岩石力学与工程课后习题与思考解答

1、第一章岩石物理力学性质3.常见岩石的结构连接类型有哪几种？各有什么特点？答：岩石中结构连接的类型主要有两种,分别是结晶连接和胶结连接.结晶连接指矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起.这类连接使晶体颗粒之间紧密接触,故岩石强度一 般较大,抗风化水平强；胶结连接指岩石矿物颗粒与颗粒之间通过胶结物连接在一起, 这种连接的 岩石,其强度主要取决于胶结物及胶结类型.7.岩石破坏有几种形式？对各种破坏的原因作出解释.答：岩石在单轴压缩载荷作用下,破坏形式包含三种：X状共腕面剪切破坏、单斜面剪切破坏和拉伸破坏.前两类破坏形式主要是由于轴向主应力因起破坏面的剪应力超过岩石最大剪应力而导致的 破坏；后一类破坏主要是由

2、于轴向主应力引起破坏面横向拉应力超过岩石最大拉应力而导致的破坏.9 .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：能全面反映岩石受压破坏过程中的应力、 应变特征,特别是岩石破坏后的强度与力学性质变化 规律的应力应变曲线就叫全应力-应变曲线.普通试验机只能得出半程应力-应变曲线不能得出全应 力-应变曲线的原因是由于试验机的刚性缺乏,在岩石压缩过程中,试件受压,试验机框架受拉,随着岩样不断被压缩,试验机发生的弹性变形以应变能形式存于机器中,当施加压力超过岩石抗压 强度,试件破坏,此时,试验机迅速回弹,被存于试验机中的应变能瞬间释放到岩石试件中,引起 岩石的剧烈破坏和崩

3、解,因而造成无法获得岩石在超过峰值破坏强度后受压的应力应变曲线.10 .如何根据全应力-应变曲线预测岩石的岩爆、流变和反复加、卸载作用下的破坏？答：(1)如以下图示全应力应变曲线：左半部A的面积代表,到达峰值强度时,积累在试件内部的应变能,右半部B代表试件从破裂到破 坏所消耗的能量.假设A>B,说明岩石破坏后尚余一局部能量,这局部能量忽然释放就会产生岩爆, 假设A< B,那么说明应变能在破坏过程中全部消耗掉,因而不会产生岩爆.(2)在试件加载到一定程度,保持一定应力水平不变,试件将发生蠕变,蠕变发生到一定程度,即应变到达某一值, 示意：-应力曲线预测蠕变破坏图蠕变就停止,全应力-应

4、变曲线预测蠕变可由下应变J" ! I I.I图中,全应力-应变曲线及蠕变终止轨迹线由大量实验所得,(1)当应力在H点以下时,保持应力 不变,试件不会发生蠕变；(2)当应力在H至G点见时,保持应力不变,试件发生蠕变,最终开展 到蠕变终止轨迹线,停止蠕变,试件不破坏,如EF; (3)当应力在G点以上时,保持应力值不变, 试件发生蠕变,蠕变应变最终到达破坏段应力应变曲线破坏段,试件发生破坏,如 AB,CD (4)从 C点开始发生蠕变那么到D点发生破坏,假设从A点发生蠕变,那么到B点发生破坏,前者,蠕变时间较 后者长.(3)全应力-应变曲线预测循环加载下岩石的破坏:由于岩石的非完全弹性(或非

5、线弹性),在循环荷载作用下,在应力应变图中表现出假设干的滞回环, 并不断向破坏段应力-应变曲线靠近,在循环荷载加载到一定程度,岩石将发生疲劳破坏,通过全 应力-应变图可看出,高应力状态下加载循环荷载,岩石在较短时间内发生破坏,在低应力状态下 加载循环荷载那么需要较长时间才发生破坏.11 .在三轴压缩试验条件下,岩石的力学性质会发生哪些变化？答：三轴压缩试验条件下,岩石的抗压强度显着增大；岩石的变形显着增大；岩石的弹性极限显着 增大；岩石的应力-应变曲线形态发生明显变化,说明岩石由弹性向弹塑性变化.14.简述岩石在单轴压缩条件下的变形特征.答：单轴压缩条件下岩石变形特征分四个阶段：(1)空隙裂隙

6、压密阶段(0A段)：试件中原有张开结构面或微裂隙逐渐闭合,岩石被压密,试件岩石力学与工程 【科学出版社蔡美峰主编】 习题与思考题及解答 横向膨胀较小,体积随载荷增大而减小.(2)弹性变形至微弹性裂隙稳定开展阶段(AC段)：岩石发生弹性形变,随着载荷加大岩石发生 轴向压缩,横向膨胀,总体积缩小.(3)非稳定破裂开展阶段(CD段)：微破裂发生质的变化,破裂不断开展直至试件完全破坏,体 积由压缩转为扩容,轴向应变和体积应变速率迅速增大.(4)破裂后阶段(D点以后)：岩块承载力到达峰值强度后,内部结构遭到破坏,试件保持整体状, 随着继续施压,裂隙快速开展,出现宏观断裂面,此后表现为宏观断裂面的块体滑移

7、.第三章地应力及其测量3 .简述地壳浅部地应力分布的根本规例.答：(1)三向不等压,应力分布是时间和空间的函数；(2)实测垂直应力根本等于上覆岩层重量1 ' -(3)浅层地壳中,实测水平应力普遍大于垂直应力；(4)平均水平应力与垂直应力比值相当分散,随深度增加比值减小；(5)最大水平应力与最小水平应力比值随深度增加呈线性增长；(6)最大水平应力与最小水平应力比值相差较大,显示出很强的方向性；(7)地应力分布规例受地形和断层影响较大.4 .地应力测量方法分哪两类？两类的主要区别在哪里？每类包括哪些测量技术？答：依据测量根本原理不同分为直接测量法和间接测量法.直接测量法是由仪器直接测量和记

