岩石力学复习资料

1、岩石力学复习资料1.1 简述岩石与岩体的区别与联系。答：岩石是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成 的自然物体，力学性质可在实验室测得；岩体是指由背诸如节理、裂 隙、层理和断层等地质结构面切割的岩块组成的集合体，力学性质一 般在野外现场进行测定，因此更接近岩体的实际情况，反映岩体的实 际强度。1.2 岩体的力学特征是什么？答：(1)不连续性：岩体受结构面的隔断，多为不连续介质，但岩块本身可作为连续介质看待；(2)各向异性：结构面有优先排列位向的趋势，随着受力岩体的 结构趋向不同力学性质也各异；(3)不均匀性：结构面的方向、分布、密度及岩块的大小、形状 和镶嵌状况等在各部位都很不一致，

2、造成岩体的不均匀性；(4)岩块单元的可移动性：岩体的变形破坏往往取决于组成岩体 的岩石块单元体的移动，这与岩石块本身的变形破坏共同组成岩体的 变形破坏；(5)力学性质受赋存条件的影响：在一定的地质环境中，岩体赋 存有不同于自重应力场的地应力场、水、气、温度以及地质历史遗留 的形迹等。1.3 岩石可分为哪三大类？它们各自的基本特点是什么？答：(1)岩浆岩：由岩浆冷凝形成的岩石，强度高、均匀性好；(2)沉积岩：由母岩在地表经风化剥蚀后产生，后经搬运、沉积和结硬成岩作用而形成的岩石，具有层理构造，强度不稳定，且具有 各向异性；（3）变质岩：由岩浆岩、沉积岩或变质岩在地壳中受高温、高压 及化学活动性流

3、体的影响发生变质而形成的岩石。 力学性质与变质作 用的程度、性质以及原岩性质有关。1.4 简述岩体力学的研究任务与研究内容。研究任务：建模与参数辨别；确定试验方法、仪器与信息处理；现场测试；实际应用；研究内容：岩石与岩体的物理力学性质（岩石的物质组成和结 构特征，岩石的物理、水理性质，岩块在不同应力状态作用下的变形 和强度特征，结构面的变性特征和强度参数的确定等）；岩石和岩 体的本构关系（岩块的本构关系，岩体结构面分类和典型结构面本构 关系，岩体的本构关系）；工程岩体的应力、变形和强度理论（岩 体初始应力测量及分布规律，岩体中应力、应变和位移计算，岩体破 坏机理、强度理论和工程稳定性维护与评价

4、）：岩石（岩块）室内 实验（室内实验是岩石力学研究的基本手段）；岩体测试和工程稳 定监测（岩体原位力学实验原理和方法，岩体结构面分布规律的统计 测试，岩体的应力、应变、位移检测方法及测试数据的分析利用，工 程稳定准则和安全预测理论与方法）。1.5 岩体力学的研究方法有哪些？研究方法是采用科学实验、理论分析与工程紧密结合的方法。对现场的地质条件和工程环境进行调查分析，掌握工程岩体的 组构规律和地质环境；进行室内外的物理力学性质试验、模型试验或原型试验，作为建立岩石力学的概念、模型和分析理论的基础。按地质和工程环境的特点分别采用弹性理论、塑性理论、流变 理论以及断裂、损伤等力学理论进行计算分析。2

5、.1名词解释(1)岩石的质量指标(RQD)：大于10cm的岩心之和与钻孔总 长度的比率。(2)孔隙比：孔隙的体积与固体的体积之比，e乜；Vc(3)孔隙率：孔隙的体积与试件总体积之比，n匕；V(4)吸水率：岩石吸入水的质量与固体质量之比，d 100% ；c(5)风化指标：包括软化系数(表示抗风化能力的指标，是试件干燥单轴抗压强度与饱和单轴抗压强度的比值,旦，越小表示岩 Rcd石受水的影响越大)和岩石耐崩解系数(试件实验前的质量与试验后 残余质量的比值，lc2皿)；ms(6)膨胀指标：包括自由膨胀系数(岩石在无任何条件下，浸水后产生的膨胀变形尺寸与原尺寸的比值，包括轴向自由膨胀率乂 100%和径向

