巖石力學(xué)與工程課后習(xí)題與思考解答

第一章巖石物理力學(xué)性質(zhì)3.常見(jiàn)巖石的結(jié)構(gòu)連接類(lèi)型有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？答：巖石中結(jié)構(gòu)連接的類(lèi)型主要有兩種，分別是結(jié)晶連接和膠結(jié)連接。結(jié)晶連接指礦物顆粒通過(guò)結(jié)晶相互嵌合在一起。這類(lèi)連接使晶體顆粒之間緊密接觸，故巖石強(qiáng)度一般較大，抗風(fēng)化能力強(qiáng)；膠結(jié)連接指巖石礦物顆粒與顆粒之間通過(guò)膠結(jié)物連接在一起，這種連接的巖石，其強(qiáng)度主要取決于膠結(jié)物及膠結(jié)類(lèi)型。7.巖石破壞有幾種形式？對(duì)各種破壞的原因作出解釋。答：巖石在單軸壓縮載荷作用下，破壞形式包含三種：X狀共軛面剪切破壞、單斜面剪切破壞和拉伸破壞。前兩類(lèi)破壞形式主要是因?yàn)檩S向主應(yīng)力因起破壞面的剪應(yīng)力超過(guò)巖石最大剪應(yīng)力而導(dǎo)致的破壞；后一類(lèi)破壞主要是因?yàn)檩S向主應(yīng)力引起破壞面橫向拉應(yīng)力超過(guò)巖石最大拉應(yīng)力而導(dǎo)致的破壞。9.什么是全應(yīng)力-應(yīng)變曲線，為什么普通材料試驗(yàn)機(jī)得不出全應(yīng)力-應(yīng)變曲線？答：能全面反映巖石受壓破壞過(guò)程中的應(yīng)力、應(yīng)變特征，特別是巖石破壞后的強(qiáng)度與力學(xué)性質(zhì)變化規(guī)律的應(yīng)力應(yīng)變曲線就叫全應(yīng)力-應(yīng)變曲線。普通試驗(yàn)機(jī)只能得出半程應(yīng)力-應(yīng)變曲線不能得出全應(yīng)力-應(yīng)變曲線的原因是由于試驗(yàn)機(jī)的剛性缺乏，在巖石壓縮過(guò)程中，試件受壓，試驗(yàn)機(jī)框架受拉，隨著巖樣不斷被壓縮，試驗(yàn)機(jī)發(fā)生的彈性變形以應(yīng)變能形式存于機(jī)器中，當(dāng)施加壓力超過(guò)巖石抗壓強(qiáng)度，試件破壞，此時(shí)，試驗(yàn)機(jī)迅速回彈，被存于試驗(yàn)機(jī)中的應(yīng)變能瞬間釋放到巖石試件中，引起巖石的劇烈破壞和崩解，因而造成無(wú)法獲得巖石在超過(guò)峰值破壞強(qiáng)度后受壓的應(yīng)力應(yīng)變曲線。10.如何根據(jù)全應(yīng)力-應(yīng)變曲線預(yù)測(cè)巖石的巖爆、流變和反復(fù)加、卸載作用下的破壞？答：〔1〕如以下圖示全應(yīng)力應(yīng)變曲線：左半部A的面積代表，到達(dá)峰值強(qiáng)度時(shí)，積累在試件內(nèi)部的應(yīng)變能，右半部B代表試件從破裂到破壞所消耗的能量。假設(shè)A＞B，說(shuō)明巖石破壞后尚余一局部能量，這局部能量突然釋放就會(huì)產(chǎn)生巖爆，假設(shè)A＜B，那么說(shuō)明應(yīng)變能在破壞過(guò)程中全部消耗掉，因而不會(huì)產(chǎn)生巖爆?！?〕在試件加載到一定程度，保持一定應(yīng)力水平不變，試件將發(fā)生蠕變，蠕變發(fā)生到一定程度，即應(yīng)變到達(dá)某一值，蠕變就停止，全應(yīng)力-應(yīng)變曲線預(yù)測(cè)蠕變可由下應(yīng)變-應(yīng)力曲線預(yù)測(cè)蠕變破壞圖示意：圖中，全應(yīng)力-應(yīng)變曲線及蠕變終止軌跡線由大量實(shí)驗(yàn)所得，〔1〕當(dāng)應(yīng)力在H點(diǎn)以下時(shí)，保持應(yīng)力不變，試件不會(huì)發(fā)生蠕變；〔2〕當(dāng)應(yīng)力在H至G點(diǎn)見(jiàn)時(shí)，保持應(yīng)力不變，試件發(fā)生蠕變，最終開(kāi)展到蠕變終止軌跡線，停止蠕變，試件不破壞，如EF；〔3〕當(dāng)應(yīng)力在G點(diǎn)以上時(shí)，保持應(yīng)力值不變，試件發(fā)生蠕變，蠕變應(yīng)變最終到達(dá)破壞段應(yīng)力應(yīng)變曲線破壞段，試件發(fā)生破壞，如AB,CD；〔4〕從C點(diǎn)開(kāi)始發(fā)生蠕變那么到D點(diǎn)發(fā)生破壞，假設(shè)從A點(diǎn)發(fā)生蠕變，那么到B點(diǎn)發(fā)生破壞，前者，蠕變時(shí)間較后者長(zhǎng)?！?〕全應(yīng)力-應(yīng)變曲線預(yù)測(cè)循環(huán)加載下巖石的破壞：由于巖石的非完全彈性〔或非線彈性〕，在循環(huán)荷載作用下，在應(yīng)力應(yīng)變圖中表現(xiàn)出假設(shè)干的滯回環(huán)，并不斷向破壞段應(yīng)力-應(yīng)變曲線靠近，在循環(huán)荷載加載到一定程度，巖石將發(fā)生疲勞破壞，通過(guò)全應(yīng)力-應(yīng)變圖可看出，高應(yīng)力狀態(tài)下加載循環(huán)荷載，巖石在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生破壞，在低應(yīng)力狀態(tài)下加載循環(huán)荷載那么需要較長(zhǎng)時(shí)間才發(fā)生破壞。11.在三軸壓縮試驗(yàn)條件下，巖石的力學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生哪些變化？答：三軸壓縮試驗(yàn)條件下，巖石的抗壓強(qiáng)度顯著增大；巖石的變形顯著增大；巖石的彈性極限顯著增大；巖石的應(yīng)力-應(yīng)變曲線形態(tài)發(fā)生明顯變化，說(shuō)明巖石由彈性向彈塑性變化。14.簡(jiǎn)述巖石在單軸壓縮條件下的變形特征。答：?jiǎn)屋S壓縮條件下巖石變形特征分四個(gè)階段：〔1〕空隙裂隙壓密階段〔0A段〕：試件中原有張開(kāi)結(jié)構(gòu)面或微裂隙逐漸閉合，巖石被壓密，試件橫向膨脹較小，體積隨載荷增大而減小?！?〕彈性變形至微彈性裂隙穩(wěn)定開(kāi)展階段〔AC段〕：巖石發(fā)生彈性形變，隨著載荷加大巖石發(fā)生軸向壓縮，橫向膨脹，總體積縮小?！?〕非穩(wěn)定破裂開(kāi)展階段〔CD段〕：微破裂發(fā)生質(zhì)的變化，破裂不斷開(kāi)展直至試件完全破壞，體積由壓縮轉(zhuǎn)為擴(kuò)容，軸向應(yīng)變和體積應(yīng)變速率迅速增大?！?〕破裂后階段〔D點(diǎn)以后〕：巖塊承載力到達(dá)峰值強(qiáng)度后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，試件保持整體狀，隨著繼續(xù)施壓，裂隙快速開(kāi)展，出現(xiàn)宏觀斷裂面，此后表現(xiàn)為宏觀斷裂面的塊體滑移。第三章地應(yīng)力及其測(cè)量3.簡(jiǎn)述地殼淺部地應(yīng)力分布的根本規(guī)例。答：(1)三向不等壓，應(yīng)力分布是時(shí)間和空間的函數(shù)；〔2〕實(shí)測(cè)垂直應(yīng)力根本等于上覆巖層重量〔3〕淺層地殼中，實(shí)測(cè)水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力；〔4〕平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力比值相當(dāng)分散，隨深度增加比值減?。