8、录各种应力量；间接测量法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,以此通过有关公式计算岩体中的应力值.直接测量法测量技术包括：扁千斤顶法、水力致裂法、刚性包体应力计法和声发射法；间接测量方法包括：全应力解除法(套孔解除法)、局部应力解除法(平行钻孔法和中央钻孔法)、松弛应变测量法、孔壁崩落测量法和地球物理探测法(声 波观察法和超声波谱法)等,涉及测量技术包括：孔径变形测量技术、孔底变形测量技术、孔壁应 变测量技术、空心包体应变测量技术、实心包体应变测量技术和环境温度的影响及其完全温度补偿 技术.5 .简述水压致裂法的根本测量原理.Ll答：弹性力学原理知当一无限

9、体中的钻孔受到无穷远处二维应力场(61,(7 2)的作用,离开钻孔端部一定距离部位处于平面应力状态：(T e = 0- l+ 0- 2 2 ( (T 1 (T 2) C0S2 0 (T r=0其中,(Te, (T r分别为钻孔周边的切向应力和径向应力；9为周边一点与 门轴的夹角,当8=0时,be取最小值,此时(70=3(7 2- (7 1.采用水压致裂装置将钻孔中某段隔离起来,并向隔离段注 射高压水,当水压超过3(7 2-山和岩石的抗拉强度T之后,岩石在8=0处发生开裂,开裂时水压 为Pi=3 (7 2- b 1+T,继续增加水压至裂隙深度达3倍钻孔直径,保持压力稳定,测得此稳定压力 PS=(

10、7 2,利用上述公式,在测算出岩石抗拉强度 T后,就能计算出原岩应力 山和(7 20岩石存在裂 隙水压P0时Pi=3 (7 2 (7 1+T P.；假设在开裂钻孔中再次注入高压水,使致裂裂隙张开,保持压力稳 定,此时测得裂隙重开压力Pr=3(T2 (T 1 P.,结合PS=(T 2就能避开再次测算T而直接计算出(T1, (72,到达试验目的.6 .简述水压致裂法的主要测量步骤.答：(1)打钻孔到准备测量应力的部位,并将钻孔中待加压段用隔离器隔离取来；(2)向隔离段钻孔内注入高压水,不断加大水压,至孔壁出现裂隙,记录初始开裂水压Pi;(3)继续施加水压,至裂隙深度到达 3倍钻孔直径,关闭高压水系

11、统,保持水压很定,并记录次 关闭水压Ps,然后卸压使裂隙闭合；4重新向密闭段注射高压水,是裂隙重新翻开,并记录裂隙重开时的压力 Pr和随后的关闭水压 Ps；5重复上述步骤2-3次,以提升测试数据的准确性；卸压,退出装置,完成实验.7 .对水压致裂法的主要优缺点作出评价.答：水压致裂法认为初始开裂发生在钻孔壁切向应力最小的部位,亦即平行于最大主应力方向,这是基于岩石为连续、均质和各向同性的假设.如果孔壁本身存在天然节理裂隙, 那么初始裂隙可能 发生在这些部位,而并非切向最小应力处,因而水压致裂法较为实用于完整的脆性岩石中.水压致裂法的突出优点是测量深部应力,另外水压致裂法在工程应用中相比其它测量

12、方法经济本钱低,测量精度相对可靠.9 .简述套孔应力解除法的根本测量原理和主要测量步骤.答：套孔应力解除法是一种全应力解除法,通过监测测量岩体在应力解除过程中引起的变形孔径 变形、孔壁变形、孔底变形,进而计算原岩应力场大小及其分布情况. 一主要测量步骤有：1从岩开挖体外表巷道、隧道、碉室及其它开挖体等向岩体内部打大孔.孔径一般130-150mm孔深一般为开挖跨度的2.5倍,形成大孔之后磨平孔底并在孔底打出同心锥 形孔,以利进一步钻同心小孔；2完成上述工作,从大孔孔底打同心小孔,供安装探头用.孔径一般16-38mm孔深为孔径的10倍左右,并清洗小孔.3用专用装置将测量探头,如孔径变形计、孔壁应变

13、计等安装到小孔中部.4用打大孔的薄壁钻头继续延伸大孔,使小孔周围岩芯实心应力解除,并通过测量装置记录小 孔变形情况；5取出岩芯测量岩芯的E,仙等物理力学参数,撤出实验装置,根据理论公式计算原岩应力值.13.简述孔壁应变计的根本工作原理.答：通过应力解除测量钻孔壁外表应变,进而计算出钻孔外表应力,利用弹性力学原理,一个无限体中的钻孔外表的应力分布状态可以通过周围岩体中应力状态给出精确解,因此,通过钻孔外表应力状态可反算出周围岩体应力状态.18.实心包体应变计与刚性包体应变计的主要区别是什么？答：实心应变计采用弹性材料环氧树脂,具刚度远远小于岩芯刚度,不影响应力解除过程中,岩芯的变形,因而是测量应

14、变,通过弹性理论知识计算应力；刚性包体那么采用刚度较岩芯刚度高的材料, 使岩芯在应力解除过程中,不发生形变,因而是直接测量应力.第四章岩石本构关系和强度理论 Y I2 .什么是岩石的本构关系？岩石的本构关系一般有几种类型？答：岩石的本构关系指岩石的应力或应力速率与其应变或应变速率的关系.根据岩石变形性质,岩石的本构关系可分为岩石弹性本构关系和岩石塑性本构关系,统称为弹塑性本构关系；岩石弹性本构关系根据岩石变形是否成线性分为线性弹性本构关系和非线性弹性本构关系；岩石材料一般表现为既有弹性又有塑性,是弹塑性体,因而根据岩石是否各向同性又分为各向同性弹塑性本构关系和 非各向同性弹塑性本构关系.3 .