6、自由膨胀率Vd 100%),岩石的侧向约束膨胀 hd率(将具有侧向约束的试件浸入水中， 使试件仅产生轴向变形而求得的膨胀率Vhp上100%）以及膨胀压力（岩石浸水后，使试件保持原 h有体积所需施加的最大压力）；（7）渗透性：在一定的水压作用下，水穿透岩石的能力。反映了 岩石中裂隙向相互连通的程度，用达西定律描述：Qx K如Ax,其中dx电表示水头变化率。 dx2.2简述岩石的孔隙比与孔隙率的联系。答：孔隙比（e）是指孔隙的体积与固体的体积之比，孔隙率（n） 是指孔隙的体积与试件总体积之比，其关系为：e o1 n3.1 简述岩柱劈裂破坏机理。答：岩柱受压时，轴向趋于缩短，横向趋于扩张，是张拉破坏

7、。 当试件两端面无摩擦力时，若试件受到轴向压缩，试件横向自由扩 张，其中的张拉应力使试件产生平行于轴线的垂直裂缝，呈柱状劈裂 破坏。3.2 刚性试验机的工作原理是什么？答：刚性试验机（Km三Ks）,由于试验机释放能 AEm/J、于AEs 需要继续加载才能使试件产生新的位移，因此，保持峰值强度后的试 验平稳进行，并记录下岩石峰值强度后的应力 -应变曲线，即刚性试 验机的工作原理。3.3 什么是环箍效应？列举在单轴压缩中克服它的措施。试件受压时，由于轴向趋于缩短，横向趋于扩张，而试件和压板 间的摩擦约束作用则阻止其扩张，在试件端面部分形成了一个箍的作 用，这一作用随着远离承压板而逐渐减弱，即环箍效

8、应。措施：在试件与压板间插入刚度与试件匹配、断面尺寸与试件相 同的垫块；润滑试件端部；加长试件。3.4 简述抗剪试验及裂隙法试验的试验要点。【抗剪试验】试验要点：如图，将按一定的精度要求加工好的立方体(5X5>5cm) 岩石试件，放入钢制楔形角模内；再将夹有试件的角模放在试验机上 缓慢加压至破坏，并记录下极限荷载 P。试验关键技术：保持角模整体平衡、稳定，防止偏心荷载，使试 件按预定的剪切面剪断；在加载过程中，角模会产生水平位移，为减 少角模与试验机压板之间的摩擦力， 在两者之间放滚柱板；角模的倾 角口(试件剪断面方向角)，不能太小也不能太大，一般在30° 70 o【裂隙法试验

9、】实验要点：如图，用一个实心圆柱形试件，使它承受径向压缩荷 载至破坏，再利用弹性理论推算出岩石的抗拉强度。钢丝直径为 5mm,作用为将试验机压板荷载转化为线性荷载传递给试件。试件尺寸为直径d=50mm,长度t=25mm此时，试件的单轴抗拉强度t型。dt实验关键：严格对中，为防止试件承受偏心荷载，要求钢丝垫条 平行于试件轴线，上、下两钢丝的连线为试件的直径，保证破裂面通 过试件的直径。bP平面上，做一组不同应力状态3.5 简述摩尔-库伦曲线的制作方法。 答：摩尔曲线制作方法：在下(包括单轴抗拉和单向抗压)的极限应力圆；找出各应力圆上的破坏点；用光滑曲线连接个破坏点，这条光滑曲线就是极限莫尔应 力

10、圆的包络线，即莫尔准则曲线。库伦曲线的制作方法：作一系列不同倾角口的压剪试验，并由式 (1)计算出不同倾角的破坏面上的正应力(T和剪应力I再在0- T平面描点作出强度准则曲线，或用数理统计方法确定其方程。通常由 抗剪试验得出的强度曲线是一条弧形曲线，一般把它简化为直线，即得到式(2)所示的强度准则。P,一(cosf sin )A(1)P/ .，、一(sinf cos )Atan c 3.6 影响岩石强度的主要因素有哪些？答：(1)承压板的影响：试件端面的摩擦力约束了试件端面附近的横向变形；承压板与试件的刚度不匹配造成两者变形的不协 调。(2)试件尺寸及形状的影响：形状：圆形不易引起应力集中并

