《巖石力學》復習資料

1、巖石力學復習資料1.1 簡述巖石與巖體的區(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，力學性質(zhì)可在實驗室測得；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，力學性質(zhì)一般在野外現(xiàn)場進行測定，因此更接近巖體的實際情況，反映巖體的實際強度。1.2 巖體的力學特征是什么？ 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，隨著受力巖體的結(jié)構(gòu)趨向不同力學性質(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，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力場的地應力場、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是什么？ 答：（1）巖漿巖：由巖漿冷凝形成的巖石，強度高、均勻性好；（2）沉積巖：由母巖在地表經(jīng)風化剝蝕后產(chǎn)生，后經(jīng)搬運、沉積和結(jié)硬成巖作用而形成的巖石，具有層理構(gòu)造，強度不穩(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、高壓及化學活動性流體的影響發(fā)生變質(zhì)

3、而形成的巖石。力學性質(zhì)與變質(zhì)作用的程度、性質(zhì)以及原巖性質(zhì)有關。1.4 簡述巖體力學的研究任務與研究內(nèi)容。研究任務：建模與參數(shù)辨別；確定試驗方法、儀器與信息處理；現(xiàn)場測試；實際應用；研究內(nèi)容：巖石與巖體的物理力學性質(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)，巖塊在不同應力狀態(tài)作用下的變形和強度特征，結(jié)構(gòu)面的變性特征和強度參數(shù)的確定等）；巖石和巖體的本構(gòu)關系（巖塊的本構(gòu)關系，巖體結(jié)構(gòu)面分類和典型結(jié)構(gòu)面本構(gòu)關系，巖體的本構(gòu)關系）；工程巖體的應力、變形和強度理論（巖體初始應力測量及分布規(guī)律，巖體中應力、應變和位移計算，巖體破壞機理、強度理論和工程穩(wěn)定性維護與評價）：巖石（巖塊）室內(nèi)實驗（室內(nèi)實

4、驗是巖石力學研究的基本手段）；巖體測試和工程穩(wěn)定監(jiān)測（巖體原位力學實驗原理和方法，巖體結(jié)構(gòu)面分布規(guī)律的統(tǒng)計測試，巖體的應力、應變、位移檢測方法及測試數(shù)據(jù)的分析利用，工程穩(wěn)定準則和安全預測理論與方法）。1.5 巖體力學的研究方法有哪些？ 研究方法是采用科學實驗、理論分析與工程緊密結(jié)合的方法。對現(xiàn)場的地質(zhì)條件和工程環(huán)境進行調(diào)查分析，掌握工程巖體的組構(gòu)規(guī)律和地質(zhì)環(huán)境；進行室內(nèi)外的物理力學性質(zhì)試驗、模型試驗或原型試驗，作為建立巖石力學的概念、模型和分析理論的基礎。按地質(zhì)和工程環(huán)境的特點分別采用彈性理論、塑性理論、流變理論以及斷裂、損傷等力學理論進行計算分析。2.1 名詞解釋（1）巖石的質(zhì)量指標（RQD

5、）：大于10cm的巖心之和與鉆孔總長度的比率。（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）風化指標：包括軟化系數(shù)（表示抗風化能力的指標，是試件干燥單軸抗壓強度與飽和單軸抗壓強度的比值，越小表示巖石受水的影響越大）和巖石耐崩解系數(shù)（試件實驗前的質(zhì)量與試驗后殘余質(zhì)量的比值，）；（6）膨脹指標：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，用達西定律描述：，其中表示水頭變化率。2.2 簡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，其關系為：。3.1 簡述巖柱劈裂破壞機理。 答：巖柱受壓時，軸向趨于縮短，橫向趨于擴張，是張拉破壞。當試件兩端面無摩擦力時，若試件受到軸向壓縮，試件橫向自由擴張，其中的張拉應力使試件產(chǎn)生平行于軸線的垂直裂縫，呈柱狀劈裂破壞。3.2 剛性試驗機的工作原理是什么？ 答：剛性試驗機（KmK