15、什么是岩石的强度？岩石的破坏一般有几种类型？答：岩石强度时指岩石提抗破坏的水平.岩石破坏的形式主要由断裂破坏应力到达强度极限和流动破坏应力到达屈服极限.6.使用莫尔应力圆画出：1单向拉伸；2纯剪切；3单向压缩；4双向拉伸；5双向 压缩.答：如以下图示：13 .什么是蠕变、松弛、弹性后效和流变？答：蠕变是当应力不变时,变形随时间增加而增长的现象；松弛是当应变不变时, 应力随时间增加 而减小的现象；弹性后效是加载或卸载时,弹性应变滞后于应力的现象；流变是指材料变形过程中 具有时间效应的现象.14 .蠕变一般包括哪几个阶段？每个阶段的特点是什么？答：蠕变过程可分为三个阶段：第一蠕变阶段：应变速率随时

16、间增加而减小,称为减少蠕变阶段或初始蠕变阶段；第二蠕变阶段：应变速率保持不变,称等速蠕变阶段；第三蠕变阶段：应变速率迅速增加直到岩石破坏,承加速蠕变阶段.19 .何为岩石长期强度,它与瞬时强度一般有什么样的关系？答：岩石的强度时随外载作用时间的延长而降低的,通常把作用时间t 一的强度称为掩饰的长期强度；岩石的长期强度一般小于岩石的瞬时强度,其比值一般介于0.4与0.8之间.° 0试求在侧向围岩应力22.某均质岩石的强度曲线为：T =(T tand+c,其中c=40MPa小=30(T3=20MPa!勺条件下,长1 sin岩石的极限抗压强度.并求出破坏面的方位.2 c cos =1 si

17、n3001 -sin 1 -sin 30°202 40 cos3000=198.56(Mpa)1 -sin 30= 450150 =60023.将一个岩石试件进行单轴试验,当其压应力到达27.6MPa时及发生破坏,破坏面与最大主应力(D(2)(3)(4)答：丁 =20.7 tg300 =19.92(Mpa)22=20.7 (Mp3 7.97(3) 日= 600得岩石内摩擦角4=300面得夹角为60.,假设抗剪强度随正应力呈线性变化,试计算:在正应力等于零的那个平面上的抗剪强度；在上述实验中与最大主应力面的夹角为 30°的那个平面上的抗剪强度;内摩擦角；.:破坏面上的正应力和

18、剪应力= 600得4=300,岩石进行单轴压缩,所以 仃3=0,当% =27.6MPa时,岩石破坏,那么公 1 sin 300 C 2 c cos 30027.6=0 001 -sin 3001 - sin 300得出:C=7.97(Mpa)(1)莫尔圆上任意一点的正应力为 仃剪应力为丁由库仑准那么可知,当.=0时,即在莫尔圆上的圆点,2日=1800即和8 = 900,所以,剪切强度S:=0 tg 300 7.97=7.97(Mpa)(2)与最大主应力面的夹角为300时,即3 =300该面上为正应力仃,剪应力为丁,剪切强度S.二1 -二3.27.6 027.6 -0.cos21= cos2 3

19、0(4)破坏面为a =所以,cos2i= 27.6 0227.6 -0+2cos2 600=6.9(Mpa)27.6 -020sin 2 60=11.95(Mpa)24.将岩石试件进行一序列单轴试验,求得抗压强度的平均值 0.23MPa,将同样白岩石在0.59MPa 的围压下进行一序列的三轴试验,求的主应力的平均值为 2.24MP3请彳在Mohr图上绘出代表这 两种试验结果的应力圆,确定其内摩擦角和粘结力.答：仃c =0.23MPa ,当仃3 =0.59MPa 时仃 1 =2.24MPa；cMohr应力圆：上式可求出C和4值.1,sin “2.24= 1 sin 二 3 0.231 -sin2

20、.01=tg 2R=3=tg 2.0.59tg 28=3.407 tge =1.846 得,6 划61.50由日=JIL(1 -sin ) _0.23 (1 -sin330)2 cos2 cos330=0.0624 (Mpa)第六章岩石地下工程1.设一圆形岩石隧道,R=3m, T =2.5kN m 3, Z=400m求弹性应力分布情况,并指出最大应力及 确定(70=1.1丫乙1.15 T Z时的影响半径.答：R0=3m一重力应力：R=y Z=2500X 400=10 ( MPa口和切向应力6 °为当围压p=P0时,在圆巷围岩周围的径向应力 当R=R时,得出 e=2R=20Mpa为最大

21、切应力；当 h=1.10丫7 时,得出 R=10X R2=900.5,那么 R = 9. 5 (M；当(re=1.15YZ 时,得出 R=6.7XRo2=60°.5,那么 R=7.7 (nj);也及最大应力为 6e=20Mpa影响半彳分别为9.55m和7.7m.2 .通过(6-6)式求吉尔西解.设竖向原岩应力为P.,水平应力为入P.,通过吉尔西解,求出深部半径为R的圆形地下隧道弹性应力,并画出入=0,入=1/3,时8 =0° , 90°面上的弹性应力分布.答：对于深埋圆巷,受对称荷载 Po的围压,视为弹性体,由下述方程及条件：3 +=!(平衡方程) dr r变几何

