答案岩体力学考试复习思考题_浓缩版

1、岩体力学复习思考题（38道）一、名词解释1、弹性模量：岩石在压缩状态下，轴向应力与轴向应变之比。当应力应变曲线为直线关系时，变形模量就是直线的斜率。当变形为弹性变形时，该模量又称为弹性模量：E=-2、泊松比：岩石在压缩状态下，横向应变与轴向应变之比，即N=曳，无量纲，通常N；L=0.2L0,3<0,5。3、长期强度：经过较长时间加载达到破裂时的应力，称为长时强度（longtermstrength）o4、岩石结构面：结构面是指发育于岩体中，具有一定方向、延伸性和厚度的各种地质界面，如断层、不整合面、层面、节理、裂隙等。5、岩体表征单元体积（REV）:多大尺寸的岩体才能表征岩体的真实力学特性

2、，即与尺寸效应无关，这个岩体称为表征单元体（RepresentativeElementaryVolume,REV,表征体元），其尺寸称为REV尺寸。6、RQD：将长度在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）。7、横观各向同性：主要是岩体中最大的结构面，即通常的层面或层理所造成，其它结构面影响微弱可忽略不计。8、损伤变量：损伤变量是描述材料中所含微缺陷或微裂纹力学作用的场变量，是力学上描述材料内部性质劣化状态的变量。是表征材料或结构劣化程度的量度，直观上可理解为微裂纹或空洞在整个材料中所占体积的百分比。又

3、称内部状态变量或内变量。9、连续度和损伤度连续度：材料受损后的有效承载截面积与原始截面积的比值称为连续度，“连续度取值范围为01,取0时：无承载能力，完全破坏；取1时：无损伤损伤度：10、应力强度因子：表征远场载荷或残余应力作用下裂纹尖端附近区域的应力状态（应力强度）的参数。对于I型裂纹，用KI表示。11、断裂韧度：材料中裂纹开始失稳扩展时临界应力强度因子，表征含裂纹的岩石材料抵抗断裂的能力，或驱动裂纹扩展所需要的能量。对于I型裂纹，用KIC（线弹性断裂韧度）或JIC（弹塑性断裂韧度）表示。12、地应力：存在于地壳中的内应力称为地应力，天然环境下地壳岩土体内某一点所固有的应力状态为原始地应力（

4、Insitustateofstressinrock）。13、海姆假说：岩体深处垂直应力与其上覆的岩体重力呈正比，而水平应力与垂直应力相等。14、应力重分布：从原始地下应力场变化到新的平衡应力场的过程，称为应力重分布。应力重分布：地下开挖破坏了岩体天然应力的相对平衡状态，洞室周边岩体将向开挖空间松胀变形，使围岩中的应力产生重分布作用，形成新的应力状态。15、基础与地基的概念地基:直接承受上部建筑物荷载作用的部分土体或岩体基础:建（构）筑物在地下直接与地基相接触的部分。二、简答题1、简述岩石脆性-延性转化特征，并画出示意图。答：脆性（brittle）是指峰值时的极限应变量很小，峰值强度比残余强度高

5、出许多。反之,称为延性（ductile）岩石在低围压下表现为脆性，但在高围压下转化为延性或韧性。由脆性转化为延性的围压值，称为“脆-延转化临界围压b3lj。围压dK（T3lj应变软化；围压（tK=（T3lj塑性流动；围压6A33lj应变强化岩石不能笼统地说成是脆性的，或是延性的，而要和围压大小联系考虑。水平地应力可看成是作用在地下岩体中的围压。一般浅部地应力小，工程岩体大多是脆性的；但到了千米甚至几千米的深部，水平地应力可能超过岩体的脆-延转化临界围压，岩体表现为延性，开挖工程后，围岩变形剧增。2、简述时间效应对岩石力学性质的影响（包括加载速率效应及流变现象）。答：广望的时间双鹿"品