弧?〕最大水平應(yīng)力與最小水平應(yīng)力比值隨深度增加呈線性增長(zhǎng)；〔6〕最大水平應(yīng)力與最小水平應(yīng)力比值相差較大，顯示出很強(qiáng)的方向性；〔7〕地應(yīng)力分布規(guī)例受地形和斷層影響較大。4.地應(yīng)力測(cè)量方法分哪兩類(lèi)？?jī)深?lèi)的主要區(qū)別在哪里？每類(lèi)包括哪些測(cè)量技術(shù)？答：依據(jù)測(cè)量根本原理不同分為直接測(cè)量法和間接測(cè)量法。直接測(cè)量法是由儀器直接測(cè)量和記錄各種應(yīng)力量；間接測(cè)量法借助某些傳感元件或某些介質(zhì)，測(cè)量和記錄巖體中某些與應(yīng)力有關(guān)的物理量的變化，以此通過(guò)有關(guān)公式計(jì)算巖體中的應(yīng)力值。直接測(cè)量法測(cè)量技術(shù)包括：扁千斤頂法、水力致裂法、剛性包體應(yīng)力計(jì)法和聲發(fā)射法；間接測(cè)量方法包括：全應(yīng)力解除法〔套孔解除法〕、局部應(yīng)力解除法〔平行鉆孔法和中心鉆孔法〕、松弛應(yīng)變測(cè)量法、孔壁崩落測(cè)量法和地球物理探測(cè)法〔聲波觀察法和超聲波譜法〕等，涉及測(cè)量技術(shù)包括：孔徑變形測(cè)量技術(shù)、孔底變形測(cè)量技術(shù)、孔壁應(yīng)變測(cè)量技術(shù)、空心包體應(yīng)變測(cè)量技術(shù)、實(shí)心包體應(yīng)變測(cè)量技術(shù)和環(huán)境溫度的影響及其完全溫度補(bǔ)償技術(shù)。5.簡(jiǎn)述水壓致裂法的根本測(cè)量原理。答：彈性力學(xué)原理知當(dāng)一無(wú)限體中的鉆孔受到無(wú)窮遠(yuǎn)處二維應(yīng)力場(chǎng)〔σ1，σ2〕的作用，離開(kāi)鉆孔端部一定距離部位處于平面應(yīng)力狀態(tài)：σθ=σ1+σ2－2〔σ1－σ2〕cos2θσr=0其中，σθ，σr分別為鉆孔周邊的切向應(yīng)力和徑向應(yīng)力；θ為周邊一點(diǎn)與σ1軸的夾角，當(dāng)θ=0時(shí)，σθ取最小值，此時(shí)σθ=3σ2－σ1。采用水壓致裂裝置將鉆孔中某段隔離起來(lái)，并向隔離段注射高壓水，當(dāng)水壓超過(guò)3σ2－σ1和巖石的抗拉強(qiáng)度T之后，巖石在θ=0處發(fā)生開(kāi)裂，開(kāi)裂時(shí)水壓為Pi=3σ2－σ1+T，繼續(xù)增加水壓至裂隙深度達(dá)3倍鉆孔直徑，保持壓力穩(wěn)定，測(cè)得此穩(wěn)定壓力Ps=σ2，利用上述公式，在測(cè)算出巖石抗拉強(qiáng)度T后，就能計(jì)算出原巖應(yīng)力σ1和σ2。巖石存在裂隙水壓P0時(shí)Pi=3σ2－σ1+T－P0；假設(shè)在開(kāi)裂鉆孔中再次注入高壓水，使致裂裂隙張開(kāi)，保持壓力穩(wěn)定，此時(shí)測(cè)得裂隙重開(kāi)壓力Pr=3σ2－σ1－P0，結(jié)合Ps=σ2就能避開(kāi)再次測(cè)算T而直接計(jì)算出σ1，σ2，到達(dá)試驗(yàn)?zāi)康摹?.簡(jiǎn)述水壓致裂法的主要測(cè)量步驟。答：〔1〕打鉆孔到準(zhǔn)備測(cè)量應(yīng)力的部位，并將鉆孔中待加壓段用隔離器隔離取來(lái)；〔2〕向隔離段鉆孔內(nèi)注入高壓水，不斷加大水壓，至孔壁出現(xiàn)裂隙，記錄初始開(kāi)裂水壓Pi；〔3〕繼續(xù)施加水壓，至裂隙深度到達(dá)3倍鉆孔直徑，關(guān)閉高壓水系統(tǒng)，保持水壓很定，并記錄次關(guān)閉水壓Ps，然后卸壓使裂隙閉合；〔4〕重新向密閉段注射高壓水，是裂隙重新翻開(kāi)，并記錄裂隙重開(kāi)時(shí)的壓力Pr和隨后的關(guān)閉水壓Ps；〔5〕重復(fù)上述步驟2-3次，以提高測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；卸壓，退出裝置，完成實(shí)驗(yàn)。7.對(duì)水壓致裂法的主要優(yōu)缺點(diǎn)作出評(píng)價(jià)。答：水壓致裂法認(rèn)為初始開(kāi)裂發(fā)生在鉆孔壁切向應(yīng)力最小的部位，亦即平行于最大主應(yīng)力方向，這是基于巖石為連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的假設(shè)。如果孔壁本身存在天然節(jié)理裂隙，那么初始裂隙可能發(fā)生在這些部位，而并非切向最小應(yīng)力處，因而水壓致裂法較為實(shí)用于完整的脆性巖石中。水壓致裂法的突出優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量深部應(yīng)力，另外水壓致裂法在工程應(yīng)用中相比其它測(cè)量方法經(jīng)濟(jì)本錢(qián)低，測(cè)量精度相對(duì)可靠。9.簡(jiǎn)述套孔應(yīng)力解除法的根本測(cè)量原理和主要測(cè)量步驟。答：套孔應(yīng)力解除法是一種全應(yīng)力解除法，通過(guò)監(jiān)測(cè)測(cè)量巖體在應(yīng)力解除過(guò)程中引起的變形〔孔徑變形、孔壁變形、孔底變形〕，進(jìn)而計(jì)算原巖應(yīng)力場(chǎng)大小及其分布情況。主要測(cè)量步驟有：〔1〕從巖開(kāi)挖體外表〔巷道、隧道、硐室及其它開(kāi)挖體等〕向巖體內(nèi)部打大孔?？讖揭话?30-150mm，孔深一般為開(kāi)挖跨度的2.5倍，形成大孔之后磨平孔底并在孔底打出同心錐形孔，以利進(jìn)一步鉆同心小孔；〔2〕完成上述工作，從大孔孔底打同心小孔，供安裝探頭用。孔徑一般16-38mm，孔深為孔徑的10倍左右，并清洗小孔。〔3〕用專(zhuān)用裝置將測(cè)量探頭，如孔徑變形計(jì)、孔壁應(yīng)變計(jì)等安裝到小孔中部?！?〕用打大孔的薄壁鉆頭繼續(xù)延伸大孔，使小孔周?chē)鷰r芯實(shí)心應(yīng)力解除，并通過(guò)測(cè)量裝置記錄小孔變形情況；〔5〕取出巖芯測(cè)量巖芯的E，μ等物理力學(xué)參數(shù)，撤出實(shí)驗(yàn)裝置，根據(jù)理論公式計(jì)算原巖應(yīng)力值。13.簡(jiǎn)述孔壁應(yīng)變計(jì)的根本工作原理。答：通過(guò)應(yīng)力解除測(cè)量鉆孔壁外表應(yīng)變，進(jìn)而計(jì)算出鉆孔外表應(yīng)力，利用彈性力學(xué)原理，一個(gè)無(wú)限體中的鉆孔外表的應(yīng)力分布狀態(tài)可以通過(guò)周?chē)鷰r體中應(yīng)力狀態(tài)給出精確解，因此，通過(guò)鉆孔外表應(yīng)力狀態(tài)可反算出周?chē)鷰r體應(yīng)力狀態(tài)。18.實(shí)心包體應(yīng)變計(jì)與剛性包體應(yīng)變計(jì)的主要區(qū)別是什么？