01 巖體力學(xué)復(fù)習(xí)資料[教學(xué)應(yīng)用]

1、一、填空題1、按照成因，巖石可以分為巖漿巖 、 沉積巖和 變質(zhì)巖三類。2、巖石的彈性變形特性常用彈性模量 和 泊松比兩個(gè)常數(shù)表示。3、在研究巖石的流變性質(zhì)中，常用的三個(gè)基本原件為 彈性元件、 塑性元件 和粘性元件 元件。4、根據(jù)巖石的延性度不同，巖石的破壞可分為 延性破壞、 脆性破壞、和 過(guò)度型破壞 三種類型。5、巖石的室內(nèi)剪切試驗(yàn)，常用的儀器有 直剪儀 、變角剪（壓剪儀） 和三軸實(shí)驗(yàn)機(jī) 。6、在相似材料模擬試驗(yàn)中，采用的三個(gè)相似定理分別是 幾何相似、動(dòng)力相似和 運(yùn)動(dòng)相似 。7、按圍巖壓力的形成機(jī)理，可將其劃分為 形變壓力、 松動(dòng)壓力、沖擊壓力 和膨脹壓力四種。8、頂板懸空跨度大于頂板巖體極限

2、跨度或懸臂極限跨度的地下空間的變形特性分為垮（冒）落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶這“三帶”。9、結(jié)構(gòu)面的狀態(tài)包括幾何形態(tài)、充填和膠結(jié)情況、產(chǎn)狀、貫通性和連貫性、密集狀態(tài)和發(fā)育程度等等。10、巖體綜合調(diào)查方法包括鉆孔取心調(diào)查和沿暴露面調(diào)查。11、常見的巖體工程分類方法包括 RQD 質(zhì)量指標(biāo)分類方法、RMR 分類方法、RQD 、方法 。12、巖石的全應(yīng)力應(yīng)變曲線分為破壞前區(qū)、破壞后區(qū)兩大區(qū)段和 5 個(gè)階段。13、邊坡破壞基本類型包括圓弧破壞、平面破壞、楔體破壞和傾倒破壞。14、巖體地下工程維護(hù)的基本原則是合理利用和充分發(fā)揮巖體強(qiáng)度、改善圍巖的應(yīng)力條件、合理支護(hù) 、強(qiáng)調(diào)監(jiān)測(cè)和信息反饋。15、橢圓形長(zhǎng)軸與原

3、巖最大主應(yīng)力方向一致時(shí)，巷道周邊不出現(xiàn)切向拉應(yīng)力，應(yīng)力分布較合理，布置采場(chǎng)、巷道時(shí)，都應(yīng)該盡量遵循這一原則。16、結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)面是巖體結(jié)構(gòu)的兩個(gè)基本單元。17、錨桿的支護(hù)作用有懸吊、預(yù)先加固、組合梁、擠壓加固。18、結(jié)構(gòu)面分原生結(jié)構(gòu)面、次生結(jié)構(gòu)面和構(gòu)造結(jié)構(gòu)面。當(dāng)主應(yīng)力與結(jié)構(gòu)面垂直時(shí)，巖體強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)面無(wú)關(guān)。19、巖石彈性模量包括初始彈性模量、切線彈性模量、割線彈性模量。20、根據(jù)圍巖應(yīng)力分布狀態(tài)，可將坑道周圍巖體分為應(yīng)力松弛區(qū)、塑性強(qiáng)化區(qū)、彈性區(qū)、原巖應(yīng)力區(qū) 4 個(gè)區(qū)域。21、按圍巖壓力的形成機(jī)理可劃分為變形圍巖壓力、松動(dòng)圍巖壓力、沖擊圍巖壓力、膨脹圍巖壓力等四類。22、結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)面是巖體結(jié)構(gòu)

4、的兩個(gè)基本單元。23、采空區(qū)處理的四類基本方法是崩落法、充填法、支撐法和封閉隔離法。24、Em 為 巖體變形模量；Eme 為 彈性變形模量。教育a25、巖石流變包括 蠕變、松弛、彈性后效。26、巖石的塊體密度可采用規(guī)則試件的 量積法、不規(guī)則試件的 蠟封法測(cè)定。27、巖石的變形性質(zhì)按卸荷后變形是否可以恢復(fù)可分為 彈性 變形和塑性 變形兩類。28、巖石的流變主要包括 蠕變 、松弛和 彈性后效。29、表征巖石抗剪強(qiáng)度的基本指標(biāo)是內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角。30、在研究巖石流變中，常用流變模型的三個(gè)基本元件為 彈性、 粘性 和 塑性 元件。31、大量的試驗(yàn)和觀察證明，就破壞形式而言，巖石的破壞主要有 拉 破壞、

