巖石力學(xué)與工程習(xí)題答案

1構(gòu)成巖石的主要造巖礦物有正長石、斜長石、石英、黑云母、白云母、角閃石、輝石、橄欖石、方解石、白云石、高嶺石、赤鐵礦。2為什么說基性巖和超基性巖最容易風(fēng)化？答：基性巖石和超基性巖石主要由易風(fēng)化的橄欖石、輝石及基性斜長石組成。所以基性巖石和超基性巖石非常容易風(fēng)化。3、常見巖石的結(jié)構(gòu)連結(jié)類型有那幾種？1.結(jié)晶連結(jié)：巖石中礦物顆粒通過結(jié)晶相互嵌合在一起，如巖漿巖、大部分變質(zhì)巖以及部分沉積巖的結(jié)構(gòu)連結(jié)。2.膠結(jié)連結(jié)：指顆粒與顆粒之間通過膠結(jié)物質(zhì)連結(jié)在一起的連結(jié)。如沉積碎屑巖、部分粘土巖的結(jié)構(gòu)連結(jié)。4何謂巖石中的微結(jié)構(gòu)面，主要指那些，各有什么特點？答：巖石中的微結(jié)構(gòu)面（或缺陷）是指存在于礦物顆粒內(nèi)部或礦物顆粒及礦物集合體之間微小的弱面及空隙。它包括礦物的解理、晶格缺陷、晶粒邊界、粒間空隙、微裂隙等。礦物的解理面：是指礦物晶體或晶粒受力后沿一定結(jié)晶方向分裂成的光滑平面。晶粒邊界：礦物晶體內(nèi)部各粒子都是由各種離子鍵、原子鍵、分子鍵等相連結(jié)。由于礦物晶粒表面電價不平衡而使礦物表面具有一定的結(jié)合力，但這種結(jié)合力一般比起礦物內(nèi)部的鍵連結(jié)力要小，因此，晶粒邊界就相對軟弱。微裂隙：是指發(fā)育于礦物顆粒內(nèi)部及顆粒之間的多呈閉合狀態(tài)的破裂跡線，也稱顯微裂隙。粒間空隙：多在成巖過程中形成，如結(jié)晶巖中晶粒之間的小空隙，碎屑巖中由于膠結(jié)物未完全充填而留下的空隙。粒間空隙對巖石的透水性和壓縮性有較大的影響。晶格缺陷：有由于晶體外原子入侵結(jié)果產(chǎn)生的化學(xué)上的缺陷，也有由于化學(xué)比例或原子重排列的毛病所產(chǎn)生的物理上的缺陷。它與巖石的塑性變形有關(guān)。5自然界中的巖石按地質(zhì)成因分類，可分為幾大類，各大類有何特點？答：根據(jù)地質(zhì)學(xué)的巖石成因分類可把巖石分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。巖漿巖特點：1）深成巖：常形成較大的入侵體。顆粒均勻，多為粗-中粒狀結(jié)構(gòu)，致密堅硬，孔隙很小，力學(xué)強度高，透水性較弱，抗水性較強。2）淺成巖：成分與深成巖相似，但產(chǎn)狀和結(jié)構(gòu)都不相同，多為巖床、巖墻和巖脈。均勻性差，與其他巖種相比，它的性能較好。3）噴出巖：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，巖性不均一，連續(xù)性較差，透水性較強，軟弱結(jié)構(gòu)面比較發(fā)育。沉積巖特點：1）火山碎屑巖：具有巖漿和普通沉積巖的雙重特性和過渡關(guān)系，各類火山巖的性質(zhì)差別很大。2）膠結(jié)碎屑巖：是沉積物經(jīng)過膠結(jié)、成巖固結(jié)硬化的巖石。其性質(zhì)取決于膠結(jié)物的成分、膠結(jié)形式和碎屑物成分和特點。3）粘土巖：包括頁巖和泥巖。其性質(zhì)較差。4）化學(xué)巖和生物巖：碳酸鹽類巖石，以石灰石分布最廣。結(jié)構(gòu)致密、堅硬、強度較高。變質(zhì)巖特點：是在已有巖石的基礎(chǔ)之上，經(jīng)過變質(zhì)混合作用后形成的。在形成過程中由于其形成的溫度和壓力的不同而具有不同的性質(zhì)，形成了變質(zhì)巖特有的片理、剝理和片麻結(jié)構(gòu)等。據(jù)有明顯的不均勻性和各向異性。變質(zhì)巖特點1）接觸變質(zhì)巖：侵入體周圍形成巖體。巖體透水性強，抗風(fēng)化能力降低。2）動力變質(zhì)巖：構(gòu)造作用形成的斷裂帶及附近受到影響的巖石。它的膠結(jié)不好，裂隙、孔隙發(fā)育，強度低，透水性強。3）區(qū)域變質(zhì)巖：這種變質(zhì)巖的分布范圍廣，巖石厚度大，變質(zhì)程度均一。一般塊狀巖石性質(zhì)較好，層狀片狀巖石性質(zhì)較差。6表示巖石物理性質(zhì)的主要指標及其表示方式是什么？答：指由巖石固有的物理組成和結(jié)構(gòu)特性所決定的比重、容重、孔隙率、水理性等基本屬性。7、巖石破壞有幾種形式？對各種破壞的原因作出解釋。