巖石力學(xué)與工程課后習(xí)題與思考解答

1、巖石力學(xué)與工程【科學(xué)出版社 蔡美峰主編】習(xí)題與思考題及解答第一章巖石物理力學(xué)性質(zhì)1 .構(gòu)成巖石的主要造巖礦物有哪些？答：巖石中主要造巖礦物有：正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英、黑云母、白云母、角閃石、輝石、橄欖石、方解石、白云石、高嶺石、磁鐵礦等。2 .為什么說基性巖和超基性巖最容易風(fēng)化？答：基性和超基性巖石主要是由易風(fēng)化的橄欖石、輝石及斜長(zhǎng)石組成，所以非常容易風(fēng)化。3 .常見巖石的結(jié)構(gòu)連接類型有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？答：巖石中結(jié)構(gòu)連接的類型主要有兩種，分別是結(jié)晶連接和膠結(jié)連接。結(jié)晶連接指礦物顆粒通過結(jié)晶相互嵌合在一起。這類連接使晶體顆粒之間緊密接觸，故巖石強(qiáng)度一般較大，抗風(fēng)化能力強(qiáng)；膠結(jié)連接指巖石礦物顆

2、粒與顆粒之間通過膠結(jié)物連接在一起，這種連接的巖石，其強(qiáng)度主要取決于膠結(jié)物及膠結(jié)類型。4 .何謂巖石中的微結(jié)構(gòu)面，主要指哪些，各有什么特點(diǎn)？答：巖石中的微結(jié)構(gòu)面（或稱缺陷）是指存在于礦物顆粒內(nèi)部或礦物顆粒及礦物集合之間微小的若面及空隙。包括礦物的解理、晶格缺陷、晶粒邊界、粒間空隙、微裂隙等。礦物解理面指礦物晶體或晶粒受力后沿一定結(jié)晶防線分裂成光滑平面，解理面往往平行于礦物晶體面網(wǎng)間距較大的面網(wǎng)。晶粒邊界：由于礦物晶粒表面電價(jià)不平衡而引起礦物表面的結(jié)合力，該結(jié)合力源小于礦物晶粒內(nèi)部分子、原子、離子鍵之間的作用力，因此相對(duì)較弱，從而造成礦物晶粒邊界相對(duì)軟弱。微裂隙：指發(fā)育于礦物顆粒內(nèi)部及顆粒之間的多

3、呈閉合狀態(tài)的破裂痕跡線。具有方向性。粒間空隙：多在成巖過程中形成晶粒之間、膠結(jié)物之間微小的空隙。5 .自然界中的巖石按地質(zhì)成因分類，可以分為幾大類，各大類有何特點(diǎn)？答：按地質(zhì)成因分類，自然界中巖石可分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖三大類。巖漿巖按照巖漿冷凝成巖的地質(zhì)環(huán)境不同又可分為深成巖、淺成巖和噴出巖。其中深成巖常形成巨大的侵入體，有巨型巖體，大的如巖盤、巖基，其形成環(huán)境都處在高溫高壓之下，形成過程中由于巖漿有充分的分異作用，常常形成基性巖、超基性巖、中性巖及酸性、堿性巖等，其巖性較均一，變化較小，巖體結(jié)構(gòu)呈典型的塊狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)多為六面體和八面體，巖體顆粒均勻，多為粗-中粒結(jié)構(gòu)，致密堅(jiān)硬，空隙少，

4、力學(xué)強(qiáng)度高，透水性弱，抗水性強(qiáng)；淺成巖成分與相應(yīng)的深成巖相似，其產(chǎn)狀多為巖床、巖墻、巖脈等小侵入體，巖體均一性差，巖體結(jié)構(gòu)常呈鑲嵌式結(jié)構(gòu)，巖石常呈斑狀結(jié)構(gòu)和均粒-中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，細(xì)粒巖石強(qiáng)度比深成巖高，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，斑狀結(jié)構(gòu)則差一些；噴出巖有噴發(fā)及溢流之別，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，巖性不一，各向異性顯著，巖體連續(xù)性差，透水性強(qiáng)，軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育。沉積巖是由風(fēng)化剝蝕作用或火山作用形成的物質(zhì)，在原地或被外力搬運(yùn)，在適當(dāng)條件下沉積下來，經(jīng)膠結(jié)和成巖作用而形成的。其礦物成分主要是粘土礦物、碳酸鹽和殘余的石英長(zhǎng)石等，具層理構(gòu)造，巖性一般具有明顯的各向異性，按形成條件和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，沉積巖可分為：火山碎屑巖、膠結(jié)碎屑巖、粘

5、土巖、化學(xué)巖和生物化學(xué)巖等。變質(zhì)巖是在已有巖石的基礎(chǔ)上，經(jīng)過變質(zhì)混合作用形成的。因其形成的溫度、壓強(qiáng)等變質(zhì)因素復(fù)雜，其力學(xué)性質(zhì)差別很大，不能一概而論。6.表示巖石物理性質(zhì)的主要指標(biāo)及其表示方式是什么?答：見下表所示：物理性質(zhì)符號(hào)物理意義計(jì)算公式容重Y巖石單位體積（包括巖石內(nèi)空隙體積）的重量T=W/V比重Gs巖石固體部分的重量和4c時(shí)同體積純水重量的比值Gs=Ws/(Vs-g)空隙性總空隙率n巖石空隙的體積與巖石總體積的比值n=Vp/VX100%總開空隙率n。巖石開型空隙的體積與巖石總體積的比值no=Vpo/V*100%大開空隙率nb巖石大開型空隙的體積與巖石總體積的比值nb=V°JV

6、X100%小開空隙率ns巖石小開型空隙的體積與巖石總體積的比值ns=Vp,JVX100%閉空隙率nc巖石閉型空隙的體積與巖石總體積的比值nc=VpJVX100%水理性天然含水率3天然狀態(tài)下巖石中水的質(zhì)量與巖石烘干質(zhì)量的比值3=mJmrd吸水率coa巖石在常溫條件下吸入水分的質(zhì)量與其烘干質(zhì)量的比值g=(m0-mdr)/mdrX100%飽和吸水率3sa巖石在強(qiáng)制條件下（高壓、真空煮沸）下，巖石吸入水的質(zhì)量與巖樣烘干質(zhì)量的比值，亦稱飽水率wsa=(ms&mdr)/mdrX00%飽水系數(shù)ka巖石吸水率與飽水率的比值ka=3aGSaX00%透水性巖石能被水透過的性能，用滲透系數(shù)衡量軟化性邛巖石浸

7、水后軟化的性能，用軟化系數(shù)衡量（飽水巖樣抗壓強(qiáng)度與烘干巖樣抗壓強(qiáng)度比值）TC=OCo/C抗凍性Cf巖石抵抗凍融破壞的性能，用抗凍系數(shù)衡量（巖樣在i25C的溫度區(qū)間內(nèi)，反復(fù)降溫、凍結(jié)、升溫、溶解，其巖樣抗壓強(qiáng)度下降值與凍融前抗壓強(qiáng)度比值）Cf=(C-(jcf)/cjX100%7 .巖石破壞有幾種形式？對(duì)各種破壞的原因作出解釋。答：巖石在單軸壓縮載荷作用下，破壞形式包含三種：X狀共軻面剪切破壞、單斜面剪切破壞和拉伸破壞。前兩類破壞形式主要是因?yàn)檩S向主應(yīng)力因起破壞面的剪應(yīng)力超過巖石最大剪應(yīng)力而導(dǎo)致的破壞；后一類破壞主要是因?yàn)檩S向主應(yīng)力引起破壞面橫向拉應(yīng)力超過巖石最大拉應(yīng)力而導(dǎo)致的破壞。8 .劈裂法實(shí)

