2011-2012矿山岩体力学A、B卷cumt资料

1、1 中国矿业大学 20112012 学年第 2 学期 矿山岩体力学试卷（A ）卷 考试时间：100分钟 考试方式：闭卷 学院 _ 班级 _ 姓名 _ 学号 _ 题号 -一- -二二 三 四 总分 得分 阅卷人 一、 选择题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 1 1、 岩体的强度小于岩石的强度主要是由于（ ）。 （A A） 岩体中含有大量的不连续面 （B B） 岩体中含有水 （C C） 岩体为非均质材料 （D D） 岩石的弹性模量比岩体的大 2 2、 岩体的尺寸效应是指（ ）。 （A A ）岩体的力学参数与试件的尺寸没有什么关系 （B B） 岩体的力学参数随试件的增大而增大的现象 （C C

2、） 岩体的力学参数随试件的增大而减小的现象 （D D） 岩体的强度比岩石的小 3 3、 一般把应力变化超过原岩应力（ ）% %的区域称为采动影响区。 （A A） 5 5 （ B B） 6 6 （ C C） 8 8 （ D D） 1010 4 4、 岩石的吸水率是指（ ）。 （A A ）岩石试件吸入水的重量和岩石天然重量之比 （B B） 岩石试件吸入水的重量和岩石干重量之比 （C C） 岩石试件吸入水的重量和岩石饱和重量之比 （D D） 岩石试件天然重量和岩石饱和重量之比 5 5、 大体而言，构造应力的方向（ ） 2 （A A）近似水平 （B B）竖直方向 （C C）沿断层方向 （D D）沿煤层

3、走向 6 6、一般情况下，岩石的抗压强度随着围岩的增大( )。 (A) 而增大(B B)而减小 (C C)保持不变 (D D)会发生突变 7 7、格里菲斯强度理论确定的材料的单轴抗压强度是单轴抗拉强度的( )倍 ( A A) 4 4 (B B) 6 6 (C C) 8 8 (D D) 1212 8 8、平面问题的弹性力学基本方程有( )个。 ( A A) 3 3 (B B) 6 6 (C C) 8 8 ( D D) 1515 9 9、我国岩体分类中的 BQ BQ 分类的基本质量指标是由哪两个指标确定的？ ( ) ( A A) RQD RQD 和节理密度 (B) 岩石单轴饱和抗压强度和岩体的完整

4、性指数 (C) 地下水和 RQDRQD (D) 节理密度和地下水 1010、地应力是指( )。 (A) 未受开挖影响的原始地应力 (B) 未支护时的围岩应力 (C) 开挖后岩体中的应力 (D) 支护完成后围岩中的应力 二、 名词解释(本大题共 1 1、 软 化系数 : : 2 2、 三轴抗压强度： 3 3、 泊松比： 4 4、 残余变形： 5 5、 普氏系数： 6 6、 强度准则： 7 7、 岩石的孔隙率： 8 8、 流变性质： 9 9、 围岩压力： 1010、 岩石质量指标 RQD RQD ： 10 小题，每题 3分，共 30分) 3 三、 简答题（本大题共6小题，每题5分，共30分） 1

5、1、 解释岩石与岩体的概念，指出二者的主要区别和相互关系。 2 2、 简述地应力分布的基本规律。 3 3、 画出岩石典型的全应力应变曲线，并简要叙述几个阶段的特点 4 4、 简述静水压力状态下圆形硐室应力分布的特点。 5 5、 结合本课程的学习简述矿山岩体力学的特点。 6 6、 画出典型的岩石蠕变曲线，并简要叙述各个阶段的特点。 四、计算题（本题20分） 某一岩石试件进行单轴压缩实验，其压应力达到 的破断角为 6060设其抗剪强度为直线型。 亠 ZCcosj+si n%k 十 十丄 2 2（C Cw+6ta ta nw）、 f 3，:- t - ； 3 1 -sin% 1 -sin % （1

6、1 - - tantanw ctgPctgP）sin2Psin2P 试计算： （1 1） 该岩石的 c,c,值；（4 4 分） （2 2） 破坏面上的正应力和剪应力；（4 4 分） （3 3） 在正应力为零的面上的抗剪强度；（3 3 分） （4 4） 在与最大主应力作用面成 3030的面上的抗剪强度。（2 2 分） （5 5） 当围压为 5MPa5MPa 时，求岩石破坏时的应力。（3 3 分） （6 6） 当围压为 3MPa3MPa 时，若岩石内有一结构面，其内摩擦角为 1515内聚力为 5MPa5MPa，结构面的抗剪强度也为直线型，当结构面和第一主应力成什么角度时， 岩体破坏时的第一主应力最