6、灯。包犯加载谑率效应及说交魂蒙快弹模微高.*破尉庭增加触件降传w快煌如我玷到破裂时的W力.松为瞬加载速率-慢弹横降低.峙值强度减小.韧性也加极慢产生新支应应变随网间流电而变化的愣胸）现象工较限时nu力口极-达到破裂时的虚力.祢为长时覆皮Clousterm流在"皿0|0=>）或地包括四方面内存工|'空Ccre-rp>即威力”8"$九随时值rill展.应交t加加的现象履干地下工程常肥的理要现象上松弛（rtlrtXHf即第-r.,¥、/*降i/妞旌a"戒小的现象浦L文性演包括-.t软<IOr*«n*和时即Jjtni栽（或饵店

7、:经UtTHJJteZ才增加（或减少2到一建数值的现象.枯性流动、1/。113c即蜻交一段时向后卸旗，部分应变永久不诙复的现瞅岩石典型的嚅F特性曲线分为三个阶段：初知嫌变、等速场变、加速礴变工程岩体并非均出现三阶段.决定于应力水平的高低，箕中.长时强度起到重要作用.当应力水平低于长时强度.端变过fiR包含初的蜡变废.一It不导致岩石俄裂当应力水平高于长时强度+则经过成长或短时间.最弊必将导致岩石;破铤.蜻变过程的三阶段包含慎全.端变速率对判断号石是否食发展到破坏十分重要.1-用冷睑或H叱段：山筹建康吭包谷段（桐*不堡）,I1L加谑叫点奉餐定*3、简述蠕变的三阶段和三水平，并分别画出其示意图。答

8、： 岩石典型的蜻变特性曲线分为三个阶段；初始蜻变、等速蠕变、加速蠕变 工程岩体并非均出现三阶段，决定于应力水平的高低,其中，长时强度起到重要作用。当应力水平低于长时强度，蠕变过程只包含初始蠕变段，一段不导致岩石破裂.当成力水平高于长时强度，则经过成长或短时何，最终必将导致岩石破裂.蠕变过程的三阶段包含俱全. 蠕变速率对判断岩石是否会发展到破坏十分重要.加工，小vI划始段双蚪感段制率渐减）；口等速网嗔蜂恭段（饵率不变）F111加速段成不稳定段斜率静增、连续性、密度、形态（侧壁的起伏形态和4、岩石结构面的几何特征包括哪几个方面？答：结构面几何特征包括：产状（倾向、倾角）粗糙度）、张开度、充填胶结特

9、征等。5、写出Q分类方法中的Q值的计算公式，并指出六个参数的含义。答：.RODJrJhO=-x-x-一JnJaSRF式中RQD岩布质量指标总体完整性即节理组数Jr节理粗度一三个节建指标加节理代变程度Jk地下水，裂隙水节理水影响系数地下水SRF应力折减系数地心力6、分别画出岩石在（1）双轴压缩、（2）三轴压缩、（3）三轴等压及（4）三轴拉伸条件下的莫尔圆示意图。答：图3-33岩石复杂应力状态的图示】-单轴或双轴压缩2-三轴压缩3-三轴等压备单轴或双轴拉伸5-三轴拉伸公三周等拉7、简述库仑准则的破坏机理。答：材料是属于有正压力情况下的剪切破坏形态，简称压剪破坏。剪切破坏力的一部分用来克服与正应力无

10、关的粘聚力，使材料颗粒间脱离关系，另一部分剪切破坏力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。8、岩石断裂力学与损伤力学的主要研究内容分别是什么？二者之间的有怎样的区别与联系。（1）损伤力学分析材料从变形到破坏前损伤逐渐积累的过程，主要关注材料微缺陷的变形、贯通过程及其对材料性质弱化的影响。损伤最终将导致材料结构完整性的完全丧失及宏观裂纹的形成。（2）断裂力学分析宏观裂纹启裂、扩展及止裂的过程。宏观裂纹扩展过程中也会在端部形成新的损伤区。（3）损伤与断裂为流体渗流提供通道9、简述连续损伤力学的研究内容与方法。将具有离散结构的损伤材料模拟为连续介质模型，引入损伤变量（场变量），建

