2013地質地球所博士生入學《工程地質學》試題

1、中國科學院大學2013年招收攻讀博士學位研究生入學統(tǒng)一考試試卷科目名稱：工程地質學考生須知：1本試卷滿分為100分，全部考試時間總計180分鐘。2所有答案必須寫在答卷紙上，寫在本試卷紙或草稿紙上一律無效。工程地質學一、概念題（共30分，每題2分）1.巖石軟化系數(shù)2.天然稠度3.巖石本構關系4.擴容5.泊松比6.RQD7.剪應力水平8.松弛9.黃土濕陷性10.地基的應力11.蠕變12.工程地質比擬法13.彈性后效14.圍巖抗力系數(shù)15.圍巖壓力二、問答題（36分）1確定土體的前期固結壓力的方法有哪些？并對卡薩格蘭德作圖法進行介紹說明。（4分）2巖石應力應變有哪幾種類型？并繪圖和簡要敘述其主要特性

2、。（8分）3解釋靜止土壓力，并對其產生條件、計算公式和應用范圍進行說明。（6分）庫區(qū)工程地質問題有哪些？并簡要說明其主要特征。（5分）5風化作用改變巖體工程地質性質的實質表現(xiàn)在哪些方面？（4分）6一般情況下，洞室圍巖的變形與破壞按其發(fā)生的部位可分為哪幾種類型，并對各類型進行簡介敘述。（5分）7在工程巖體范圍內，結構面按貫通情況可分為哪幾類，各類型主要特征是什么？（4分）三、分析計算題（24分）某洞室圍巖質量較好，r=27KN/m3，埋深H=100m，洞的半徑r0=5m，折減后的內聚力和內摩擦角為c=0.05MPa,0=40.5。，求松動壓力。（匕=0.34,k2=1.125）（12分）已知某擋

3、土墻，墻高為H為6.0m。墻背垂直，墻后填土表面水平，填土的重度r=18.5KN/m3，內摩擦角=20。，土的內聚力c=19kPa。計算作用在此擋土墻上的靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力，并繪出土壓力分布圖。（K。取0.5,tan35=0.7，tan55=1.43）（12分）四、研討題（10分）請你針對如下研究方向（任選一題）寫一個簡要的科研立項報告。（要求：格式規(guī)范、內容齊全、思路清晰、技術方法得當）大型堆積體滑坡成因機理研究。非常規(guī)油氣儲層水壓致裂技術研究。巖體微裂隙形態(tài)與滲透特性研究?？颇棵Q：工程地質學第 頁共7頁中國科學院大學2013年招收攻讀博士學位研究生入學統(tǒng)一考試試卷參考答案

4、和評分標準科目名稱：工程地質學（參考答案和評分標準內容）一、概念題（共30分，每題2分）1.巖石軟化系數(shù)：巖石飽水狀態(tài)的抗壓強度與巖石干燥狀態(tài)的抗壓強度的比值。2.天然稠度：擾動土樣的含水量和塑限之差與液限和塑限之差的比值。巖石本構關系：指巖石的應力或應力速率與其應變或應變速率的關系。擴容：當外力繼續(xù)增加，巖石試件的體積不是減小，而是大幅度增加，且增加速率越來越大，最終將導致巖石試件得破壞，這種體積明顯擴大的現(xiàn)象叫擴容。泊松比：巖石的橫向應變與縱向應變的比值。RQD：本回次大于10mm的巖芯長度與本回次進尺總長度的比值。剪應力水平：在應力變化的過程中達到的最大剪應力與抗剪強度的比值。松弛：就是

5、當應力不變時，應力隨時間增加而減小的現(xiàn)象。黃土濕陷性：黃土在一定壓力作用下受水浸濕后，結構迅速破壞而產生顯著附加沉陷的性能，稱為濕陷性。地基的應力：主要指巖土體本身重量產生的自重應力、構造應力和建筑物荷載對地基巖土作用而產生的附加應力。蠕變：就是當應力不變時，變形隨時間增加而增加的現(xiàn)象。工程地質比擬法：它主要是應用自然歷史分析法認識和了解已有斜坡的工程地質條件，并與將要研究的斜坡工程地質條件相對比；把已有斜坡的研究用到條件相似的新斜坡的研究或設計中去。彈性后效：就是加載或卸載時，彈性應變滯后于應力的現(xiàn)象?？颇棵Q：工程地質學第2頁共7頁圍巖抗力系數(shù)：迫使洞壁移動一個單位距離所需施加的力。圍巖壓