11、且容易加工；尺寸：试件的强度随尺寸的增加而减小；高径比： 高径比越大试件抗压强度越低。(3)加载速率的影响：岩石的单轴抗压强度随加载速度增大而增大。(4)环境影响：含水量：含水 度越低，且岩石越软影响越明显； 下温度的影响不明显，超过 180C,温度越高强度越小，380c左右 时强度急剧下降。(5)层理结构的影响：岩块的抗压强度因受力方向不同而有差异，层理显著的沉积岩差异更明显。3.7 简述单向压缩下的岩石全过程应力应变曲线的特征。答：岩石应力-应变全过程曲线只有在刚性试验中才能做出，如图所示，典型岩石应力-应变全过程曲线一般可以分为 5个阶段来描 述其性质：OA阶段，通常被称为压密阶段。其特

12、征是应力-应变曲线呈 上凹型，即应变随应力的增大而减小，形成这一特性的主要原因是： 存在于岩石内部的微裂隙在外力作用下发生闭合所致。AB阶段，弹性变形阶段。这一阶段的应力-应变曲线基本呈直 线。BC阶段，塑性变形阶段。当应力值超出屈服应力之后，随着应 力的增大曲线呈下凹状，明显的表现出应变增大(软化)的现象。进 入了塑性阶段，岩石将产生不可逆的塑性变形。同时 1, 应变速率 将同时增大但最小主应变的应变速率 &的增大表现得更明显。CD阶段，为应变软化阶段。虽然此时已超出了峰值应力，但岩 石仍具有一定的承载能力，而这一承载力将随着应变的增大而逐渐减 小，表现出明显的软化现象。D点以后为摩

13、擦阶段。它仅表现了岩石产生宏观的断裂面之后, 断裂面的摩擦所具有的抵抗外力的能力。3.8 试说明岩石流变三阶段的特点。答：岩石的蠕变是指在恒定的压力作用下应变随时间的增长而增长的特性；岩石的蠕变特性可分为三阶段来描述：初始蠕变阶段（AB段），在此阶段存在瞬时弹性阶段和弹性后 效等特性。稳定蠕变阶段（BC段），在此阶段存在瞬时弹性变形，弹性后 效和粘性流动（永久变形）加速蠕变阶段（C点以后），又称破坏蠕变阶段或非稳定蠕变阶 段，一般过了 C点以后岩石破坏（失稳）不可避免。3.9 蠕变力学模型（两元件）的结构关系推导过程。答：（1）马克斯韦尔模型（M体）马克斯韦尔模型是由虎克体（弹簧）和牛顿体（阻

14、尼器）串联组 成。M=H-N。S/* %蠕变曲线松弛曲线弹性后效和粘性流动静力平衡条件:2变形协调条件:本构关系:E蠕变方程：，一t松弛方程:Eexp(与)0e/ E.、0exp( -t)流笠特征瞬变蠕受松弛弹性后效粘性流动M体有有有无有粘性流动：ticonst(2)开尔文模型(K体)蠕变曲线松弛曲线弹性后效和粘性流动静力平衡条件:变形协调条件:本构方程:松弛方程:const蠕变方程： 1 exp Et弹性后效：EE i exp - t ti流笠特征瞬变蠕受松弛弹性后效粘性流动K体无有无有无（3）宾厄姆模型（B体）宾厄姆模型是由滑块（圣维南体St V）和阻尼器并联组成。B=N|StV。本构关系

15、:0( 2 < f)蠕变与粘性流动由线变形协调条件:静力平衡条件:f ( 2 f)0( 2 < f)蠕变方程： f粘性流动:0(f)流受特征瞬变蠕受松弛弹性后效粘性流动N|St V(T 2< f无无无无无01ft1(2 f)-ft(20体(T 2=f无有无无有3.10 莫尔一库仑准则提出机理是什么？掌握其推导、图解、主应力 表水方法。答：(1)提出机理：岩石的破坏属于压剪破坏，在破坏面上，剪切破坏力的一部分用来克服与正应力无关的粘结力，使材料颗粒间相 脱离；另一部分用来克服与正应力成正比的摩擦力， 使面间发生错动 而最终破坏。(2)图解：(3)推导：若破坏面的倾角为,则其上的