11、立损伤演化方程描述从材料内部损伤到出现宏观裂纹的过程，导出材料的损伤本构方程，形成损伤力学的初、边值问题，然后采用连续介质力学的方法求解。10、 国际岩石力学学会（ISRM）建议的岩石I型断裂韧度测试方法。V形切槽三点弯曲试样、V形切槽短圆棒试样、V形切槽巴西圆盘棒试样11、 岩石断裂过程区的四个发展阶段特征是什么？用示意图说明断裂过程区每个阶段对应的应力应变曲线的哪一段？雪石中断裂过程区的四个发展阶段图解12、 简述水压致裂法测量地应力的优缺点。优点：1）可以在下套管之前，通过监测裂缝痕迹的方法确定出裂缝的方向2）压裂压力不受套管或射孔炮眼的影响。缺点：1）为使裸眼封隔器密封，要求井筒形状尽

12、可能圆2）地层中有天然裂缝时，由于漏失而很难进行试验；3）现场试验成本高。13、 简述空心包体应变计法测量地应力的步骤。 打孔： 安装探头 数据传输至采集器、 数据处理空心包体应变计的主体是一个用环氧树脂制成的壁厚3mm的空心圆筒，其外径为37mm,内径为31mm。空心包体应变计的突出优点是应变计和孔壁在相当大的一个面积上胶结在一起，因此胶结质量较好，而且胶结剂还可注入应变计周围岩体中的裂隙，使岩体整体化。可用于中等破碎和松软岩体中，具有防水性能。在其中间部位，即直径35mm处，沿同一圆周等间距嵌埋着三组电阻应变花。每组应变花由四支应变片组成，相互间隔45°数据分析计算方法，12支应

13、变片，12个方程，解出6个未知数，经坐标变换计算出3个主应力的大小、方向。14、 分析图1所示圆形巷道，在不同K值时的应力重分布特点。-岸P图1圆形巷道受力示意图四、推导题1、推导开尔文体的本构方程及蠕变方程，并画出蠕变曲线。K。、加模型（K=H|N）推导K体的本构方程Im并联特点：应变相等Tr=C=Et4应力相加F,=/+.i?Kjj（1）各兀件的本构关系上H体1%=gN体*/；=胜2口六个变量.六个方程，可解（建立n与二盛的关系一微分方程）开尔文律清去口1、匕、力（用总座力，率、总应变率来衰示）工a=ffl-|-<T=AEl+/电=Ke+>ft簿K体本构方程|春*驯入各特征定义

14、.求解做分方程1用通界条件或初始条件确定积分需敷，得到BYT的显式囊达式（1）变方程变时的应力条件tr=%=const由本构方程林+*&=0=与，为琴性非齐次方程.先求齐次方程解7e+JCe=0f=】n£=-A+hiC£（1n齐次解为E=CeK=Cexpf-1）可以着出，特解为一常数£=-?11itj"为e="pl。）十号朝始条件:/0,E=0C粘缸无屏付废至），决定积分常数c二一学得K体婚变方程E=W；lexp（-/）K体的支曲线0Q一“*t*>1目珞CK体蛆交曲线与推迟时间由上图可以着由*tR时，。如无瞬时应变.tfb时,3甥

15、最终最大座变仅等于弹性元件的瞬时应变，相当于推迟弹性应变的出现.檄体又称为推迟（迟雅）模型.当*=Q时（某恃殊值）I。崇1（一（学】哼（1-）=0,63券nfKLfU称为推迟时间（defcredtinic）.对于K体，该时间的应变的为最嶷应受的6欧.112、如图所示，若岩体中发育一组结构面AB,假定AB面与最大主平面夹角（结构面倾角）为3,请推导以主应力表示的单一结构面剪切破坏条件，并讨论不同3角（结构面倾角）时的情况。*由斜截面应力公式（或莫尔应力圆理论）,作用于结构面上的正应力亨和剪应力为(4-17)cr-5卜!sin)结构面通度服从库仑准则r+crm】4.(4-18)式中，八九分别为结构

