岩石力学复习资料

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?岩体力学根基?习题

二、岩块和岩体的地质根基

一、解说下例名词术语

4、构造面：其是指地质历史展开过程中，在岩体内形成的拥有必定的延长方向和长度、厚度相对

较小的地质面或带。它包含物质分异面和不连续面，如层面、不整合、节理面、断层、片理面等，国内外一些文件中又称为不连续面或节理。

7、节理粗拙度系数JRC：用纵刻面仪测出用以表征构造面粗拙程度的参数；

13、岩体完好性系数Kv：其是指岩体纵波速度和岩块纵波速度之比的平方，用公式表示：

KV

(

Vmp)2

Vrp

14、岩石质量指标

RQD：大于

10cm

的岩心累计长度与钻孔进尺长度之比的百分数。

二、简答题

(8)按岩体力学的看法，岩体拥有什么样的力学特色？

答：非均质、非连续、各向异性和非线弹性；

三、岩石的物理、水理与热学性质

一、解说下例名词术语

17、岩石的浸透系数：浸透系数是表征岩石透水性的重要指标，其在数值上等于水力梯度为

1时的

浸透流速。

四、岩石的强度特色

一、解说下例名词术语

1、岩石的强度：岩石在抵达损坏前所能承受的最大应力；

5、岩石的抗拉强度：岩石试件在单向拉伸时能承受的最大拉应力；

6、岩石的抗剪强度：在剪切荷载作用下，岩块抵挡剪切损坏的最大剪应力；

7、巴西试验：为了测定岩石抗拉强度而进行的劈裂试验；

16、端部效应：试件试验时端面条件对岩块强度的影响，其产生原由一般以为是因为试件端面与压

力机板间的磨擦作用，改变了试件内部的应力散布和损坏方式，从而影响岩块的强度；

17、直剪试验：将试件放在直剪仪上，试验时，先在试件上施加法向压力，而后在水平方向逐级施

加水平剪力，直到试件损坏从而求得试件抗剪强度的试验方法；

二、简答题

在岩石的单轴压缩试验中，试件的高径比、尺寸、加载速率如何影响岩石的强度？

答：一般说来，高径比越大，岩石的强度越低；试件尺寸越大，岩石强度越低；加荷速率越大，岩

石的强度越大；

(7)某岩石的单轴抗压强度为，φ，°假如在侧压力σ3下作三轴试验，请估

计损坏时的轴向荷载是多少？

解：以下列图：

τ

DFBrr1c3.2AoCEσσAOC≌ABC得：r1=ACcAF即：r1=cctgr1因为：r1MPa，φ，°cccsc因此求得：MPa

因此：AO=cctgMPa

r1ACcctgr1ABC≌ADE得：==r2r2AEAO解得：r2MPa

因此σ1=40.8+2×MPa

五、岩石的变形特色

一、解说下例名词术语

2、全过程曲线：反应单轴压缩岩石试件在破裂前后全过程的应力应变关系的曲线；

3、初始模量：应力—应变曲线在原点处的切线斜率；

4、切线模量：应力—应变曲线直线段的斜率；

2

5、割线模量：从应力—应变曲线的原点到初始裂点连线的斜率；

6、泊松比：是指在单轴压缩条件下，横向应变与轴向应变之比，即μ=d；

l

13、岩石的流变性：岩石的变形和应力受时间要素的影响，在外面条件不变的状况下，岩石的变形或应力随时间而变化的现象叫流变；

16、初始蠕变：在本阶段内，蠕变曲线呈下凹型，特色是应变最先随时间增大较快，但其应变率随时快速递减到B点抵达最小值；

17、等速蠕变：本阶段内，曲线呈近似直线，即应变随时间近似等速增添，直到C点；18、加快蠕变：本阶段蠕变加快展开直到岩石损坏；19、长久强度：把出现加快蠕变的最低应力值称为长久强度；

