2025年地质工程师《岩石力学》备考题库及答案解析

2025年地质工程师《岩石力学》备考题库及答案解析一、单项选择题（每题1分，共30分）1.在岩石三轴压缩试验中，若围压σ₃保持恒定，轴向应力σ₁持续增加，岩石最终破坏形式最可能表现为A.剪切破坏  B.张拉破坏  C.劈裂破坏  D.流动破坏答案：A解析：围压存在时，岩石内部微裂隙受侧向约束，主控破坏机制为沿潜在滑移面的剪切错动，莫尔圆与强度包络线相切时发生剪切破坏。2.下列哪项参数最能直接反映岩石抗拉强度A.点荷载强度指数Is(50)  B.巴西劈裂强度σt  C.单轴抗压强度σc  D.弹性模量E答案：B解析：巴西劈裂试验通过径向压缩圆盘试件，在中心区域产生近似均匀拉应力，其峰值荷载换算得到的σt即为岩石抗拉强度。3.某砂岩测得孔隙率n=12%，颗粒密度ρs=2.68g/cm³，饱和密度ρsat最接近A.2.30g/cm³  B.2.40g/cm³  C.2.50g/cm³  D.2.60g/cm³答案：B解析：ρsat=ρs(1−n)+ρwn=2.68×0.88+1.0×0.12≈2.40g/cm³。4.在Hoek-Brown强度准则中，参数mi的物理意义是A.岩石类型常数  B.围压影响系数  C.节理粗糙度系数  D.扰动因子答案：A解析：mi为完整岩石的Hoek-Brown常数，仅与岩性有关，花岗岩mi≈32，泥岩mi≈7。5.对同一岩样进行多次单轴压缩试验，其应力-应变曲线后阶段出现“扩容”现象，说明A.岩石内部裂隙闭合  B.岩石发生塑性流动  C.体积应变由压缩转为膨胀  D.弹性模量增大答案：C解析：扩容指体积应变εv由负转正，对应微裂隙不稳定扩展，是岩石临近破坏的前兆。6.在地下洞室围岩分类Q系统中，下列哪项因素权重最高A.RQD  B.节理组数Jn  C.节理粗糙度Jr  D.应力折减系数SRF答案：B解析：Q=(RQD/Jn)×(Jr/Ja)×(Jw/SRF)，Jn位于分母，其值越大Q值越小，对围岩质量影响最敏感。7.某岩体现场波速测试得Vp=3800m/s，实验室完整岩块Vp=5500m/s，则岩体完整性系数Kv为A.0.48  B.0.58  C.0.68  D.0.78答案：A解析：Kv=(Vp_field/Vp_lab)²=(3800/5500)²≈0.48。8.对节理岩体进行直剪试验时，若法向应力σn较低，则峰值强度τp与残余强度τr的关系为A.τp≈τr  B.τp>τr  C.τp<τr  D.无规律答案：B解析：低σn下节理面凸起未完全剪断，峰值后发生强度跌落，τp>τr；高σn下凸起被磨平，τp≈τr。9.岩石动态弹性模量Ed通常A.小于静态弹性模量Es  B.等于Es  C.大于Es  D.与Es无关答案：C解析：动态试验应变率10²~10³s⁻¹，岩石内部裂隙来不及扩展，表现为更高刚度，Ed>Es。10.在地下400m处开挖半径为5m的圆形隧道，岩体单轴抗压强度σc=80MPa，初始应力场为静水压力σ₀=10MPa，则围岩破坏区半径Rp估算可采用A.Kirsch解  B.Fenner-Pacher解  C.Mohr-Coulomb解  D.Griffith解答案：B解析：Fenner-Pacher给出弹塑性交界面半径Rp与σ₀、σc、内摩擦角φ的关系，适用于深部圆形隧道。11.岩石蠕变三阶段中，导致加速蠕变的根本原因是A.矿物颗粒重结晶  B.裂隙贯通形成宏观滑移面  C.孔隙水压力消散  D.温度升高答案：B解析：裂隙网络贯通→有效承载面积减小→应力水平升高→应变率指数级增加，进入加速蠕变。12.下列哪种测试方法最适合现场快速获取岩体抗剪强度参数A.大型直剪试验  B.倾斜仪法  C.扁千斤顶法  D.钻孔剪切试验答案：D解析：钻孔剪切仪可在原孔壁不同深度快速施加法向与切向力，15min即可获得c、φ值，无需取芯。13.对页岩进行水理性试验，其崩解指数Id=85%，表明A.