8、驗(yàn)時(shí)，巖石承受對(duì)稱壓縮，為什么在破壞面上出現(xiàn)拉應(yīng)力？繪制試件受力圖說明實(shí)驗(yàn)的基本原理。答：試件受力圖如下：r/R一外一TX01，士工"卜IILLLJII應(yīng)力值/mp壓縮拉伸從圖上看出：在圓盤邊緣x、y向都表現(xiàn)出壓應(yīng)力，隨著位置向圓盤中心移動(dòng)，X向壓應(yīng)力變小并出現(xiàn)拉應(yīng)力，并逐漸均勻化，在Y向上，隨著位置向圓盤中央靠近，壓應(yīng)力逐漸減小并均勻化，但始終是處于壓的狀態(tài)，又因?yàn)閹r石抗拉強(qiáng)度低，故圓盤試件在中央沿直徑發(fā)生劈裂破壞。9 .什么是全應(yīng)力-應(yīng)變曲線，為什么普通材料試驗(yàn)機(jī)得不出全應(yīng)力-應(yīng)變曲線？答：能全面反映巖石受壓破壞過程中的應(yīng)力、應(yīng)變特征，特別是巖石破壞后的強(qiáng)度與力學(xué)性質(zhì)變化規(guī)律的應(yīng)

9、力應(yīng)變曲線就叫全應(yīng)力-應(yīng)變曲線。普通試驗(yàn)機(jī)只能得出半程應(yīng)力-應(yīng)變曲線不能得出全應(yīng)力-應(yīng)變曲線的原因是由于試驗(yàn)機(jī)的剛性不足，在巖石壓縮過程中，試件受壓，試驗(yàn)機(jī)框架受拉，隨著巖樣不斷被壓縮，試驗(yàn)機(jī)發(fā)生的彈性變形以應(yīng)變能形式存于機(jī)器中，當(dāng)施加壓力超過巖石抗壓強(qiáng)度，試件破壞，此時(shí)，試驗(yàn)機(jī)迅速回彈，被存于試驗(yàn)機(jī)中的應(yīng)變能瞬間釋放到巖石試件中，引起巖石的激烈破壞和崩解，因而造成無法獲得巖石在超過峰值破壞強(qiáng)度后受壓的應(yīng)力應(yīng)變曲線。10 .如何根據(jù)全應(yīng)力-應(yīng)變曲線預(yù)測(cè)巖石的巖爆、流變和反復(fù)加、卸載作用下的破壞？答：(1)如下圖示全應(yīng)力應(yīng)變曲線：巖石力學(xué)與工程科學(xué)出版社2002年第一版蔡美峰主編Z.N.Lee

10、解答整理第43 頁B代表試件從左半部A的面積代表，達(dá)到峰值強(qiáng)度時(shí)，積累在試件內(nèi)部的應(yīng)變能，右半部破裂到破壞所消耗的能量。若A>B,說明巖石破壞后尚余一部分能量，這部分能量突然釋放就會(huì)產(chǎn)生巖爆，若AVB,則說明應(yīng)變能在破壞過程中全部消耗掉，因而不會(huì)產(chǎn)生巖爆。(2)在試件加載到一定程度，保持一定應(yīng)力水平不變，試件將發(fā)生蠕變，蠕變發(fā)生到一定程度，即應(yīng)變達(dá)到某一值，蠕變就停止，全應(yīng)力-應(yīng)變曲線預(yù)測(cè)蠕變可由下應(yīng)變-應(yīng)力曲線預(yù)測(cè)蠕變破壞圖示意：/(TGcA_BC-上DI一FH蠕變終止軌跡線£O圖中，全應(yīng)力-應(yīng)變曲線及蠕變終止軌跡線由大量實(shí)驗(yàn)所得，(1)當(dāng)應(yīng)力在H點(diǎn)以下時(shí)，保持應(yīng)力不變，試件

11、不會(huì)發(fā)生蠕變；(2)當(dāng)應(yīng)力在H至G點(diǎn)見時(shí)，保持應(yīng)力不變，試件發(fā)生蠕變，最終發(fā)展到蠕變終止軌跡線，停止蠕變，試件不破壞，如EF;(3)當(dāng)應(yīng)力在G點(diǎn)以上時(shí)，保持應(yīng)力值不變，試件發(fā)生蠕變，蠕變應(yīng)變最終達(dá)到破壞段應(yīng)力應(yīng)變曲線破壞段，試件發(fā)生破壞，如AB,CD(4)從C點(diǎn)開始發(fā)生蠕變則到D點(diǎn)發(fā)生破壞，若從A點(diǎn)發(fā)生蠕變，則到B點(diǎn)發(fā)生破壞，前者，蠕變時(shí)間較后者長(zhǎng)。(3)全應(yīng)力-應(yīng)變曲線預(yù)測(cè)循環(huán)加載下巖石的破壞：由于巖石的非完全彈性（或非線彈性），在循環(huán)荷載作用下，在應(yīng)力應(yīng)變圖中表現(xiàn)出若干的滯回環(huán)，并不斷向破壞段應(yīng)力-應(yīng)變曲線靠近，在循環(huán)荷載加載到一定程度，巖石將發(fā)生疲勞破壞，通過全應(yīng)力-應(yīng)變圖可看出，高應(yīng)力

12、狀態(tài)下加載循環(huán)荷載，巖石在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生破壞，在低應(yīng)力狀態(tài)下加載循環(huán)荷載則需要較長(zhǎng)時(shí)間才發(fā)生破壞。11 .在三軸壓縮試驗(yàn)條件下，巖石的力學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生哪些變化？答：三軸壓縮試驗(yàn)條件下，巖石的抗壓強(qiáng)度顯著增大；巖石的變形顯著增大；巖石的彈性極限顯著增大；巖石的應(yīng)力-應(yīng)變曲線形態(tài)發(fā)生明顯變化，表明巖石由彈性向彈塑性變化。12 .什么是莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線？如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線？答：莫爾強(qiáng)度理論認(rèn)為材料在單向壓縮、拉伸、純剪切時(shí)所得到的在各種應(yīng)力狀態(tài)下的極限應(yīng)力圓具有一條公共包絡(luò)線，這條包絡(luò)線與每個(gè)極限應(yīng)力圓相切，能夠反映材料內(nèi)部各點(diǎn)受外荷載作用時(shí)材料破壞的性質(zhì)，這條包絡(luò)線就叫做莫爾包絡(luò)線。對(duì)

13、巖石試件的三軸壓縮試驗(yàn)，可以通過對(duì)同種巖石試件在不同圍壓條件下（圍壓值從小到大）繪制莫爾圓，連接各莫爾圓的公切線，形成平滑曲線就能繪制出該巖石試件的莫爾包絡(luò)線。從工程應(yīng)用的角度來看，可以在單向拉伸與壓縮兩種應(yīng)力狀態(tài)下，以通過試驗(yàn)結(jié)果得到的兩個(gè)極限應(yīng)力圓為依據(jù)，以這兩個(gè)圓的公切線作為近似而取直線的公共包絡(luò)線。13 .巖石的抗剪強(qiáng)度與剪切面所受正應(yīng)力有什么關(guān)系？試?yán)L圖加以說明？答：如圖角模壓剪試驗(yàn)受力示意圖：上圖說明，剪切面上可分解為沿剪切面的剪應(yīng)力T=Psina/A和垂直于剪切面的正應(yīng)力N=Pcosa/A,上圖示試驗(yàn)表明，剪切面得正應(yīng)力越大，試件被剪切破壞前的剪應(yīng)力也越大，因?yàn)榧羟衅茐那耙欢ㄒ?/p>

14、服摩擦力f和剪切面得粘結(jié)力（內(nèi)聚力）c,又f=wN故T=wN+c及正應(yīng)力越大，摩擦力越大，巖石發(fā)生剪切破壞所需的剪應(yīng)力也越大，說明抗剪強(qiáng)度越強(qiáng)。14 .簡(jiǎn)述巖石在單軸壓縮條件下的變形特征。答：?jiǎn)屋S壓縮條件下巖石變形特征分四個(gè)階段：(1)空隙裂隙壓密階段(0A段)：試件中原有張開結(jié)構(gòu)面或微裂隙逐漸閉合，巖石被壓密，試件橫向膨脹較小，體積隨載荷增大而減小。(2)彈性變形至微彈性裂隙穩(wěn)定發(fā)展階段(AC段)：巖石發(fā)生彈性形變，隨著載荷加大巖石發(fā)生軸向壓縮，橫向膨脹，總體積縮小。(3)非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段(CD段)：微破裂發(fā)生質(zhì)的變化，破裂不斷發(fā)展直至試件完全破壞，體積由壓縮轉(zhuǎn)為擴(kuò)容，軸向應(yīng)變和體積應(yīng)變速