5、 剪切 破壞和 流變 破壞。32、原巖應(yīng)力主要是由自重應(yīng)力 和構(gòu)造應(yīng)力組成。33、大量的巖體試驗(yàn)表明，巖體的壓力變形曲線可以劃分為四種類型，即： 直線型 、 上凹型 型和下凹型、復(fù)合型。34、巖體天然應(yīng)力量測(cè)方法主要包括： 水壓致裂法 、 扁千斤頂法 和 鉆孔套心應(yīng)力解除法 三種方法。二、名詞解釋8、巖石的水理性：巖石與水作用時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)稱為巖石的水理性，它包括巖石的吸水性、滲透性、軟化性膨脹性等。9、二次應(yīng)力：巖體開挖擾動(dòng)了原巖的自然平衡狀態(tài)，使一定范圍內(nèi)的原巖應(yīng)力發(fā)生變化，變化后的應(yīng)力稱為次生應(yīng)力或二次應(yīng)力。10、巖石的擴(kuò)容：所謂擴(kuò)容,是指巖石受外力作用后,發(fā)生非彈性的體積膨脹。11

6、、支承壓力：一般將巷道或采場(chǎng)圍巖應(yīng)力平衡后，切向應(yīng)力增加的部分稱為支承壓力。12、應(yīng)力松弛：應(yīng)變恒定情況下，應(yīng)力隨時(shí)間增大而衰減的性質(zhì)。13、結(jié)構(gòu)面：具有極低或者沒(méi)有抗拉強(qiáng)度的不連續(xù)面。包括一切地質(zhì)分界面。14、軟化系數(shù)：巖石在飽和狀態(tài)下單軸抗壓強(qiáng)度與干燥狀態(tài)或者自然狀態(tài)下巖石單軸抗壓強(qiáng)度的比值。15、邊坡穩(wěn)定性系數(shù)：邊坡滑移面抗滑力與下滑力的比值。16、巖石的碎脹性：巖石破碎后體積增大的性質(zhì)。17、準(zhǔn)巖體強(qiáng)度：根據(jù)試驗(yàn)室中試塊強(qiáng)度估算得到的巖體強(qiáng)度稱為準(zhǔn)巖體強(qiáng)度。18、巖石質(zhì)量指標(biāo):直徑為 75mm 的金剛石鉆頭和雙層巖芯管在巖石中鉆進(jìn)，連續(xù)取芯，回次鉆進(jìn)所取巖芯中，長(zhǎng)度大于 10cm 的巖

7、芯段長(zhǎng)度之和與該回次進(jìn)尺的比值，以百分比表示。19、巖石流變：應(yīng)力不變，應(yīng)變隨時(shí)間增大的現(xiàn)象叫蠕變；應(yīng)變不變，應(yīng)力隨時(shí)間減小的現(xiàn)象叫松弛，統(tǒng)稱為流變。20、原巖應(yīng)力：在工程中指天然存在于巖體之中(內(nèi)部)而與任何人為因素?zé)o關(guān)的應(yīng)力，也稱天然應(yīng)力。21、構(gòu)造應(yīng)力：由于地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)在巖體中引起的應(yīng)力場(chǎng)，這種應(yīng)力與一定范圍地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，其主要特點(diǎn)是水平應(yīng)力大于覆巖垂直應(yīng)力分量。這一作用可以持續(xù)到地層深處。22、應(yīng)力重分布：巖體受到工程活動(dòng)擾動(dòng)，引起巖體中初始應(yīng)力的轉(zhuǎn)移變化形成的新的應(yīng)力場(chǎng)狀態(tài)。23、圍巖:在巖體中的各種坑道，開挖打破了巖體原始應(yīng)力平衡狀態(tài)，在其周圍一定范圍內(nèi)的巖體中發(fā)生應(yīng)力重分布，通常

8、將這部分巖體叫圍巖。24、巖塊：巖塊是指不含顯著結(jié)構(gòu)面的巖石塊體，是構(gòu)成巖體的最小巖石單元體。有些學(xué)者把巖塊稱為結(jié)構(gòu)體、巖石材料及完整巖石等。25、巖體：巖體是指在地質(zhì)歷史過(guò)程中形成的，由巖塊和結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)組成的，具有一定的結(jié)構(gòu)，賦存于一定的天然應(yīng)力狀態(tài)和地下水等地質(zhì)環(huán)境中的地質(zhì)體。巖石的抗壓強(qiáng)度：在單向壓縮條件下，巖塊能承受的最大壓應(yīng)力，也叫單軸極限抗壓強(qiáng)度。26、巖石的抗拉強(qiáng)度：巖石試件在單向拉伸時(shí)能承受的最大拉應(yīng)力。27、巖石的抗剪強(qiáng)度：在剪切荷載作用下，巖塊抵抗剪切破壞的最大剪應(yīng)力。28、真三軸試驗(yàn)：在三軸壓縮試驗(yàn)中，當(dāng)三軸向主應(yīng)力不相等時(shí)即（123）所做的壓縮試驗(yàn)。29、三軸壓縮試驗(yàn)：