答：試件在單軸壓縮載荷作用破壞時，在試件中可產(chǎn)生三種破壞形式:(1)X狀共軛斜面剪切破壞，破壞面上的剪應(yīng)力超過了其剪切強度，導(dǎo)致巖石破壞。(2)單斜面剪切破壞，破壞面上的剪應(yīng)力超過了其剪切強度，導(dǎo)致巖石破壞。(3)拉伸破壞，破壞面上的拉應(yīng)力超過了該面的抗拉強度，導(dǎo)致巖石受拉伸破壞。9、什么是全應(yīng)力-應(yīng)變曲線？為什么普通材料實驗機得不出全應(yīng)力-應(yīng)變曲線？答：全應(yīng)力應(yīng)變曲線：能顯示巖石在受壓破壞過程中的應(yīng)力、變形特性，特別是破壞后的強度與力學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律。由于材料試驗機的剛度小，在試件壓縮時，其支柱上存在很大的變形和變形能，在試件快要破壞時，該變形能突然釋放，加速試件破壞，從而得不出極限壓力后的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。11.在三軸壓縮試驗條件下，巖石的力學(xué)性質(zhì)會發(fā)生哪些變化？答：三軸壓縮條件下，應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖1-31、1-32所示，圍壓對巖石變形的影響主要有：(1)隨著圍壓(2=3)的增大，巖石的抗壓強度顯著增加；(2)隨著圍壓(2=3)的增大，巖石破壞時，巖石的變形顯著增加；(3)隨著圍壓(2=3)的增大，巖石的彈性極限顯著增加；(4)隨著圍壓(2=3)的增大，巖石的應(yīng)力應(yīng)變曲線形態(tài)發(fā)生明顯的改變，巖石的性質(zhì)發(fā)生了變化，由彈脆性-彈塑性-應(yīng)變硬化。抗壓強度顯著增加；12.什么是莫爾強度包絡(luò)線？如何根據(jù)試驗結(jié)果繪制莫爾強度包絡(luò)線？答：三軸抗壓強度實驗得出：對于同一種巖石的不同試件或不同實驗條件（不同的圍壓時的最大軸向壓力值）給出了幾乎恒定的強度指標值（直線性強度曲線時為巖石的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角）。這一強度指標以莫爾強度包絡(luò)線的形式給出.在不同圍壓條件下，得出不同的抗壓強度，因而可以做出不同的莫爾應(yīng)力圓,這些莫爾應(yīng)力圓的包絡(luò)線就是莫爾強度包絡(luò)線。16.線彈性體、完全彈性體、彈性體三者的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系有什么區(qū)別？答：完全彈性體：循環(huán)加載時的-關(guān)系為曲線。加載路徑與卸載路徑完全重合。線彈性體：循環(huán)加載時的-關(guān)系為直線。加載路徑與卸載路徑完全重合。彈性體巖石：加載路徑與卸載路徑不同，但反復(fù)加載與卸載時，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系總是服從此環(huán)路的規(guī)律。19.影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素有哪些，如何影響的？答：影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素有水、溫度、加載速度、風(fēng)化程度及圍壓。(1)水對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響1）連結(jié)作用：束縛在礦物表面的水分子通過其吸引力作用將礦物顆粒拉近、接緊，起連接作用。2）潤滑作用：由可溶鹽、膠體礦物連接的巖石，當有水入侵時，可溶鹽溶解，膠體水解，導(dǎo)致礦物顆粒間連接力減弱，摩擦力減低，從而降低巖石的強度。3）水楔作用：當兩個礦物顆?？康煤芙?，有水分子補充到礦物表面時，礦物顆粒利用其表面吸附力將水分子拉倒自己周圍，在兩個顆粒接觸處由于吸著力作用使水分子向兩個礦物顆粒之間的縫隙內(nèi)擠入，這種現(xiàn)象稱水楔作用。（a）使巖石體積膨脹，產(chǎn)生膨脹壓力(b)水膠連接代替膠體連接產(chǎn)生潤滑作用，降低巖石強度4）孔隙壓力作用：巖石受壓時，巖石內(nèi)孔隙水來不及排出，在孔隙內(nèi)產(chǎn)生很高的孔隙壓力，降低了巖石的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角，減小了巖石的抗剪強度。5）溶蝕-潛蝕作用：巖石中滲透水在流動過程中可將巖石中可溶物質(zhì)溶解帶走，從而使巖石強度大為減低。 (2)溫度對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響：隨著溫度的增高，巖石的延性加大，屈服點降低，強度也降低。(3)加載速度對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響：加載速率越快，測得的彈性模量越大，獲得的強度指標越高。國際巖石力學(xué)學(xué)會建議的加載速率為0.51Mpa/s。(4)圍壓對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響：巖石在三軸壓縮條件下，巖石的強度和彈性極限都有顯著增加。(5)風(fēng)化對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響a)降低巖體結(jié)構(gòu)面的粗糙程度并產(chǎn)生新的裂隙，b)巖石在化學(xué)風(fēng)化過程中，礦物成分發(fā)生變化，巖體強度降低。2.地應(yīng)力對巖體的影響體現(xiàn)在哪幾個方面？答：地應(yīng)力對巖體力學(xué)性質(zhì)的影響主要有：(1)地應(yīng)力影響巖體的承載能力：圍壓越大、承載能力越大。(2)地應(yīng)力影響巖體的變形和破壞機制。如在低圍壓條件下破壞的巖體，在高圍壓條件下呈現(xiàn)出塑性變形和塑性破壞。(3)地應(yīng)力影響巖體中的應(yīng)力傳播的法則。非連續(xù)介質(zhì)巖體在高圍壓條件下，其力學(xué)性質(zhì)具有連續(xù)介質(zhì)巖體的特征。3巖體結(jié)構(gòu)劃分的主要依據(jù)是結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體4.簡述各類巖體結(jié)構(gòu)主要地質(zhì)特征。答：(1)完整結(jié)構(gòu)巖體的地質(zhì)特征多半是碎裂巖體中的結(jié)構(gòu)面被后生作用愈合而成。后生愈合作用有兩種：其一為壓力愈合，其二為膠結(jié)愈合。(2)塊裂結(jié)構(gòu)巖體的地質(zhì)特征：多組或至少有一組軟弱結(jié)構(gòu)面切割及堅硬結(jié)構(gòu)面參與切割成塊狀結(jié)構(gòu)體的高級序巖體結(jié)構(gòu)。其軟弱結(jié)構(gòu)面主要為斷層、層間錯動也是重要的軟弱結(jié)構(gòu)面之一，參與切割的堅硬結(jié)構(gòu)面一般延展較長，多數(shù)為錯動過的堅硬結(jié)構(gòu)面，(3)板裂結(jié)構(gòu)體的地質(zhì)特征：主要發(fā)育于經(jīng)過褶皺作用的層狀巖體內(nèi)，受一組軟弱結(jié)構(gòu)面的切割，結(jié)構(gòu)體呈板狀。軟弱結(jié)構(gòu)面主要為層間錯動面結(jié)構(gòu)體多數(shù)為組合板狀結(jié)構(gòu)體。(4)碎裂結(jié)構(gòu)巖體的地質(zhì)特征：巖體的結(jié)構(gòu)面主要為原生結(jié)構(gòu)面及構(gòu)造結(jié)構(gòu)面。塊狀碎裂結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體塊度大，大多為12米，層狀碎裂結(jié)構(gòu)的塊度小，起塊度與巖層厚度有關(guān)。如圖2.2d。(5)斷續(xù)結(jié)構(gòu)巖體的地質(zhì)特征結(jié)構(gòu)面不連續(xù)，對巖體切割而不斷，個別地方也有連續(xù)貫通構(gòu)。(6)散體結(jié)構(gòu)巖體的地質(zhì)特征(a)碎屑狀散體結(jié)構(gòu)巖體結(jié)構(gòu)面:無序分布，結(jié)構(gòu)面中有軟弱的，也有堅硬的。結(jié)構(gòu)體主要為角礫(b)糜棱化散體結(jié)構(gòu)巖體：主要指斷層泥而言。5簡述工程巖體的惟一性答：在不同的巖體工程條件下，巖體結(jié)構(gòu)可視為塊裂結(jié)構(gòu)，斷續(xù)結(jié)構(gòu)和碎裂結(jié)構(gòu)。因此，巖體結(jié)構(gòu)是相對的，而在確定的地質(zhì)條件和工程尺寸條件下，工程巖體結(jié)構(gòu)才是唯一確定的。6按結(jié)構(gòu)面成因、結(jié)構(gòu)面通常分為幾種類型？答：.結(jié)構(gòu)面按成因分：原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面、次生結(jié)構(gòu)面原生結(jié)構(gòu)面：成巖階段所形成的結(jié)構(gòu)面。