答：實(shí)心應(yīng)變計(jì)采用彈性材料環(huán)氧樹(shù)脂，其剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于巖芯剛度，不影響應(yīng)力解除過(guò)程中，巖芯的變形，因而是測(cè)量應(yīng)變，通過(guò)彈性理論知識(shí)計(jì)算應(yīng)力；剛性包體那么采用剛度較巖芯剛度高的材料，使巖芯在應(yīng)力解除過(guò)程中，不發(fā)生形變，因而是直接測(cè)量應(yīng)力。第四章巖石本構(gòu)關(guān)系和強(qiáng)度理論2.什么是巖石的本構(gòu)關(guān)系？巖石的本構(gòu)關(guān)系一般有幾種類(lèi)型？答：巖石的本構(gòu)關(guān)系指巖石的應(yīng)力或應(yīng)力速率與其應(yīng)變或應(yīng)變速率的關(guān)系。根據(jù)巖石變形性質(zhì)，巖石的本構(gòu)關(guān)系可分為巖石彈性本構(gòu)關(guān)系和巖石塑性本構(gòu)關(guān)系，統(tǒng)稱(chēng)為彈塑性本構(gòu)關(guān)系；巖石彈性本構(gòu)關(guān)系根據(jù)巖石變形是否成線性分為線性彈性本構(gòu)關(guān)系和非線性彈性本構(gòu)關(guān)系；巖石材料一般表現(xiàn)為既有彈性又有塑性，是彈塑性體，因而根據(jù)巖石是否各向同性又分為各向同性彈塑性本構(gòu)關(guān)系和非各向同性彈塑性本構(gòu)關(guān)系。3.什么是巖石的強(qiáng)度？巖石的破壞一般有幾種類(lèi)型？答：巖石強(qiáng)度時(shí)指巖石提抗破壞的能力。巖石破壞的形式主要由斷裂破壞〔應(yīng)力到達(dá)強(qiáng)度極限〕和流動(dòng)破壞(應(yīng)力到達(dá)屈服極限)。6.使用莫爾應(yīng)力圓畫(huà)出：〔1〕單向拉伸；〔2〕純剪切；〔3〕單向壓縮；〔4〕雙向拉伸；〔5〕雙向壓縮。答：如以下圖示：13.什么是蠕變、松弛、彈性后效和流變？答：蠕變是當(dāng)應(yīng)力不變時(shí)，變形隨時(shí)間增加而增長(zhǎng)的現(xiàn)象；松弛是當(dāng)應(yīng)變不變時(shí)，應(yīng)力隨時(shí)間增加而減小的現(xiàn)象；彈性后效是加載或卸載時(shí)，彈性應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象；流變是指材料變形過(guò)程中具有時(shí)間效應(yīng)的現(xiàn)象。14.蠕變一般包括哪幾個(gè)階段？每個(gè)階段的特點(diǎn)是什么？答：蠕變過(guò)程可分為三個(gè)階段：第一蠕變階段：應(yīng)變速率隨時(shí)間增加而減小，稱(chēng)為減少蠕變階段或初始蠕變階段；第二蠕變階段：應(yīng)變速率保持不變，稱(chēng)等速蠕變階段；第三蠕變階段：應(yīng)變速率迅速增加直到巖石破壞，承加速蠕變階段。19.何為巖石長(zhǎng)期強(qiáng)度，它與瞬時(shí)強(qiáng)度一般有什么樣的關(guān)系？答：巖石的強(qiáng)度時(shí)隨外載作用時(shí)間的延長(zhǎng)而降低的，通常把作用時(shí)間t→∞的強(qiáng)度稱(chēng)為掩飾的長(zhǎng)期強(qiáng)度；巖石的長(zhǎng)期強(qiáng)度一般小于巖石的瞬時(shí)強(qiáng)度，其比值一般介于0.4與0.8之間。22.某均質(zhì)巖石的強(qiáng)度曲線為：τ=σtanφ+c，其中c=40MPa，φ=30°。試求在側(cè)向圍巖應(yīng)力σ3=20MPa的條件下，巖石的極限抗壓強(qiáng)度。并求出破壞面的方位。答：==198.56(Mpa)破斷角23.將一個(gè)巖石試件進(jìn)行單軸試驗(yàn)，當(dāng)其壓應(yīng)力到達(dá)27.6MPa時(shí)及發(fā)生破壞，破壞面與最大主應(yīng)力面得夾角為60°，假設(shè)抗剪強(qiáng)度隨正應(yīng)力呈線性變化，試計(jì)算：〔1〕在正應(yīng)力等于零的那個(gè)平面上的抗剪強(qiáng)度；〔2〕在上述實(shí)驗(yàn)中與最大主應(yīng)力面的夾角為30°的那個(gè)平面上的抗剪強(qiáng)度；〔3〕內(nèi)摩擦角；〔4〕破壞面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力答：得,巖石進(jìn)行單軸壓縮，所以，當(dāng)時(shí),巖石破壞,那么27.6=得出:C=7.97(Mpa)〔1〕莫爾圓上任意一點(diǎn)的正應(yīng)力為剪應(yīng)力為由庫(kù)侖準(zhǔn)那么可知，當(dāng)=0時(shí),即在莫爾圓上的圓點(diǎn)，即和，所以,剪切強(qiáng)度S：==7.97(Mpa)與最大主應(yīng)力面的夾角為300時(shí)，即該面上為正應(yīng)力，剪應(yīng)力為，剪切強(qiáng)度S.==20.7〔Mpa〕=20.7=19.92(Mpa)得巖石內(nèi)摩擦角〔4〕破壞面為所以,==6.9(Mpa)==11.95(Mpa)24.將巖石試件進(jìn)行一序列單軸試驗(yàn)，求得抗壓強(qiáng)度的平均值0.23MPa，將同樣的巖石在0.59MPa的圍壓下進(jìn)行一序列的三軸試驗(yàn)，求的主應(yīng)力的平均值為2.24MPa。請(qǐng)你在Mohr圖上繪出代表這兩種試驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)力圓，確定其內(nèi)摩擦角和粘結(jié)力。答：，當(dāng)時(shí)Mohr應(yīng)力圓:上式可求出C和值.2.24=2.01=tg=tg0.59tg=3.407得,61.50由=(Mpa)第六章巖石地下工程1.設(shè)一圓形巖石隧道，R0=3m，γ=2.5kN·m－3，Z=400m。求彈性應(yīng)力分布情況，并指出最大應(yīng)力及確定σθ=1.1γZ、1.15γZ時(shí)的影響半徑。答：R0=3m重力應(yīng)力：P0=γZ=2500×400=10〔MPa〕當(dāng)圍壓p=P0時(shí)，在圓巷圍巖周?chē)膹较驊?yīng)力σr和切向應(yīng)力σθ為當(dāng)R=R0時(shí)，得出σθ=2P0=20Mpa，為最大切應(yīng)力；當(dāng)σθ=1.10γZ時(shí)，得出R1=10×R02=900.5,那么R1≈9.5〔m〕；當(dāng)σθ=1.15γZ時(shí)，得出R2=6.7×R02=600.5,那么R2≈7.7〔m〕；也及最大應(yīng)力為σθ=20Mpa，影響半徑分別為9.55m和7.7m。2.通過(guò)〔6-6〕式求吉爾西解。設(shè)豎向原巖應(yīng)力為P0，水平應(yīng)力為λP0，通過(guò)吉爾西解，求出深部半徑為R0的圓形地下隧道彈性應(yīng)力，并畫(huà)出λ=0，λ=1/3，時(shí)θ=0°，90°面上的彈性應(yīng)力分布。