岩体力学(专升本)地质大学期末开卷考试题库及答案

岩体力学(专升本)地质大学期末开卷考试题库及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.岩体中结构面产状的三要素是A.走向、倾角、倾向B.走向、倾伏角、倾角C.倾向、倾角、厚度D.走向、倾角、厚度答案：A解析：结构面产状用走向、倾向、倾角三要素唯一确定，走向与倾向相差90°，倾角为结构面与水平面夹角。2.岩体质量指标RQD值计算时，岩芯长度大于多少cm才计入统计？A.5B.10C.15D.20答案：B解析：RQD定义为长度≥10cm的完整岩芯累计长度与钻孔总长之比。3.下列哪项不属于Hoek-Brown强度准则中的参数？A.岩石单轴抗压强度σ_{ci}B.材料常数m_iC.地质强度指标GSID.弹性模量E答案：D解析：Hoek-Brown准则含σ_{ci}、m_i、GSI、扰动系数D，不含弹性模量E。4.岩体变形模量E_m与岩块弹性模量E_r的关系，当岩体完整无裂隙时，可近似认为A.E_m≈0.1E_rB.E_m≈0.5E_rC.E_m≈E_rD.E_m≈2E_r答案：C解析：无裂隙岩体可视为连续介质，E_m≈E_r。5.结构面粗糙度系数JRC取值范围通常为A.0–5B.0–10C.0–20D.0–30答案：C解析：Barton提出的JRC典型范围0–20，对应平滑到极粗糙。6.岩体抗剪强度τ=c+σtanφ中，若结构面内充满夹泥，则A.c增大，φ减小B.c减小，φ增大C.c减小，φ减小D.c增大，φ增大答案：C解析：夹泥软化导致黏聚力c降低，摩擦角φ亦降低。7.地应力测量中，套孔应力解除法依据的基本原理是A.弹性恢复B.塑性变形C.蠕变D.损伤累积答案：A解析：应力解除后岩芯弹性回弹，通过应变反演原地应力。8.岩体分类Q系统中，参数SRF表示A.节理组数B.应力折减系数C.节理粗糙度D.地下水渗流量答案：B解析：SRF（StressReductionFactor）反映开挖后应力集中与岩爆风险。9.岩体渗流场与应力场耦合的Biot系数α的取值范围A.0–0.2B.0.2–0.8C.0.8–1.0D.1.0–2.0答案：B解析：α=1−K_s/K_t，岩体K_s<<K_t，故α一般0.2–0.8。10.岩体边坡平面滑动安全系数F_s计算式为A.F_s=(cA+Wcosψtanφ)/(Wsinψ)B.F_s=(Wsinψ)/(cA+Wcosψtanφ)C.F_s=(cA+Wsinψtanφ)/(Wcosψ)D.F_s=(Wcosψ)/(cA+Wsinψtanφ)答案：A解析：抗滑力/滑动力，分子含黏聚力与摩擦分量，分母为下滑力。二、多项选择题（每题3分，共15分）11.下列属于岩体结构面现场调查内容的有A.产状B.间距C.隙宽D.充填物E.弹性波速答案：ABCD解析：弹性波速为室内或孔内测试，不属结构面肉眼调查。12.影响岩体波速V_p的主要因素A.密度B.裂隙密度C.含水率D.温度E.地应力答案：ABCE解析：温度对深部岩体波速影响极小，可忽略。13.岩体渗流各向异性产生原因A.节理组定向B.地应力差异C.岩性不均D.开挖扰动E.地下水化学答案：ABCD解析：化学作用改变隙宽但非各向异性主因。14.岩爆发生的必要条件A.高应力B.脆性岩C.深埋D.节理发育E.地下水答案：ABC解析：节理发育反而释放应力，抑制岩爆；地下水软化，降低岩爆倾向。15.岩体锚杆支护机理包括A.悬吊B.组合梁C.拱形压缩带D.摩擦加固E.灌浆填充答案：ABCD解析：灌浆为施工手段，非机理。三、判断题（每题1分，共10分）16.RQD=90%一定代表岩体质量优于RQD=80%。答案：×解析：RQD仅反映岩芯完整度，未考虑节理粗糙、风化、地下水等。17.岩体强度随尺寸增大而单调减小。答案：×解析：当尺寸超过代表单元REV后强度趋于稳定。18.结构面法向刚度k_n与节理厚度成正比。答案：×解析：k_n与厚度成反比，厚度越大，刚度越小。19.岩体分类RMR与Q系统可相互转换。答案：√解析：Bieniawski给出RMR≈9lnQ+44经验式。20.岩体流变模型Burgers可描述瞬时弹性、减速蠕变、稳态蠕变三阶段。答案：√解析：Burgers=Maxwell+Kelvin，含弹性、黏弹性、黏塑性。21.