9、試件在三向應(yīng)力作用下進(jìn)行壓縮從而求出試件抵抗的最大的軸向應(yīng)力的試驗(yàn)方法。30、泊松比：是指在單軸壓縮條件下，橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變之比。31、彈性滯后：多數(shù)巖石的大部分彈性變形在卸荷后能很快恢復(fù)，而小部分（約 10%20%）須經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能恢復(fù)，這種現(xiàn)象稱為彈性滯后。.32、蠕變：巖石在恒定的荷載作用下，變形隨時(shí)間逐漸增大的性質(zhì)。33、莫爾強(qiáng)度理論：指材料在極限狀態(tài)下，剪切面上的剪應(yīng)力達(dá)到抗剪強(qiáng)度而破壞，而抗剪強(qiáng)度是與剪切面上得正應(yīng)力有關(guān)得。34、地壓與支承壓力：地壓指開挖引起原巖應(yīng)力的重新分布，也叫礦壓（巖壓）或礦山壓力（二次應(yīng)力）；支承壓力指地壓中垂直應(yīng)力的增高部分35、擴(kuò)容：在巖石的單軸壓

10、縮試驗(yàn)中，當(dāng)壓力達(dá)到一定程度以后，巖石中的破裂或微裂紋繼續(xù)發(fā)生和擴(kuò)展，巖石的體積應(yīng)變?cè)隽坑蓧嚎s轉(zhuǎn)為膨脹的力學(xué)過(guò)程，稱之為擴(kuò)容。三、簡(jiǎn)述題18、試分析為什么在普通試驗(yàn)機(jī)上只能得到巖石變形的峰前曲線，而剛性試驗(yàn)機(jī)上能得到巖石變形的全程應(yīng)力應(yīng)變曲線。答：普通剛性試驗(yàn)機(jī)上聚集能量，在巖石破壞瞬間超過(guò)了巖石破壞所需要的能量，致使巖石瞬間完全破壞，故無(wú)法獲得全程曲線；剛性實(shí)驗(yàn)機(jī)在巖石破裂瞬間賦予巖石的能量不足以將巖石完全破壞，若要巖石試件進(jìn)一步變形需要持續(xù)力的作用，故能獲得巖石變形的全程應(yīng)力應(yīng)變曲線。19、簡(jiǎn)述地應(yīng)力分布的一般規(guī)律。答：1）相對(duì)穩(wěn)定的非穩(wěn)定應(yīng)力場(chǎng)，時(shí)間和空間的函數(shù)；2）實(shí)測(cè)垂直應(yīng)力基本等于

11、上覆巖層重量；3）水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力；4）最大水平應(yīng)力和最小水平應(yīng)力隨埋藏深度增加而增加；5）平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值隨深度增加而減?。?）最大水平主應(yīng)力和最小主應(yīng)力值相差較大，顯示很強(qiáng)的方向性。20、簡(jiǎn)述格里菲斯理論的基本思想及其適應(yīng)條件。答：任何材料的內(nèi)部都存在著各種缺陷（裂隙），該裂隙在復(fù)雜應(yīng)力作用下，這些裂隙端部會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力集中。當(dāng)這些裂隙端部某一拉應(yīng)力值超過(guò)該材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，裂隙便開始擴(kuò)展，其方向最后將與最大主應(yīng)力方向平行，導(dǎo)致材料發(fā)生脆性拉伸破壞。該理論適用于脆性拉伸破壞。21、基于莫爾應(yīng)力圓理論，簡(jiǎn)述孔隙水壓力對(duì)巖石強(qiáng)度的影響。答：孔隙水壓力不改變摩爾應(yīng)力圓的半徑大小

12、，只是減小了應(yīng)力圓的圓心坐標(biāo)，致使摩爾應(yīng)力圓向左側(cè)強(qiáng)度準(zhǔn)則線移動(dòng)，隨著孔隙水壓力的增大，致使摩爾應(yīng)力圓與準(zhǔn)則線相切、相割，導(dǎo)致巖石破壞。22、簡(jiǎn)述影響巖石強(qiáng)度指標(biāo)的主要因素有哪些？答：1)礦物成分對(duì)巖石強(qiáng)度指標(biāo)的影響；2）巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造對(duì)巖石強(qiáng)度指標(biāo)的影響；3）巖石賦存環(huán)境（水、溫度）對(duì)巖石強(qiáng)度的影響；4）巖石風(fēng)化程度對(duì)巖石強(qiáng)度的影響；5）加載速度對(duì)巖石強(qiáng)度的影響；6）圍巖受力狀態(tài)對(duì)巖石強(qiáng)度的影響。23、簡(jiǎn)述何為巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD)及其意義。答：巖石質(zhì)量指標(biāo)。巖芯長(zhǎng)度大于等于 10cm 的長(zhǎng)度總和與巖層鉆孔長(zhǎng)度的比值，百分?jǐn)?shù)表示。用來(lái)檢驗(yàn)、評(píng)價(jià)巖體的質(zhì)量。24、巖石的強(qiáng)度的定義，試驗(yàn)中各種巖石

