巖體力學(xué)習(xí)題及答案

1、 巖體力學(xué)：研究巖體在各種力場作用下變形與破壞規(guī)律的科學(xué)。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。波速比kv：波速比是國標(biāo)提出的用來評價巖的風(fēng)化程度的指標(biāo)之一，即風(fēng)化巖塊和新鮮巖塊的縱波速度之比。風(fēng)化系數(shù)kf：風(fēng)化系數(shù)是國標(biāo)提出的用來評價巖的風(fēng)化程度的指標(biāo)之一，即風(fēng)化巖塊和新鮮巖塊飽和單軸抗壓強(qiáng)度之比。結(jié)構(gòu)面：其是指地質(zhì)歷史發(fā)展過程中，在巖體內(nèi)形成的具有一定的延伸方向和長度、厚度相對較小的地質(zhì)面或帶。它包括物質(zhì)分異面和不連續(xù)面，如層面、不整合、節(jié)理面、斷層、片理面等，國內(nèi)外一些文獻(xiàn)中又稱為不連續(xù)面或節(jié)理。節(jié)理密度：反映

2、結(jié)構(gòu)發(fā)育的密集程度，常用線密度表示，即單位長度內(nèi)節(jié)理?xiàng)l數(shù)。節(jié)理連續(xù)性：節(jié)理的連續(xù)性反映結(jié)構(gòu)面貫通程度，常用線連續(xù)性系數(shù)表示，即單位長度內(nèi)貫通部分的長度。節(jié)理粗糙度系數(shù)JRC：表示結(jié)構(gòu)面起伏和粗糙程度的指標(biāo)，通常用縱刻面儀測出剖面輪廓線與標(biāo)準(zhǔn)曲線對比來獲得。節(jié)理壁抗壓強(qiáng)度JCS：用施密特錘法（或回彈儀）測得的用來衡量節(jié)理壁抗壓能力的指標(biāo)。節(jié)理張開度：指節(jié)理面兩壁間的垂直距離。巖體：巖體是指在地質(zhì)歷史過程中形成的，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。結(jié)構(gòu)體：巖體中被結(jié)構(gòu)面切割圍限的巖石塊體。巖體結(jié)構(gòu)：巖體中結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體的排列組合特征。巖

3、體完整性系數(shù)Kv：其是指巖體縱波速度和巖塊縱波速度之比的平方。巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD：大于10cm的巖芯累計(jì)長度與鉆孔進(jìn)尺長度之比的百分?jǐn)?shù)。巖石的物理性質(zhì)：巖石和土一樣，也是由固體、液體和氣體三相組成的，所謂物理性質(zhì)是指巖石三相組成部分的相對比例關(guān)系不同所表現(xiàn)的物理狀態(tài)。.巖石的熱物理性質(zhì)：巖石在熱交換過程中表現(xiàn)出來的各種性質(zhì)。.巖石的水理性質(zhì)：巖石在水溶液作用下表現(xiàn)出來的性質(zhì)，稱為水理性質(zhì)，主要有吸水性、軟化性、抗凍性及滲透性等。巖石的密度：巖石密度是指單位體積內(nèi)巖石的質(zhì)量，單位為kN/m3。巖石的空隙度：巖石中空隙的總體積與巖石體積的比叫做巖石的空隙度，它用來表征巖石中空隙的發(fā)育狀況。巖石的空

4、隙比：其是指孔隙裂隙的體積與固體的體積之比。巖石的比熱容：單位質(zhì)量巖石的溫度升高1K時所需要的熱量。 巖石的導(dǎo)熱系數(shù)：溫度沿單位法向長度下降1K時單位時間內(nèi)通過單位面積巖石的熱量。 巖石的比熱：巖石儲存熱量能力的大小，即單位質(zhì)量或單位體積的巖石溫度升高1K是所要供給的熱量。巖石的熱膨脹系數(shù)：其是用來表示巖石受熱膨脹能力大小的系數(shù)，具體分為線膨脹系數(shù)和體膨脹系數(shù)。巖石的吸水率：巖石試件在大氣壓力和室溫條件下自由吸入水的質(zhì)量與巖樣干質(zhì)量之比。巖石的飽水率：巖石試件在150個大氣壓或真空條件下吸入水的質(zhì)量與巖樣干質(zhì)量之比。巖石的飽水系數(shù)：巖石的吸水率與飽和吸水率之比。 巖石的軟化系數(shù)：巖石軟化系數(shù)K

