《巖石力學(xué)》復(fù)習(xí)資料

1、巖石力學(xué)復(fù)習(xí)資料1.1 簡(jiǎn)述巖石與巖體的區(qū)別與聯(lián)系。答：巖石是由礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定的規(guī)律聚集而形成的自然物體，力學(xué)性質(zhì)可在實(shí)驗(yàn)室測(cè)得；巖體是指由背諸如節(jié)理、裂隙、層理和斷層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)面切割的巖塊組成的集合體，力學(xué)性質(zhì)一般在野外現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)定，因此更接近巖體的實(shí)際情況，反映巖體的實(shí)際強(qiáng)度。1.2 巖體的力學(xué)特征是什么？ 答：（1）不連續(xù)性：巖體受結(jié)構(gòu)面的隔斷，多為不連續(xù)介質(zhì)，但巖塊本身可作為連續(xù)介質(zhì)看待； （2）各向異性：結(jié)構(gòu)面有優(yōu)先排列位向的趨勢(shì)，隨著受力巖體的結(jié)構(gòu)趨向不同力學(xué)性質(zhì)也各異；（3）不均勻性：結(jié)構(gòu)面的方向、分布、密度及巖塊的大小、形狀和鑲嵌狀況等在各部位都很不一致，造成巖體

2、的不均勻性；（4）巖塊單元的可移動(dòng)性：巖體的變形破壞往往取決于組成巖體的巖石塊單元體的移動(dòng)，這與巖石塊本身的變形破壞共同組成巖體的變形破壞； （5）力學(xué)性質(zhì)受賦存條件的影響：在一定的地質(zhì)環(huán)境中，巖體賦存有不同于自重應(yīng)力場(chǎng)的地應(yīng)力場(chǎng)、水、氣、溫度以及地質(zhì)歷史遺留的形跡等。1.3 巖石可分為哪三大類？它們各自的基本特點(diǎn)是什么？ 答：（1）巖漿巖：由巖漿冷凝形成的巖石，強(qiáng)度高、均勻性好；（2）沉積巖：由母巖在地表經(jīng)風(fēng)化剝蝕后產(chǎn)生，后經(jīng)搬運(yùn)、沉積和結(jié)硬成巖作用而形成的巖石，具有層理構(gòu)造，強(qiáng)度不穩(wěn)定，且具有各向異性；（3）變質(zhì)巖：由巖漿巖、沉積巖或變質(zhì)巖在地殼中受高溫、高壓及化學(xué)活動(dòng)性流體的影響發(fā)生變質(zhì)

3、而形成的巖石。力學(xué)性質(zhì)與變質(zhì)作用的程度、性質(zhì)以及原巖性質(zhì)有關(guān)。1.4 簡(jiǎn)述巖體力學(xué)的研究任務(wù)與研究?jī)?nèi)容。研究任務(wù)：建模與參數(shù)辨別；確定試驗(yàn)方法、儀器與信息處理；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試；實(shí)際應(yīng)用；研究?jī)?nèi)容：巖石與巖體的物理力學(xué)性質(zhì)（巖石的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征，巖石的物理、水理性質(zhì)，巖塊在不同應(yīng)力狀態(tài)作用下的變形和強(qiáng)度特征，結(jié)構(gòu)面的變性特征和強(qiáng)度參數(shù)的確定等）；巖石和巖體的本構(gòu)關(guān)系（巖塊的本構(gòu)關(guān)系，巖體結(jié)構(gòu)面分類和典型結(jié)構(gòu)面本構(gòu)關(guān)系，巖體的本構(gòu)關(guān)系）；工程巖體的應(yīng)力、變形和強(qiáng)度理論（巖體初始應(yīng)力測(cè)量及分布規(guī)律，巖體中應(yīng)力、應(yīng)變和位移計(jì)算，巖體破壞機(jī)理、強(qiáng)度理論和工程穩(wěn)定性維護(hù)與評(píng)價(jià)）：巖石（巖塊）室內(nèi)實(shí)驗(yàn)（室內(nèi)實(shí)

4、驗(yàn)是巖石力學(xué)研究的基本手段）；巖體測(cè)試和工程穩(wěn)定監(jiān)測(cè)（巖體原位力學(xué)實(shí)驗(yàn)原理和方法，巖體結(jié)構(gòu)面分布規(guī)律的統(tǒng)計(jì)測(cè)試，巖體的應(yīng)力、應(yīng)變、位移檢測(cè)方法及測(cè)試數(shù)據(jù)的分析利用，工程穩(wěn)定準(zhǔn)則和安全預(yù)測(cè)理論與方法）。1.5 巖體力學(xué)的研究方法有哪些？ 研究方法是采用科學(xué)實(shí)驗(yàn)、理論分析與工程緊密結(jié)合的方法。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件和工程環(huán)境進(jìn)行調(diào)查分析，掌握工程巖體的組構(gòu)規(guī)律和地質(zhì)環(huán)境；進(jìn)行室內(nèi)外的物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)、模型試驗(yàn)或原型試驗(yàn)，作為建立巖石力學(xué)的概念、模型和分析理論的基礎(chǔ)。按地質(zhì)和工程環(huán)境的特點(diǎn)分別采用彈性理論、塑性理論、流變理論以及斷裂、損傷等力學(xué)理論進(jìn)行計(jì)算分析。2.1 名詞解釋（1）巖石的質(zhì)量指標(biāo)（RQD

