巖石力學(xué)與工程習(xí)題答案

1構(gòu)成巖石的主要造巖礦物有正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英、黑云母、白云母、角閃石、輝石、橄欖石、方解石、白云石、高嶺石、赤鐵礦。2為什么說(shuō)基性巖和超基性巖最容易風(fēng)化？答：基性巖石和超基性巖石主要由易風(fēng)化的橄欖石、輝石及基性斜長(zhǎng)石組成。所以基性巖石和超基性巖石非常容易風(fēng)化。3、常見(jiàn)巖石的結(jié)構(gòu)連結(jié)類型有那幾種？1.結(jié)晶連結(jié)：巖石中礦物顆粒通過(guò)結(jié)晶相互嵌合在一起，如巖漿巖、大部分變質(zhì)巖以及部分沉積巖的結(jié)構(gòu)連結(jié)。2.膠結(jié)連結(jié)：指顆粒與顆粒之間通過(guò)膠結(jié)物質(zhì)連結(jié)在一起的連結(jié)。如沉積碎屑巖、部分粘土巖的結(jié)構(gòu)連結(jié)。4何謂巖石中的微結(jié)構(gòu)面，主要指那些，各有什么特點(diǎn)？答：巖石中的微結(jié)構(gòu)面（或缺陷）是指存在于礦物顆粒內(nèi)部或礦物顆粒及礦物集合體之間微小的弱面及空隙。它包括礦物的解理、晶格缺陷、晶粒邊界、粒間空隙、微裂隙等。礦物的解理面：是指礦物晶體或晶粒受力后沿一定結(jié)晶方向分裂成的光滑平面。晶粒邊界：礦物晶體內(nèi)部各粒子都是由各種離子鍵、原子鍵、分子鍵等相連結(jié)。由于礦物晶粒表面電價(jià)不平衡而使礦物表面具有一定的結(jié)合力，但這種結(jié)合力一般比起礦物內(nèi)部的鍵連結(jié)力要小，因此，晶粒邊界就相對(duì)軟弱。微裂隙：是指發(fā)育于礦物顆粒內(nèi)部及顆粒之間的多呈閉合狀態(tài)的破裂跡線，也稱顯微裂隙。粒間空隙：多在成巖過(guò)程中形成，如結(jié)晶巖中晶粒之間的小空隙，碎屑巖中由于膠結(jié)物未完全充填而留下的空隙。粒間空隙對(duì)巖石的透水性和壓縮性有較大的影響。晶格缺陷：有由于晶體外原子入侵結(jié)果產(chǎn)生的化學(xué)上的缺陷，也有由于化學(xué)比例或原子重排列的毛病所產(chǎn)生的物理上的缺陷。它與巖石的塑性變形有關(guān)。5自然界中的巖石按地質(zhì)成因分類，可分為幾大類，各大類有何特點(diǎn)？答：根據(jù)地質(zhì)學(xué)的巖石成因分類可把巖石分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。巖漿巖特點(diǎn)：1）深成巖：常形成較大的入侵體。顆粒均勻，多為粗-中粒狀結(jié)構(gòu)，致密堅(jiān)硬，孔隙很小，力學(xué)強(qiáng)度高，透水性較弱，抗水性較強(qiáng)。2）淺成巖：成分與深成巖相似，但產(chǎn)狀和結(jié)構(gòu)都不相同，多為巖床、巖墻和巖脈。均勻性差，與其他巖種相比，它的性能較好。3）噴出巖：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，巖性不均一，連續(xù)性較差，透水性較強(qiáng)，軟弱結(jié)構(gòu)面比較發(fā)育。沉積巖特點(diǎn)：1）火山碎屑巖：具有巖漿和普通沉積巖的雙重特性和過(guò)渡關(guān)系，各類火山巖的性質(zhì)差別很大。2）膠結(jié)碎屑巖：是沉積物經(jīng)過(guò)膠結(jié)、成巖固結(jié)硬化的巖石。其性質(zhì)取決于膠結(jié)物的成分、膠結(jié)形式和碎屑物成分和特點(diǎn)。3）粘土巖：包括頁(yè)巖和泥巖。其性質(zhì)較差。4）化學(xué)巖和生物巖：碳酸鹽類巖石，以石灰石分布最廣。結(jié)構(gòu)致密、堅(jiān)硬、強(qiáng)度較高。變質(zhì)巖特點(diǎn)：是在已有巖石的基礎(chǔ)之上，經(jīng)過(guò)變質(zhì)混合作用后形成的。在形成過(guò)程中由于其形成的溫度和壓力的不同而具有不同的性質(zhì)，形成了變質(zhì)巖特有的片理、剝理和片麻結(jié)構(gòu)等。據(jù)有明顯的不均勻性和各向異性。變質(zhì)巖特點(diǎn)1）接觸變質(zhì)巖：侵入體周圍形成巖體。巖體透水性強(qiáng)，抗風(fēng)化能力降低。2）動(dòng)力變質(zhì)巖：構(gòu)造作用形成的斷裂帶及附近受到影響的巖石。它的膠結(jié)不好，裂隙、孔隙發(fā)育，強(qiáng)度低，透水性強(qiáng)。3）區(qū)域變質(zhì)巖：這種變質(zhì)巖的分布范圍廣，巖石厚度大，變質(zhì)程度均一。一般塊狀巖石性質(zhì)較好，層狀片狀巖石性質(zhì)較差。6表示巖石物理性質(zhì)的主要指標(biāo)及其表示方式是什么？答：指由巖石固有的物理組成和結(jié)構(gòu)特性所決定的比重、容重、孔隙率、水理性等基本屬性。7、巖石破壞有幾種形式？對(duì)各種破壞的原因作出解釋。答：試件在單軸壓縮載荷作用破壞時(shí)，在試件中可產(chǎn)生三種破壞形式:(1)X狀共軛斜面剪切破壞，破壞面上的剪應(yīng)力超過(guò)了其剪切強(qiáng)度，導(dǎo)致巖石破壞。(2)單斜面剪切破壞，破壞面上的剪應(yīng)力超過(guò)了其剪切強(qiáng)度，導(dǎo)致巖石破壞。