岩体力学复习答案最终版

1、如何获得岩石的全应力-应变曲线？他在分析岩石力学特性上有何意义？全应力-应变曲线也称作为应力应变全过程曲线，仅用一般的单轴或者三轴压力试验机所得到的结果只能反映岩石破坏前期的应力-应变关系曲线，其过程段表现不全面，岩石在猛烈撞击之后便失去了承载能力，所以这个过程不能够完全反映岩石的应力应变曲线的全过程。通过刚性试验机，并利用伺服控制系统，适当控制加载速度从而来得到岩石全应力应变曲线，并简单对岩石反复加载的应力应变下去进行分析。意义：(1)

全应力-应变曲线是指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;(2)全应力-应变曲线的工程意义在于它能预测岩爆,保证作业人员的工作安全,同时能预测需变破坏和预测循环加载条件下的岩石的破坏,工程中能利用岩石的这些性质完成工程项目，节约成本;2、岩块单轴压缩条件下的峰值前应力-应变曲线有哪几种类型？请画出相应的应力-应变曲线。类型Ⅰ:变形特征近似为直线，直到发生突发性破坏，以弹性变形为主。如玄武岩、石英岩、辉绿岩等坚硬、极坚硬岩石表现出该类变形特征。类型Ⅱ:开始为直线，至末端则出现非线性屈服段。如石灰岩、砂砾岩和凝灰岩等较坚硬且少裂隙的岩石常表现出该变形特征。类型Ⅲ:开始为上凹型曲线，随后变为直线，直到破坏，没有明显的屈服段。如花岗岩、砂岩及平行片理加载的片岩等坚硬而有裂隙发育的岩石常具这种变形特征。类型Ⅳ:中部很陡的“S”形曲线。如大理岩和片麻岩等某些坚硬变质岩常表现出该变形特征。类型Ⅴ:中部较缓的“S”形曲线。是某些压缩性较高的4岩石如垂直片理加载的片岩常见的曲线类型。4类型Ⅵ:开始为一很小的直线段，随后就出现不断增长的塑性变形和蠕变变形。如盐岩等蒸发岩和极软岩表现出该变形特征。3、分别总结结构面的法向变形与剪切变形的主要特征？①开始时随着法向应力的增加,结构面闭合变形迅速增长。②从变形上看，在初始压缩阶段，含结构面岩块的变形△Vt，主要是由结构面的闭合造成的。③试验研究表明，当法向应力大约在，1/2σc处开始，含结构面岩块的变形由以结构面的闭合为主转为以岩块的弹性变形为主。④结构面的σ-△Vj,曲线大致为一以△Vj=Vm为渐近线的非线性曲线（双曲线或指数曲线)。⑤结构面的最大闭合量始终小于结构面的张开度（e）。剪切变形的特征：结构面的剪切变形均为非线性曲线。4.结构面的法向刚度与剪切刚度的定义如何？各自如何确定？答:法向刚度是反映结构面法向变形性质的重要参数，其定义为:在法向应力作用下，结构面产生单位法向变形所需要的应力。其大小以曲线上一点切线的斜率表示，即。确定方法是直接用试验方法求得结构面的曲线后，在曲线上求得。剪切刚度是反映结构面剪切变形性质的重要参数,大小用结构面峰值前的曲线斜率表示，。由室内、现场剪切试验测得求得。5.什么是岩体质量指标分类？简述RQD分类法和我国的工程岩体分类标准。岩石质量指标简称RQD，指每次进尺中等于或大于10cm的柱状岩芯的累计长度与每个钻进回次进尺之比(以百分数表示)。(RQD):

