巖體力記憶板塊背

1、巖體力學(xué)基礎(chǔ)習(xí)題20121.解釋下例名詞術(shù)語節(jié)理粗糙度系數(shù)JRC:表示結(jié)構(gòu)面起伏和粗糙程度的指標(biāo)，隨結(jié)構(gòu)面粗糙度增大，內(nèi)摩擦角增加。通常用縱剖面儀測出結(jié)構(gòu)面剖面與標(biāo)準(zhǔn)剖面對比來獲得。巖體結(jié)構(gòu)：巖體中結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體的排列組合特征。巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD：大于10cm的巖芯累計長度與鉆孔進(jìn)尺長度之比的百分?jǐn)?shù)。巖石的飽水率：巖石試件在150個大氣壓或真空條件下吸入水的質(zhì)量與巖樣干質(zhì)量之比。巖石的軟化系數(shù)：巖石軟化系數(shù)KR定義為巖石試件的飽和抗壓強(qiáng)度與干抗壓強(qiáng)度的比值。巖石的抗凍系數(shù)：巖石試件經(jīng)反復(fù)凍融后的干抗壓強(qiáng)度與凍融前干抗壓強(qiáng)度之比。傾斜板剪切試驗：將立方體試件，置于可變角度的傾斜板剪切夾具中，然后

2、在壓力機(jī)上加壓直至試件沿預(yù)定的剪切面破壞從而求出巖石抗剪強(qiáng)度的一種試驗方法。端部效應(yīng)：試件試驗時端面條件對巖塊強(qiáng)度的影響，其產(chǎn)生原因一般認(rèn)為是由于試件端面與壓力機(jī)板間的磨擦作用，改變了試件內(nèi)部的應(yīng)力分布和破壞方式，進(jìn)而影響巖塊的強(qiáng)度。全過程曲線：反映單軸壓縮巖石試件在破裂前后全過程的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的曲線。塑性滯環(huán)：巖石在循環(huán)荷載條件下，每次加荷，卸荷曲線都不重合，且圍成一環(huán)形面積,即塑性滯環(huán)。巖石的流變性：巖石的變形和應(yīng)力受時間因素的影響，在外部條件不變的情況下，巖石的變形或應(yīng)力隨時間而變化的現(xiàn)象叫流變。蠕變：巖石在恒定的荷載作用下，變形隨時間逐漸增大的性質(zhì)。長期強(qiáng)度：把出現(xiàn)加速蠕變的最低應(yīng)力值

3、稱為長期強(qiáng)度。強(qiáng)度理論：對巖石破壞的原因、過程及條件的系統(tǒng)化論述。破壞判據(jù)（強(qiáng)度準(zhǔn)則）：用以表征巖石破壞條件的應(yīng)力狀態(tài)與巖石強(qiáng)度參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系,稱為破壞判據(jù)。莫爾強(qiáng)度理論：指材料在極限狀態(tài)下，剪切面上的剪應(yīng)力達(dá)到抗剪強(qiáng)度而破壞，而抗剪強(qiáng)度是與剪切面上得正應(yīng)力有關(guān)得。格里菲斯強(qiáng)度理論：實際的固體在結(jié)構(gòu)構(gòu)造上既不是絕對均勻的，也不是絕對連續(xù)的，其內(nèi)部包含有大量的微裂紋和微孔洞，這種固體在外力作用下，即使作用的平均應(yīng)力不大，但由于微裂紋或微孔洞邊緣上的應(yīng)力集中，很可能在邊緣局部產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，當(dāng)這種拉應(yīng)力達(dá)到或超過強(qiáng)度時，微裂紋便開始擴(kuò)展，當(dāng)許多這種的微裂紋擴(kuò)展、遷就、聯(lián)合時，最后使固體沿某一個