抗风化能力极强  B.遇水软化轻微  C.遇水极易崩解  D.与含水率无关答案：C解析：Id>60%即属极易崩解岩，页岩黏土矿物含量高，吸水膨胀导致粒间胶结破坏。14.在岩石断裂韧性KIC测试中，若试件厚度B不满足ASTME399要求，则测得KqA.一定等于KIC  B.可能高估KIC  C.可能低估KIC  D.无影响答案：B解析：厚度不足时，试件处于平面应力状态，裂尖塑性区偏大，表观断裂韧性Kq>真实KIC。15.岩体初始地应力场测量中，水压致裂法假设A.岩体均质、各向同性、线弹性  B.岩体为理想塑性  C.主应力方向未知  D.孔壁无节理答案：A解析：经典Hubbert-Willis解基于线弹性厚壁圆筒，要求岩体完整、各向同性，且最大主应力平行孔轴。16.某隧道采用新奥法施工，现场监测显示拱顶下沉速率由0.5mm/d降至0.05mm/d，可判断A.围岩进入加速变形  B.支护时机过晚  C.围岩趋于稳定  D.需立即二次衬砌答案：C解析：位移速率单调递减且低于0.1mm/d，表明围岩-支护系统达到平衡，可适时封闭衬砌。17.岩石点荷载强度Is(50)换算为单轴抗压强度σc的经验公式为A.σc=12Is(50)  B.σc=24Is(50)  C.σc=48Is(50)  D.σc=60Is(50)答案：B解析：ISRM建议σc≈24Is(50)，相关系数0.9以上，适用于中等坚硬岩石。18.在UDEC数值模拟中，节理法向刚度jnks单位应为A.GPa  B.GPa/m  C.GPa·m  D.dimensionless答案：B解析：jnks=σn/Δu，应力除以位移，量纲为力/(长度²·长度)，故GPa/m。19.岩石热膨胀系数α通常随温度升高而A.线性增大  B.线性减小  C.先增后减  D.基本不变答案：A解析：高温下晶格振动幅度增大，多数岩石α在20~600℃区间近似线性增加，花岗岩α由8×10⁻⁶℃⁻¹升至12×10⁻⁶℃⁻¹。20.对盐岩进行三轴压缩，若围压σ₃=20MPa，内摩擦角φ=30°，则按Mohr-Coulomb破坏时轴向强度σ1为A.80MPa  B.100MPa  C.120MPa  D.140MPa答案：C解析：σ1=σ3tan²(45°+φ/2)+2c·tan(45°+φ/2)，盐岩c≈5MPa，代入得σ1≈120MPa。21.在岩石声波测试中，若纵波Vp突然降低、横波Vs基本不变，则最可能A.岩体含水率增加  B.岩体出现裂隙  C.岩体密度增大  D.温度升高答案：B解析：裂隙对Vp敏感，对Vs影响小，Vp/Vs比值升高常作为裂隙发育指标。22.岩体质量指标RMR评分中，对“地下水”项最不利的描述是A.完全干燥  B.潮湿  C.滴水  D.大量涌水答案：D解析：RMR地下水项评分：干燥15分，潮湿10分，滴水7分，涌水<10L/min得4分，>25L/min得0分。23.在岩石单轴压缩试验中，若加载速率由0.5MPa/s提高到5MPa/s，则测得σcA.显著降低  B.基本不变  C.显著提高  D.先升后降答案：C解析：高应变率下裂隙扩展滞后，岩石表现更强，σc可提高10%~20%。24.对片麻岩进行各向异性试验，其弹性模量E∥=60GPa，E⊥=40GPa，则各向异性系数λ为A.0.5  B.1.0  C.1.5  D.2.0答案：C解析：λ=E∥/E⊥=60/40=1.5。25.在地下洞室喷射混凝土支护设计中，其厚度t主要依据A.围岩位移  B.围岩分类  C.混凝土强度  D.爆破震动速度答案：B解析：Q法或RMR法直接给出喷层厚度经验范围，如Q=4~10喷层厚8~12cm。26.岩石三轴试验中，若围压σ₃升高，则内摩擦角φA.增大  B.减小  C.不变  D.先增后减答案：B解析：高围压下裂隙闭合，咬合作用减弱，表观φ降低，但黏聚力c升高。27.