22、方程dr r2*= <-cr 本构方程一平面应变E1r=R0, T r = 0； r 一无穷,0- r=p0边界条件上诉条件解得：上述 山,be及为轴对称围压P0条件下的应力解,考虑在围压竖向 P0,水平入P.条件下,做如下 分解：p0=p+p 入 P0=pp分为两局部第一局部p和第二局部p',第一局部解答如上山,be,对第二局部解答,分别代入 边界条件：内边界：r=R0, 0- r=T re=0； r 一无穷,Tr=p0边界条件外边界：r一无穷 山=p' cos2 0 p re=p' sin2 0用同样方法解得应力解为：从而得总应力解基尔希解推广：当=0, 9

23、= 00 ,r= a 时,二 r二0,仃 0=3F0, T re=0；当,=03-90° ,r=a时,二 r二0,仃8= P0 , pre =0；1, 0 = 00,r=31 C1- 900,r=3a时,a时,二 r二0,仃口=8 3R, T re=0；- 3二二0二0, r re =0；3 .在库伦莫尔强度曲线上画出轴对称圆巷弹塑性应力问题的几个不同位置的应力圆图：巷道周边、塑性区中任一点、弹性塑性面、弹性区一点、原岩区一点.设支护反力有P1=0, Pi=p的两种情况.答：分析如下1 pi=0 时巷道周边：r=R0 时Tr=0, O-e = T c塑性区一点：RWr<Rp时,

24、弹、塑性区一点：令上述公式r=Rp即得弹性区一点：Rp< r< r8时,原岩区一点：r-00时,上述公式知(2)p i=p 时巷道周边：r=R0时Tr=pi, 0-_ 1 sine =p1+(T c1 -sinr=RP即得塑性区一点：R<r<Rp时, 弹、塑性区一点：令上述公式 弹性区一点：Rp< r< r8时,原岩区一点：r一00时,上述公式知二r=1=P°4 .设有地下隧道如题6图,试用你掌握的所有方法,确定其顶板、侧帮压力,并进行比拟答：题设矩形巷道断面尺寸2a XH顶压计算(两帮不稳定)：(1)普式地下学说平安拱高a - H tan(45

25、-)bi=ai/f d=2式中普氏巩固系数fdf d= CT c/10=1 2ccos10 (1 - sin )那么近似顶压集度qd=Y db1 (Yd：上覆岩层容重)巷道顶部压力 Q=2aqd=2ab 丫 d(2)大沙基地压学说顶压集度qd=史二c(1-e次an乾)(入为侧应力系数,Z巷道埋深) , tan ,那么顶压Q=2aqd=2aac(1 -eTJan<t(Z/a)或简化为Q?哈嬴 tan :(3)近代弹塑性理论1 _sin 4,顶压系数 qd- ( Rp-H/2 )式中 Rp = & 即.+ ccoM? - siMP IL ccot那么顶压Q=2aqd侧帮压力计算：侧帮

26、压力按滑动土体上均布荷载q=qd计算：Pi = qdtan3(45r,- p2 = (q + YH)Kn = (qd + Yt|H)tan3(45" -总测压：5 .设题6图AB, BC, CD DA AG BD可以通过收敛计测获得,求 AQ BQ CQ DO说明通过 比拟两次测定计算量是岩壁什么样的变形量,哪些因素会影响它与实际变形量的误差？答：是岩石巷道的收敛变形量；巷道围岩内部的移动会引起测量误差.6 .设计一种采用多点位移计和收敛计的测量方法,可以判断巷道收敛位移的测量结果是否绝对位 移.答：向围岩内部打孔安装多点位移计(穿过围岩松动圈),测量围岩内部的移动情况,通过观察多

27、点位移计是否测出围岩有整体性移动结合收敛变形计测量数值可以判断收敛位移是否是绝对位移, 假设未测出岩石内部发生移动变形,那么收敛计测出结果及是绝对位移,反之那么是收敛位移.如以下图示：第七章岩石边坡工程1 .分析边坡工程对国民经济的影响作用.答：对露天矿山、铁路、公路、水利等国民经济根底建设在生产效益、平安效益、经济效益等方面 有直接影响.2 .边坡的分类有哪些？答：分自然边坡和人工边坡.3 .分析边坡失稳与破坏的根本类型及其力学成因.答：按其破坏方式主要分为崩塌和滑坡两种.(1)崩塌：是指块状岩体与岩坡别离向前翻落而下.崩塌一般以边坡外表的破坏现象表达.(2)滑坡：是指岩体在自重力作用下,沿

28、坡内软弱结构面产生的整体滑动.一般以深层破坏表达出来.1 .平面剪切滑动：块体沿着平面滑移.常发生在由软弱夹层或裂隙的坡面.2 .旋转剪切滑动：滑动面通常为弧形状,岩体沿此弧形状滑移.通常为均质泥岩或页岩等岩层.(3)滑塌：边坡松散岩土的坡角大于它的内摩擦角时,因表层蠕动进一步开展,使它沿着剪切变形带顺坡滑移、滚动与坐塌,从而到达稳定坡脚的斜坡破坏过程,称为滑塌.(4)岩块流动：常发生在均质硬岩中,岩石在到达其峰值强度时,岩体发生破坏.而使岩体全面 崩塌的情况.(5)岩层曲折：当岩层成层状沿坡面分布时,由于岩层本身的重力作用,或由于裂隙水的冰胀作用,增加了岩层之间的张拉应力,使坡面岩层曲折.4

29、.分析影响边坡失稳的主要因素.答：(1)存在于边坡中的各种形式的结构面是边坡变形与破坏的首要条件；(2)斜坡外形引起的坡体应力分布,导致坡体的变形与破坏；(3)坡体岩土体的物理力学性质；(4)坡体直接受到的外力作用.5 . 土体与岩体的区别何在？答：土体与岩体的结构不同,从而它们的工程地质及水文地质以至力学特性差异显着.6 .为何许多滑坡在雨季？答：雨季降雨侵入坡体之中,使边坡体岩土体的力学强度降低,其抗滑力降低；同时,由于裂隙水 压加大了滑体上的下滑力,使滑体更容易发生滑坡.7 .哪些因素对节理的抗剪强度有影响？答：可由以下公式给出：s = c' (- -u)tan '其中s