13、強(qiáng)度指標(biāo)的主要影響因素？答：巖石在各種荷載作用下達(dá)到破壞時(shí)所能承受的最大應(yīng)力稱為巖石的強(qiáng)度。包括單軸抗壓強(qiáng)度、單軸抗拉強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。影響強(qiáng)度的因素： 試件尺寸； 試件形狀； 試件三維尺寸關(guān)系； 加載速度； 試件濕度。25、巖石破壞的三種機(jī)制？答： 脆性拉伸破壞； 剪切破壞； 沿結(jié)構(gòu)面滑移(重剪切破壞)。26、莫爾強(qiáng)度理論？答：莫爾強(qiáng)度理論認(rèn)為：材料在壓應(yīng)力作用下的破壞或屈服，主要原因是某一截面上的剪應(yīng)力達(dá)到一定的極限，但也和作用在該面上的正應(yīng)力有關(guān)，導(dǎo)致該截面剪切滑動(dòng)。27、圍巖及影響范圍？答：原巖中因采掘而使初始應(yīng)力發(fā)生顯著變化(5%)的區(qū)域稱為采動(dòng)影響范圍。采動(dòng)影響范圍的直徑為井巷采場(chǎng)最

14、大直線尺寸的 35 倍。習(xí)慣上將次范圍內(nèi)的巖體稱為“圍巖”。28、巖石變形指標(biāo)有哪些？最常見的。答： 彈性模量和變形模量 E； 泊松比； 剪切模量 G； 拉梅常數(shù)； 體積模量 Kv。29、巖石的力學(xué)性質(zhì)研究?jī)?nèi)容，以及影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素？答：主要研究巖石的強(qiáng)度和變形特征。而影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素很多，如水、溫度、風(fēng)化程度、加載速率、圍壓大小和各向異性等。30、巖石拉伸破壞的強(qiáng)度理論？剪切破壞強(qiáng)度理論？答：巖石拉伸破壞的強(qiáng)度理論內(nèi)容有最大線應(yīng)變理論、格里菲斯理論，巖石剪切破壞的強(qiáng)度理論內(nèi)容有莫爾強(qiáng)度理論和庫(kù)倫理論。31、塑性圈(松動(dòng)圈)：如重分布應(yīng)力超過(guò)圍巖強(qiáng)度極限或屈服極限，造成洞室周邊

15、的非彈性位移，這種現(xiàn)象從周邊向巖體深處擴(kuò)展到某一范圍，在此范圍內(nèi)的巖體稱為塑性圈(松動(dòng)圈)。32、在我國(guó)，通常將結(jié)構(gòu)面分為哪幾級(jí)？在工程中主要涉及到哪幾級(jí)？.按結(jié)構(gòu)面延伸長(zhǎng)度、切割深度、破碎帶寬度及其力學(xué)效應(yīng)，可將結(jié)構(gòu)面分為如下 5 級(jí)：I 級(jí)：指大斷層或區(qū)域性斷層，一般延伸約數(shù)十公里以上，破碎帶寬約數(shù)米至數(shù)十米及幾百米以上。II 級(jí)：指延伸長(zhǎng)而寬度不大的區(qū)域性地質(zhì)界面，如較大的斷層、層間錯(cuò)動(dòng)、不整合面及原生軟弱夾層等。III 級(jí)：指長(zhǎng)度數(shù)十米或數(shù)百米的斷層、區(qū)域性、延伸較好的層面及層間錯(cuò)動(dòng)等。IV 級(jí)：指延伸較差的節(jié)理、層面、次生、小斷層及較發(fā)育的片理、 劈理面等。V 級(jí): 又稱微結(jié)構(gòu)面，指

