岩体力学思考题(含答案)

1111岩体力学思考题---15个学问点一.推断题(2x10=201、影响岩石蠕变的主要因素有岩性.应力.温度和湿度等。〔 〕。(一)蠕变：指在应力不变的状况下，岩石的变形随时间不断增长的现象。载,围压,湿度,温度等都对岩石蠕变有影响。载,围压,湿度,温度等都对岩石蠕变有影响。岩石蠕变特性岩石蠕变特性大量试验说明：岩石变形＝瞬弹变形+蠕变〔与时间有关〕1.岩性－针对不同岩石，弹性变形与蠕变比照存在差异1.岩性－针对不同岩石，弹性变形与蠕变比照存在差异2.应力水平影响蠕变量大小，蠕变速率3.蠕变试验得到典型蠕变曲线分为三段：①①AB－初期蠕变，蠕变速率ε递减卸载〔σ 〕＝PQ+QR〔全部恢复〕②②BC－恒速蠕变，恒定，〔单位时间增加ε一样〕＝瞬弹 +粘弹UV+不行恢复uv随时间连续 变形破坏③③CD－加速蠕变－不断增大变形破坏22222、在岩石真三轴试验过程中，中间主应力与最小主应力二者相等〔 。(二)试验室测定岩石力学性质时,先取岩芯,按标准Φ5x10cm5x5x10cm柱体，置于高压釜内水平方向加围压，竖向加载。于是有两种三轴压缩试验:σ1常規三轴压缩试验，试验时σ1≠σ2=σ3 σ2真三轴压缩试验，试验时 σ1>σ2>σ3 σ3 σ13、岩块的变形模量和泊松比受岩石矿物组成.构造构造.风化程度.空隙性.含水率.微构造面及其与荷载方向的关系等多种因素的影响〔 。(三)岩石变形——指多种地质力学环境因素〔如河谷下切、地应力释放、工程开挖等〕和工程荷载〔如水库蓄水、隧洞充水的水荷载〕共同作用岩石外形与大小发生变化。主要变形指标是变形模量和泊松比,由于岩石是非连续,非均勻，各向异性的弹塑性体,变形指标不是常量,因矿物组分.构造与构造.围压,孔隙度.含水量,产地等不同，变形模量和泊松比也各有差异。4、莫尔强度理论实质上是一种拉应力强度理论,不适用于塑性岩石。〔 。(四)莫尔认为无论岩石处于何种应力状态，破坏均为剪切破坏。分析库仑、莫尔、格里菲斯强度理论的根本观点并赐予评价。分析库仑、莫尔、格里菲斯强度理论的根本观点并赐予评价。答：答：库仑认为：岩石破坏为剪切破坏；岩石抵抗剪切破坏的力气由两局部组成：内聚力、内摩擦力。库仑强度理论是莫尔强度理论的直线形式。聚力、内摩擦力。库仑强度理论是莫尔强度理论的直线形式。3333所需的剪应力不仅与岩石性质有关，而且与作用在剪切面上的正应力有关。所需的剪应力不仅与岩石性质有关，而且与作用在剪切面上的正应力有关。格里菲斯认为：格里菲斯认为：不管岩石受力状态如何，最终在本质上都是拉伸应力引起岩石破坏。坏。评价：莫尔理论较好解释了岩石抗拉强度远远低于抗压强度特征，解释了三向等拉时破莫尔理论较好解释了岩石抗拉强度远远低于抗压强度特征，解释了三向等拉时破坏，三向等压时不破坏现象，但无视了中间应力的作用。格式理论推导岩石抗压强度为抗拉强度的8倍，反映了岩石的真实状况，较好证明白岩石在任何应力状态下都是由于拉伸引起破坏，但对裂隙被压闭合抗剪强坏，三向等压时不破坏现象，但无视了中间应力的作用。格式理论推导岩石抗压强度为抗拉强度的8倍，反映了岩石的真实状况，较好证明白岩石在任何应力状态下都是由于拉伸引起破坏，但对裂隙被压闭合抗剪强度增高解释不够。莫尔理论适用于塑性岩石，及脆性岩石的剪切破坏；不适用于拉断破坏。格式理论适用于脆性岩石及材料破坏。5、岩块的抗拉強度一般远大于其抗压強度。〔 〕1/10~1/18。6、岩块的单轴抗拉强度是选择建筑石材不行缺少的参数。