5、R定義為巖石試件的飽和抗壓強(qiáng)度與干抗壓強(qiáng)度的比值。巖石的抗凍系數(shù)：巖石試件經(jīng)反復(fù)凍融后的干抗壓強(qiáng)度與凍融前干抗壓強(qiáng)度之比。巖石的透水性：在一定的水力梯度或壓力差作用下，巖石能被水透過的性質(zhì)，稱為透水性。巖石的滲透系數(shù)：滲透系數(shù)是表征巖石透水性的重要指標(biāo)，其在數(shù)值上等于水力梯度為1時的滲透流速。巖石的強(qiáng)度：巖石在達(dá)到破壞前所能承受的最大應(yīng)力。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。 峰值強(qiáng)度：巖石完全破壞時的應(yīng)力值。即試件承載力達(dá)到最大時的應(yīng)力值。殘余強(qiáng)度：巖石完全破壞后而僅有內(nèi)摩擦力的強(qiáng)度。 巖石的抗拉強(qiáng)度：巖石試件在單向拉伸時能承受的最大拉應(yīng)力。巖石的

6、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。巴西試驗(yàn)：為了測定巖石抗拉強(qiáng)度而進(jìn)行的劈裂試驗(yàn)，是測定巖石抗拉強(qiáng)度的間接試驗(yàn)。劈裂破壞試驗(yàn)：用圓柱體或立方體試件，橫置于壓力機(jī)的承壓板上，且在試件上、下承壓面上各放一根墊條，然后以一定的加荷速率加壓，直到試件破壞從而測出巖石抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)。 傾斜板剪切試驗(yàn)：將立方體試件，置于可變角度的傾斜板剪切夾具中，然后在壓力機(jī)上加壓直至試件沿預(yù)定的剪切面破壞從而求出巖石抗剪強(qiáng)度的一種試驗(yàn)方法。點(diǎn)荷載試驗(yàn)：將試件放在點(diǎn)荷載儀中的球面壓頭間，然后通過油泵加壓至試件破壞，利用破壞時的荷載大小可計(jì)算求得巖塊的最大拉應(yīng)力的一種試驗(yàn)方法。三軸壓縮試驗(yàn)：試件在三

7、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。真三軸試驗(yàn)：在三軸壓縮試驗(yàn)中，當(dāng)三軸向主應(yīng)力不相等時即（123）所做的壓縮試驗(yàn)。等圍壓試驗(yàn)：在三軸試驗(yàn)中，當(dāng)側(cè)向應(yīng)力互相相等時（即12=3）所做得壓縮試驗(yàn)。劈裂破壞：試件在軸向壓應(yīng)力作用下，由于減小或消除了端部約束，沿壓應(yīng)力垂直方向發(fā)生的拉裂破壞。對頂錐破壞：試件在軸向壓應(yīng)力作用下，由于試件端部橫向約束，形成的錐形剪切破壞。端部效應(yīng)：試件試驗(yàn)時端面條件對巖塊強(qiáng)度的影響，其產(chǎn)生原因一般認(rèn)為是由于試件端面與壓力機(jī)板間的磨擦作用，改變了試件內(nèi)部的應(yīng)力分布和破壞方式，進(jìn)而影響巖塊的強(qiáng)度。直剪試驗(yàn)：將試件放在直剪儀上，試驗(yàn)時，先在試件上施加