岩石质量指标，该法是利用钻孔的修正岩芯采取率来评价岩石质量的优劣。即用直径为75mm的金刚石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进，连续取芯，回次钻进所取岩芯中，长度大于10cm的岩芯段长度之和与该回次进尺的比值，以百分比表示。显然RQD主要反映岩石完整程度，即裂隙在该地段地层中的发育程度。按RQD值的高低，将岩石质量划分为五类:类别RQD(%)岩石质量:190~100好；275~90较好；350~75一般；425~50很差；5<25很差6、水压致裂法的基本测量原理测量原理：由弹性理论可知，钻孔位于无限岩体，受到二维应力场（σ1，σ2）的作用时，在钻孔周围的应力为：σθ=σ1+σ2-2（σ1-σ2）·cos2θ(1)、σr=0(2)、σθ——钻孔周边的切向应力；σr——钻孔周边的径向应力；θ——周边一点与σ1轴的夹角。当θ=0时，σθ取最小值，σθ=3σ2-σ1，在孔内加入压力Pi,当Pi超过孔壁处的最小压应力和岩体的抗拉强度之和时，孔壁就会破裂，此时，在θ=0的方向，即σ1轴的方向会产生裂隙，即：Pi=3σ2-σ1+T(3)、如果继续加压，直到裂隙深度达到3倍孔径时，此时已接近原岩应力状态，停止加压，保持压力恒定，将该恒定压力记为Ps,则由图3-7可见，Ps与σ2相平衡，即Ps=σ2（4）、只要测量出岩体的抗拉强度T和记录的Pi和Ps就可由（3），（4）式求出σ1和σ2。这样就可得出σ1和σ2的大小和方向。如果孔内有裂隙水压P0,则（3）式变为：Pi=3σ2-σ1+T-P0(5)、在不测试岩体的抗拉强度条件下，通过增加一个环节，即可求出σ1和σ2。在初始裂隙产生后，将水压卸除，使裂隙闭合，然后再重新向封隔段加压，使裂隙重新打开，记录裂隙重新开时的压力Pr,则有：Pr=3σ2-σ1-P0(6)、由（5）和（6）式，可求出σ1和σ2。7、水压致裂法的主要测量步骤水力压裂法又称水压致裂法。一种绝对地应力测量方法。(a)打钻孔到准备测量应力的部位；并将钻孔中待加压段用封隔器密封起来；(b)向隔离段注入高压水，记录孔裂开时的压力值Pi,继续加压，直到裂隙扩张到孔径的3倍，关闭高压水系统，保持水压恒定，此时的应力为关闭应力，记为Ps，最后卸压，使裂隙闭合，此时孔内压力为P0。(c)重新向密闭段注入高压水，使裂隙重新打开，记录裂隙重新打开时的压力Pr,和随后的恒定关闭压力Ps,其孔内压力时间曲线如图3-9。(d)将封隔器卸压，从孔中取出，(e)用摄象机记录孔内的水压致裂裂隙，天然节理、裂隙的位置、方向和大小。8、什么叫蠕变、松弛、弹性后效和流变？蠕变：当应力不变时，变形随时间增加而增加的现象。松弛：当应变不变时，应力随时间的增加而减小的现象弹性后效：加载和卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。岩石流变就是指材料的应力-应变关系与时间因素有关的性质，材料变形过程中具有时间效应的现象称为流变现象。9、蠕变包括几个阶段、阶段的特点蠕变是指岩石在恒定的载荷作用下，其变形随时间而逐渐增大的性质。①初始蠕变阶段