〔 〕7、在一样条件下，圆形截面岩块试件的抗压强度一般要高于多边形截面试件的抗压強度。〔 〕8、在一样条件下，岩块试件的尺寸越大，岩块的抗压強度越大。〔 〕(五)尺寸效应：岩石试件的尺寸愈大，则强度愈低，反之愈高，这一现象称为“尺(五)尺寸效应：岩石试件的尺寸愈大，则强度愈低，反之愈高，这一现象称为“尺试件的大小、外形是如何影响岩石的力学性质的？缘由是什么？4444答：试件的外形和尺寸大小对强度的影响主要表现在高径比hd或高宽比h和横断面b积上。试件太长、高径比太大，会由于弹性不稳定提前发生破坏，降低岩石的强度。试件太短，又会由于试件端面与承压板之间消灭的摩擦力会阻碍试件的横向变形，使试件内部产生约束效应，以致增大岩石的试验强度。试件横断面积减小，会相应地增大端部约束效应，因而强度也会有所提高。我国压縮试验试件取Φ5x10cm或在岩石的室内单轴压缩试验中，对同一岩石试样所进展的试验中，如其余的条件均一样，则以下试样强度最高的是〔A〕A在岩石的室内单轴压缩试验中，对同一岩石试样所进展的试验中，如其余的条件均一样，则以下试样强度最高的是〔A〕A〕圆柱形试件B〕六角菱柱形试件C〕四角菱柱形试件D〕三角菱柱形试件9.岩石的含水量越高，其抗压強度越高〔 〕(六)对岩石强度而言，含水量加大.孔隙度加大或孔隙压力加大时，均使岩石强度降低。含水量越高则会使岩石强度降低越多。10、在一样的条件下，正六边形截面岩块试件的抗压強度高于圆形截面试件的抗压強度。( )二填空题(2x10=201、岩体构造面分析 主要争论岩石的切割和裂开理论以及岩体的动力特性。。2、岩体在 作用下表现出来的性质，称为水理性质。(七)岩石遇水后会引起某些物理、化学和力学性质的转变，岩石的这种性质称为岩石的水理性。3、在外部条件不变的状况下，岩石的变形或应力隨时间而变化的现象为 。5555流变性：指在外界条件不变时，岩石应变或应力随时间而变化的性质。4.岩体的动力变形参数可通过激振器如超声波 确定。5、 成的，如羽毛状张裂.纵张及横张裂开面，岩漿岩中的冷凝节理等。(八)构造面：①指在地质历史进展过程中岩体内形成的具有确定的延长方向和长度，厚度相对较小的宏观地质界面或带。②又称弱面或地质界面，如假整合、不整合、褶皱、断层、层面、节理和片理等。剪性构造面是剪应力形成的，裂开面两侧岩体产生相对滑移，其剪切刚度量值打算在较低围压下，岩体的破坏方式有剪切破坏和张拉破坏两种根本类型。按构造面力学成因，可将其分为剪性构造面和张性构造面两类。张性构造面由拉应力形成的；剪性构造面是剪应力形成的，裂开面两侧岩体产生相对滑移，其剪切刚度量值打算于构造面本身的起伏粗糙程度和強度，以及法向应力大小，法向刚度主要取决于结构张开状态和岩体的风化程度。于构造面本身的起伏粗糙程度和強度，以及法向应力大小，法向刚度主要取决于结构张开状态和岩体的风化程度。由于工程活动转变了岩体中的应力称为 。(九)初始地应力：岩体中存在的未受到工程扰动的原始应力状态下的应力。静水应力状态：在岩石力学中，地下深部岩体在自重作用下，岩体中的水平应力和垂直应力相等的应力状态。深层岩体自然应力状态近于静水应力状态，即σ1<σ2=σ3。σ1σ1<σ2=σ3。3；自重应力由于岩体自重而产生的自然应力叫自重应力重力场中以铅直应力σh 为6666主,水平应力σ=kσ ，k =µ/(1-µ)，称为侧压力系数,µ为泊松比。v 0 h 0构造应力：由于地质构造活动在岩体中引起的应力场，这种应力与确定范围地质构造有关，其主要特点是水平应力大于覆岩垂直应力重量。