16、上的正应力PP(cos f sin )剪应力 (sin f cos ),将其简化为直线，即 AA得到 c tan的强度准则。(4)主应力表示：若某点有一个斜面正好处于极限破坏状态，则该点应力圆与强度直线相切。由图的三角关系可以得出2 c cos1 sin1 sin1 sin3.11 格里菲斯准则的基本思想是什么？答：在脆性材料内部存在着许多随机分布的，相互独立的微裂纹 在外力作用下，当微裂纹尖端处的变形达到某极值时，裂纹产生扩展、 连接、贯通等现象，最终导致材料的破坏。其中有一个方向的裂纹最 有利于破裂，在外力作用下，首先在该方向裂纹的尖端张拉扩展。4.1 名词解释(1)结构面：是岩体中的软弱

17、面，是断层、节理、褶皱的统称。 是在岩体形成的漫长地质作用过程中，形成并不断发育的地质界面， 是一一种不连续面。(2)扩容：指岩体在压、剪应力状态下体积增大的现象。发生在 剪切滑移和膨胀性软弱岩体产生变形时。 在齿状接触的结构面中，当 结构面沿齿斜面上升时，其上部的岩体会隆起，体积增大，称为剪胀 现象；而当结构面沿齿斜面下降的方向滑移时， 滑动面以上的岩体会 产生沉降，体积缩小，扩容为负，称为减缩现象。4.2 简述结构面分类及其特征指标。答：(1)按地质成因分类：原生结构面、构造结构面和次生结构 面。(2)按结构面的破坏属性分类：分为单个节理、节理组、节理群、 节理带以及破坏带或糜棱岩五大类型

18、。(3)按结构面的分布规模 分类：相对分类是相对于工程的尺度和 类型对结构面的规模进行分类，可分为细小、中等、大型三类；绝对 分类只考虑了结构面的延伸长度和破坏带的宽度，将结构面分为五 级。4.3 简述结构面的切向、法向变形特性。答：【切向变形】(1)专M曲线。结构面的切向变形不仅与受力状态有关， 而且与 结构面的粗糙度、结构壁强度、充填状态等多种因素有关。按结构面I限金的破坏属性，变形曲线可以分为四类。°有充填结平面接触无充填齿状接触部分充填齿状接触软弱式接触有充填结平面接触。结构面之间被胶结物质充填，初始抗剪强 度较大，充填物被剪坏后，接触面变为平面接触，抗剪强度迅速下降 至残余

19、强度。此时，初始强度即为最大强度，由充填物质的抗剪强度 决定，而残余强度受充填物质的颗粒级配、结构壁的强度和形态等因 素的影响。无充填齿状接触。随着剪应力的增加，上下接触面逐渐进入起 伏齿接触，结构面出现向上（剪胀）或向下（剪缩）的位移，当部分 起伏齿被剪坏时，达到初始强度。随着位移的增加，起伏齿被剪坏的 面积逐渐增大，受剪面积逐渐减小并产生应力集中，直至剪切面缩小 至足以使起伏齿全部被剪坏，达到最大强度，结构面变成平面接触进 入残余变形阶段。以后的变形同无部分充填齿状接触。结构面内有部分充填物质，当充填物质被 剪坏时，结构面达到初始强度并开始进入齿状接触，充填齿状接触，并出现二次强化现象软弱

20、式接触。结构面两壁岩石比较软弱，没有起伏齿状剪坏现 象，但显示出明显的塑性变形，并伴随强化现象。其强度随位移的增 加而增加，直至塑性破坏。(2)扩容现象。指岩体在压、剪应力状态下体积增大的现象。发 生在剪切滑移和膨胀性软弱岩体产生变形时。在齿状接触的结构面 中，当结构面沿齿斜面上升时，其上部的岩体会隆起，体积增大，称为剪胀现象；而当结构面沿齿斜面下降的方向滑移时， 滑动面以上的 岩体会产生沉降，体积缩小，扩容为负，称为减缩现象【法向变形】空陶面的应力更移含1曲段岩体的结构面一般是粗糙的，开始为点或线接触，当承受垂直于 结构面的压力时，经挤压后，局部破碎或劈裂，逐渐变为面接触，并 继续产生压缩变