8、法向壓力，然后在水平方向逐級施加水平剪力，直到試件破壞從而求得試件抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)方法。剛性壓力機(jī)：用伺服系統(tǒng)來獲得試件全過程曲線的壓力機(jī)。全過程曲線：反映單軸壓縮巖石試件在破裂前后全過程的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的曲線。初始模量：應(yīng)力應(yīng)變曲線在原點(diǎn)處的切線斜率。 切線模量：應(yīng)力應(yīng)變曲線直線段的斜率。割線模量：從應(yīng)力應(yīng)變曲線的原點(diǎn)到曲線上一點(diǎn)的連線的斜率，取通常c的40-60%。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。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)過一段時間才能恢復(fù)，這種現(xiàn)象稱為彈性滯后。.塑性滯環(huán)：巖石在循環(huán)荷載條件下，每次加荷，卸荷曲線

9、都不重合，且圍成一環(huán)形面積，即塑性滯環(huán)。. 巖石的記憶：每次卸載后再加載到原來的應(yīng)力后繼續(xù)增加荷載，即逐級循環(huán)加載，則新的加載曲線段將沿著卸載前的加載曲線方向上升的形象。反復(fù)循環(huán)：在低于彈性極限的恒定應(yīng)力下反復(fù)加載、卸載。逐級循環(huán)：每次卸載后再加載到原來的應(yīng)力后繼續(xù)增加荷載。疲勞強(qiáng)度：巖塊在高于彈性極限的某一應(yīng)力下反復(fù)加載、卸載時將導(dǎo)致試件進(jìn)一步的變形，發(fā)生破壞時的應(yīng)力低于單軸抗壓強(qiáng)度，這一應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度。巖石的流變性：巖石的變形和應(yīng)力受時間因素的影響，在外部條件不變的情況下，巖石的變形或應(yīng)力隨時間而變化的現(xiàn)象叫流變。蠕變：巖石在恒定的荷載作用下，變形隨時間逐漸增大的性質(zhì)。松馳：巖石在長期的

10、應(yīng)力作用下，強(qiáng)度漸漸變小的性質(zhì)稱之為松弛。初始蠕變：在本階段內(nèi)，蠕變曲線呈下凹型，特點(diǎn)是應(yīng)變最初隨時間增大較快，但其應(yīng)變率隨時迅速遞減到B點(diǎn)達(dá)到最小值。等速蠕變：本階段內(nèi)，曲線呈近似直線，即應(yīng)變隨時間近似等速增加，直到C點(diǎn)。加速蠕變：本階段蠕變加速發(fā)展直到巖石破壞。長期強(qiáng)度：把出現(xiàn)加速蠕變的最低應(yīng)力值稱為長期強(qiáng)度。力學(xué)介質(zhì)模型：用已知邊與變形關(guān)系的簡單元件來描述固體物質(zhì)在受力條件下的變形特征。用于模擬某種物質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)而用其它具有相似性質(zhì)的材料建立的模型。體積應(yīng)變曲線：用于描述巖石所受應(yīng)力與體積應(yīng)變相互關(guān)系的曲線稱為體積應(yīng)變曲線。 初裂：巖石在荷載作用下，經(jīng)過彈壓壓縮階段，巖石體內(nèi)開始出現(xiàn)微小

11、裂縫的過程，稱為初裂。強(qiáng)度理論：對巖石破壞的原因、過程及條件的系統(tǒng)化論述。破壞判據(jù)(強(qiáng)度準(zhǔn)則)：用以表征巖石破壞條件的應(yīng)力狀態(tài)與巖石強(qiáng)度參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系，稱為破壞判據(jù)。脆性破壞：即巖石在荷載作用下沒有顯著覺察的變化就突然破壞的破壞形式。塑性破壞：巖石在破壞之前的變形很大，且沒有明顯的破壞荷載，表現(xiàn)出顯著的塑性變形、流動或擠出，這種破壞稱為塑性破壞。 張性破壞：巖石在拉應(yīng)力的作用下，內(nèi)部連接被破壞，出現(xiàn)了與荷載方向平行的斷裂。剪切破壞：巖石在荷載作用下，當(dāng)剪應(yīng)力大于該面上的抗剪強(qiáng)度時，巖石發(fā)生的破壞稱為剪切破壞。流動破壞：通常各種塑性很好的巖石，在荷載作用下，產(chǎn)生巨大的塑性變形或稱之為流動的破壞