这一作用可以持续到地层深处。应力重分布：岩体受到工程活动扰动，引起岩体中初始应力的转移变化形成的的应力场状态。二次应力：相对于初始应力而言，岩体上或岩体内部受到人类工程活动扰动，引起初始应力自然平衡状态的转变，使确定范围内的原始应力重分布形成的的应力称为二次应力，或称次生应力。次生应力直接与工程稳定性有关。试述自重应力场与构造应力场的区分和特点。答：自重应力场是岩体自重应力在空间的有规律分布；构造应力场是确定区域内具有成生联系的各种构造形迹在不同部位应力状态的总称。两者都是自然应力场的组成局部，自重应力场是由上覆岩体的重量引起的，而构造应力是空间和时间的函数，是随构造形迹的进展而变化的非稳定应力场。答：自重应力场是岩体自重应力在空间的有规律分布；构造应力场是确定区域内具有成生联系的各种构造形迹在不同部位应力状态的总称。两者都是自然应力场的组成局部，自重应力场是由上覆岩体的重量引起的，而构造应力是空间和时间的函数，是随构造形迹的进展而变化的非稳定应力场。简述地壳浅部地应力分布的根本规律。答：地壳浅层岩体中绝大局部应力场是以水平应力为主的三向不等空间应力场，三个主应力的大小和方向是随空间位置而变化的。答：地壳浅层岩体中绝大局部应力场是以水平应力为主的三向不等空间应力场，三个主应力的大小和方向是随空间位置而变化的。简述地应力分布的根本规律？〔〔〕hh〔3〕水平地应力普遍大于垂直地应h〔4〕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〔5〕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。7777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、岩体构造持征、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。滑移失稳破坏。洞室开挖以后，如不准时支护洞顶岩体将不断垮落而形成一个拱形，称为压力拱。膨胀围岩由于矿物吸水膨胀，产生对支护构造的挤压，称为地下开挖后，洞壁的应力集中最大，当它超过围岩的屈服极限时，洞壁围岩就由弹性状态转化为塑性状态，并在围岩中形成一个塑性区 。(十)地下洞室围岩稳定性分析(十)地下洞室围岩稳定性分析围岩：指由于人工开挖使岩体的应力状态发生了变化，而这局部被转变了应力状态的岩体称为围岩。地下工程开挖过程中，在发生应力重分布的那一局部工程岩体称为围岩。称为围岩压力。围岩压力：地下洞室围岩在重分布应力作用下产生过量的塑性变形或松动破坏，进变形挤压力或塌坍岩体称为围岩。称为围岩压力。形变围岩压力：指围岩在二次应力作用下局部进入塑性，缓慢的塑性变形作用在支护上形成的压力，或者是有明显流变性能的围岩的粘弹性或者粘弹—粘塑性变形形8888成的支护压力。一般发生在塑性或者流变性较显著的地层中。松动围岩压力：指因围岩应力重分布引起的或施工开挖引起的松动岩体作用在隧道或坑道井巷等地下工程支护构造上的作用压力。一般是由于裂开的、松散的、分别成块的或被破坏的岩体坍滑运动造成的。冲击围岩压力：冲击围岩压力：是地下洞室开挖过程中，在超过围岩弹性限度的压力作用下，围岩产生内破坏，发生突然脆性破坏并涌向开挖(采掘)空间的一种动力现象。强度较高且完整的弹脆性岩体，承受过大力的作用后，突然发生岩石弹射变形所引起的围岩压力。膨胀围岩压力：在遇到水分的条件下围岩常常发生不失去整体性的膨胀变形和位移，形变压力的现象。