30、：结构面的抗剪强度,(7 :作用在滑动面上的正应力,c':节理面上的有效内聚力,小： 滑动面上有效内摩擦角,u:滑动面空隙水压.因此其抗剪强度与结构面本身的物理力学性质及滑 动面含水情况有关.8 .边坡坍塌为何有不同模式？它们能预测吗？答：边坡坍塌的模式 不同主要由于不同边坡其赋存环境、受力情况、边坡岩体结构和边坡岩体力学 性质不同,其破坏模式可以根据节理裂隙或岩土性质及外力 作用条件进行粗略预测.9 .监测边坡有何意义？答：发现隐患,消除危害,有效而经济地采取整治滑坡的举措,保证各种边坡工程的正常使用.10 .预报滑坡有无可能？如何才能作出预报？答：可能.监测边坡的变化情况并分析相关

31、资料.监测方法有：(1)地面位移观测法一建网观测(由设置在滑坡体内及其周围稳定区地表的各个位移观测点(桩):以及设置在滑坡体外稳定区地面的置镜桩等的观测系统)地表裂缝简易观测法.(3)建筑物裂缝简易观测法(4)地面倾斜变化观测(5)滑坡深部位移观测(6)滑动面位置的测定滑坡滑动力(推力)观测上述方法根据实际情况采取一种或多种方法实现准确检测,并作如下工作：(1)绘制滑坡位移图,确定主轴方向；(2)确定滑坡周界；(3)确定滑坡各局部变形的速度；(4)确定滑坡受力的性质；(5)判断滑坡面的形状；(6)确定滑坡移动与时间的关系；(7)绘制滑坡移动的平面图和纵断面图；(8)确定地表的下沉或上升；(9)

32、估计滑体厚度；(10)滑坡平衡计算.11 .有哪些可供选择的方案可以用来处理病坡？应如何筛选这些方案并作出最终方案抉择？答：整治原那么：(1)预防为主,治理为辅.(2)在技术和经济条件允许的条件下,避开滑坡地段；(3)对大中型复杂的滑坡应采取一次性根治与分期整治相结合的原那么；(4)针对病因综合治理,治早治小；(5)因地制宜,推广先进技术,注意施工方法；(6)对危机斜坡的各种建筑物采取举措,预防滑坡；(7)全面规划,选择最正确整治方案.整治举措：(1)消除或减小地表水或地下水的作用；(2)恢复山体平衡条件；(3)改善滑动带或滑动体土壤性质.为此,米取以下手段：避一一工程或建筑物等避开滑坡的影响

33、；排一一排水导流,采用多种形式的截水沟、排水沟、急流槽来拦截和排引地表水.挡一一抗滑支挡,在滑坡舌部或中前部修筑各种抗滑挡墙, 在滑坡体其他不同部位修筑各种多级挡 墙,减一一减重反压,把滑坡体上部主滑和牵引地段的土石方挖去,填在滑坡下部的抗滑地段,反压阻滑.周一一利用物理化学方法加固,以土层固化改变滑动带的土石性质,提升它的强度.如采用陪烧法、 电渗排水法、水泥灌浆法、钻孔爆破法等.植一一植树造林,预防滑体、岸坡冲刷,稳定滑坡 .第八章岩石地基工程1 .岩石地基与土质地基相比有哪些特点？主要表现在那些方面？答：较土质地基岩石地基一般具有较高的抗压、抗剪强度及更大的变形模量,主要表现在高承载力和

34、低压缩性两方面.2 .某建筑场地岩石出露,为紫红色泥岩,现场荷载试验测得三个测点的岩石极限荷载为R=3.24、3 .52、2.16MPa(取K=4),在同一岩层中(中风化)取样,测得其饱和单轴抗压强度为f=3.6、4.7、5.8、6.2、4.5和8.1MPa取巾=0.20.根底宽度 b=4.0m、埋深d=1.0m,试求该岩基承载力的标 准值fk和设计值f.答：利用公式 frk =Ufr -1.645二 fr其中frk:饱和单轴抗压强度标准值；5:试件抗压强度的平均值k:试件抗压强度值的标准差得标准值f k=得设计值frk=fkX巾=,1,I.3 .某砌体结构工程,墙下采用直径为 300mmi勺

35、钻孔灌注桩,桩身通长配筋 6|22,箍筋小6100 混凝土强度等级为C30,单桩极限承载水平设计值为1000kN,桩体穿越地层情况如图,粘土 层、粉质粘土层的桩侧土极限摩阻力标准值分别为25kPa、60kPa,岩石饱和单轴抗压强度标准值为8.9MPa,试确定桩体嵌岩深度,并验算桩身桩身是否满足其承载要求.答：4 .岩土组合地基有哪几种类型？哪一类地基的变形最不利,为什么？答：5 .复杂地质条件岩石地基工程处理举措有哪些？各种工程处理方式有哪些技术要点？答：6 .铁路路基中路肩的作用是什么？答：7 .石质路堑边坡的决定条件是什么？请列举之.答：8 .限制坝体岩基破坏的因素是什么？重力坝失稳有哪几

36、种形式？拱坝坝肩对地质条件有何要求？答：9 .如8-14 a所示,水平推力 H=250kN, V1=500kN, V2=150kN,滑动面AB与BC的面积分别 为：A=50% A=23% 内摩擦系数f 1=0.4, f2=0.6,凝聚力分别为G=G=0,作用在滑移面AB和 BC上的抗压力分别为：U=80kN, U=20kN.假设滑面AB和BC得倾角为a =10° , 0=30° ,试用“等K法计算坝基的抗滑平安系数.课本 8-14 a:答：1不按块体极限计算对于块体1：抗滑力=V1cos二-U 1 -Hsin：. c1A P=500X cos10° 80 250s