对石灰岩进行酸蚀试验，其质量损失率Δm=2%，表明A.抗化学风化能力弱  B.抗化学风化能力强  C.与酸液无关  D.需进一步冻融试验答案：B解析：Δm<5%属耐酸岩，石灰岩虽成分CaCO₃，但致密低孔隙酸液难渗入，故损失率低。28.在岩石断裂力学中，若裂尖应力强度因子KI=KIC，则裂隙扩展速率vA.为零  B.恒定  C.趋于无限  D.由实验常数C、n决定答案：C解析：KI≥KIC时裂隙失稳扩展，v→∞，发生瞬时断裂。29.岩体现场变形试验中，承压板法测得变形模量Ef=8GPa，则其一般A.高于实验室Es  B.低于实验室Es  C.等于Es  D.与加载方向无关答案：B解析：现场含节理、裂隙及开挖松弛，Ef约为实验室Es的1/3~1/2。30.在岩石高温力学试验中，当温度超过600℃后，花岗岩强度骤降主要因为A.石英α-β相变  B.长石熔融  C.黑云母脱水  D.晶界滑移答案：A解析：573℃石英发生α→β相变，体积突然膨胀，微裂纹大量萌生，强度下降30%以上。二、多项选择题（每题2分，共20分）31.下列哪些因素会导致岩石单轴抗压强度试验值偏低A.试件高径比2.0  B.试件端面不平整  C.加载偏心  D.含水率升高  E.加载速率过慢答案：B、C、D、E解析：端面不平产生局部应力集中，偏心引起拉应力，含水软化，慢速率允许裂隙充分扩展，均使σc降低；高径比2.0符合ISRM建议，不影响。32.关于岩石蠕变，下列说法正确的有A.稳态蠕变阶段应变率恒定  B.蠕变强度与应力水平无关  C.温度升高可缩短蠕变寿命  D.围压升高可延长蠕变寿命  E.盐岩蠕变属于压力溶解机制答案：A、C、D、E解析：稳态阶段位错动态平衡，应变率恒定；应力越高蠕变寿命越短；温度升高加速位错攀移；围压抑制裂隙扩展；盐岩蠕变主要机制为压力溶解+位错运动。33.在地下洞室围岩支护中，锚杆的主要作用包括A.悬吊作用  B.组合梁作用  C.挤压加固作用  D.减振作用  E.排水作用答案：A、B、C解析：锚杆通过悬吊、组合梁、挤压拱提高围岩整体强度；减振靠喷层；排水需专用盲管。34.下列试验中，能获得岩石断裂韧性KIC的有A.三点弯曲SEB  B.短圆棒SCB  C.巴西圆盘CCNBD  D.Chevron-notchedECF  E.单轴压缩答案：A、B、C、D解析：SEB、SCB、CCNBD、ECF均为ISRM建议KIC试验，单轴压缩无法测断裂韧性。35.关于岩体初始应力场，下列描述正确的有A.垂直应力σv≈γH  B.水平应力σh总小于σv  C.构造活跃区σh可超过σv  D.深部岩体σh/σv趋近1  E.河谷区存在应力集中答案：A、C、D、E解析：静水场σh=σv，构造区σh>σv常见；深部构造应力松弛，比值趋1；河谷卸荷回弹产生拉应力区与集中区；σh并非总小于σv。36.岩石动力学测试中，下列参数可直接通过声波法获得的有A.动态弹性模量Ed  B.动态泊松比νd  C.密度ρ  D.抗拉强度σt  E.品质因子Q答案：A、B、C解析：Vp、Vs、ρ可算Ed、νd；σt需破坏试验；Q需振幅衰减数据。37.在UDEC模拟中，为反映节理爬坡效应，需输入的参数有A.节理摩擦角φj  B.节理黏聚力cj  C.节理膨胀角ψj  D.节理法向刚度jnks  E.节理抗拉强度σtj答案：A、C解析：ψj控制剪胀，φj控制滑移，两者共同决定爬坡；cj、σtj为强度参数，jnks为变形参数。38.下列属于岩石水理性指标的有A.饱和含水率ωs  B.崩解指数Id  C.软化系数η  D.渗透系数k  E.孔隙率n答案：A、B、C解析：ωs、Id、η直接表征水-岩作用；k为渗流参数；n为物理参数。39.关于岩石高温损伤，下列说法正确的有A.热开裂主要沿晶界萌生  B.冷却阶段可产生新的拉裂隙  C.热损伤不可逆  D.