7、s），由于試驗機釋放能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，保持峰值強度后的試驗平穩(wěn)進行，并記錄下巖石峰值強度后的應力-應變曲線，即剛性試驗機的工作原理。3.3 什么是環(huán)箍效應？列舉在單軸壓縮中克服它的措施。 試件受壓時，由于軸向趨于縮短，橫向趨于擴張，而試件和壓板間的摩擦約束作用則阻止其擴張，在試件端面部分形成了一個箍的作用，這一作用隨著遠離承壓板而逐漸減弱，即環(huán)箍效應。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；潤滑試件端部；加長試件。3.4 簡述抗剪試驗及裂隙法試驗的試驗要點。 【抗剪試驗】試驗要點：如圖，將按一定的精度要求加工好的立方體（5

8、15;5×5cm）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機上緩慢加壓至破壞，并記錄下極限荷載P。試驗關鍵技術(shù)：保持角模整體平衡、穩(wěn)定，防止偏心荷載，使試件按預定的剪切面剪斷；在加載過程中，角模會產(chǎn)生水平位移，為減少角模與試驗機壓板之間的摩擦力，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30°70°。 【裂隙法試驗】實驗要點：如圖，用一個實心圓柱形試件，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度。鋼絲直徑為5mm，作用為將試驗機壓板荷載轉(zhuǎn)化為線性荷載傳遞給試件。試件尺寸為直徑d=50mm，長度

9、t=25mm。此時，試件的單軸抗拉強度。實驗關鍵：嚴格對中，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 簡述摩爾-庫倫曲線的制作方法。 答：摩爾曲線制作方法：在-平面上，做一組不同應力狀態(tài)下（包括單軸抗拉和單向抗壓）的極限應力圓；找出各應力圓上的破壞點；用光滑曲線連接個破壞點，這條光滑曲線就是極限莫爾應力圓的包絡線，即莫爾準則曲線。庫倫曲線的制作方法：作一系列不同傾角的壓剪試驗，并由式（1）計算出不同傾角的破壞面上的正應力和剪應力；再在-平面描點作出強度準則曲線，或用數(shù)理統(tǒng)計方法確定其方程。通常由抗剪試驗得出的強度曲線是

10、一條弧形曲線，一般把它簡化為直線，即得到式（2）所示的強度準則。（1）（2）3.6 影響巖石強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：圓形不易引起應力集中并且容易加工；尺寸：試件的強度隨尺寸的增加而減小；高徑比：高徑比越大試件抗壓強度越低。（3）加載速率的影響：巖石的單軸抗壓強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，溫度越高強度越小，380左右時強度急劇下降。（5）層理結(jié)構(gòu)

11、的影響：巖塊的抗壓強度因受力方向不同而有差異，層理顯著的沉積巖差異更明顯。3.7 簡述單向壓縮下的巖石全過程應力應變曲線的特征。 答：巖石應力應變?nèi)^程曲線只有在剛性試驗中才能做出，如圖所示，典型巖石應力應變?nèi)^程曲線一般可以分為5個階段來描述其性質(zhì)：OA階段，通常被稱為壓密階段。其特征是應力應變曲線呈上凹型，即應變隨應力的增大而減小，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。這一階段的應力應變曲線基本呈直線。BC階段，塑性變形階段。當應力值超出屈服應力之后，隨著應力的增大曲線呈下凹狀，明顯的表現(xiàn)出應變增大（軟化）的現(xiàn)象。進入了塑性階段，

12、巖石將產(chǎn)生不可逆的塑性變形。同時1，3應變速率將同時增大但最小主應變的應變速率3的增大表現(xiàn)得更明顯。CD階段，為應變軟化階段。雖然此時已超出了峰值應力，但巖石仍具有一定的承載能力，而這一承載力將隨著應變的增大而逐漸減小，表現(xiàn)出明顯的軟化現(xiàn)象。D點以后為摩擦階段。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。 答：巖石的蠕變是指在恒定的壓力作用下應變隨時間的增長而增長的特性； 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），在此階段存在瞬時彈性變形，彈性后效和