16、隱節(jié)理、微層面及不發(fā)育的片理、劈理等，其規(guī)模小，連續(xù)性差。33、巖體中的結(jié)構(gòu)面按成因有哪幾種分法？分別是什么？答：結(jié)構(gòu)面的成因類型分成兩種，一是地質(zhì)成因類型，根據(jù)地質(zhì)成因的不同，可將結(jié)構(gòu)面劃分為原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面和次生結(jié)構(gòu)面三類；按破裂面的力學(xué)成因可分為剪性結(jié)構(gòu)面和張性結(jié)構(gòu)面兩類。34、在我國(guó)，通常將巖體結(jié)構(gòu)分為哪幾類？.將巖體結(jié)構(gòu)劃分為 5 大類，即：整體狀結(jié)構(gòu)、塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、碎裂狀結(jié)構(gòu)、散體狀結(jié)構(gòu)。36、請(qǐng)描述巖石單軸抗拉強(qiáng)度劈裂法試驗(yàn)的制樣、試驗(yàn)、資料整理的過(guò)程和計(jì)算方法。答：取55cm 或 555cm 圓柱體或立方體形狀試件，試驗(yàn)時(shí)沿著圓柱體的直徑方向墊直徑 2mm 圓形鋼絲

17、墊條置于壓力機(jī)上，緩慢加壓致試件受力后沿著受力方向的直徑裂開，試驗(yàn)資料的整理可按彈性力學(xué)來(lái)解，s=2Pmax，試樣為立方體時(shí)，s=2PmaxPmaxpDtpD2tt為破壞荷載。重復(fù)試驗(yàn) 6 次，取平均值。37、簡(jiǎn)述構(gòu)造應(yīng)力的基本特點(diǎn)有哪些？答：構(gòu)造應(yīng)力以水平應(yīng)力為主，具有明顯的區(qū)域性和方向性?；咎攸c(diǎn)： 一般情況下地殼運(yùn)動(dòng)一水平運(yùn)動(dòng)為主，構(gòu)造應(yīng)力主要是水平應(yīng)力；而且地殼總的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)是相互擠壓，所以水平應(yīng)力以壓應(yīng)力占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。 構(gòu)造應(yīng)力分布不均勻，在地質(zhì)構(gòu)造變化比較劇烈的地區(qū)，最大主應(yīng)力的大小和方向往往有很大變化。 巖體中的構(gòu)造應(yīng)力具有明顯的方向性，最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力一般相差較大。

18、構(gòu)造巖層在堅(jiān)硬巖層中出現(xiàn)一般比較普遍，在軟巖中儲(chǔ)存構(gòu)造應(yīng)力很少。38、簡(jiǎn)答最大水平應(yīng)力理論及其對(duì)巷道穩(wěn)定性影響？答：澳大利亞學(xué)者蓋爾(W J Gale)在 20 世紀(jì) 90 年代初提出了最大水平應(yīng)力理論。該理論認(rèn)為:礦井巖層的水平應(yīng)力一般是垂直應(yīng)力 1.32.0 倍。而且水平應(yīng)力具有方向性，最大水平應(yīng)力一般為最小水平應(yīng)力的 1.52.5 倍。巷道頂?shù)装宓姆€(wěn)定性主要受水平應(yīng)力影響，且有三個(gè)特點(diǎn): 與最大水平應(yīng)力平行的巷道受水平應(yīng)力影響最小，頂?shù)装宸€(wěn)定性最好； 與最大水平應(yīng)力呈銳角相交的巷道。其頂板變形破壞偏向巷道某一幫； 與最大水平應(yīng)力垂直的巷道，頂?shù)装宸€(wěn)定性最差。四、論述題24、論述露天礦邊坡

19、穩(wěn)定性的影響因素有哪些?！緟⒖即鸢浮浚海?）巖石礦物組成的影響包括造巖礦物本身的物理化學(xué)性質(zhì)、巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，它們對(duì)巖石的強(qiáng)度影響較大，進(jìn)一步影響巖體強(qiáng)度，因此，會(huì)間接影響到邊坡的穩(wěn)定性。（2）結(jié)構(gòu)面的影響巖體由于受到不同成因、級(jí)別的結(jié)構(gòu)面切割成而成為不同的巖體結(jié)構(gòu)，包括整體塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)和散體結(jié)構(gòu)，所構(gòu)成的邊坡穩(wěn)定性依次減弱。（3）水的影響一方面弱化巖體強(qiáng)度；另一方面產(chǎn)生動(dòng)、靜水壓力，增大邊坡下滑力。對(duì)邊坡一般不利。（4）構(gòu)造應(yīng)力影響會(huì)增強(qiáng)邊坡巖體向采空區(qū)變形使原有裂隙進(jìn)一步擴(kuò)大或造成新的卸荷裂隙，降低巖體強(qiáng)度，增強(qiáng)坡底處應(yīng)力集中等。總之，構(gòu)造應(yīng)力的存在會(huì)減小邊坡的穩(wěn)定性。（

