巖石力學(xué)模擬題

1、巖石力學(xué)模擬題（補(bǔ)） 一.名詞解釋1.沖擊地壓（巖爆）：是堅(jiān)硬圍巖中積累了很大的彈性變形能，并以突然爆發(fā)的形式釋放出的壓力。2.邊坡安全系數(shù)：沿著最危險(xiǎn)破壞面作用的最大抗滑力（或力矩）與下滑力（或力矩）的比值。即：F = 抗滑力/下滑力3.“讓壓”支護(hù)：就是允許井巷在一定范圍內(nèi)變形，使圍巖內(nèi)部儲存的彈性能釋放，從而減少支架的支護(hù)抗力。4.蠕變：巖石在受力大小和方向不變的條件下，其變形隨時(shí)間的變化而增加的現(xiàn)象。5.全應(yīng)力應(yīng)變曲線： 反映巖石在受壓后的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，包括巖石破壞后的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。 6.應(yīng)力集中系數(shù)：K = 開挖巷道后圍巖的應(yīng)力/開挖巷道前圍巖的應(yīng)力= 次生應(yīng)力/原巖應(yīng)7.松弛：

2、是指介質(zhì)的變形（應(yīng)變）保持不變，內(nèi)部應(yīng)力隨時(shí)間變化而降低的現(xiàn)象。8.準(zhǔn)巖體抗壓強(qiáng)度：用室內(nèi)巖石的抗壓強(qiáng)度與巖體的龜裂系數(shù)之積為巖體的準(zhǔn)巖體抗壓強(qiáng)度。9.邊坡穩(wěn)定性系數(shù)：穩(wěn)定系數(shù)F（安全系數(shù)）的定義為沿著最危險(xiǎn)破壞面作用的最大抗滑力（或力矩）與下滑力（或力矩）的比值。即：F = 抗滑力/下滑力 10.巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）：RQD= 11.全應(yīng)力-應(yīng)變曲線：全應(yīng)力應(yīng)變曲線：能顯示巖石在受壓破壞過程中的應(yīng)力、變形特性，特別是破壞后的強(qiáng)度與力學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律。12.巖石的完整性系數(shù)：反映巖石節(jié)理裂隙發(fā)育的指標(biāo)，用聲波在巖體中的傳播速度與巖石塊中的傳播速度之比的平方表示。二.問答題1. 巖石的流變模型

3、的基本元件有哪幾種？分別寫出其本構(gòu)關(guān)系。答：流變模型有三個(gè)基本元件： 彈性元件、塑性元件和粘性元件 （1） 彈性元件：是一種理想的彈性體，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為：=K× 應(yīng)力； K彈性系數(shù)； 應(yīng)變。 （2） 塑性元件：物體所受的應(yīng)力達(dá)到屈服極限時(shí)，便開始產(chǎn)生塑性變形，應(yīng)力不增加，變形仍不斷增加。本構(gòu)方程為：當(dāng)<s 時(shí)，= 0當(dāng)s時(shí)，s巖石屈服極限； （3） 粘性元件：應(yīng)力與應(yīng)變速率成正比的元件：= 2.巖石抗剪強(qiáng)度有哪幾種測定方法？如何獲得巖石的抗剪強(qiáng)度曲線？答：巖石抗剪強(qiáng)度測定方法包括：直剪試驗(yàn)、傾斜壓模剪切法試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)。（1）直剪試驗(yàn)是在試件上施加法向壓力N，然后在水平方向逐

4、級加水平剪應(yīng)力T，直至達(dá)到最大值Tmax試件發(fā)生破壞為止。用一組巖樣（46塊），分別記錄不同法向壓力條件下的水平剪應(yīng)力，得到關(guān)系曲線，即為巖石的抗剪強(qiáng)度曲線。（2）傾斜壓模剪切法試驗(yàn)：將試件放在剪切夾具的兩個(gè)鋼制的傾斜壓模之間，得到剪切面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，試驗(yàn)時(shí)，用一組巖樣（46塊），分別記錄不同剪切面與水平面夾角條件下，破壞面上的剪應(yīng)力和正應(yīng)力，得到的關(guān)系曲線，即為巖石的抗剪強(qiáng)度曲線。（3）三軸試驗(yàn)：用一組巖樣（46塊），分別記錄不同圍壓3條件下，巖石試樣破壞時(shí)的最大正應(yīng)力1，在關(guān)系曲線在得到不同的摩爾園，這些摩爾園的切線，即為巖石的抗剪強(qiáng)度曲線。3簡述地應(yīng)力的形成原因。答：地應(yīng)力的形成主