(3)拉伸破壞，破壞面上的拉應(yīng)力超過(guò)了該面的抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致巖石受拉伸破壞。9、什么是全應(yīng)力-應(yīng)變曲線？為什么普通材料實(shí)驗(yàn)機(jī)得不出全應(yīng)力-應(yīng)變曲線？答：全應(yīng)力應(yīng)變曲線：能顯示巖石在受壓破壞過(guò)程中的應(yīng)力、變形特性，特別是破壞后的強(qiáng)度與力學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律。由于材料試驗(yàn)機(jī)的剛度小，在試件壓縮時(shí)，其支柱上存在很大的變形和變形能，在試件快要破壞時(shí)，該變形能突然釋放，加速試件破壞，從而得不出極限壓力后的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。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：三軸壓縮條件下，應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖1-31、1-32所示，圍壓對(duì)巖石變形的影響主要有：(1)隨著圍壓(2=3)的增大，巖石的抗壓強(qiáng)度顯著增加；(2)隨著圍壓(2=3)的增大，巖石破壞時(shí)，巖石的變形顯著增加；(3)隨著圍壓(2=3)的增大，巖石的彈性極限顯著增加；(4)隨著圍壓(2=3)的增大，巖石的應(yīng)力應(yīng)變曲線形態(tài)發(fā)生明顯的改變，巖石的性質(zhì)發(fā)生了變化，由彈脆性-彈塑性-應(yīng)變硬化。抗壓強(qiáng)度顯著增加；12.什么是莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線？如何根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線？答：三軸抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)得出：對(duì)于同一種巖石的不同試件或不同實(shí)驗(yàn)條件（不同的圍壓時(shí)的最大軸向壓力值）給出了幾乎恒定的強(qiáng)度指標(biāo)值（直線性強(qiáng)度曲線時(shí)為巖石的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角）。這一強(qiáng)度指標(biāo)以莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線的形式給出.在不同圍壓條件下，得出不同的抗壓強(qiáng)度，因而可以做出不同的莫爾應(yīng)力圓,這些莫爾應(yīng)力圓的包絡(luò)線就是莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線。16.線彈性體、完全彈性體、彈性體三者的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系有什么區(qū)別？答：完全彈性體：循環(huán)加載時(shí)的-關(guān)系為曲線。加載路徑與卸載路徑完全重合。線彈性體：循環(huán)加載時(shí)的-關(guān)系為直線。加載路徑與卸載路徑完全重合。彈性體巖石：加載路徑與卸載路徑不同，但反復(fù)加載與卸載時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系總是服從此環(huán)路的規(guī)律。19.影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素有哪些，如何影響的？答：影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素有水、溫度、加載速度、風(fēng)化程度及圍壓。(1)水對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響1）連結(jié)作用：束縛在礦物表面的水分子通過(guò)其吸引力作用將礦物顆粒拉近、接緊，起連接作用。2）潤(rùn)滑作用：由可溶鹽、膠體礦物連接的巖石，當(dāng)有水入侵時(shí)，可溶鹽溶解，膠體水解，導(dǎo)致礦物顆粒間連接力減弱，摩擦力減低，從而降低巖石的強(qiáng)度。3）水楔作用：當(dāng)兩個(gè)礦物顆?？康煤芙?，有水分子補(bǔ)充到礦物表面時(shí)，礦物顆粒利用其表面吸附力將水分子拉倒自己周圍，在兩個(gè)顆粒接觸處由于吸著力作用使水分子向兩個(gè)礦物顆粒之間的縫隙內(nèi)擠入，這種現(xiàn)象稱水楔作用。（a）使巖石體積膨脹，產(chǎn)生膨脹壓力(b)水膠連接代替膠體連接產(chǎn)生潤(rùn)滑作用，降低巖石強(qiáng)度4）孔隙壓力作用：巖石受壓時(shí)，巖石內(nèi)孔隙水來(lái)不及排出，在孔隙內(nèi)產(chǎn)生很高的孔隙壓力，降低了巖石的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角，減小了巖石的抗剪強(qiáng)度。