二、简答题

图示单轴压缩条件下岩石变形的全过程曲线，说明各特色点的地点和意义，简述岩石变形各阶

段及其体制。

σεDⅢvCⅢεCdⅣⅡBⅡεLBAAoⅠε扩容压缩答：单轴压缩条件下岩石变形的全过程曲线如上图所示：〔Ⅰ〕孔隙裂隙压密阶段〔OA〕，试件中原有张开性构造面或微裂隙渐渐闭合，岩石被压密，形成初期的非线性变形；〔Ⅱ〕弹性变形至微破裂稳固展开阶段AC〕，据其变形机理又可细分弹性变形阶段〔AB段〕和微破裂稳固展开阶段〔BC段〕，弹性变形阶段不单变形随应力成比率增添，并且在很大程度上表现为可恢复的弹性变形，B点的应力可称为弹性极限。微破裂稳固展开阶段的变形主要表现为塑性变形，试件内开始出现新的微破裂，并随应力加强而渐渐展开，当荷载保持不变时，微破裂也停止展开，这一阶段的上界应力〔C点应力〕称为折服极限；〔Ⅲ〕非稳固破裂展开阶段〔CD〕；因为破裂过程中造成的应力集中效应明显，即便外荷载保持不变，破裂仍会不停展开，并在某些单薄部位第一损坏，应力从头散布，其结果又惹起次单薄部位的损坏，挨次进行下去直到试件完好损坏；

〔Ⅳ〕损坏后阶段〔D点此后阶段〕：岩块承载力抵达峰值后，其内部构造完好损坏，但试件仍根本保持整体状，到本阶段，裂隙快速展开，交错且互相结归并形成宏观断裂面，今后，岩块变形主要表现

为沿宏观断裂面的块体滑移，试件承载力随变形增大快速降落，但其实不降到零，说明破裂的岩石仍有必定的承载能力；

简述岩石单轴压缩变形试验的试验方法、过程、和资料整理。

答：试样大多采纳圆柱形，一般要求试样的直径为5cm，高度为10cm，两头磨平圆滑，在侧面粘贴

电阻丝片，以便观察变形，用压力机对试样加压，在任何轴向压力下都丈量试样的轴向应变和侧向应变，

3

设试样的长度为l，直径为d，试样在荷p作用下轴向缩短Δl，侧向膨胀Δd，那么试样的轴向应变成：εl，y=l以及侧向应变成：εd，试样面积为p-应变曲线；A，那么σ=，依据数据绘制应力x=dA简述三轴条件下岩石的变形特色。

答：第一，损坏前岩块的应变随围压增大而增添，此外：随围压增大，岩块的塑性也不停增大，且

由脆性转变成延性，岩石由脆性转变成延性的临界围压称为转变压力，岩石越坚硬，转变压力越大，反之亦然；

图示岩石蠕变曲线，简述各阶段的力学特色。答：

εDⅠⅡⅢTPCUBAQVεRp0ot

〔Ⅰ〕初始蠕变阶段〔AB段〕或称减速蠕变阶段，本阶段内，曲线呈下凹型，特色是应变最先随时间增大较快，但其应变率随时间快速递减，到点抵达最小值；

〔Ⅱ〕等速蠕变阶段〔BC段〕或称稳固蠕变阶段，本阶段内，曲线呈近似直线，即应变随时间近似等速增添，直到C点；

〔Ⅲ〕加快蠕变阶段〔CD段〕：至本阶段蠕变加快展开至岩块损坏〔D点〕；

(6)分别图示马克斯威尔(Maxwell)模型和开尔文(Kelvin)模型。

E*σ1*ε1

Eησ*εσ*ε

σ*εσ*εσ1*ε1σ2*ε2η*σ2*ε2模型表示图Kelvin模型表示图

答：

简述岩石初裂的体制、工程意义和监测判断方法。

答：初裂的体制：荷载增添，岩石中的应力超出弹性极限，岩石内部新的裂纹产生和老的裂痕开始

扩展。监测判断方法：声发射仪测定，当发射仪记录到大批的声发射信号时，即可以为初裂开始。工程意义：预告岩石的损坏及地震的发生。

三、计算题

(2)岩石变形实验数据以下，a.作应力应变曲线、ε、ε(εacv)；b.求初始模量、切线模量、50%σc的割线模量和泊松比?。σ(MPa)1630476277921541644

εa(×10-6)18837555074093014121913损坏εc(×10-6)63100175240300350550损坏解：由公式：εvεc得：ε`a-2、175、200、260、330、712、713v=250那么初始模量：Ei=i=16i188切线模量：Et=21=7762=1521930740190割线模量：Es=50=7750930