16、面的粘聚力和摩擦角.图416单结构面理论分析座为了得到用主应力表示的岩体沿焙构向剪切破坏条件,将式H1为代入式（418）,福5一叮XC+5的北)13(1-3£LCGt/j£m2以仲口也,看（结构圆摩擦系数）代入上式，得一+6%式样19）或式42（h是式（41S）和式（417）的综合表达式,其物理意义是，当作用在岩体上的主应力值满足该方程时，结构叨上的应力处以极限平衡状态a式（4门力或式（4T0）也就是以主应力找示的姑构面翦切破坏条件（即岩体沿结构面破坏应满足的条件）.由式（4/9）可看出*结构面帧角#不同极限应力不同.以下分析滩的五种特殊情形：C）/5=q。*（为垂直皓构面

17、）时.代口四上/4ni!SgOh4趋近于cQ）户之中1r（等于其摩擦角）时，（分母:1-1=0%由近于卬这说明在这两种何（角下，只有当/超近于，时，岩体才有可能沿船构面破坏.但心不可能无身大，当再大到一定数值时岩体将沿非错构面的某一方向破坪.因此，这说明当"二90"和尸也，时，岩体不可能沿结构面破坏.U）8=¥（为水平结构面）时，GinO=O,c08以竹不确定.但可分析，3=0”时，水平结构面上不会出现剪应力，故水平结构面恒不满足式（418）.这说明当/1=。时，岩体也不可能沿结构面破坏"<4>当结构面倾角0为余少时，岩体最容易沿结构面破坏？

18、也即当#F时P为最小,这是一个叫关于鹿板值问题，将式（4.1力对力求导,并令导数为零,即可求得满足外取得极小值（勾画）的条件为tan也将式（4-21）代入式（4-2。卜可得(4-%（5）当岩体不沿结构面破坏（至少如前4二0"、©二右、E=go"等情形），而沿岩石的某一方向破坏时，岩体的强度就等于岩石（岩块）的强度.此时（与结构面无美），破坏面与巧的夹角为岛（4-切岩块帕强度为叼二巧十nG-二3（4一”）（1-芯附町而2#式中，后=6口机，£&弧分别为岩石（岩块）的粘聚力和内摩擦角.3、推导库仑准则的主应力表达式。答：库仑强度准则的不变量表达形式由

19、极限应力鼠1中的直角三用形（图336有巧0in*="；，：，斗或号为2NCcos#1+加中门,口、47.=fft（*-«>l-sin（*l-sm中进一步.上式中令町成由图N曾中的左施三角形有2Cros/%二1M式（军上船即为库仑强度碓则的不变量（主应力）表达当四去找单轴见继极限应力圆式62箝即为由座/准则导出的岩石单轮抗田锦度与心制宜之冏的矢索.又因三角恒等关系1+sin42(a-玖ifJ-fl1、-=cor45-工=iaii45-=lair(x(3-31)l-sin,I2J2)''将式(319)、式(3.M)代入式CMS),即将库伦准则以主应力表达的

20、坐标不变式<r(=critail2tf+b(3-32)在a-仃坐标系平面，式(3-32)如图3TH所示,亦为一条斜直线.图3W库仑府则在s-心平面的图中四、计算题某均质岩石的强度曲线为：T=oXtan30°+40(MPa)。试求在侧向围岩应力,=20MPa的条件下，岩石的极限抗压强度；并求出破坏面的方位。解：由上面的(328)公式即可得<T1=204Mpa,破坏面的方位由2£=90+0ta=60。三、论述题1、分别从岩块尺度及岩体尺度阐述岩石组织特征及岩体结构特征。答：从小尺度的岩块(mckulRmunr)看岩石组织：广晶体+晶间版1层理f沉枳形成J岩石晔-.由