13、粘性流動（永久變形）加速蠕變階段（C點以后），又稱破壞蠕變階段或非穩(wěn)定蠕變階段，一般過了C點以后巖石破壞（失穩(wěn)）不可避免。3.9 蠕變力學模型（兩元件）的結(jié)構(gòu)關系推導過程。 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靜力平衡條件： 變形協(xié)調(diào)條件： 本構(gòu)關系：蠕變方程： 松弛方程：粘性流動：流變特征瞬變?nèi)渥兯沙趶椥院笮д承粤鲃覯體有有有無有（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靜力平衡條件： 變形協(xié)調(diào)條件： 本構(gòu)方程：松弛

14、方程：蠕變方程： 彈性后效：流變特征瞬變?nèi)渥兯沙趶椥院笮д承粤鲃覭體無有無有無（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。 蠕變與粘性流動曲線靜力平衡條件： 變形協(xié)調(diào)條件： 本構(gòu)關系： 蠕變方程： 粘性流動：流變特征瞬變?nèi)渥兯沙趶椥院笮д承粤鲃覰|St V體2f無無無無無2=f無有無無有3.10 莫爾庫侖準則提出機理是什么？掌握其推導、圖解、主應力表示方法。 答：（1）提出機理：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力無關的粘結(jié)力，使材料顆粒間相脫離；另一部分用來克服與正應力成正比的摩擦力，使面間發(fā)生錯動而最終

15、破壞。（2）圖解：（3）推導：若破壞面的傾角為，則其上的上的正應力剪應力，將其簡化為直線，即得到的強度準則。（4）主應力表示：若某點有一個斜面正好處于極限破壞狀態(tài)，則該點應力圓與強度直線相切。由圖的三角關系可以得出。3.11 格里菲斯準則的基本思想是什么？ 答：在脆性材料內(nèi)部存在著許多隨機分布的，相互獨立的微裂紋。在外力作用下，當微裂紋尖端處的變形達到某極值時，裂紋產(chǎn)生擴展、連接、貫通等現(xiàn)象，最終導致材料的破壞。其中有一個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地質(zhì)作用過

16、程中，形成并不斷發(fā)育的地質(zhì)界面，是一種不連續(xù)面。（2）擴容：指巖體在壓、剪應力狀態(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。在齒狀接觸的結(jié)構(gòu)面中，當結(jié)構(gòu)面沿齒斜面上升時，其上部的巖體會隆起，體積增大，稱為剪脹現(xiàn)象；而當結(jié)構(gòu)面沿齒斜面下降的方向滑移時，滑動面以上的巖體會產(chǎn)生沉降，體積縮小，擴容為負，稱為減縮現(xiàn)象。4.2 簡述結(jié)構(gòu)面分類及其特征指標。 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：相對分類是相對于工程的尺度和類型對結(jié)構(gòu)面的規(guī)模

17、進行分類，可分為細小、中等、大型三類；絕對分類只考慮了結(jié)構(gòu)面的延伸長度和破壞帶的寬度，將結(jié)構(gòu)面分為五級。4.3 簡述結(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，而且與結(jié)構(gòu)面的粗糙度、結(jié)構(gòu)壁強度、充填狀態(tài)等多種因素有關。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，初始抗剪強度較大，充填物被剪壞后，接觸面變?yōu)槠矫娼佑|，抗剪強度迅速下降至殘余強度。此時，初始強度即為最大強度，由充填物質(zhì)的抗剪強度決定，而殘余強度受充填物質(zhì)的顆粒級配、結(jié)構(gòu)壁的強

18、度和形態(tài)等因素的影響。無充填齒狀接觸。隨著剪應力的增加，上下接觸面逐漸進入起伏齒接觸，結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)向上（剪脹）或向下（剪縮）的位移，當部分起伏齒被剪壞時，達到初始強度。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)生應力集中，直至剪切面縮小至足以使起伏齒全部被剪壞，達到最大強度，結(jié)構(gòu)面變成平面接觸進入殘余變形階段。部分充填齒狀接觸。結(jié)構(gòu)面內(nèi)有部分充填物質(zhì)，當充填物質(zhì)被剪壞時，結(jié)構(gòu)面達到初始強度并開始進入齒狀接觸，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，并伴隨強化現(xiàn)象。其強度隨位移的增加而增