37、in10° X 0.4+0 X 50+P=369+PkN 滑动力=Hcosa +Vsin a =250cos10° +500sin10° =333 (kN)对于滑块2:抗滑力=(V2 cos ： - U 2 Psin(、. I:,)f2 c2A2=(150X cos300 -20+Psin40° ) 0 0.6+0X23=66 0.4P滑动力=Pcos( a + B ) V2sin 0=0.8P 75K1=K2=K 联立 K=(369+P)/333K=(66-0.4P)/(0.8P 75)得K二(2)根据块体极限状态计算对块体1：I抗滑力=(V1cos二

38、-U1 - Hsin： )f1/K c1Al/K P=(500X cos10° 80 250sin10 0 ) 0 0.4 /K+0X 50/K+P =369/K+P滑动力=Hcosa +Vsin a=250cos10° +500sin10° =333 (kN)贝U 369/K+P=333(1 式)对块体2:抗滑力=(V2 cos : - U 2 P sin(、工 I ) f2 / K c2A2 / K=(150X cos300 -20+Psin400 ) 0 0.6 /K+0X 23/K=(66 0.4P)/K滑动力=Pcos( a + B ) V2sin 0=

39、0.8P 75那么(66-0.4P)/K=0.8P-75(式 2)式1和式2联立解得K=简做题补充1 .简述水压致裂法测量地应力的根本原理及测量步骤并对其优缺点作出评价.答:根本原理为:弹性力学原理知当一无限体中的钻孔受到无穷远处二维应力场61,72的作用,离开钻孔端部一定距离部位处于平面应力状态：其中,6分别为钻孔周边的切向应力和径向应力；9为周边一点与T1轴的夹角,当8=0时,T e取最小值,此时T e =3T 2 1 1o岩石力学与工程 【科学出版社蔡美峰主编】 习题与思考题及解答 采用水压致裂装置将钻孔中某段隔离起来,并向隔离段注射高压水,当水压超过 3 c门和 岩石的抗拉强度T之后,

40、岩石在8二0处发生开裂,开裂时水压为R=3(y 26i+T,继续增加水压至 裂隙深度达3倍钻孔直径,保持压力稳定,测得此稳定压力Ps=n,利用上述公式,在测算出岩石 抗拉强度T后,就能计算出原岩应力 山和(720岩石存在裂隙水压P0时Pi=3(7 2 cri+T- P.；假设在开裂钻孔中再次注入高压水,使致裂裂隙张开,保持压力稳定,此时测得裂隙重开压力 Pr=3n(71-P3,结合Ps=(r 2就能避开再次测算T而 直接计算出(71,(72,到达试验目的.试验步骤为:(1)打钻孔到准备测量应力的部位,并将钻孔中待加压段用隔离器隔离取来；(2)向隔离段钻孔内注入高压水,不断加大水压,至孔壁出现裂

41、隙,记录初始开裂水压Pi;(3)继续施加水压,至裂隙深度到达 3倍钻孔直径,关闭高压水系统,保持水压很定,并记录次 关闭水压Ps,然后卸压使裂隙闭合；(4)重新向密闭段注射高压水,是裂隙重新翻开,并记录裂隙重开时的压力Pr和随后的关闭水压 Ps；(5)重复上述步骤2-3次,以提升测试数据的准确性；卸压,退出装置,完成实验.优缺点评价：水压致裂法认为初始开裂发生在钻孔壁切向应力最小的部位, 亦即平行于最大主应力方向,这是基 于岩石为连续、均质和各向同性的假设.如果孔壁本身存在天然节理裂隙, 那么初始裂隙可能发生 在这些部位,而并非切向最小应力处,因而水压致裂法较为实用于完整的脆性岩石中. 水压致

42、裂法 的突出优点是测量深部应力,另外水压致裂法在工程应用中相比其它测量方法经济本钱低, 测量精 度相对可靠.2 .岩体地质力学分类(CSIR分类)指标值(RMR的组成指标及其意义是什么？答：CISR分类指标值RM中岩块强度、RQDfi、节理间距、节理条件及地下水5个指标组成.岩块 强度以单轴抗压强度或点荷载强度指标表示；RQDfi是指10cm及以上长度岩芯累计长度与钻孔长度比值(百分比)；节理间距指岩体中两条节理见的平均距离；节理条件包括节理面粗糙度、节理 面的连续性、节理宽度和节理面岩石的坚硬程度.3 .简述岩石地下工程稳定性的根本原那么.| .答：(1)合理利用和充分发挥岩体强度：将工程设

43、置在岩性好的岩层中；预防岩石强度的损坏 (爆破影响及水软化)；充分发挥岩体的承载水平(通过支护与围岩共同作用原理,适当减少支护刚度,允许围岩适当变形,以充分利用围岩自支撑水平)加固围岩(锚固、注浆) ；(2)改善围岩的应力条件：选择合理的隧(巷)道断面形状和尺寸；选择合理的位置和方向(最正确轴比)；采取适当的“卸压手段(钻孔、爆破、卸压碉室)；(3)合理支护：充分考虑支护的受力情况、支护的经济效益、支护的平安效益,选择合理的支护 形式、支护刚度、支护时间等.(4)强调监测和信息反应.4 .简述岩体边坡变形和破坏的主要形式.答：边坡变形的主要形式主要表现为松动和蠕动.松动：边坡形成初期,在坡面上