21、形；当超过极限之时，其变形将会传递给结构体。开始时随着法向应力的增加，结构面闭合变迅速增长，bU曲线 呈上凹形；随应力。的不断增大，bU曲线逐渐变陡，趋向各自的渐近线 U=Vmc,因为只要岩齿不被完全剪平，两接触面不可能完全接触，故 Vmc一般小于结构面厚度e。当法向应力大于岩块的极限抗压强度的三分之一时，含结构面岩体试件的变形由以结构面的闭合为主，转变为以岩块的弹性变形为 主。结构面的应力-位移曲线与结构面的类型及岩壁性质基本无关, 属于非线性曲线，可以拟合为双曲线或指数曲线。4.4 结构面的强度指标有哪些？ 答：(1)平直结构面Cw和w为结构面的内聚力和内摩擦角强度条件：Cw tan w,

22、T tan (C, w i) tan w最易破坏方向：m 45(2)齿状结构面规则齿状结构面强度条件：tan ( w i)双线性准则:tan( w D (t,爬坡效应)Crtan r(剪齿效应)不规则齿状结构面-复杂不表巴顿准则、莱旦尼准则。(JRC-结构面粗糙系数、JCS绍构壁抗压 强度)(3)非贯通结构面-复杂不表由裂隙面和非贯通的岩桥组成。引入结构面的连续性系数Ki。(4)充填物的影响颗粒级配。随着粗颗粒的增加，脆性变形增加，峰值强度逐渐 增大，峰值强度后，过渡到理想塑性状态。厚度。充填物较薄时，随厚度的增加摩擦因数迅速降低，内聚 力开始时迅速升高，升到一定值后又逐渐降低；当充填物厚度达

23、到临 界厚度后，摩擦因数和内聚力都趋于某一稳定值， 此时结构面强度主 要取决于充填夹层的强度。充填程度。充填程度越小，结构面抗剪强度越高。4.5 结构面的力学效应分析（结构面倾角与强度的关系）。答：（1）当（3-%或90°时，岩体不可能沿结构面破坏，即 结构面的存在不会削弱岩体的强度。（2）岩体最大强度为完整岩石强度，具破坏面与主平面的夹角 max 45 -；岩体最小强度为结构面的最小强度，其破坏面与主平2面的夹角 min 45。2（3）造成岩体强度削弱的结构面倾角范围：储n<储ax。（4）当Mn或B>Bmax时，岩块先发生破坏，岩体强度等于岩 块强度；当 酎in<

24、 *酎ax时，节理（结构面）先发生破坏，岩体强度 小于岩块强度；当 片曲in或*酎ax时，岩块和节理（结构面）同时 破坏，岩体强度等于岩块强度。（5）岩体强度曲线4.6岩体的变形模量的表达方式及测量方法?答：岩体变形模量是反映岩体变形特征的力学参数，定义为：Em ，其中 阴电为岩体在压应力。作用下产生的总应变，*P e为永久应变，电为弹性应变，Em为岩体的变形模量，是曲线的割 线斜率。测量方法：承压板法、钻孔变形法、狭缝压力枕法、岩体变形参数 估算法。5.1 简述工程岩体分类的目的及原则。答：目的：为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提 供必要的基本依据；便于施工方法的总结，交流，推广；

25、便于行 业内技术改革和管理。原则：有明确的类级和适用对象；有定量的指标；类级一 般分五级为宜；分类方法简单明了，数字便于记忆和应用；根据 适用对象，选择考虑因素。5.2 影响围岩分类的主要因素有哪些？答：(1)岩石强度。岩石强度是岩体固有承载能力天然属性。表 示岩石强度的参数常由实验测定，包括岩石的抗压强度、抗拉强度和 抗剪强度。(2)岩体的完整性。岩体的完整性取决于岩体内结构面的空间 分布状态、分布密度、开度、充填状态以及充填物质的特征性因素。 直接影响岩体工程质量的优劣和工程围岩的整体稳定性。风化作用也 是影响岩体完整性的重要因素，目前只能定性描述。(3)水的影响。水的影响表现在：使充填物

26、的物理力学性质劣化；减少岩体内的有效应力，降低了岩体的抗剪强度，改变了岩 体中的应力场和破坏机理。（4）地应力。（5）工程围岩的稳定性。工程围岩分类中，通常用岩体工程的 自稳时间和工程顶部的沉降来反映工程的稳定性。5.3 几种典型的分类方法。答：（1）单因素分类。按岩块的单轴抗压强度分类（5类）； 按岩体波速分类（7类，完整性系数：弹性波在岩体中传播速度与在2岩块内传播速度比值的平方 K vpm ;按岩石质量指标（RQD）Vpr分类（5类）；按巷道围岩稳定性分类（9类）。（2）多因素分类。Q分类（逐渐变好）Q RQD Jr JwJn Ja SRFRQD-岩体的质量指标，Jn-岩体裂度影响系数；