4、或若干個平面或曲面形成宏觀破裂。動彈模：巖體在動荷載作用下所表現(xiàn)出來的彈性模量。天然應(yīng)力：人類工程活動之前存在于巖體中的應(yīng)力，稱為天然應(yīng)力或地應(yīng)力。重分布應(yīng)力：開挖破壞了巖體天然應(yīng)力的相對平衡狀態(tài)，使巖體中的應(yīng)力產(chǎn)生重分布,ad=tanAv為垂直位這時的應(yīng)力稱為重分布應(yīng)力。爬坡角：剪切時結(jié)構(gòu)面法向位移軌跡與水平線的夾角。即移分量，Au為水平位移分量。圍巖：在巖體中開挖洞室，引起洞室圍巖體中應(yīng)力的重分布，應(yīng)力重分布范圍內(nèi)的巖體叫做圍巖。圍巖壓力：是指圍巖作用在支護(hù)上的力。塑性圈（松動圈）：如重分布應(yīng)力超過圍巖強(qiáng)度極限或屈服極限，造成洞室周邊的非彈性位移，這種現(xiàn)象從周邊向巖體深處擴(kuò)展到某一范圍，在

5、此范圍內(nèi)的巖體稱為塑性圈（松動圈）。4、結(jié)構(gòu)面：其是指地質(zhì)歷史發(fā)展過程中，在巖體內(nèi)形成的具有一定的延伸方向和長度、厚度相對較小的地質(zhì)面或帶。它包括物質(zhì)分異面和不連續(xù)面，如層面、不整合、節(jié)理面、斷層、片理面等，國內(nèi)外一些文獻(xiàn)中又稱為不連續(xù)面或節(jié)理。17、巖石的滲透系數(shù)：滲透系數(shù)是表征巖石透水性的重要指標(biāo)，其在數(shù)值上等于水力梯度為1時的滲透流速。1、巖石的強(qiáng)度：巖石在達(dá)到破壞前所能承受的最大應(yīng)力。2、巖石的抗壓強(qiáng)度：在單向壓縮條件下，巖塊能承受的最大壓應(yīng)力，也叫單軸極限抗壓強(qiáng)度。6、巖石的抗剪強(qiáng)度：在剪切荷載作用下，巖塊抵抗剪切破壞的最大剪應(yīng)力。9、巖石的記憶：每次卸載后再加載到原來的應(yīng)力后繼續(xù)增

6、加荷載，即逐級循環(huán)加載，則新的加載曲線段將沿著卸載前的加載曲線方向上升的形象。6、剪切破壞：巖石在荷載作用下，當(dāng)剪應(yīng)力大于該面上的抗剪強(qiáng)度時，巖石發(fā)生的破壞稱為剪切破壞。2.簡答題1、從工程的觀點看，巖體力學(xué)的研究內(nèi)容有哪幾個方面？答：從工程觀點出發(fā)，大致可歸納如下幾方面的內(nèi)容：1）巖塊、巖體的地質(zhì)特征的研究。2）巖石的物理、水理與熱學(xué)性質(zhì)的研究。3）巖石的基本力學(xué)性質(zhì)的研究。4）結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的研究。5）巖體力學(xué)性質(zhì)的研究。6）巖體中天然應(yīng)力分布規(guī)律及其量測的理論與方法的研究。7）邊坡巖體、地基巖體及地下洞室圍巖等工程巖體的穩(wěn)定性研究。8）巖體性質(zhì)的改善與加固技術(shù)的研究，包括巖體性質(zhì)、結(jié)構(gòu)的

7、改善與加固，地質(zhì)環(huán)境（地下水、地應(yīng)力等）的改良。9）各種新技術(shù)、新方法與新理論在巖體力學(xué)中的應(yīng)用研究。10）工程巖體的模型、模擬試驗及原位監(jiān)測技術(shù)的研究。2、巖體力學(xué)通常采用的研究方法有哪些？1）工程地質(zhì)研究法。目的是研究巖塊和巖體的地質(zhì)與結(jié)構(gòu)性，為巖體力學(xué)的進(jìn)一步研究提供地質(zhì)模型和地質(zhì)資料。2）試驗法。其目的主要是為巖體變形和穩(wěn)定性分析提供必要的物理力學(xué)參數(shù)。3）數(shù)學(xué)力學(xué)分析法。通過建立巖體模型和利用適當(dāng)?shù)姆治龇椒?，預(yù)測巖體在各種力場作用下變形與穩(wěn)定性。4）綜合分析法。這是巖體力學(xué)研究中極其重要的工作方法。由于巖體力學(xué)中每一環(huán)節(jié)都是多因素的，且信息量大，因此，必須采用多種方法考慮各種因素進(jìn)行