44、形成一系列与坡面近于平行的陡倾斜张开裂隙,被这种裂隙切割的岩体便向临方向松开、移动,这种过程和现象称为松动.蠕动：边坡岩体在自重应力为主的坡体长期作用下,向临空方向缓慢而持续的变形,称为边坡蠕动. 包括表层蠕动和深层蠕动两种.边坡破坏的主要形式有崩塌和滑坡,其次还有滑塌、岩块流动、岩层曲折等破坏形式.崩塌：是指块状岩体与岩坡别离向前翻滚而下的现象,小至岩块坠落,大至山崩；滑坡：岩体在重力作用下,沿破内软弱结构面产生整体滑动的现象,分,滑坡方式包括：(1)平面剪切滑动：简单平面剪切滑动、阶梯式滑坡、三维楔体滑坡和多滑块滑动几种模式；(2)旋转剪切滑动：岩体沿弧形滑面滑移.5 .简述莫尔强度理论,

45、并评价其优缺点.答：莫尔强度理论认为材料的破坏主要是剪切破坏,破坏面的剪应力大于材料破坏面所能承受 的最大剪应力(抗剪强度)时即发生破坏,材料在各种应力状态下的应力-应变曲线,即莫尔应力圆,具有一条公共包络线,这条包络线与每个极限应力圆相切, 能够反映材料内部各点受外荷载作 用时破坏的性质,这条包络线就叫做莫尔强度包络线, 在实际受力条件下,通过绘制实际状况的应 力圆,判断它与材料莫尔包络线之间的关系就可以判断材料是否发生破坏及破坏面的位置.莫尔强度理适用与塑性、脆性岩石的剪切破坏,较好的解释了岩石抗压强度远远大于抗拉强度 的特征,解释了三向等拉时破坏、等压时不破坏的现象,同时考虑拉、压、剪,

46、可判断破坏方向, 但是无视了第二主应力的影响,没有考虑结构面情况,不适合解释拉伸及流变现象.6 .试简述巷道新奥法支护的特点和施工过程.答：新奥法(新奥地利隧道施工方法的简称)是将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护 手段的一种施工方法.其特点有：(1)及时性：采用喷锚支护为主要手段,可以最大限度的跟紧开挖工作面,利用开挖工作面 的时空效应,及时限制支护前围岩的变形和变形开展, 阻止围岩进入松动状态,必要的情况可进行 超前支护.(2)封闭性：巷道开挖后,当喷射混凝土以较高速度射向岩面,能很好的充填围岩原生和次 生结构面,大大的提升围岩的强度,同时,隔绝了水和空气同岩层的接触,使裂隙充填物不至

47、软化、 解体而使裂隙张裂,因而能及时有效地的防治因水和风化作用造成围岩的破坏和剥落,保持原有岩体强度.(3)粘结性：锚喷支护同围岩能全面粘结,这种粘结可以产生三种作用,连锁作用(也称悬 吊作用能防治危岩脱落、冒顶、偏帮)、复合作用(也称组合作用能充分发挥围岩与支护的共同作 用,发挥围岩自支撑水平)的和增加作用(也称挤压加固作用,通过支护的柔性发挥围岩自支撑能 力).(4)柔性：锚喷支护属薄性支护,能够与围岩紧粘在一起共同作用,与围岩共同产生形变, 在一定的非弹性变形区能有效地限制塑性区的开展, 使岩体自支撑水平得到充分发挥,同时,锚喷 支护在受压变形过程中,对岩体产生更大的支护反力,抑制围岩的

48、过大变形,充分发挥支护作用.施工过过程：开挖一次支护一二次支护.(1)开挖：穿孔、装药、爆破、出磴等,尽量一次全断面开挖,开挖之后及时喷射混凝土, 开挖施工与一次支护交叉作业.(2) 一次支护：包括一次喷浆、打锚杆、联网、立钢架拱、二次喷浆(3)二次支护：一次支护后,在围岩趋于稳定时,进行永久支护,补喷混凝土或浇注混凝土 内拱.7 .试简述岩石蠕变及岩石在不同应力条件下的蠕变特征.答：蠕变是当应力不变时,变形随时间增加而增长的现象,蠕变分为四个阶段：第一蠕变阶段：应变速率随时间增加而减小,称为减少蠕变阶段或初始蠕变阶段；第二蠕变阶段：应变速率保持不变,称等速蠕变阶段；第三蠕变阶段：应变速率迅速

49、增加直到岩石破坏,称加速蠕变阶段.岩石在不同的应力作用下,蠕变特征不相同：当作用在岩石上的应力小于某一值时,岩石的变形速率随时间的增加而减小,最后趋于稳定, 这中蠕变称为稳定蠕变.当作用在岩石上的应力超过某一值时,岩石的变形速率随着时间的增加而增加,最后导致岩石 的破坏,这种蠕变称为不稳定蠕变.8 .简述锚喷支护的力学作用原理.答：(1)开挖后,在坑道周边形成松动圈和塑性变形区.喷射混凝土支护,一方面水泥砂浆的 胶结作用提升了松动圈的整体稳定性,另一方面,喷射混凝土层的柔性允许围岩发生较大的位移而 不发生松脱,能充分发挥围岩的自支撑水平；(2)锚杆的挤压加固与围岩的变形相互作用(悬吊作用、组合

50、作用、挤压加固作用),进一步加固围岩,提升其整体承载水平.锚喷联合支护是软弱破碎岩体的一种最有效地支护形式,具有主动加固围岩、充分发挥围岩的 自支撑水平、良好的抗震性能等优点.9 .简述岩石单轴压缩条件下的变形特征.答：岩石在单轴压缩条件下变形可分为四个阶段：(1)空隙裂隙压密阶段(0A段)：试件中原有张开结构面或微裂隙逐渐闭合,岩石被压密,试 件横向膨胀较小,体积随载荷增大而减小.(2)弹性变形至微弹性裂隙稳定开展阶段(AC段)：岩石发生弹性形变,随着载荷加大岩石发 生轴向压缩,横向膨胀,总体积缩小.(3)非稳定破裂开展阶段(C而)：微破裂发生质的变化,破裂不断开展直至试件完全破坏, 体积由