15、率迅速增大。(4)破裂后階段(D點(diǎn)以后)：巖塊承載力達(dá)到峰值強(qiáng)度后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，試件保持整體狀，隨著繼續(xù)施壓，裂隙快速發(fā)展，出現(xiàn)宏觀斷裂面，此后表現(xiàn)為宏觀斷裂面的塊體滑移。15 .簡(jiǎn)述巖石在反復(fù)加載和卸載條件下的變形特性。答：(1)線彈性或完全彈性巖石：在反復(fù)加載和卸載條件下，因其應(yīng)力-應(yīng)變曲線路徑重合或形成閉合回路，多次循環(huán)加-卸載，其應(yīng)力-應(yīng)變圖形不變，因?yàn)樽冃卧趶椥苑秶鷥?nèi)。(2)彈塑性巖石等荷循環(huán)加、卸載荷：如果卸載點(diǎn)未超過屈服點(diǎn)，其受力處于彈性狀態(tài)與(1)同論；若卸載點(diǎn)超過屈服點(diǎn)，在加載過程中發(fā)生塑性形變，每次加、卸載都形成滯回環(huán)，這些滯回環(huán)隨著加、卸次數(shù)增加而愈來愈窄，并且彼此

16、越來越近，巖石愈來愈接近彈性變形，一直到某次變形沒有塑性變形為止，當(dāng)循環(huán)應(yīng)力峰值小于臨界應(yīng)力(H時(shí)，循環(huán)次數(shù)及時(shí)很多也不會(huì)導(dǎo)致試件破壞，而超臨界應(yīng)力巖b1石將在某次循環(huán)中發(fā)生破壞。多次反復(fù)加、卸載，每次施加的最大載荷比上一次循環(huán)的最大荷載大,(3)彈塑性巖石不斷加大循環(huán)加、卸載荷:則形成上述曲線，隨循環(huán)次數(shù)增多，塑性滯回環(huán)面積擴(kuò)大，卸載曲線斜率增加表明卸載應(yīng)力下的巖石材料彈性有所增強(qiáng)，此外，每次卸載再加載，形成變形記憶曲線，塑性變形隨著循環(huán)荷載不斷加大而增大，當(dāng)循環(huán)加、卸載到一定程度時(shí)，試件發(fā)生破壞。16 .線彈性體、完全彈性體、彈性體三者的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系有什么區(qū)別？答：如下應(yīng)力-應(yīng)變曲線彈性

17、體：應(yīng)力-應(yīng)變圖成直線形式，滿足關(guān)系式b=Ee（彈性模量）；完全彈性體：應(yīng)力-應(yīng)變曲線為曲線，加載卸載曲線重合，滿足關(guān)系式b=f（；£）彈性體：力口、卸載應(yīng)力-應(yīng)變曲線形成閉合的滯回環(huán)，卸載曲線與加載曲線不重合，此類材料稱為彈性體材料；彈塑性體：力口、卸載應(yīng)力-應(yīng)變曲線不重合，且不形成閉合的滯回環(huán)，此類材料稱彈塑性材料，如上圖示，其中OM段位可恢復(fù)的彈性形變，MN段稱不可恢復(fù)的塑性形變。17 .什么是巖石的擴(kuò)容？簡(jiǎn)述巖石擴(kuò)容的發(fā)生過程。答：巖石擴(kuò)容是巖石在荷載作用下，在其破壞之前的一種明顯的非彈性體積形變。巖石受壓過程中，試件任意微小單元X、Y、Z方向發(fā)生形變，如發(fā)、8分別對(duì)應(yīng)最大、

18、中間、最小主應(yīng)變，彈性模量和泊松比為常數(shù)的巖石受壓體積變化經(jīng)歷三個(gè)階段：（1）體積變形階段：體積應(yīng)變?cè)趶椥苑秶鷥?nèi)，隨應(yīng)力增加而呈線性變化，此階段g>|立+閡體積減??；（2）體積不變階段：體積發(fā)生形變，但體積應(yīng)變?cè)隽拷茷榱悖?=|臣+閡體積不變；（3）擴(kuò)容階段：兩側(cè)向變形之和超過最大主應(yīng)力壓縮變形，SK|2+回，體積增大。18 .什么是巖石的各向異性？什么是正交各向異性？什么是橫觀各向同性？寫出正交各向異性和橫觀各向同性的巖石應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系式。答：巖石的全部或部分物理、力學(xué)性質(zhì)隨方向不同而表現(xiàn)出差異的現(xiàn)象稱著巖石的各向異性；如果在彈性體中存在著三個(gè)相互正交的彈性對(duì)稱面，在各個(gè)面兩邊對(duì)稱方

19、向上彈性相同，但在這個(gè)彈性主向上彈性并不相同，這種物體稱為正交各向異性體；其應(yīng)力-應(yīng)變對(duì)應(yīng)關(guān)系表示為：1£xana12a13000(Tx£ya21a22a23000(Ty£丫zxya310a320a3300a440000(TTzxy丫xz0000a550Txz丫yz：00000a66Tyz物體內(nèi)部某一面的各個(gè)方向彈性性質(zhì)相同，這個(gè)面稱為各向同性面，垂直該面方向的力學(xué)性質(zhì)不同，具有這樣性質(zhì)的物體稱為橫觀各向異性體，其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系表示為：（需校驗(yàn)）x x£ yz zxy xyXZ xz丫 yz1-U 2 '-u 1EiEiE1U 21-U 2EiE

20、2E2U 1-U 2U 1EiE2E1000000000000-(Tx000(Ty000(Tz(1 + u-0-5E2) 00Txy0(1 + u 2) 0.5E20Txz00(1 + u 1) 0.5E1Tyz19 .影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素有哪些？如何影響的？答：主要影響因素有：水、溫度、加載速率、圍壓、風(fēng)化程度等。水對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響：連接作用、潤滑作用、水楔作用、空隙壓力作用、溶蝕及潛蝕作用等；溫度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響：一般而言，隨溫度增高，巖石延性加大，屈服點(diǎn)降低，強(qiáng)度降低;加載速率對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響：?jiǎn)屋S壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí)，荷載加載速率愈快，單位應(yīng)變需用力愈大，反之愈?。粐鷫簩?duì)巖石力學(xué)性質(zhì)

21、影響：圍壓的存在使巖石的抗壓強(qiáng)度顯著增大；巖石的變形顯著增大；巖石的彈性極限顯著增大；巖石的應(yīng)力-應(yīng)變曲線形態(tài)發(fā)生明顯變化；風(fēng)化對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響：風(fēng)化過程中，原生礦物經(jīng)物理、化學(xué)、生物作用而發(fā)生變化，產(chǎn)生次生礦物，引起巖體成分結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的變化，降低了巖石的物理力學(xué)性質(zhì)。第二章巖體力學(xué)性質(zhì)1 .巖體賦存環(huán)境包括哪幾部分？答：包括地應(yīng)力、地下水和地溫三部分。2 .地應(yīng)力對(duì)巖體的影響體現(xiàn)在哪幾方面？答：(1)地應(yīng)力影響巖體的承載能力。對(duì)賦存在一定地應(yīng)力環(huán)境中的巖體來說，地應(yīng)力對(duì)巖體形成的圍壓越大，其承載能力越大。(2)地應(yīng)力影響巖體的變形和破壞機(jī)制。試驗(yàn)表明低圍壓下表現(xiàn)出脆性破壞的巖體在高圍壓下呈

