巖石力學(xué)考前練習(xí)題及答案

本文格式為Word版，下載可任意編輯——巖石力學(xué)考前練習(xí)題及答案1.自然界中的巖石按地質(zhì)成因分類可分為幾大類，各有什么特點(diǎn)？

依照成因分為：巖漿巖，沉積巖，變質(zhì)巖。

各自特點(diǎn)：巖漿巖尋常具有較高的力學(xué)強(qiáng)度和均質(zhì)性。

沉積巖具有層理構(gòu)造，沿不同的方向表現(xiàn)出不同的力學(xué)性能。變質(zhì)巖的物理力學(xué)性質(zhì)不僅與原巖的性質(zhì)有關(guān)，而且與變質(zhì)作用的性質(zhì)和變質(zhì)程度有關(guān)。

2.巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造有何區(qū)別？巖石顆粒間的聯(lián)結(jié)有哪幾種？

答：結(jié)構(gòu)是針對(duì)構(gòu)成巖石的微細(xì)粒子部分而言的，而巖石的構(gòu)造是指較大的部分，構(gòu)造比結(jié)構(gòu)使用更廣泛。

聯(lián)結(jié)有結(jié)晶聯(lián)結(jié)和膠結(jié)聯(lián)結(jié)。

3.巖石物理性質(zhì)的主要指標(biāo)及其表示方式是什么？

a重力密度（重度）：巖石單位體積（包括巖石中的孔隙體積）的重量。r=W/Vb質(zhì)量密度：巖石單位體積（包括巖石中的孔隙體積）的質(zhì)量。

c相對(duì)密度：巖石的干重量除以巖石的實(shí)體積（不包括巖石中的孔隙體積）所得的量與1個(gè)大氣壓下4C時(shí)的純水的重度的比值。Gs=Ws/VsRwd孔隙率：巖石試樣中孔隙體積與巖石試樣總體積的百分比。n=Vv/Ve孔隙比：孔隙的體積Vv與固體的體積Vs的比值。e=Vv/Vse=n/1-nf自然含水率：自然狀態(tài)下巖石中水的重量Ww與巖石烘干重量Ws比值的百分率。g吸水率：枯燥巖石試樣在一個(gè)大氣壓和室溫條件下吸入水的重量Ww與巖石干重量Ws之比的百分率

h飽水率：巖樣在強(qiáng)制狀態(tài)下，巖樣的最大吸入水的重量與巖樣的烘干重量的比值的百分率。

I飽水系數(shù)：巖石吸水率與飽水率比值的百分率。

J滲透性：在水壓力作用下，巖石的空隙和裂縫透過(guò)水的能力。k膨脹性：巖石浸水后體積增大的性質(zhì)。

l崩解性：巖石與水相互作用時(shí)失去黏結(jié)性并變成完全喪失強(qiáng)度的松散物質(zhì)的性能。

m軟化性：巖石與水相互作用時(shí)強(qiáng)度降低的特性。o抗凍性：巖石抗?fàn)巸鋈谄茐牡男阅堋?/p>

4.巖石破壞有哪些形式？對(duì)各種破壞的原因作出解釋。

答：脆性破壞：由于應(yīng)力條件下巖石中裂隙的產(chǎn)生和發(fā)展的結(jié)果。

塑性破壞：是在塑性滾動(dòng)狀態(tài)下發(fā)生的，這是由于組成物質(zhì)顆粒間相互滑移所致。

5.什么是巖石的全應(yīng)力－應(yīng)變曲線？什么是剛性試驗(yàn)機(jī)？為什么普通材料試

驗(yàn)機(jī)不能得出巖石的全應(yīng)力－應(yīng)變曲線？

答：在剛性試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行單軸壓力試驗(yàn)可以獲得完整的巖石應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線。分為四個(gè)區(qū)段：（1）在OA區(qū)段，曲線稍微向上彎曲；（2）在AB區(qū)段，很接近于直線；（3）在BC區(qū)段，曲線向下彎曲，直至C點(diǎn)的最大值；（4）下降段CD