热处理后弹性波速降低  E.600℃后花岗岩颜色变深答案：A、B、C、D解析：晶界热膨胀系数差异导致开裂；冷却收缩产生新裂隙；损伤不可恢复；Vp降低；花岗岩含铁矿物氧化，颜色变浅而非变深。40.在TBM掘进中，下列指标可用于评价岩石可掘性的有A.岩石凿碎比功SE  B.岩石耐磨性CAI  C.单轴抗压强度σc  D.岩体节理间距  E.隧道埋深答案：A、B、C、D解析：SE、CAI、σc、节理间距直接影响刀盘扭矩、贯入度；埋深通过地应力间接影响，非直接指标。三、判断题（每题1分，共10分）41.岩石单轴抗压强度σc与弹性模量E存在正相关线性关系。答案：错误解析：σc与E受不同因素控制，如孔隙率升高σc降低、E降低，但数据离散，线性相关系数仅0.6~0.7，非严格线性。42.在岩石三轴试验中，若围压σ₃足够高，岩石可呈现延性流动而不发生峰值破坏。答案：正确解析：高围压抑制裂隙扩展，岩石由脆性转为延性，应力-应变曲线无显著峰值，呈理想塑性。43.岩石点荷载强度Is(50)与试件直径无关，无需修正。答案：错误解析：Is需修正为标准直径50mm对应值，修正公式Is(50)=Is×(De/50)^0.45。44.岩体RMR评分越高，其自稳时间越长。答案：正确解析：RMR高→岩体完整→位移发展慢，自稳时间可达数月；RMR<20时自稳时间仅分钟级。45.在地下洞室中，喷射混凝土的早强性能比其最终强度更重要。答案：正确解析：喷层需在2h内达到1MPa以封闭岩面、防止剥落，早强决定施工安全，最终强度影响长期稳定。46.岩石热膨胀系数α在所有方向上均相同。答案：错误解析：沉积岩、变质岩具层理、片理，α∥与α⊥差异可达20%~30%，属各向异性。47.水压致裂法可测量岩体三维主应力大小与方向。答案：错误解析：经典水压致裂仅得垂直孔轴平面内最大、最小主应力；需三孔交汇或印槽法才能得三维方向。48.岩石蠕变寿命tf与应力比σ/σc呈指数关系。答案：正确解析：经验公式tf=t₀exp(−b·σ/σc)，b为材料常数，σ/σc升高，tf指数下降。49.在UDEC中，节理本构采用Mohr-Coulomb模型时，可设置节理抗拉强度为零。答案：正确解析：岩体节理无抗拉能力，设置σtj=0可真实模拟拉裂贯通。50.岩石动态强度高于静态强度的主要原因是惯性效应。答案：正确解析：高应变率下裂隙扩展需额外动能，表观强度提高；惯性效应抑制局部化变形。四、填空题（每空1分，共20分）51.岩石全应力-应变曲线中，峰值后区出现第一类曲线（跌落型）说明岩石________性强。答案：脆52.在Hoek-Brown准则中，对于扰动岩体，扰动因子D的取值范围为________。答案：0~153.岩体完整性系数Kv与RQD的经验关系可表示为Kv≈________×RQD/100。答案：1.554.岩石巴西劈裂试验中，圆盘直径D=50mm，破坏荷载P=25kN，则抗拉强度σt=________MPa。答案：2P/(πDt)=2×25000/(π×50×25)=12.755.岩石三轴压缩试验中，若围压σ₃=20MPa，破坏时σ₁=100MPa，φ=30°，则黏聚力c=________MPa。答案：由σ1=σ3tan²(45°+φ/2)+2c·tan(45°+φ/2)，解得c≈10.2MPa56.在Q系统分类中，若RQD=70，Jn=9，Jr=3，Ja=1，Jw=1，SRF=2.5，则Q=________。答案：(70/9)×(3/1)×(1/2.5)=9.357.岩石点荷载强度指标Is(50)=4MPa，则其单轴抗压强度σc≈________MPa。答案：24×4=9658.岩石动态弹性模量Ed可通过声波速度计算，公式Ed=ρVp²(1+νd)(1−2νd)/(1−νd)，其中νd为动态________。答案：泊松比59.在地下洞室设计中，围岩特征曲线与支护刚度曲线的交点对应的位移称为________位移。答案：平衡60.岩石高温损伤变量Ω可定义为Ω=1−(Vp/Vp₀)²，其中Vp₀为________波速。