曲线呈下凹型，应变最初随时间增大较快，但其应变率随时间迅速递减，到B点达到最小值。②等速蠕变阶段

曲线近似呈直线，应变随时间近似等速增加，直到C点。③加速蠕变阶段

曲线呈上凹型，应变率随时间迅速增加，应变随时间增长越来越大,其蠕变加速发展直至岩块破坏。10.试论述Coulomb（库伦）,Mohr（莫尔）,Griffith（格里菲斯）三准则的基本原理、主要的区别及其它们之间的关系。库仑准则（Coulomb）:岩石的破坏主要是剪切破坏，岩石的强度，既抗摩擦强度等于岩石本身抗剪切摩擦的粘结力和剪切面上的法向力产生的摩擦力。莫尔把库仑准则推广到三向应力状态。实质：岩石到达极限状态时，滑动平面上的剪应力达到一个取决于正应力与材料性质的最大值，即σ=f(τ)。对应于各种应力状态（单轴、双轴和三轴压缩）下的破坏的岩石的莫尔应力圆的包络线，称为莫尔强度包络线。如果岩石的应力圆位于莫尔强度包络线内，则岩石不会产生破坏，如果岩石的应力圆与莫尔包络线相切或相交，则岩石会产生破坏。莫尔强度包络线的曲线型式有几种：斜直线型，二次抛物线型，双曲线型等。格里菲斯（Griffith）理论：在脆性材料中，其材料断裂的起因是分布在材料中的微小裂纹尖端有拉应力（这种裂纹称为Grifith裂纹）所致。区别：格里菲斯（Griffith）理论中岩石的破坏机理是岩石受到拉应力破坏所致。库仑准则和莫尔强度理论则认为岩石破坏是岩体内的某个面上的剪切应力超过了剪切强度值。莫尔强度理论的包络线包括了库仑准则的直线型，还包括抛物线型和双曲线型强度准则，因此，应用更广。12.边坡岩体的变形破坏有哪些类型？单平面滑动与楔形滑动的特点是什么？变形类型：(1)卸荷回弹：成坡前边坡岩体在天然应力作用下早已固结，在成坡过程中，由于荷重不断减少，边坡岩体在减荷方向(临空面)必然产生伸长变形，即卸荷回弹。蠕变变形边坡岩体中的应力对于人类工程活动的有限时间来说，可以认为是保持不变的。在这种近似不变的应力作用下，边坡岩体的变形也将会随时间不断增加，这种变形称为蠕变变形。破坏类型：平面滑动、楔形状滑动、圆弧形滑动、倾倒破坏。平面滑动特点：滑动面倾向与边坡面基本一致，并存在走向与边坡垂直或近垂直的切割面，滑动面的倾角小于边坡角且大于其摩擦角。楔形滑动特点：两个倾向相反的滑动面，其交线倾向与坡向相同，倾角小于坡角且大于滑动面的摩擦角，常见于坚硬块状岩体边坡中。13.何谓塑性松动圈？具有塑性圈后围岩中的重分布应力如何变化？塑性松动圈：当集中后的应力值超过岩体的强度极限或屈服极限时，洞周围岩石首先破坏或出现大的塑性变形，并向深部扩展形成一定范围松动圈。特征为：应力重分布径向应力向洞壁方向逐渐减小为零至洞壁处为0，切向应力在洞壁处增大为初始应力的两倍。分布范围一般为洞室半径的5-6倍。14.何谓围岩压力？按其形成原因可分为哪几类？各自用什么方法确定？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，进而引起施加于支护衬砌上的压力，称为围岩压力。按围岩压力的形成机理、可将其划分为：（1）形变围岩压力，