5）溶蝕-潛蝕作用：巖石中滲透水在流動(dòng)過(guò)程中可將巖石中可溶物質(zhì)溶解帶走，從而使巖石強(qiáng)度大為減低。 (2)溫度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響：隨著溫度的增高，巖石的延性加大，屈服點(diǎn)降低，強(qiáng)度也降低。(3)加載速度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響：加載速率越快，測(cè)得的彈性模量越大，獲得的強(qiáng)度指標(biāo)越高。國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)建議的加載速率為0.51Mpa/s。(4)圍壓對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響：巖石在三軸壓縮條件下，巖石的強(qiáng)度和彈性極限都有顯著增加。(5)風(fēng)化對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響a)降低巖體結(jié)構(gòu)面的粗糙程度并產(chǎn)生新的裂隙，b)巖石在化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中，礦物成分發(fā)生變化，巖體強(qiáng)度降低。2.地應(yīng)力對(duì)巖體的影響體現(xiàn)在哪幾個(gè)方面？答：地應(yīng)力對(duì)巖體力學(xué)性質(zhì)的影響主要有：(1)地應(yīng)力影響巖體的承載能力：圍壓越大、承載能力越大。(2)地應(yīng)力影響巖體的變形和破壞機(jī)制。如在低圍壓條件下破壞的巖體，在高圍壓條件下呈現(xiàn)出塑性變形和塑性破壞。(3)地應(yīng)力影響巖體中的應(yīng)力傳播的法則。非連續(xù)介質(zhì)巖體在高圍壓條件下，其力學(xué)性質(zhì)具有連續(xù)介質(zhì)巖體的特征。3巖體結(jié)構(gòu)劃分的主要依據(jù)是結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體4.簡(jiǎn)述各類巖體結(jié)構(gòu)主要地質(zhì)特征。答：(1)完整結(jié)構(gòu)巖體的地質(zhì)特征多半是碎裂巖體中的結(jié)構(gòu)面被后生作用愈合而成。后生愈合作用有兩種：其一為壓力愈合，其二為膠結(jié)愈合。(2)塊裂結(jié)構(gòu)巖體的地質(zhì)特征：多組或至少有一組軟弱結(jié)構(gòu)面切割及堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面參與切割成塊狀結(jié)構(gòu)體的高級(jí)序巖體結(jié)構(gòu)。其軟弱結(jié)構(gòu)面主要為斷層、層間錯(cuò)動(dòng)也是重要的軟弱結(jié)構(gòu)面之一，參與切割的堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面一般延展較長(zhǎng)，多數(shù)為錯(cuò)動(dòng)過(guò)的堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面，(3)板裂結(jié)構(gòu)體的地質(zhì)特征：主要發(fā)育于經(jīng)過(guò)褶皺作用的層狀巖體內(nèi)，受一組軟弱結(jié)構(gòu)面的切割，結(jié)構(gòu)體呈板狀。軟弱結(jié)構(gòu)面主要為層間錯(cuò)動(dòng)面結(jié)構(gòu)體多數(shù)為組合板狀結(jié)構(gòu)體。(4)碎裂結(jié)構(gòu)巖體的地質(zhì)特征：巖體的結(jié)構(gòu)面主要為原生結(jié)構(gòu)面及構(gòu)造結(jié)構(gòu)面。塊狀碎裂結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體塊度大，大多為12米，層狀碎裂結(jié)構(gòu)的塊度小，起塊度與巖層厚度有關(guān)。如圖2.2d。(5)斷續(xù)結(jié)構(gòu)巖體的地質(zhì)特征結(jié)構(gòu)面不連續(xù)，對(duì)巖體切割而不斷，個(gè)別地方也有連續(xù)貫通構(gòu)。(6)散體結(jié)構(gòu)巖體的地質(zhì)特征(a)碎屑狀散體結(jié)構(gòu)巖體結(jié)構(gòu)面:無(wú)序分布，結(jié)構(gòu)面中有軟弱的，也有堅(jiān)硬的。結(jié)構(gòu)體主要為角礫(b)糜棱化散體結(jié)構(gòu)巖體：主要指斷層泥而言。5簡(jiǎn)述工程巖體的惟一性答：在不同的巖體工程條件下，巖體結(jié)構(gòu)可視為塊裂結(jié)構(gòu)，斷續(xù)結(jié)構(gòu)和碎裂結(jié)構(gòu)。因此，巖體結(jié)構(gòu)是相對(duì)的，而在確定的地質(zhì)條件和工程尺寸條件下，工程巖體結(jié)構(gòu)才是唯一確定的。6按結(jié)構(gòu)面成因、結(jié)構(gòu)面通常分為幾種類型？答：.結(jié)構(gòu)面按成因分：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：成巖階段所形成的結(jié)構(gòu)面。