5、）：大于10cm的巖心之和與鉆孔總長(zhǎng)度的比率。（2）孔隙比：孔隙的體積與固體的體積之比，；（3）孔隙率：孔隙的體積與試件總體積之比，；（4）吸水率：巖石吸入水的質(zhì)量與固體質(zhì)量之比，；（5）風(fēng)化指標(biāo)：包括軟化系數(shù)（表示抗風(fēng)化能力的指標(biāo)，是試件干燥單軸抗壓強(qiáng)度與飽和單軸抗壓強(qiáng)度的比值，越小表示巖石受水的影響越大）和巖石耐崩解系數(shù)（試件實(shí)驗(yàn)前的質(zhì)量與試驗(yàn)后殘余質(zhì)量的比值，）；（6）膨脹指標(biāo)：包括自由膨脹系數(shù)（巖石在無任何條件下，浸水后產(chǎn)生的膨脹變形尺寸與原尺寸的比值，包括軸向自由膨脹率和徑向自由膨脹率），巖石的側(cè)向約束膨脹率（將具有側(cè)向約束的試件浸入水中，使試件僅產(chǎn)生軸向變形而求得的膨脹率）以及膨脹

6、壓力（巖石浸水后，使試件保持原有體積所需施加的最大壓力）；（7）滲透性：在一定的水壓作用下，水穿透巖石的能力。反映了巖石中裂隙向相互連通的程度，用達(dá)西定律描述：，其中表示水頭變化率。2.2 簡(jiǎn)述巖石的孔隙比與孔隙率的聯(lián)系。 答：孔隙比（e）是指孔隙的體積與固體的體積之比，孔隙率（n）是指孔隙的體積與試件總體積之比，其關(guān)系為：。3.1 簡(jiǎn)述巖柱劈裂破壞機(jī)理。 答：巖柱受壓時(shí)，軸向趨于縮短，橫向趨于擴(kuò)張，是張拉破壞。當(dāng)試件兩端面無摩擦力時(shí)，若試件受到軸向壓縮，試件橫向自由擴(kuò)張，其中的張拉應(yīng)力使試件產(chǎn)生平行于軸線的垂直裂縫，呈柱狀劈裂破壞。3.2 剛性試驗(yàn)機(jī)的工作原理是什么？ 答：剛性試驗(yàn)機(jī)（KmK

7、s），由于試驗(yàn)機(jī)釋放能Em小于Es，需要繼續(xù)加載才能使試件產(chǎn)生新的位移，因此，保持峰值強(qiáng)度后的試驗(yàn)平穩(wěn)進(jìn)行，并記錄下巖石峰值強(qiáng)度后的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，即剛性試驗(yàn)機(jī)的工作原理。3.3 什么是環(huán)箍效應(yīng)？列舉在單軸壓縮中克服它的措施。 試件受壓時(shí)，由于軸向趨于縮短，橫向趨于擴(kuò)張，而試件和壓板間的摩擦約束作用則阻止其擴(kuò)張，在試件端面部分形成了一個(gè)箍的作用，這一作用隨著遠(yuǎn)離承壓板而逐漸減弱，即環(huán)箍效應(yīng)。措施：在試件與壓板間插入剛度與試件匹配、斷面尺寸與試件相同的墊塊；潤(rùn)滑試件端部；加長(zhǎng)試件。3.4 簡(jiǎn)述抗剪試驗(yàn)及裂隙法試驗(yàn)的試驗(yàn)要點(diǎn)。 【抗剪試驗(yàn)】試驗(yàn)要點(diǎn)：如圖，將按一定的精度要求加工好的立方體（555c

8、m）巖石試件，放入鋼制楔形角模內(nèi)；再將夾有試件的角模放在試驗(yàn)機(jī)上緩慢加壓至破壞，并記錄下極限荷載P。試驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)：保持角模整體平衡、穩(wěn)定，防止偏心荷載，使試件按預(yù)定的剪切面剪斷；在加載過程中，角模會(huì)產(chǎn)生水平位移，為減少角模與試驗(yàn)機(jī)壓板之間的摩擦力，在兩者之間放滾柱板；角模的傾角（試件剪斷面方向角），不能太小也不能太大，一般在3070。 【裂隙法試驗(yàn)】實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)：如圖，用一個(gè)實(shí)心圓柱形試件，使它承受徑向壓縮荷載至破壞，再利用彈性理論推算出巖石的抗拉強(qiáng)度。鋼絲直徑為5mm，作用為將試驗(yàn)機(jī)壓板荷載轉(zhuǎn)化為線性荷載傳遞給試件。試件尺寸為直徑d=50mm，長(zhǎng)度t=25mm。此時(shí)，試件的單軸抗拉強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵

9、：嚴(yán)格對(duì)中，為防止試件承受偏心荷載，要求鋼絲墊條平行于試件軸線，上、下兩鋼絲的連線為試件的直徑，保證破裂面通過試件的直徑。3.5 簡(jiǎn)述摩爾-庫(kù)倫曲線的制作方法。 答：摩爾曲線制作方法：在-平面上，做一組不同應(yīng)力狀態(tài)下（包括單軸抗拉和單向抗壓）的極限應(yīng)力圓；找出各應(yīng)力圓上的破壞點(diǎn)；用光滑曲線連接個(gè)破壞點(diǎn)，這條光滑曲線就是極限莫爾應(yīng)力圓的包絡(luò)線，即莫爾準(zhǔn)則曲線。庫(kù)倫曲線的制作方法：作一系列不同傾角的壓剪試驗(yàn)，并由式（1）計(jì)算出不同傾角的破壞面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力；再在-平面描點(diǎn)作出強(qiáng)度準(zhǔn)則曲線，或用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法確定其方程。通常由抗剪試驗(yàn)得出的強(qiáng)度曲線是一條弧形曲線，一般把它簡(jiǎn)化為直線，即得到式（2）

10、所示的強(qiáng)度準(zhǔn)則。（1）（2）3.6 影響巖石強(qiáng)度的主要因素有哪些？ 答：（1）承壓板的影響：試件端面的摩擦力約束了試件端面附近的橫向變形；承壓板與試件的剛度不匹配造成兩者變形的不協(xié)調(diào)。（2）試件尺寸及形狀的影響：形狀：圓形不易引起應(yīng)力集中并且容易加工；尺寸：試件的強(qiáng)度隨尺寸的增加而減??；高徑比：高徑比越大試件抗壓強(qiáng)度越低。（3）加載速率的影響：巖石的單軸抗壓強(qiáng)度隨加載速度增大而增大。（4）環(huán)境影響：含水量：含水量越大強(qiáng)度越低，且?guī)r石越軟影響越明顯；溫度：常溫下溫度的影響不明顯，超過180，溫度越高強(qiáng)度越小，380左右時(shí)強(qiáng)度急劇下降。（5）層理結(jié)構(gòu)的影響：巖塊的抗壓強(qiáng)度因受力方向不同而有差異，層

11、理顯著的沉積巖差異更明顯。3.7 簡(jiǎn)述單向壓縮下的巖石全過程應(yīng)力應(yīng)變曲線的特征。 答：巖石應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^程曲線只有在剛性試驗(yàn)中才能做出，如圖所示，典型巖石應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^程曲線一般可以分為5個(gè)階段來描述其性質(zhì)：OA階段，通常被稱為壓密階段。其特征是應(yīng)力應(yīng)變曲線呈上凹型，即應(yīng)變隨應(yīng)力的增大而減小，形成這一特性的主要原因是：存在于巖石內(nèi)部的微裂隙在外力作用下發(fā)生閉合所致。AB階段，彈性變形階段。這一階段的應(yīng)力應(yīng)變曲線基本呈直線。BC階段，塑性變形階段。當(dāng)應(yīng)力值超出屈服應(yīng)力之后，隨著應(yīng)力的增大曲線呈下凹狀，明顯的表現(xiàn)出應(yīng)變?cè)龃螅ㄜ浕┑默F(xiàn)象。進(jìn)入了塑性階段，巖石將產(chǎn)生不可逆的塑性變形。同時(shí)1，3應(yīng)變速率將

12、同時(shí)增大但最小主應(yīng)變的應(yīng)變速率3的增大表現(xiàn)得更明顯。CD階段，為應(yīng)變軟化階段。雖然此時(shí)已超出了峰值應(yīng)力，但巖石仍具有一定的承載能力，而這一承載力將隨著應(yīng)變的增大而逐漸減小，表現(xiàn)出明顯的軟化現(xiàn)象。D點(diǎn)以后為摩擦階段。它僅表現(xiàn)了巖石產(chǎn)生宏觀的斷裂面之后，斷裂面的摩擦所具有的抵抗外力的能力。3.8 試說明巖石流變?nèi)A段的特點(diǎn)。 答：巖石的蠕變是指在恒定的壓力作用下應(yīng)變隨時(shí)間的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)的特性； 巖石的蠕變特性可分為三階段來描述：初始蠕變階段（AB段）,在此階段存在瞬時(shí)彈性階段和彈性后效等特性。穩(wěn)定蠕變階段（BC段），在此階段存在瞬時(shí)彈性變形，彈性后效和粘性流動(dòng)（永久變形）加速蠕變階段（C點(diǎn)以后），又

13、稱破壞蠕變階段或非穩(wěn)定蠕變階段，一般過了C點(diǎn)以后巖石破壞（失穩(wěn)）不可避免。3.9 蠕變力學(xué)模型（兩元件）的結(jié)構(gòu)關(guān)系推導(dǎo)過程。 答：（1）馬克斯韋爾模型（M體）馬克斯韋爾模型是由虎克體（彈簧）和牛頓體（阻尼器）串聯(lián)組成。M=H-N。 蠕變曲線 松弛曲線 彈性后效和粘性流動(dòng)靜力平衡條件： 變形協(xié)調(diào)條件： 本構(gòu)關(guān)系：蠕變方程： 松弛方程：粘性流動(dòng)：流變特征瞬變?nèi)渥兯沙趶椥院笮д承粤鲃?dòng)M體有有有無有（2）開爾文模型（K體）開爾文模型是由彈簧和阻尼器并聯(lián)組成。K=H|N。 蠕變曲線 松弛曲線 彈性后效和粘性流動(dòng)靜力平衡條件： 變形協(xié)調(diào)條件： 本構(gòu)方程：松弛方程：蠕變方程： 彈性后效：流變特征瞬變?nèi)渥兯沙?/p>