由于围岩塑性变形如塑性挤入、膨胀内鼓、弯折内鼓等形成的挤压力。（2）松动围岩压力、

由于围岩拉裂塌落、块体滑移及重力坍塌等破坏引起的压力。这是一种有限范围内脱落岩体重力施加于支护衬砌上的压力，（3）冲击围岩压力，

由岩爆形成的一种特殊围岩压力。14.何谓围岩抗力及围岩抗力系数？常用什么方法确定抗力系数？围岩抗力：在有压洞室中，作用有很高的内水压力，并通过衬砌或洞壁传递给围时围岩将产生一个反力。围岩抗力系数：是表征围岩抵抗衬砌向围岩方向变形能力的指标，定义为使洞壁生一个单位径向变形所需的水压力。常用方法：直接测定法、计算法和工程地质类比法三种。15.应力解除法基本原理、测量步骤、测量方法应力解除法的基本原理是:岩体在应力作用下产生变形(或应变)。当需测定岩体中某点的应力时，可将该点一定范围内的岩体与基岩分离，使该点岩体上所受应力解除。这时由应力产生的变形(或应变)相应恢复。通过一定的量测元件和仪器量测出应力解除后的变形值，即可由确定的应力与应变关系求得相应应力值。测量步骤：①选点钻孔直径大约在130cm。②在孔底转孔直径大约36cm。③安装应变计与应变仪连接，测记稳定初始读数。④套钻解除，在应力解除过程中，测记应变计读数至完全解除为止。⑤取出岩芯，在室内求取岩石的Em⑥按公式求解测量方法：钻孔位移法，钻孔应力大，钻孔应变发。16.某岩块为7cm×7cm×7cm的立方体试块。当试块承受200kN压力后，试块轴向缩短0.003cm，横向增长0.000238cm。试求试块的弹性模量和泊松比。17.边坡防护原则：预防为主，治理为辅，因地制宜，全面规划，防患于未然。边坡防护措施(六字经验)：避，排，挡，减，固，植避：避开滑坡体对建(结)构物的影响；排：排水导流，形式有截水沟、排水沟、泄水隧洞；挡：抗滑桩，挡土墙等；减：消坡减重，反压阻滑；固：物理化学加固，改变岩土性质，提高强度，锚固;植：植树造林，稳固边坡18.重分布应力状态：开挖洞室周边岩体向开挖空间松张变形，使围岩中的重新分布形成新的应力状态。内容：①开挖前原岩应力状态的确定；②开挖后围岩重分布应力(二次应力)的计算；③支护衬砌后围岩应力状态的改善。围岩应力重分布作用：地下工程开挖导致一定范围内原岩应力、应变调整而引起岩体中原岩应力大小、方向和性质改变的作用。围岩：指围岩重分布应力状态静水压力状态下圆形洞室围岩重分布应力当λ=1时，σh=σv=σ0，此即轴对称圆形洞室围岩的弹性应力状态。，。说明：围岩重分布应力与极角θ无关，是轴对称平面变形问题；岩体内无剪应力，即τrθ=0，σr和σθ均是主应力，仅与洞室尺度R0和原岩应力大小σ0有关，且σθ为最大主应力，σr为最小主应力。19、平衡拱理论：提出者：普罗托耶科诺夫(俄国)，又称普氏理论。观点：洞室开挖后会形成一个塌落拱，若洞室侧壁稳定，则拱高随塌落不断增加；反之，拱跨和拱高将同时增大；当埋深H>5b1(拱跨)时，最终在围岩中形成一个自然平衡拱，平衡拱内的破碎岩体重量即松动围岩压力。20.普氏理论计算的两个基本假设:

①硐室围岩为无内聚力的散体;