巖石成因不同又分為沉積結(jié)構(gòu)面、火成結(jié)構(gòu)面和變質(zhì)結(jié)構(gòu)面。構(gòu)造結(jié)構(gòu)面：巖體在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下形成的結(jié)構(gòu)面。次生結(jié)構(gòu)面：在外力作用下（風(fēng)化、地下水、卸載、爆破等）形成的各種界面。7結(jié)構(gòu)面的級(jí)別及其特征。答：根據(jù)結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度、規(guī)模大小、組合形式等可以將結(jié)構(gòu)面分為五級(jí).級(jí)結(jié)構(gòu)面:對(duì)區(qū)域構(gòu)造起控制作用的斷裂帶,延伸數(shù)十公里,深度可穿一個(gè)構(gòu)造層.級(jí)結(jié)構(gòu)面:延伸性強(qiáng)而寬度有限的地質(zhì)界面,延伸數(shù)百米。級(jí)結(jié)構(gòu)面：局部性的斷裂結(jié)構(gòu)，主要指小斷層，延伸數(shù)十米。級(jí)結(jié)構(gòu)面：一般延展性較差，無(wú)明顯的寬度的結(jié)構(gòu)面，延伸數(shù)米。級(jí)結(jié)構(gòu)面：延伸性甚差的微裂隙、節(jié)理。8描述結(jié)構(gòu)面狀態(tài)的指標(biāo)。答：結(jié)構(gòu)面狀態(tài)的指標(biāo)包括：（1）結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀：對(duì)巖體是否會(huì)沿某一結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)起控制作用。（2）結(jié)構(gòu)面形態(tài)：決定結(jié)構(gòu)面抗滑力的大小。結(jié)構(gòu)面起伏越大，抗滑力也越大。（3）結(jié)構(gòu)面的延展尺度：在工程范圍內(nèi)，延展尺度最大的結(jié)構(gòu)面，控制著巖體的強(qiáng)度。（4）結(jié)構(gòu)面的密集程度：以巖體裂隙度K和切割度X表示巖體結(jié)構(gòu)面的密集程度。9結(jié)構(gòu)面的剪切變形、法向變形與巖石強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)面粗糙性和法向力有關(guān)。10.結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的尺寸效應(yīng)體現(xiàn)在哪幾個(gè)方面？答：結(jié)構(gòu)面試塊長(zhǎng)度增加，平均峰值摩擦角降低，試塊面積增加，剪切應(yīng)力呈現(xiàn)出減小趨勢(shì)。此外，還體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）隨著結(jié)構(gòu)面尺寸的增大，達(dá)到峰值強(qiáng)度時(shí)的位移量增大；（2）試塊尺寸增加，剪切破壞形式由脆性破壞向延伸破壞轉(zhuǎn)化；（3）尺寸增加，峰值剪脹角減小，結(jié)構(gòu)面粗糙度減小，尺寸效應(yīng)也減小。11.巖體在多次循環(huán)荷載作用下巖體變形有什么特征？答：巖體在加載過(guò)程中，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈上凹型，中途卸載回彈變形有滯后現(xiàn)象，并出現(xiàn)不可恢復(fù)的殘余變形，不論每一級(jí)加載與卸載循環(huán)曲線都是開(kāi)環(huán)型。巖體在循環(huán)荷載作用下，而卸載時(shí)荷載又不降至零時(shí)，相應(yīng)的變形過(guò)程將出像閉環(huán)型式。15.巖體中水滲流與土體中水滲流有什么區(qū)別？答：巖體的水力學(xué)性質(zhì)指巖體的滲透性能及在滲流作用下所表現(xiàn)的力學(xué)性質(zhì)。(1)土體的滲流以孔隙為主。特點(diǎn)：(a)土體滲透性大小取決于巖性，土體中顆粒愈細(xì)，滲透性愈差；(b)土體可看作多孔連續(xù)介質(zhì)；(c)土體的滲透性一般具有均質(zhì)（或非均質(zhì)）各向同性（黃土為各向異性）；(d)土體滲流符合達(dá)西滲流定律。巖體的滲流以裂隙為主。特點(diǎn)：(a)巖體滲流大小取決于巖體中結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)及巖塊的性質(zhì)；(b)巖體滲流以裂隙導(dǎo)水，微裂隙和孔隙儲(chǔ)水為其特征；(c)巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)滲流具有定向性；(d)巖體一般看作非連續(xù)介質(zhì)（對(duì)于密集裂隙可看作等效連續(xù)介質(zhì)）；(e)巖體的滲流具有高度的非均質(zhì)性和各向異性；(f)一般巖體中的滲流符合達(dá)西定律（巖溶管道流一般為紊流，不符合達(dá)西定律）；(g)巖體滲流受應(yīng)力場(chǎng)影響明顯；(h)復(fù)雜裂隙系統(tǒng)中的滲流，在裂隙交叉處，具有“偏流效應(yīng)”，即裂隙水流經(jīng)大小不同裂隙交叉時(shí)，水流偏向?qū)挻罅严兑粋?cè)流動(dòng)。