14、彈性后效粘性流動(dòng)K體無有無有無（3）賓厄姆模型（B體）賓厄姆模型是由滑塊（圣維南體St V）和阻尼器并聯(lián)組成。B=N|St V。 蠕變與粘性流動(dòng)曲線靜力平衡條件： 變形協(xié)調(diào)條件： 本構(gòu)關(guān)系： 蠕變方程： 粘性流動(dòng)：流變特征瞬變?nèi)渥兯沙趶椥院笮д承粤鲃?dòng)N|St V體2f無無無無無2=f無有無無有3.10 莫爾庫(kù)侖準(zhǔn)則提出機(jī)理是什么？掌握其推導(dǎo)、圖解、主應(yīng)力表示方法。 答：（1）提出機(jī)理：巖石的破壞屬于壓剪破壞，在破壞面上，剪切破壞力的一部分用來克服與正應(yīng)力無關(guān)的粘結(jié)力，使材料顆粒間相脫離；另一部分用來克服與正應(yīng)力成正比的摩擦力，使面間發(fā)生錯(cuò)動(dòng)而最終破壞。（2）圖解：（3）推導(dǎo)：若破壞面的傾角為，

15、則其上的上的正應(yīng)力剪應(yīng)力，將其簡(jiǎn)化為直線，即得到的強(qiáng)度準(zhǔn)則。（4）主應(yīng)力表示：若某點(diǎn)有一個(gè)斜面正好處于極限破壞狀態(tài)，則該點(diǎn)應(yīng)力圓與強(qiáng)度直線相切。由圖的三角關(guān)系可以得出。3.11 格里菲斯準(zhǔn)則的基本思想是什么？ 答：在脆性材料內(nèi)部存在著許多隨機(jī)分布的，相互獨(dú)立的微裂紋。在外力作用下，當(dāng)微裂紋尖端處的變形達(dá)到某極值時(shí)，裂紋產(chǎn)生擴(kuò)展、連接、貫通等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致材料的破壞。其中有一個(gè)方向的裂紋最有利于破裂，在外力作用下，首先在該方向裂紋的尖端張拉擴(kuò)展。4.1 名詞解釋 （1）結(jié)構(gòu)面：是巖體中的軟弱面，是斷層、節(jié)理、褶皺的統(tǒng)稱。是在巖體形成的漫長(zhǎng)地質(zhì)作用過程中，形成并不斷發(fā)育的地質(zhì)界面，是一種不連續(xù)面。

16、（2）擴(kuò)容：指巖體在壓、剪應(yīng)力狀態(tài)下體積增大的現(xiàn)象。發(fā)生在剪切滑移和膨脹性軟弱巖體產(chǎn)生變形時(shí)。在齒狀接觸的結(jié)構(gòu)面中，當(dāng)結(jié)構(gòu)面沿齒斜面上升時(shí)，其上部的巖體會(huì)隆起，體積增大，稱為剪脹現(xiàn)象；而當(dāng)結(jié)構(gòu)面沿齒斜面下降的方向滑移時(shí)，滑動(dòng)面以上的巖體會(huì)產(chǎn)生沉降，體積縮小，擴(kuò)容為負(fù)，稱為減縮現(xiàn)象。4.2 簡(jiǎn)述結(jié)構(gòu)面分類及其特征指標(biāo)。 答：（1）按地質(zhì)成因分類：原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面和次生結(jié)構(gòu)面。（2）按結(jié)構(gòu)面的破壞屬性分類：分為單個(gè)節(jié)理、節(jié)理組、節(jié)理群、節(jié)理帶以及破壞帶或糜棱巖五大類型。（3）按結(jié)構(gòu)面的分布規(guī)模分類：相對(duì)分類是相對(duì)于工程的尺度和類型對(duì)結(jié)構(gòu)面的規(guī)模進(jìn)行分類，可分為細(xì)小、中等、大型三類；絕對(duì)分類只

17、考慮了結(jié)構(gòu)面的延伸長(zhǎng)度和破壞帶的寬度，將結(jié)構(gòu)面分為五級(jí)。4.3 簡(jiǎn)述結(jié)構(gòu)面的切向、法向變形特性。 答：【切向變形】（1）-u曲線。結(jié)構(gòu)面的切向變形不僅與受力狀態(tài)有關(guān)，而且與結(jié)構(gòu)面的粗糙度、結(jié)構(gòu)壁強(qiáng)度、充填狀態(tài)等多種因素有關(guān)。按結(jié)構(gòu)面的破壞屬性，變形曲線可以分為四類。 有充填結(jié)平面接觸 無充填齒狀接觸 部分充填齒狀接觸 軟弱式接觸有充填結(jié)平面接觸。結(jié)構(gòu)面之間被膠結(jié)物質(zhì)充填，初始抗剪強(qiáng)度較大，充填物被剪壞后，接觸面變?yōu)槠矫娼佑|，抗剪強(qiáng)度迅速下降至殘余強(qiáng)度。此時(shí)，初始強(qiáng)度即為最大強(qiáng)度，由充填物質(zhì)的抗剪強(qiáng)度決定，而殘余強(qiáng)度受充填物質(zhì)的顆粒級(jí)配、結(jié)構(gòu)壁的強(qiáng)度和形態(tài)等因素的影響。無充填齒狀接觸。隨著剪應(yīng)力

