区分为两个方 面。一个方面是岩石本身动力特征研究；另一方面则是研究岩石在各种动力因 素作用下所表现出来的种种效应。动力作用下岩石的物理力学特性主要包括： 声波特性，动力强度,变形特征、材料常数岩爆-预防及处理采取积极主动的预防措施和强有力的施工支护，确保岩爆地段的施工安 全，将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低。在高应力地段施工中可采用 以下技术措施：1. 在施工前，针对已有勘测资料，首先进行概念模型建模及数学模型建 模工作，通过三维有限元数值运算、反演分析以及对隧道不同开挖工序的模拟， 初步确定施工区域地应力的数量级以及施工过程中哪些部位及里程容易出现 岩爆现象，优化施工开挖和支护顺序，为施工中岩爆的防治提供初步的理论依 据。2. 在施工过程中，加强超前地质探测，预报岩爆发生的可能性及地应力 的大小。采用上述超前钻探、声反射、地温探测方法，同时利用隧道内地质编 录观察岩石特性，将几种方法综合运用判断