(完整版)長安大學(xué)研究生初試巖體力學(xué)課后習(xí)題答案

1、章：1. 敘述巖體力學(xué)的定義 .：巖體力學(xué)主要是研究巖體和巖體力學(xué)性能的一門學(xué)科，是探討巖 石和巖體在其周圍物理環(huán)境發(fā)生變化后，做出響應(yīng)的一門力學(xué)分支。2. 何謂巖石？何謂巖體？巖石與巖體有何不同之處？巖石： 由礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律聚集而形成的自然物體。（ 2）巖體一定工程范圍內(nèi)的自然地質(zhì)體。 （ 3）不同之處：巖體是由巖石塊和各種各樣的結(jié)構(gòu)的綜合體。3. 何謂巖體結(jié)構(gòu)？巖體結(jié)構(gòu)的兩大要素是什么？ （1）巖體結(jié)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度及其組合關(guān)系；或者是指結(jié)構(gòu)體的規(guī)模、形態(tài)及其排 列形式所表現(xiàn)的空間形態(tài)。 （2）結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)面。 巖體結(jié)構(gòu)的六大類型？ 塊狀、鑲嵌、層狀、碎裂、層狀碎裂

2、、松散結(jié)構(gòu)。4. 巖體有哪些特征？（1）不連續(xù)；受結(jié)構(gòu)面控制， 巖塊可看作連續(xù)。 （2）各向異性； 結(jié)構(gòu)面有一定的排列趨勢， 不同方向力學(xué)性質(zhì)不同。 （3）不均勻性；巖體中的結(jié)構(gòu)面方向、分布、密度及被結(jié)構(gòu)面切割 成的巖塊的大小、形狀和鑲嵌情況等在各部位不同，各部位的力學(xué)性質(zhì)不同。（ 4）賦存地質(zhì)因子特性（水、氣、熱、初應(yīng)力）都會對巖體有一定作用。1. 巖石物理力學(xué)性質(zhì)有哪些？ 巖石的質(zhì)量指標(biāo)，水理性質(zhì)指標(biāo)，描述巖石風(fēng)化能力指標(biāo)，完整巖石的單軸抗壓強度， 抗拉 強度，剪切強度，三向壓縮強度和各種受力狀態(tài)相對應(yīng)的變形特性。2. 影響巖石強度特性的主要因素有哪些？ 對單軸抗壓強度的影響因素有承壓板、

3、巖石試件尺寸及形狀（形狀、尺寸、高徑比） ，加載 速率、環(huán)境（含水率、溫度） 。對三相壓縮強度的影響因素：側(cè)向壓力、試件尺寸與加載速 率、加載路徑、空隙壓力。3. 什么是巖石的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^程曲線？ 所謂應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^程曲線是指在剛性實驗機上進行實驗所獲得的包括巖石達到峰值應(yīng)力之 后的應(yīng)力應(yīng)變曲線。4. 簡述巖石剛性實驗機的工作原理？：壓力機加壓（貯存彈性應(yīng)能）巖石試件達峰點強度 （釋放應(yīng)變能）導(dǎo)致試件崩潰。AA 0201 面積一峰點后，巖塊產(chǎn)生微小位移所需的能。AC0201面積一一峰點后，剛體機釋放的能量（貯存的能量）。AB0201峰點后，普通機釋放的能量（貯存的能量）。當(dāng)實驗機的剛度大 于巖石

4、的剛度，才有可能記錄下巖石峰值應(yīng)力后的應(yīng)力應(yīng)變曲線。5試比較莫爾強度理論，格爾菲斯強度理論和E.hoek和E.T.brown提出的經(jīng)驗理論的優(yōu)缺點？莫爾強度理論優(yōu)點是使用方便，物理意義明確；缺點是1不能從巖石破壞機理上解釋其破壞特征2忽略了中間主應(yīng)力對巖石強度的影響；格爾菲斯強度理論優(yōu)點是明確闡明了脆性材料破裂的原因、破裂所需能量及破裂擴展方向；缺點是僅考慮巖石開裂并非宏觀上破壞的緣故。 E.hoek和E.T.brown提出的經(jīng)驗理論與莫爾強度理論很相似其優(yōu)點是能夠用曲線來表示巖石 的強度，但是缺點是表達式稍顯復(fù)雜。6典型的巖石蠕變曲線有哪些特征？典型的巖石蠕變曲線分三個階段第I階段：稱為初始