剛性試驗(yàn)機(jī)：符合壓力機(jī)剛度大于試件剛度的壓力試驗(yàn)機(jī)。由于普通材料試驗(yàn)機(jī)剛度小于巖楊剛度。6.什么是巖石的彈性模量、變形模量和卸載模量。答：彈性模量：加載曲線直線段的斜率。

變形模量：在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上的任何點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)相連的割線的斜率。卸載模量：卸載曲線上該點(diǎn)的切線曲率。

7.在三軸壓力試驗(yàn)中巖石的力學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生哪些變化？（b1）b2>b3）答：(1)當(dāng)b2=b3時(shí)，隨圍壓的增大，巖石的塑性和巖石破壞時(shí)的強(qiáng)度、屈服極限同時(shí)增大；

（2）當(dāng)b3為常數(shù)時(shí)，隨著b3的增大，巖石的強(qiáng)度和屈服極限有所增大，而巖石的塑性卻減小了。

（3）當(dāng)b2為常數(shù)時(shí)，隨著b3的增大，巖石的強(qiáng)度和塑形有所增大，但其屈服極限并無(wú)變化。

8、巖石的抗剪強(qiáng)度與剪切面上正應(yīng)力有何關(guān)系？

答：定義：在剪切荷載作用下達(dá)到破壞前所能承受的最大剪應(yīng)力①直接剪切試驗(yàn)②楔形壓剪試驗(yàn)③三軸壓縮試驗(yàn)

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tanφ－巖石抗剪切內(nèi)摩擦系數(shù)；（φ－內(nèi)摩擦角）c－巖石的粘聚力

9、簡(jiǎn)要表達(dá)庫(kù)侖、莫爾和格里菲斯巖石強(qiáng)度準(zhǔn)則的基本原理及其之間的關(guān)系？答：

庫(kù)侖內(nèi)摩擦準(zhǔn)則：用б和τ代表單元體莫伊平面上的正應(yīng)力和剪切力，當(dāng)τ達(dá)到

時(shí)，該單元就會(huì)沿此平面發(fā)生剪切破壞

莫爾準(zhǔn)則：材料的強(qiáng)度是應(yīng)力的函在極限時(shí)滑動(dòng)面上的剪切應(yīng)力達(dá)到最大值τf，并取決于法向壓力和材料的特性?？杀硎緸?/p>

格里菲斯準(zhǔn)則：在脆性材料的內(nèi)部存在大量隨機(jī)分布的裂紋，在外力作用下，裂紋周邊、特別是裂紋尖端會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，其中有一個(gè)方向最有利于裂紋擴(kuò)展，當(dāng)超過(guò)材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，裂紋首先在該方向產(chǎn)生張拉擴(kuò)展。

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關(guān)系：（1）庫(kù)侖準(zhǔn)則是建立在試驗(yàn)基礎(chǔ)上的破壞判據(jù)。

（2）庫(kù)侖準(zhǔn)則和莫爾準(zhǔn)則都是以剪切破壞作為其物理機(jī)理，巖石破壞存

在大量的微破碎，這些破碎時(shí)張拉破壞而不是剪切破壞。（3）莫爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則適用于低圍壓的狀況

（4）只適用于脆性巖石的破壞，對(duì)于一般巖石材料，莫爾－庫(kù)侖準(zhǔn)則更

適用。

10、簡(jiǎn)述巖石在單軸壓力試驗(yàn)下的變形特征？答：1）原生微裂隙壓密階段（OA）

①σ1－ε1曲線，應(yīng)變率隨應(yīng)力增加而減?。虎谒苄宰冃危ㄗ冃尾豢苫謴?fù)）原因：微裂隙閉合（壓密）2）彈性變形階段（AB）①σ1－ε1曲線是直線；