18、的增加，上下接觸面逐漸進(jìn)入起伏齒接觸，結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)向上（剪脹）或向下（剪縮）的位移，當(dāng)部分起伏齒被剪壞時(shí)，達(dá)到初始強(qiáng)度。隨著位移的增加，起伏齒被剪壞的面積逐漸增大，受剪面積逐漸減小并產(chǎn)生應(yīng)力集中，直至剪切面縮小至足以使起伏齒全部被剪壞，達(dá)到最大強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)面變成平面接觸進(jìn)入殘余變形階段。部分充填齒狀接觸。結(jié)構(gòu)面內(nèi)有部分充填物質(zhì)，當(dāng)充填物質(zhì)被剪壞時(shí)，結(jié)構(gòu)面達(dá)到初始強(qiáng)度并開始進(jìn)入齒狀接觸，以后的變形同無充填齒狀接觸，并出現(xiàn)二次強(qiáng)化現(xiàn)象。軟弱式接觸。結(jié)構(gòu)面兩壁巖石比較軟弱，沒有起伏齒狀剪壞現(xiàn)象，但顯示出明顯的塑性變形，并伴隨強(qiáng)化現(xiàn)象。其強(qiáng)度隨位移的增加而增加，直至塑性破壞。（2）擴(kuò)容現(xiàn)象。指巖體在壓、剪

19、應(yīng)力狀態(tài)下體積增大的現(xiàn)象。發(fā)生在剪切滑移和膨脹性軟弱巖體產(chǎn)生變形時(shí)。在齒狀接觸的結(jié)構(gòu)面中，當(dāng)結(jié)構(gòu)面沿齒斜面上升時(shí)，其上部的巖體會(huì)隆起，體積增大，稱為剪脹現(xiàn)象；而當(dāng)結(jié)構(gòu)面沿齒斜面下降的方向滑移時(shí)，滑動(dòng)面以上的巖體會(huì)產(chǎn)生沉降，體積縮小，擴(kuò)容為負(fù)，稱為減縮現(xiàn)象?！痉ㄏ蜃冃巍繋r體的結(jié)構(gòu)面一般是粗糙的，開始為點(diǎn)或線接觸，當(dāng)承受垂直于結(jié)構(gòu)面的壓力時(shí)，經(jīng)擠壓后，局部破碎或劈裂，逐漸變?yōu)槊娼佑|，并繼續(xù)產(chǎn)生壓縮變形；當(dāng)超過極限之時(shí)，其變形將會(huì)傳遞給結(jié)構(gòu)體。開始時(shí)隨著法向應(yīng)力的增加，結(jié)構(gòu)面閉合變迅速增長(zhǎng)，-u曲線呈上凹形；隨應(yīng)力的不斷增大，-u曲線逐漸變陡，趨向各自的漸近線u=Vmc，因?yàn)橹灰獛r齒不被完全剪平，兩

20、接觸面不可能完全接觸，故Vmc一般小于結(jié)構(gòu)面厚度e。當(dāng)法向應(yīng)力大于巖塊的極限抗壓強(qiáng)度的三分之一時(shí)，含結(jié)構(gòu)面巖體試件的變形由以結(jié)構(gòu)面的閉合為主，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詭r塊的彈性變形為主。結(jié)構(gòu)面的應(yīng)力-位移曲線與結(jié)構(gòu)面的類型及巖壁性質(zhì)基本無關(guān)，屬于非線性曲線，可以擬合為雙曲線或指數(shù)曲線。4.4 結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度指標(biāo)有哪些？ 答：（1）平直結(jié)構(gòu)面 強(qiáng)度條件：最易破壞方向：（2）齒狀結(jié)構(gòu)面規(guī)則齒狀結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度條件：雙線性準(zhǔn)則： 不規(guī)則齒狀結(jié)構(gòu)面-復(fù)雜不表巴頓準(zhǔn)則、萊旦尼準(zhǔn)則。（JRC-結(jié)構(gòu)面粗糙系數(shù)、JCS-結(jié)構(gòu)壁抗壓強(qiáng)度）（3）非貫通結(jié)構(gòu)面-復(fù)雜不表由裂隙面和非貫通的巖橋組成。引入結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性系數(shù)K1。（4）充填物的

21、影響顆粒級(jí)配。隨著粗顆粒的增加，脆性變形增加，峰值強(qiáng)度逐漸增大，峰值強(qiáng)度后，過渡到理想塑性狀態(tài)。厚度。充填物較薄時(shí)，隨厚度的增加摩擦因數(shù)迅速降低，內(nèi)聚力開始時(shí)迅速升高，升到一定值后又逐漸降低；當(dāng)充填物厚度達(dá)到臨界厚度后，摩擦因數(shù)和內(nèi)聚力都趨于某一穩(wěn)定值，此時(shí)結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度主要取決于充填?yuàn)A層的強(qiáng)度。充填程度。充填程度越小，結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度越高。4.5 結(jié)構(gòu)面的力學(xué)效應(yīng)分析（結(jié)構(gòu)面傾角與強(qiáng)度的關(guān)系）。 答：（1）當(dāng)w或90時(shí)，巖體不可能沿結(jié)構(gòu)面破壞，即結(jié)構(gòu)面的存在不會(huì)削弱巖體的強(qiáng)度。（2）巖體最大強(qiáng)度為完整巖石強(qiáng)度，其破壞面與主平面的夾角；巖體最小強(qiáng)度為結(jié)構(gòu)面的最小強(qiáng)度，其破壞面與主平面的夾角。（3）造