12、形式。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。八面體強(qiáng)度理論：即巖石破壞的原因是八面體上的剪應(yīng)力達(dá)到了臨界值所引起的。格里菲斯強(qiáng)度理論：實(shí)際的固體在結(jié)構(gòu)構(gòu)造上既不是絕對均勻的，也不是絕對連續(xù)的，其內(nèi)部包含有大量的微裂紋和微孔洞，這種固體在外力作用下，即使作用的平均應(yīng)力不大，但由于微裂紋或微孔洞邊緣上的應(yīng)力集中，很可能在邊緣局部產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，當(dāng)這種拉應(yīng)力達(dá)到或超過強(qiáng)度時，微裂紋便開始擴(kuò)展，當(dāng)許多這種的微裂紋擴(kuò)展、遷就、聯(lián)合時，最后使固體沿某一個或若干個平面或曲面形成宏觀破裂。爬坡角：剪切時結(jié)構(gòu)面法向位移軌跡與水平線的夾角。即

13、，v為垂直位移分量，u為水平位移分量。基本摩擦角：巖石磨光面做傾斜試驗(yàn)產(chǎn)生滑動的臨界角。 動彈模：巖體在動荷載作用下所表現(xiàn)出來的彈性模量。天然應(yīng)力：人類工程活動之前存在于巖體中的應(yīng)力，稱為天然應(yīng)力或地應(yīng)力。.重分布應(yīng)力：開挖破壞了巖體天然應(yīng)力的相對平衡狀態(tài)，使巖體中的應(yīng)力產(chǎn)生重分布，這時的應(yīng)力稱為重分布應(yīng)力。.圍巖：在巖體中開挖洞室，引起洞室圍巖體中應(yīng)力的重分布，應(yīng)力重分布范圍內(nèi)的巖體叫做圍巖。重分布應(yīng)力：地下開挖破壞了巖體天然應(yīng)力的相對平衡狀態(tài)，洞室周邊巖體將向開挖空間松脹變形，使圍巖中的應(yīng)力產(chǎn)生重分布作用，形成新的應(yīng)力，這種應(yīng)力稱為重分布應(yīng)力。.圍巖應(yīng)力：圍巖中的重分布應(yīng)力。圍巖壓力：是指

14、圍巖作用在支護(hù)上的力。塑性圈(松動圈)：如重分布應(yīng)力超過圍巖強(qiáng)度極限或屈服極限，造成洞室周邊的非彈性位移，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(松動圈)。塑性條件：巖石屈服滿足摩爾屈服準(zhǔn)則，當(dāng)巖石進(jìn)入屈服時就是塑性條件。側(cè)壓力系數(shù)：=H/V，即水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值。靜水壓力狀態(tài)：1=2=3或H=V1從工程的觀點(diǎn)看，巖體力學(xué)的研究內(nèi)容有哪幾個方面？答：從工程觀點(diǎn)出發(fā)，大致可歸納如下幾方面的內(nèi)容：1）巖體的地質(zhì)特征及其工程分類。2）巖體基本力學(xué)性質(zhì)。3）巖體力學(xué)的試驗(yàn)和測試技術(shù)。4）巖體中的天然應(yīng)力狀態(tài)。5）模型模擬試驗(yàn)和原型觀測。6）邊坡巖體、巖基以及地下洞室圍