16.地下水對(duì)巖體的物理、化學(xué)作用體現(xiàn)在哪幾個(gè)方面？答：地下水對(duì)巖體的影響分為：物理的、化學(xué)的和力學(xué)的影響。(1)巖體的物理作用：(a)潤(rùn)滑作用：在裂隙面上，水使裂隙面之間的摩擦系數(shù)減小。(b)軟化和泥化作用：結(jié)構(gòu)面內(nèi)某些物質(zhì)與水結(jié)合后變軟并成泥，減小了結(jié)構(gòu)面之間的粘聚力和摩擦力。(c)結(jié)合水的強(qiáng)化作用：在非飽和狀態(tài)下，巖體含水能增強(qiáng)巖體顆粒之間的聯(lián)系，從而增加巖體的強(qiáng)度。(2)對(duì)巖體的化學(xué)作用：(a)離子交換作用：富含Ca、Mg離子的地下水在流經(jīng)富含Na離子的巖土?xí)r，Ca、Mg離子置換巖土中的Na離子，一方面，由水中Na離子富集使天然地下水軟化，另一方面，巖土中的Ca、Mg離子增加了孔隙度和滲透性能。(b)溶解作用和溶蝕作用：大氣降雨中的酸性物質(zhì)在地下水中對(duì)巖石中的石灰?guī)r、白云巖、石膏等產(chǎn)生溶蝕作用，使巖體產(chǎn)生裂隙和溶洞，增加了巖體的滲透性能。(c)水化作用：水滲透到巖體的礦物結(jié)晶格架中，使巖體的結(jié)構(gòu)發(fā)生微觀及宏觀的改變，減小了巖體的內(nèi)聚力，膨脹巖體與水結(jié)合，使起巖體內(nèi)部產(chǎn)生膨脹力。(d)水解作用：當(dāng)巖土體中的陽(yáng)離子與水作用，使地下水中的H+（M+HO=MOH+H+）濃度增加，水的酸度增加，當(dāng)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下水的PH值。巖體的力學(xué)性質(zhì)：(e)氧化還原作用：巖土體與氧氣作用發(fā)生氧化反應(yīng)，巖土體的礦物組成發(fā)生改變，地下水的化學(xué)組成也發(fā)生改變（如硫化鐵氧化后生成氧化鐵和硫酸），從而影響巖土體的力學(xué)性質(zhì)。17.敘述地下水對(duì)巖土體的力學(xué)作用。答：對(duì)巖土體產(chǎn)生的力學(xué)作用：主要通過(guò)空隙靜水壓力和空隙動(dòng)水壓力作用對(duì)巖土的力學(xué)性質(zhì)施加影響。前者減小巖土體的有效應(yīng)力而降低巖土體的強(qiáng)度，在裂隙巖土體中的空隙靜水壓力可使裂隙產(chǎn)生擴(kuò)容變形；后者對(duì)巖土體產(chǎn)生切向的推力以降低巖土體的抗剪強(qiáng)度。18.巖體質(zhì)量分類有和意義？答：為了在工程設(shè)計(jì)與施工中能區(qū)分巖體質(zhì)量的好壞和表現(xiàn)在穩(wěn)定性上的差別，需要對(duì)巖體做出合理分類，作為選擇工程結(jié)構(gòu)參數(shù)、科學(xué)管理生產(chǎn)以及評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)效益的依據(jù)之一，也是巖石力學(xué)與工程應(yīng)用方面的基礎(chǔ)性工作。1簡(jiǎn)述地應(yīng)力測(cè)量的重要性。(1)應(yīng)力測(cè)量為各種巖體工程進(jìn)行科學(xué)合理的開(kāi)挖設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)；(2)地應(yīng)力狀態(tài)對(duì)地震預(yù)報(bào)、區(qū)域地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、油田油井的穩(wěn)定性、核廢料儲(chǔ)存、巖爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球動(dòng)力學(xué)的研究也有重要的意義。2地應(yīng)力是如何形成的？控制某一工程區(qū)域地應(yīng)力狀態(tài)的主要因素是什么？答：地應(yīng)力是存在于地層中的未受工程擾動(dòng)的天然應(yīng)力，也稱巖體初應(yīng)力、絕對(duì)應(yīng)力或原巖應(yīng)力。地應(yīng)力主要與地球的各種動(dòng)力運(yùn)動(dòng)過(guò)程有關(guān)，包括板塊邊界受壓、地幔熱對(duì)流、地球內(nèi)應(yīng)力、地心引力、地球旋轉(zhuǎn)、巖漿入侵和地殼非均勻擴(kuò)容等?？刂颇骋还こ虆^(qū)域地應(yīng)力狀態(tài)的主要因素是構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和重力應(yīng)力場(chǎng)。1）、大陸板塊邊界受壓引起的應(yīng)力場(chǎng)。2）、地幔熱對(duì)流引起的應(yīng)力場(chǎng)。3）、由地心引力引起的應(yīng)力場(chǎng)。4）、巖漿入侵引起的應(yīng)力場(chǎng)。5）、地溫梯度引起的應(yīng)力場(chǎng)。6）、地表剝蝕產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)。