巖石力學(xué)復(fù)習(xí)資料

1、巖體力學(xué)基礎(chǔ)習(xí)題二、巖塊和巖體的地質(zhì)基礎(chǔ)一、 解釋下例名詞術(shù)語4、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。7、節(jié)理粗糙度系數(shù)JRC：用縱刻面儀測出用以表征結(jié)構(gòu)面粗糙程度的參數(shù)；13、巖體完整性系數(shù)Kv：其是指巖體縱波速度和巖塊縱波速度之比的平方，用公式表示：14、巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD：大于10cm的巖心累計長度與鉆孔進(jìn)尺長度之比的百分?jǐn)?shù)。二、 簡答題(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)、各向異性和非

2、線彈性；三、巖石的物理、水理與熱學(xué)性質(zhì)一、 解釋下例名詞術(shù)語17、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。四、巖石的強(qiáng)度特征一、解釋下例名詞術(shù)語1、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；5、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；6、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；7、巴西試驗：為了測定巖石抗拉強(qiáng)度而進(jìn)行的劈裂試驗；16、端部效應(yīng)：試件試驗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；17、直

3、剪試驗：將試件放在直剪儀上，試驗時，先在試件上施加法向壓力，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)度的試驗方法；二、 簡答題(1) 在巖石的單軸壓縮試驗中，試件的高徑比、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；(7) 某巖石的單軸抗壓強(qiáng)度為164.5MPa，=35.2°，如果在側(cè)壓力3=40.8MPa下作三軸試驗，請估計破壞時的軸向荷載是多少？解：已知如圖所示：AOCABC得：=即：= 因為：r1=82.25 MPa，=35.2°，所以求得：c=42.64

4、MPa所以：AO= =60.45 MPaABCADE得：=解得：r2=137.76 MPa所以1=40.8+2×137.76=316.32 MPa五、巖石的變形特征一、 解釋下例名詞術(shù)語2、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；3、初始模量：應(yīng)力應(yīng)變曲線在原點(diǎn)處的切線斜率； 4、切線模量：應(yīng)力應(yīng)變曲線直線段的斜率；5、割線模量：從應(yīng)力應(yīng)變曲線的原點(diǎn)到初始裂點(diǎn)連線的斜率；6、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，即=；13、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；1

5、6、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；17、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)；18、加速蠕變：本階段蠕變加速發(fā)展直到巖石破壞；19、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；二、簡答題(2) 圖示單軸壓縮條件下巖石變形的全過程曲線，說明各特征點(diǎn)的位置和意義，簡述巖石變形各階段及其機(jī)制。答：單軸壓縮條件下巖石變形的全過程曲線如上圖所示：（）孔隙裂隙壓密階段（OA），試件中原有張開性結(jié)構(gòu)面或微裂隙逐漸閉合，巖石被壓密，形成早期的非線性變形；（）彈性變形至微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段AC）

6、，據(jù)其變形機(jī)理又可細(xì)分彈性變形階段（AB段）和微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段（BC段），彈性變形階段不僅變形隨應(yīng)力成比例增加，而且在很大程度上表現(xiàn)為可恢復(fù)的彈性變形，B點(diǎn)的應(yīng)力可稱為彈性極限。微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段的變形主要表現(xiàn)為塑性變形，試件內(nèi)開始出現(xiàn)新的微破裂，并隨應(yīng)力增強(qiáng)而逐漸發(fā)展，當(dāng)荷載保持不變時，微破裂也停止發(fā)展，這一階段的上界應(yīng)力（C點(diǎn)應(yīng)力）稱為屈服極限；（）非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段（CD）；由于破裂過程中造成的應(yīng)力集中效應(yīng)顯著，即使外荷載保持不變，破裂仍會不斷發(fā)展，并在某些薄弱部位首先破壞，應(yīng)力重新分布，其結(jié)果又引起次薄弱部位的破壞，依次進(jìn)行下去直到試件完全破壞；（）破壞后階段（D點(diǎn)以后階段）：巖塊承

7、載力達(dá)到峰值后，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全破壞，但試件仍基本保持整體狀，到本階段，裂隙快速發(fā)展，交叉且相互聯(lián)合并形成宏觀斷裂面，此后，巖塊變形主要表現(xiàn)為沿宏觀斷裂面的塊體滑移，試件承載力隨變形增大迅速下降，但并不降到零，說明破裂的巖石仍有一定的承載能力； (3) 簡述巖石單軸壓縮變形試驗的試驗方法、過程、和資料整理。答：試樣大多采用圓柱形，一般要求試樣的直徑為5cm，高度為10cm，兩端磨平光滑，在側(cè)面粘貼電阻絲片，以便觀測變形，用壓力機(jī)對試樣加壓，在任何軸向壓力下都測量試樣的軸向應(yīng)變和側(cè)向應(yīng)變，設(shè)試樣的長度為 l，直徑為d，試樣在荷p作用下軸向縮短l，側(cè)向膨脹d，則試樣的軸向應(yīng)變?yōu)椋簓=，以及