20、5）爆破震動(dòng)影響一是爆破震動(dòng)力增加了邊坡的滑動(dòng)力，二是爆破作用破壞邊坡巖體，降低了巖體的強(qiáng)度，使雨水、地下水易于沿爆破裂隙滲透，加速巖體風(fēng)化。也可能在爆破震動(dòng)力和巖體破壞、強(qiáng)度降低的共同影響下使邊坡穩(wěn)定性降低。（6）其他影響包括邊坡的形狀、開采程序等一些人為的采礦工程活動(dòng)均會(huì)對(duì)邊坡穩(wěn)定性造成一定的影響。25、試論述圍巖與支護(hù)共同作用原理?！緟⒖即鸢浮浚?）巖體開挖后，在圍巖壓力作用下圍巖體發(fā)生變形，圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用關(guān)系是充分利用圍巖的自承能力，人為的支護(hù)作用是圍巖強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、受力環(huán)境、位移與力的邊界條件等方面創(chuàng)造條件，促進(jìn)圍巖形成自穩(wěn)和承載結(jié)構(gòu)。（2）支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作阻力在一定程度上能相

21、當(dāng)有效的抑制直接頂板的離層，控制圍巖塑性區(qū)的再發(fā)展和圍巖的持續(xù)變形，保持圍巖的穩(wěn)定，因此，支護(hù)結(jié)構(gòu)必須適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和一定的可縮性，才能有效的控制和適應(yīng)圍巖的變形。（3）巷道周邊位移量和支護(hù)阻力的關(guān)系如下圖所示。曲線上 C 點(diǎn)左側(cè)為彈塑性階段，巷道周邊位移達(dá)到 c 點(diǎn)以后圍巖松動(dòng)破裂開始脫落，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生松動(dòng)壓力，支護(hù)阻力增加。可見，支護(hù)不宜在 B 區(qū)間工作，在 A 區(qū)間工作時(shí)在 C 點(diǎn)左側(cè)較為有利。26、巖體力學(xué)的研究方法有哪些？試用這些方法分析井工開采采空區(qū)頂板垮落的影響因素。【參考答案】工程地質(zhì)法；分析頂板圍巖結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況、巖層結(jié)構(gòu)特征等；科學(xué)實(shí)驗(yàn)法：參數(shù)頂板巖層強(qiáng)度和變形參數(shù)、利用數(shù)值

22、模擬或相似材料模擬研究分析頂板的可能垮落規(guī)律；數(shù)學(xué)力學(xué)分析法：建立巷道力學(xué)結(jié)構(gòu)模型，計(jì)算頂板撓度變形和垮落步距等；綜合分析法：利用上述研究分析方法，分析頂板垮落規(guī)律及其影響因素分析。圖 1 圍巖與支護(hù)相互作用原理圖27、論述錨桿支護(hù)的常用理論及其適用條件?！緟⒖即鸢浮浚海?）懸吊理論：將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在上部穩(wěn)定巖層上，以免較軟弱巖層的破壞、失穩(wěn)和塌落，錨桿所受的拉應(yīng)力來(lái)自被懸吊的巖層重量。適用條件：錨桿可以錨固到頂板堅(jiān)硬穩(wěn)定巖層。（2）組合梁理論：將錨固范圍內(nèi)的巖層擠緊，增加各巖層間的摩擦力，防止巖石沿層面滑動(dòng)，避免各巖層出現(xiàn)離層現(xiàn)象，提高其自承能力。將巷道頂板錨固范圍內(nèi)的幾個(gè)薄巖層鎖

23、緊成一個(gè)較厚的巖層（組合梁），在上覆巖層載荷的作用下，這種組合厚巖層內(nèi)的最大彎曲應(yīng)變和應(yīng)力都將大大減小，組合梁的撓度亦減小。（3）組合拱理論：在破裂區(qū)中安裝預(yù)應(yīng)力錨桿時(shí)，在桿體兩端將形成圓錐形分布的壓應(yīng)力，如果沿巷道周邊布置錨桿群，只要錨桿間距足夠小，各個(gè)錨桿形成的壓應(yīng)力圓錐體將相互交錯(cuò)，就能在巖體中形成一個(gè)均勻的壓縮帶，即承壓拱，這個(gè)承壓拱可以承受其上部破碎巖石施加的徑向荷載，在承壓拱內(nèi)的巖石徑向及切向均受壓，處于三向應(yīng)力狀態(tài)，其圍巖強(qiáng)度得到提高，支承能力也相應(yīng)加大。適用條件：頂板無(wú)穩(wěn)定巖層。（4）最大水平應(yīng)力理論：礦井巖層的水平應(yīng)力通常大于垂直應(yīng)力，水平應(yīng)力具有明顯的方向性。在最大水平應(yīng)力