27、Jr-结构面粗糙度影 响系数；Ja-结构面岩壁强度降低系数；JW-地下水影响系数；SRF-应 力折减系数。岩体力学分类法（逐渐变差）RMR=Ri + R2 + R3+R4+R5 + R6RMR-岩体质量分类值；Ri-岩石抗压强度；R2-岩体质量指标；R3- 结构面间距；R4-结构面状态；R5-地下水状态；R6-修正指标。5.4 简述我国工程岩体分级的基本方法。答：我国两种代表性的分类方法是：煤炭系统围岩分类（五类，质量由最好过渡到最差）和公路隧道围岩分类（六类，质量由最好过 渡到最差）。首先以岩石单轴饱和抗压强度和岩体完整性指标为基本参数，按 给定的经验公式计算岩体的基本质量指标；再考虑地下水

28、、结构面、 原岩原应力等因素对岩体质量的影响，修正岩体基本质量指标，将修正后的掩体质量指标作为定量指标，结合定性描述，将岩体质量分为 五级；最后给出了各类岩体的力学性质参数，描述了各类岩体工程的自稳能力。质量指标：BQ=90+3（T c+250Kv （ ° c岩石单轴饱和抗压强度；Kv- 岩体完整性系数）若（T c > 90+250Kv,取（T c=90+250Kv;若 Kv > 0.4+0.04 6 c,取Kv=0.4+0.04（T c。质量修正指标：【BQ】 =BQ-100 （K1+K2+K3） （K1-地下水影响修正系数；K2-主要软弱结构面产状影响修正系数；K3-

29、原岩应力状态影 响修正系数）。6.1 岩体的初始应力包括哪些？答：岩体初始应力是指岩体在天然状态下所存在的内在应力，又 称为地应力。主要包括自重应力和构造应力。6.2 岩体初始应力的计算方法。答：（1）自重应力：海姆公式：原岩处于静水压力状态。H ；金尼克公式：地表为水平面，地下岩体为弹性体,其垂直应力等于上覆岩体的自重,x y 1 z z H（2）构造应力。由于地质构造运动而产生的应力为地质构造应力,地质构造应力在空间上的分布规律为地质构造应力场。6.3 简述水压致裂法的原理与特点。答：原理：通过液压泵向钻孔内拟定量测深度加液压将孔壁压裂，测定压裂过程中的各特征点压力及开裂方位，然后根据测得

30、的压裂过程中泵压表的读数，计算测点附近岩体中地应力大小和方向。 压裂点 上下用止水封隔器密封，具结构如图1所示。水压致裂过程中泵压变化及其特征压力示于图2所示图2压裂过程中泵压图1水压致裂法示意图变化及特征压力R-岩体内孔隙水压或地下水压力；Pb-注入钻孔内液压将 孔壁压裂的初始压裂压力；Ps-液体进入岩体内连续地将岩体劈裂 的液压，称为稳定开裂压力；Ps0关泵后压力表上保持的压力，称 为关闭压力。如果围岩渗透性大，该压力将逐渐衰减；Pbo-停泵后重新开泵将裂缝压开的压力，称为开启压力。特点：设备简单。只需用普通钻探方法打钻孔，用双止水装置 密封，用液压泵通过压裂装置压裂岩体，不需要复杂的电磁

31、测量设备。操作方便。只通过液压泵向钻孔内注液压裂岩体，观测压裂过 程中泵压、液量即可。测值直观。它可根据压裂时泵压（初始开裂泵压、稳定开裂泵 压、关闭压力、开启压力）计算出地应力值，不需要复杂的换算及辅 助测试，同时还可求得岩体的抗拉强度。测值代表性大。所测得的地应力值及岩体抗拉强度是代表较大 范围内的平均值，有较好的代表性。适应性强。这一方法不需要电磁测量元件，不怕潮湿，可在干孔及孔中有水的条件下试验，不怕电磁干扰，不怕震动。6.4 简述应力解除法的原理。答：原理：当需要测定岩体中某点的应力状态时，人为地将该处 的岩体单元与周围岩体分离，止匕时，岩体单元上所受的应力将被解除。 同时，该单元体