②彈性模量，E為常數(shù)（變形可恢復(fù)）

原因：巖石固體部分變形，B點(diǎn)開(kāi)始屈服，B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的σB應(yīng)力為屈服極限，超過(guò)B點(diǎn)卸載有塑性變形。

3）彈塑性（非線性）變形階段（BC）①σ1－ε1曲線；

②有塑性變形產(chǎn)生，變形不可恢復(fù)；③應(yīng)變速率不斷增大。

原因：新裂紋產(chǎn)生，原生裂隙擴(kuò)展。4）破壞下降階段（CD）

①C點(diǎn)縱坐標(biāo)為單軸抗壓強(qiáng)度②D點(diǎn)為剩余強(qiáng)度

11.影響巖石力學(xué)特性的主要因素喲那些？如何影響?

答：（1）主要因素：a.巖石的礦物組成；b.巖石的結(jié)構(gòu)特性；c.巖石的構(gòu)造；d.溫度的作用；e.水的作用；f.風(fēng)化作用；g動(dòng)載（沖擊加載速度）的影響；

（2）如何影響：a.巖石受力后，假使其中強(qiáng)度較高的礦物在巖石中互補(bǔ)接觸，則應(yīng)力傳遞將

會(huì)受到中間低強(qiáng)度礦物的影響，巖石就不一定能顯示高的強(qiáng)度，只有當(dāng)?shù)V物分布均勻，高強(qiáng)度的礦物在巖石的結(jié)構(gòu)中形成穩(wěn)固的骨架時(shí)，才能起到提高巖石強(qiáng)度的作用；

b.巖石的結(jié)構(gòu)特征可以分為：結(jié)晶類、膠結(jié)物聯(lián)結(jié)的巖石。礦物晶體靠直接接觸產(chǎn)生的力穩(wěn)固的聯(lián)結(jié)在一起，結(jié)合力強(qiáng)。膠結(jié)聯(lián)結(jié)是礦物碎屑有膠結(jié)物聯(lián)結(jié)在一起，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性主要取決于膠結(jié)結(jié)物的成分和膠結(jié)形式，同時(shí)受碎屑成分的影響，變化很大；

c.主要是由巖石的各組成部分的空間分布及其相互間的排列關(guān)系決定的；d.研究說(shuō)明，在三軸應(yīng)力條件下，巖石的強(qiáng)度隨溫度的升高而增大，但是隨溫度的升高，不是所有的巖石塑型都會(huì)增大；

e.巖石被水飽和后會(huì)是巖石的強(qiáng)度降低；

f.促使巖石中原有的裂隙進(jìn)一步擴(kuò)大，并產(chǎn)生新的風(fēng)華裂隙，是礦物顆粒間的聯(lián)結(jié)松散，以及礦物顆粒沿節(jié)理面崩解，促使巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和整體遭到破壞，孔隙度增大，吸水性顯著增高，強(qiáng)度和穩(wěn)定性大為降低；

g.動(dòng)載荷的主要特點(diǎn)是它的作用速度快，在幾秒鐘內(nèi)施加載荷。巖石堆動(dòng)載的抗力要比靜載大得多。

12.什么叫巖石的流變、蠕變、松弛？答：（1）流變：假使外界的條件不變，巖石的應(yīng)力或應(yīng)變隨時(shí)間而變化，則稱巖石具有流變性。

（2）蠕變：巖石的蠕變就是指在應(yīng)力б不變的狀況下巖石變形（或應(yīng)變?）隨時(shí)間t而增長(zhǎng)的現(xiàn)象。

（3）松弛：在應(yīng)變保持恒定的狀況下，巖石的應(yīng)力隨時(shí)間而減少的現(xiàn)象。13.巖石蠕變一般包括哪幾個(gè)階段？各階段有何特點(diǎn)？

答:包括四個(gè)階段；第一階段：OA階段，有順時(shí)應(yīng)變?。；其次階段：應(yīng)變——時(shí)間曲線向下彎曲，在這個(gè)階段內(nèi)的蠕變叫作初期蠕變或暫時(shí)蠕變；第三階段：在該階段內(nèi)，曲線具有近似不變的斜率，這個(gè)簡(jiǎn)短的蠕稱為二次蠕變；第四階段：該階段成為加速蠕變或者第三期蠕變，這種蠕變導(dǎo)致迅速破壞。