7、小，并求该值。（4 4 分） 中国矿业大学 20112012 学年第 2 学期 矿山岩体力学试卷（A）卷参考答案 考试时间：100分钟 考试方式：闭卷 学院 _ 班级 _ 姓名 _ 学号 _ 28.0MPa28.0MPa 时发生破坏，且岩石 4 题号 -一- -二二 三 四 总分 得分 阅卷人 一、选择题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 1 1、 岩体的强度小于岩石的强度主要是由于（ A A）0 （A A） 岩体中含有大量的不连续面 （B B） 岩体中含有水 （C C） 岩体为非均质材料 （D D） 岩石的弹性模量比岩体的大 2 2、 岩体的尺寸效应是指（ B B ）。 （A A ）岩

8、体的力学参数与试件的尺寸没有什么关系 （B B） 岩体的力学参数随试件的增大而增大的现象 （C C） 岩体的力学参数随试件的增大而减小的现象 （D D） 岩体的强度比岩石的小 3 3、 一般把应力变化超过原岩应力（ A A ） % %的区域称为采动影响区。 （A A） 5 5 （ B B） 6 6 （ C C） 8 8 （ D D） 1010 4 4、 岩石的吸水率是指（ B B ）0 （A A ）岩石试件吸入水的重量和岩石天然重量之比 （B B） 岩石试件吸入水的重量和岩石干重量之比 （C C） 岩石试件吸入水的重量和岩石饱和重量之比 （D D） 岩石试件天然重量和岩石饱和重量之比 5 5、

9、 大体而言，构造应力的方向（ A A ） （A A）近似水平 （B B）竖直方向 （C C）沿断层方向 （D D）沿煤层走向 6 6、一般情况下，岩石的抗压强度随着围岩的增大（ A A ）。 （A A） 而增大（B B）而减小 （C C）保持不变 （D D）会发生突变 7 7、格里菲斯强度理论确定的材料的单轴抗压强度是单轴抗拉强度的 （ C C ）倍 （ A A） 4 4 （B B） 6 6 （C C） 8 8 （D D） 1212 8 8、 平面问题的弹性力学基本方程有（ C C ）个。 5 （ A A） 3 3 （B B） 6 6 （C C） 8 8 （ D D） 1515 9 9、 我国

10、岩体分类中的 BQ BQ 分类的基本质量指标是由哪两个指标确定的？ （ B B ） （ A A） RQD RQD 和节理密度 （B B） 岩石单轴饱和抗压强度和岩体的完整性指数 （C C） 地下水和 RQDRQD （D D） 节理密度和地下水 1010、地应力是指（ A A ）。 （A A） 未受开挖影响的原始地应力 （B B） 未支护时的围岩应力 （C C） 开挖后岩体中的应力 （D D） 支护完成后围岩中的应力 二、名词解释（本大题共 10 小题，每题 3分，共 30分） 1 1、 软化系数 : :材料在水饱和状态下的无侧限抗压强度与在干燥状态下的无侧限 抗压强度的比值。 2 2、 三轴抗

11、压强度：岩石在三向压缩载荷作用下达到破坏时所承受的最大压应 力。 3 3、 泊松比：岩石横向应变和纵向应变的比值。 4 4、 残余变形：岩石加载后再卸载不能恢复的变形称之为残余变形。 5 5、 普氏系数：单轴抗压强度除以 10 10 后的值称为岩石的普氏系数。 6 6、 强度准则：岩石在极限应力状态下的应力状态和岩石强度参数之间的关系。 7 7、 岩石的孔隙率：岩石孔隙体积和岩石总体积的比值。 8 8、 流变性质：材料应力 - -应变关系和时间有关的性质。 9 9、围岩压力：围岩作用于支护结构上的力 1010、 岩石质量指标 RQD RQD :长度大于 10cm10cm 的岩芯段长度之和与钻孔

12、总长的比 三、简答题（本大题共6小题，每题5分，共30分） 1 1、解释岩石与岩体的概念，指出二者的主要区别和相互关系。 岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体。 广义的岩石是指岩块和岩体的泛称，狭义的岩石则专指岩块 。 6 岩体：由结构面及其所包围的结构体共同组成的集合体。 （岩体则是指在一 定的地质条件下，含有诸如节理，裂隙，层理和断层等地质结构面的复杂地质体由 岩块和各种各样的结构面共同组成的综合体 ） 岩块：由结构面切割出的结构体叫岩块。 区别联系，见下表：答出部分即可。 特征 岩 石 岩 体 物质 组成 由结晶矿物、非晶质基质、碎屑 颗粒、胶结物质分别组合构成。