3簡(jiǎn)述地殼淺部地應(yīng)力分布的基本規(guī)律。答：地應(yīng)力分布的一些基本規(guī)律：(1)地應(yīng)力是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的應(yīng)力場(chǎng)，它是時(shí)間和空間的函數(shù)；(2)實(shí)測(cè)垂直應(yīng)力基本等于上覆巖層的重量(3)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)力的比值隨深度的增加而減小，h，average=(h,max+h,min)/2100/H+0.3=h，average/v=1500/H+0.5(5)最大水平應(yīng)力與最小水平應(yīng)力也隨深度呈線形增長(zhǎng)關(guān)系；h，max=6.7+0.0444H(Mpa)h，min=0.8+0.0329H(Mpa)(6)最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力之值一般相差較大，顯示出很強(qiáng)的方向性。地應(yīng)力的上述分布規(guī)律還會(huì)受到地形、地表剝蝕、風(fēng)化、巖體結(jié)構(gòu)特征、巖體力學(xué)性質(zhì)、溫度、地下水等因素的影響。地應(yīng)力測(cè)量方法分哪幾類？它們的主要區(qū)別在哪里？每類包括那些主要測(cè)量技術(shù)？答：依據(jù)測(cè)量基本原理的不同，可將測(cè)量方法分為直接測(cè)量法和間接測(cè)量法兩大類。直接測(cè)量法是由測(cè)量?jī)x器直接測(cè)量和記錄各種應(yīng)力量，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)量法是借助某些傳感器或某些介質(zhì)，測(cè)量和記錄巖體中某些與應(yīng)力有關(guān)的間接物理量的變化，如巖體中的變形和應(yīng)變，然后由計(jì)算公式求出原巖應(yīng)力值。包括：套孔應(yīng)力解除法和其他的應(yīng)力應(yīng)變解除法以及地球物理方法等。其中套孔應(yīng)力解除法是目前國(guó)內(nèi)外廣泛使用的一種方法。4簡(jiǎn)述水壓致裂法的基本原理5簡(jiǎn)述水壓致裂法的主要測(cè)量步驟。(a)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封隔器密封起來(lái)；(b)向隔離段注入高壓水，記錄孔裂開(kāi)時(shí)的壓力值Pi,繼續(xù)加壓，直到裂隙擴(kuò)張到孔徑的3倍，關(guān)閉高壓水系統(tǒng)，保持水壓恒定，此時(shí)的應(yīng)力為關(guān)閉應(yīng)力，記為Ps，最后卸壓，使裂隙閉合，此時(shí)孔內(nèi)壓力為P0。(c)重新向密閉段注入高壓水，使裂隙重新打開(kāi)，記錄裂隙重新打開(kāi)時(shí)的壓力Pr,和隨后的恒定關(guān)閉壓力Ps,其孔內(nèi)壓力時(shí)間曲線如圖3-9。(d)將封隔器卸壓，從孔中取出，(e)用攝象機(jī)記錄孔內(nèi)的水壓致裂裂隙，天然節(jié)理、裂隙的位置、方向和大小。6對(duì)水壓致裂法的主要優(yōu)缺點(diǎn)做出評(píng)價(jià)。優(yōu)點(diǎn)(a)能測(cè)量深部應(yīng)力（已知最深為5000米）;(b)在沒(méi)有地下工程或硐室的條件下，對(duì)露天邊坡工程的地應(yīng)力進(jìn)行估算；缺點(diǎn)(a)只能確定垂直鉆孔平面內(nèi)的最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力的大小和方向；(b)只適用與完整的脆性巖石中。9簡(jiǎn)述套孔應(yīng)力解除法的基本測(cè)量原理和主要測(cè)試步驟。答：全應(yīng)力解除法（套孔應(yīng)力解除法）全應(yīng)力解除法即是測(cè)點(diǎn)巖體完全脫離地應(yīng)力的作用，測(cè)量其變形值，再根據(jù)巖體的物理力學(xué)性質(zhì)計(jì)算其原巖應(yīng)力。此種方法最為適用、可靠。操作步驟：(a)從巖體表面向巖體內(nèi)打大鉆孔，直徑一般為130150mm，(b)從大鉆孔內(nèi)再打小鉆孔，直徑一般為3638mm，(c)在小孔中央安裝探頭，(d)再用大鉆頭打大孔，解除探頭上的壓應(yīng)力，記錄巖體的變形值，(e)取出巖芯，測(cè)量巖芯的E，等物理力學(xué)參數(shù)，(f)根據(jù)理論公式計(jì)算原巖應(yīng)力值。套孔應(yīng)力解除法又分為：孔徑變形法、孔底應(yīng)變法、孔壁應(yīng)變法、空心包體應(yīng)變法和實(shí)心包體應(yīng)變法五種。1.巖石力學(xué)彈性平面問(wèn)題的基本方程有幾個(gè)？每一類基本方程是從什么方面考慮的？答:巖石力學(xué)彈性平面問(wèn)題的基本方程有三組共8個(gè)方程:第一組:平衡微分方程，它考慮微元體的力學(xué)平衡。第二組:平面問(wèn)題的幾何方程，它考慮物體受理后的幾何尺寸改變關(guān)系，即位移與應(yīng)變的關(guān)系。