②洞顶围岩中能够形成稳定的自然平衡拱一关键;要求必须保证硐室有足够的埋深，并且形成的自然平衡拱的硐顶岩体只能承受压应力不能承受拉应力。其次，在实际应用中，坚固性系数f值的确定除了按公式计算外，还必须根据施工现场、地下水的渗漏情况、岩体的完整性等，给予适当的修正,使坚固系数更全面地反映岩体的力学性能。21.围岩压力：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(塌方、滑移)，进而引起施加于支护衬砌上的压力，又称为地压。围岩压力是洞室支护衬砌设计及施工的主要依据，根据围岩压力形成机理不同可将其分为①形变围岩压力；②松动围岩压力；③冲击围岩压力。22.构造应力与构造应力场：由于地质构造运动所产生的应力，或者地壳中长期存在的促使构造运动发生和发展的内在力，称为构造应力。构造应力在空间有规律的分布状态称为构造应力场。23.自重应力与自重应力场：地壳上覆岩体由于受到地心引力作用而产生的应力，它是由岩体自重引起的。自重应力在岩体空间有规律的分布状态即自重应力场。24.边坡破坏的基本类型：①崩塌：是指块状岩体与岩坡分离向前翻落而下。崩塌一般以边坡表面的破坏现象体现。原因：岩坡过陡或风化作用。②倾倒破坏：结构面切割－倾向与坡面倾向相反的陡立柱状或板状体；软岩－弯曲，硬岩－翻倒。③平面滑动：单平面滑动，同向双平面滑动，多平面滑动。④楔形状滑动：两组结构面(滑动面)的交线倾向与坡面倾向相同时的滑坡，常见于坚硬块状岩体边坡中。⑤圆弧形滑动：滑动面近似圆弧形，发生于强烈破碎、剧风化岩体等非成层的均质岩体，或软弱边坡岩体中。25.分析与计算的基本假设：①边坡岩体沿某一结构面(滑动面)产生滑移剪切破坏;②滑体在滑动过程中相对位置不变化，即为刚体；③滑动面上的应力分布均匀；④不考虑滑体两侧的抗滑力。稳定性系数η=滑动面抗滑力矩Ms/滑动力矩Mr；η>1稳定；η≦1不稳定课堂测验一1描述结构面形态的参数指标有哪些？答:描述结构面的八个基本参数有一、产状，结构面的产状是结构面空间形态的具体描述;二、间距，结构面的间距指相邻结构面的垂直距离，它反映结构面的密集程度，即岩体的破碎程度;三、延展性，反映结构面的规模大小;四、粗糙度和起伏度，反映结构面切向摩擦阻力的大小，也就是切向抗剪切能力的大小;五、结构面面壁强度，同样反映结构面切向剪切能力的强弱;六、结构面的开度与充填物，这个参数直接影响结构面切向抗剪能力;七、结构面的渗透性，反映了水对结构面的影响程度;八、结构面的组数和岩块的尺寸。2什么是结构面和结构体？结构面：又称为弱面，外文称为不连续面或节理，是指地质历史发展过程中在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度、厚度相对较小的地质界面或地质带，它包括物质分异面和不连续面结构体：是指被结构面切割围限的岩石块体。结构体的特征用其规模、形态及产状等描述。3单结构面得剪切破坏条件是什么？据此写出岩体得单轴抗压强度表达式？条件表达式4若岩体沿结构面发生破坏，则该结构面法线与最大主平面得夹角应为多少？课堂测验二1.在长三轴实验条件下，岩石的极限应力如何计算？用主应力、岩石破裂角和单轴抗压强度表示Coulomb准则。coulomb准则：2.写出任意斜截面上正应力、切应力和应力Mohr圆的一般表达式剪应力：正应力：应力摩尔圆：3.Griffith强度准则的基本观点是什么？其破坏判据是什么？基本观点：岩石断裂是分布在其中的微小裂纹尖端有拉应力集中。破坏判据：主应力：即达到破坏4.将某岩石试件进行单轴压缩实验，其压力达到40Mpa时岩石发生破坏，破坏面与水平面的夹角为60°，设该岩石服从Mohr-Coulomb破坏准则，试求该岩石的内摩擦角Ψ和粘聚力C，并写出Mohr-Coulomb方程式。破裂角：试写出静水状态下开挖圆形洞室后围岩重分布应力的表达式，并画出其分布图σr=σo（）σθ=σo（）Τrθ=0设测压系数为λ，试问开挖圆形洞室后围岩重分布应力，洞室两侧壁和顶底方向的重分布应力大小？σr=0σθ=σh+σv-2（σh-σv）cos2θτrθ=0σr=0σθ=σv[1+λ+2（1-λ）cos2θ]τrθ=0在洞壁两侧，θ=0或π，cos2θ=1，所以σr=0σθ=（3-λ）σvτrθ=0在洞顶、底部位置，θ=π/2