(完整版)巖石力學(xué)試卷一及答案

1、學(xué)號：姓名：密封線-一一二三四五六七八九總分、簡答題：（40分）1、巖石力學(xué)的定義（5分）2、何為巖石的強度？表示巖石強度的指標有哪些？（5分）3、試述學(xué)過的巖石破壞準則（要求列舉4個）列出相應(yīng)的表達式且說明各自的適用情況。（7分）第1頁共互頁、2020學(xué)年第學(xué)期級專業(yè)試題學(xué)號：姓名：密封線4、什么是巖體初始應(yīng)力？試簡要說明研究巖體原始應(yīng)力的工程意義？（5分）5、詳細介紹壓力拱理論？（8分）6、什么叫滑坡？滑坡動面的形式有幾種？（5分）7、什么叫巖基極限承載力？計算時應(yīng)考慮哪能些條件？（5分）學(xué)號：姓名：密封線二、作圖題：（5分）直剪破壞試驗全過程曲線可分幾段？各區(qū)段的特點是什么？三、選擇題：

2、（2/題）（共10分）1、模量比是指：a. 巖石的單軸抗壓強度和它的彈性模量之比。（）b. 巖石的彈性模量和它的單軸抗壓強度之比。（）c. 巖體的單軸抗壓強度和它的彈性模量之比。（）d. 巖體的彈性模量和它的單軸抗壓強度之比。（）2、室內(nèi)靜荷載單軸抗壓強度試驗要求加荷速度：a.0.5_0.8MPa/s（）c.0.3_0.5MPa/s（）b.0.5_1.0MPa/s（）d.0.3_0.8MPa/s（）3、a.k二（）（1+卩）丫c.b.k=E（）（1-P）7d.k仏（）1+p4、下列研究巖石彈性、塑性和粘性等力學(xué)性制裁的理想力學(xué)模型中，哪一種被稱為凱爾文模型？（）（A）彈簧模型（）（B）緩沖模型

3、（）（C）彈簧與緩沖器并聯(lián)（）（D）彈簧與緩沖器串聯(lián)（）5、巖坡發(fā)生在巖石崩塌破壞的坡度，一般認為是（）。（a）>45。時（b）>60。時c）>75°時（d）90°時第頁共厶頁2020學(xué)年第學(xué)期級專業(yè)試題學(xué)號：姓名：密封線五、計算題：（45分）1、將直徑為3cm的巖心切成厚度為0.7cm的薄巖片，然后進行劈裂試驗，當(dāng)荷載達到1kN時，巖片即發(fā)生開裂破壞，試計算試件的抗拉強度。（4分）2、已知某巖體的容重Y=26KN/m3、抗剪強度c=0.017MPa,©=30。如果基于這種巖體設(shè)計以其坡高系數(shù)H'=1.6，試求該邊坡的極限高度H。（4分）

4、3、設(shè)某花崗巖埋深一公里，其上復(fù)蓋地層的平均容重為丫"®冷,花崗巖處于彈性狀態(tài),泊松比。該花崗巖在自重作用下的初始垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力分別為多大？（8分）第二頁共6頁2020學(xué)年第學(xué)期級專業(yè)試題學(xué)號：姓名：密封線4、假設(shè)洞室邊墻處的節(jié)理面傾角0=50。如圖，內(nèi)摩擦角卩=40。,粘結(jié)力C=0,即無粘結(jié)力,由實測知道洞室處平均垂直應(yīng)力6“°咤5擰,試計算巖石錨桿在邊墻處應(yīng)提供多大水平應(yīng)力巧時才能維持邊墻的平衡？（10分）第丄頁共厶頁5、在地下100m深度處開挖一地下洞室，其斷面尺寸為5mX5m。巖石性質(zhì)指標為：凝聚力c=200kPa，內(nèi)摩擦角申二33。，容重丫=25kN

5、/m3,側(cè)壓力系數(shù)K二0.7。已知側(cè)壁巖石不0已知：穩(wěn)，試用太沙基公式計算洞頂垂直山巖壓力及側(cè)墻的總的側(cè)向山巖壓力。（9分）brcq=1eKtgp0V、2020學(xué)年第學(xué)期級專業(yè)試題學(xué)號：姓名：密封線6、有壓隧洞的最大內(nèi)水壓力p=2.8MPa，隧洞（內(nèi)）半徑為2.3m，用厚度為0.4m的混凝土襯砌。已知混凝土的彈性模量E=1.8X104MPa，泊松比r二0.333。巖石的彈性模量E=1.1X112104MPa,泊松比r2=0.367。試求：（10分）1）離中心2.5m處的襯砌內(nèi)的應(yīng)力；2）離中心3.5m處的圍巖附加應(yīng)力。（已知：入=0.564）第厘頁共6頁No.1巖石力學(xué)考題（地質(zhì)工程、巖土工程