8、側(cè)向應(yīng)變?yōu)椋簒=，試樣面積為A，則=，根據(jù)數(shù)據(jù)繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線；(4) 簡述三軸條件下巖石的變形特征。答：首先，破壞前巖塊的應(yīng)變隨圍壓增大而增加，另外：隨圍壓增大，巖塊的塑性也不斷增大，且由脆性轉(zhuǎn)化為延性，巖石由脆性轉(zhuǎn)化為延性的臨界圍壓稱為轉(zhuǎn)化壓力，巖石越堅硬，轉(zhuǎn)化壓力越大，反之亦然；(5) 圖示巖石蠕變曲線，簡述各階段的力學(xué)特征。答：（）初始蠕變階段（AB段）或稱減速蠕變階段，本階段內(nèi)，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)變率隨時間迅速遞減，到點(diǎn)達(dá)到最小值；（）等速蠕變階段（BC段）或稱穩(wěn)定蠕變階段，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)；（）加速蠕變階

9、段（CD段）：至本階段蠕變加速發(fā)展至巖塊破壞（D點(diǎn)）；(6) 分別圖示馬克斯威爾(Maxwell) 模型和開爾文(Kelvin)模型。答：(7) 簡述巖石初裂的機(jī)制、工程意義和監(jiān)測判定方法。答：初裂的機(jī)制：荷載增加，巖石中的應(yīng)力超過彈性極限，巖石內(nèi)部新的裂紋產(chǎn)生和老的裂縫開始擴(kuò)展。監(jiān)測判定方法：聲發(fā)射儀測定，當(dāng)發(fā)射儀記錄到大量的聲發(fā)射信號時，即可認(rèn)為初裂開始。工程意義：預(yù)報巖石的破壞及地震的發(fā)生。三、計算題 (2) 巖石變形實驗數(shù)據(jù)如下，a. 作應(yīng)力應(yīng)變曲線(a、c、v)；b. 求初始模量、切線模量、50%c的割線模量和泊松比?。(MPa)163047627792154164a(×1

10、0-6)18837555074093014121913破壞c(×10-6)63100175240300350550破壞解：由公式：v=a-2 c得：v=250、175、200、260、330、712、713則初始模量：Ei=0.085切線模量： Et=0.079割線模量： Es=0.083泊松比：= =-0.32六、巖石的強(qiáng)度理論一、 解釋下例名詞術(shù)語2、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)；3、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；4、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)

11、出顯著的塑性變形，流動或擠出，這種破壞稱為塑性破壞；5、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；6、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；8、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)力就達(dá)到了隨法向應(yīng)力和材料性質(zhì)而定的極限值；二、 計算題(3) 對巖石試樣作卸載試驗，已知C=12kPa，=36º，當(dāng)1=200MPa時，按莫爾庫倫判據(jù)，卸載達(dá)到破壞的最大圍壓3是多少？解：按莫爾庫論判據(jù)：，由C=12kPa，=36º，1=200MPa。代入上式得3=51.91MPa。三、 計算題(1)

12、 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)。解：解：a. 由圖b知，o o =，所以：化簡即可得： 證畢； (2) 地下巖體中有一結(jié)構(gòu)面，其傾角為40º。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=26 kN/m3，=0.17，結(jié)構(gòu)面C=0.4MPa，=28º)解：已知：,=26 kN/m3，=0.17， C=0.4MPa，=28º,=40º,h=200m所以由公式：得： =4608.3385200>4608.34，故其不

13、會滑動；九、巖體中的天然應(yīng)力一、 解釋下例名詞術(shù)語1、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；2、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；二、 簡答題主要地應(yīng)力測試方法。答：a、水壓致裂法；b、鉆孔套芯應(yīng)力解除法；十、地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析一、 解釋下例名詞術(shù)語1、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；2、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)

14、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；5、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)。二、 簡答題1、 在靜水壓力狀態(tài)下，圍巖應(yīng)力的分布有何特征？答：天然應(yīng)力為靜水壓力狀態(tài)時，圍巖內(nèi)重分布應(yīng)力與角無關(guān)，僅與R0和0有關(guān)，由于r=0，則為主應(yīng)力，且r、均為主應(yīng)力，且恒為最大主應(yīng)力，r恒為最小主應(yīng)力，其分布特征如圖所示：4、 方形及矩形洞室的圍巖應(yīng)力分布有何特征？答：矩形狀洞室的角點(diǎn)或急拐彎處應(yīng)力集中最大；長方形短邊中點(diǎn)應(yīng)力集中大于長邊中點(diǎn)，而角點(diǎn)處應(yīng)力大，圍巖最

