(答案)巖體力學考試復習思考題_濃縮版

1、巖體力學復習思考題（38道）一、 名詞解釋1、彈性模量:巖石在壓縮狀態(tài)下，軸向應力與軸向應變之比。當應力應變曲線為直線關(guān)系時，變形模量就是直線的斜率。當變形為彈性變形時，該模量又稱為彈性模量：。2、泊松比：巖石在壓縮狀態(tài)下，橫向應變與軸向應變之比，即，無量綱，通常。3、長期強度：經(jīng)過較長時間加載達到破裂時的應力，稱為長時強度（long term strength）。4、巖石結(jié)構(gòu)面：結(jié)構(gòu)面是指發(fā)育于巖體中，具有一定方向、延伸性和厚度的各種地質(zhì)界面，如斷層、不整合面、層面、節(jié)理、裂隙等。5、巖體表征單元體積（REV）：多大尺寸的巖體才能表征巖體的真實力學特性，即與尺寸效應無關(guān)，這個巖體稱為表征單元

2、體（Representative Elementary Volume, REV, 表征體元），其尺寸稱為REV尺寸。6、RQD：將長度在10 cm( 含10 cm) 以上的巖芯累計長度占鉆孔總長的百分比，稱為巖石質(zhì)量指標RQD( Rock Quality Designation)。7、橫觀各向同性：主要是巖體中最大的結(jié)構(gòu)面，即通常的層面或?qū)永硭斐?，其它結(jié)構(gòu)面影響微弱可忽略不計。8、損傷變量：損傷變量是描述材料中所含微缺陷或微裂紋力學作用的場變量，是力學上描述材料內(nèi)部性質(zhì)劣化狀態(tài)的變量。是表征材料或結(jié)構(gòu)劣化程度的量度，直觀上可理解為微裂紋或空洞在整個材料中所占體積的百分比。又稱內(nèi)部狀態(tài)變量或內(nèi)

3、變量。9、連續(xù)度和損傷度連續(xù)度: 材料受損后的有效承載截面積與原始截面積的比值稱為連續(xù)度, 連續(xù)度取值范圍為01，取0時：無承載能力，完全破壞；取1時：無損傷損傷度: 10、應力強度因子：表征遠場載荷或殘余應力作用下裂紋尖端附近區(qū)域的應力狀態(tài)（應力強度）的參數(shù)。對于I型裂紋，用KI表示。11、斷裂韌度：材料中裂紋開始失穩(wěn)擴展時臨界應力強度因子，表征含裂紋的巖石材料抵抗斷裂的能力，或驅(qū)動裂紋擴展所需要的能量。對于I型裂紋，用KIC（線彈性斷裂韌度）或JIC（彈塑性斷裂韌度）表示。12、地應力：存在于地殼中的內(nèi)應力稱為地應力，天然環(huán)境下地殼巖土體內(nèi)某一點所固有的應力狀態(tài)為原始地應力(Insitu

4、state of stress in rock)。13、海姆假說：巖體深處垂直應力與其上覆的巖體重力呈正比，而水平應力與垂直應力相等。14、應力重分布：從原始地下應力場變化到新的平衡應力場的過程，稱為應力重分布。應力重分布：地下開挖破壞了巖體天然應力的相對平衡狀態(tài)，洞室周邊巖體將向開挖空間松脹變形，使圍巖中的應力產(chǎn)生重分布作用，形成新的應力狀態(tài)。15、基礎與地基的概念地基:直接承受上部建筑物荷載作用的部分土體或巖體;基礎:建(構(gòu))筑物在地下直接與地基相接觸的部分。二、 簡答題1、 簡述巖石脆性-延性轉(zhuǎn)化特征，并畫出示意圖。答：脆性(brittle)是指峰值時的極限應變量很小,峰值強度比殘余強度

