巖石力學與地下工程

1答：基性巖石和超基性巖石主要由易風化的橄欖石、輝石及基性斜長石組成。所以基性巖石和超基性巖石答：巖石中的微結構面（或缺陷）是指存在于礦物顆粒內部或礦物顆粒及礦物集合體之間微小的弱面及空晶粒邊界：礦物晶體內部各粒子都是由各種離子鍵、原子鍵、分子鍵等相連結。由于礦物晶粒表面電價不微裂隙：是指發(fā)育于礦物顆粒內部及顆粒之間的多呈閉粒間空隙：多在成巖過程中形成，如結晶巖中晶粒之間的小空隙，碎屑巖中由于膠結物未完全充填而留下晶格缺陷：有由于晶體外原子入侵結果產生的化學上的缺陷，也有由于化學比例或原子重新排列的毛病所1）火山碎屑巖：具有巖漿和普通沉積巖的雙重特性4）化學巖和生物巖：碳酸鹽類巖石，以石灰石分變質巖特點：是在已有巖石的基礎之上，經過變質混合作用后形成的。在形成過程中由于其形成的溫度和壓力的不同而具有不同的性質，形成了變質巖特有的片理、剝理和片麻結構等。據(jù)有明顯的不均勻性和各2答：指由巖石固有的物理組成和結構特性所決定的比重、容重、孔隙率、水理性等基本屬性。答：試件在單軸壓縮載荷作用破壞時，在試件中可產生三種破壞答：由彈性理論可得出在對徑壓縮方向上，圓盤中心線平面內（y軸9、什么是全應力-應變曲線？為什么普通材料實驗機得不出全應力-應變曲答：全應力應變曲線：能顯示巖石在受壓破壞過程中的應力、變形特性，特別是破壞后的強度與力學性質的變化規(guī)律。由于材料試驗機的剛度小，在試件壓縮時，其支柱上存在很大的變形和變形能，在試件快要破壞時，該變形能突然釋放，加速試件破壞，從而得不(a)預測巖爆：左半部分OEC代表達到峰值強度時,積累在巖石試件中的應變能，右邊CED發(fā)生不穩(wěn)定蠕變,巖石最終會破壞.高應力條件下進行反復加載卸載的循環(huán)次數(shù)要多。當反復加載卸載曲線與全應力應變曲線相交，則巖石3答：三軸壓縮條件下，應力應變曲線如圖1-31、1-32所示，圍壓對巖石變形的影答：三軸抗壓強度實驗得出：對于同一種巖石的不同試件或不同實驗條件（不同的圍壓時的最大軸向壓力莫爾強度包絡線（Mohr’sstrengthe在不同圍壓條件下，得出不同的抗壓強度，因而可以做出不同的莫爾應力圓，這些莫爾應力圓的包答：S=σ.tgφ+C巖石的抗剪切強度S與正應力σ成正比。（1）孔隙裂隙壓密階段(OA)：巖石試件中的孔（4）破裂后階段(D點以后)：軸壓力達到試件的峰值強度后，試件內部結構遭到答：對于線彈性巖石，反復加載和卸載時的應力應變路徑完全相同，對于完全彈性巖石，反復加載和卸載時的應力應變路徑完全相同，但是應力應變關系是曲線。對彈性巖石，加載與卸載曲線不重過上一次循環(huán)的最大荷載以后，變形曲線仍沿著原來的單調加載曲線上升(圖1-34（1）體積變形階段：體積應變ε在彈性階段內隨著應力的增加而呈線形變化（體積減?。?）體積不變階段：在這一階段，隨應力的如果在彈性體中存在著三個相互正交的彈性對稱面，在各個面兩邊的對稱方向上，彈性相同，但在這個彈答：影響巖石力學性質的主要因素有水、溫度、加載速度、風化程度及5）溶蝕-潛蝕作用：巖石中滲透水在流動過程中可將巖石中可溶物質溶解帶走，從而使巖石強度大為答：賦存環(huán)境：包括地應力、地下水和地溫5(3)地應力影響巖體中的應力傳播的法則。