5、蠕變段或者叫瞬態(tài)蠕變階段。在此階段的應(yīng)變一時間曲線向下彎曲；應(yīng)變與時間大致呈對數(shù)關(guān)系，即*噸t。第n階段：稱為等速蠕變段或穩(wěn)定蠕變段。 在此階段內(nèi)變形緩慢，應(yīng)變與時間近于線性關(guān)系。第川階段：稱為加速蠕變段非穩(wěn)態(tài)蠕變階段。此階段內(nèi)呈加速蠕變，將導(dǎo)致巖石的迅速破壞。7有哪三種基本力學(xué)介質(zhì)模型？1彈性介質(zhì)模型2塑性介質(zhì)模型（理想塑性模型、有硬化塑性介質(zhì)模型）3黏性介質(zhì)模型8基本介質(zhì)模型的串聯(lián)和并聯(lián)的力學(xué)特征有何不同？串聯(lián)E和h,每個元素的力相等；總應(yīng)變=分應(yīng)變之和。基本模型，兩元件并聯(lián)，使它所表現(xiàn)的變形特征與馬克斯維爾模型有所不同。根據(jù)兩個基本力學(xué)模型并聯(lián)的力學(xué)特征，當(dāng)外力作用于模型的兩端時，兩個模

6、型產(chǎn)生的應(yīng)變相等，而其應(yīng)力為彈簧所受的應(yīng)力與粘壺所受的 應(yīng)力之和。9巖體在單軸和三軸壓縮應(yīng)力作用下，其破壞特征有何異同？單軸破壞形態(tài)有兩 類：圓錐形破壞，原因：壓板兩端存在摩擦力， 箍作用（又稱端部效應(yīng)）， 在工程中也會出現(xiàn)；柱狀劈裂破壞，張拉破壞（巖石的抗拉強度遠小于抗壓強度）是巖石單向壓縮破壞的真實反映（消除了端部效應(yīng)），消除試件端部約束的方法，潤滑試件端部（如墊云母片；涂黃油在端部），加長試件。三軸壓縮應(yīng)力：低圍壓，圍壓作用不明顯，接近單軸壓縮破壞形式；中圍壓，斜面剪切破壞；高圍壓，塑性流動破壞。10、一個5510cmcmcm試樣，其質(zhì)量為 678g,用球磨機磨成巖粉并進行風(fēng)干，天平秤稱

7、得其質(zhì)量為650g，取其中巖粉60g作顆粒密度試驗，巖粉裝入李氏瓶前，煤油的度數(shù)為0.53cm，裝入巖粉后靜置半小時，得讀數(shù)為20.33cm，求：該巖石的天然密度、干密度、顆粒密度、巖石天然空隙率。禎粒憲度一等一汗喬7ZS天蹴孔障率心呂7計為X11.14、將某一巖石試件進行單軸壓縮實驗，其壓應(yīng)力達到28.0MPa時發(fā)生破壞。破壞面與水平面的夾角為60 ,設(shè)其抗剪強度為直線型。試計算：（1 ）該巖石的c,值；（2）破壞面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力；（3）在正應(yīng)力為零的面上的抗剪強度；（4）在與最大主應(yīng)力作用面成30的面上的抗剪強度。解：（1）由題意(2 )11 題豆 b 工工、fPa=63）由題童時，4

8、b=切 十 6)十15 + oj ) cos 2 of = x 28 O +- x 2B.O xO,S抗為弓員度 廠= ran 3 o = zo za 才尸a15、某砂巖地層，砂巖的峰值強度參數(shù)1.2,40cMPa。某一點的初始應(yīng)力狀態(tài)為:318.97,34.5MPaMPa，由于修建水庫巖石孔隙水壓力增大，試求該點巖石當(dāng)孔隙水壓力為多大時會使砂巖破壞?解；設(shè)最大孔隙水莊力弋由b 尺=JtTs -兄）十K 可得n 児=e -J L-1 + sin 爐 1 + sin *10U = = 4, ft |）1 - Mn 1 - siu 102c cosc? 2 k i .2 x cos 40*氓 5*