应力集中：受力物体或构件在其外形或尺寸突然转变之处引起应力在局部范围内显著增大的现象。一般以高于〔低于〕5%为界，划分集中应力影响范围。应力集中系数：指岩体中二次应力与原始应力的比值，也可用井巷开挖后围岩中应力与开挖前应力的比值来表示。侧压系数：岩体中一点的水平应力与垂直应力的比值。k =µ/(1-µ)简述围压对岩石力学性质的影响。0简述围压对岩石力学性质的影响。影响巷道围岩稳定的主要因素有哪些？围压可转变岩石的力学性状。围压增大致使塑性增大、峰值强度增高、破坏前变形加大。试验时加载速率大，导致弹性摸量大、强度指标高。影响巷道围岩稳定的主要因素有哪些？围岩强度、应力集中程度、原始应力大小、巷道支架的支撑力巷道围岩受地压作用产生的三区分别为塑性区、弹性区、原始应力区。巷道围岩受地压作用产生的三区分别为塑性区、弹性区、原始应力区。9999弹性区围岩具有弹性或粘弹性位移，位移与岩石弹性性质有关。弹性区围岩具有弹性或粘弹性位移，位移与岩石弹性性质有关。大量试验说明，塑性变形与静水应力无关，只与应力偏量有关，与剪应力有关。意义：在岩土工程中大量试验说明，塑性变形与静水应力无关，只与应力偏量有关，与剪应力有关。意义：在岩土工程中1.边坡开挖坡面回弹变形坡体二次应力＝地应力+开挖效应释放荷载坡体稳定性评价：刚体质量消逝基于应力的强度分析2.坝基：二次应力场＝地应力+开挖效应+建筑物附加应力场3.地下洞室：地应力围岩稳定分析〔围岩的变形、稳定〕的根本荷载〔力源，二次应力＝初始地应力+开挖效应附加应力场在巷道围岩把握中，可实行哪些措施以改善围岩应力条件？在巷道围岩把握中，可实行哪些措施以改善围岩应力条件？答：选择合理的巷道断面参数〔外形、尺寸答：选择合理的巷道断面参数〔外形、尺寸，避开拉应力区产生〔无拉力轴比；巷道轴线方向与最大主应力方向全都；将巷道布置在减压区〔沿空、跨采、卸压巷道轴线方向与最大主应力方向全都；将巷道布置在减压区〔沿空、跨采、卸压。三.名词解释(4x5=201.构造面剪切刚度(十一)定义：在剪切应力作用下，峰值前构造面产生单位剪切位移所需要的应力，数值上等于峰值前τ− ∆u曲线上一点的切线斜率，即Kn

(MPa/cm)u意义：反映构造面剪切变形性质的重要参数，是岩体力学性质参数估算及岩体10101010确定方法:试验法，阅历估算法。2、围岩抗力系数〔弹性P洞壁围岩必定向外产生确定的位移△α，则定义围岩的弹性抗力系数为K＝P／△α。此时K的物理意义为促使隧洞洞壁围岩产生单位径向位移所需的靜水压力值。单位抗力系数：隧洞围岩的弹性抗力系数不仅与隧洞的地质条件有关，而且与隧洞的半径有关，为了统一，在工程上规定洞径为200cm时隧洞围岩的抗力系数定义为单位抗力系数。3、稳定性系数(十二)假设岩基中存在脆弱构造面，需验算建筑物根底下的岩体是否可能沿脆弱构造面产生滑动。稳定性系数则是反映滑动面上抗滑力与滑动力的比例关系，用以说明边坡岩体的稳定程度。要选定假设干个可能的滑动面分别进展试算，以便求得最小稳定系数及其相应的危急滑动面。中选定后，有两种方法计算稳定系数Ks:极限平衡法和等稳定系数法。4.強度判据强度准则：表征岩石破坏时的应力状态和岩石强度参数之间的关系，一般可以表示为极限应力状态下的主应力间的关系方程：σ1＝f〔σ2，σ3〕或τ＝f〔σ。破坏准则：用以表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关11111111系，是在极限状态下的“应力—应力”关系。