非連續(xù)介質巖體在高圍壓條件下，其力學性質具有連續(xù)介質后生愈合作用有兩種：其一為壓力愈合，其二為膠結愈巖體的結構面主要為原生結構面及構造結構面。塊狀碎裂結構的結構體塊度大，大多為1~2米，碎裂結構的塊度小，起塊度與巖層厚度有關。如答：在不同的巖體工程條件下，巖體結構可視為塊裂結構，斷續(xù)結構和碎裂結構。因此，巖體結構是相對答：.結構面按成因分：原生結構面、構造結構面、答：根據(jù)結構面的發(fā)育程度、規(guī)模大小、組合形式等可以將結構面分為五級.Ⅲ級結構面：局部性的斷裂結構，主要指小斷層，延伸數(shù)十6答：結構面試塊長度增加，平均峰值摩擦角降低，試塊面積增加，剪切應力呈現(xiàn)出減小趨勢。此外，還體切破壞形式由脆性破壞向延伸破壞轉化3）尺寸增加，峰值剪脹角減小，結構面粗糙度減小，尺寸效應答：巖體在加載過程中，應力應變曲線呈上凹型，中途答：當巖體內有多組結構面時，則巖體強度受加載方向與多個結構面的控制，根據(jù)每組結構面與加載方向夾角，分別求出各結構面單獨存在時，在最大主應力σ1 巖體的單軸抗拉強度:答：巖體的水力學性質指巖體的滲透性能及在滲流作用下所表現(xiàn)的力學7答：地下水對巖體的影響分為：物理的、化學的和力學的(b)溶解作用和溶蝕作用：大氣降雨中的酸性物質在地下加，當巖土體中的陰離子與水作用，使地下水中的OH-濃度增加，水的堿度增加。水解作用一方面改變地答：對巖土體產生的力學作用：主要通過空隙靜水壓力和空隙動水壓力作用對巖土的力學性質施加影響。作為選擇工程結構參數(shù)、科學管理生產以及評價經濟效益的依據(jù)之一，也是巖石力學與工程應用方面的基然后累加各項指標的記分，得出該巖體的總分來評價該巖體82．地應力是如何形成的？控制某一工程區(qū)域地應力狀態(tài)的主要因素是什答：地應力是存在于地層中的未受工程擾動的天然應力，也稱巖體初應力、絕對應力或原巖應力。地應力主要與地球的各種動力運動過程有關，包括板塊邊界受壓、地幔熱對流、地球內應力、地心引力、地球旋地應力的上述分布規(guī)律還會受到地形、地表剝蝕、風化、巖體結構特征、巖體力學性質、溫度、地下水等答：依據(jù)測量基本原理的不同，可將測量方法分為直接測量法和間接測量發(fā)兩大類。直接測量法是由測量儀器直接測量和記錄各種應力量，包括：扁千斤頂法、水力致裂法、剛性包體應間接測量法是借助某些傳感器或某些介質，測量和記錄巖體中某些與應力有關的間接物理量的變化，如巖體中的變形和應變，然后由計算公式求出原巖應力值。包括：套孔應力解除法和其他的應力應變解除答：(1)測量原理：由彈性理論可知，鉆孔位于無限巖體，受到二維應力場(σ1，σ2）的作用時，在鉆孔9Ps=σ2答：測試原理：材料在受壓后，其內部儲存的應變能快速釋放產生彈性波，發(fā)生聲響，稱為聲發(fā)射。當材料中的應力超過其最大應力值后，則大量產生聲發(fā)射，這一現(xiàn)象稱為凱澤效應。該對應點的應力即為材料先前受到的最大應力。對巖石試件作室內實驗，即全應力解除法即是測點巖體完全脫離地應力的作用，測量其變形值，再根據(jù)巖體的物理力學性質計算其原的變化而計算出垂直于鉆孔軸線的平面內的應力狀態(tài)，并通過三個互不平行鉆孔的測量確定一點的三軸應2)孔徑變形和三維應力分量之間的關系式：設在三維無限體中有一鉆孔，鉆孔局部坐標系為ox/y/z/,鉆孔E,μ——分別為巖石的彈性模量和泊送比。