15、易失穩(wěn)；當(dāng)巖體中天然應(yīng)力h、v相差較大時，則應(yīng)盡量使洞室長軸平行于最大天然應(yīng)力的作用方向。三、 計算題 (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：洞壁上各點(diǎn)的應(yīng)力值并繪成曲線( = 0º、10º、20º、90º)。（公式7-25）解：v=rh=610×27/1000=16.47MPa，=/（1-）=1/3=h/v，h=v/3=5.49洞壁上各點(diǎn)的應(yīng)力，。q010203040506070809043.9242.6038.7832.9425.7718.1510.985.141.320(4) 已

16、知H = 100m，a = 3m，c = 0.3MPa， = 30º，= 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。（公式7-37）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，即時，11巖體力學(xué)復(fù)習(xí)資料一、 簡答題（5×4）1、 什么是巖石的全應(yīng)力應(yīng)變曲線？巖石在單周壓縮荷載作用下，應(yīng)變隨應(yīng)力變化的關(guān)系曲線，包括（1）空隙裂隙壓密階段；（2）彈性變形階段；（3）微彈性裂隙穩(wěn)定發(fā)展階段；（4）非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段；（5）破壞后階段。2、 巖石的蠕變？巖石的應(yīng)力保持不變，應(yīng)變隨時間增加而增

17、長的現(xiàn)象。3、 巖體的結(jié)構(gòu)面？是指地質(zhì)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，又稱為不連續(xù)面或帶。4、RQD法？取值方法？鉆探取芯的巖芯完整程度與巖體的原始裂隙、硬度、均質(zhì)性等狀態(tài)相關(guān)，鉆探取芯的巖芯復(fù)原率（巖芯采取率）可表征掩體質(zhì)量，該表征指標(biāo)稱之為巖體質(zhì)量指標(biāo)（RQD）; RQD=Lp/L×100%(Lp:大于10cm的巖芯累計長度；L：巖芯取芯進(jìn)尺總長度。5、 地應(yīng)力？地應(yīng)力是指存在于地層中未受擾動的天然應(yīng)力，也稱原巖應(yīng)力、巖體初始應(yīng)力或絕對應(yīng)力。6、 巖石的滲透性？巖石在一定的水力梯度（I）或壓力差作用下，水滲透或穿透巖石的能力。二、簡答題（6

18、×6）1、巖石與巖體的區(qū)別與聯(lián)系。巖石是由礦物+巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律聚集而成德自然物體，巖體是由巖石、地質(zhì)部連續(xù)面和不連續(xù)面內(nèi)填充物組合成的天然地質(zhì)體，巖體由于結(jié)構(gòu)面的存在強(qiáng)度遠(yuǎn)低于巖石的強(qiáng)度。2、巖石的強(qiáng)度有哪幾種類型；由那幾個實驗確定其特征值?巖石的強(qiáng)度有：單軸抗壓強(qiáng)度（單軸壓縮實驗）、抗拉強(qiáng)度(直接拉伸試驗法，劈裂試驗法，點(diǎn)載荷試驗法，抗彎法試驗)、抗剪強(qiáng)度（抗剪斷試驗）、三軸抗壓強(qiáng)度（真三軸加載實驗，常規(guī)三軸加載實驗）。3、巖體的變形曲線可以分成哪幾種類型；各有什么特點(diǎn)？（1）巖體壓縮變形曲線，特點(diǎn)：巖體的破壞過程一般呈柔性特征，通常巖體完整性越差，巖體越破碎，應(yīng)力下降

19、就越小，巖體脆性越差；（2）巖體剪切變形曲線，特點(diǎn)：屈服點(diǎn)以后，巖體內(nèi)某個結(jié)構(gòu)體或面可能先被剪壞，出現(xiàn)應(yīng)力降，未達(dá)到峰值是甚至有多次應(yīng)力降，當(dāng)應(yīng)力降達(dá)到一定值時未剪壞部分瞬間破壞，并伴有大的應(yīng)力降，隨后產(chǎn)生穩(wěn)定滑移；（3）巖體法向變形曲線，特點(diǎn)：法向變形的曲線各異，按P-W曲線和變形特征大致可分為：直線型、上凹形、上凸形、復(fù)合形。（4）巖體剪切變形曲線，特點(diǎn)：沿結(jié)構(gòu)面剪切和剪斷巖體的剪切曲線明顯不同，同時，沿平直光滑結(jié)構(gòu)面和粗糙結(jié)構(gòu)面的剪切曲線也各異。7、圍巖分類及考慮的因素。圍巖分類分為：把圍巖分為IV類；考慮的因素有：巖石結(jié)構(gòu)面及組合狀態(tài)、巖體特性、地下水狀態(tài)、巖體結(jié)構(gòu)、巖石強(qiáng)度指標(biāo)、巖體聲波指標(biāo)、巖心質(zhì)量指標(biāo)RQD。11、水壓致裂法基本測量原理。在豎直