15、巖的變形和穩(wěn)定性。7）巖體工程性質(zhì)的改善與加固。2巖體力學(xué)通常采用的研究方法有哪些？1）工程地質(zhì)研究法。目的是研究巖塊和巖體的地質(zhì)與結(jié)構(gòu)性，為巖體力學(xué)的進(jìn)一步研究提供地質(zhì)模型和地質(zhì)資料。2）試驗(yàn)法。其目的主要是為巖體變形和穩(wěn)定性分析提供必要的物理力學(xué)參數(shù)。3）數(shù)學(xué)力學(xué)分析法。通過建立巖體模型和利用適當(dāng)?shù)姆治龇椒?，預(yù)測巖體在各種力場作用下變形與穩(wěn)定性。4）綜合分析法。這是巖體力學(xué)研究中極其重要的工作方法。由于巖體力學(xué)中每一環(huán)節(jié)都是多因素的，且信息量大，因此，必須采用多種方法考慮各種因素進(jìn)行綜合分析和綜合評價才能得出符合實(shí)際的正確結(jié)論，綜合分析是現(xiàn)階段最常用的方法。(1) 巖體中的結(jié)構(gòu)面按成因有哪

16、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。(2) 結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性有幾種定義方法？如何定義？結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性反映結(jié)構(gòu)面的貫通程度，常用線連續(xù)系數(shù)和面連續(xù)性系數(shù)表示。線連續(xù)性系數(shù)是指結(jié)構(gòu)面跡線延伸方向單位長度內(nèi)貫通部分的總和；面連續(xù)性系數(shù)是指結(jié)構(gòu)面單位面積內(nèi)貫通部分面積的總和。(3) 如何描述結(jié)構(gòu)面的充填情況？按充填物的厚度和連續(xù)性，結(jié)構(gòu)面的充填可分為：薄膜充填、斷續(xù)充填，連續(xù)充填及厚層充填4類，(4) 在我國，通常將結(jié)構(gòu)面分為哪幾級？在工程中主

17、要涉及到哪幾級？.按結(jié)構(gòu)面延伸長度、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：I級：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：指延伸長而寬度不大的區(qū)域性地質(zhì)界面，如較大的斷層、層間錯動、不整合面及原生軟弱夾層等。III級：指長度數(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動等。IV級：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: 又稱微結(jié)構(gòu)面，指隱節(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。在工程中主要涉及到III級、IV級。(5) 在我國，通常將巖體結(jié)構(gòu)分為哪幾類？.將巖體結(jié)構(gòu)劃分為

18、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)。(6) 通常用哪些指標(biāo)評價巖體的風(fēng)化程度？答：巖石的風(fēng)化程度可通過定性指標(biāo)和某些定量指標(biāo)來表述，定性指標(biāo)主要有：顏色、礦物蝕變程度、破碎程度及開挖錘擊技術(shù)特征等。定量指標(biāo)主要有風(fēng)化空隙率指標(biāo)和波速指標(biāo)等。國標(biāo)巖土工程勘察規(guī)范中提出用風(fēng)化巖塊的縱波速度、波速比和風(fēng)化系數(shù)等指標(biāo)來評價巖塊的風(fēng)化程度。(7) 怎樣用軟化系數(shù)評價巖體的軟化？答：巖石浸水飽和后強(qiáng)度降低的性質(zhì)稱為巖石的軟化性。軟化性用軟化系數(shù)KR表達(dá)，它定義為巖石飽和抗壓強(qiáng)度與干抗壓強(qiáng)度之比。當(dāng)軟化系數(shù)KR0.75時，巖石的軟化性弱，同時也說明巖石的抗凍性和抗風(fēng)化能力強(qiáng)，

19、而KR0.75的巖石則是軟化性較強(qiáng)和工程地質(zhì)性質(zhì)較差的巖石。(8) 按巖體力學(xué)的觀點(diǎn)，巖體具有什么樣的力學(xué)特征？答：非均質(zhì)、非連續(xù)、各向異性。(9) 巖體的不連續(xù)性是如何表現(xiàn)的？答：巖體中存在的各種結(jié)構(gòu)面，如斷層，節(jié)理、劈理、層理、卸荷裂隙、風(fēng)化裂隙等，使介質(zhì)材料在空間的連續(xù)性中斷。(10) 為什么說巖體具有不均勻的物理力學(xué)性質(zhì)？答：巖體物理力學(xué)性質(zhì)的不均勻性由物質(zhì)組成不均勻和節(jié)理發(fā)育不均勻形成。物質(zhì)組成的不均勻主要是組成巖體的巖塊巖性的差別，如砂頁巖互層，泥巖夾灰?guī)r等。節(jié)理發(fā)育不均勻主要是在不同地質(zhì)構(gòu)造部位或不同巖石類型中，節(jié)理發(fā)育差別，如褶皺核部與翼部，砂巖與頁巖中等。(11) 巖體的各向