22、成巖體強(qiáng)度削弱的結(jié)構(gòu)面傾角范圍：minmax。（4）當(dāng)min或max時(shí)，巖塊先發(fā)生破壞，巖體強(qiáng)度等于巖塊強(qiáng)度；當(dāng)minmax時(shí)，節(jié)理（結(jié)構(gòu)面）先發(fā)生破壞，巖體強(qiáng)度小于巖塊強(qiáng)度；當(dāng)min或max時(shí)，巖塊和節(jié)理（結(jié)構(gòu)面）同時(shí)破壞，巖體強(qiáng)度等于巖塊強(qiáng)度。（5）巖體強(qiáng)度曲線4.6 巖體的變形模量的表達(dá)方式及測(cè)量方法？ 答：巖體變形模量是反映巖體變形特征的力學(xué)參數(shù)，定義為：，其中p+e為巖體在壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生的總應(yīng)變，p為永久應(yīng)變，e為彈性應(yīng)變，Em為巖體的變形模量，是-曲線的割線斜率。測(cè)量方法：承壓板法、鉆孔變形法、狹縫壓力枕法、巖體變形參數(shù)估算法。5.1 簡(jiǎn)述工程巖體分類的目的及原則。 答：目的：為

23、巖石工程建設(shè)的勘察、設(shè)計(jì)、施工和編制定額提供必要的基本依據(jù)；便于施工方法的總結(jié)，交流，推廣；便于行業(yè)內(nèi)技術(shù)改革和管理。原則：有明確的類級(jí)和適用對(duì)象；有定量的指標(biāo)；類級(jí)一般分五級(jí)為宜；分類方法簡(jiǎn)單明了，數(shù)字便于記憶和應(yīng)用；根據(jù)適用對(duì)象，選擇考慮因素。5.2 影響圍巖分類的主要因素有哪些？ 答：（1）巖石強(qiáng)度。巖石強(qiáng)度是巖體固有承載能力天然屬性。表示巖石強(qiáng)度的參數(shù)常由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，包括巖石的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。（2）巖體的完整性。巖體的完整性取決于巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面的空間分布狀態(tài)、分布密度、開度、充填狀態(tài)以及充填物質(zhì)的特征性因素。直接影響巖體工程質(zhì)量的優(yōu)劣和工程圍巖的整體穩(wěn)定性。風(fēng)化作用也是影響巖

24、體完整性的重要因素，目前只能定性描述。（3）水的影響。水的影響表現(xiàn)在：使充填物的物理力學(xué)性質(zhì)劣化；減少巖體內(nèi)的有效應(yīng)力，降低了巖體的抗剪強(qiáng)度，改變了巖體中的應(yīng)力場(chǎng)和破壞機(jī)理。（4）地應(yīng)力。（5）工程圍巖的穩(wěn)定性。工程圍巖分類中，通常用巖體工程的自穩(wěn)時(shí)間和工程頂部的沉降來反映工程的穩(wěn)定性。5.3 幾種典型的分類方法。 答：（1）單因素分類。按巖塊的單軸抗壓強(qiáng)度分類（5類）；按巖體波速分類（7類，完整性系數(shù)：彈性波在巖體中傳播速度與在巖塊內(nèi)傳播速度比值的平方；按巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）分類（5類）；按巷道圍巖穩(wěn)定性分類（9類）。（2）多因素分類。Q分類（逐漸變好）RQD-巖體的質(zhì)量指標(biāo)，Jn-巖體裂

25、度影響系數(shù)；Jr-結(jié)構(gòu)面粗糙度影響系數(shù)；Ja-結(jié)構(gòu)面巖壁強(qiáng)度降低系數(shù)；Jw-地下水影響系數(shù)；SRF-應(yīng)力折減系數(shù)。巖體力學(xué)分類法（逐漸變差）RMR=R1+R2+R3+R4+R5+R6RMR-巖體質(zhì)量分類值；R1-巖石抗壓強(qiáng)度；R2-巖體質(zhì)量指標(biāo)；R3-結(jié)構(gòu)面間距；R4-結(jié)構(gòu)面狀態(tài)；R5-地下水狀態(tài)；R6-修正指標(biāo)。5.4 簡(jiǎn)述我國(guó)工程巖體分級(jí)的基本方法。 答：我國(guó)兩種代表性的分類方法是：煤炭系統(tǒng)圍巖分類（五類，質(zhì)量由最好過渡到最差）和公路隧道圍巖分類（六類，質(zhì)量由最好過渡到最差）。首先以巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度和巖體完整性指標(biāo)為基本參數(shù)，按給定的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算巖體的基本質(zhì)量指標(biāo)；再考慮地下水、結(jié)構(gòu)面