24、的作用下，頂?shù)装鍘r層易于發(fā)生剪切破壞，出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)與松動(dòng)而膨脹造成圍巖變形，錨桿的作用即是約束其沿軸向巖層膨脹和垂直于軸向的巖層剪切錯(cuò)動(dòng)。（5）圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論：通過(guò)錨桿加固巷道圍巖強(qiáng)度，減少巷道周圍破碎區(qū)、塑性區(qū)的范圍和巷道的表面位移，控制圍巖破碎區(qū)塑性區(qū)的發(fā)展，從而有利于保持巷道圍巖的穩(wěn)定。主要適用于軟巖煤巷圍巖特點(diǎn)提出的。28、莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線的定義，試?yán)L制完整巖石的莫爾強(qiáng)度曲線，并論述及其應(yīng)用？答：莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線：試驗(yàn)方法求得的若干極限應(yīng)力莫爾圓的破壞點(diǎn)外公切線所組成的軌跡線。完整巖石的莫爾強(qiáng)度曲線：繪圖運(yùn)用強(qiáng)度曲線可以直接判斷巖石能否破壞。將應(yīng)力圓與強(qiáng)度曲線放在同一個(gè)坐標(biāo)系中，若莫爾應(yīng)力圓

25、在包絡(luò)線之內(nèi)，則巖石不破壞；若莫爾應(yīng)力圓與強(qiáng)度曲線相切，則巖石處于極限平衡狀態(tài)；若莫爾圓與強(qiáng)度曲線相交，則巖石肯定破壞。29、巖石的應(yīng)力-應(yīng)變曲線隨巖石性質(zhì)不同有不同類型。米勒根據(jù)峰前的應(yīng)力應(yīng)變曲線將巖石分成幾種類型？ 請(qǐng)繪制各類型曲線。根據(jù)米勒的試驗(yàn)結(jié)果，巖石變形曲線的主要類型有以下六種：類型表現(xiàn)為近似于直線關(guān)系的變形特征，直到發(fā)生突發(fā)性破壞，且以彈性變形為主。類型，開始為直線，至末端則出現(xiàn)非線性屈服段。類型開始為上凹型曲線，隨后變?yōu)橹本€，直到破壞，沒(méi)有明顯的屈服段。類型為中部很陡的“s”形曲線。類型是中部較緩的“s”形曲線。類型開始為一很小的直線段，隨后就不斷增長(zhǎng)的塑性變形和蠕變變形。類型

26、：直線型（線彈性）類型：下凹型（彈塑性）類型：上凹型（塑彈性）類型：S 型（塑彈塑-高模量）類型：S 型（塑彈塑-低模量）類型：類彈粘性30、請(qǐng)繪制單軸壓縮條件下巖石的變形的典型全應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線？標(biāo)明各階段及意義，以及工程中如何應(yīng)用？(1) 全應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線(2) 全應(yīng)力應(yīng)變曲線可分幾段： 壓密階段（OA）-原有張性裂隙被壓密，曲線上凹； 彈性變形階段（AC）-近乎直線，AB 為線性彈性，BC 微裂隙穩(wěn)定發(fā)展； 非穩(wěn)定破裂階段（CD）-C 點(diǎn)可認(rèn)為是屈服點(diǎn)，C 點(diǎn)后裂隙非穩(wěn)定發(fā)展-擴(kuò)容； 破裂后階段（D 點(diǎn)以后）-峰值強(qiáng)度以后，裂隙迅速發(fā)展、破壞，但是還有一定承載力。(3) 工程應(yīng)用：

27、 預(yù)測(cè)巖爆 預(yù)測(cè)蠕變破壞 預(yù)測(cè)循環(huán)加載巖石破壞31、礦井大量觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，采場(chǎng)覆巖移動(dòng)破壞具有一定的規(guī)律，通常稱為“橫三區(qū)”與“豎三帶”，請(qǐng)根據(jù)下圖說(shuō)明相應(yīng)的區(qū)域和“豎三帶”與采高的關(guān)系？答：“橫三區(qū)”是指煤壁支撐影響區(qū) A。離層區(qū) B。重新壓實(shí)區(qū) C?！柏Q三帶”指 I-垮落帶(48 倍采高)；II-裂隙帶(2030 倍采高)；III-彎曲下沉帶。 A 區(qū)域，即煤壁支撐影響區(qū)，這個(gè)區(qū)域在煤壁前方 3040m 的范圍內(nèi)，該區(qū)域內(nèi)巖層有較明顯的水平移動(dòng)，而垂直移動(dòng)甚小，有時(shí)巖層還可能出現(xiàn)上升現(xiàn)象。 B 區(qū)域，也稱為離層區(qū)，這個(gè)區(qū)域是在回采工作面推過(guò)以后的采空區(qū)上方。這個(gè)區(qū)的巖層移動(dòng)特點(diǎn)是：破段巖層

