巖體力學(xué)第章作業(yè)

1、巖體力學(xué)第 1-2 章 作業(yè)第一、二章 作業(yè)一、填空題1、巖體力學(xué)主要是研究 （巖石和巖體力學(xué)性能） 的一門學(xué)科。2、按巖石的成因可將其分為（巖漿巖）、（變質(zhì)巖）及（沉積巖）三大類。3、巖體力學(xué)的研究任務(wù)主要有（基本原理方面）（實(shí)驗(yàn)方面）（實(shí) 際應(yīng)用方面）及（監(jiān)測方面）等 4 個(gè)方面。4、巖體力學(xué)在力學(xué)性能上，具有以下特征：（不連續(xù)性）、（各向 異性）、（不均勻性）及（賦存地質(zhì)因子的特性）。5、大量的試驗(yàn)和觀察證明，就破壞類型而言，巖石的破壞主要有破壞 破壞和6、巖石的軟化系數(shù)主要取決于巖石的 （ 礦物成分 ）和 （ 風(fēng)化程 度 ） 。7、巖石的基本力學(xué)介質(zhì)模型有： （ 彈性介質(zhì)模型 ）、（塑

2、性介質(zhì)模型 ） 和 （ 粘性介質(zhì)模型 ）。8、巖石的變形性質(zhì)按卸荷后變形是否可以恢復(fù)可分為彈性變形和塑 性變形兩類。9、巖石的單軸抗壓強(qiáng)度通常隨加載速率的提高而（ 增大）10、在真三軸的試驗(yàn)條件下，當(dāng) a 3為常數(shù)時(shí)，隨著a 2的（增 大），巖石的屈服應(yīng)力有所提高。11、在假三軸的試驗(yàn)條件下，隨著圍壓的增加，巖石的屈服應(yīng)力將 隨之 （提高）。12、巖石的流變性包含 （蠕變）（松弛）及（彈性失效）。13、表示巖石的抗剪強(qiáng)度的的莫爾-庫倫公式的表達(dá)式為（t =c+ a tan?）。14、 巖石的抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)方法有（抗剪斷試驗(yàn)）（抗切試驗(yàn)）和 （弱面剪切試驗(yàn)）。15、巖石在三向壓縮時(shí)，隨著側(cè)向應(yīng)力

3、 a 3 和主應(yīng)力差值 a 1 a 3 的增加，塑性 也隨之增大；巖石發(fā)生破壞后，仍保留一定的 承載能 力。1 6 、巖石的軟化系數(shù)主要取決于巖石的（礦物成分）和（分化程 度） 。17、 根據(jù)試驗(yàn)方法的不同，巖石吸水率可分成（自由吸水率）和 （飽和吸水率）兩種。18、巖石的膨脹特性通常以巖石的（自由膨脹率）、（巖石的側(cè)向 約束膨脹率）和（膨脹壓力）等來表示。19、馬克斯韋爾模型是用彈簧和粘壺（串聯(lián)）而成的，彈塑性介質(zhì) 模型是用彈簧與摩擦器（串聯(lián)）在一起的一個(gè)模型。20、巖石在單軸壓力作用下，隨加荷、卸荷次數(shù)的增加，變形總量 逐次（增大），變形增量逐次（增大）。21 、根據(jù)格里菲斯強(qiáng)度理論，巖體

4、的單軸抗壓強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度的 （ 8）倍。二、選擇題msl、公式vs所表示的含義是（C）A、巖石的密度B、飽和密度C、巖石的顆粒密度D、干密度2、巖石的吸水率是指（ B）。(A) 巖石試件吸入水的重量和巖石天然重量之比(B) 巖石試件吸入水的重量和巖石干重量之比(C) 巖石試件吸入水的重量和巖石飽和重量之比(D) 巖石試件天然重量和巖石飽和重量之比第3、 由于巖石的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于它的抗拉強(qiáng)度，所以巖石屬于(B)(A) 脆性材料(B)延性材料(C)堅(jiān)硬材料(D)脆性材料，但圍壓較大時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)延性特征4、 格里菲斯強(qiáng)度準(zhǔn)則不能作為巖石的宏觀破壞準(zhǔn)則的原因是(D)(A) 它不是針對(duì)巖石材料的破壞準(zhǔn)則(