26、、原巖原應(yīng)力等因素對(duì)巖體質(zhì)量的影響，修正巖體基本質(zhì)量指標(biāo)，將修正后的掩體質(zhì)量指標(biāo)作為定量指標(biāo)，結(jié)合定性描述，將巖體質(zhì)量分為五級(jí)；最后給出了各類巖體的力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，描述了各類巖體工程的自穩(wěn)能力。質(zhì)量指標(biāo)：BQ=90+3c+250Kv（c-巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度；Kv-巖體完整性系數(shù)）若c 90+250Kv，取c=90+250Kv；若Kv0.4+0.04c，取Kv=0.4+0.04c。質(zhì)量修正指標(biāo)：【BQ】=BQ-100（K1+K2+K3）（K1-地下水影響修正系數(shù)；K2-主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)；K3-原巖應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)）。6.1 巖體的初始應(yīng)力包括哪些？答：巖體初始應(yīng)力是指巖體在天然

27、狀態(tài)下所存在的內(nèi)在應(yīng)力，又稱為地應(yīng)力。主要包括自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力。 6.2 巖體初始應(yīng)力的計(jì)算方法。 答：（1）自重應(yīng)力：海姆公式：原巖處于靜水壓力狀態(tài)。；金尼克公式：地表為水平面，地下巖體為彈性體，其垂直應(yīng)力等于上覆巖體的自重，（2）構(gòu)造應(yīng)力。由于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的應(yīng)力為地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力，地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力在空間上的分布規(guī)律為地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。6.3 簡(jiǎn)述水壓致裂法的原理與特點(diǎn)。 答：原理：通過液壓泵向鉆孔內(nèi)擬定量測(cè)深度加液壓將孔壁壓裂，測(cè)定壓裂過程中的各特征點(diǎn)壓力及開裂方位，然后根據(jù)測(cè)得的壓裂過程中泵壓表的讀數(shù)，計(jì)算測(cè)點(diǎn)附近巖體中地應(yīng)力大小和方向。壓裂點(diǎn)上下用止水封隔器密封，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。水壓致

28、裂過程中泵壓變化及其特征壓力示于圖2所示。 圖1 水壓致裂法示意圖 圖2 壓裂過程中泵壓變化及特征壓力P0巖體內(nèi)孔隙水壓或地下水壓力；Pb注入鉆孔內(nèi)液壓將孔壁壓裂的初始?jí)毫褖毫Γ籔s液體進(jìn)入巖體內(nèi)連續(xù)地將巖體劈裂的液壓，稱為穩(wěn)定開裂壓力；Ps0關(guān)泵后壓力表上保持的壓力，稱為關(guān)閉壓力。如果圍巖滲透性大，該壓力將逐漸衰減；Pb0停泵后重新開泵將裂縫壓開的壓力，稱為開啟壓力。特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單。只需用普通鉆探方法打鉆孔，用雙止水裝置密封，用液壓泵通過壓裂裝置壓裂巖體，不需要復(fù)雜的電磁測(cè)量設(shè)備。操作方便。只通過液壓泵向鉆孔內(nèi)注液壓裂巖體，觀測(cè)壓裂過程中泵壓、液量即可。測(cè)值直觀。它可根據(jù)壓裂時(shí)泵壓（初始開裂

29、泵壓、穩(wěn)定開裂泵壓、關(guān)閉壓力、開啟壓力）計(jì)算出地應(yīng)力值，不需要復(fù)雜的換算及輔助測(cè)試，同時(shí)還可求得巖體的抗拉強(qiáng)度。測(cè)值代表性大。所測(cè)得的地應(yīng)力值及巖體抗拉強(qiáng)度是代表較大范圍內(nèi)的平均值，有較好的代表性。適應(yīng)性強(qiáng)。這一方法不需要電磁測(cè)量元件，不怕潮濕，可在干孔及孔中有水的條件下試驗(yàn)，不怕電磁干擾，不怕震動(dòng)。6.4簡(jiǎn)述應(yīng)力解除法的原理。 答：原理：當(dāng)需要測(cè)定巖體中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，人為地將該處的巖體單元與周圍巖體分離，此時(shí)，巖體單元上所受的應(yīng)力將被解除。同時(shí)，該單元體的幾何尺寸也將產(chǎn)生彈性恢復(fù)。應(yīng)用一定的儀器，測(cè)定這種彈性恢復(fù)的應(yīng)變值或變形值，并且認(rèn)為巖體是連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的彈性體，于是就可以借助

30、彈性理論的解答來計(jì)算巖體單元所受的應(yīng)力狀態(tài)。應(yīng)力解除法按測(cè)試深度可以分為表面應(yīng)力解除法、淺孔應(yīng)力解除法及深孔應(yīng)力解除法。按測(cè)試變形或應(yīng)變的方法不同，又可分為孔徑變形測(cè)試法、孔壁應(yīng)變測(cè)試法及鉆孔應(yīng)力解除法。 6.5 巖體初始應(yīng)力狀態(tài)分布的主要規(guī)律有哪些？ 答：（1）巖體初始應(yīng)力場(chǎng)是一個(gè)非穩(wěn)定應(yīng)力場(chǎng)。巖體初始應(yīng)力絕大部分是以水平應(yīng)力為主的三向不等壓的空間應(yīng)力場(chǎng)，三個(gè)主應(yīng)力大小和方向隨時(shí)間和空間變化而變化，是一個(gè)非穩(wěn)定的應(yīng)力場(chǎng)。（2）實(shí)測(cè)垂直應(yīng)力基本上等于上覆巖體重量。v=0.027H。 （3）水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力。兩個(gè)水平應(yīng)力的平均值與垂直應(yīng)力的平均值定義為側(cè)壓力系數(shù)，側(cè)壓力系數(shù)一般為0.55