8、綜合分析和綜合評價才能得出符合實際的正確結(jié)論，綜合分析是現(xiàn)階段最常用的方法。3、在我國，通常將結(jié)構(gòu)面分為哪幾級？在工程中主要涉及到哪幾級？按結(jié)構(gòu)面延伸長度、切割深度、破碎帶寬度及其力學(xué)效應(yīng)，可將結(jié)構(gòu)面分為如下5級:I級：指大斷層或區(qū)域性斷層，一般延伸約數(shù)十公里以上，破碎帶寬約數(shù)米至數(shù)十米及幾百米以上。II級：指延伸長而寬度不大的區(qū)域性地質(zhì)界面，如較大的斷層、層間錯動、不整合面及原生軟弱夾層等。其規(guī)模貫穿整個工程巖體，長度一般數(shù)百米至數(shù)千米，破碎帶寬數(shù)十厘米至數(shù)米III級：指長度數(shù)十米或數(shù)百米的斷層、區(qū)域性、延伸較好的層面及層間錯動等。寬度一般數(shù)厘米至1m左右。IV級：指延伸較差的節(jié)理、層面、次

9、生、小斷層及較發(fā)育的片理、劈理面等。長度般數(shù)十厘米至20到30m,小者僅數(shù)厘米至十幾厘米，寬度為零至數(shù)厘米不等。V級：又稱微結(jié)構(gòu)面，指隱節(jié)理、微層面及不發(fā)育的片理、劈理等，其規(guī)模小，連續(xù)性差。在工程中主要涉及到III級、IV級。4、在我國，通常將巖體結(jié)構(gòu)分為哪幾類？將巖體結(jié)構(gòu)劃分為5大類，即：整體狀結(jié)構(gòu)、塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、碎裂狀結(jié)構(gòu)、散體狀結(jié)構(gòu)。5、通常用哪些指標(biāo)評價巖體的風(fēng)化程度？答：巖石的風(fēng)化程度可通過定性指標(biāo)和某些定量指標(biāo)來表述，定性指標(biāo)主要有：顏色、礦物蝕變程度、破碎程度及開挖錘擊技術(shù)特征等。定量指標(biāo)主要有風(fēng)化空隙率指標(biāo)和波速指標(biāo)等。國標(biāo)巖土工程勘察規(guī)范中提出用風(fēng)化巖塊的縱波速度、波

10、速比和風(fēng)化系數(shù)等指標(biāo)來評價巖塊的風(fēng)化程度。12、請描述巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗的制樣、試驗、資料整理的過程和計算方法。答：準(zhǔn)備至少6個取自同一地點的試件，試件用圓柱形，試件的斷面尺寸，圓柱形試件尺寸直徑一般D=5cm,試件的高度h=（22.5）D,試件端面應(yīng)當(dāng)平整光滑，兩端面應(yīng)平行。試驗前用游標(biāo)卡尺在試件不同高度位置和不同直徑方向仔細(xì)測量試件直徑，取平均直徑作為計算直徑。將試件兩端抹上黃油后置于有球星壓頭的試驗機(jī)上，試驗時以每秒0.50.8MPa的加荷速率加荷，直到試件破壞，按b=P/A計算抗壓強(qiáng)度。式中：（TC巖石單軸抗壓強(qiáng)度。P:巖石試件破壞日的荷載。A:試件的橫斷面面積。重復(fù)進(jìn)行6次，取強(qiáng)度

11、平均值。14、圖示單軸壓縮條件下巖石變形的全過程曲線，說明各特征點的位置和意義，簡述巖石變形各階段及其機(jī)制。一一L二二出C£d£L擴(kuò)容壓縮答：單軸壓縮條件下巖石變形的全過程曲線如上圖所示：（I）孔隙裂隙壓密階段（OA）,試件中原有張開性結(jié)構(gòu)面或微裂隙逐漸閉合，巖石被壓密，形成早期的非線性變形。（n）彈性變形至微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段（AC段），據(jù)其變形機(jī)理又可細(xì)分彈性變形階段（AB段）和微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段（BC段），彈性變形階段不僅變形隨應(yīng)力成比例增加，而且在很大程度上表現(xiàn)為可恢復(fù)的彈性變形，B點的應(yīng)力可稱為彈性極限。微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段的變形主要表現(xiàn)為塑性變形，試件內(nèi)開始出現(xiàn)新的