泊松比：μ=c=

六、岩石的强度理论

一、解说下例名词术语

2、损坏判据(强度准那么)：用以表征岩石损坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关系，称为损坏判据；

3、脆性损坏：即岩石在荷载作用下没有明显察觉的变化就忽然损坏的损坏形式；

4、塑性损坏：岩石在损坏以前的变形很大，且没有显然的损坏荷载，表现出明显的塑性变形，流

动或挤出，这类损坏称为塑性损坏；

5、张性损坏：岩石在拉应力的作用下，内部连结被损坏，出现了与荷载方向平行的断裂；

6、剪切损坏：岩石在荷载作用下，当剪应力大于该面上的抗剪强度时，岩石发生的损坏称为剪切损坏；

8、莫尔强度理论：指资料在极限状态下，剪切面上的剪应力就抵达了随法向应力和资料性质而定的极限值；

二、计算题

对岩石试样作卸载试验，C=12kPa，φ=36o，当σ1=200MPa时，按莫尔–库伦判据，卸载达到损坏的最大围压σ是多少？3解：按莫尔–库论判据：2ccos31sin1sin1式得σ3。

，由C=12kPa，φ=36o，σ=200MPa。代入上1

5

三、计算题

如图a，在岩石试样中存在一构造面，

a.试证明按莫尔–库伦强度准那么导出的强度判据为：

sin(2)sin2Ccos1)sin3)sinsin(2sin(2式中C、φ为构造面参数。

解：解：a.由图b知，oo’=13，2因此：sinsin1802(13)/2cctg13/2

sin2cctg3sin1sin(2)(13)化简即可得：sin(2)sin2Ccos证毕；1)sin3)sin(2sin(2sin地下岩体中有一构造面，其倾角为40o。当在地下200m深处开挖一洞室，假如利用上题的公

式，仅考虑岩体自重应力，问该构造面在该洞室处会否滑动？(γ=26kN/m3，μ，构造面，φ=28o)解：：h,h3131,γ=26kN/m，μ，，φ=28o,β=40o,h=200m因此由公式：sin(2)sin2Ccos1)sin3)sinsin(2sin(2得：26200520032620011sin(24028)sin28262002103cos28sin(24028)sin281sin(24028)sin28

，故其不会滑动；

6

九、岩体中的天然应力

一、解说下例名词术语

1、天然应力：人类工程活动以前存在于岩体中的应力，称为天然应力或地应力；

2、重散布应力：地下开挖损坏了岩体天然应力的相对均衡状态，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散布作用，形成新的应力，这类应力称为重散布应力；

二、简答题

主要地应力测试方法。

答：a、水压致裂法；b、钻孔套芯应力排除法；

十、地下洞室围岩稳固性剖析

一、解说下例名词术语

1、围岩：在岩体中开挖洞室，惹起洞室围岩体中应力的重散布，应力重散布范围内的岩体叫做围

岩；

2、重散布应力：地下开挖损坏了岩体天然应力的相对均衡状态，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散布作用，形成新的应力，这类应力称为重散布应力；

5、塑性圈(松动圈)：如重散布应力超出围岩强度极限或折服极限，造成洞室周边的非弹性位移，这

种现象从周边向岩体深处扩展到某一范围，在此范围内的岩体称为塑性圈(松动圈)。

二、简答题

1、在静水压力状态下，围岩应力的散布有何特色？答：天然应力为静水压力状态时，围岩内重散布应力与θ角没关，仅与R和σ有关，因为τrθ，00=0那么为主应力，且σ、σ均为主应力，且σ恒为最大主应力，σ恒为最小主应力，其散布特色以下列图：rθθr

σ

σθσσ

ROo2RO3RO4RO5RO6RO

4、方形及矩形洞室的围岩应力散布有何特色？

7

答：矩形状洞室的角点或急拐弯力集中最大；方形短中点力集中大于中点，而角点

力大，岩最易失；当岩体中天然力σ、σ相差大，尽量使洞室平行于最大天然hv

力的作用方向。

三、算(2)一形洞室的直径5m，洞中心埋深610m，岩密度27kN/m3，泊松比，求：洞壁上各点的力并成曲(θ=0o、10o、20o、⋯、90o)。〔公式7-25〕解：σ×，λ=μ/〔1-μ〕=1/3=σ，σvσvh/h=σv洞壁上各点的力r0，r0，h(12cos2)v(12cos2)。16.47(12cos2)/316.47(12cos2)1cos2。0102030405060708090σ0θ