20、異性怎樣產(chǎn)生的？答：主要是層理、節(jié)理、片理面、片麻理面等的存在，造成平行結(jié)構(gòu)面方向和垂直結(jié)構(gòu)面方向物理力學(xué)性質(zhì)不同。(12) 怎樣確定節(jié)理粗糙度系數(shù)JRC？答：在實(shí)際工作中，可用結(jié)構(gòu)面縱剖面儀測出所研究結(jié)構(gòu)面的粗糙剖面，然后與標(biāo)準(zhǔn)剖面進(jìn)行對比，即可求得結(jié)構(gòu)面的粗糙系數(shù)JRC。(13) 怎樣測定節(jié)理壁抗壓強(qiáng)度JCS？答：一般用回彈儀在野外測定，確定方法是：用試驗(yàn)測得的回彈值，查圖或用公式計(jì)算，求得JCS。(14) 怎樣測定節(jié)理張開度？答：用標(biāo)準(zhǔn)的各種不同厚度的鋼片（即厚薄規(guī)）插入張開的節(jié)理中，若兩者正好吻合，則鋼片的厚度即為所測節(jié)理的厚度，或者用楔型塞尺測量。(1) 在巖石的單軸壓縮試驗(yàn)中，試件

21、的高徑比、尺寸、加載速率怎樣影響巖石的強(qiáng)度？答：一般說來，高徑比越大，巖石的強(qiáng)度越低。試件尺寸越大，巖石強(qiáng)度越低。加荷速率越大，巖石的強(qiáng)度越大。(2) 請描述巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的制樣、試驗(yàn)、資料整理的過程和計(jì)算方法。答：準(zhǔn)備至少6個取自同一地點(diǎn)的試件，試件用圓柱形，試件的斷面尺寸，圓柱形試件尺寸直徑一般D=5cm，試件的高度h=(22.5)D，試件端面應(yīng)當(dāng)平整光滑，兩端面應(yīng)平行。試驗(yàn)前用游標(biāo)卡尺在試件不同高度位置和不同直徑方向仔細(xì)測量試件直徑，取平均直徑作為計(jì)算直徑。將試件兩端抹上黃油后置于有球星壓頭的試驗(yàn)機(jī)上，試驗(yàn)時以每秒0.50.8MPa的加荷速率加荷，直到試件破壞，按c=P/A計(jì)算抗壓

22、強(qiáng)度。式中：c：巖石單軸抗壓強(qiáng)度。P：巖石試件破壞時的荷載。A：試件的橫斷面面積。重復(fù)進(jìn)行6次，取強(qiáng)度平均值。(3) 請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)時沿著圓柱體的直徑方向墊直徑2mm圓形鋼絲墊條置于壓力機(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)來解，試樣為立方體時， Pmax為破壞荷載。重復(fù)試驗(yàn)6次，取平均值。(4) 請描述巖石點(diǎn)荷載試驗(yàn)的制樣、試驗(yàn)、資料整理的過程和計(jì)算方法。答：以一段長度為直徑11.4倍的圓柱狀巖芯，在其中部對稱的兩點(diǎn)上施加點(diǎn)荷載至破壞，破壞方式