14．不同受力條件下巖石流變具有哪些特征？包括：蠕變性（恒應(yīng)力下）、松弛性（應(yīng)變一定，應(yīng)力減少時(shí)）、彈性后效（卸載時(shí)）。

15.簡(jiǎn)要表達(dá)常見(jiàn)的幾種巖石流變模型及其特點(diǎn)（至少可以推導(dǎo)馬克斯維爾模型與凱爾文模型的蠕變方程）。

16.什么是巖石的長(zhǎng)期強(qiáng)度？它與巖石的瞬時(shí)強(qiáng)度有什么關(guān)系？巖石的長(zhǎng)期強(qiáng)度：巖石的強(qiáng)度隨外載荷作用時(shí)間的延長(zhǎng)而降低的，尋常把作用時(shí)間的強(qiáng)弱稱為巖石的長(zhǎng)期強(qiáng)度。

與瞬時(shí)強(qiáng)度的關(guān)系：對(duì)于大多數(shù)巖石，長(zhǎng)期強(qiáng)度與瞬時(shí)強(qiáng)度之比為（0.4~0.8），軟巖和中等穩(wěn)固巖石為0.4~0.6，穩(wěn)固巖石為0.7~0.8。17.結(jié)構(gòu)面按其成因?qū)こ７譃槟膸追N類型？

依照地質(zhì)成因不同：原生結(jié)構(gòu)面，構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，次生結(jié)構(gòu)面。原生結(jié)構(gòu)面：指在成巖過(guò)程中所形成的結(jié)構(gòu)面構(gòu)造結(jié)構(gòu)面：巖體受地殼運(yùn)動(dòng)作用形成的結(jié)構(gòu)面次生結(jié)構(gòu)面：巖體在外營(yíng)力作用下形成的結(jié)構(gòu)面

18.為什么結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)具有尺寸效應(yīng)？其尺寸效應(yīng)表達(dá)在哪幾個(gè)方面？表達(dá)在一下方面：1）隨著結(jié)構(gòu)面尺寸的增大，達(dá)到峰值強(qiáng)度的位移增大;2）隨著尺寸的增大，剪切破壞形式由脆性破壞向延性破壞轉(zhuǎn)變；3）尺寸加大，峰值剪脹角減??；4）隨結(jié)構(gòu)面粗糙度減小，尺寸效應(yīng)也減小。19.結(jié)構(gòu)面是如何影響巖體強(qiáng)度的？事實(shí)上，巖體的強(qiáng)度在很大程度上取決于結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度，這主要是由于結(jié)構(gòu)面的自然特征與力學(xué)性質(zhì)對(duì)裂隙巖體強(qiáng)敵具有控制影響。20.巖體強(qiáng)度的確定放法主要有哪些？

試驗(yàn)確定法、經(jīng)驗(yàn)估算法（準(zhǔn)巖體強(qiáng)度，經(jīng)驗(yàn)方程，Hoek-Brown）21.巖體與巖石的變形有何異同？

巖石的變形是指巖石在物理因素作用下形成和大小的變化。22.巖體的變形參數(shù)確定方法有哪些？

23.在巖體的變形試驗(yàn)中，承壓板法、鉆孔變形法和狹縫法各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？

承壓板法：優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)便、直觀，能較好地模擬建筑物基礎(chǔ)的受力狀態(tài)和變形特征。缺點(diǎn)是：

鉆孔變形法：優(yōu)點(diǎn)是：①對(duì)巖體擾動(dòng)小。②可以在地下水位以下和較深的部位進(jìn)行。③試驗(yàn)方向基本不受限制，且試驗(yàn)壓力可以達(dá)到很大。④在一次試驗(yàn)中可以同時(shí)