6、力：由于圍巖的變形與破壞而作用于支護或襯砌上的壓力。二、問答題（35分）1確定土體前期固結壓力的方法有哪些？并對卡薩格蘭德作圖法進行介紹說明。（4分）答:目前確定土的前期固結壓力的方法主要分為壓縮試驗和強度試驗兩大類（1分）。根據(jù)壓縮試驗結果，在半對數(shù)坐標紙上繪制e-Logp關系曲線，再用作圖法在曲線上找出相應于最小曲率半徑rmin的點0。過0點作切線OA及平行于橫坐標的直線0B，并作角A0B的角平分線0D。最后作e-logp曲線后段直線部分的延長線與0D線相交于C點。C點所對應的壓力即所求的前期固結壓力p。（2分）P（公斤/厘米）1分）2巖石應力應變有哪幾種類型？并簡要敘述其主要特性。（8分

7、）答：類型1：應力-應變近于直線特征，直至發(fā)生突然的爆發(fā)性破壞。（1分）類型2：應力-應變曲線開始為直線，但末端出現(xiàn)了非彈性屈服段。（1分）類型3：應力-應變曲線開始為上凹，而后為直線，末端沒有顯著的屈服段。（1分）類型4：是一種中部很陡的S型曲線。（1分）類型5：是具有高度壓縮性的S型曲線。（1分）類型6：應力-應變曲線開始部分為一很小的直線段，隨后就出現(xiàn)不斷增大的非彈性變形和連續(xù)蠕變。（1分）科目名稱：工程地質學第 頁共7頁1452分）巖石典型應力-應變曲線3解釋靜止土壓力，并對其產生條件、計算公式和應用于哪些方面進行說明。（6分）答：當擋土墻完全沒有側向位移、偏移和自身彎曲變形時，作用在

8、其上的土壓力即為靜止土壓力。（1分）靜止土壓力產生條件：擋土墻靜止不動，位移A=0,轉角為零。（1分）計算公式：P=K丫z（1分）00地下室外墻：通常地下室外墻，都有內隔墻支擋，墻位移與轉角為零，按靜止土壓力計算。（1分）巖基上的擋土墻：擋土墻與巖石地基牢固聯(lián)結，墻體不發(fā)生位移或轉動，按靜止土壓力計算。（1分）拱座：拱座不允許產生位移，故亦按靜止土壓力計算。（1分）庫區(qū)工程地質問題有哪些？并簡要說明其主要特征。（5分）答：1庫區(qū)滲漏，庫區(qū)滲漏包括暫時滲漏和永久滲漏。暫時滲漏僅發(fā)生在水庫蓄水的初期，為飽和庫水位以下巖土的孔隙、裂隙和洞穴而出現(xiàn)的水量損失。永久滲漏系庫水通過分水嶺向鄰谷或洼地，以及

9、經庫盆盤向遠處低洼排水區(qū)滲漏。（2分）2庫區(qū)塌岸，水庫蓄水后，引起庫岸工程地質條件變化，使原來斜坡破壞，稱為塌岸。（1分）3庫區(qū)浸沒，水庫蓄水后，庫區(qū)周圍地下水位上升。庫科目名稱：工程地質學第4頁共7頁水向外滲漏而引起的浸沒，多發(fā)生在水庫臨近低洼地帶和壩址下游地區(qū)，這種作用稱為滲漏浸沒。（1分）4庫區(qū)淤積，厚層疏松堆積物地區(qū)，特別在黃土地區(qū)修建水庫，水庫容易淤積。（1分）5風化作用改變巖體工程地質性質的實質表現(xiàn)在哪些方面？（4分）答：1破壞巖石中礦物顆粒之間的連接。（1分）2形成或加劇巖石的裂隙。（1分）3降低巖石裂隙面的粗糙程度。（1分）4分解巖石原有礦物而產生次生粘土礦物。（1分）6一般情