5、B) 它認(rèn)為材料的破壞是由于拉應(yīng)力所致(C) 它沒有考慮巖石的非均質(zhì)特征(D) 它沒有考慮巖石中的大量身長裂隙及其相互作用5、巖石與巖體的關(guān)系是( B )。(A)巖石就是巖體(B)巖體是由巖石和結(jié)構(gòu)面組成的(C)巖體代表的范圍大于巖石(D)巖石是巖體的主要組成部分6、按照庫侖莫爾強(qiáng)度理論，若巖石強(qiáng)度曲線是一條直線，則巖石破壞時(shí)破裂面與最大主應(yīng)力作用方向的夾角為(C)。( A) 45°( B(C( D) 60°7、某巖石試件相對(duì)密度 ds=2.60,孔隙比e=0.05,則該巖石的干密 度P d為(D)( A) 2.45 (B)2.46 ( C) 2.47 (D)2.488、在

6、巖石單向抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)中，使試件呈現(xiàn)錐形破裂的主要原因是 (A)(A)試樣端面與承壓板間的磨擦力；(B)試樣的截面尺寸；(C)試驗(yàn)的加載速率；(D)試樣的高度。9、 在巖石單向抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)中，巖石試件高與直徑的比值h/d 和試 件端面與承壓板之間的磨擦力在下列哪種組合下，最容易使試件呈現(xiàn)錐 形破裂。( B)。( A) h/d 較大，磨擦力很小( B) h/d 較小，磨擦力很大( C) h/d 的值和磨擦力的值都較大(D) h/d 的值和磨擦力的值都較小10、當(dāng)巖石處于三向應(yīng)力狀態(tài)且比較大的時(shí)候，一般應(yīng)將巖石考慮 為( B)。(A)彈性體(B)塑性體(C)彈塑性體(D)完全彈性體11、 在缺乏試驗(yàn)

7、資料時(shí)，一般取巖石抗拉強(qiáng)度為抗壓強(qiáng)度的(B)。( A) 1/21/5(B) 1/101/50( C) 25 倍 ( D) 1050倍12、格里菲斯準(zhǔn)則認(rèn)為巖石的破壞是由于( A)。(A)拉應(yīng)力引起的拉裂破壞(B)壓應(yīng)力引起的剪切破壞(C)壓應(yīng)力引起的拉裂破壞(D)剪應(yīng)力引起的剪切破壞13、巖體的強(qiáng)度小于巖石的強(qiáng)度主要是由于( A)。( A )巖體中含有大量的不連續(xù)面( B )巖體中含有水( C )巖體為非均質(zhì)材料( D )巖石的彈性模量比巖體的大14、 巖石在三向壓縮應(yīng)力作用下，當(dāng)6 3工6 2,且6 2=C時(shí)，下列說 法正確的是（ B）A、巖石的屈服應(yīng)力幾乎不變B、巖石的彈性模量基本不變C、

8、巖石始終保持著塑性破壞的特性D、當(dāng)6 3不斷增大時(shí)，巖石的變形特性由塑性逐漸向脆性過渡15、 常用的巖石介質(zhì)模型有多種，Maxwell 模型為其中之一，它是以 下何種組合（ B）A、彈簧與摩擦器串聯(lián)B、彈簧與粘壺C彈簧與粘壺并聯(lián)D、摩擦器與粘壺并聯(lián)1 6 、在經(jīng)典強(qiáng)度理論中，哪個(gè)理論僅適用于單向受力條件下的巖石 介質(zhì)（ A）A.最大正應(yīng)力理論B.最大正應(yīng)變理論C最大剪應(yīng)力理論D.最大應(yīng)變能理論17、巖石剪切強(qiáng)度的試驗(yàn)方法有（ C）抗剪斷試驗(yàn) 抗切試驗(yàn) 三彎點(diǎn)試驗(yàn) 弱面剪切強(qiáng) 度試驗(yàn)A、B、C、 D、18、剪脹（或擴(kuò)容）發(fā)生的原因是由于（D)（A）巖石內(nèi)部裂隙閉合引起的（B）壓應(yīng)力過大引起的（C

9、）巖石的強(qiáng)度大小引起的（D）巖石內(nèi)部裂隙逐漸張幵的貫通引起的19、下列不屬于典型的蠕變曲線的三個(gè)階段的是（ D）A、瞬態(tài)蠕變階段 B、非穩(wěn)態(tài)蠕變階段 C、穩(wěn)態(tài)蠕變階段D、漸變?nèi)渥冸A段20、劈裂實(shí)驗(yàn)得出的巖石強(qiáng)度表示巖石的（ B）A、抗壓強(qiáng)度B、抗拉強(qiáng)度C、單軸抗拉強(qiáng)度D、剪切強(qiáng)度21、 已知某巖石飽和狀態(tài)與干燥狀態(tài)的單軸抗壓強(qiáng)度比為0.78，則 該巖石（ C）A、軟化性強(qiáng)、工程地質(zhì)性質(zhì)不良B、軟化性強(qiáng)、工程地質(zhì)性質(zhì)較好C、軟化性弱、工程地質(zhì)性質(zhì)較好D、軟化性弱、工程地質(zhì)性質(zhì)不良22、 典型的巖石應(yīng)力應(yīng)變曲線不包括下列哪個(gè)階段（B）A、壓密階段B、破壞階段C、彈性階段D、塑性階段23、 在缺乏試