巖石成因不同又分為沉積結(jié)構(gòu)面、火成結(jié)構(gòu)面和變質(zhì)結(jié)構(gòu)面。構(gòu)造結(jié)構(gòu)面：巖體在構(gòu)造運動作用下形成的結(jié)構(gòu)面。次生結(jié)構(gòu)面：在外力作用下（風(fēng)化、地下水、卸載、爆破等）形成的各種界面。7結(jié)構(gòu)面的級別及其特征。答：根據(jù)結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度、規(guī)模大小、組合形式等可以將結(jié)構(gòu)面分為五級.級結(jié)構(gòu)面:對區(qū)域構(gòu)造起控制作用的斷裂帶,延伸數(shù)十公里,深度可穿一個構(gòu)造層.級結(jié)構(gòu)面:延伸性強而寬度有限的地質(zhì)界面,延伸數(shù)百米。級結(jié)構(gòu)面：局部性的斷裂結(jié)構(gòu)，主要指小斷層，延伸數(shù)十米。級結(jié)構(gòu)面：一般延展性較差，無明顯的寬度的結(jié)構(gòu)面，延伸數(shù)米。級結(jié)構(gòu)面：延伸性甚差的微裂隙、節(jié)理。8描述結(jié)構(gòu)面狀態(tài)的指標。答：結(jié)構(gòu)面狀態(tài)的指標包括：（1）結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀：對巖體是否會沿某一結(jié)構(gòu)面滑動起控制作用。（2）結(jié)構(gòu)面形態(tài)：決定結(jié)構(gòu)面抗滑力的大小。結(jié)構(gòu)面起伏越大，抗滑力也越大。（3）結(jié)構(gòu)面的延展尺度：在工程范圍內(nèi)，延展尺度最大的結(jié)構(gòu)面，控制著巖體的強度。（4）結(jié)構(gòu)面的密集程度：以巖體裂隙度K和切割度X表示巖體結(jié)構(gòu)面的密集程度。9結(jié)構(gòu)面的剪切變形、法向變形與巖石強度、結(jié)構(gòu)面粗糙性和法向力有關(guān)。10.結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的尺寸效應(yīng)體現(xiàn)在哪幾個方面？答：結(jié)構(gòu)面試塊長度增加，平均峰值摩擦角降低，試塊面積增加，剪切應(yīng)力呈現(xiàn)出減小趨勢。此外，還體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）隨著結(jié)構(gòu)面尺寸的增大，達到峰值強度時的位移量增大；（2）試塊尺寸增加，剪切破壞形式由脆性破壞向延伸破壞轉(zhuǎn)化；（3）尺寸增加，峰值剪脹角減小，結(jié)構(gòu)面粗糙度減小，尺寸效應(yīng)也減小。11.巖體在多次循環(huán)荷載作用下巖體變形有什么特征？答：巖體在加載過程中，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈上凹型，中途卸載回彈變形有滯后現(xiàn)象，并出現(xiàn)不可恢復(fù)的殘余變形，不論每一級加載與卸載循環(huán)曲線都是開環(huán)型。巖體在循環(huán)荷載作用下，而卸載時荷載又不降至零時，相應(yīng)的變形過程將出像閉環(huán)型式。15.巖體中水滲流與土體中水滲流有什么區(qū)別？答：巖體的水力學(xué)性質(zhì)指巖體的滲透性能及在滲流作用下所表現(xiàn)的力學(xué)性質(zhì)。(1)土體的滲流以孔隙為主。特點：(a)土體滲透性大小取決于巖性，土體中顆粒愈細，滲透性愈差；(b)土體可看作多孔連續(xù)介質(zhì)；(c)土體的滲透性一般具有均質(zhì)（或非均質(zhì)）各向同性（黃土為各向異性）；(d)土體滲流符合達西滲流定律。巖體的滲流以裂隙為主。特點：(a)巖體滲流大小取決于巖體中結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)及巖塊的性質(zhì)；(b)巖體滲流以裂隙導(dǎo)水，微裂隙和孔隙儲水為其特征；(c)巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)滲流具有定向性；(d)巖體一般看作非連續(xù)介質(zhì)（對于密集裂隙可看作等效連續(xù)介質(zhì)）；(e)巖體的滲流具有高度的非均質(zhì)性和各向異性；(f)一般巖體中的滲流符合達西定律（巖溶管道流一般為紊流，不符合達西定律）；(g)巖體滲流受應(yīng)力場影響明顯；(h)復(fù)雜裂隙系統(tǒng)中的滲流，在裂隙交叉處，具有“偏流效應(yīng)”，即裂隙水流經(jīng)大小不同裂隙交叉時，水流偏向?qū)挻罅严兑粋?cè)流動。