32、的几何尺寸也将产生弹性恢复。应用一定的仪器，测 定这种弹性恢复的应变值或变形值，并且认为岩体是连续、均质和各 向同性的弹性体，于是就可以借助弹性理论的解答来计算岩体单元所 受的应力状态。应力解除法按测试深度可以分为表面应力解除法、浅孔应力解除 法及深孔应力解除法。按测试变形或应变的方法不同，又可分为孔径 变形测试法、孔壁应变测试法及钻孔应力解除法。£ ； Tyn6.5 岩体初始应力状态分布的主要规律有哪些?答：(1)岩体初始应力场是一个非稳定应力场。岩体初始应力绝大部分是以水平应力为主的三向不等压的空间应力场，三个主应力大小和方向随时间和空间变化而变化，是一个非稳定的应力场。(2)实

33、测垂直应力基本上等于上覆岩体重量。(Tv=0.027H。(3)水平应力普遍大于垂直应力。 两个水平应力的平均值与垂直应力的平均值定义为侧压力系数，侧压力系数一般为0.55.0,大多数为0.81.5。(4)侧压力系数与深度的关系。关系不固定，不同地区有所差异。(5)两个水平应力的关系巧x/g一般为0.20.8,大多数为0.40.7。7.1 名词解释(1)围岩：由于人工开挖使岩体的应力状态发生了变化，应力状态被改变了的岩体叫围岩。（2）二次应力状态：应力重分布后，无支护状态下岩体的应力状o（3）围岩压力：（狭义）围岩和支护为独立的两个体系，围岩作 用于支护上的压力称为围岩压力；（广义）支护与围岩是

34、一个共同体, 二次应力的全部作用力视为围岩压力。7.2 简述塑、弹性区应力分布特点。答：当围岩进入塑性状态时， 。的最大值从碉室周边转移到弹、 塑性区的交界处。随着向岩体内部延伸，围岩应力逐渐恢复到原岩应 力状态。由于塑性区的出现，切向应力e从弹、塑性区的交界处到碉室周边逐渐降低。塑性区外圈（2区）是应力高于初始应力的区域， 它与围岩弹性区中应力升高部分（3区）合在一起称作围岩承载区； 塑性区内圈（1区）应力低于初始应力的区域称作松动区。松动区内 应力和强度都有明显下降，裂隙扩张增多，容积扩大，出现了明显的 塑性滑移，原岩应力区（4区）未受到开挖影响，岩体仍处于原岩应 力状态。7.3 解释塑性

35、区对弹性区的支护作用。答：洞室周边的位移公式：Uo §J（p° Ccot ）R2,故，碉室塑性位移与塑性区半径的平方及远场应力成正比。7.4 入=1时弹、塑性应力分析开挖引起的围岩位移的计算。答：塑性区 开挖前：u0P0(1 2 ) r开挖后：u 1一 R (1 2 ) r REr开挖引起的位移：u七哼 弹性区Rp2 rR2RoT开挖前：u0P3（1 2开挖后：u1-F0 （1 2开挖引起的位移：u （Po- R里） E02r7.5 围岩压力分为哪几类？影响围岩压力的主要因素有哪些？答：（1）分类：松动压力。又称塌落围岩压力，是指松动的岩体或施工爆破所破坏的岩体作用在支护结

36、构上的压力，即为部分岩石的重量直接作用在支护结构上的压力； 塑性变形压力。阻止围岩塑 性变形时作用在支护上的压力；冲击压力。岩体中的能量突然释放（岩爆）所形成的压力；膨胀压力。围岩膨胀所形成的压力。（2）影响因素。地质方面（自然属性）：完整性或破碎程度；结构面的产状、分布密度、力学性质、充填物性质及其充填状态；地下的活动状况；岩体的性质和强度。工程方面：洞室的形状和尺寸； 支护结构的形式和刚度；洞室的位置、尺度和覆盖层厚度；施工中的技术措施，如，控制爆破、开挖顺序等；洞室的轴线走向7.6 什么是新奥法？简述其要点。答：（1）定义：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