岩体渗透系数k与节理隙宽e的三次方成正比。答案：√解析：立方定律k∝e^3。22.岩体边坡赤平投影分析中，当结构面与坡面同向且倾角小于坡角时，存在平面滑动可能。答案：√解析：同向+缓倾结构面易形成滑移面。23.岩体地应力场中，水平应力总大于垂直应力。答案：×解析：浅部构造活跃区可σ_h>σ_v，但深部自重场σ_v>σ_h。24.岩体单轴抗压强度σ_c与点荷载强度I_s(50)的换算关系为σ_c≈24I_s(50)。答案：√解析：国际岩石力学学会推荐经验系数20–25，常用24。25.岩体动力测试获得的动弹性模量E_d一般大于静弹性模量E_s。答案：√解析：动测应变10^{−6}级，静测10^{−3}级，裂隙闭合差异导致E_d>E_s。四、填空题（每空2分，共20分）26.岩体结构面抗剪强度Barton式：τ=σ_ntan[JRC·log_{10}(JCS/σ_n)+φ_r]，其中JCS表示________。答案：节理壁抗压强度。27.岩体质量指标Q=(RQD/J_n)·(J_r/J_a)·(J_w/SRF)，若RQD=80，J_n=9，J_r=2，J_a=1，J_w=0.66，SRF=5，则Q=________。答案：Q=(80/9)×(2/1)×(0.66/5)=23.47。28.岩体地应力测量中，水压致裂法假设岩体为________、________、________。答案：均质、各向同性、线弹性。29.岩体边坡极限平衡法瑞典圆弧法忽略________条间力。答案：水平。30.岩体流变三阶段为________、________、________。答案：瞬时弹性、减速蠕变、稳态蠕变。31.岩体弹性纵波速V_p与动弹性模量E_d关系式：E_d=ρV_p^2(1+ν)(1−2ν)/(1−ν)，其中ν为________。答案：泊松比。32.岩体锚杆设计抗拔力P=πdL_bτ_b，若d=25mm，L_b=1.2m，τ_b=0.8MPa，则P=________kN。答案：P=π×0.025×1.2×0.8×10^3=75.4kN。33.岩体Hoek-Brown强度准则：σ_1=σ_3+σ_{ci}(m_bσ_3/σ_{ci}+s)^a，当岩体完整时s=________。答案：1。34.岩体渗透系数k=ρge^3/(12μS)，其中S为________。答案：节理间距。35.岩体边坡赤平投影图中，结构面大圆与坡面大圆交点位于坡面大圆内侧，说明结构面倾角________坡角。答案：小于。五、简答题（每题8分，共24分）36.简述岩体弹性模量现场静测法（承压板法）步骤及数据处理方法。答案：步骤：1.选代表性地段，清除松动岩块，找平；2.安装刚性承压板（一般直径30cm），板下垫石膏浆保证接触；3.布置位移计：板中心1只、板边缘对称4只，量程0–10mm，精度0.01mm；4.分级加载：按0.5MPa/级，每级稳压5min，读位移，直至最大设计荷载（通常为岩体预估比例极限1.5倍）；5.逐级卸载至零，记录回弹；6.重复2–3循环，验证重复性。数据处理：取第2加载循环，绘制p-w曲线，线性段斜率为K=p/w；弹性模量E_m=K·(1−ν^2)·πd/4，其中d为承压板直径，ν取0.25（无实测时）；若岩体呈明显非线性，采用割线模量E_{0.5}，取50%极限荷载对应割线斜率；最终提供E_m、ν、比例极限、回弹率。37.阐述岩体渗流-应力耦合机理并给出耦合方程。答案：机理：1.应力变化→节理法向位移→隙宽e改变→渗透系数k变化；2.渗流压力p→有效应力σ′=σ−αp→岩体强度、变形改变；3.双向反馈形成耦合。耦合方程：平衡方程：∇·(σ−αpI)+ρg=0渗流方程：∇·[k(σ)∇p]=S_s∂p/∂t+α∂ε_v/∂t本构：ε=C:σ′=C:(σ−αpI)其中α=1−K_s/K_t为Biot系数，k(σ)=k_0exp(−βΔσ_n)为应力依赖渗透系数，β为实验拟合参数，S_s为比储水系数，ε_v为体积应变。38.说明岩体边坡楔形滑动体几何条件及安全系数计算思路。答案：几何条件：1.两组结构面交线倾伏方向与坡面倾向夹角<20°；2.交线倾角ψ_i小于坡角ψ_s；3.交线出露于坡面，形成四面楔体。计算思路：1.现场测两组面产状，赤平投影求交线倾伏；2.计算楔体体积V、重量W=γV；3.