21、粒+胶精质质质质岫卜+孔感(气、液)+微结构-节理(受力想成j瘠理f造岩形成)从较大尺度的岩体(rockmas、)看岩体结构CsniKture)：岩块岩体结构-r层面(beddingplane)结构面-理加加")一一面间无错动L断层(faul一一面间有相对借讷2、画出岩石全应力应变曲线示意图，划分阶段并阐述各阶段的特征。答：n罩dkFl1tgiOMIPog-pmkxgion岩石全应力应变曲侵特征表0AABECDDEEF阶段和本峰将代;"耳战号冲和带盘箱蜀桂卮子电R策国善松定发展康表电犷摘胃蜜纤成丽般倒呼年阴呼二斜率渐增丁友需1减谴浦金弓能忘村学声发射常受少量明显堵塞般“停i

22、h壹但残余应变尢力有用有有裂陂状况京的韶丽河一七无若干吊丁牛新帮高产土哥多r审转的的后伸互梢甘中燃号和中厘理发用藜时停1-发育其它特征九乐科障住片在咬"sr里硬m唐有日不叼星开特信赛帝忤£密艘，匕海性世院里作M和后除率耦黑,山向牝隹杞压席.口刊舛现用小.早冲笑钵期费分由用卑特.为赛眼卷石内部博也克金较坏.但仍呈独体.为”：侏于观圻当百省百分寓成一手列牌或博.片相互清衅.fc套丁:所嫡如3、阐述现场岩体单轴抗压强度、三轴抗压强度及抗剪强度的测定方法，并画出相应的示意图。答：岩体单轴抗压强度浏定现场切景成如图所示的试件.在拟加压的试件表面（图中为试件的无惭）抹一层水泥砂望，梅表

23、面抹平，并在其上放置方木相工字钢组成的络幅.以便把液JE斤顶轮加的荷戟经空房均匀地传绐试件.根据试件破坏时液用千斤顶满加的最大荷载及试件营辕藏而枳,计中岩体的单轴抗压强度.图4.13?；体中触斑小阳壁也定1一方*2，也事斤仲4一水泥砂寮还可由地球物理测川数据砧算号体单轴抗压演度UC?国2岩体三轴抗压强度泅定地卜工程的状态是三维的.所以做三辆力学试验非常里要，但由于现场原位三轴力学试验在技术上报复杂.只在非常必要时才进行,载，用压力扰施加用压荷越根据国压情况，可分为等国IE三轴试验内=内和真三输试验外近期研究表明1中间主应力在岩体强度中起重要作用.在多站构面的岩体中尤为重展.因此，真三相试验越来

24、越受重视，而等雨压三精试脸的实用性更强现场岩体三轮试验装置如明所示，用液压千斤顶追加触向荷'原位总体三轴试轴装置卜川我土顶座2、4、6-Ster3-璃柱；5-球闿跑*7-压力枕：日-情怦；9液保表液压千斤血八15瓶用枕?岩体抗剪强度测定一般采用取液法千斤顶法：一个垂直淞压千斤顶施加正压力,另一个液压千斤顶触加横向推力，如图所示.为使剪切面不产生力抻效应，合力应逋过剪切面中心.另一个液压千斤顶成螺斜布置,一般采取像角厚=15,试验时1每盘试体座有5个以上，剪切面上应力按式&161计算.然后根据T、d绘制岩体强度曲线.P+sin夜FTcosnr亢中，P、分别为掂宜与横向液压千斤顶罐加的荷载,F为试件受翦戴防积.图43亢怵就剪林就测定4、比较边坡稳定性分析方法中刚体极限平衡法与数值分析法的优缺点。(1)刚体极限平衡法是基于刚性假定和同时破坏假定，且不考虑滑床变形，因此是一种经典的力学分析方法，计算简便，且有一套与之适应的规范，应用广泛，实践经验丰富，但在大多数情况下,边坡稳定性问题是超静定的。极限