19、加，直至塑性破壞。（2）擴容現(xiàn)象。指巖體在壓、剪應力狀態(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。在齒狀接觸的結(jié)構(gòu)面中，當結(jié)構(gòu)面沿齒斜面上升時，其上部的巖體會隆起，體積增大，稱為剪脹現(xiàn)象；而當結(jié)構(gòu)面沿齒斜面下降的方向滑移時，滑動面以上的巖體會產(chǎn)生沉降，體積縮小，擴容為負，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，開始為點或線接觸，當承受垂直于結(jié)構(gòu)面的壓力時，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；當超過極限之時，其變形將會傳遞給結(jié)構(gòu)體。開始時隨著法向應力的增加，結(jié)構(gòu)面閉合變迅速增長，-u曲線呈上凹形；隨應力的不斷增大，-u曲線逐漸變陡，趨向各自

20、的漸近線u=Vmc，因為只要巖齒不被完全剪平，兩接觸面不可能完全接觸，故Vmc一般小于結(jié)構(gòu)面厚度e。當法向應力大于巖塊的極限抗壓強度的三分之一時，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)面的應力-位移曲線與結(jié)構(gòu)面的類型及巖壁性質(zhì)基本無關，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)面的強度指標有哪些？ 答：（1）平直結(jié)構(gòu)面 強度條件：最易破壞方向：（2）齒狀結(jié)構(gòu)面規(guī)則齒狀結(jié)構(gòu)面強度條件：雙線性準則： 不規(guī)則齒狀結(jié)構(gòu)面-復雜不表巴頓準則、萊旦尼準則。（JRC-結(jié)構(gòu)面粗糙系數(shù)、JCS-結(jié)構(gòu)壁抗壓強度）（3）非貫通結(jié)構(gòu)面-復雜不表由裂隙面和非貫通的巖橋

21、組成。引入結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性系數(shù)K1。（4）充填物的影響顆粒級配。隨著粗顆粒的增加，脆性變形增加，峰值強度逐漸增大，峰值強度后，過渡到理想塑性狀態(tài)。厚度。充填物較薄時，隨厚度的增加摩擦因數(shù)迅速降低，內(nèi)聚力開始時迅速升高，升到一定值后又逐漸降低；當充填物厚度達到臨界厚度后，摩擦因數(shù)和內(nèi)聚力都趨于某一穩(wěn)定值，此時結(jié)構(gòu)面強度主要取決于充填夾層的強度。充填程度。充填程度越小，結(jié)構(gòu)面抗剪強度越高。4.5 結(jié)構(gòu)面的力學效應分析（結(jié)構(gòu)面傾角與強度的關系）。 答：（1）當w或90°時，巖體不可能沿結(jié)構(gòu)面破壞，即結(jié)構(gòu)面的存在不會削弱巖體的強度。（2）巖體最大強度為完整巖石強度，其破壞面與主平面的夾角；巖體

22、最小強度為結(jié)構(gòu)面的最小強度，其破壞面與主平面的夾角。（3）造成巖體強度削弱的結(jié)構(gòu)面傾角范圍：minmax。（4）當min或max時，巖塊先發(fā)生破壞，巖體強度等于巖塊強度；當minmax時，節(jié)理（結(jié)構(gòu)面）先發(fā)生破壞，巖體強度小于巖塊強度；當min或max時，巖塊和節(jié)理（結(jié)構(gòu)面）同時破壞，巖體強度等于巖塊強度。（5）巖體強度曲線4.6 巖體的變形模量的表達方式及測量方法？ 答：巖體變形模量是反映巖體變形特征的力學參數(shù)，定義為：，其中p+e為巖體在壓應力作用下產(chǎn)生的總應變，p為永久應變，e為彈性應變，Em為巖體的變形模量，是-曲線的割線斜率。測量方法：承壓板法、鉆孔變形法、狹縫壓力枕法、巖體變形參數(shù)