22、剪塑性變形。(3)地應(yīng)力影響巖體中應(yīng)力的傳播法則。地應(yīng)力可以使不連續(xù)變形的巖體轉(zhuǎn)化為連續(xù)變形的巖體。3 .巖體結(jié)構(gòu)劃分的主要依據(jù)是什么？答：巖體結(jié)構(gòu)劃分的第一依據(jù)是巖體結(jié)構(gòu)面類型，分軟弱結(jié)構(gòu)面和堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面；巖體結(jié)構(gòu)劃分的第二依據(jù)是結(jié)構(gòu)面切割程度或結(jié)構(gòu)體類型，結(jié)構(gòu)體類型有塊狀結(jié)構(gòu)和板狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面切割程度有塊裂、板裂、碎裂、續(xù)斷和完整。4 .簡(jiǎn)述各類巖體結(jié)構(gòu)主要地質(zhì)特征。答：(1)完整結(jié)構(gòu)巖體：多為碎裂結(jié)構(gòu)在后生愈合作用下形成，后生愈合包括壓力愈合和膠結(jié)愈合。壓力愈合指具有粘性成分的物質(zhì)的碎裂巖體經(jīng)高圍壓作用下，其結(jié)構(gòu)面重新粘結(jié)在一起，形成完整結(jié)構(gòu)；膠結(jié)愈合指碎裂巖體經(jīng)膠結(jié)物粘結(jié)在一起，形成完整

23、結(jié)構(gòu)，但后期愈合面強(qiáng)度低于原巖強(qiáng)度。(2)塊裂結(jié)構(gòu)巖體：多組或至少有一組軟弱結(jié)構(gòu)面切割及堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面參與切割成塊狀結(jié)構(gòu)體的高級(jí)序巖體結(jié)構(gòu)，有的是塊狀原生結(jié)構(gòu)巖體構(gòu)成，有的是層狀原生結(jié)構(gòu)巖體構(gòu)成，其軟弱結(jié)構(gòu)主要是斷層，堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面一般延伸較長(zhǎng)且多為錯(cuò)動(dòng)過的堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面。(3)板裂結(jié)構(gòu)巖體：主要發(fā)育于經(jīng)過皺褶作用的層狀巖體內(nèi)，受一組軟弱結(jié)構(gòu)面切割，結(jié)構(gòu)體呈板狀，軟弱結(jié)構(gòu)面組要為層間錯(cuò)動(dòng)面或塊狀原生結(jié)構(gòu)巖體內(nèi)的似層間錯(cuò)動(dòng)，結(jié)構(gòu)體多為組合板塊結(jié)構(gòu)，有的亦為完整板塊狀結(jié)構(gòu)。(4)碎裂結(jié)構(gòu)巖體：切割巖體的結(jié)構(gòu)面主要是原生結(jié)構(gòu)面及構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，分塊狀碎裂結(jié)構(gòu)及層狀碎裂結(jié)構(gòu)兩種，前者結(jié)構(gòu)體塊度大，厚度均勻，后者塊度小

24、。(5)續(xù)斷結(jié)構(gòu)巖體：結(jié)構(gòu)面不連續(xù)，對(duì)巖體切而不斷。(6)散體結(jié)構(gòu)：分碎屑狀散體和糜棱狀散體結(jié)構(gòu)巖體5 .闡述工程巖體結(jié)構(gòu)的唯一性。答：巖體結(jié)構(gòu)的分類對(duì)特定的工程條件有唯一性，對(duì)于確定的地質(zhì)條件只有在確定的工程尺寸條件下，工程巖體結(jié)構(gòu)才是唯一的。比如，對(duì)于小斷面的胴室，其涉及的巖體分類可能是完整結(jié)構(gòu)，但對(duì)于同樣位置大斷面的胴室結(jié)構(gòu)而言，巖體分類可能是板裂、塊裂、續(xù)斷、碎裂結(jié)構(gòu)等，這與胴室斷面在巖體空間的跨度有關(guān)。6 .按結(jié)構(gòu)面成因，結(jié)構(gòu)面分為幾種類型？答：按照結(jié)構(gòu)面成因，巖體結(jié)構(gòu)面分為原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面及次生結(jié)構(gòu)面。7 .結(jié)構(gòu)面的級(jí)別及其特征。答：巖體結(jié)構(gòu)面分為五級(jí)，見下表：級(jí)序分級(jí)依據(jù)地

25、質(zhì)類型力學(xué)屬性對(duì)巖體穩(wěn)定性的影響I級(jí)延伸數(shù)十公里，深度可切穿一個(gè)構(gòu)造層，破碎帶寬度在數(shù)十米至十米以下主要指區(qū)域性深達(dá)斷裂或大斷裂屬于軟弱結(jié)構(gòu)面，構(gòu)成獨(dú)立的力學(xué)介質(zhì)單元。影響區(qū)域穩(wěn)定性，山體穩(wěn)定性，如直接通過工程區(qū)，是巖體變形和控制的條件，形成巖體力學(xué)作用邊界?？诩?jí)延伸數(shù)百米至數(shù)公里，破碎帶寬度比較窄，幾厘米至數(shù)米。主要包括不整合面、假整合面，原生軟弱夾層、層間錯(cuò)動(dòng)帶、斷層侵入接觸帶、分化夾層等。屬于軟弱結(jié)構(gòu)面，形成塊裂邊界?？刂粕襟w穩(wěn)定性，與I級(jí)結(jié)構(gòu)面可形成大規(guī)模的塊體破壞，及控制巖體變形記破壞方式。w級(jí)延展十米或數(shù)十名，無破碎帶，面內(nèi)不含泥，有的具泥膜，僅在一個(gè)地質(zhì)時(shí)代的地層中分布，有的僅僅

26、在某一種巖性中分布。各種類型的斷層、原生軟弱夾層、層間錯(cuò)動(dòng)帶等。多數(shù)屬于堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面，少數(shù)屬于軟弱結(jié)構(gòu)面。控制巖體的穩(wěn)定性，與I級(jí)口級(jí)結(jié)構(gòu)面組合可形成不同規(guī)模的塊體破壞，劃分口類巖體的重要依據(jù)。IV級(jí)延展數(shù)米，未錯(cuò)動(dòng)，不夾泥，有的呈弱結(jié)合狀態(tài)，統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)面節(jié)理、劈裂、片理、層理、卸荷裂隙、風(fēng)化裂隙等。堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面劃分口類巖體結(jié)構(gòu)的基本依據(jù)，是巖體力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)的基礎(chǔ)。破壞巖體的完整性，與其他結(jié)構(gòu)面結(jié)合形成不同類型的邊坡破壞方式V級(jí)連續(xù)性極差，剛性接觸的細(xì)小或隱微裂面，統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)面微小節(jié)理，隱微裂裂隙和線理硬性結(jié)構(gòu)面分布隨即，降低巖塊強(qiáng)度，是巖石力學(xué)性質(zhì)效應(yīng)基礎(chǔ)，若十分密集，又因風(fēng)化，可形成松散介質(zhì)

27、。8 .描述結(jié)構(gòu)面狀態(tài)的指標(biāo)。答：(1)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀：(2)結(jié)構(gòu)面形態(tài)：(2)結(jié)構(gòu)面延展尺度：(3)結(jié)構(gòu)面密集程度：9 .結(jié)構(gòu)面的剪切變形、法向變形與結(jié)構(gòu)面的哪些因素有關(guān)？答：結(jié)構(gòu)面剪切變形與巖石強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)面粗糙度和法向力有關(guān)；結(jié)構(gòu)面法向變形與巖石本身的力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)面粗糙度、結(jié)構(gòu)面受載歷史等因素有關(guān)。10 .結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)的尺寸效應(yīng)體現(xiàn)在哪幾個(gè)方面？答：(1)隨著試塊面積增加，巖石平均峰值摩擦角和平均峰值剪切應(yīng)力呈減少趨勢(shì)；(2)隨著結(jié)構(gòu)面尺寸的增大。達(dá)到峰值強(qiáng)度時(shí)的位移量增大；(3)由于尺寸的增加，剪切破壞由脆性破壞向延性破壞轉(zhuǎn)化；(4)尺寸加大，峰值剪脹角減??；(5)隨著結(jié)構(gòu)面粗糙度減小