5、高出許多。反之,稱為延性(ductile)u巖石在低圍壓下表現(xiàn)為脆性，但在高圍壓下轉(zhuǎn)化為延性或韌性。u由脆性轉(zhuǎn)化為延性的圍壓值，稱為“脆-延轉(zhuǎn)化臨界圍壓3lj”。u圍壓33lj，應變軟化；圍壓33lj，塑性流動；圍壓33lj，應變強化u巖石不能籠統(tǒng)地說成是脆性的，或是延性的，而要和圍壓大小聯(lián)系考慮。u水平地應力可看成是作用在地下巖體中的圍壓。一般淺部地應力小，工程巖體大多是脆性的；但到了千米甚至幾千米的深部，水平地應力可能超過巖體的脆-延轉(zhuǎn)化臨界圍壓，巖體表現(xiàn)為延性，開挖工程后，圍巖變形劇增。2、 簡述時間效應對巖石力學性質(zhì)的影響（包括加載速率效應及流變現(xiàn)象）。答：3、 簡述蠕變的三階段和三水

6、平，并分別畫出其示意圖。答：4、 巖石結(jié)構(gòu)面的幾何特征包括哪幾個方面？答：結(jié)構(gòu)面幾何特征包括：產(chǎn)狀（傾向、傾角）、連續(xù)性、密度、形態(tài)（側(cè)壁的起伏形態(tài)和粗糙度）、張開度、充填膠結(jié)特征等。5、 寫出Q分類方法中的Q值的計算公式，并指出六個參數(shù)的含義。答：6、 分別畫出巖石在（1）雙軸壓縮、（2）三軸壓縮、（3）三軸等壓及（4）三軸拉伸條件下的莫爾圓示意圖。答：7、 簡述庫侖準則的破壞機理。答：材料是屬于有正壓力情況下的剪切破壞形態(tài)，簡稱壓剪破壞。剪切破壞力的一部分用來克服與正應力無關(guān)的粘聚力，使材料顆粒間脫離關(guān)系，另一部分剪切破壞力用來克服與正應力成正比的摩擦力，使面間發(fā)生錯動而最終破壞。8、 巖

7、石斷裂力學與損傷力學的主要研究內(nèi)容分別是什么？二者之間的有怎樣的區(qū)別與聯(lián)系。(1) 損傷力學分析材料從變形到破壞前損傷逐漸積累的過程，主要關(guān)注材料微缺陷的變形、貫通過程及其對材料性質(zhì)弱化的影響。損傷最終將導致材料結(jié)構(gòu)完整性的完全喪失及宏觀裂紋的形成。(2) 斷裂力學分析宏觀裂紋啟裂、擴展及止裂的過程。宏觀裂紋擴展過程中也會在端部形成新的損傷區(qū)。(3) 損傷與斷裂為流體滲流提供通道9、 簡述連續(xù)損傷力學的研究內(nèi)容與方法。將具有離散結(jié)構(gòu)的損傷材料模擬為連續(xù)介質(zhì)模型，引入損傷變量（場變量），建立損傷演化方程描述從材料內(nèi)部損傷到出現(xiàn)宏觀裂紋的過程，導出材料的損傷本構(gòu)方程，形成損傷力學的初、邊值問題，然

8、后采用連續(xù)介質(zhì)力學的方法求解。10、 國際巖石力學學會（ISRM）建議的巖石I型斷裂韌度測試方法。V形切槽三點彎曲試樣、V形切槽短圓棒試樣、V形切槽巴西圓盤棒試樣11、 巖石斷裂過程區(qū)的四個發(fā)展階段特征是什么？用示意圖說明斷裂過程區(qū)每個階段對應的應力應變曲線的哪一段？12、 簡述水壓致裂法測量地應力的優(yōu)缺點。優(yōu)點：1)可以在下套管之前，通過監(jiān)測裂縫痕跡的方法確定出裂縫的方向2)壓裂壓力不受套管或射孔炮眼的影響。缺點：1)為使裸眼封隔器密封，要求井筒形狀盡可能圓2)地層中有天然裂縫時，由于漏失而很難進行試驗;3)現(xiàn)場試驗成本高。13、 簡述空心包體應變計法測量地應力的步驟。 打孔: 安裝探頭 數(shù)