23、估算法。5.1 簡述工程巖體分類的目的及原則。 答：目的：為巖石工程建設的勘察、設計、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：有明確的類級和適用對象；有定量的指標；類級一般分五級為宜；分類方法簡單明了，數(shù)字便于記憶和應用；根據(jù)適用對象，選擇考慮因素。5.2 影響圍巖分類的主要因素有哪些？ 答：（1）巖石強度。巖石強度是巖體固有承載能力天然屬性。表示巖石強度的參數(shù)常由實驗測定，包括巖石的抗壓強度、抗拉強度和抗剪強度。（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

24、巖體工程質(zhì)量的優(yōu)劣和工程圍巖的整體穩(wěn)定性。風化作用也是影響巖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性質(zhì)劣化；減少巖體內(nèi)的有效應力，降低了巖體的抗剪強度，改變了巖體中的應力場和破壞機理。（4）地應力。（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（RQD）分類（5類）；按巷道圍巖穩(wěn)定性分類（9類）。（2）多因素

25、分類。Q分類（逐漸變好）RQD-巖體的質(zhì)量指標，Jn-巖體裂度影響系數(shù)；Jr-結(jié)構(gòu)面粗糙度影響系數(shù)；Ja-結(jié)構(gòu)面巖壁強度降低系數(shù)；Jw-地下水影響系數(shù)；SRF-應力折減系數(shù)。巖體力學分類法（逐漸變差）RMR=R1+R2+R3+R4+R5+R6RMR-巖體質(zhì)量分類值；R1-巖石抗壓強度；R2-巖體質(zhì)量指標；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。5.4 簡述我國工程巖體分級的基本方法。 答：我國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度和巖體完整性指標為基本參數(shù)，

26、按給定的經(jīng)驗公式計算巖體的基本質(zhì)量指標；再考慮地下水、結(jié)構(gòu)面、原巖原應力等因素對巖體質(zhì)量的影響，修正巖體基本質(zhì)量指標，將修正后的掩體質(zhì)量指標作為定量指標，結(jié)合定性描述，將巖體質(zhì)量分為五級；最后給出了各類巖體的力學性質(zhì)參數(shù)，描述了各類巖體工程的自穩(wěn)能力。質(zhì)量指標：BQ=90+3c+250Kv（c-巖石單軸飽和抗壓強度；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：【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-原巖應力狀態(tài)影響修正系數(shù)）。6

27、.1 巖體的初始應力包括哪些？答：巖體初始應力是指巖體在天然狀態(tài)下所存在的內(nèi)在應力，又稱為地應力。主要包括自重應力和構(gòu)造應力。 6.2 巖體初始應力的計算方法。 答：（1）自重應力：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，其垂直應力等于上覆巖體的自重，（2）構(gòu)造應力。由于地質(zhì)構(gòu)造運動而產(chǎn)生的應力為地質(zhì)構(gòu)造應力，地質(zhì)構(gòu)造應力在空間上的分布規(guī)律為地質(zhì)構(gòu)造應力場。6.3 簡述水壓致裂法的原理與特點。 答：原理：通過液壓泵向鉆孔內(nèi)擬定量測深度加液壓將孔壁壓裂，測定壓裂過程中的各特征點壓力及開裂方位，然后根據(jù)測得的壓裂過程中泵壓表的讀數(shù)，計算測點附近巖體中地應力大小

28、和方向。壓裂點上下用止水封隔器密封，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。水壓致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壓裂壓力；Ps液體進入巖體內(nèi)連續(xù)地將巖體劈裂的液壓，稱為穩(wěn)定開裂壓力；Ps0關泵后壓力表上保持的壓力，稱為關閉壓力。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：設備簡單。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，不需要復雜的電磁測量設備。操作方便。只通過液壓泵向鉆孔內(nèi)注液壓裂巖體，觀測壓裂