28、，詞寸效應(yīng)減小。11 .在多次循環(huán)荷載作用下巖體變形有什么特點(diǎn)？答：(1)力口、卸在過程相應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線出現(xiàn)閉環(huán)形式，出現(xiàn)卸載回彈變形的滯后現(xiàn)象，產(chǎn)生殘余變形；(2)隨外荷載加大和循環(huán)次數(shù)增多，閉環(huán)曲線逐漸后移，其原因是巖體裂隙與結(jié)構(gòu)面被嚴(yán)密與嚙合所致；(3)重復(fù)循環(huán)加、卸載次數(shù)越多，結(jié)構(gòu)體與結(jié)構(gòu)面被壓密程度越高，閉環(huán)曲線上的滯后變形量越小，甚至把閉環(huán)曲線演變成一條直線；(4)隨著荷載和循環(huán)次數(shù)的增加，一定程度后，巖體變形由結(jié)構(gòu)控制轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)效應(yīng)的消失；(5)當(dāng)外載荷降至零，并持續(xù)一段時(shí)間后，巖體產(chǎn)生較大的回彈變形，及巖體彈性變形能的釋放；12 .具有單結(jié)構(gòu)面的巖體，其強(qiáng)度如何確定?答：如

29、下圖示：一 .一 一 一1-一 一單結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度分析圖I (T最大正應(yīng)力狀態(tài).人T發(fā)生剪切破壞 r =(1- tan小蓬:；sLb(T.士 D(T,(T2"ICw2尸阮當(dāng) tan 2B =- .2 . tan , w=-1 fw 時(shí)(T =(Tmin60(O3+r,0)巖石(體)強(qiáng)度包絡(luò)線結(jié)構(gòu)面力學(xué)效應(yīng)丁= G + (jtan。0 p= CW+(?tan G w結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度包絡(luò)線兀/4第一主應(yīng)力與§角關(guān)系I：已知：0-30!CwC02(1A2：oA近巖體沿結(jié)構(gòu)面破壞B B v B i巖體沿結(jié)構(gòu)面破壞C： Bi< B <02巖體巖某巖石截面破壞(o 0面)若結(jié)構(gòu)面受力

30、狀態(tài)其莫爾應(yīng)力圓與巖石強(qiáng)度包絡(luò)線相切，巖石沿某截面發(fā)生剪切破壞；當(dāng)結(jié)構(gòu)面受力狀態(tài)處于其莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線之上或以上，則巖體沿該結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞，若結(jié)構(gòu)面受力狀態(tài)落在其莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線之下，則巖體不沿該結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞。13 .多結(jié)構(gòu)面巖體的破壞形式如何分析？答：當(dāng)結(jié)構(gòu)面受力狀態(tài)處于其莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線之上或以上，則巖體沿該結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞，若結(jié)構(gòu)面受力狀態(tài)落在其莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線之下，則巖體不沿該結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞。考慮結(jié)構(gòu)面與第一主應(yīng)力6的夾角3,分析結(jié)構(gòu)面應(yīng)力狀態(tài)，分步應(yīng)用單結(jié)構(gòu)面理論，見下圖示：多結(jié)構(gòu)面巖體強(qiáng)度分析圖示兩組結(jié)構(gòu)面莫爾包絡(luò)線。(1)當(dāng)?shù)谝唤M結(jié)構(gòu)面與第一主應(yīng)力夾角23V2團(tuán)或23>2例'

31、;時(shí)，巖體不發(fā)生破壞；(2)當(dāng)?shù)谝唤M結(jié)構(gòu)面與第一主應(yīng)力夾角23k23<2色或2日>23>倒'時(shí)，巖體沿第一組結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞；（3）當(dāng)?shù)诙M結(jié)構(gòu)面與第一主應(yīng)力夾角2,V22曠，且未達(dá)到巖石破壞極限，則巖體沿第二組結(jié)構(gòu)面破壞；（4）上述條件不滿足，則巖體沿某一截面發(fā)生破壞。14 .簡(jiǎn)述Heok-Brown巖體強(qiáng)度估算方法。答：Heok-Brown經(jīng)驗(yàn)方程表述如下：13Jm3cs/13.3C式中5、03分別為為破壞時(shí)巖體的最大主應(yīng)力何最小主應(yīng)力，0C為巖塊的單軸抗壓強(qiáng)度，m、s為與巖性及結(jié)構(gòu)面有關(guān)的常數(shù)，分別令模=0和d=0可得出巖體單軸抗壓和抗拉的破壞強(qiáng)度，分別表述為:o

32、mc=A/Soc 和 omc=2(c(m vm2 + 4s) =T co(剪應(yīng)力表現(xiàn)為:=Aco(- T)B其中A、B為常數(shù)，查表求得,1,T=2(m仇2+4s)15 .巖體中水滲流與土體中水滲流有什么區(qū)別？答：土體滲流特點(diǎn)：（1）土體滲透性取決于巖性，土體顆粒越細(xì)，滲透性越差（2）土體可看成多孔連續(xù)介質(zhì)（3）土體滲透性一般具有均質(zhì)（或非均質(zhì)）各向同性（黃土為各向異性）特點(diǎn)（4）土體滲流符合達(dá)西滲流定律。巖體以裂隙滲流為主，其特點(diǎn)：（1）巖體滲透性取決大小取決于巖體中結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)及巖塊的巖性（2）巖體滲流以裂隙導(dǎo)水、微裂隙和巖石空隙儲(chǔ)水為其特點(diǎn)（3）巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)滲流具有定向性（4）巖體一般看著

33、非連續(xù)介質(zhì)（5）巖體滲流具有高度的非均質(zhì)性和各向異性（6）一般巖體中滲流符合達(dá)西滲流定律（7）巖體滲流受應(yīng)力場(chǎng)影響明顯（8）復(fù)雜裂隙系統(tǒng)滲流，在裂隙交叉處具有偏流效應(yīng)16 .地下水對(duì)巖體的物理、化學(xué)作用體現(xiàn)在哪幾個(gè)方面？答：地下水對(duì)巖體的物理作用主要表現(xiàn)在潤滑作用、軟化和泥化作用和結(jié)合水的強(qiáng)化作用三個(gè)方面；地下水對(duì)巖體的化學(xué)作用主要體現(xiàn)在地下水與巖體之間的離子交換、溶解作用，水化作用，水解作用，溶蝕作用，氧化還原作用，沉淀作用以及超滲透作用等。17 .簡(jiǎn)述地下水對(duì)巖土體的力學(xué)作用？答：主要通過空隙靜水壓力及空隙動(dòng)水壓力作用對(duì)巖土體的力學(xué)性質(zhì)施加影響。前者減小巖土體的有效應(yīng)力而減低巖土體的強(qiáng)度，

34、在裂隙巖體中的空隙靜水壓力可使裂隙產(chǎn)生擴(kuò)容變形；后者對(duì)巖土體產(chǎn)生切向的推力以降低巖土體的抗剪強(qiáng)度。18 .巖體質(zhì)量分類有什么意義？答：作為選擇工程結(jié)構(gòu)參數(shù)、科學(xué)管理生產(chǎn)以及評(píng)價(jià)工程經(jīng)濟(jì)效益的依據(jù)之一。19 .如何通過巖體分級(jí)確定巖體的有關(guān)力學(xué)參數(shù)？答：如表：級(jí)別密度抗剪強(qiáng)度變形模量泊松比p/g/cm33/0C/MpaI>2.65>60°>2.1>330.2n>2.6660-502.1-1.533-200.2-0.25m2.65-2.4550-391.5-0.720-60.25-0.3w2.45-2.2539-270.7-0.26-1.30.3-0.35V

35、V2.25<27<0.2v1.3>0.3520 .CSIR分類方法和Q分類方法各考慮的是巖體的哪些因素？答：CISR分類指標(biāo)值RMR由巖塊強(qiáng)度、RQD值、節(jié)理間距、節(jié)理?xiàng)l件及地下水5個(gè)指標(biāo)組成；Q分類法考慮RQD值、節(jié)理組數(shù)、節(jié)理粗糙系數(shù)、節(jié)理蝕變系數(shù)、節(jié)理水折減系數(shù)和應(yīng)力折減系數(shù)6個(gè)參數(shù)，反映了巖體的完整性，結(jié)構(gòu)面的形態(tài)、充填物特征及次生變化程度和地下水與其它應(yīng)力存在對(duì)巖體質(zhì)量的影響。第三章地應(yīng)力及其測(cè)量1 .簡(jiǎn)述地應(yīng)力測(cè)量的重要性。答：地應(yīng)力是引起地下或露天巖石開挖工程變形和破壞的根本作用力，是引起巖石開挖工程穩(wěn)定性因素中最更本最重要的因素之一，進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)量是確定工程巖