6、）A卷答案（S=1巖塊0<S<1巖體）適合于大部分巖石（體）一、簡答題：(40分)1、巖石力學(xué)的定義(5分)巖石力學(xué)它是研究巖石的力學(xué)性態(tài)的理論和應(yīng)用的科學(xué)，是探討巖石對其周圍物理環(huán)境中力場反應(yīng)的學(xué)科，具體而言，研究巖石荷載作用下的應(yīng)力、變形和破壞規(guī)律以及工程穩(wěn)定性等問題。2、何為巖石的強度？表示巖石強度的指標有哪些？(5分)巖石低抗破壞的極限能力即為巖石的強度。表示巖石強度的指標有單軸抗壓強度R,抗拉強度R,抗剪強度C、9值ct3、試述主要巖石破壞準則(要求列舉4個以上)列出相應(yīng)的表達式及其各自的適用情況。(7分)最大正應(yīng)力理論Q2R2)Q2R2)Q2R2)=0123單向式脆性巖

7、不在某些二進制賂應(yīng)力狀態(tài)受檢情況。最大正應(yīng)變：一卩(Q+Q)1R2瓜一卩(+G)1R2瓜一卩(+G)1R2L0脆性材料123213312最大剪應(yīng)力理論q-Q)2R2(QQ)2R2!(CQ)2R2=01223八面體剪應(yīng)力理論Q-Q)2+Q-Q)2+QQ)2I23莫爾庫侖理論：二c+Qtg*b<10MpaQQ巖石中大部分材料1；?-Sin9Q+Q+2ctg913莫爾理論T=fQ)剪切破壞只與Q、Q有關(guān)，與Q無關(guān)。f132包絡(luò)線：脆性材料、雙曲線或擺線；塑性材料,拋物線。格里菲思,適用于脆性材料(拉應(yīng)力集中)T2=4Rt(Rt+Q)xyyQ+3Q13>0(oQ)213=8Rt(Q+Q)1

8、3破裂角：1QQB=arcas13-22(Q+Q)13Q+3Q<013倫特堡塑性材料修正格里菲斯脆性材料修正格里菲斯脆性材料,由于孔隙邊緣壓應(yīng)力集中引起壓剪破壞。第1頁共丄頁4、什么是巖體初始應(yīng)力？試簡要說明研究巖體原始應(yīng)力的工程意義？（5分）習(xí)慣上將工程施工之前就存在于巖體上的地應(yīng)力稱為初始應(yīng)力場。經(jīng)驗公式：帕頓提出的：ooo丄4=3+(m3+S)2RcRcRc天然應(yīng)力狀態(tài)與巖體穩(wěn)定性關(guān)系極大，它不僅是決定巖體穩(wěn)定性的重要因素，而且直接影響各類巖體工程的設(shè)計施工。對于地下洞室而言，巖體中天然應(yīng)力的圍巖變形和破壞的力源。對于地表工程而言，如開挖基坑或邊坡，由于開挖卸荷作用，將引起基坑底部

9、發(fā)生回彈隆起，并同時引起坑壁或邊坡巖體的坑內(nèi)位移。5、何謂壓力拱理論？（8分）壓力拱理論也稱普氏理論是一個認算松動山巖壓力的理論普氏認為，巖體內(nèi)總是有許多大大小小的結(jié)構(gòu)面。由于這些縱橫交錯的軟弱面將巖體割裂成各種大小的塊體，這就破壞了巖石的整體性，造成松動性。洞室開挖以后，圍巖應(yīng)力重新分布，洞室頂部往往出現(xiàn)拉應(yīng)力。松動性的洞頂巖體將不斷坍落當(dāng)達到新的平衡時，會形成一拱形。巖體松動坍落需要一定的時間，在洞室開挖后就上支護或襯砌，等到壓力拱的形成后作用在支護或襯砌上的壓力松動壓力。大小等于平衡拱與襯砌間在碎裂巖體的重量，與拱外巖體無關(guān)，平衡拱的形狀x2y二b2拱的跨度fb22拱高：h=纟2b=bt

10、g（45o-k）+hf2120h為洞室高度b為洞室跨度9k=aretgf01kcRc/為堅固系數(shù)f=+tg9-kc10（把巖體巖體松動的，但實際巖體有凝聚力，堅固系數(shù)就是一較大的摩擦系數(shù)）6、什么叫滑坡？滑坡動面的形式有幾種？（5分）當(dāng)巖坡受力過大或巖石強度過低，一部分巖體向下或向外滑動叫滑坡滑波滑動而型式有三種：軟弱結(jié)構(gòu)面；結(jié)構(gòu)面；在巖體中；7、什么叫巖基極限承載力？計算時應(yīng)考慮哪能些條件？（5分）巖基所能負擔(dān)的最大荷載。當(dāng)巖基承受這種荷載時，巖基中某一區(qū)域處于塑性平衡狀態(tài)取塑性區(qū)，使巖基沿某一面產(chǎn)生滑動求解計算時，應(yīng)滿足平衡條件，塑性平衡條件，邊界條件。二、作圖題：（5分）直剪破壞試驗全過