29、過程中泵壓、液量即可。測值直觀。它可根據(jù)壓裂時泵壓（初始開裂泵壓、穩(wěn)定開裂泵壓、關閉壓力、開啟壓力）計算出地應力值，不需要復雜的換算及輔助測試，同時還可求得巖體的抗拉強度。測值代表性大。所測得的地應力值及巖體抗拉強度是代表較大范圍內(nèi)的平均值，有較好的代表性。適應性強。這一方法不需要電磁測量元件，不怕潮濕，可在干孔及孔中有水的條件下試驗，不怕電磁干擾，不怕震動。6.4簡述應力解除法的原理。 答：原理：當需要測定巖體中某點的應力狀態(tài)時，人為地將該處的巖體單元與周圍巖體分離，此時，巖體單元上所受的應力將被解除。同時，該單元體的幾何尺寸也將產(chǎn)生彈性恢復。應用一定的儀器，測定這種彈性恢復的應變值或變形值

30、，并且認為巖體是連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的彈性體，于是就可以借助彈性理論的解答來計算巖體單元所受的應力狀態(tài)。應力解除法按測試深度可以分為表面應力解除法、淺孔應力解除法及深孔應力解除法。按測試變形或應變的方法不同，又可分為孔徑變形測試法、孔壁應變測試法及鉆孔應力解除法。 6.5 巖體初始應力狀態(tài)分布的主要規(guī)律有哪些？ 答：（1）巖體初始應力場是一個非穩(wěn)定應力場。巖體初始應力絕大部分是以水平應力為主的三向不等壓的空間應力場，三個主應力大小和方向隨時間和空間變化而變化，是一個非穩(wěn)定的應力場。（2）實測垂直應力基本上等于上覆巖體重量。v=0.027H。 （3）水平應力普遍大于垂直應力。兩個水平應力的平均值

31、與垂直應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0.55.0，大多數(shù)為0.81.5。（4）側(cè)壓力系數(shù)與深度的關系。關系不固定，不同地區(qū)有所差異。（5）兩個水平應力的關系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力狀態(tài)發(fā)生了變化，應力狀態(tài)被改變了的巖體叫圍巖。 （2）二次應力狀態(tài)：應力重分布后，無支護狀態(tài)下巖體的應力狀態(tài)。（3）圍巖壓力：（狹義）圍巖和支護為獨立的兩個體系，圍巖作用于支護上的壓力稱為圍巖壓力；（廣義）支護與圍巖是一個共同體，二次應力的全部作用力視為圍巖壓力。7.2 簡述塑、彈性區(qū)應力分布特點。 答：當圍巖進入塑性狀

32、態(tài)時，的最大值從硐室周邊轉(zhuǎn)移到彈、塑性區(qū)的交界處。隨著向巖體內(nèi)部延伸，圍巖應力逐漸恢復到原巖應力狀態(tài)。由于塑性區(qū)的出現(xiàn)，切向應力從彈、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)）是應力高于初始應力的區(qū)域，它與圍巖彈性區(qū)中應力升高部分（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)）應力低于初始應力的區(qū)域稱作松動區(qū)。松動區(qū)內(nèi)應力和強度都有明顯下降，裂隙擴張增多，容積擴大，出現(xiàn)了明顯的塑性滑移，原巖應力區(qū)（4區(qū)）未受到開挖影響，巖體仍處于原巖應力狀態(tài)。7.3 解釋塑性區(qū)對彈性區(qū)的支護作用。 答：洞室周邊的位移公式：，故，硐室塑性位移與塑性區(qū)半徑的平方及遠場應力成正比。7.4 =1時彈、塑性

33、應力分析開挖引起的圍巖位移的計算。 答：塑性區(qū)開挖前：開挖后：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：松動壓力。又稱塌落圍巖壓力，是指松動的巖體或施工爆破所破壞的巖體作用在支護結(jié)構(gòu)上的壓力，即為部分巖石的重量直接作用在支護結(jié)構(gòu)上的壓力；塑性變形壓力。阻止圍巖塑性變形時作用在支護上的壓力；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、力學性質(zhì)、充填物性質(zhì)及其充填狀態(tài)；地下的活動狀況；巖體的性