答：對(duì)于深埋圓巷，受對(duì)稱(chēng)荷載p0的圍壓，視為彈性體，由下述方程及條件：〔平衡方程〕〔幾何方程〕〔本構(gòu)方程－平面應(yīng)變〕r=R0，σr=0；r→無(wú)窮，σr=p0(邊界條件)上訴條件解得：上述σr，σθ及為軸對(duì)稱(chēng)圍壓P0條件下的應(yīng)力解，考慮在圍壓豎向P0，水平λP0條件下，做如下分解：p0=p+p’λp0=p－p’分為兩局部第一局部p和第二局部p’，第一局部解答如上σr，σθ，對(duì)第二局部解答，分別代入邊界條件:內(nèi)邊界：r=R0，σr=τrθ=0；r→無(wú)窮，σr=p0(邊界條件)外邊界：r→無(wú)窮σr=－p’cos2θτrθ=p’sin2θ用同樣方法解得應(yīng)力解為：從而得總應(yīng)力解〔基爾希解推廣〕：當(dāng)=0，,r=時(shí)，=0，=3P0，τrθ=0；當(dāng)=0，,r=時(shí)，=0，=－P0，τrθ=0；當(dāng)=，,r=時(shí)，=0，=3P0，τrθ=0；當(dāng)=，,r=時(shí)，=0，=0，τrθ=0；3.在庫(kù)倫－莫爾強(qiáng)度曲線上畫(huà)出軸對(duì)稱(chēng)圓巷彈塑性應(yīng)力問(wèn)題的幾個(gè)不同位置的應(yīng)力圓圖：巷道周邊、塑性區(qū)中任一點(diǎn)、彈性塑性面、彈性區(qū)一點(diǎn)、原巖區(qū)一點(diǎn)。設(shè)支護(hù)反力有P1=0，P1=p的兩種情況。答：分析如下〔1〕p1=0時(shí)巷道周邊：r=R0時(shí)σr=0，σθ=σc塑性區(qū)一點(diǎn)：R0≤r＜Rp時(shí)，彈、塑性區(qū)一點(diǎn)：令上述公式r=RP即得彈性區(qū)一點(diǎn)：Rp＜r＜r→∞時(shí)，原巖區(qū)一點(diǎn)：r→∞時(shí),上述公式知==p0(2)p1=p時(shí)巷道周邊：r=R0時(shí)σr=p1，σθ=p1+σc塑性區(qū)一點(diǎn)：R0＜r＜Rp時(shí)，彈、塑性區(qū)一點(diǎn)：令上述公式r=RP即得彈性區(qū)一點(diǎn)：Rp＜r＜r→∞時(shí)，原巖區(qū)一點(diǎn)：r→∞時(shí),上述公式知==p04.設(shè)有地下隧道如題6圖，試用你掌握的所有方法，確定其頂板、側(cè)幫壓力，并進(jìn)行比擬。答：題設(shè)矩形巷道斷面尺寸2a×H頂壓計(jì)算〔兩幫不穩(wěn)定〕：〔1〕普式地下學(xué)說(shuō)平安拱高b1=a1/fd=式中普氏鞏固系數(shù)fd=σc/10=那么近似頂壓集度qd=γdb1〔γd：上覆巖層容重〕巷道頂部壓力Qd=2aqd=2ab1γd〔2〕大沙基地壓學(xué)說(shuō)頂壓集度qd=〔λ為側(cè)應(yīng)力系數(shù)，Z巷道埋深〕那么頂壓Qd=2aqd=2a或簡(jiǎn)化為Qd〔3〕近代彈塑性理論頂壓系數(shù)qd=γ〔Rp-H/2〕式中那么頂壓Qd=2aqd側(cè)幫壓力計(jì)算：側(cè)幫壓力按滑動(dòng)土體上均布荷載q=qd計(jì)算：p1總測(cè)壓Q5.設(shè)題6圖AB，BC，CD，DA，AC，BD可以通過(guò)收斂計(jì)測(cè)獲得，求AO，BO，CO，DO。說(shuō)明通過(guò)比擬兩次測(cè)定計(jì)算量是巖壁什么樣的變形量，哪些因素會(huì)影響它與實(shí)際變形量的誤差？答：是巖石巷道的收斂變形量；巷道圍巖內(nèi)部的移動(dòng)會(huì)引起測(cè)量誤差。6.設(shè)計(jì)一種采用多點(diǎn)位移計(jì)和收斂計(jì)的測(cè)量方法，可以判斷巷道收斂位移的測(cè)量結(jié)果是否絕對(duì)位移。ACBDo多點(diǎn)位移計(jì)多點(diǎn)位移計(jì)多點(diǎn)位移計(jì)答：向圍巖內(nèi)部打孔安裝多點(diǎn)位移計(jì)〔穿過(guò)圍巖松動(dòng)圈〕，測(cè)量圍巖內(nèi)部的移動(dòng)情況，通過(guò)觀察多點(diǎn)位移計(jì)是否測(cè)出圍巖有整體性移動(dòng)結(jié)合收斂變形計(jì)測(cè)量數(shù)值可以判斷收斂位移是否是絕對(duì)位移，假設(shè)未測(cè)出巖石內(nèi)部發(fā)生移動(dòng)變形，ACBDo多點(diǎn)位移計(jì)多點(diǎn)位移計(jì)多點(diǎn)位移計(jì)第七章巖石邊坡工程1.分析邊坡工程對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的影響作用。答：對(duì)露天礦山、鐵路、公路、水利等國(guó)民經(jīng)濟(jì)根底建設(shè)在生產(chǎn)效益、平安效益、經(jīng)濟(jì)效益等方面有直接影響。2.邊坡的分類(lèi)有哪些？答：分自然邊坡和人工邊坡。3.分析邊坡失穩(wěn)與破壞的根本類(lèi)型及其力學(xué)成因。答：按其破壞方式主要分為崩塌和滑坡兩種?！?〕崩塌：是指塊狀巖體與巖坡別離向前翻落而下。崩塌一般以邊坡外表的破壞現(xiàn)象表達(dá)?！?〕滑坡：是指巖體在自重力作用下，沿坡內(nèi)軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的整體滑動(dòng)。一般以深層破壞表達(dá)出來(lái)。1.平面剪切滑動(dòng)：塊體沿著平面滑移。常發(fā)生在由軟弱夾層或裂隙的坡面。2.旋轉(zhuǎn)剪切滑動(dòng)：滑動(dòng)面通常為弧形狀，巖體沿此弧形狀滑移。通常為均質(zhì)泥巖或頁(yè)巖等巖層?！?〕滑塌：邊坡松散巖土的坡角大于它的內(nèi)摩擦角時(shí)，因表層蠕動(dòng)進(jìn)一步開(kāi)展，使它沿著剪切變形帶順坡滑移、滾動(dòng)與坐塌，從而到達(dá)穩(wěn)定坡腳的斜坡破壞過(guò)程，稱(chēng)為滑塌。〔4〕巖塊流動(dòng)：常發(fā)生在均質(zhì)硬巖中，巖石在到達(dá)其峰值強(qiáng)度時(shí)，巖體發(fā)生破壞。而使巖體全面崩塌的情況?！?〕巖層曲折：當(dāng)巖層成層狀沿坡面分布時(shí)，由于巖層本身的重力作用，或由于裂隙水的冰脹作用，增加了巖層之間的張拉應(yīng)力，使坡面巖層曲折。4.分析影響邊坡失穩(wěn)的主要因素。答：〔1〕存在于邊坡中的各種形式的結(jié)構(gòu)面是邊坡變形與破壞的首要條件；〔2〕斜坡外形引起的坡體應(yīng)力分布，導(dǎo)致坡體的變形與破壞；〔3〕坡體巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)；〔4〕坡體直接受到的外力作用。5.土體與巖體的區(qū)別何在？答：土體與巖體的結(jié)構(gòu)不同，從而它們的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)以至力學(xué)特性差異顯著。6.為何許多滑坡在雨季？答：雨季降雨侵入坡體之中，使邊坡體巖土體的力學(xué)強(qiáng)度降低，其抗滑力降低；同時(shí)，由于裂隙水壓加大了滑體上的下滑力，使滑體更容易發(fā)生滑坡。7.哪些因素對(duì)節(jié)理的抗剪強(qiáng)度有影響？答：可由以下公式給出：其中s：結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，σ:作用在滑動(dòng)面上的正應(yīng)力，c’：節(jié)理面上的有效內(nèi)聚力，φ’：滑動(dòng)面上有效內(nèi)摩擦角，u：滑動(dòng)面空隙水壓。因此其抗剪強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)面本身的物理力學(xué)性質(zhì)及滑動(dòng)面含水情況有關(guān)。