5、要與地球的各種運(yùn)動過程有關(guān)，其中包括（1）大陸板塊邊界受壓引起的應(yīng)力場，產(chǎn)生水平受壓應(yīng)力場，（2）地幔熱對流引起的水平擠壓應(yīng)力，（3）由地心引力引起的重力應(yīng)力場，（4）巖漿侵入引起的應(yīng)力場，（5）地溫梯度引起的應(yīng)力場，（6）地表剝蝕產(chǎn)生的應(yīng)力場。4.簡述露天礦邊坡人工加固治理的方法。答：邊坡人工加固是對現(xiàn)有滑坡和潛在的不穩(wěn)定邊坡進(jìn)行治理的一項(xiàng)有效措施，而且，它已發(fā)展成為提高設(shè)計(jì)邊坡角、減少剝巖量、加速露天礦的開發(fā)速度，提高露天開采經(jīng)濟(jì)效益的一條途徑。目前人工加固邊坡的具體方法有：1）擋墻及混凝土護(hù)坡；2)抗滑樁；3)滑動面混凝土抗滑栓塞；4)錨桿及鋼繩錨索；5)麻面爆破；6)壓力灌漿。5.什么

6、叫蠕變、松弛、彈性后效和流變？不穩(wěn)定蠕變一般包括幾個(gè)階段？每個(gè)階段的特點(diǎn)是什么？答：蠕變：當(dāng)應(yīng)力不變時(shí)，變形隨時(shí)間增加而增加的現(xiàn)象。松弛：當(dāng)應(yīng)變不變時(shí)，應(yīng)力隨時(shí)間的增加而減小的現(xiàn)象。彈性后效：加載和卸載時(shí)，彈性應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象。巖石流變就是指材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與時(shí)間因素有關(guān)的性質(zhì)，材料變形過程中具有時(shí)間效應(yīng)的現(xiàn)象稱為流變現(xiàn)象。當(dāng)作用在巖石上的應(yīng)力超過某一值時(shí)，巖石的變形速率隨著時(shí)間的增加而增加，最后導(dǎo)致巖石的破壞，這種蠕變成為不穩(wěn)定蠕變。這是典型的蠕變曲線。根據(jù)應(yīng)變速率不同，其蠕變過程分為三個(gè)階段：第一階段：圖中ab段，應(yīng)變速率隨時(shí)間增加而減小，又稱減速蠕變或初始蠕變階段。第二階段：圖中

7、bc段，應(yīng)變速率基本不變，也叫等速蠕變階段。 第三階段：圖中cd段，應(yīng)變速率迅速增加直到巖石破壞為止，也叫加速蠕變階段。 6.什么是巖石的擴(kuò)容？作出巖石體積應(yīng)力-應(yīng)變曲線，簡述巖石擴(kuò)容的發(fā)生過程。答：巖石在荷載作用下，在其破壞之前產(chǎn)生的一種明顯的非彈性體積變形。對E和為常數(shù)的巖石，其體積應(yīng)變曲線可分為三個(gè)階段：（1） 體積變形階段：體積應(yīng)變在彈性階段內(nèi)隨著應(yīng)力的增加而呈線形變化（體積減小），在此階段1 >2 +3 （2） 體積不變階段：在這一階段，隨應(yīng)力的增加，巖石體積應(yīng)變增量接近為零。巖石體積幾乎不變。（3） 擴(kuò)容階段：外力繼續(xù)增加時(shí)，巖石的體積不是減小，而是增加，增加速率越來越大，最

8、終巖石破壞。7.用莫爾應(yīng)力圓畫出：（1）單向拉伸；（2）單向壓縮；（3）雙向壓縮，（4）雙向拉伸. 并證明：在發(fā)生最大與最小剪應(yīng)力的面上，正應(yīng)力的數(shù)值都等于兩個(gè)主應(yīng)力的平均值。答：莫爾應(yīng)力圓如圖所示單向拉伸雙向拉伸雙向壓縮單向壓縮如圖，由庫倫準(zhǔn)則可知，發(fā)生最大剪應(yīng)力的面為=450，此時(shí)的正應(yīng)力發(fā)生最小剪應(yīng)力的面為=00和=900的平面上，在此兩個(gè)面上的剪應(yīng)力為0，此時(shí)的正應(yīng)力分別為： 三.計(jì)算題 1.某巖石三軸試驗(yàn)時(shí)，圍壓為2 =3 =20MPa，并在軸壓達(dá)到100MPa時(shí)破壞，破壞面與最小主應(yīng)力方向的夾角為600。 設(shè)巖石的破壞服從庫侖準(zhǔn)則，試求（1）巖石的內(nèi)摩擦角，（2）巖石的內(nèi)聚力（3）

9、單軸抗壓強(qiáng)度；（4）若該巖石在正應(yīng)力為10MPa條件下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，其抗剪強(qiáng)度多大？解：（1） 巖石內(nèi)磨擦角： （/2） +450 = 600 得= 300 （2） sin=(1 -3 )/( 1 +3 +2 C cot) Sin300 = (100-20)/(100+20+ 2 C cot300)得到：C = 23.09MPa(3) c = 2 C cos/(1-sin) = 2 × 23.09×cos300/(1-sin300)=80.01MPa(4) S =tg+ C = 10×tg300 + 23.09 = 28.88Mpa2. 一圓形巖石隧道，半徑= 3 m, 密度r = 25 kN·m-3, Z = 300 m。已知巖石隧道處于重力應(yīng)力場，側(cè)壓系數(shù)=1，根據(jù)巷道圍巖彈性應(yīng)力分布情況，作出巷道周圍的徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力隨半徑增大的應(yīng)力分布圖，并指出最大應(yīng)力，確定=1.1·r·Z、1.15·r&