岩石在确定的受力条件下可能要发生破坏,用来推断岩石是否破坏需用到破坏判据。岩石在确定的受力条件下可能要发生破坏,用来推断岩石是否破坏需用到破坏判据。破坏判据：表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关系，称为破破坏判据：表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关系，称为破坏判据或称强度准则、强度判据。坏判据或称强度准则、强度判据。在岩体力学争论中,用到的判据主要有:库仑--纳维尔判据、莫尔判据、格里菲斯判在岩体力学争论中,用到的判据主要有:库仑--纳维尔判据、莫尔判据、格里菲斯判据和八面体强度判据。据和八面体强度判据。5、卸荷回弹(十三)基坑开挖是一个卸荷过程，上部岩土体的挖出，自重应力的释放，势必引起基坑底部岩土体的膨胀变形，从而产生基底回弹，即所谓的卸荷回弹。回弹量的大小是推断基坑稳定性和将来建筑物沉降的重要因素之一，因此争论基坑卸荷回弹并计算回弹量是保证基坑稳定，減少沉降危害的有效手段之一。四.简答题(12+12+16=40围压对岩块变形有什么影响?1、 三向作用下岩石的力学性质？制；制；3围压对岩石极限强度的影响；4〔附说明：1三向作用下岩石与单轴压缩条件的应力应变曲线类似有弹性变形阶段、塑性变形阶段、应力下降阶段、摩擦阶段。段、应力下降阶段、摩擦阶段。2不同围压下变形特征不同：高强度坚硬致密岩石曲线斜率受围压影响小根本不变即弹性模量不因围压增高而转变，表现为常刚度变形。刚度变形。3对任何岩石当围压到达确定水平是，以塑性变形为主与之对应的破坏由脆性转为延性。4随着围压的增大，岩石的三轴极限强度也增大，但其1212增大的速率依岩性的不同而不同，对脆性破坏的岩石其极限强度随围压的增长很增大的速率依岩性的不同而不同，对脆性破坏的岩石其极限强度随围压的增长很〕〕简述岩石三向压缩的变形特点？〔〕围压〔侧向应力〕增加，岩石的强度增大；〔2〕围压〔侧向应力〕增加，岩石的剩余强度增大；〔3〕围压〔侧向应力〕增加，岩石的塑性变形增大。岩石脆性与塑性是相对的。〔4〕围压增加，岩石扩容削减，甚至不消灭扩容。试论述影响岩质边坡变形破坏的因素。(十四)1、岩性打算岩体边坡稳定性的物质根底。2、岩体构造岩体构造及构造面的发育特征是岩体边坡破坏的把握因素。3对岩体产生动水压力和静水压力。4、风化作用使岩体内裂隙增多、扩大，透水性增加，抗剪强度降低。5、地形地貌 响边坡的变形破坏形式及边坡的稳定性。〔台面〔台面在2900-2200m，由西部威宁、赫章、水城一带的高原组成；其次梯级〔台面〕海拔降到1500-1000m由贵州中部山原〔黔北、黔南〕丘原〔黔中〕组成；第三梯级〔台面〕海拔连续降800-500m、由江口-镇远以东的低山丘陵组成。1213136、地震产生地震惯性力7、自然应力8、人为因素某岩体中开挖始终径为6m的水平圆形洞室,埋深400m，洞室围岩剪切強度参数为;C=9MPa,Φ=400136、地震产生地震惯性力7、自然应力8、人为因素假设为弹性岩体平面应变问题进展处理；用摩尔-库仑破坏准则评价。解〔〕由题意知该巷道掩盖岩层的容重g2.71027kN/m3；巷道处的垂直应力 H4002710.8MPa并由侧压力系数为得水平应力 10.8MPa。v h v由此得该圆形巷道处于静水压力下。依据摩尔-库仑破坏准则知岩石破坏时的破坏面与水平面的夹角为450，并由题意知岩石的内摩擦角40C=9MPa2 由摩尔-库