11、程曲線可分幾段？各區(qū)段的特點是什么？巖石直剪破壞試驗全過程曲線如圖所示該曲線共分三段。第一段：原點p區(qū)段，該段近似為一直線即變形為彈性，Tp為極限強度（即裂隙開始發(fā)展的強度）；第二段：Tpf區(qū)段，Tf為峰值強度，該段內(nèi)裂隙發(fā)展至破壞；第三段：1廠T。區(qū)段。To為剪斷面上的摩擦力（剩余強度）第2頁共丄頁1、a.fT0II1、選擇題：（2/題）（共10分）模量比是指:巖石的單軸抗壓強度和它的彈性模量之比。（V）巖石的彈性模量和它的單軸抗壓強度之比。（）巖體的單軸抗壓強度和它的彈性模量之比。（）d.巖體的彈性模量和它的單軸抗壓強度之比。（）室內(nèi)靜荷載單軸抗壓強度試驗要求加荷速度：0.5_0.8MPa

12、/s0.3_0.5MPa/sb.c.2、a.c.）（）b.d.0.5_1.0MPa/s0.3_0.8MPa/sV）（）3、a.k二(1+卩)7b.k)7d.4、下列研究巖石彈性、塑性和粘性等力學(xué)性制裁的理想力學(xué)模型中，哪一種被稱為凱爾文模型？（）（A）彈簧模型（）（B）緩沖模型（）（C）彈簧與緩沖器并聯(lián)（V）（D）彈簧與緩沖器串聯(lián)（）5、巖坡發(fā)生在巖石崩塌破壞的坡度，一般認為是（a）。（A）>45°時（B）>60°時（C）>75°時（D）90°時五、計算題：（45分）1、將直徑為3cm的巖心切成厚度為0.7cm的薄巖片，然后進行劈裂試驗

13、，當(dāng)荷載達到1kN時，巖片即發(fā)生開裂破壞，試計算試件的抗拉強度。（4分）解：2PRmiaxt兀Dl2、已知某巖體的容重Y=26KN/m3、抗剪強度c=0.017MPa,©=30。如果基于這種巖體設(shè)計以其坡高系數(shù)H'=1.6，試求該邊坡的極限高度H。（4分）H2ctg（45o+業(yè)）（2分）HH/H（2分）9072902、設(shè)某花崗巖埋深一公里，其上復(fù)蓋地層的平均容重為¥二述燈H腫，花崗巖處于彈性狀態(tài)，泊松比°'25。該花崗巖在自重作用下的初始垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力分別為多大？（8分）解答1）垂直應(yīng)力計算巧二£吶=26x1000=26000!-12

14、）水平應(yīng)力計算比二礙二呵其中：側(cè)壓力系數(shù)見的大小與巖體的性質(zhì)有關(guān)，當(dāng)巖體處于彈性狀態(tài)時，采用彈性力學(xué)公式；當(dāng)巖體比較破碎時，采用松散介質(zhì)極限平衡理論公式；當(dāng)巖體處于潛塑狀態(tài)時，采用海姆公式。因為本題巖體處于彈性狀態(tài)，所以采用彈性力學(xué)公式，側(cè)壓力系數(shù)丸為第6頁共丄頁3、假設(shè)洞室邊墻處的節(jié)理面傾角0=50。如圖，內(nèi)摩擦角卩=40。，粘結(jié)力C=0,即無粘結(jié)力，由實測知道L.L.1,'I洞室處平均垂直應(yīng)力，試計算巖石錨桿在邊墻處應(yīng)提供多大水平應(yīng)力bl時才能維持邊墻的平衡？（10分）解：按公式：巧命0口（/-劉+6COE0血（卩一0）+COG（P>0CTj0.1內(nèi)=010x20=匚腫2即巖

15、石錨桿在邊墻處提供的水平應(yīng)力bl應(yīng)等于時，才能維持邊墻平衡。4、在地下100m深度處開挖一地下洞室，其斷面尺寸為5mX5m。巖石性質(zhì)指標為：凝聚力c=200kPa,內(nèi)摩擦角9二33o，容重丫=25kN/m3，側(cè)壓力系數(shù)K二0.7。已知側(cè)壁巖石不穩(wěn)，試用太沙基公式計算洞0頂垂直山巖壓力及側(cè)墻的總的側(cè)向山巖壓力。已知：q=b2r-c”e-汽+pe-o<（9分）解：這時=b+htg45o一10+pe一"呷2br一cIq=gI1-eKtg申I0V99e=yhtg2（45o一）e=y（h+h）tg2（45o一）12202=-yh（2h+）tg2（45o一巴）2025、有壓隧洞的最大內(nèi)水壓力p=2.8MPa,隧洞（內(nèi)）半徑為2.3m，用厚度為0.4m的混凝土襯砌。已知混凝土的彈性模量E=1.8X104MPa，泊松比比=0.333。巖石的彈性模量E=1.1X104MPa，泊松比卩=0.367。1122試求：（10分）1）離中心2.5m處的襯砌內(nèi)的應(yīng)力；2）離中心3.5m處的圍巖附加應(yīng)力。（已知：入=0.564）解：混凝土襯砌傳給巖石的壓力為：p=九p=M