13、 由一种或一种以上的岩石组合而 成，是岩块的集合体，即由结构面 和结构体共同组成。 结构 根据成分及矿物颗粒性质不同 可分为结晶结构，碎屑结构及生 物化学和胶体化学沉积的致密 结构。 根据结构面、结构体性质不同，大 体分为整体结构，层状结构，块状 结构，碎裂结构及散体结构。 完整性 除受构造影响而有一些隐微裂 隙外， 一般完整性好， 不易分散 解体。 由于结构面发育程度不同，结构体 形态，大小不一，其完整性悬殊。 均质性 绝大多数岩石致密均质，可看作 均匀介质。 由于岩石组合不同，结构面和结构 体特征不同，呈明显的非均质性 各向 异性 岩石内包含层面时具各向异性 特点，同一层面内则显示各向同

14、性。一般块状岩石为各向同性 体。 不论岩石组合状况如何，由于结构 面方位、发育程度及充填情况不一， 岩体有明显的各向异性。 连续性 矿物颗粒一般接触紧密，其间 空隙充填胶结较好，可认为是 连续体。 多裂隙岩体由于各种结构面发 育， 一般属于非连续体。 强度特征 是由微小结构起控制作用，其 主要受软弱结构面及岩石组合 整体强度较为均一，峰值强度 比岩体大。 控制。由于结构面，结构体的特 性不同，其整体强度悬殊很大。 具有明显的强度不均一性。峰值 强度及残余强度比岩石小。 破坏机理 岩石在单向受压时以剪切破 坏为主，有时出现拉断破坏， 在围压状态下基本上是剪切 破坏。 多裂隙岩体为无拉伸强度材料，

15、 受拉极易开裂，受压时常沿软弱 结构面产生破坏。 2 2、 简述地应力分布的基本规律。 地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场. 它是时间和空间的函数 7 实测垂直应力基本等于上层岩层的重量。 水平地应力普遍大于垂直地应力。 平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小，但在不同地区，变 化的速度很不相同。 最大水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线性增长关系。 最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大，显示出很强的方 向性。 地应力的上述分布规律还会受到地形、地表剥蚀、风化、岩体结构持征、 岩体力学性质、温度、地下水等因素的影响，特别是地形和断层的扰动 影响最大。 3 3、 画出岩石

16、典型的全应力应变曲线，并简要叙述几个阶段的特点。 (1)(1) 压密阶段 (2) 弹性工作阶段 (3) 塑性性状阶段 4 4)破坏阶段 4 4、 简述静水压力状态下圆形硐室应力分布的特点。 (1) 切向应力为最大主应力，径向应力为最小主应力； (2) 围岩中任一点的径向应力与切向应力之和为一常数； ( 3 3)应力集中最大在硐石周边，切向应力为原岩应力的 2 2 倍； (4) 影响范围为硐石半径的 3 34 4 倍。 5 5、 结合本课程的学习简述矿山岩体力学的特点。 (1) 采深大。其它工程部门在地下开挖的巷硐大都在离地表不深的地点，而采矿工程的作 业地点常在地下几百米深处，甚至达二、三千米

17、以上。深部岩体动态与地表附近大不相同， 地表附近岩体的破坏形式一般为脆性断裂， 而较深处岩体则属粘塑性破坏， 其次， 岩体的应 力状态也不相同， 浅部岩体垂直应力与水平应力之差一般很明显， 深部岩体却相差不甚显著。 上述情况使矿山岩石力学所采用的地压计算方法和测试技术与其它工程相比有所不同。 (2) 地下开采过程中安设的人工支护大多是服务年限不长或维护时间较短的临时结构物， 只要求其在开采期间不致破坏或适时破坏，在开采后能维持平衡状态不危害地面安全即可， 而且许多工程结构物还可8 以随采随废。 所以， 在计算精度、 安全系数及岩体加固等方面的要 求一般均低于水利水电、交通、建筑和国防等部门的标