9、 1 51 - sin 訝I - sin 4 034 * 57 * 1P -S.97- 二3J1K7F4,60-1二早1如何測試巖塊和巖體彈性波速度？1、巖塊聲波速度測試：測試儀器主要是巖石超聲波參數(shù)測定儀和縱橫波換能器。測試時，把縱橫波換能器放在巖塊試件的兩端。測定縱波速度時宜采用凡士林或黃油作耦合劑，測定橫波速度時宜采用鋁箔或銅箔作耦合劑測試結(jié)束后，應(yīng)測定超聲波在標(biāo)準(zhǔn)有機玻璃中的傳播時間，繪制時距曲線并確定儀器系統(tǒng)的零延時。vp=L/（tp-tO），vs=L/（ts-tO）2、 巖體聲波速度測試： 測點表面應(yīng)大致修鑿平整并擦凈， 縱波換能器應(yīng)涂厚1-2mm的凡士 林或黃油，橫波換能器應(yīng)墊多

10、層鋁箔或銅箔， 并應(yīng)將換能器放置在測點上壓緊。 在鉆孔或風(fēng) 鉆孔中進行巖體聲波速度測試時， 鉆孔或風(fēng)鉆孔應(yīng)沖洗干凈， 并在孔內(nèi)注滿水，水即作為耦 合劑，而對軟巖宜采用干孔測試。2影響巖體彈性波速度的因素有哪些？1、巖體彈性波速與巖體種類、巖石密度和生成年代有關(guān).2、巖體波速與巖體中裂隙或夾層的關(guān)系：34巖體波速與巖體的有效孔隙率n及吸水率Wf有關(guān)4、巖體波速與各向異性性質(zhì)有關(guān)5、巖體受壓應(yīng)力對彈性波傳播的影響3用彈性波速度確定地下工程圍巖松動圈（塑性圈）范圍的原理是什么？根據(jù)巖體彈性波速度隨裂隙的增多和應(yīng)力減小而降低的原理，在松動圈內(nèi)，由于巖體破碎且屬低應(yīng)力區(qū)，因而波速較小，當(dāng)進入松動圈邊界完

11、整巖體區(qū)域，應(yīng)力較高，波速達到最大，之后波速又逐漸減小至一定值。根據(jù)波速隨深度變化曲線，可確定松動圈厚度，其邊界在波速最大值深度附近。四章.13、如圖所示為一帶有天然節(jié)理的試件，結(jié)構(gòu)面的外法線與最大主應(yīng)力的夾角=40,節(jié)理的基本摩擦角b=36。節(jié)理的粗糙度為 4級。節(jié)理面壁的抗壓強度為50MPa，問在多大的1作用下巖樣會破壞?瞬=由塾彥*佻.=，=./7=4Oc睿表.取丿占?=750 :-一Ch milJRClea,t Mil7胞+ 36I e6丿切=* 號=；6 * 6 ;6cc2a = _ ? z北Q=o刃7殆 r - 3111 2（7= sillRO&2 2根尼以上式了觸右程，育-f埠o

12、、-O.492t =O.5S7J-. tan 7 la =+3岳口L SlO-JS7a. 541 . 632. 725. 45由2廠=6 6 sin2ar0.51 +0.10（:1 ） b= 2L .凸 3 + 0,30C213-Qr3OBtiigQJ_o_rtUQHtQA=l 總 I竺戀也閃曲or亠,由 r cr -b Em 卩.0 J 2+0 ,95+i .61 +3 J25b 亍 E一 47*tan（7? = - =- bf - -I er= 憐二 34,61 *0.6 9CV=C3（02曾DK +09柿*0血&，+】.羽丄乂1 1 4 3.22$工2衛(wèi)二,_4乂1尬3官1“0鼻O.i2

13、* +0.965 +J.6L? -3.225?） _ 4 xl-53?r; = 7 - orfm q： = 1.06 1.53x0.69 = .3x10 15、如圖所示，在上題的巖體中，有一逆斷層與水平面夾角為25斷層面的爬坡角i=0,試問：在埋深 2000m的深處，能承受的最大水平應(yīng)力是多少？（重度 3=27kN/m3）解:結(jié)合上題已知G = 43xlO. =34.61 =又 H=m 0J?2000?jl 27kN !據(jù)公弍疔 _ bf cos/? -）sin J3 + 5 cos 化./?sin（/7 -（p7 ）6_M = 27x2000= 54 OOOATPt./ = 54A/P/J5