第三組:平面應(yīng)變本構(gòu)方程，它考慮了巖石在應(yīng)力作用下，應(yīng)力或應(yīng)力速率與應(yīng)變或應(yīng)變速率的關(guān)系。2.什么叫巖石的本構(gòu)關(guān)系？巖石的本構(gòu)關(guān)系一般有幾種類型？巖石的本構(gòu)關(guān)系是指巖石的應(yīng)力或應(yīng)力速率與其應(yīng)變或應(yīng)變速率的關(guān)系。巖石的本構(gòu)關(guān)系一般分為：彈性本構(gòu)關(guān)系、彈塑性本構(gòu)關(guān)系和流變本構(gòu)關(guān)系。3.什么叫巖石的強(qiáng)度？巖石的破壞一般有幾種類型？巖石的強(qiáng)度是巖石抵抗外力破壞的能力。破壞是指巖石材料的應(yīng)力或應(yīng)變超過(guò)了自身的應(yīng)力或應(yīng)變的極限。巖石的破壞的形式主要有兩種：斷裂破壞（應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限）和流變破壞（出現(xiàn)顯著的塑性變形或流動(dòng)現(xiàn)象）4.對(duì)彈性平面問(wèn)題，（1）應(yīng)力狀態(tài)有哪兩種？其本構(gòu)方程有什么關(guān)系？（2）如果體力為常量，其應(yīng)力分布是否與應(yīng)力狀態(tài)和材料性質(zhì)有關(guān)？為什么？答：彈性平面問(wèn)題的應(yīng)力狀態(tài)有平面應(yīng)力狀態(tài)和平面應(yīng)變狀態(tài)。平面應(yīng)變本構(gòu)方程平面應(yīng)力本構(gòu)方程關(guān)系：將平面應(yīng)力問(wèn)題本構(gòu)方程中的E換成，換成 就可得到平面應(yīng)變問(wèn)題的本構(gòu)方程。如果體力為常量，其應(yīng)力分布是否與應(yīng)力狀態(tài)和材料性質(zhì)無(wú)關(guān)。當(dāng)體積力為常數(shù)時(shí)，平面問(wèn)題的相容方程和決定應(yīng)力分量的公式及邊界條件式都不含任何彈性常數(shù)。因此應(yīng)力分布與材料性質(zhì)無(wú)關(guān)。6.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）雙向壓縮，（5）雙向拉伸。答：莫爾應(yīng)力圓如圖所示：其中純剪切應(yīng)力圓為圓點(diǎn)。7.試證明：在發(fā)生最大與最小剪應(yīng)力的面上，正應(yīng)力的數(shù)值都等于兩個(gè)主應(yīng)力的平均值。13.什么叫蠕變、松弛、彈性后效和流變？答：蠕變：當(dāng)應(yīng)力不變時(shí)，變形隨時(shí)間增加而增加的現(xiàn)象。松弛：當(dāng)應(yīng)變不變時(shí)，應(yīng)力隨時(shí)間的增加而減小的現(xiàn)象。彈性后效：加載和卸載時(shí)，彈性應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象。巖石流變就是指材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與時(shí)間因素有關(guān)的性質(zhì)，材料變形過(guò)程中具有時(shí)間效應(yīng)的現(xiàn)象稱為流變現(xiàn)象。14.蠕變一般包括幾個(gè)階段？每個(gè)階段的特點(diǎn)是什么？答：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，這種蠕變成為不穩(wěn)定蠕變。這是典型的蠕變曲線。根據(jù)應(yīng)變速率不同，其蠕變過(guò)程分為三個(gè)階段：第一階段：圖中ab段，應(yīng)變速率隨時(shí)間增加而減小，又稱減速蠕變或初始蠕變階段。第二階段：圖中bc段，應(yīng)變速率基本不變，也叫等速蠕變階段。第三階段：圖中cd段，應(yīng)變速率迅速增加直到巖石破壞為止，也叫加速蠕變階段。15.不同受力條件下巖石的流變具有哪些特性？答：巖石在不同的應(yīng)力作用下，巖石變形與時(shí)間的關(guān)系各不相同。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，這中蠕變成為穩(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，這種蠕變成為不穩(wěn)定蠕變。16.描述巖石流變性質(zhì)的流變方程主要有幾種？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。17.流變模型的基本元件有彈性元件、塑性元件和粘性元件18.敘述巖石力學(xué)中常見(jiàn)的幾個(gè)流變模型的特點(diǎn)。答：常見(jiàn)的幾個(gè)流變模型為：圣維南體、馬克思威爾體、開(kāi)爾文體19.何為巖石的長(zhǎng)期強(qiáng)度，它與瞬時(shí)強(qiáng)度一般有什么關(guān)系？答：巖石的長(zhǎng)期強(qiáng)度：一般巖石在載荷達(dá)到瞬時(shí)強(qiáng)度時(shí)，巖石發(fā)生破壞。