16.地下水對巖體的物理、化學(xué)作用體現(xiàn)在哪幾個方面？答：地下水對巖體的影響分為：物理的、化學(xué)的和力學(xué)的影響。(1)巖體的物理作用：(a)潤滑作用：在裂隙面上，水使裂隙面之間的摩擦系數(shù)減小。(b)軟化和泥化作用：結(jié)構(gòu)面內(nèi)某些物質(zhì)與水結(jié)合后變軟并成泥，減小了結(jié)構(gòu)面之間的粘聚力和摩擦力。(c)結(jié)合水的強化作用：在非飽和狀態(tài)下，巖體含水能增強巖體顆粒之間的聯(lián)系，從而增加巖體的強度。(2)對巖體的化學(xué)作用：(a)離子交換作用：富含Ca、Mg離子的地下水在流經(jīng)富含Na離子的巖土?xí)r，Ca、Mg離子置換巖土中的Na離子，一方面，由水中Na離子富集使天然地下水軟化，另一方面，巖土中的Ca、Mg離子增加了孔隙度和滲透性能。(b)溶解作用和溶蝕作用：大氣降雨中的酸性物質(zhì)在地下水中對巖石中的石灰?guī)r、白云巖、石膏等產(chǎn)生溶蝕作用，使巖體產(chǎn)生裂隙和溶洞，增加了巖體的滲透性能。(c)水化作用：水滲透到巖體的礦物結(jié)晶格架中，使巖體的結(jié)構(gòu)發(fā)生微觀及宏觀的改變，減小了巖體的內(nèi)聚力，膨脹巖體與水結(jié)合，使起巖體內(nèi)部產(chǎn)生膨脹力。(d)水解作用：當巖土體中的陽離子與水作用，使地下水中的H+（M+HO=MOH+H+）濃度增加，水的酸度增加，當巖土體中的陰離子與水作用，使地下水中的OH-濃度增加，水的堿度增加。水解作用一方面改變地下水的PH值。巖體的力學(xué)性質(zhì)：(e)氧化還原作用：巖土體與氧氣作用發(fā)生氧化反應(yīng)，巖土體的礦物組成發(fā)生改變，地下水的化學(xué)組成也發(fā)生改變（如硫化鐵氧化后生成氧化鐵和硫酸），從而影響巖土體的力學(xué)性質(zhì)。17.敘述地下水對巖土體的力學(xué)作用。答：對巖土體產(chǎn)生的力學(xué)作用：主要通過空隙靜水壓力和空隙動水壓力作用對巖土的力學(xué)性質(zhì)施加影響。前者減小巖土體的有效應(yīng)力而降低巖土體的強度，在裂隙巖土體中的空隙靜水壓力可使裂隙產(chǎn)生擴容變形；后者對巖土體產(chǎn)生切向的推力以降低巖土體的抗剪強度。18.巖體質(zhì)量分類有和意義？答：為了在工程設(shè)計與施工中能區(qū)分巖體質(zhì)量的好壞和表現(xiàn)在穩(wěn)定性上的差別，需要對巖體做出合理分類，作為選擇工程結(jié)構(gòu)參數(shù)、科學(xué)管理生產(chǎn)以及評價經(jīng)濟效益的依據(jù)之一，也是巖石力學(xué)與工程應(yīng)用方面的基礎(chǔ)性工作。1簡述地應(yīng)力測量的重要性。(1)應(yīng)力測量為各種巖體工程進行科學(xué)合理的開挖設(shè)計和施工提供依據(jù)；(2)地應(yīng)力狀態(tài)對地震預(yù)報、區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價、油田油井的穩(wěn)定性、核廢料儲存、巖爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球動力學(xué)的研究也有重要的意義。2地應(yīng)力是如何形成的？控制某一工程區(qū)域地應(yīng)力狀態(tài)的主要因素是什么？答：地應(yīng)力是存在于地層中的未受工程擾動的天然應(yīng)力，也稱巖體初應(yīng)力、絕對應(yīng)力或原巖應(yīng)力。地應(yīng)力主要與地球的各種動力運動過程有關(guān)，包括板塊邊界受壓、地幔熱對流、地球內(nèi)應(yīng)力、地心引力、地球旋轉(zhuǎn)、巖漿入侵和地殼非均勻擴容等?？刂颇骋还こ虆^(qū)域地應(yīng)力狀態(tài)的主要因素是構(gòu)造應(yīng)力場和重力應(yīng)力場。1）、大陸板塊邊界受壓引起的應(yīng)力場。2）、地幔熱對流引起的應(yīng)力場。3）、由地心引力引起的應(yīng)力場。4）、巖漿入侵引起的應(yīng)力場。