28、的垂直位移急劇增大，其下部巖層垂直移動(dòng)速度大于上部巖層的垂直移動(dòng)速度，因而下部巖層和上部巖層發(fā)生離層。 C 區(qū)域，稱為重新壓實(shí)區(qū)。這個(gè)區(qū)域內(nèi)裂隙帶的巖層重新受到已冒落矸石的支撐，垂直移動(dòng)減緩，其下部巖層的垂直移動(dòng)速度小于上部巖層，因而使離層巖層出現(xiàn)的層間間隙又重新閉合。 區(qū)域，當(dāng)煤層開采以后，由于直接頂下部形成較大的空間，直接頂破斷后，巖塊是不規(guī)則垮落，排列極不整齊，其松散系數(shù)較大。一般將具有這種破壞方式的巖層稱為垮落帶。 區(qū)域，垮落帶以上的頂板巖層由于其下部空間較小，巖層斷裂后，其向下移動(dòng)時(shí)受到相互牽制，巖層只是斷裂下沉而無(wú)翻轉(zhuǎn)，通常稱這個(gè)區(qū)域叫做裂隙帶。 區(qū)域，在向上直至地表的巖層只有彎曲

29、下沉而無(wú)斷裂，這一帶常稱為彎曲下沉帶。32、論述格里菲斯強(qiáng)度理論內(nèi)容、強(qiáng)度準(zhǔn)則(或雙向壓縮下裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則)以及相應(yīng)的結(jié)論？答：格里菲斯（Griffith ，1920 年）認(rèn)為:在任何材料內(nèi)部存在著各種缺陷(稱為格里菲斯裂隙)；當(dāng)含有的這些缺陷端部某一個(gè)拉應(yīng)力值超過(guò)該材料的抗拉強(qiáng)度值時(shí)，裂隙便開始擴(kuò)展，其方向最后將與最大主應(yīng)力方向平行，導(dǎo)致材料發(fā)生脆性拉伸破壞。格里菲斯強(qiáng)度準(zhǔn)則：( s 1- s 3 )2= 8s (s 1 + s 3 0)s 1+ s 3(s 1 + s 3 0)s 3 = - s t結(jié)論：(1)材料的單軸抗壓強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度的 8 倍，其反映了脆性材料的基本力學(xué)特征。(2)材料

30、發(fā)生斷裂時(shí)，可能處于各種應(yīng)力狀態(tài)。不論何種應(yīng)力狀態(tài)，材料都是因裂紋尖端附近達(dá)到極限拉應(yīng)力而斷裂開始擴(kuò)展，即材料的破壞機(jī)理是拉伸破壞。新裂紋與最大主應(yīng)力方向斜交，而且擴(kuò)展方向會(huì)最終趨于與最大主應(yīng)力平行。五、計(jì)算分析題28、如果某巖石的強(qiáng)度條件為t = s tan 30 o +10 （MPa），試求：（1）這種巖石的單軸抗壓強(qiáng)度；（2）設(shè) s1 s 2 s 3 （壓應(yīng)力為正，單位 MPa），則應(yīng)力狀態(tài)（40,20,1）時(shí)，該巖石是否發(fā)生破壞？（3）如果改變中間主應(yīng)力s 2 的大小，對(duì)該巖體強(qiáng)度有何影響？【參考答案】：（1）由題可知：C = 10 MPa, j = 30o ，故s c = 2C co

31、sj =34.64MPa；1 - sin j（2）由，s1 = 37.64MPa故該巖石所處的應(yīng)力狀態(tài)的最大主應(yīng)力已經(jīng)超過(guò)了最大強(qiáng)度，巖石已經(jīng)發(fā)生破壞。（3）由強(qiáng)度條件可知，按照莫爾庫(kù)倫準(zhǔn)則分析，中間主應(yīng)力對(duì)巖體破壞的影響可忽略。29、在地下 400m 深處，施工一個(gè)圓形巷道，巷道斷面半徑為 3m，巷道覆蓋巖層的平均容重 g = 25 KN / m3 ，假設(shè)巷道處于靜水壓力狀態(tài)，試求：（1）離巷道壁面 2m 處圍巖的徑向應(yīng)力s r和切向應(yīng)力sq 分別是多少？（2）通常以不超過(guò)原巖應(yīng)力 4%作為采動(dòng)影響邊界，該巷道的影響半徑是多少？（3）繪制巷道右?guī)椭芯€和頂板中線的徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力分布曲線?！緟⒖即鸢浮浚海?）由題意可知，該巷道處的垂直應(yīng)力 s h = g h = 10MPa ，又側(cè)壓系數(shù)等于 1，此時(shí)圍巖的徑向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力表達(dá)式為：，求的徑向應(yīng)力6.4MPa，切向應(yīng)力 13.6MPa。（2）此時(shí) r=5a=10m，（或者距離硐室壁面 7m）。（3）30、已知巖石的單軸壓縮壓強(qiáng)度為 110 MPa,相應(yīng)的破壞面與水平面夾角為 35，求當(dāng)小主應(yīng)力s3