14、4cos（250-34.610）&iii2 5103cos34r6l0.=6二=14 8.74kiPacos25sin25& -五章：1簡述圍巖分類的目的和意義？（1 ）為巖石工程建設(shè)的勘察、設(shè)計、施工和編制定額提供必要的基本依據(jù)。（2）便于施工方法的總結(jié)，交流，推廣。（3）為便于行業(yè)內(nèi)技術(shù)改革和管理。2闡述圍巖分類有哪些原則？（1）有明確的類級和適用對象。（2）有定量的指標(biāo)。（3）類級一般分五級為宜。（4）分類方法簡單明了、數(shù)字便于記憶和應(yīng)用。（5）根據(jù)適用對象，選擇考慮因素。3. 簡述圍巖分類的基本方法？按巖石的單軸抗壓強度 RC 分類；以點荷載強度指標(biāo)分類；按巷道巖石穩(wěn)定性分類；前蘇聯(lián)

15、巴庫地鐵分類； 按巖體完整性分類；按巖體綜合指標(biāo)分類。4. 簡述圍巖質(zhì)量指標(biāo) RQD 的定義及評價方法？RQD 是選用堅固完整的、其長度大于等于 10cm 的巖芯總長度與鉆孔長度的比。 評價方法： 巖石的RQD與巖體完整性關(guān)系密切，RQD與體積節(jié)理數(shù)JV之間存在下列統(tǒng)計關(guān)系：RQD=115- 3.3JV（ %）,對于 JV 小于等于 4.5 的巖體，其 RQD=100%5. 簡述巴頓的 Q 分類采用了那些參數(shù)？他們代表了何種意義？采用了六個參數(shù)：RQD巖體質(zhì)量指標(biāo)。Jn節(jié)理的組織數(shù)系數(shù)。Jr節(jié)理的粗糙度系數(shù)。Ja節(jié) 理的飾變系數(shù)。JW地下水的影響系數(shù)。SRF應(yīng)力折減系數(shù)。6. 簡述國標(biāo)巖體分級

16、采用了那些指標(biāo)作為分級的基本參數(shù)？（一）確定巖體基本質(zhì)量： 1.定量確定巖體基本質(zhì)量,包括巖石堅硬程度的確定、巖體完整 程度的確定2. 定性確定巖體基本質(zhì)量,也包括巖石堅硬程度的確定、巖體完整程度的確定（二）基本質(zhì)量分級：巖體基本質(zhì)量指標(biāo)；巖體基本質(zhì)量的確定（三）具體工程巖體質(zhì)量分級的確定 六章：1 .什么是巖體初始應(yīng)力？巖體初始應(yīng)力主要由什么引起的？影響因素有那 些？初始應(yīng)力： 天然狀態(tài)下巖體內(nèi)的應(yīng)力,又稱地應(yīng)力、原巖應(yīng)力。由巖體的自重和地質(zhì)構(gòu)造所 引起。因素：自重 地質(zhì)構(gòu)造-主要因素 ：地形地貌 地震力 水壓力 地?zé)帷?-次要因 素。2. 正斷層,逆斷層,平移斷層的最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力的

17、作用方向分別是什么樣的？ 對于正斷層,自重應(yīng)力為最大主應(yīng)力,方向豎直向下,最小主應(yīng)力與斷層走向正交；對于逆 斷層, 自重應(yīng)力為最小主應(yīng)力, 方向豎直向下,而最大主應(yīng)力與斷層走向正交；對于平移斷 層,自重為中主應(yīng)力, 最大主應(yīng)力與斷層走向成 30-45 度得夾角, 最大和最小都為水平方向。3. 地殼淺部巖體初始應(yīng)力的分布有哪些基本規(guī)律？水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力。垂直應(yīng)力在大多數(shù)情況下,為最小主應(yīng)力；在少數(shù)情況小,為中間主應(yīng)力；只有個別情況下為最大主應(yīng)力。4巖爆的類型和發(fā)生條件是什么,如何防治？類型：【 1 】破裂松脫型, 【 2】爆裂彈射型, 【3】爆炸拋射型。條件： 1.地下開挖,洞室空間 的形成 2 巖體承受極限應(yīng)力產(chǎn)生初始破裂后剩余彈性變形能的集中釋放量將決定巖爆的彈 射程度 3 圍巖應(yīng)力重分布和集中將導(dǎo)致圍巖積累大量彈性變形能。防治： 1 圍