18、准。 (3) 由于采矿作业地点必须服从于有用矿物的自然埋藏地点，使得选择地下工程建筑物的 位置往往受很大限制。 (4) 其他工程部门中研究的对象多是开挖后即不再转移的地下硐室或隧道，而矿井的采掘 工作面是不断移动的， 这就要求矿山岩石力学必须考虑难以预见的复杂地质变化对工程结构 带来的影响。 由于大面积开采还会引起采空区上方大量岩层移动和破坏， 研究这些岩层的运 动、破坏和平衡规律及其控制方法， 是矿山岩石力学的重要课题， 这也是区别于其他应用性 岩石力学学科的重要内容。 6 6、 画出典型的岩石蠕变曲线，并简要叙述各个阶段的特点。 首先，在开始加载的瞬间，试件立即产生一个瞬时的 弹性应变(图

19、中 OA OA 段)，这一段所经 时间极短，可看作与时间无关。由 A A 到 B B 这一段应变不断增加，但应变速率逐渐减小，故 曲线是下凹型，ABAB 段称为过渡蠕变或第一阶段蠕变 由 B B 到 C C 这一段应变以恒定的速率增长， 故 BCBC 段称为定常蠕变或第二阶段蠕变，这个阶段的时间延续最长。在 C C 点以后应变又加速 增长，故曲线呈上凹型，当应变达到某个数值 D D 点时试件破坏，加速蠕变或第三阶段蠕变9 五、计算题(本题20分) 某一岩石试件进行单轴压缩实验，其压应力达到 的破断角为 6060设其抗剪强度为直线型。 / 2Ccos0 1+s in % 1 3 ， 、 - 1

20、1 -sin ：0 1 -sin ;0 试计算: (1)(1) 该岩石的 c,c,值；(4 4 分) (2)(2) 破坏面上的正应力和剪应力；(4 4 分) (3)(3) 在正应力为零的面上的抗剪强度；(3 3 分) (4)(4) 在与最大主应力作用面成 3030的面上的抗剪强度。(2 2 分) (5)(5) 当围压为 5MPa5MPa 时，求岩石破坏时的应力。(3 3 分) (6)(6) 当围压为 3MPa3MPa 时，若岩石内有一结构面，其内摩擦角为 1515内聚力为 5MPa5MPa，结构面的抗剪强度也为直线型，当结构面和第一主应力成什么角度时, I)Deos 2；二1 28.0 一丄

21、28.0 0.5=7.0MPa 正应力 2 2 2 2 T =2(6 r3)sin 2a =汇 28.0 汇 0.886 =12.12MPa 剪应力 2 228.0MPa28.0MPa 时发生破坏，且岩石 . .2(Cw j tan I)2(Cw j tan I) (1 1 - - tan tan ctg ctg ：) ) sin2 sin2 岩体破坏时的第一主应力最小，并求该值。 (4(4 分) 2c cos 申 % 28.0MPa 1 -sin : P 45 60 解：(1)由题意 2 即=30 c = 28.0 (in30 2 cos30 (2)由题意 J =28.0MPa,J =28.

22、0MPa,；3 3 =0=0 10 (3 3)由题意二=0时， 由.=c tan =8.08MPa ；-( 二3)；3)COS2: =1 28.0 1 28.0 0.5 2 3丿 2 1 3丿 2 2 抗剪强度 二 crta n =8.08 21 tan30 = 20.2MPa 21.0MPa 2C 2C COS 0 1 1 - -sin sin 0 1 Sin 0 1 1 -Sin in 0 二 3=28+15=43MPa=28+15=43MPa (6 )1 =45 15/2 =52.5 T1 f2 - =18.12MPa=18.12MPa （或带入c1 . .2(C2(Cw 3 tan t

23、an w) ) (1 1tan tan ctg ctg ) sin2 sin2 ： ，答案一样。 11 中国矿业大学 20112012 学年第 2 学期 矿山岩体力学试卷（B ）卷 考试时间：100分钟 考试方式：闭卷 学院 _ 班级 _ 姓名 _ 学号 _ 题号 -一- -二二 三 总分 得分 阅卷人 名词解释（本大题共10小题，每题4分，共40分） 、简答题（本大题共5小题，每题9分，共45分） 7 7、简述弹性力学中的基本假设 8 8 作岩石应力一应变全过程曲线示意图，并简述各个阶段特点？ 9 9、 简述矿山岩体力学这门学科的自身特点？ 1010、 受深部净水压力的圆形巷道半径为 a a