~二個互相不平行的孔測量也只能得到五個獨立的方程，所以要確定一個點的原巖應力，應該需要三個互相后使用延伸鉆孔的辦法，使粘貼應變片的巖石實現(xiàn)應力優(yōu)點：它不需要很長的套孔巖芯，因而有可能在較為破碎的巖石條件下使缺點：孔底平面的應力狀態(tài)和周圍原巖應力狀態(tài)的關系還沒有理論解，只能通過實驗或數(shù)值分析方法來求答：孔壁應變計測量原理：在三維應力場作用下，一個無限體中的鉆孔表面及其周圍的應力分布狀態(tài)可以由現(xiàn)代彈性理論給出精確解。通過應力解除測量鉆孔表面的應變即可求得鉆孔表面的應力并進而精確計算缺點是三組應變花直接粘貼在孔壁上，而應變花和孔壁之間接觸面小，若孔壁有裂隙缺陷，則很難保證膠結質量。如果膠結質量不好，應變計將不可能可靠工作，同時防水問題孔壁應變計測量原理：在三維應力場作用下，一個無限體中的鉆孔表面及其周圍的應力分布狀態(tài)可以由現(xiàn)代彈性理論給出精確解。通過應力解除測量鉆孔表面的應變即可求得鉆孔表面的應力并進而精確計算答：空心包體應變計(CSIRO)的測量基本將三組應變片鑲嵌在環(huán)氧樹脂制成的空心圓筒進行測量?；驹硎牵涸谌S應力場作用下，一個無限體中的鉆孔表面及其周圍的應力分布狀態(tài)可以由現(xiàn)代彈性理論給出精確解。通過應力解除測量鉆孔表面的應變即可求得鉆孔表面的應力并進而精確計算出原巖應16．空心包體應變計和孔徑變形計、孔底將三組應變片鑲嵌在環(huán)氧樹脂制成的空心圓筒進行測量。一個答：實心包體應變計是測量巖體的應變，然后根據(jù)彈性理論計算原巖應力。剛性包體應力計是直接測量巖答:巖石力學彈性平面問題的基本方程有三組共8個方程:第一組:平衡微分方程，它考慮微元體的第二組:平面問題的幾何方程，它考慮物體受理后的幾何尺寸改變關系，即位移與應變的第三組:平面應變本構方程，它考慮了巖石在應力作用下，應巖石的本構關系是指巖石的應力或應力速率與其應變或應變速率的巖石的本構關系一般分為：彈性本構關系、彈塑性本構關系和流變本構巖石的強度是巖石抵抗外力破壞的能力。破壞是指巖石材料的應力或應變超過了自身的應力或應變的巖石的破壞的形式主要有兩種：斷裂破壞（應力達到強度極限）和流變破壞（出現(xiàn)顯著的塑性變形或流動答：彈性平面問題的應力狀態(tài)有平面應力狀態(tài)和平面應變Yxy如果體力為常量，其應力分布是否與應力狀態(tài)和材料性質無關。當體積力為常數(shù)時，平面問題的相容方程和決定應力分量的公式及邊界條件式都不含任何彈性答：圖4-5為平面應變問題。τθττ縮5）雙向拉伸。τσ平均值。'σ1+σ3σ1—σ30σ=2+'σ1+σ3σ1—σ308.將一個圓柱形材料放在厚壁圓桶內承受軸向壓縮，使之無法產生橫向應變1）試利用泊送比確定水平應力與垂直應力之比2）當泊送比為0.1和0.5時，試計算上述的應力比3石的(σx+σy+σz）與體積變化之間的關系。所以，εx=得σxμ(σy+σz)=0σyμ(σx+σz)=0體積變化（體積應變）εv=εx+εy+εz所以，9.