5）、地溫梯度引起的應(yīng)力場。6）、地表剝蝕產(chǎn)生的應(yīng)力場。3簡述地殼淺部地應(yīng)力分布的基本規(guī)律。答：地應(yīng)力分布的一些基本規(guī)律：(1)地應(yīng)力是一個相對穩(wěn)定的應(yīng)力場，它是時間和空間的函數(shù)；(2)實測垂直應(yīng)力基本等于上覆巖層的重量(3)水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力；(4)平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值隨深度的增加而減小，h，average=(h,max+h,min)/2100/H+0.3=h，average/v=1500/H+0.5(5)最大水平應(yīng)力與最小水平應(yīng)力也隨深度呈線形增長關(guān)系；h，max=6.7+0.0444H(Mpa)h，min=0.8+0.0329H(Mpa)(6)最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力之值一般相差較大，顯示出很強的方向性。地應(yīng)力的上述分布規(guī)律還會受到地形、地表剝蝕、風(fēng)化、巖體結(jié)構(gòu)特征、巖體力學(xué)性質(zhì)、溫度、地下水等因素的影響。地應(yīng)力測量方法分哪幾類？它們的主要區(qū)別在哪里？每類包括那些主要測量技術(shù)？答：依據(jù)測量基本原理的不同，可將測量方法分為直接測量法和間接測量法兩大類。直接測量法是由測量儀器直接測量和記錄各種應(yīng)力量，包括：扁千斤頂法、水力致裂法、剛性包體應(yīng)力計法和聲發(fā)射法。間接測量法是借助某些傳感器或某些介質(zhì)，測量和記錄巖體中某些與應(yīng)力有關(guān)的間接物理量的變化，如巖體中的變形和應(yīng)變，然后由計算公式求出原巖應(yīng)力值。包括：套孔應(yīng)力解除法和其他的應(yīng)力應(yīng)變解除法以及地球物理方法等。其中套孔應(yīng)力解除法是目前國內(nèi)外廣泛使用的一種方法。4簡述水壓致裂法的基本原理5簡述水壓致裂法的主要測量步驟。(a)打鉆孔到準備測量應(yīng)力的部位；并將鉆孔中待加壓段用封隔器密封起來；(b)向隔離段注入高壓水，記錄孔裂開時的壓力值Pi,繼續(xù)加壓，直到裂隙擴張到孔徑的3倍，關(guān)閉高壓水系統(tǒng)，保持水壓恒定，此時的應(yīng)力為關(guān)閉應(yīng)力，記為Ps，最后卸壓，使裂隙閉合，此時孔內(nèi)壓力為P0。(c)重新向密閉段注入高壓水，使裂隙重新打開，記錄裂隙重新打開時的壓力Pr,和隨后的恒定關(guān)閉壓力Ps,其孔內(nèi)壓力時間曲線如圖3-9。(d)將封隔器卸壓，從孔中取出，(e)用攝象機記錄孔內(nèi)的水壓致裂裂隙，天然節(jié)理、裂隙的位置、方向和大小。6對水壓致裂法的主要優(yōu)缺點做出評價。優(yōu)點(a)能測量深部應(yīng)力（已知最深為5000米）;(b)在沒有地下工程或硐室的條件下，對露天邊坡工程的地應(yīng)力進行估算；缺點(a)只能確定垂直鉆孔平面內(nèi)的最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力的大小和方向；(b)只適用與完整的脆性巖石中。9簡述套孔應(yīng)力解除法的基本測量原理和主要測試步驟。答：全應(yīng)力解除法（套孔應(yīng)力解除法）全應(yīng)力解除法即是測點巖體完全脫離地應(yīng)力的作用，測量其變形值，再根據(jù)巖體的物理力學(xué)性質(zhì)計算其原巖應(yīng)力。此種方法最為適用、可靠。操作步驟：(a)從巖體表面向巖體內(nèi)打大鉆孔，直徑一般為130150mm，(b)從大鉆孔內(nèi)再打小鉆孔，直徑一般為3638mm，(c)在小孔中央安裝探頭，(d)再用大鉆頭打大孔，解除探頭上的壓應(yīng)力，記錄巖體的變形值，(e)取出巖芯，測量巖芯的E，等物理力學(xué)參數(shù)，(f)根據(jù)理論公式計算原巖應(yīng)力值。套孔應(yīng)力解除法又分為：孔徑變形法、孔底應(yīng)變法、孔壁應(yīng)變法、空心包體應(yīng)變法和實心包體應(yīng)變法五種。1.巖石力學(xué)彈性平面問題的基本方程有幾個？每一類基本方程是從什么方面考慮的？答:巖石力學(xué)彈性平面問題的基本方程有三組共8個方程:第一組:平衡微分方程，它考慮微元體的力學(xué)平衡。