12、微破裂，并隨應(yīng)力增強(qiáng)而逐漸發(fā)展，當(dāng)荷載保持不變時，微破裂也停止發(fā)展，這一階段的上界應(yīng)力（C點應(yīng)力）稱為屈服極限。（出）非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段（CD）。由于破裂過程中造成的應(yīng)力集中效應(yīng)顯著，即使外荷載保持不變，破裂仍會不斷發(fā)展，并在某些薄弱部位首先破壞，應(yīng)力重新分布，其結(jié)果又引起次薄弱部位的破壞，依次進(jìn)行下去直到試件完全破壞。（IV）破壞后階段（D點以后階段）：巖塊承載力達(dá)到峰值后，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全破壞，但試件仍基本保持整體狀，到本階段，裂隙快速發(fā)展，交叉且相互聯(lián)合并形成宏觀斷裂面，此后，巖塊變形主要表現(xiàn)為沿宏觀斷裂面的塊體滑移，試件承載力隨變形增大迅速下降，但并不降到零，說明破裂的巖石仍有一定的承載

13、能力。15、圖示巖石蠕變曲線，簡述各階段的力學(xué)特征。答：A£0oIPDBQRnjmTCU（I）初始蠕變階段（AB段）或稱減速蠕變階段，本階段內(nèi)，曲線呈下凹型，特點是應(yīng)變最初隨時間增大較快，但其應(yīng)變率隨時間迅速遞減，到點達(dá)到最小值。（II）等速蠕變階段（BC段）或稱穩(wěn)定蠕變階段，本階段內(nèi)，曲線呈近似直線，即應(yīng)變隨時間近似等速增加，直到C點。（III）加速蠕變階段（CD段）：至本階段蠕變加速發(fā)展至巖塊破壞（D點）。16、分別圖示馬克斯威爾（Maxwell）模型和開爾文（Kelvin）模型。答：a262E*b1Kelvin模型示意圖模型示意圖17、帕頓（Patton）公式的理論意義是什么？

14、答：帕頓公式的理論意義是提出了剪脹效應(yīng)，即結(jié)構(gòu)面起伏度的存在可增大結(jié)構(gòu)面的磨擦角，即由a增大至4”,這種效應(yīng)與剪切過程中向上滑動引起的垂向位移有關(guān)。18、巴頓（Barton）公式是怎樣建立起來的？公式中各項的意義是什么？答：巴頓對8種不同粗糙起伏的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行了試驗研究，提出了剪脹角的概念并用以代替起伏角，剪脹角的定義為剪切時結(jié)構(gòu)面法向位移的軌跡線與水平線的夾角，即：1.vad=tan9u，。通過大量試驗，得出的不規(guī)則粗糙起伏結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度的統(tǒng)計關(guān)系為：一JCS.=；：tan（JRClgb）二n式中：JRC是節(jié)理粗糙度系數(shù)。JCS是節(jié)理抗壁壓強(qiáng)度。b為基本磨擦角。19、Hoek-Brown的經(jīng)

15、驗方程是什么？各參數(shù)的意義是什么?答：其經(jīng)驗方程為:二1-二：m-c-3s-c2ccO式中：/、o3為破壞主應(yīng)力，c為巖塊的單軸抗壓強(qiáng)度。m、s為與巖性及結(jié)構(gòu)面情況有關(guān)的常數(shù)，可查表求得。20、巖體中的天然應(yīng)力是哪些因素引起的？答：1）巖石的自重；2）構(gòu)造應(yīng)力及地震；3）巖漿活動及放射性蛻變產(chǎn)生的地?zé)嵋鸬臏囟葢?yīng)力4）地下水動靜壓力。21、天然應(yīng)力的分布特征是什么？答：1）地殼中的主應(yīng)力為壓應(yīng)力，方向基本上是鉛垂和水平的。2）垂直應(yīng)力隨深度線性增的。3）水平應(yīng)力分布比較復(fù)雜。a、水平應(yīng)力在地表面上水平應(yīng)力從大到小遞減，在地表深處仍是線性增的。b、在許多地方在地表附近，水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力。c在