36、體屬性，進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性分析，實(shí)現(xiàn)巖石工程開挖設(shè)計(jì)和決策科學(xué)化的必要前提條件。2 .地應(yīng)力是如何形成的？控制某一工程區(qū)域地應(yīng)力狀態(tài)的主要因素是什么？答：地應(yīng)力的形成主要與地球的各種運(yùn)動(dòng)過程有關(guān)，其中包括：板塊邊界受壓、地幔熱對(duì)流、地球內(nèi)應(yīng)力、地心引力、地球旋轉(zhuǎn)、巖漿侵入和地殼非均勻擴(kuò)容等。其中，構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和重力應(yīng)力場(chǎng)為現(xiàn)今地應(yīng)力場(chǎng)的主要組成部分?？刂乒こ虆^(qū)域地應(yīng)狀態(tài)的主要因素是構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和重力應(yīng)力場(chǎng)。3 .簡(jiǎn)述地殼淺部地應(yīng)力分布的基本規(guī)例。答：(1)三向不等壓，應(yīng)力分布是時(shí)間和空間的函數(shù)；(2)實(shí)測(cè)垂直應(yīng)力基本等于上覆巖層重量(3)淺層地殼中，實(shí)測(cè)水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力；(4)平均水平應(yīng)力與垂

37、直應(yīng)力比值相當(dāng)分散，隨深度增加比值減?。?5)最大水平應(yīng)力與最小水平應(yīng)力比值隨深度增加呈線性增長(zhǎng)；(6)最大水平應(yīng)力與最小水平應(yīng)力比值相差較大，顯示出很強(qiáng)的方向性；(7)地應(yīng)力分布規(guī)例受地形和斷層影響較大。4 .地應(yīng)力測(cè)量方法分哪兩類？?jī)深惖闹饕獏^(qū)別在哪里？每類包括哪些測(cè)量技術(shù)？答：依據(jù)測(cè)量基本原理不同分為直接測(cè)量法和間接測(cè)量法。直接測(cè)量法是由儀器直接測(cè)量和記錄各種應(yīng)力量；間接測(cè)量法借助某些傳感元件或某些介質(zhì)，測(cè)量和記錄巖體中某些與應(yīng)力有關(guān)的物理量的變化，以此通過有關(guān)公式計(jì)算巖體中的應(yīng)力值。直接測(cè)量法測(cè)量技術(shù)包括：扁千斤頂法、水力致裂法、剛性包體應(yīng)力計(jì)法和聲發(fā)射法；間接測(cè)量方法包括：全應(yīng)力解除

38、法(套孔解除法)、局部應(yīng)力解除法(平行鉆孔法和中心鉆孔法)、松弛應(yīng)變測(cè)量法、孔壁崩落測(cè)量法和地球物理探測(cè)法(聲波觀察法和超聲波譜法)等，涉及測(cè)量技術(shù)包括：孔徑變形測(cè)量技術(shù)、孔底變形測(cè)量技術(shù)、孔壁應(yīng)變測(cè)量技術(shù)、空心包體應(yīng)變測(cè)量技術(shù)、實(shí)心包體應(yīng)變測(cè)量技術(shù)和環(huán)境溫度的影響及其完全溫度補(bǔ)償技術(shù)。5 .簡(jiǎn)述水壓致裂法的基本測(cè)量原理。答：彈性力學(xué)原理知當(dāng)一無限體中的鉆孔受到無窮遠(yuǎn)處二維應(yīng)力場(chǎng)(5,的作用，離開鉆孔端部一定距離部位處于平面應(yīng)力狀態(tài)：(76=01+C22(01C2)C0S20cr=0其中，r分別為鉆孔周邊的切向應(yīng)力和徑向應(yīng)力；。為周邊一點(diǎn)與d軸的夾角，當(dāng)0=0時(shí)，為取最小值，此時(shí)a=3位一3。

39、采用水壓致裂裝置將鉆孔中某段隔離起來，并向隔離段注射高壓水，當(dāng)水壓超過3曳B和巖石的抗拉強(qiáng)度T之后，巖石在。=眥發(fā)生開裂，開裂時(shí)水壓為Pi=3d+繼續(xù)增加水壓至裂隙深度達(dá)3倍鉆孔直徑，保持壓力穩(wěn)定，測(cè)得此穩(wěn)定壓力Ps=%利用上述公式，在測(cè)算出巖石抗拉強(qiáng)度T后，就能計(jì)算出原巖應(yīng)力a和M。巖石存在裂隙水壓Po時(shí)Pi=3koi+T-Po;若在開裂鉆孔中再次注入高壓水，使致裂裂隙張開，保持壓力穩(wěn)定，此時(shí)測(cè)得裂隙重開壓力Pr=3C2-mPo,結(jié)合Ps=2就能避開再次測(cè)算T而直接計(jì)算出明凡達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康摹? .簡(jiǎn)述水壓致裂法的主要測(cè)量步驟。答：(1)打鉆孔到準(zhǔn)備測(cè)量應(yīng)力的部位，并將鉆孔中待加壓段用隔離器隔離

40、取來；(2)向隔離段鉆孔內(nèi)注入高壓水，不斷加大水壓，至孔壁出現(xiàn)裂隙，記錄初始開裂水壓Pi;(3)繼續(xù)施加水壓，至裂隙深度達(dá)到3倍鉆孔直徑，關(guān)閉高壓水系統(tǒng)，保持水壓很定，并記錄次關(guān)閉水壓Ps,然后卸壓使裂隙閉合；(4)重新向密閉段注射高壓水，是裂隙重新打開，并記錄裂隙重開時(shí)的壓力Pr和隨后的關(guān)閉水壓Ps；(5)重復(fù)上述步驟2-3次，以提高測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；卸壓，退出裝置，完成實(shí)驗(yàn)。7 .對(duì)水壓致裂法的主要優(yōu)缺點(diǎn)作出評(píng)價(jià)。答：水壓致裂法認(rèn)為初始開裂發(fā)生在鉆孔壁切向應(yīng)力最小的部位，亦即平行于最大主應(yīng)力方向，這是基于巖石為連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的假設(shè)。如果孔壁本身存在天然節(jié)理裂隙，那么初始裂隙可能發(fā)生在

41、這些部位，而并非切向最小應(yīng)力處，因而水壓致裂法較為實(shí)用于完整的脆性巖石中。水壓致裂法的突出優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量深部應(yīng)力，另外水壓致裂法在工程應(yīng)用中相比其它測(cè)量方法經(jīng)濟(jì)成本低，測(cè)量精度相對(duì)可靠。8 .簡(jiǎn)述聲發(fā)射的主要測(cè)試原理。答：材料在受到外荷載作用時(shí)，其內(nèi)部存儲(chǔ)的應(yīng)變能快速釋放產(chǎn)生彈性波，發(fā)出聲響，稱為聲發(fā)射；聲發(fā)射測(cè)試的原理是基于凱澤效應(yīng)的；凱澤效應(yīng)是指多晶金屬的應(yīng)力從其歷史最高水平釋放后，在重新加載，當(dāng)應(yīng)力未達(dá)到先前最大應(yīng)力值(凱澤點(diǎn))時(shí)，很少發(fā)生聲發(fā)射現(xiàn)象，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到或超過先前最大應(yīng)力值時(shí)，則產(chǎn)生大量的聲發(fā)射現(xiàn)象。9 .簡(jiǎn)述套孔應(yīng)力解除法的基本測(cè)量原理和主要測(cè)量步驟。答：套孔應(yīng)力解除法是一種全應(yīng)力