8.邊坡坍塌為何有不同模式？它們能預(yù)測(cè)嗎？答：邊坡坍塌的模式不同主要因?yàn)椴煌吰缕滟x存環(huán)境、受力情況、邊坡巖體結(jié)構(gòu)和邊坡巖體力學(xué)性質(zhì)不同，其破壞模式可以根據(jù)節(jié)理裂隙或巖土性質(zhì)及外力作用條件進(jìn)行粗略預(yù)測(cè)。9.監(jiān)測(cè)邊坡有何意義？答：發(fā)現(xiàn)隱患，消除危害，有效而經(jīng)濟(jì)地采取整治滑坡的措施，保證各種邊坡工程的正常使用。10.預(yù)報(bào)滑坡有無(wú)可能？如何才能作出預(yù)報(bào)？答：可能。監(jiān)測(cè)邊坡的變化情況并分析相關(guān)資料。監(jiān)測(cè)方法有：(1)地面位移觀測(cè)法—建網(wǎng)觀測(cè)〔由設(shè)置在滑坡體內(nèi)及其周?chē)€(wěn)定區(qū)地表的各個(gè)位移觀測(cè)點(diǎn)〔樁〕，以及設(shè)置在滑坡體外穩(wěn)定區(qū)地面的置鏡樁等的觀測(cè)系統(tǒng)〕(2)地表裂縫簡(jiǎn)易觀測(cè)法。(3)建筑物裂縫簡(jiǎn)易觀測(cè)法(4)地面傾斜變化觀測(cè)(5)滑坡深部位移觀測(cè)(6)滑動(dòng)面位置的測(cè)定(7)滑坡滑動(dòng)力〔推力〕觀測(cè)上述方法根據(jù)實(shí)際情況采取一種或多種方法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確檢測(cè)，并作如下工作：〔1〕繪制滑坡位移圖，確定主軸方向；〔2〕確定滑坡周界；〔3〕確定滑坡各局部變形的速度；〔4〕確定滑坡受力的性質(zhì)；〔5〕判斷滑坡面的形狀；〔6〕確定滑坡移動(dòng)與時(shí)間的關(guān)系；〔7〕繪制滑坡移動(dòng)的平面圖和縱斷面圖；〔8〕確定地表的下沉或上升；〔9〕估計(jì)滑體厚度；〔10〕滑坡平衡計(jì)算。11.有哪些可供選擇的方案可以用來(lái)處理病坡？應(yīng)如何篩選這些方案并作出最終方案抉擇？答：整治原那么：〔1〕預(yù)防為主，治理為輔?！?〕在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件允許的條件下，避開(kāi)滑坡地段；〔3〕對(duì)大中型復(fù)雜的滑坡應(yīng)采取一次性根治與分期整治相結(jié)合的原那么；〔4〕針對(duì)病因綜合治理，治早治??；〔5〕因地制宜，推廣先進(jìn)技術(shù)，注意施工方法；〔6〕對(duì)危機(jī)斜坡的各種建筑物采取措施，防止滑坡；〔7〕全面規(guī)劃，選擇最正確整治方案。整治措施：〔1〕消除或減小地表水或地下水的作用；〔2〕恢復(fù)山體平衡條件；〔3〕改善滑動(dòng)帶或滑動(dòng)體土壤性質(zhì)。為此，采取以下手段：避——工程或建筑物等避開(kāi)滑坡的影響；排——排水導(dǎo)流，采用多種形式的截水溝、排水溝、急流槽來(lái)攔截和排引地表水。擋——抗滑支擋，在滑坡舌部或中前部修筑各種抗滑擋墻，在滑坡體其他不同部位修筑各種多級(jí)擋墻，減——減重反壓，把滑坡體上部主滑和牽引地段的土石方挖去，填在滑坡下部的抗滑地段，反壓阻滑。固——利用物理化學(xué)方法加固，以土層固化改變滑動(dòng)帶的土石性質(zhì)，提高它的強(qiáng)度。如采用陪燒法、電滲排水法、水泥灌漿法、鉆孔爆破法等。植——植樹(shù)造林，防止滑體、岸坡沖刷，穩(wěn)定滑坡。第八章巖石地基工程1.巖石地基與土質(zhì)地基相比有哪些特點(diǎn)？主要表現(xiàn)在那些方面？答：較土質(zhì)地基巖石地基一般具有較高的抗壓、抗剪強(qiáng)度及更大的變形模量，主要表現(xiàn)在高承載力和低壓縮性兩方面。2.某建筑場(chǎng)地巖石出露，為紫紅色泥巖，現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)測(cè)得三個(gè)測(cè)點(diǎn)的巖石極限荷載為Pu=3.24、2.52、2.16MPa〔取K=4〕，在同一巖層中〔中風(fēng)化〕取樣，測(cè)得其飽和單軸抗壓強(qiáng)度為fr=3.6、4.7、5.8、6.2、4.5和8.1MPa(取ψ=0.20)。根底寬度b=4.0m、埋深d=1.0m，試求該巖基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值fk和設(shè)計(jì)值f。答：利用公式其中frk:飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；Urk:試件抗壓強(qiáng)度的平均值σrk:試件抗壓強(qiáng)度值的標(biāo)準(zhǔn)差得標(biāo)準(zhǔn)值fk=得設(shè)計(jì)值frk=fk×ψ=3.某砌體結(jié)構(gòu)工程，墻下采用直徑為300mm的鉆孔灌注樁，樁身通長(zhǎng)配筋6φ22，箍筋φ6@100，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，單樁極限承載能力設(shè)計(jì)值為1000kN，樁體穿越地層情況如圖，粘土層、粉質(zhì)粘土層的樁側(cè)土極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值分別為25kPa、60kPa，巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為8.9MPa，試確定樁體嵌巖深度，并驗(yàn)算樁身樁身是否滿足其承載要求。答：4.巖土組合地基有哪幾種類(lèi)型？哪一類(lèi)地基的變形最不利，為什么？答：5.復(fù)雜地質(zhì)條件巖石地基工程處理措施有哪些？各種工程處理方式有哪些技術(shù)要點(diǎn)？答：6.鐵路路基中路肩的作用是什么？答：7.石質(zhì)路塹邊坡的決定條件是什么？請(qǐng)列舉之。答：8.控制壩體巖基破壞的因素是什么？重力壩失穩(wěn)有哪幾種形式？拱壩壩肩對(duì)地質(zhì)條件有何要求？答：9.如8-14〔a〕所示，水平推力H1=250kN，V1=500kN，V2=150kN，滑動(dòng)面AB與BC的面積分別為：A1=50㎡，A2=23㎡，內(nèi)摩擦系數(shù)f1=0.4，f2=0.6，凝聚力分別為C1=C2=0，作用在滑移面AB和BC上的抗壓力分別為：U1=80kN，U2=20kN。假設(shè)滑面AB和BC得傾角為α=10°，β=30°，試用“等K法〞計(jì)算壩基的抗滑平安系數(shù)。課本8-14〔a〕：答：〔1〕不按塊體極限計(jì)算對(duì)于塊體1：抗滑力= =〔500×cos10°－80－250sin10°〕×0.4+0×50+P =369+PkN〕滑動(dòng)力=Hcosα+V1sinα =250cos10°+500sin10° =333〔kN〕對(duì)于滑塊2：抗滑力= =〔150×cos30°－20+Psin40°〕×0.6+0×23 =66－0.4P滑動(dòng)力=Pcos(α+β)－V2sinβ =0.8P－75K1=K2=K：聯(lián)立K=(369+P)/333K=(66-0.4P)/〔0.8P－75〕得K=〔2〕按照塊體極限狀態(tài)計(jì)算對(duì)塊體1：抗滑力= =〔500×cos10°－80－250sin10°〕×0.4/K+0×50/K+P =369/K+P滑動(dòng)力=Hcosα+V1sinα =250cos10°+500sin10° =333〔kN〕那么369/K+P=333(1式)對(duì)塊體2：抗滑力= =〔150×cos30°－20+Psin40°〕×0.6/K+0×23/K =(66－0.4P)/K滑動(dòng)力=Pcos(α+β)－V2sinβ =0.8P－75那么(66-0.4P)/K=0.8P-75(式2)式1和式2聯(lián)立解得K=簡(jiǎn)答題補(bǔ)充1．