23、是巖蕊通常沿縱截面，有時沿橫截面被劈裂，也可以沿巖蕊的軸向在中心線上兩點(diǎn)施加荷載使巖蕊劈裂，單軸抗拉和抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式如下：單軸抗拉強(qiáng)度計(jì)算公式：單軸抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式：Sc=(22.823.7)Is(50)(5) 請描述巖石傾斜板剪切試驗(yàn)的制樣、試驗(yàn)、資料整理的過程和計(jì)算方法。.答：試件尺寸為10cm10cm5cm，最大的有達(dá)30cm30cm30cm的，試驗(yàn)時采用多個試件，在楔形剪切儀上進(jìn)行試驗(yàn)，分別以不同的角度進(jìn)行，對應(yīng)于一個角度得出一組和值。=P(cos+fsin)/A=P (sin-fcos)/A繪制-曲線，當(dāng)變化范圍圈套時，-為一條曲線，但當(dāng)0，所以其破壞準(zhǔn)則為：把1=42MPa，3=

24、6MPa，t=8MPa（t取絕對值）代入上式，左邊=右邊，剛好達(dá)到破壞。其破壞面與最大主應(yīng)力之間的夾角q為：，b. 由于1+33=20+3(-8)=-40，所以其準(zhǔn)則為：3=-t。3=-8=-t，按格里菲斯準(zhǔn)則可判斷其剛好破壞，其破壞方向?yàn)檠?的方向。(5) 已知巖體中某點(diǎn)應(yīng)力值為：1=61.2MPa，3=19.1MPa，c=50MPa，=57，t=8.7MPa，試用莫爾庫論判據(jù)和格里菲斯準(zhǔn)則分別判斷其是否破壞，并討論其結(jié)果。解：a、用莫爾庫論判據(jù)：等式不成立，所以巖體不破壞。b、用格里菲斯準(zhǔn)則：，所以巖體要發(fā)生破壞。c、根據(jù)莫爾庫倫判據(jù)巖體不破壞，而根據(jù)格里菲斯準(zhǔn)則巖體要發(fā)生破壞。即可認(rèn)為該

25、巖體不會發(fā)生剪切破壞，但由于巖體內(nèi)部存在微裂紋和微孔洞，在外力作用下，即使作用的平均應(yīng)力不大，在微裂紋和微孔洞的周圍將出現(xiàn)應(yīng)力集中，并可能產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，這時就要用格里菲斯準(zhǔn)則判斷是否破壞，此題可認(rèn)為巖體不產(chǎn)生剪切破壞，但會拉裂破壞，所以此巖體將破壞。(1) 試導(dǎo)出帕頓(Patton)公式。(2) 已知某巖石結(jié)構(gòu)面壁抗壓強(qiáng)度為70MPa，基本摩擦角35，野外確定JRC為11，試按巴頓(Barton)公式繪出該結(jié)構(gòu)面的-曲線，并試比較該曲線與庫倫強(qiáng)度曲線的異同。解：根據(jù)Barton公式，將JRC=11，=35，JCS=70MPa代入上式得：，將=10,20,100MPa代入計(jì)算得：(Barto

26、n)(Coulomb)109.7572557.0020752017.3763914.004153024.3349421.006234030.8858828.00835037.1433135.010386043.1722242.012457049.0145349.014538054.6994356.01669060.2484163.0186810065.6779270.02075點(diǎn)繪出的曲線如下：從上圖可以看出：Bartong公式和Coulomb公式結(jié)果接近，在低正應(yīng)力時（低于JCS），Barton公式計(jì)算的剪應(yīng)力高于Coulomb公式，在高正應(yīng)力時，Barton公式計(jì)算的剪應(yīng)力低于Coulom

27、b公式。(1) 如圖a，在巖石試樣中存在一結(jié)構(gòu)面，a. 試證明按莫爾庫倫強(qiáng)度準(zhǔn)則導(dǎo)出的強(qiáng)度判據(jù)為：式中C、為結(jié)構(gòu)面參數(shù)。b. 當(dāng)單軸壓縮時，為多少值該巖石的強(qiáng)度最低？提示：可按圖b關(guān)系導(dǎo)出。 .解：解：a. 由圖b，在任意ABO中，化簡即可得： 證畢。b. 單軸時，上式為 求1對的最小值。因此，當(dāng)時，巖石強(qiáng)度最低。(2) 地下巖體中有一結(jié)構(gòu)面，其傾角為40。當(dāng)在地下200m深處開挖一洞室，如果利用上題的公式，僅考慮巖體自重應(yīng)力，問該結(jié)構(gòu)面在該洞室處會否滑動？(已知=26kN/m3，=0.17，結(jié)構(gòu)面C=0.4MPa，=28).解：由上題公式：右邊得： 計(jì)算表明，滿足破壞所需要的1僅為4.743