16、多數(shù)情況，兩個方向的水平應(yīng)力是不相等的。22、邊坡中的應(yīng)力分布有何特征？答：（1）無論在什么樣的天然應(yīng)力場下，邊坡面附近的主應(yīng)力跡線均明顯偏轉(zhuǎn)，表現(xiàn)為最大主應(yīng)力與坡面近于平行，最小主應(yīng)力與坡面近于正交，向坡體內(nèi)漸漸恢復(fù)初始應(yīng)力狀態(tài)；（2）在坡腳附近，形成剪應(yīng)力集中帶，在坡頂可產(chǎn)生拉應(yīng)力帶，當(dāng)應(yīng)力超過邊坡巖體強(qiáng)度時，可產(chǎn)生坡腳滑動破壞和坡頂?shù)睦瓘埰茐?；?）在非直線坡的情形下，變坡點可形成第二應(yīng)力異常區(qū)。當(dāng)坡形上緩下陡時，該異常區(qū)為拉張區(qū)，當(dāng)坡形下緩上陡時，該異常區(qū)為剪切區(qū)；（4）對階梯形邊坡，在臺階附近為應(yīng)力異常復(fù)雜區(qū)。臺階前端為拉張區(qū)，臺階后部為剪切區(qū)。當(dāng)臺階寬度較小時，形成復(fù)雜的張剪區(qū)，對

17、邊坡安全有較大影響。23、常見的邊坡破壞類形有哪些？答：（1）平面滑動破壞；（2）楔形狀滑動破壞；（3）圓弧形滑動破壞；（4）傾倒破壞；25、在靜水壓力狀態(tài)下，圍巖應(yīng)力的分布有何特征？答：天然應(yīng)力為靜水壓力狀態(tài)時，圍巖內(nèi)重分布應(yīng)力與。角無關(guān)，僅與洞半徑a和原始應(yīng)力水平網(wǎng)有關(guān)。徑向應(yīng)力b在洞壁處為0,隨著離洞壁距離的增加，其應(yīng)力逐漸上升，在名6倍洞半徑處基本恢復(fù)到原始應(yīng)力水平。切向應(yīng)力b在洞壁處為2bQ隨著離洞壁距離的增加，其應(yīng)力逐漸下降，在約6倍洞半徑處基本恢復(fù)到原始應(yīng)力水平。其分布特征如圖所示：(T(TI(T2Ro3Ro4Ro5Ro6RoRo0%產(chǎn)29、圓拱直墻洞室的圍巖應(yīng)力分布有何特征？答

18、：平直的周邊容易出現(xiàn)拉應(yīng)力。由于巖石的抗拉強(qiáng)度通常只有抗壓強(qiáng)度的十幾分子一，所以平直周邊比曲線周邊容易破壞。拐角處是應(yīng)力集中區(qū)。拱頂容易出現(xiàn)拉應(yīng)力。(10)為什么說巖體具有不均勻的物理力學(xué)性質(zhì)？答：巖體物理力學(xué)性質(zhì)的不均勻性由物質(zhì)組成不均勻和節(jié)理發(fā)育不均勻形成。物質(zhì)組成的不均勻主要是組成巖體的巖塊巖性的差別，如砂頁巖互層，泥巖夾灰?guī)r等。節(jié)理發(fā)育不均勻主要是在不同地質(zhì)構(gòu)造部位或不同巖石類型中，節(jié)理發(fā)育差別，如褶皺核部與翼部，砂巖與頁巖中等。(11)巖體的各向異性怎樣產(chǎn)生的？答：主要是層理、節(jié)理、片理面、片麻理面等的存在，造成平行結(jié)構(gòu)面方向和垂直結(jié)構(gòu)面方向物理力學(xué)性質(zhì)不同。(12)怎樣確定節(jié)理粗糙度系數(shù)JRC?答：在實際工作中，可用結(jié)構(gòu)面縱剖面儀測出所研究結(jié)構(gòu)面的粗糙剖面，然后與標(biāo)準(zhǔn)剖面進(jìn)行對比，即可求得結(jié)構(gòu)面的粗糙系數(shù)JRC。(13)怎樣測定節(jié)理壁抗壓強(qiáng)度JCS?答：一般用回彈儀在野外測定，確定方法是：用試驗測得的回彈值，查圖或用公式計算,求得JCS。(14)怎樣測定節(jié)理張開度？答：用標(biāo)準(zhǔn)的各種不同厚度的鋼片(即厚薄