洞壁上各点的应力

50

45

40

35

30

25)a20PM15

值10力

应

5

0

0102030405060708090100

与水平线的夹角〔度〕

3(4)H=100m，a=3m，c=，φ=30o，γ=27kN/m，求：a.不出塑性区的岩力；b.允塑性圈厚度2m的岩力。〔公式7-37〕

解：由意得：0h2700kN/m2a.当不出塑性区,即R=a：2sina1sin(0cctg)(a)1sincctgR2sin301sin30(2700103ctg30)(a)1sin30103ctg30aPab.当允塑性圈厚度2m，即R235m，

8

2sina1sin(0cctg)(a)1sincctgR2sin301sin30(2700103ctg30)(3)1sin30103ctg305

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一、简答题〔5×4〕′

1、什么是岩石的全应力应变曲线？

岩石在单周压缩荷载作用下，应变随应力变化的关系曲线，包含〔1〕缝隙裂隙压密阶段；

2〕弹性变形阶段；〔3〕微弹性裂隙稳固展开阶段；〔4〕非稳固破裂展开阶段；〔5〕损坏后阶段。

2、岩石的蠕变？

岩石的应力保持不变，应变随时间增添而增添的现象。

3、岩体的构造面？

是指地质过程中在岩体内形成的拥有必定的延长方向和长度、厚度相对较小的地质面或带，又称为不连续面或带。

4、RQD法？取值方法？

钻探取芯的岩芯完好程度与岩体的原始裂隙、硬度、均质性等状态有关，钻探取芯的岩芯还原率〔岩芯采纳率〕可表征掩体质量，该表征指标称之为岩体质量指标〔RQD〕;RQD=Lp/L×100%(Lp:大于10cm的岩芯累计长度；L：岩芯取芯进尺总长度。

5、地应力？

地应力是指存在于地层中未受扰动的天然应力，也称原岩应力、岩体初始应力或绝对应力。

6、岩石的浸透性？

岩石在必定的水力梯度〔I〕或压力差作用下，水浸透或穿透岩石的能力。

二、简答题〔6×6〕′

1、岩石与岩体的差别与联系。

岩石是由矿物+岩屑在地质作用下按必定规律齐集而成德自然物体，岩体是由岩石、地质部

连续面和不连续面内填补物组合成的天然地质体，岩体因为构造面的存在强度远低于岩石的强度。

2、岩石的强度有哪几种种类；由那几个实验确立其特色值?

岩石的强度有：单轴抗压强度〔单轴压缩实验〕、抗拉强度(直接拉伸试验法，劈裂试验法，点载荷试验法，抗弯法试验)、抗剪强度〔抗剪断试验〕、三轴抗压强度〔真三轴加载实验，惯例三轴加载实验〕。

3、岩体的变形曲线能够分红哪几种种类；各有什么特色？

1〕岩体压缩变形曲线，特色：岩体的损坏过程一般呈柔性特色，往常岩体完好性越差，

岩体越破裂，应力降落就越小，岩体脆性越差；〔2〕岩体剪切变形曲线，特色：折服点此后，

岩体内某个构造体或面可能先被剪坏，出现应力降，未抵达峰值是甚至有频频应力降，当应

力降抵达必定值时未剪坏局部瞬时损坏，，并伴有大的应力降，随后产生稳固滑移；〔3〕岩

体法向变形曲线，特色：法向变形的曲线各异，按P-W曲线和变形特色大概可分为：直线

型、上凹形、上凸形、复合形。〔4〕岩体剪切变形曲线，特色：沿构造面剪切和剪断岩体的剪切曲线显然不一样，同时，沿平直圆滑构造面和粗拙构造面的剪切曲线也各异。

7、围岩分类及考虑的要素。

围岩分类分为：把围岩分为I～V类；考虑的要素有：岩石构造面及组合状态、岩体特征、

地下水状态、岩体