答案：初始（未损伤）61.岩石蠕变模型Burgers由________元件和Kelvin元件串联而成。答案：Maxwell62.在TBM施工中，岩石耐磨性指数CAI值越高，刀具磨损速率越________。答案：快63.岩石断裂韧性KIC单位是________。答案：MPa·m^0.564.岩体现场变形试验中，承压板法采用的刚性承压板直径通常为________cm。答案：3065.岩石热膨胀系数α单位是________。答案：℃⁻¹66.岩石单轴压缩试验中，若试件高径比小于________，则端部效应显著。答案：2.067.在岩石动力学中，纵波速度与横波速度比值Vp/Vs可用来估算岩体________。答案：泊松比68.岩石水理性试验中，软化系数η=饱和强度/________强度。答案：干燥69.岩石三轴试验中，若围压σ₃升高，则莫尔圆半径________。答案：增大70.在UDEC模拟中，节理切向刚度jtks与法向刚度jnks的比值通常取________。答案：0.1~0.5五、简答题（每题10分，共30分）71.简述岩石全应力-应变曲线峰值后区的四种类型及其工程意义。答案：第一类：跌落型，应力骤降，岩石脆性极强，地下工程突发岩爆风险高，需强支护。第二类：缓降型，应力逐渐下降，岩体具有一定自稳能力，可通过锚喷支护控制。第三类：平台型，应力基本不变，岩体表现出理想塑性，适合深部隧道，变形可预测。第四类：回升型，应力下降后再次升高，因裂隙压实或咬合，表明围岩具有自加固能力，可优化支护时机。工程意义：曲线类型决定围岩破坏模式与支护策略，为数值模拟本构选择提供依据，如跌落型需采用应变软化模型，平台型可用理想塑性模型。72.试述水压致裂法测量地应力的原理、步骤及适用条件。答案：原理：基于线弹性厚壁圆筒理论，在钻孔封闭段加压，当孔壁切向应力达到岩体抗拉强度时，孔壁产生对称张裂缝，瞬时关闭压力Ps等于最小主应力，重张压力Pr与抗拉强度、最大主应力相关。步骤：1.钻取垂直孔，清洗孔壁；2.封隔器定位封闭测试段；3.高压泵注水，记录压力-时间曲线，得峰值压力P₀、关闭压力Ps、重张压力Pr；4.采用印槽器或定向印模确定裂缝方向；5.计算：σh_min=Ps，σh_max=3Ps−Pr−P₀+σt，σt由岩芯巴西试验获得。适用条件：岩体完整、各向同性、最小主应力位于孔轴横截面；孔深>3倍洞径，避免开挖扰动；节理不发育，防止多裂缝干扰；适用于深部矿山、隧道、核废料处置库。73.对比岩石静态与动态弹性模量测试方法，分析两者差异原因。答案：测试方法：静态：单轴或三轴压缩，采用应变片或LVDT测量轴向应变，计算Es=Δσ/Δε，应变率10⁻⁵~10⁻³s⁻¹。动态：声波法或共振法，测量Vp、Vs，通过Ed=ρVp²(1+νd)(1−2νd)/(1−νd)，应变率10²~10⁴s⁻¹。差异原因：1.应变率效应：动态下裂隙扩展滞后，岩石表现更硬；2.能量耗散：静态试验允许塑性流动、裂隙扩展，能量耗散大，模量低；3.含水率：动态试验可在饱和状态快速完成，静态长期加载易引发孔隙压力变化；4.尺寸效应：静态试验需标准试件，动态可在现场岩块进行，包含节理影响；5.应力路径：静态为单调加载，动态为高频波动，路径不同导致模量差异。工程应用：静态模量用于长期变形预测，动态模量用于地震响应、爆破震动分析，两者通过经验系数换算，Ed≈(1.2~2.0)Es。六、计算题（每题15分，共30分）74.某花岗岩体在地下600m处开挖一半径为6m的圆形隧道，岩体参数：σc=120MPa，mi=25，GSI=65，D=0.5，初始应力场σv=σh=15MPa（静水）。采用Hoek-Brown准则估算围岩破坏区半径Rp。答案：1.计算岩体强度参数：mb=mi·exp[(GSI−100)/(28−14D)]=25·exp[(65−100)/(28−7)]=25·exp(−1.67)=4.8s=exp