51、压缩转为扩容,轴向应变和体积应变速率迅速增大.(4)破裂后阶段(D点以后)：岩块承载力到达峰值强度后,内部结构遭到破坏,试件保持整 体状,随着继续施压,裂隙快速开展,出现宏观断裂面,此后表现为宏观断裂面的块体滑移.10 .简述边坡整治的举措.答：(1)避：使构筑物尽量避开滑坡体；(2)排：排水导流,采用各种形式的截水沟、排水沟、急流槽,来拦截和排引地表水；用截 水渗沟、盲沟、纵向和横向渗沟、支撑渗水沟、泄水隧洞、立井、渗井、砂井、平孔排水,预防水 浸入滑坡范围或疏干滑坡范围内的已有水；(3)档：设置抗滑支档,在滑坡舌部或中前部修筑各种形式的抗滑挡墙,在滑坡体其它部位 设置各种多级挡墙,如抗滑挡

52、土墙、抗滑干砌片石垛、沉井式抗滑挡墙、叠框式抗滑挡墙、锚杆挡 墙、抗滑桩、支垛、钢筋混凝土桩和支撑抗滑明碉；(4)减：减重反压,挖去滑体上部主滑和牵引地段,(或用石质材料)填在滑坡体坡脚,反压阻滑；i- j(5)周：利用物理化学加固滑体,改善滑坡的土石性质,提升它的强度,到达稳定滑坡的目的.例如焙烧法、电渗排水法、水泥灌浆法.(6)植：植树造林,绿化边坡.11 .轴对称隧道围岩处于理想弹塑性状态,其塑性区半径与哪些因素有关？围岩应力分布规律如 何？答：轴对称围岩条件下理想弹塑性隧道围岩,其塑性区半径可由以下公式给出：1 - sin?(p0 + C?COt?)(l - sin?) 2sin?Rp

53、 - R pL + C?COt? .因此,塑性区半径与隧洞断面半径 R0,围岩应力6、岩石的内摩擦角小和岩石的粘结力 c,支护反 力pi有关.围岩应力的分布规律：(1)巷道周边附近应力集中系数最大,远离周边应力集中程度逐渐减小,在距3-5倍巷道半径处, 围岩应力趋于与原岩应力相等；(2)巷道围岩应力受测压系数、巷道断面轴比影响,一般来说巷道长轴平行于原岩最大应力方向 时能获得较好的围岩应力分布；当巷道长轴与短轴之比等于长轴方向最大主应力与短轴方向原岩应 力时,巷道周围应力分布最为理想, 此时,巷道顶底板中点及巷道两帮中点切应力处处相等,不出岩石力学与工程 【科学出版社蔡美峰主编】 习题与思考题

54、及解答 现拉应力.12 .岩石边坡稳定性分析的极限平衡分析法有哪三个前提？它的分析计算步骤是什么？ 答：三个前提是：(1)滑动面上实际岩土提供的抗剪强度 S与作用在滑面上的垂直应力6满足关系式：宅=5+仃九皿？或& = d+(仃-口)匕娥'式中6 C'为滑动面的粘结力或有效粘结力；小、小为滑动面的内摩擦角或有效内摩擦角；为滑动面上的有效应力；u为滑动面空隙水压.(2)稳定性系数F的定义为沿最危险破坏面作用的最大抗滑力(或力矩)与下滑力(或力矩)的 比值.即F啦滑力/下滑力(3)二维(平面)极限分析的根本单元是单位宽度的分块滑体.计算步骤为：(1)在断面上绘制滑面形状；(

55、根据坡体外形、坍塌情况、中段滑面深度)1(2)推定滑坡后裂隙及塌陷带深度,计算或确定其产生的影响；(3)对滑块进行分块；(小条块、多数目)(4)计算滑动面上的空隙水压；(通过地下水监测)(5)采用适宜的计算方法,计算稳定性系数.(采用两种或以上计算方法)13 .简述平面破坏计算法的假设条件、主要特点及适用条件.答：假设条件：(1)滑动面是平面或近似平面；(2)滑动面及张裂隙的走向平行于坡面；(3)张裂隙是直立的,其中充有高度 Zw的水柱；(4)水沿张裂隙的底部进入滑动面并沿滑动面渗透；(5)滑体沿滑动面做刚体下滑.主要特点及适用条件：力学模型和计算公式简单,主要适用于均质砂性土、顺层岩质边坡以

56、及沿基岩产生的平面破坏 的稳定性分析,但要求滑体做整体刚体运动,对于滑体内产生剪切破坏的边坡稳定性分析误差较大. 14.简述简化Bishop法的假设条件、主要特点及适用条件.答：假设条件：(1)滑动面为圆弧形或近圆弧形；(2)假定条块侧面间的垂直剪应力合力为零.主要特点及适用条件：Bishop法稳定性系数的计算考虑了条块间作用力,是对Fellenius的改良,计算较准确,但要 采用迭代法.分割条块时要求采用垂直条分.适用于均质粘性及碎石堆土等斜坡形成的圆弧形或近 圆弧形滑动滑坡.15 .简述Janbu法的假设条件、主要特点及适用条件.答：假设条件：(1)垂直条块侧面上的作用力位于滑面之上 1/3条块高度；(2)作用于条块上的重力、反力通过条块底面的中点.主要特点及适用条件：计算准确