第二組:平面問題的幾何方程，它考慮物體受理后的幾何尺寸改變關(guān)系，即位移與應(yīng)變的關(guān)系。第三組:平面應(yīng)變本構(gòu)方程，它考慮了巖石在應(yīng)力作用下，應(yīng)力或應(yīng)力速率與應(yīng)變或應(yīng)變速率的關(guān)系。2.什么叫巖石的本構(gòu)關(guān)系？巖石的本構(gòu)關(guān)系一般有幾種類型？巖石的本構(gòu)關(guān)系是指巖石的應(yīng)力或應(yīng)力速率與其應(yīng)變或應(yīng)變速率的關(guān)系。巖石的本構(gòu)關(guān)系一般分為：彈性本構(gòu)關(guān)系、彈塑性本構(gòu)關(guān)系和流變本構(gòu)關(guān)系。3.什么叫巖石的強度？巖石的破壞一般有幾種類型？巖石的強度是巖石抵抗外力破壞的能力。破壞是指巖石材料的應(yīng)力或應(yīng)變超過了自身的應(yīng)力或應(yīng)變的極限。巖石的破壞的形式主要有兩種：斷裂破壞（應(yīng)力達到強度極限）和流變破壞（出現(xiàn)顯著的塑性變形或流動現(xiàn)象）4.對彈性平面問題，（1）應(yīng)力狀態(tài)有哪兩種？其本構(gòu)方程有什么關(guān)系？（2）如果體力為常量，其應(yīng)力分布是否與應(yīng)力狀態(tài)和材料性質(zhì)有關(guān)？為什么？答：彈性平面問題的應(yīng)力狀態(tài)有平面應(yīng)力狀態(tài)和平面應(yīng)變狀態(tài)。平面應(yīng)變本構(gòu)方程平面應(yīng)力本構(gòu)方程關(guān)系：將平面應(yīng)力問題本構(gòu)方程中的E換成，換成 就可得到平面應(yīng)變問題的本構(gòu)方程。如果體力為常量，其應(yīng)力分布是否與應(yīng)力狀態(tài)和材料性質(zhì)無關(guān)。當體積力為常數(shù)時，平面問題的相容方程和決定應(yīng)力分量的公式及邊界條件式都不含任何彈性常數(shù)。因此應(yīng)力分布與材料性質(zhì)無關(guān)。6.用莫爾應(yīng)力圓畫出：（1）單向拉伸；（2）純剪切；（3）單向壓縮；（4）雙向壓縮，（5）雙向拉伸。答：莫爾應(yīng)力圓如圖所示：其中純剪切應(yīng)力圓為圓點。7.試證明：在發(fā)生最大與最小剪應(yīng)力的面上，正應(yīng)力的數(shù)值都等于兩個主應(yīng)力的平均值。13.什么叫蠕變、松弛、彈性后效和流變？答：蠕變：當應(yīng)力不變時，變形隨時間增加而增加的現(xiàn)象。松弛：當應(yīng)變不變時，應(yīng)力隨時間的增加而減小的現(xiàn)象。彈性后效：加載和卸載時，彈性應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象。巖石流變就是指材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與時間因素有關(guān)的性質(zhì)，材料變形過程中具有時間效應(yīng)的現(xiàn)象稱為流變現(xiàn)象。14.蠕變一般包括幾個階段？每個階段的特點是什么？答：當作用在巖石上的應(yīng)力超過某一值時，巖石的變形速率隨著時間的增加而增加，最后導(dǎo)致巖石的破壞，這種蠕變成為不穩(wěn)定蠕變。這是典型的蠕變曲線。根據(jù)應(yīng)變速率不同，其蠕變過程分為三個階段：第一階段：圖中ab段，應(yīng)變速率隨時間增加而減小，又稱減速蠕變或初始蠕變階段。第二階段：圖中bc段，應(yīng)變速率基本不變，也叫等速蠕變階段。第三階段：圖中cd段，應(yīng)變速率迅速增加直到巖石破壞為止，也叫加速蠕變階段。15.不同受力條件下巖石的流變具有哪些特性？答：巖石在不同的應(yīng)力作用下，巖石變形與時間的關(guān)系各不相同。當作用在巖石上的應(yīng)力小于某一值時，巖石的變形速率隨時間的增加而減小，最后趨于穩(wěn)定，這中蠕變成為穩(wěn)定蠕變。當作用在巖石上的應(yīng)力超過某一值時，巖石的變形速率隨著時間的增加而增加，最后導(dǎo)致巖石的破壞，這種蠕變成為不穩(wěn)定蠕變。16.描述巖石流變性質(zhì)的流變方程主要有幾種？答：巖石的流變包括蠕變、松弛和彈性后效。其流變方程主要有蠕變方程、松弛方程、彈性后效方程。17.流變模型的基本元件有彈性元件、塑性元件和粘性元件18.敘述巖石力學(xué)中常見的幾個流變模型的特點。