31、.0，大多數(shù)為0.81.5。（4）側(cè)壓力系數(shù)與深度的關(guān)系。關(guān)系不固定，不同地區(qū)有所差異。（5）兩個(gè)水平應(yīng)力的關(guān)系hx/hy一般為0.20.8，大多數(shù)為0.40.7。7.1 名詞解釋 （1）圍巖：由于人工開挖使巖體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了變化，應(yīng)力狀態(tài)被改變了的巖體叫圍巖。 （2）二次應(yīng)力狀態(tài)：應(yīng)力重分布后，無支護(hù)狀態(tài)下巖體的應(yīng)力狀態(tài)。（3）圍巖壓力：（狹義）圍巖和支護(hù)為獨(dú)立的兩個(gè)體系，圍巖作用于支護(hù)上的壓力稱為圍巖壓力；（廣義）支護(hù)與圍巖是一個(gè)共同體，二次應(yīng)力的全部作用力視為圍巖壓力。7.2 簡(jiǎn)述塑、彈性區(qū)應(yīng)力分布特點(diǎn)。 答：當(dāng)圍巖進(jìn)入塑性狀態(tài)時(shí)，的最大值從硐室周邊轉(zhuǎn)移到彈、塑性區(qū)的交界處。隨著向巖體

32、內(nèi)部延伸，圍巖應(yīng)力逐漸恢復(fù)到原巖應(yīng)力狀態(tài)。由于塑性區(qū)的出現(xiàn)，切向應(yīng)力從彈、塑性區(qū)的交界處到硐室周邊逐漸降低。塑性區(qū)外圈（2區(qū)）是應(yīng)力高于初始應(yīng)力的區(qū)域，它與圍巖彈性區(qū)中應(yīng)力升高部分（3區(qū)）合在一起稱作圍巖承載區(qū)；塑性區(qū)內(nèi)圈（1區(qū)）應(yīng)力低于初始應(yīng)力的區(qū)域稱作松動(dòng)區(qū)。松動(dòng)區(qū)內(nèi)應(yīng)力和強(qiáng)度都有明顯下降，裂隙擴(kuò)張?jiān)龆啵莘e擴(kuò)大，出現(xiàn)了明顯的塑性滑移，原巖應(yīng)力區(qū)（4區(qū)）未受到開挖影響，巖體仍處于原巖應(yīng)力狀態(tài)。7.3 解釋塑性區(qū)對(duì)彈性區(qū)的支護(hù)作用。 答：洞室周邊的位移公式：，故，硐室塑性位移與塑性區(qū)半徑的平方及遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)力成正比。7.4 =1時(shí)彈、塑性應(yīng)力分析開挖引起的圍巖位移的計(jì)算。 答：塑性區(qū)開挖前：開挖后

33、：開挖引起的位移：彈性區(qū)開挖前：開挖后：開挖引起的位移：7.5 圍巖壓力分為哪幾類？影響圍巖壓力的主要因素有哪些？ 答：（1）分類：松動(dòng)壓力。又稱塌落圍巖壓力，是指松動(dòng)的巖體或施工爆破所破壞的巖體作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力，即為部分巖石的重量直接作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力；塑性變形壓力。阻止圍巖塑性變形時(shí)作用在支護(hù)上的壓力；沖擊壓力。巖體中的能量突然釋放（巖爆）所形成的壓力；膨脹壓力。圍巖膨脹所形成的壓力。（2）影響因素。地質(zhì)方面（自然屬性）：完整性或破碎程度；結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、分布密度、力學(xué)性質(zhì)、充填物性質(zhì)及其充填狀態(tài)；地下的活動(dòng)狀況；巖體的性質(zhì)和強(qiáng)度。工程方面： 洞室的形狀和尺寸； 支護(hù)結(jié)構(gòu)的形式和剛度；洞室的位置、尺度和覆蓋層厚度；施工中的技術(shù)措施，如，控制爆破、開挖順序等；洞室的軸線走向7.6 什么是新奧法？簡(jiǎn)述其要點(diǎn)。 答：（1）定義：以維護(hù)和利用圍巖的自承能力為基點(diǎn)，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護(hù)手段，及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，控制圍巖的變形和松弛，使圍巖成為支護(hù)體系的組成部分，并通過對(duì)圍巖和支護(hù)的量測(cè)、監(jiān)控來指導(dǎo)隧道施工和地下工程設(shè)計(jì)施工的方法和原則。（2）要點(diǎn)：開挖作業(yè)多采用光面爆破和預(yù)裂爆破，并盡量采用大斷面開挖，以減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)；隧道開挖后盡量利用圍巖的自承能力，充分發(fā)揮圍巖自身的支護(hù)作用；根據(jù)圍巖特征采用不同的支護(hù)類型和參數(shù)，及時(shí)施作密貼于圍巖