簡(jiǎn)述水壓致裂法測(cè)量地應(yīng)力的根本原理及測(cè)量步驟并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)作出評(píng)價(jià)。答：根本原理為：彈性力學(xué)原理知當(dāng)一無(wú)限體中的鉆孔受到無(wú)窮遠(yuǎn)處二維應(yīng)力場(chǎng)〔σ1，σ2〕的作用，離開(kāi)鉆孔端部一定距離部位處于平面應(yīng)力狀態(tài)：σθ=σ其中，σθ，σr分別為鉆孔周邊的切向應(yīng)力和徑向應(yīng)力；θ為周邊一點(diǎn)與σ1軸的夾角，當(dāng)θ=0時(shí)，σθ取最小值，此時(shí)σθ=3σ2－σ1。采用水壓致裂裝置將鉆孔中某段隔離起來(lái)，并向隔離段注射高壓水，當(dāng)水壓超過(guò)3σ2－σ1和巖石的抗拉強(qiáng)度T之后，巖石在θ=0處發(fā)生開(kāi)裂，開(kāi)裂時(shí)水壓為Pi=3σ2－σ1+T，繼續(xù)增加水壓至裂隙深度達(dá)3倍鉆孔直徑，保持壓力穩(wěn)定，測(cè)得此穩(wěn)定壓力Ps=σ2，利用上述公式，在測(cè)算出巖石抗拉強(qiáng)度T后，就能計(jì)算出原巖應(yīng)力σ1和σ2。巖石存在裂隙水壓P0時(shí)Pi=3σ2－σ1+T－P0；假設(shè)在開(kāi)裂鉆孔中再次注入高壓水，使致裂裂隙張開(kāi)，保持壓力穩(wěn)定，此時(shí)測(cè)得裂隙重開(kāi)壓力Pr=3σ2－σ1－P0，結(jié)合Ps=σ2就能避開(kāi)再次測(cè)算T而直接計(jì)算出σ1，σ2，到達(dá)試驗(yàn)?zāi)康?。試?yàn)步驟為：〔1〕打鉆孔到準(zhǔn)備測(cè)量應(yīng)力的部位，并將鉆孔中待加壓段用隔離器隔離取來(lái)；〔2〕向隔離段鉆孔內(nèi)注入高壓水，不斷加大水壓，至孔壁出現(xiàn)裂隙，記錄初始開(kāi)裂水壓Pi；〔3〕繼續(xù)施加水壓，至裂隙深度到達(dá)3倍鉆孔直徑，關(guān)閉高壓水系統(tǒng)，保持水壓很定，并記錄次關(guān)閉水壓Ps，然后卸壓使裂隙閉合；〔4〕重新向密閉段注射高壓水，是裂隙重新翻開(kāi)，并記錄裂隙重開(kāi)時(shí)的壓力Pr和隨后的關(guān)閉水壓Ps；〔5〕重復(fù)上述步驟2-3次，以提高測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；卸壓，退出裝置，完成實(shí)驗(yàn)。優(yōu)缺點(diǎn)評(píng)價(jià)：水壓致裂法認(rèn)為初始開(kāi)裂發(fā)生在鉆孔壁切向應(yīng)力最小的部位，亦即平行于最大主應(yīng)力方向，這是基于巖石為連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的假設(shè)。如果孔壁本身存在天然節(jié)理裂隙，那么初始裂隙可能發(fā)生在這些部位，而并非切向最小應(yīng)力處，因而水壓致裂法較為實(shí)用于完整的脆性巖石中。水壓致裂法的突出優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量深部應(yīng)力，另外水壓致裂法在工程應(yīng)用中相比其它測(cè)量方法經(jīng)濟(jì)本錢(qián)低，測(cè)量精度相對(duì)可靠。2．巖體地質(zhì)力學(xué)分類(lèi)〔CSIR分類(lèi)〕指標(biāo)值〔RMR〕的組成指標(biāo)及其意義是什么？答：CISR分類(lèi)指標(biāo)值RMR由巖塊強(qiáng)度、RQD值、節(jié)理間距、節(jié)理?xiàng)l件及地下水5個(gè)指標(biāo)組成。巖塊強(qiáng)度以單軸抗壓強(qiáng)度或點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)表示；RQD值是指10cm及以上長(zhǎng)度巖芯累計(jì)長(zhǎng)度與鉆孔長(zhǎng)度比值〔百分比〕；節(jié)理間距指巖體中兩條節(jié)理見(jiàn)的平均距離；節(jié)理?xiàng)l件包括節(jié)理面粗糙度、節(jié)理面的連續(xù)性、節(jié)理寬度和節(jié)理面巖石的堅(jiān)硬程度。3．簡(jiǎn)述巖石地下工程穩(wěn)定性的根本原那么。答：〔1〕合理利用和充分發(fā)揮巖體強(qiáng)度：=1\*GB3①將工程設(shè)置在巖性好的巖層中；=2\*GB3②防止巖石強(qiáng)度的損壞〔爆破影響及水軟化〕；=3\*GB3③充分發(fā)揮巖體的承載能力〔通過(guò)支護(hù)與圍巖共同作用原理，適當(dāng)減少支護(hù)剛度，允許圍巖適當(dāng)變形，以充分利用圍巖自支撐能力〕=4\*GB3④加固圍巖〔錨固、注漿〕；〔2〕改善圍巖的應(yīng)力條件：=1\*GB3①選擇合理的隧〔巷〕道斷面形狀和尺寸；=2\*GB3②選擇合理的位置和方向〔最正確軸比〕；=3\*GB3③采取適當(dāng)?shù)摹靶秹酣暿侄巍层@孔、爆破、卸壓硐室〕；〔3〕合理支護(hù)：充分考慮支護(hù)的受力情況、支護(hù)的經(jīng)濟(jì)效益、支護(hù)的平安效益，選擇合理的支護(hù)形式、支護(hù)剛度、支護(hù)時(shí)間等。〔4〕強(qiáng)調(diào)監(jiān)測(cè)和信息反應(yīng)。4．簡(jiǎn)述巖體邊坡變形和破壞的主要形式。答：邊坡變形的主要形式主要表現(xiàn)為松動(dòng)和蠕動(dòng)。松動(dòng)：邊坡形成初期，在坡面上形成一系列與坡面近于平行的陡傾斜張開(kāi)裂隙，被這種裂隙切割的巖體便向臨方向松開(kāi)、移動(dòng)，這種過(guò)程和現(xiàn)象稱(chēng)為松動(dòng)。蠕動(dòng)：邊坡巖體在自重應(yīng)力為主的坡體長(zhǎng)期作用下，向臨空方向緩慢而持續(xù)的變形，稱(chēng)為邊坡蠕動(dòng)。包括表層蠕動(dòng)和深層蠕動(dòng)兩種。邊坡破壞的主要形式有崩塌和滑坡，其次還有滑塌、巖塊流動(dòng)、巖層曲折等破壞形式。崩塌：是指塊狀巖體與巖坡別離向前翻滾而下的現(xiàn)象，小至巖塊墜落，大至山崩；滑坡：巖體在重力作用下，沿破內(nèi)軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生整體滑動(dòng)的現(xiàn)象，分，滑坡方式包括：〔1〕平面剪切滑動(dòng)：簡(jiǎn)單平面剪切滑動(dòng)、階梯式滑坡、三維楔體滑坡和多滑塊滑動(dòng)幾種模式；〔2〕旋轉(zhuǎn)剪切滑動(dòng)：巖體沿弧形滑面滑移。5．