42、解除法，通過監(jiān)測(cè)測(cè)量巖體在應(yīng)力解除過程中引起的變形(孔徑變形、孔壁變形、孔底變形)，進(jìn)而計(jì)算原巖應(yīng)力場(chǎng)大小及其分布情況。主要測(cè)量步驟有：(1)從巖開挖體表面(巷道、隧道、胴室及其它開挖體等)向巖體內(nèi)部打大孔?？讖揭话?30-150mm,孔深一般為開挖跨度的2.5倍，形成大孔之后磨平孔底并在孔底打出同心錐形孔，以利進(jìn)一步鉆同心小孔；(2)完成上述工作，從大孔孔底打同心小孔，供安裝探頭用。孔徑一般16-38mm,孔深為孔徑的10倍左右，并清洗小孔。(3)用專用裝置將測(cè)量探頭，如孔徑變形計(jì)、孔壁應(yīng)變計(jì)等安裝到小孔中部。(4)用打大孔的薄壁鉆頭繼續(xù)延伸大孔，使小孔周圍巖芯實(shí)心應(yīng)力解除，并通過測(cè)量裝置記

43、錄小孔變形情況；(5)取出巖芯測(cè)量巖芯的E,科等物理力學(xué)參數(shù)，撤出實(shí)驗(yàn)裝置，根據(jù)理論公式計(jì)算原巖應(yīng)力值。10 .簡(jiǎn)述USBM孔徑變形計(jì)的基本工作原理。答：USAM孔徑變形計(jì)探頭由3組圓頭活塞，每組由2個(gè)徑向?qū)α⒌膱A頭活塞組成，每個(gè)圓頭活塞由一個(gè)懸臂梁式的彈簧施加壓力，彈簧正反兩面各貼一個(gè)應(yīng)變片記錄彈簧拉壓形變(提高測(cè)量精度)，每組圓頭活塞沿徑向成60。布置，其上4個(gè)應(yīng)變片組成惠特斯頓全橋電路(解決溫度補(bǔ)償)，當(dāng)應(yīng)力解除，鉆孔直徑發(fā)生形變，圓頭活塞預(yù)壓變形得到釋放，應(yīng)變片探測(cè)變形并通過儀器記錄下來，這樣就實(shí)現(xiàn)了孔徑變形的測(cè)量。11 .如何使用USBM孔徑變形計(jì)測(cè)量一點(diǎn)的三維地應(yīng)力狀態(tài)？請(qǐng)列出完整

44、的計(jì)算過程。答：方式一：垂直鉆孔軸線平面內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)求解如下圖表：22垂直鉆孔孔徑變形法(T1U1 2U3 2(1)當(dāng) U2>U3BU2+U3:2UfJ 0V 0 v 45° ;(2)當(dāng) U2>U3BU2+U3>2UfJ 45° < 0 V 90° ;(3)當(dāng) U2c U3BU2+U3>2UfJ 90° < 0 V 135° ;(4)當(dāng) U2c U3BU2+U3：2UfJ 135° < 0 V 180° ;a = 6d(1Eu 2 X(U1+U2+U3)+：I J(U1-U2)+ (

45、U2-U3)+ (U3UT)2(r2 = 6d(1Eu 2 X(U1+U2+U3)-4 (U1-U2)+ (U2-U3)+ (U3-U1)2匚-4R rR2E= U(R2-r )2P：圍壓值U:圍壓引起的平均變形R r:套孔巖芯內(nèi)外徑如圖，孔徑變形計(jì)記錄垂直孔軸線平面的變形量U1、U2、U3,通過下試求取平面內(nèi)主應(yīng)力E,位：=6d(1Eu2X(U1+U2+U3)+1(U1-U2)+(U2-U3)+(U3-U1)2E20co°2=6d(1-U2X(U1+U2+U3)-2(U1-U2)+(U2-U3)+(U3-U1)2其中E,u為巖體彈性模量和泊松比，泊松比可通過在巖芯上貼徑向應(yīng)變片測(cè)量

46、其軸向和徑向變形而得，對(duì)于彈性模量可通過對(duì)巖芯施加圍壓P0,利用公式：匚4P0rR2E=U(R2-r)2其中，U:圍巖引起的平均變形量；Rr：套孔巖芯的外、內(nèi)徑。利用上述公式考慮如下條件：當(dāng)U2>U3且U2+U3V2U1時(shí)，0°W尸45°當(dāng)U2>U3且U2+U3>2U1時(shí)，45°尸90°當(dāng)U2VU3且U2+U3V2U1時(shí)，90°<3<135°當(dāng)U2VU3且U2+U3>2U1時(shí)，135°<3<180°3為U1與(H夾角，逆時(shí)針為正。打另外一垂直上述孔進(jìn)行相同的測(cè)試，得出

47、另外一組叫位考慮方向性及可得出巖石三維應(yīng)力狀態(tài)，02,(30方式二：任意空間點(diǎn)三維應(yīng)力狀態(tài)求解(1)選定整體坐標(biāo)系Oxyz(2)選擇局部坐標(biāo)系O1:。/中石為鉆孔局部坐標(biāo)系，其中Oizi平行鉆孔軸線，求得坐標(biāo)系O1在整體坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)換參數(shù)；(3)測(cè)量鉆孔徑向變形Ui；(4)利用公式：Ui=(T1f1+(7肝2+(T1f3+P碑f4其中f1=E(1+2cos21u2)+d2-d22f2=E(12cos20)(1u2)+d2f3=du/Ef4=4E(1u2)sin20式中:d為鉆孔直徑；。為孔徑方向與x1方向夾角，從x1軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)到孔徑方向?yàn)檎籈、u分別為巖石的彈性模量和泊松比；計(jì)算過程中，裝換

48、bi、bi、bi、ciyi為整體坐標(biāo)系Oxyz下坐標(biāo)；（5）打三個(gè)互不平行相交一點(diǎn)的鉆孔，逐個(gè)采用上述計(jì)算方法，可求解空間一點(diǎn)三維應(yīng)力狀況，得出反、。）、（?、/y、yz、Tx：o12 .簡(jiǎn)述CSIR門塞孔式孔底應(yīng)變計(jì)的基本工作原理并對(duì)其主要優(yōu)缺點(diǎn)作出評(píng)價(jià)。答：CSIR門塞式孔底應(yīng)變計(jì)工作原理為：將電阻應(yīng)變片粘貼在磨平的孔底，通過延伸鉆孔，實(shí)現(xiàn)粘有應(yīng)變片的巖芯應(yīng)力解放，取出該段含應(yīng)變片的巖芯，到實(shí)驗(yàn)室做加載實(shí)驗(yàn)，從而發(fā)現(xiàn)原先存在孔底表面的應(yīng)力。該法缺點(diǎn)是：孔底應(yīng)力狀態(tài)和周圍原巖應(yīng)力狀態(tài)關(guān)系復(fù)雜，影響孔底應(yīng)變計(jì)測(cè)量的精度和實(shí)際中的運(yùn)用，同時(shí)需要打三個(gè)互不平行的鉆孔測(cè)量；其優(yōu)點(diǎn)是：不需要很長(zhǎng)的套孔

49、巖芯，因而有可能在破碎巖石條件下使用。13 .簡(jiǎn)述孔壁應(yīng)變計(jì)的基本工作原理。答：通過應(yīng)力解除測(cè)量鉆孔壁表面應(yīng)變，進(jìn)而計(jì)算出鉆孔表面應(yīng)力，利用彈性力學(xué)原理，一個(gè)無限體中的鉆孔表面的應(yīng)力分布狀態(tài)可以通過周圍巖體中應(yīng)力狀態(tài)給出精確解，因此，通過鉆孔表面應(yīng)力狀態(tài)可反算出周圍巖體應(yīng)力狀態(tài)。14.對(duì)CSIR孔壁應(yīng)變計(jì)的主要優(yōu)缺點(diǎn)作出評(píng)價(jià)并說明為什么使用GSIR孔壁應(yīng)變計(jì)通過一孔的測(cè)量就能確定一點(diǎn)的三維應(yīng)力狀態(tài)。答：以無限體中的鉆孔受到遠(yuǎn)處無窮遠(yuǎn)的三維應(yīng)力場(chǎng)（或、cy、oz、可、取、3）作用，形成孔邊圍巖應(yīng)力分布（g孫a，、T0.如入N）,二者有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，孔壁應(yīng)變計(jì)采用3組12只電阻應(yīng)變片組成的應(yīng)變花，