28、MPa，而此處的實(shí)際應(yīng)力已達(dá)5.2MPa，故會滑動。此題有錯誤， (1) 考慮地應(yīng)力為靜水壓力狀態(tài)，分別計(jì)算并繪出r0、1a、2a、3a、4a、5a、6a時的r/0與/0隨r的變化，并討論其與0的誤差。解：為靜水壓力狀態(tài)即=1，洞室圍巖中與洞軸垂直斷面上任一點(diǎn)的應(yīng)力由彈性理論的平面問題可得：將r0、1a、2a、3a、4a、5a、6a代入得：r1a2a3a4a5a6ar/00（0%）3/4（75%）8/9（89%）15/16（94%）24/25（96%）35/36（97%）/02（200%）5/4（125%）10/9（111%）17/16（106%）26/25（104%）37/36（103%）從

29、上表可以看出：應(yīng)力重分布與q無關(guān)，而與測點(diǎn)徑向距離有關(guān)，當(dāng)洞徑一定時，隨r增大而迅速減少，而r隨r增大而增大，并都趨近于天然應(yīng)力值。當(dāng)r=6a時，、r與0相差僅為1/36，小于2.8%，因此一般可認(rèn)為應(yīng)力重分布的影響范圍為r=6a。(2) 一圓形洞室的直徑為5m，洞中心埋深610m，巖層密度27kN/m3，泊松比0.25，試求：a. 洞壁上各點(diǎn)的應(yīng)力值并繪成曲線( = 0、10、20、90)；b. 當(dāng)洞內(nèi)有0.15MPa的壓力時，計(jì)算洞壁和拱頂?shù)膰鷰r應(yīng)力。 解：v= h=61027=16.47MPa，=/(1-)=1/3=h/v，h=v/3a、 洞壁上各點(diǎn)的應(yīng)力，。q0102030405060

30、70809043.9242.6038.7832.9425.7718.1510.985.141.320b、當(dāng)洞內(nèi)有壓力P時，洞室周邊圍巖應(yīng)力重分布公式為：，。將已知條件代入得：，洞壁：即q=0時，拱頂：即q=90時，。(3) 試導(dǎo)出芬納(Fenner)公式。.解：由上圖可知，在r=R處，既是彈性區(qū)又是塑性區(qū)，故：e=p=0所以其既滿足彈性圈內(nèi)的重分布應(yīng)力，又滿足塑性區(qū)內(nèi)重分布應(yīng)力在彈性區(qū): 當(dāng)R=r時： （1）又因?yàn)槠錆M足M-C準(zhǔn)則：即： （2）把代入式整理得： 若松動圈已脫離原巖，則c=0, （3） 在塑性區(qū)：平衡方程成立，考慮靜水壓力狀態(tài)，有 （4）由（2）變形整理 （5）（5）代入（4-1）整理并分離變量兩邊積分后得 （6）將邊界條件代入（6） （7）（7）代入（6）取指數(shù)（去掉ln）整理后得塑性區(qū)應(yīng)力 （8）又因?yàn)椋寒?dāng)R=r時，即（8）=（3）=化簡即得芬納公式：(4) 已知H = 100m，a = 3m，c = 0.3MPa， = 30，= 27kN/m3，試求：a. 不出現(xiàn)塑性區(qū)時的圍巖壓力；b. 允許塑性圈厚度為2m時的圍巖壓力；c. 允許充分變形時的塑性圈半徑。解：由題意得：a. 當(dāng)不出現(xiàn)塑性區(qū)時，即R=a時： b. 當(dāng)允許塑性圈厚度為2m時，即