答：常見的幾個流變模型為：圣維南體、馬克思威爾體、開爾文體19.何為巖石的長期強度，它與瞬時強度一般有什么關(guān)系？答：巖石的長期強度：一般巖石在載荷達到瞬時強度時，巖石發(fā)生破壞。巖石在承受低于瞬時強度的情況下，如果載荷持續(xù)作用在巖石上，由于流變作用，巖石也可能發(fā)生破壞。因此巖石的強度隨外載荷的作用時間的延長而減低，通常把作用時間t時的強度稱之為巖石的長期強度。長期強度與瞬時強度的關(guān)系20.何為巖石強度準則？為什么要提出強度準則？答：巖石強度準則（破壞判據(jù)），它表征巖石在極限應(yīng)力狀態(tài)下（破壞條件）的應(yīng)力狀態(tài)和巖石強度參數(shù)之間的關(guān)系，一般可表示為極限應(yīng)力狀態(tài)下的主應(yīng)力間的關(guān)系方程。1=f(2,3)或=f()各種巖石的破壞方式機理，因此提出了不同的強度準則。提出強度準則是為了更好地了解巖石在何種應(yīng)力條件下發(fā)生破壞，從而避免該種應(yīng)力狀態(tài)的發(fā)生保護巖石，或促使該種應(yīng)力狀態(tài)的發(fā)生破壞巖石，達到其工程目的。21.試論述Coulomb,Mohr,Griffith三準則的基本原理、主要的區(qū)別及其它們之間的關(guān)系。答：庫侖準則（Coulomb）:巖石的破壞主要是剪切破壞，巖石的強度，既抗摩擦強度等于巖石本身抗剪切摩擦的粘結(jié)力和剪切面上的法向力產(chǎn)生的摩擦力。莫爾把庫侖準則推廣到三向應(yīng)力狀態(tài)。實質(zhì)：巖石到達極限狀態(tài)時，滑動平面上的剪應(yīng)力達到一個取決于正應(yīng)力與材料性質(zhì)的最大值，即=f()。對應(yīng)于各種應(yīng)力狀態(tài)（單軸、雙軸和三軸壓縮）下的破壞的巖石的莫爾應(yīng)力圓的包絡(luò)線，稱為莫爾強度包絡(luò)線。如果巖石的應(yīng)力圓位于莫爾強度包絡(luò)線內(nèi)，則巖石不會產(chǎn)生破壞，如果巖石的應(yīng)力圓與莫爾包絡(luò)線相切或相交，則巖石會產(chǎn)生破壞。莫爾強度包絡(luò)線的曲線型式有幾種：斜直線型，二次拋物線型，雙曲線型等。格里菲斯（Griffith）理論：在脆性材料中，其材料斷裂的起因是分布在材料中的微小裂紋尖端有拉應(yīng)力（這種裂紋稱為Grifith裂紋）所致。區(qū)別：格里菲斯（Griffith）理論中巖石的破壞機理是巖石受到拉應(yīng)力破壞所致。庫侖準則和莫爾強度理論則認為巖石破壞是巖體內(nèi)的某個面上的剪切應(yīng)力超過了剪切強度值。莫爾強度理論的包絡(luò)線包括了庫侖準則的直線型，還包括拋物線型和雙曲線型強度準則，因此，應(yīng)用更廣。1，分析邊坡工程對國民經(jīng)濟的影響作用。答：1）邊坡工程對露天礦建設(shè)的影響，2）邊坡工程對鐵路、公路、水利建設(shè)的影響，3）邊坡穩(wěn)定性對各種工程安全性的影響及經(jīng)濟方面的投入2邊坡的分類有自然邊坡和人工邊坡。3分析邊坡失穩(wěn)與破壞的基本類型及其力學(xué)成因。答：邊坡變形發(fā)展到一定程度，就會發(fā)生邊坡失穩(wěn)破壞。按其破壞方式主要分為崩塌和滑坡兩種。（1）崩塌：是指塊狀巖體與巖坡分離向前翻落而下。崩塌一般以邊坡表面的破壞現(xiàn)象體現(xiàn)。（2）滑坡：是指巖體在自重力作用下，沿坡內(nèi)軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的整體滑動。一般以深層破壞體現(xiàn)出來。(a)面剪切滑動：塊體沿著平面滑移。常發(fā)生在由軟弱夾層或裂隙的坡面。(b)旋轉(zhuǎn)剪切滑動：滑動面通常為弧形狀，巖體沿此弧形狀滑移。通常為均質(zhì)泥巖或頁巖等巖層。（3）滑塌：邊坡松散巖土的坡角大于它的內(nèi)摩擦角時，因表層蠕動進一步發(fā)展，使它沿著剪切變形帶順坡滑移、滾動與坐塌，從而達到穩(wěn)定坡腳的斜坡破壞過程，稱為滑塌。（4）巖塊流動：常發(fā)生在均質(zhì)硬巖中，巖石在達到其峰值強度時，巖體發(fā)生破壞。而使巖體全面崩塌的情況。（5）巖層曲折：當巖層成層狀沿坡面分布時，由于巖層本身的重力作用，或由于裂隙水的冰脹作用，增加了巖層之間的張拉應(yīng)力，使坡面巖層曲折。4分析影響邊坡失穩(wěn)的主要因素。1）不連續(xù)面在邊坡破壞中的作用：2）改變斜坡外形，引起坡體應(yīng)力分布的變化3）改變斜坡巖體的力學(xué)性質(zhì)，使坡