10、況下，洞室圍巖的變形與破壞按其發(fā)生的部位可分為哪幾種類型，并對各類型進行簡介敘述。（5分）答：室圍巖的變形與破壞按其發(fā)生的部位可分為頂圍（板）懸垂與坍落、側圍（壁）突出與滑塌、底圍（板）鼓脹于隆破；（2分）頂圍（板）懸垂與坍落：洞室開挖時，頂壁圍巖除瞬時完成的彈性變形外，還可由塑性變形及其他原因而繼續(xù)變形，使頂壁輪廓發(fā)生明顯改變。（1分）側圍（壁）突出與滑塌：洞室開挖時，側壁圍巖繼續(xù)變形使洞室輪廓會發(fā)生明顯突出而不產生破壞，這在鉛直層狀巖體中最為典型。進一步發(fā)展，由于側圍原有的和新生的結構面相互匯合、交截切割，構成一定大小、數(shù)量、形狀的分離體。（1分）底圍（板）鼓脹于隆破：洞室開挖時，常見有底

11、壁圍巖向上鼓脹。它在塑性、彈塑性、裂隙發(fā)育、具有適當結構面和開挖深度較大的圍巖中，表現(xiàn)得最充分，最明顯，但仍不失其完整性；但一般情況下，這種現(xiàn)象極不明顯，難以觀察。（1分）7在工程巖體范圍內，結構面按貫通情況可分為哪幾類，其主要特征是什么？（4分）答：按貫通情況可以分為非貫通性的，半貫通性的和貫通性的三種類型。（1分）非貫通性結構面：即結構面較短，不能貫通巖體或巖塊，但它的存在使巖體或巖塊強度降低，變形增大。（1分）科目名稱：工程地質學第5頁共7頁半貫通性結構面：結構面有一定長度，但尚不能貫通整個巖體或巖塊。（1分）貫通性結構面：結構面連續(xù)長度貫通整個巖體，是構成巖體、巖塊的邊界它對巖體有較大

12、的影響，破壞常受這種結構面控制。（1分）三、分析計算題（24分）某洞室圍巖質量較好，r=27KN/m3，埋深H=100m，洞的半徑r0=5m，折減后的內聚力和內摩擦角為c=0.05MPa,0=40.5。，求松動壓力。（匕=0.34,k2=1.125）（12分）答P0=27x100 x0.001=2.7MPa（3分）竹=空=54（3分）C0.05Pa=0.34x27x5x0.001-1.125x0.05=-0.011MPa（3分）這里計算出來的負值并不說明產生負的山巖壓力，而是說明巖體的凝聚力能夠克服巖體的重量。在這種情況下可認為沒有山巖壓力。（3分）已知某擋土墻，墻高為H為6.0m。墻背垂直，

13、墻后填土表面水平，填土的重度r=18.5KN/m3，內摩擦角=20。，土的內聚力c=19kPa。計算作用在此擋土墻上的靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力，并繪出土壓力分布圖。（tan35=0.7，tan55=1.43）（12分）解：（1）靜止土壓力取靜止土壓力系數(shù)K0=0.5TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark36 o Current Document P0=0.5rH2K0=0.5x18.5x62x0.5=166.5KN/m（1分）P0作用點位于下H=2.0m見圖a（1分）03（2）主動土壓力根據(jù)題意擋土墻墻背豎直、光滑，填土表面水平，符合朗肯土壓力理論的假設。Pa=0.5田2匕-2叫匚+2c2Y2x19218.5=0.5x18.5x62xtan2（35。）-2x19x6xtan2（350）+科目名稱：工程地質學=163.2-159.6+39=42.6KN/m（1分）臨界深度Z0=2匚=2x19=2.93m0rjk18.5x0.7*aP作用點距墻底（H-Z）=丄（6-2.93）=1.02m處，見圖ba303（3）被動土壓力（1分）（1分）墻頂處土壓力為:墻底處土壓力為:Pp=0.5田2Kp+2叫瓦p=丄x18.5x62xtan2（55o）+2x19x6xtan（55o）=679+