分解W为垂直交线分量Wcosψ_i（压紧）与平行交线分量Wsinψ_i（下滑）；4.抗滑力含：a.两滑面黏聚力c_1A_1+c_2A_2；b.摩擦分量N_1tanφ_1+N_2tanφ_2；5.用极限平衡法列力多边形，求法向力N_1、N_2（需解二元一次方程组，含滑面夹角θ）；6.F_s=[c_1A_1+c_2A_2+N_1tanφ_1+N_2tanφ_2]/(Wsinψ_i)；7.考虑地下水：引入浮力与渗压，修正有效法向力；8.迭代搜索最危险水位与地震系数，得最小F_s。六、计算题（共31分）39.（10分）某花岗岩体现场取芯，测得点荷载强度I_s(50)=4.2MPa，岩块密度ρ=2.65g/cm³，纵波速V_p=4800m/s，求动弹性模量E_d及估算静弹性模量E_s，并判断岩体完整性。答案：E_d=ρV_p^2(1+ν)(1−2ν)/(1−ν)，取ν=0.25ρ=2650kg/m³E_d=2650×4800²×(1+0.25)(1−0.5)/(0.75)=2650×2.304×10^7×0.833=50.8GPa经验：E_s≈(0.3–0.5)E_d，取0.4，则E_s≈20.3GPa完整性系数K_v=(V_{pm}/V_{pr})²，若岩块V_{pr}=5600m/s，则K_v=(4800/5600)²=0.73>0.55，属较完整。40.（10分）某隧道埋深400m，岩体平均容重γ=27kN/m³，侧压力系数K_0=0.45，测得最大水平主应力σ_H=11MPa，最小σ_h=6MPa，垂直应力σ_v=10.8MPa，试判断地应力场类型，并计算最大剪应力τ_max。答案：σ_v=γH=27×400=10.8MPaσ_H=11MPa，σ_h=6MPa因σ_H>σ_v>σ_h，为逆断层型（σ_H最大，σ_v中间）。τ_max=(σ_H−σ_h)/2=(11−6)/2=2.5MPa。41.（11分）某岩质边坡高30m，坡角55°，潜在滑面倾角35°，结构面内摩擦角φ=28°，黏聚力c=80kPa，滑面长度L=42m，岩体γ=26kN/m³，滑体厚平均8m，后缘垂直张裂缝深6m，内充水，水压力沿滑面三角形分布，坡脚无水，求安全系数F_s。答案：滑体面积A=8×42=336m²/m，滑体重W=26×336=8736kN/m水压力：张裂缝水柱高6m，滑面水头由6m线性降至0，最大水压力p_w=γ_wh=10×6=60kPa水压力合力U=0.5×60×42=1260kN/m，作用点距坡脚2/3×42=28m抗滑力：cL+(Wcosψ−U)tanφ=80×42+(8736cos35°−1260)tan28°=3360+(7155−1260)×0.531=3360+3126=6486kN/m滑动力：Wsinψ=8736sin35°=5010kN/mF_s=6486/5010=1.29考虑地震：水平地震系数k_h=0.05，附加滑动力ΔT=k_hW=0.05×8736=437kN/m新滑动力=5010+437=5447kN/m新F_s=6486/5447=1.19>1.15，满足规范。七、综合应用题（共30分）42.某深部铜矿埋深1200m，矿体厚20m，倾角60°，上盘为片麻岩，下盘为石英闪长岩，地应力场σ_H=42MPa，σ_h=28MPa，σ_v=32MPa，岩体GSI=55，σ_{ci}=95MPa，m_i=12，D=0.7（爆破扰动），拟采用分段空场嗣后充填法，采场宽15m，长80m，高60m，要求：（1）用Hoek-Brown准则估算岩体强度参数m_b、s、a；（2）计算采场围岩最大切向应力σ_θ，并判断岩爆倾向；（3）设计锚杆支护参数（长度、间距、预应力）。答案：（1）Hoek-Brown：m_b=m_iexp[(GSI−100)/(28−14D)]=12exp[(55−100)/(28−9.8)]=12exp(−2.47)=1.04s=exp[(GSI−100)/(9−3D)]=exp(−45/6.9)=0.0013a=0.5+(exp^{−GSI/15}−exp^{−20/3})/6=0.5+(0.026−0.001)=0.525（2）采场最大切向应力位于矿房拐角，弹性应力集中系数K≈3.0，σ_θ=Kσ_H=3×42=126MPa岩体单轴强度σ_{cm}=σ_{ci}s^a=95×0.001