簡(jiǎn)述莫爾強(qiáng)度理論，并評(píng)價(jià)其優(yōu)缺點(diǎn)。答：莫爾強(qiáng)度理論認(rèn)為材料的破壞主要是剪切破壞，破壞面的剪應(yīng)力大于材料破壞面所能承受的最大剪應(yīng)力〔抗剪強(qiáng)度〕時(shí)即發(fā)生破壞，材料在各種應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，即莫爾應(yīng)力圓，具有一條公共包絡(luò)線，這條包絡(luò)線與每個(gè)極限應(yīng)力圓相切，能夠反映材料內(nèi)部各點(diǎn)受外荷載作用時(shí)破壞的性質(zhì)，這條包絡(luò)線就叫做莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線，在實(shí)際受力條件下，通過(guò)繪制實(shí)際狀況的應(yīng)力圓，判斷它與材料莫爾包絡(luò)線之間的關(guān)系就可以判斷材料是否發(fā)生破壞及破壞面的位置。莫爾強(qiáng)度理適用與塑性、脆性巖石的剪切破壞，較好的解釋了巖石抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度的特征，解釋了三向等拉時(shí)破壞、等壓時(shí)不破壞的現(xiàn)象，同時(shí)考慮拉、壓、剪，可判斷破壞方向，但是無(wú)視了第二主應(yīng)力的影響，沒(méi)有考慮結(jié)構(gòu)面情況，不適合解釋拉伸及流變現(xiàn)象。6．試簡(jiǎn)述巷道新奧法支護(hù)的特點(diǎn)和施工過(guò)程。答：新奧法〔新奧地利隧道施工方法的簡(jiǎn)稱(chēng)〕是將錨桿和噴射混凝土組合在一起作為主要支護(hù)手段的一種施工方法。其特點(diǎn)有：〔1〕及時(shí)性：采用噴錨支護(hù)為主要手段，可以最大限度的跟緊開(kāi)挖工作面，利用開(kāi)挖工作面的時(shí)空效應(yīng)，及時(shí)限制支護(hù)前圍巖的變形和變形開(kāi)展，阻止圍巖進(jìn)入松動(dòng)狀態(tài)，必要的情況可進(jìn)行超前支護(hù)?！?〕封閉性：巷道開(kāi)挖后，當(dāng)噴射混凝土以較高速度射向巖面，能很好的充填圍巖原生和次生結(jié)構(gòu)面，大大的提高圍巖的強(qiáng)度，同時(shí)，隔絕了水和空氣同巖層的接觸，使裂隙充填物不至軟化、解體而使裂隙張裂，因而能及時(shí)有效地的防治因水和風(fēng)化作用造成圍巖的破壞和剝落，保持原有巖體強(qiáng)度。〔3〕粘結(jié)性：錨噴支護(hù)同圍巖能全面粘結(jié)，這種粘結(jié)可以產(chǎn)生三種作用，連鎖作用〔也稱(chēng)懸吊作用能防治危巖脫落、冒頂、偏幫〕、復(fù)合作用〔也稱(chēng)組合作用能充分發(fā)揮圍巖與支護(hù)的共同作用，發(fā)揮圍巖自支撐能力〕的和增加作用〔也稱(chēng)擠壓加固作用，通過(guò)支護(hù)的柔性發(fā)揮圍巖自支撐能力〕?！?〕柔性：錨噴支護(hù)屬薄性支護(hù)，能夠與圍巖緊粘在一起共同作用，與圍巖共同產(chǎn)生形變，在一定的非彈性變形區(qū)能有效地控制塑性區(qū)的開(kāi)展，使巖體自支撐能力得到充分發(fā)揮，同時(shí)，錨噴支護(hù)在受壓變形過(guò)程中，對(duì)巖體產(chǎn)生更大的支護(hù)反力，抑制圍巖的過(guò)大變形，充分發(fā)揮支護(hù)作用。施工過(guò)過(guò)程：開(kāi)挖－一次支護(hù)—二次支護(hù)?！?〕開(kāi)挖：穿孔、裝藥、爆破、出碴等，盡量一次全斷面開(kāi)挖，開(kāi)挖之后及時(shí)噴射混凝土，開(kāi)挖施工與一次支護(hù)交叉作業(yè)?！?〕一次支護(hù)：包括一次噴漿、打錨桿、聯(lián)網(wǎng)、立鋼架拱、二次噴漿〔3〕二次支護(hù)：一次支護(hù)后，在圍巖趨于穩(wěn)定時(shí)，進(jìn)行永久支護(hù)，補(bǔ)噴混凝土或澆注混凝土內(nèi)拱。7．試簡(jiǎn)述巖石蠕變及巖石在不同應(yīng)力條件下的蠕變特征。答：蠕變是當(dāng)應(yīng)力不變時(shí)，變形隨時(shí)間增加而增長(zhǎng)的現(xiàn)象，蠕變分為四個(gè)階段：第一蠕變階段：應(yīng)變速率隨時(shí)間增加而減小，稱(chēng)為減少蠕變階段或初始蠕變階段；第二蠕變階段：應(yīng)變速率保持不變，稱(chēng)等速蠕變階段；第三蠕變階段：應(yīng)變速率迅速增加直到巖石破壞，稱(chēng)加速蠕變階段。巖石在不同的應(yīng)力作用下，蠕變特征不相同：當(dāng)作用在巖石上的應(yīng)力小于某一值時(shí)，巖石的變形速率隨時(shí)間的增加而減小，最后趨于穩(wěn)定，這中蠕變稱(chēng)為穩(wěn)定蠕變。當(dāng)作用在巖石上的應(yīng)力超過(guò)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，這種蠕變稱(chēng)為不穩(wěn)定蠕變。8．簡(jiǎn)述錨噴支護(hù)的力學(xué)作用原理。答：〔1〕開(kāi)挖后，在坑道周邊形成松動(dòng)圈和塑性變形區(qū)。噴射混凝土支護(hù)，一方面水泥砂漿的膠結(jié)作用提高了松動(dòng)圈的整體穩(wěn)定性，另一方面，噴射混凝土層的柔性允許圍巖發(fā)生較大的位移而不發(fā)生松脫，能充分發(fā)揮圍巖的自支撐能力；〔2〕錨桿的擠壓加固與圍巖的變形相互作用〔懸吊作用、組合作用、擠壓加固作用〕，進(jìn)一步加固圍巖，提高其整體承載能力。錨噴聯(lián)合支護(hù)是軟弱破碎巖體的一種最有效地支護(hù)形式，具有主動(dòng)加固圍巖、充分發(fā)揮圍巖的自支撐能力、良好的抗震性能等優(yōu)點(diǎn)。9．簡(jiǎn)述巖石單軸壓縮條件下的變形特征。答：巖石在單軸壓縮條件下變形可分為四個(gè)階段：〔1〕空隙裂隙壓密階段〔0A段〕：試件中原有張開(kāi)結(jié)構(gòu)面或微裂隙逐漸閉合，巖石被壓密，試件橫向膨脹較小，體積隨載荷增大而減小。〔2〕彈性變形至微彈性裂隙穩(wěn)定開(kāi)展階段〔AC段〕：巖石發(fā)生彈性形變，隨著載荷加大巖石發(fā)生軸向壓縮，橫向膨脹，總體積縮小?！?〕非穩(wěn)定破裂開(kāi)展階段〔CD段〕：微破裂發(fā)生質(zhì)的變化，破裂不斷開(kāi)展直至試件完全破壞，體積由壓縮轉(zhuǎn)為擴(kuò)容，軸向應(yīng)變和體積應(yīng)變速率迅速增大?！?〕破裂后階段〔D點(diǎn)以后〕：巖塊承載力到達(dá)峰值強(qiáng)度后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，試件保持整體狀，隨著繼續(xù)施壓，裂隙快速開(kāi)展，出現(xiàn)宏觀斷裂面，此后表現(xiàn)為宏觀斷裂面的塊體滑移。10．簡(jiǎn)述邊坡整治的措施。