在某些模型實驗中，豎向放置的明膠板在側邊給予約束，使之在這一方向不能產生水平應變，而在明膠泊送比是μ,試計算明膠板在任一點的水平應力。答：側向有約束，所以：εx=ε所以有任一點的水平應力σx=σy=答：蠕變：當應力不變時，變形隨時間增加而增加的現(xiàn)巖石流變就是指材料的應力-應變關系與時間因素有關的性質，材料變形過程中具有時間效應的現(xiàn)象第二階段：圖中bc段，應變速率基本不變，也叫等速蠕變當作用在巖石上的應力小于某一值時，巖石的變形速率隨時間的增加而減小，最后趨于穩(wěn)定，這中蠕變成當作用在巖石上的應力超過某一值時，巖石的變形速率隨著時間的增加而增加，最后導致巖石的破壞，這答：巖石的流變包括蠕變、松弛和彈性后效。其流變方程主要有蠕變方程、松弛方程、彈性后效方程。答：流變模型的基本元件有彈性元件、塑性元件和答：常見的幾個流變模型為：圣維南體、馬克思威爾體、開答：巖石的長期強度：一般巖石在載荷達到瞬時強度時，巖石發(fā)生破壞。巖石在承受低于瞬時強度的情況下，如果載荷持續(xù)作用在巖石上，由于流變作用，巖石也可能發(fā)生破壞。因此巖石的強度隨外載荷的作用σ∞與瞬時強度σ0之比：各種巖石的破壞方式機理，因此提出了不同的強度準則。提出強度準則是為了更好地了解巖石在何種應力條件下發(fā)生破壞，從而避免該種應力狀態(tài)的發(fā)生保護巖石，或促使該種應力狀態(tài)的發(fā)生破壞巖石，達到其答：庫侖準則（Coulomb）:巖石的破壞主要是剪切破壞，巖石的強度，既抗摩擦強度等于巖石本身抗剪切莫爾把庫侖準則推廣到三向應力狀態(tài)。實質：巖石到達極限狀態(tài)時，滑動平面上的剪應力達到一個取決于對應于各種應力狀態(tài)（單軸、雙軸和三軸壓縮）下的破壞的巖石的莫爾應力圓的包絡線，稱為莫爾強度包絡線。如果巖石的應力圓位于莫爾強度包絡線內，則巖石不會產生破壞，如果巖石的應力圓與莫爾包絡線相切或相交，則巖石會產生破壞。莫爾強度包絡線的格里菲斯（Griffith）理論：在脆性材料中，其材料斷裂的起因是分布在材料中的微小裂紋尖端有拉應力區(qū)別：格里菲斯（Griffith）理論中巖石的破壞機理是巖石受到拉應力破壞所致。庫侖準則和莫爾強度理論則認為巖石破壞是巖體內的某個面上的剪切應力超過了剪切強度值。莫爾強度理論的包絡線包括了庫侖準則的直線型，還包括拋物線型和雙曲線型強度準則，因此，應為σ3=20Mpa，的條件下，巖石的極限抗壓強度。并求出破壞面的方位。 答:已知θ==600得φ=300,巖石進行單軸壓縮,所以σ3=0,當σ1=27.6MPa時,巖石破壞,則(1)莫爾圓上任意一點的正應力為σ剪應力為τ由庫侖準則可知，當σ=0時,即在莫爾圓上的園點，2θ=1800即和θ=900，S=σ.tgφ+C(2)與最大主應力面的夾角為300時，即θ=300該面上為正應力σ,剪應力為τ,剪切強度S.σ=+cos2θ=+cos2×300S=σ.tgφ+C0得巖石內摩擦角φ=300所以,σ=+cos2θτ=sin2θ樣的巖石在0.59Mpa的圍壓下進行一系列三軸試驗，求得主應力的平均值為答:已知σc=0.23MPa,當σ3=0.59MPa時,σ1=2.24MPaMohr應力圓:由(1)和(2)式可求出C和φ值.2.01=tg2θσ