37、护手段，及时进行支护，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原则。（2）要点：开挖作业多采用光面爆破和预裂爆破，并尽量采用 大断面开挖，以减少对围岩的扰动；隧道开挖后尽量利用围岩的自 承能力，充分发挥围岩自身的支护作用；根据围岩特征采用不同的 支护类型和参数，及时施作密贴于围岩的柔性喷射混凝土和锚杆初期 支护，以控制围岩的变形和松弛；在软弱破碎围岩地段，是断面及 早闭合，以有效的发挥支护体系的作用，保证隧道稳定；二次衬砌 原则上是在围岩是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修筑的， 围岩与支护结构形成一个整

38、体，因而提高了支护体系的安全度；尽 量使隧道断面周边轮廓圆顺，避免棱角突变处出现应力集中；通过 施工中对围岩和支护的动态观察、测量，合理安排施工程序，进行设 计变更及日常的施工管理。7.7 什么是支护一围岩共同作用？答：围岩既是生产支护荷载的主体，又是承受岩层荷载的结构， 支护-围岩作为整体相互作用，共同承担围岩压力。围岩压力是变形 压力和松动压力的组合，大部分压力（特别是变形压力）由围岩自身承 担，只有少部分转移到支护结构上；支护荷载既取决于围岩的性质， 又取决于支护结构的刚度和支护时间；围岩的松动区和围岩内的二次应力状态又与支护结构的性质和支护时间有关。7.8松散岩体的围岩压力计算及几种方

39、法的原理、区别与联系。答：(一)岩柱理论(1)基本假设：C=0;围岩压力=岩柱的自重-柱侧面摩擦力;破坏模式与受力状态如下：滑动岩柱145, -%洞室断面衬砌受力图(2)洞室顶压力的计算45-2微元素上的侧压力：d n rl tan2rl.垂直应力；tan2 45 -侧应力系数 2微元素上的摩擦力：dT d ndltand ndl -侧面上的正压力tan -摩擦系数岩柱两侧面的总摩擦力为：tanHHH2F 2 dT 2 d n tan dl 2 rl tan 45 tan rH tan2 45ooo22洞顶岩体自重：Q 2a1rH 1a1 a htg 45 -根据假设求出洞顶压力集度：q /

40、rH 1 HK 2ai 2a1K tan2 45 tg根据假设求出洞帮压力集度：e1 qtan2 450 -20e2 q rh tan 45 一2(3)适用条件：H亘 虫0 Hmax电 30(保证Q-F 0) K dHK(二)太沙基理论(1)基本假设：认为岩体是松散体，但存在一定的粘厚力，且服从库仑准则：c n tan .围岩的滑移模式和外力情况如图所示：(2)围岩压力计算微元体的平衡条件:2al 2a v 2 sdz 2a1rdz 0边界条件：z 0,解该微分方程，并令见=H得洞顶压力：a ctantanPv g - 1 exp( H) qexp( H)tana1a1入-原岩应力侧压力系数洞

41、室两邦的压力：e1R tan2 45 一 , e R h tan2 45 22(3)适用条件：H<50m当H 时，p,至、，tan当H 50时，指数项的值约为0.1%7.9自然冒落拱的形状是什么？掌握其推导过程。答：(1)根据普氐理论的基本假设，作如图所示 的受力图。在如图自然平衡拱上任一点 M弯矩为0:2一M 0 Ty %- 0 y -q-x2 (1)22T故自然平衡拱为抛物线型在拱脚处，有一水平推力T',维持整个拱的平衡，普氐认为T必须小于或者等于垂直反力所产生的最大摩擦力，以使保持拱脚的稳定T' Qai f ,取：T' Qaif/2则22x 0得T T' qa1 f(1)得：y 2a1 f当x 4时，y半为拱的矢高，令b全(自然平衡拱的最大高度)自然拱的最大跨度：a1 a htan 45 一2(2)围岩压力计算(自然冒落拱内岩体的重量)顶压(集度)：qi rd 凹取最大值，拱简化为矩形。f侧压：e1 rb tan2 45 一e2 r b h tan2 45 228.1 岩石边坡有那几种破坏类型，各有何特征？答：(1)崩塌。坡体中被陡倾的张性破坏面分割的岩体，因根部 折断或压碎而倾倒，突然脱离母体翻滚而下，这