答：〔1〕避：使構(gòu)筑物盡量避開(kāi)滑坡體；〔2〕排：排水導(dǎo)流，采用各種形式的截水溝、排水溝、急流槽，來(lái)攔截和排引地表水；用截水滲溝、盲溝、縱向和橫向滲溝、支撐滲水溝、泄水隧洞、立井、滲井、砂井、平孔排水，防止水浸入滑坡范圍或疏干滑坡范圍內(nèi)的已有水；〔3〕檔：設(shè)置抗滑支檔，在滑坡舌部或中前部修筑各種形式的抗滑擋墻，在滑坡體其它部位設(shè)置各種多級(jí)擋墻，如抗滑擋土墻、抗滑干砌片石垛、沉井式抗滑擋墻、疊框式抗滑擋墻、錨桿擋墻、抗滑樁、支垛、鋼筋混凝土樁和支撐抗滑明硐；〔4〕減：減重反壓，挖去滑體上部主滑和牽引地段，〔或用石質(zhì)材料〕填在滑坡體坡腳，反壓阻滑；〔5〕固：利用物理化學(xué)加固滑體，改善滑坡的土石性質(zhì)，提高它的強(qiáng)度，到達(dá)穩(wěn)定滑坡的目的。例如焙燒法、電滲排水法、水泥灌漿法?！?〕植：植樹(shù)造林，綠化邊坡。11．軸對(duì)稱(chēng)隧道圍巖處于理想彈塑性狀態(tài)，其塑性區(qū)半徑與哪些因素有關(guān)？圍巖應(yīng)力分布規(guī)律如何？答：軸對(duì)稱(chēng)圍巖條件下理想彈塑性隧道圍巖，其塑性區(qū)半徑可由以下公式給出：R因此，塑性區(qū)半徑與隧洞斷面半徑R0，圍巖應(yīng)力p0、巖石的內(nèi)摩擦角φ和巖石的粘結(jié)力c，支護(hù)反力pi有關(guān)。圍巖應(yīng)力的分布規(guī)律：〔1〕巷道周邊附近應(yīng)力集中系數(shù)最大，遠(yuǎn)離周邊應(yīng)力集中程度逐漸減小，在距3-5倍巷道半徑處，圍巖應(yīng)力趨于與原巖應(yīng)力相等；〔2〕巷道圍巖應(yīng)力受測(cè)壓系數(shù)、巷道斷面軸比影響，一般來(lái)說(shuō)巷道長(zhǎng)軸平行于原巖最大應(yīng)力方向時(shí)能獲得較好的圍巖應(yīng)力分布；當(dāng)巷道長(zhǎng)軸與短軸之比等于長(zhǎng)軸方向最大主應(yīng)力與短軸方向原巖應(yīng)力時(shí)，巷道周?chē)鷳?yīng)力分布最為理想，此時(shí)，巷道頂?shù)装逯悬c(diǎn)及巷道兩幫中點(diǎn)切應(yīng)力處處相等，不出現(xiàn)拉應(yīng)力。12．巖石邊坡穩(wěn)定性分析的極限平衡分析法有哪三個(gè)前提？它的分析計(jì)算步驟是什么？答：三個(gè)前提是：〔1〕滑動(dòng)面上實(shí)際巖土提供的抗剪強(qiáng)度S與作用在滑面上的垂直應(yīng)力σ滿足關(guān)系式：s=c+σ?tan?或s=c'+σ-utan?'式中c、c’〔2〕穩(wěn)定性系數(shù)F的定義為沿最危險(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〕二維〔平面〕極限分析的根本單元是單位寬度的分塊滑體。計(jì)算步驟為：〔1〕在斷面上繪制滑面形狀；〔根據(jù)坡體外形、坍塌情況、中段滑面深度〕〔2〕推定滑坡后裂隙及塌陷帶深度，計(jì)算或確定其產(chǎn)生的影響；〔3〕對(duì)滑塊進(jìn)行分塊；〔小條塊、多數(shù)目〕〔4〕計(jì)算滑動(dòng)面上的空隙水壓；〔通過(guò)地下水監(jiān)測(cè)〕〔5〕采用適宜的計(jì)算方法，計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)。〔采用兩種或以上計(jì)算方法〕13．簡(jiǎn)述平面破壞計(jì)算法的假設(shè)條件、主要特點(diǎn)及適用條件。答：假設(shè)條件：〔1〕滑動(dòng)面是平面或近似平面；〔2〕滑動(dòng)面及張裂隙的走向平行于坡面；〔3〕張裂隙是直立的，其中充有高度ZW的水柱；〔4〕水沿張裂隙的底部進(jìn)入滑動(dòng)面并沿滑動(dòng)面滲透；〔5〕滑體沿滑動(dòng)面做剛體下滑。主要特點(diǎn)及適用條件：力學(xué)模型和計(jì)算公式簡(jiǎn)單，主要適用于均質(zhì)砂性土、順層巖質(zhì)邊坡以及沿基巖產(chǎn)生的平面破壞的穩(wěn)定性分析，但要求滑體做整體剛體運(yùn)動(dòng)，對(duì)于滑體內(nèi)產(chǎn)生剪切破壞的邊坡穩(wěn)定性分析誤差較大。14．簡(jiǎn)述簡(jiǎn)化Bishop法的假設(shè)條件、主要特點(diǎn)及適用條件。答：假設(shè)條件：〔1〕滑動(dòng)面為圓弧形或近圓弧形；〔2〕假定條塊側(cè)面間的垂直剪應(yīng)力合力為零。主要特點(diǎn)及適用條件：Bishop法穩(wěn)定性系數(shù)的計(jì)算考慮了條塊間作用力，是對(duì)Fellenius的改良，計(jì)算較準(zhǔn)確，但要采用迭代法。分割條塊時(shí)要求采用垂直條分。適用于均質(zhì)粘性及碎石堆土等斜坡形成的圓弧形或近圓弧形滑動(dòng)滑坡。15．簡(jiǎn)述Janbu法的假設(shè)條件、主要特點(diǎn)及適用條件。答：假設(shè)條件：〔1〕垂直條塊側(cè)面上的作用力位于滑面之上1/3條塊高度；〔2〕作用于條塊上的重力、反力通過(guò)條塊底面的中點(diǎn)。主要特點(diǎn)及適用條件：計(jì)算準(zhǔn)確但是計(jì)算復(fù)雜，適用于復(fù)合破壞面的邊坡，既可以用于圓弧形滑動(dòng)也可以用于非圓弧形滑動(dòng)，要求垂直條分。16．簡(jiǎn)述Sarma法的根本原理、主要特點(diǎn)及適用條件。答：根本原理：邊坡破壞除非是沿著一個(gè)理想的平面或弧面滑動(dòng)，才可能作為一個(gè)完整的剛體運(yùn)動(dòng)，否那么，滑體必須先破裂成多個(gè)可相對(duì)滑動(dòng)的塊體，才可能發(fā)生滑動(dòng)。也即滑體內(nèi)部必須產(chǎn)生剪切破壞才可能發(fā)生滑動(dòng)。主要特點(diǎn)及適用條件：用極限加速度KC來(lái)描述邊坡的穩(wěn)定程度，可以用于評(píng)價(jià)各種破壞模式下邊坡穩(wěn)定性，而且條塊分條是任意性的，從而可以對(duì)各種特殊邊坡的破壞模式進(jìn)行穩(wěn)定性分析，但是計(jì)算比擬復(fù)雜。17．簡(jiǎn)述滑坡的工程分類(lèi)、滑坡監(jiān)測(cè)的目的和主要方法。答：滑坡工程分類(lèi)為：巖塊流動(dòng)滑坡、平面剪切破壞滑坡和旋轉(zhuǎn)剪切滑坡三類(lèi)?；卤O(jiān)測(cè)的目的：〔1〕研究不同地質(zhì)條件下不同類(lèi)型的滑坡產(chǎn)生過(guò)程、發(fā)育階段和動(dòng)態(tài)規(guī)律；〔2〕研究滑坡的主要影響因素；〔3〕研究抗滑構(gòu)筑物的受力狀態(tài)；〔4〕在整治過(guò)程中，監(jiān)視滑坡開(kāi)展變化情況、預(yù)測(cè)開(kāi)展動(dòng)向，作出危險(xiǎn)預(yù)報(bào)；〔5〕整治完工后，檢驗(yàn)工程的整治效果。主要方法有：〔1〕地面位移建網(wǎng)觀測(cè)；〔2〕地表裂隙簡(jiǎn)易觀察；〔3〕建筑物裂縫簡(jiǎn)易觀察；〔4〕地面傾斜變化觀測(cè)；〔5〕滑坡深部位移觀測(cè)；〔6〕滑動(dòng)面位置測(cè)定；〔7〕滑坡滑動(dòng)力推測(cè)。18．影響巖石試件強(qiáng)度指標(biāo)的主要因素有哪些。它們是怎么影響的？答：〔1〕試件尺寸，一般情況隨試件尺寸增大，試驗(yàn)所獲得的巖石強(qiáng)度值減低；〔2〕試件形狀，不同試件形狀，正方體、長(zhǎng)方體、圓柱體試件試驗(yàn)所獲得的強(qiáng)度指標(biāo)值是不同的；〔3〕試件三維尺寸比例，比方單軸拉、壓試驗(yàn)中，試件寬高比大的試件所測(cè)得的強(qiáng)度指標(biāo)比寬高比小的試