巖石在承受低于瞬時(shí)強(qiáng)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(qiáng)度隨外載荷的作用時(shí)間的延長(zhǎng)而減低，通常把作用時(shí)間t時(shí)的強(qiáng)度稱之為巖石的長(zhǎng)期強(qiáng)度。長(zhǎng)期強(qiáng)度與瞬時(shí)強(qiáng)度的關(guān)系20.何為巖石強(qiáng)度準(zhǔn)則？為什么要提出強(qiáng)度準(zhǔn)則？答：巖石強(qiáng)度準(zhǔn)則（破壞判據(jù)），它表征巖石在極限應(yīng)力狀態(tài)下（破壞條件）的應(yīng)力狀態(tài)和巖石強(qiáng)度參數(shù)之間的關(guān)系，一般可表示為極限應(yīng)力狀態(tài)下的主應(yīng)力間的關(guān)系方程。1=f(2,3)或=f()各種巖石的破壞方式機(jī)理，因此提出了不同的強(qiáng)度準(zhǔn)則。提出強(qiáng)度準(zhǔn)則是為了更好地了解巖石在何種應(yīng)力條件下發(fā)生破壞，從而避免該種應(yīng)力狀態(tài)的發(fā)生保護(hù)巖石，或促使該種應(yīng)力狀態(tài)的發(fā)生破壞巖石，達(dá)到其工程目的。21.試論述Coulomb,Mohr,Griffith三準(zhǔn)則的基本原理、主要的區(qū)別及其它們之間的關(guān)系。答：庫(kù)侖準(zhǔn)則（Coulomb）:巖石的破壞主要是剪切破壞，巖石的強(qiáng)度，既抗摩擦強(qiáng)度等于巖石本身抗剪切摩擦的粘結(jié)力和剪切面上的法向力產(chǎn)生的摩擦力。莫爾把庫(kù)侖準(zhǔn)則推廣到三向應(yīng)力狀態(tài)。實(shí)質(zhì)：巖石到達(dá)極限狀態(tài)時(shí)，滑動(dòng)平面上的剪應(yīng)力達(dá)到一個(gè)取決于正應(yīng)力與材料性質(zhì)的最大值，即=f()。對(duì)應(yīng)于各種應(yīng)力狀態(tài)（單軸、雙軸和三軸壓縮）下的破壞的巖石的莫爾應(yīng)力圓的包絡(luò)線，稱為莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線。如果巖石的應(yīng)力圓位于莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線內(nèi)，則巖石不會(huì)產(chǎn)生破壞，如果巖石的應(yīng)力圓與莫爾包絡(luò)線相切或相交，則巖石會(huì)產(chǎn)生破壞。莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線的曲線型式有幾種：斜直線型，二次拋物線型，雙曲線型等。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(yīng)力（這種裂紋稱為Grifith裂紋）所致。區(qū)別：格里菲斯（Griffith）理論中巖石的破壞機(jī)理是巖石受到拉應(yīng)力破壞所致。庫(kù)侖準(zhǔn)則和莫爾強(qiáng)度理論則認(rèn)為巖石破壞是巖體內(nèi)的某個(gè)面上的剪切應(yīng)力超過(guò)了剪切強(qiáng)度值。莫爾強(qiáng)度理論的包絡(luò)線包括了庫(kù)侖準(zhǔn)則的直線型，還包括拋物線型和雙曲線型強(qiáng)度準(zhǔn)則，因此，應(yīng)用更廣。1，分析邊坡工程對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的影響作用。答：1）邊坡工程對(duì)露天礦建設(shè)的影響，2）邊坡工程對(duì)鐵路、公路、水利建設(shè)的影響，3）邊坡穩(wěn)定性對(duì)各種工程安全性的影響及經(jīng)濟(jì)方面的投入2邊坡的分類有自然邊坡和人工邊坡。3分析邊坡失穩(wěn)與破壞的基本類型及其力學(xué)成因。答：邊坡變形發(fā)展到一定程度，就會(huì)發(fā)生邊坡失穩(wěn)破壞。按其破壞方式主要分為崩塌和滑坡兩種。（1）崩塌：是指塊狀巖體與巖坡分離向前翻落而下。崩塌一般以邊坡表面的破壞現(xiàn)象體現(xiàn)。（2）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)。一般以深層破壞體現(xiàn)出來(lái)。(a)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。(b)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。（3）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)一步發(fā)展，使它沿著剪切變形帶順坡滑移、滾動(dòng)與坐塌，從而達(dá)到穩(wěn)定坡腳的斜坡破壞過(guò)程，稱為滑塌。（4）巖塊流動(dòng)：常發(fā)生在均質(zhì)硬巖中，巖石在達(dá)到其峰值強(qiáng)度時(shí)，巖體發(fā)生破壞。而使巖體全面崩塌的情況。（5）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。1）不連續(xù)面在邊坡破壞中的作用：2）改變斜坡外形，引起坡體應(yīng)力分布的變化3）改變斜坡巖體的力學(xué)性質(zhì)，使坡