24、,写出距圆心为 r r 处围岩应力表达式， 并画 出其曲线。（a a 为已知数） 1111、 画图说明岩石的记忆性。 三、计算题：（1515 分） 将某一岩石试件进行单轴压缩实验， 其压应力达到 40MPa40MPa 时发生破坏，破坏面与水平 面的夹角为 6060设该岩石满足摩尔- -库仑破坏准则，试求： （1 1） 该岩石的内摩擦角 和粘聚力 C C？ （2 2） 当对其进行三轴压缩实验，围压为 10MPa10MPa 时，轴向压应力达到多少时岩石破坏？ / 2Ccos + +sin ）、 （ 1 -sin 1 1、岩石的弹性 4 4、 主平面 7 7、 蠕变 2 2、围岩应力 5 5、应变软

25、化 8 8、正应力 3 3、岩石的孔隙率 6 6、结构面的线密度 9 9、残余强度 1010、内力 12 中国矿业大学 20112012 学年第 2 学期 矿山岩体力学试卷（B）卷答案 考试时间：100分钟 考试方式：闭卷 学院 _ 班级 _ 姓名 _ 学号 _ 题号 -一- -二二 三 总分 得分 阅卷人 名词解释（本大题共10小题，每题4分，共40分） 1 1、 岩石的弹性是指卸载后岩石变形能完全恢复的性质； 2 2、 围岩应力：在岩体内开挖地下硐室， 围岩将在径向、环向分别发生引张及压缩变形， 使得原来的径向压应力降低，而环向压应力升高，通常，将这种应力重分布所波及 的岩石称之为围岩，重

26、分布后的应力状态叫围岩应力。 3 3、 岩石的孔隙率：岩石中各种孔洞、裂隙体积的总和与岩石总体积之比。 4 4、 主平面：单元体剪应力等于零的截面。 5 5、 应变软化：指岩石达到峰值强度以后继续变形，其强度随变形量增加而降低 / /减少 的特性。 6 6、 结构面的线密度 KdKd：指结构面法线方向单位长度上交切结构面的条数 （条/m/m） 7 7、 蠕变：固体材料在不变载荷的长期作用下， 其变形随时间的增长而缓慢增加的现象。 8 8、 正应力：应力在其作用截面的法线方向的分量。 9 9、 残余强度：岩石应力达到最大值以后，并不立即完全丧失承载能力，在完全破坏点 所保持的某一较小的应力值称为

27、残余强度。 1010、 内力：物体本身不同部分之间相互作用的力。 、简答题（本大题共5小题，每题9分，共45分） 1 1、 简述弹性力学中的基本假设 （1 1）连续性假设；（2 2）完全弹性假设；（3 3）均匀性假设；（4 4）各向同性假设; （5 5）小变形假设 2 2、 作岩石应力一应变全过程曲线示意图，并简述各个阶段特点？ 13 四个区段：在 OA区段内，该曲线稍微向上弯曲；在 AB区段内，很接近于直 线；BC区段内，曲线向下弯曲，直至 C点的最大值；下降段 CD。第一区段 属于压密阶段，这是由于细微裂隙受压闭合造成的；第二区段 AB相应于弹性工作 阶段，应力与应变关系曲线为直线；第三阶

28、段 BC为材料的塑性性状阶段，主要是 由于平行于荷载轴的方向内开始强烈地形成新的细微裂隙， B点是岩石从弹性转变 为塑性的转折点，也就是所谓屈服点， 相应于该点的应力；0称为屈服应力；最后区 段CD为材料的破坏阶段， C点的纵坐标就是单轴抗压强度 R Rc。 3、 简述矿山岩体力学这门学科的自身特点？ （1 1） 采深大。其它工程部门在地下开挖的巷硐大都在离地表不深的地点，而采矿工 程的作业地点常在地下几百米深处，甚至达二、三千米以上。深部岩体动态与地表 附近大不相同，地表附近岩体的破坏形式一般为脆性断裂，而较深处岩体则属粘塑 性破坏，其次，岩体的应力状态也不相同，浅部岩体垂直应力与水平应力之差一般 很明显，深部岩体却相差不甚显著。上述情况使矿山岩石力学所采用的地压计算方 法和测试技术与其它工程相比有所不同。 （2 2） 地下开采过程中安设的人工支护大多是服务年限不长或维护时间较短的临时结 构物， 只要求其在开采期间不致破坏或适时破坏， 在开采后能维持平衡状态不危害 地面安全即可，而且许多工程结构物还可以随采随废。所以，在计算精度、安全系 数及岩体加固等方面