34、質(zhì)和強度。工程方面： 洞室的形狀和尺寸； 支護結(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？簡述其要點。 答：（1）定義：以維護和利用圍巖的自承能力為基點，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護手段，及時進行支護，控制圍巖的變形和松弛，使圍巖成為支護體系的組成部分，并通過對圍巖和支護的量測、監(jiān)控來指導隧道施工和地下工程設計施工的方法和原則。（2）要點：開挖作業(yè)多采用光面爆破和預裂爆破，并盡量采用大斷面開挖，以減少對圍巖的擾動；隧道開挖后盡量利用圍巖的自承能力，充分發(fā)揮圍巖自身的支護作用；根據(jù)圍巖特征采用不同的支護類型和參

35、數(shù)，及時施作密貼于圍巖的柔性噴射混凝土和錨桿初期支護，以控制圍巖的變形和松弛；在軟弱破碎圍巖地段，是斷面及早閉合，以有效的發(fā)揮支護體系的作用，保證隧道穩(wěn)定；二次襯砌原則上是在圍巖是在圍巖與初期支護變形基本穩(wěn)定的條件下修筑的，圍巖與支護結(jié)構(gòu)形成一個整體，因而提高了支護體系的安全度；盡量使隧道斷面周邊輪廓圓順，避免棱角突變處出現(xiàn)應力集中；通過施工中對圍巖和支護的動態(tài)觀察、測量，合理安排施工程序，進行設計變更及日常的施工管理。7.7 什么是支護圍巖共同作用？ 答：圍巖既是生產(chǎn)支護荷載的主體，又是承受巖層荷載的結(jié)構(gòu)，支護-圍巖作為整體相互作用，共同承擔圍巖壓力。圍巖壓力是變形壓力和松動壓力的組合，大部

36、分壓力(特別是變形壓力)由圍巖自身承擔，只有少部分轉(zhuǎn)移到支護結(jié)構(gòu)上；支護荷載既取決于圍巖的性質(zhì)，又取決于支護結(jié)構(gòu)的剛度和支護時間；圍巖的松動區(qū)和圍巖內(nèi)的二次應力狀態(tài)又與支護結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和支護時間有關。7.8 松散巖體的圍巖壓力計算及幾種方法的原理、區(qū)別與聯(lián)系。 答：（一）巖柱理論（1）基本假設：C=0；圍巖壓力=巖柱的自重-柱側(cè)面摩擦力；破壞模式與受力狀態(tài)如下：（2）洞室頂壓力的計算微元素上的側(cè)壓力：-垂直應力；-側(cè)應力系數(shù)微元素上的摩擦力：- 側(cè)面上的正壓力，-摩擦系數(shù)巖柱兩側(cè)面的總摩擦力為：洞頂巖體自重：，根據(jù)假設求出洞頂壓力集度：，根據(jù)假設求出洞幫壓力集度：，（3）適用條件：，（二）太沙基

37、理論（1）基本假設：認為巖體是松散體，但存在一定的粘厚力，且服從庫侖準則：；圍巖的滑移模式和外力情況如圖所示：（2）圍巖壓力計算微元體的平衡條件：邊界條件：解該微分方程，并令見=H得洞頂壓力： -原巖應力側(cè)壓力系數(shù)洞室兩邦的壓力：（3）適用條件：H<50m。7.9 自然冒落拱的形狀是什么？掌握其推導過程。 答：（1）根據(jù)普氐理論的基本假設，作如圖所示的受力圖。在如圖自然平衡拱上任一點M彎矩為0：（1）故自然平衡拱為拋物線型。在拱腳處，有一水平推力，維持整個拱的平衡，普氐認為必須小于或者等于垂直反力所產(chǎn)生的最大摩擦力，以使保持拱腳的穩(wěn)定，?。海瑒t得（1）得：當時，為拱的矢高，令（自然平衡拱的最大高度