50、每組應(yīng)變花中各應(yīng)變片間隔45。，一組應(yīng)變花能測(cè)量四個(gè)應(yīng)變值（沁&、相、以45）可對(duì)應(yīng)列出3個(gè)應(yīng)力應(yīng)變方程，涉及（0r>（TS（5、丁說Tz）中3個(gè)未知量，經(jīng)轉(zhuǎn)化可列出涉及原巖應(yīng)力場(chǎng)（座、0、a、0、評(píng)、它x）中4個(gè)應(yīng)力應(yīng)變方程式，3組應(yīng)變花可列出12個(gè)涉及原巖應(yīng)力場(chǎng)所有未知量的12個(gè)方程式，因而可以通過3組應(yīng)變花測(cè)量的孔壁形變計(jì)算出原三維巖應(yīng)力場(chǎng)。15.簡(jiǎn)述空心包體應(yīng)變計(jì)的基本工作原理。答：空心包體應(yīng)變計(jì)主體使用環(huán)氧樹脂制成的空心圓筒，在其中部沿同一圓周等間距（120。）嵌埋三組應(yīng)變花，每組應(yīng)變花由3支（或4支）應(yīng)變片組成，測(cè)試過程中，使用專門工具將應(yīng)變計(jì)推入安裝小孔，用力推動(dòng)應(yīng)

51、變計(jì)，可以間斷其固定銷，使應(yīng)變計(jì)柱塞進(jìn)入內(nèi)腔，使內(nèi)腔膠結(jié)劑流入應(yīng)變計(jì)與孔壁之間的環(huán)形槽中，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變計(jì)與孔壁緊密粘帖，通過應(yīng)力解除，孔徑變化，變形計(jì)中各組應(yīng)變花分別記錄孔壁沿不同方向的應(yīng)變，考慮應(yīng)變片與孔壁之間夾有一定距離，引入適當(dāng)修正系數(shù)，就可以通過測(cè)量應(yīng)變計(jì)算出應(yīng)力狀態(tài)。16.空心包體應(yīng)變計(jì)和孔徑變形計(jì)、孔底應(yīng)變計(jì)及孔壁應(yīng)變計(jì)相比，有哪些主要優(yōu)點(diǎn)？答：空心包體應(yīng)變計(jì)突出優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)變計(jì)和孔壁在相當(dāng)大的一個(gè)面積上膠結(jié)在一起，因此膠結(jié)質(zhì)量好，而其膠結(jié)劑可以注入到周圍裂隙巖體中，使巖石整體化，因而較易得到完整的套孔巖芯，能夠使用在中等破碎和松軟巖體中，同時(shí)有較好的防水性。17.簡(jiǎn)述實(shí)心包體應(yīng)變計(jì)的基本

52、工作原理。答：實(shí)心包體應(yīng)變計(jì)采用實(shí)心圓筒環(huán)氧樹脂中沿9個(gè)方向布置10支應(yīng)變片，膠結(jié)劑附著在其端部，使用過程中利用安裝工具推入安裝小孔底部，應(yīng)變計(jì)底部裝有膠結(jié)劑的薄膜破裂，膠結(jié)劑流出，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變計(jì)與小孔的緊密粘結(jié)，解除應(yīng)力過程中記錄各應(yīng)變片變化，通過適當(dāng)公式，進(jìn)而求出各向應(yīng)力狀態(tài)。18 .實(shí)心包體應(yīng)變計(jì)與剛性包體應(yīng)變計(jì)的主要區(qū)別是什么？答：實(shí)心應(yīng)變計(jì)采用彈性材料環(huán)氧樹脂，其剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于巖芯剛度，不影響應(yīng)力解除過程中，巖芯的變形，因而是測(cè)量應(yīng)變，通過彈性理論知識(shí)計(jì)算應(yīng)力；剛性包體則采用剛度較巖芯剛度高的材料，使巖芯在應(yīng)力解除過程中，不發(fā)生形變，因而是直接測(cè)量應(yīng)力。19 .從環(huán)境溫度對(duì)地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果的

53、影響，論述地應(yīng)力解除測(cè)量中溫度補(bǔ)償技術(shù)的重要性。答：地應(yīng)力測(cè)量過程中多數(shù)應(yīng)變計(jì)和形變計(jì)都是采用電阻應(yīng)變片采集測(cè)量量數(shù)據(jù)，電阻應(yīng)變片是基于電阻應(yīng)變片長(zhǎng)度變化引起電阻變化這一原理，在實(shí)際使用過程中，電阻變化受溫度影響明顯，這就會(huì)導(dǎo)致電阻變化，造成虛假的輸出結(jié)果，影響輸出電壓，使結(jié)果偏離真實(shí)。而溫度引起的變化可以通過惠特斯頓全橋電路相互抵消，該電路采用4個(gè)橋臂，溫度變化下，引起4臂溫度等量變化，引起各橋電勢(shì)變化量相互抵消后不引起多余的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，在各種應(yīng)變計(jì)設(shè)計(jì)原理中，USBM孔徑變形計(jì)就是這類，因此為了減少溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，對(duì)大多數(shù)非全橋電路設(shè)計(jì)的應(yīng)變計(jì)采用增加補(bǔ)償臂，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償

54、，有重要意義。第四章巖石本構(gòu)關(guān)系和強(qiáng)度理論1 .巖石力學(xué)彈性平面問題的基本方程有幾個(gè)？每一類基本方程是從什么方面考慮的？答：彈性平面問題的基本方程有平衡方程、幾何方程和本構(gòu)方程三種。平衡方程從受力巖石平面中心力矩平衡,X軸向和Y軸向受力平衡考慮列出平衡方程組:xy幾何方程考慮物體受力后的形狀和尺寸改變,何方程組：推導(dǎo)應(yīng)變分量與位移之間的關(guān)系，從而列出幾vxyx本構(gòu)關(guān)系考慮應(yīng)力與應(yīng)變（或應(yīng)力增量與應(yīng)變?cè)隽浚┑年P(guān)系，通過胡克定理（完全彈性各向同性體）建立本構(gòu)關(guān)系方程組（包括應(yīng)力問題和應(yīng)變問題兩類）y)xy二(2(1)Ex)xy1(f(x)xy2(1Exy2 .什么是巖石的本構(gòu)關(guān)系？巖石的本構(gòu)關(guān)系一

55、般有幾種類型？答：巖石的本構(gòu)關(guān)系指巖石的應(yīng)力或應(yīng)力速率與其應(yīng)變或應(yīng)變速率的關(guān)系。根據(jù)巖石變形性質(zhì)，巖石的本構(gòu)關(guān)系可分為巖石彈性本構(gòu)關(guān)系和巖石塑性本構(gòu)關(guān)系，統(tǒng)稱為彈塑性本構(gòu)關(guān)系；巖石彈性本構(gòu)關(guān)系根據(jù)巖石變形是否成線性分為線性彈性本構(gòu)關(guān)系和非線性彈性本構(gòu)關(guān)系；巖石材料一般表現(xiàn)為既有彈性又有塑性，是彈塑性體，因而根據(jù)巖石是否各向同性又分為各向同性彈塑性本構(gòu)關(guān)系和非各向同性彈塑性本構(gòu)關(guān)系。3 .什么是巖石的強(qiáng)度？巖石的破壞一般有幾種類型？答：巖石強(qiáng)度時(shí)指巖石提抗破壞的能力。巖石破壞的形式主要由斷裂破壞（應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限）和流動(dòng)破壞（應(yīng)力達(dá)到屈服極限）。4 .對(duì)于彈性平面問題，（1）應(yīng)力狀態(tài)有哪兩種？其本構(gòu)方程有什么關(guān)系？（2）如果體力為常量，其應(yīng)力分布是否與應(yīng)力狀態(tài)和材料性質(zhì)有關(guān)？為什么？答：（1）彈性平面問題中應(yīng)力狀態(tài)包含垂直平面方形主應(yīng)力cz=0,包WO的應(yīng)力問題和a