9、據(jù)傳輸至采集器、 數(shù)據(jù)處理 空心包體應變計的主體是一個用環(huán)氧樹脂制成的壁厚3mm的空心圓筒，其外徑為37mm，內(nèi)徑為31 mm?？招陌w應變計的突出優(yōu)點是應變計和孔壁在相當大的一個面積上膠結(jié)在一起，因此膠結(jié)質(zhì)量較好，而且膠結(jié)劑還可注入應變計周圍巖體中的裂隙，使巖體整體化?？捎糜谥械绕扑楹退绍泿r體中，具有防水性能。 在其中間部位，即直徑35mm處，沿同一圓周等間距嵌埋著三組電阻應變花。每組應變花由四支應變片組成，相互間隔45° 數(shù)據(jù)分析計算方法，12支應變片，12個方程，解出6個未知數(shù)，經(jīng)坐標變換計算出3個主應力的大小、方向。14、 分析圖1所示圓形巷道，在不同K值時的應力重分布特點。

10、圖1 圓形巷道受力示意圖四、推導題1、推導開爾文體的本構(gòu)方程及蠕變方程，并畫出蠕變曲線。2、如圖所示，若巖體中發(fā)育一組結(jié)構(gòu)面AB，假定AB面與最大主平面夾角（結(jié)構(gòu)面傾角）為，請推導以主應力表示的單一結(jié)構(gòu)面剪切破壞條件，并討論不同角（結(jié)構(gòu)面傾角）時的情況。3、推導庫侖準則的主應力表達式。答：四、計算題某均質(zhì)巖石的強度曲線為：ts×tan30°40（MPa）。試求在側(cè)向圍巖應力s320MPa的條件下，巖石的極限抗壓強度；并求出破壞面的方位。解：由上面的（328）公式即可得，。三、 論述題1、 分別從巖塊尺度及巖體尺度闡述巖石組織特征及巖體結(jié)構(gòu)特征。答：2、 畫出巖石全應力應變曲

11、線示意圖，劃分階段并闡述各階段的特征。答：3、 闡述現(xiàn)場巖體單軸抗壓強度、三軸抗壓強度及抗剪強度的測定方法，并畫出相應的示意圖。答：4、 比較邊坡穩(wěn)定性分析方法中剛體極限平衡法與數(shù)值分析法的優(yōu)缺點。(1)剛體極限平衡法是基于剛性假定和同時破壞假定,且不考慮滑床變形,因此是一種經(jīng)典的力學分析方法,計算簡便,且有一套與之適應的規(guī)范,應用廣泛,實踐經(jīng)驗豐富,但在大多數(shù)情況下,邊坡穩(wěn)定性問題是超靜定的。極限平衡分析法處理這個問題的對策是引入一系列近似假定(如滑動面的假設、條間力的假設等),使問題變得靜定可解。這種處理導致其計算結(jié)果與實際情況有較大出入。(2) 數(shù)值分析法: 借助計算機的計算功能和商用數(shù)

12、值分析軟件,已經(jīng)可以將巖土工程結(jié)構(gòu)體作為整體加以模擬仿真,通過試驗取得最佳設計方案。主要包括連續(xù)介質(zhì)分析法、非連續(xù)介質(zhì)分析法和混合分析法。由于部分考慮了邊坡巖體的非均質(zhì)，不連續(xù)等特質(zhì)，能夠接近實際地從應力應變特征分析邊坡的變化破壞機制，對了解邊坡的應力分布及應變位移變化很有利。但由于要求使用者受過良好培訓、有經(jīng)驗,觀摩大量建模范例;需知曉模型/軟件的局限(如邊界效應、網(wǎng)格比率、對稱性和硬件內(nèi)存限制等);可供輸入的數(shù)據(jù)有限且不易測得;不能模擬高度節(jié)理化的巖體;由于運行時間的限制,很難進行敏感性分析；處理復雜問題需大量內(nèi)存;實踐經(jīng)驗尚少;需知處理過程中的校核標準和約束條件。剛體極限平衡法的不足破壞標準的判定 破壞的標準是按照滑動面同時破壞而制定的，并沒有考慮滑坡的漸進破壞。強度參數(shù)的選取 在計算中要么選取峰值強度，要么選取殘余強度，沒有考慮峰值強度向殘余強度的變化。計算方法的局限 無法模擬邊坡施工過程、開挖引起的二次應力場，加固措施、加固時機、滲流、地震等作用的影響。適用范圍有限 只能模擬均質(zhì)性較強的土質(zhì)邊坡，無法模擬真實巖質(zhì)邊坡的非均質(zhì)、各向異性的性態(tài)以及連續(xù)變形與非連續(xù)變形的破壞模式。5、分別回答巖石地基設計需要考慮的因素