10、驗(yàn)資料時(shí)，一般取巖石抗拉強(qiáng)度為抗壓強(qiáng)度的（B）（A）1/21/5 ；（ B）1/101/50 ；（ C）25 倍；（D）1050 倍。三、名詞解釋脆性： 物質(zhì)受力后變形很小時(shí)就發(fā)生碎裂的性質(zhì)巖體力學(xué)：是研究巖石和巖體力學(xué)性能的一門學(xué)科 滲透性：是指巖石在一定的水力梯度作用下，水穿透巖石的能力 擴(kuò)容：在巖石的單軸壓縮試驗(yàn)中，當(dāng)壓力達(dá)到一定程度以后，巖石 中的破裂或微裂紋繼續(xù)發(fā)生和擴(kuò)展，巖石的體積應(yīng)變?cè)隽坑蓧嚎s轉(zhuǎn)為膨 脹的力學(xué)過程巖石的單軸抗壓強(qiáng)度：指巖石試件在單軸壓力下達(dá)到破壞的極限值軟化系數(shù)：是指巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度 RCC與干燥狀態(tài)下的單軸抗壓強(qiáng)度Red的比值巖石的自由膨脹率：是指巖石試件在

11、無任何約束的條件下浸水后所 產(chǎn)生膨脹變形與試件原尺寸的比值應(yīng)力松弛：指在應(yīng)變保持不變條件下，應(yīng)力隨時(shí)間才增大而減小的 特性蠕變：在大小和方向都保持不變的外力作用下，變形隨時(shí)間不斷增 大的現(xiàn)象強(qiáng)度經(jīng)典理論包括哪些理論 ?1. 最大正應(yīng)力理論 2.最大正應(yīng)變理論 3. 最大剪應(yīng)力理論 4.最大應(yīng) 變能理論四、簡答題1、巖石？何謂巖體？巖石與巖體有何不同之處？ 答：巖石是指有礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律聚集而形成的 自然物體。巖體是指在一定工程范圍內(nèi)的自然地質(zhì)體。 巖石和巖體是兩個(gè)既有聯(lián)系又有區(qū)別的兩個(gè)概念，首先，巖體是由 巖石塊和各種各樣的結(jié)構(gòu)面共同組成的綜合體；其次，巖體的概念是與 工程聯(lián)系

12、起來的，而巖石是具有一定化學(xué)成分和物理性質(zhì)的單個(gè)體。2、單軸抗壓強(qiáng)度的影響因素有哪些？答： 1.承壓板對(duì)單軸抗壓強(qiáng)度的影響2. 巖石試件尺寸及形狀對(duì)單軸抗壓強(qiáng)度的影響3. 加載速率對(duì)單軸抗壓強(qiáng)度的影響4. 環(huán)境對(duì)巖石對(duì)單軸抗壓強(qiáng)度的影響3、什么叫巖石的初始彈模、切線彈模和割線彈模？它們各反應(yīng)巖石 的什么變形特征？答：初始彈模是指應(yīng)力應(yīng)變曲線在坐標(biāo)原點(diǎn)切線的斜率；切線彈模是指應(yīng)力應(yīng)變曲線在任意一點(diǎn)切線的斜率；割線彈模是指應(yīng)力 應(yīng)變曲線任意一點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)割線的斜率。初始模量反映了巖石中微裂隙的多少；切線模量反映了巖石的彈性變形特征；割線模量反映了巖石的總體變形特征。4、力學(xué)的研究任務(wù)主要有哪幾個(gè)方

13、面？答：（ 1）基本原理方面（ 2）實(shí)驗(yàn)方面（3）實(shí)際應(yīng)用方面（ 4）監(jiān)測方面5、巖石在單軸受壓、受拉區(qū)都符合莫爾斜直線強(qiáng)度準(zhǔn)則，那么巖石的抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之間存在什么關(guān)系？答：巖石的抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度成正相關(guān)。6 巖石的物理性質(zhì)的參數(shù)有哪些？答：天然密度（p）、飽和密度（p sa）、干密度（p d）、重力密度（丫）、顆粒密度（p s）孔隙比（e）、孔隙率（n）、含水率（宀）、吸水率（宀a）、滲透性（qx）、軟化系數(shù)（n）、耐崩解性指數(shù)（Id2）、膨脹率（V）、抗凍性（Kf）、7 巖石應(yīng)力應(yīng)變曲線的類型？答： 1.直線形曲線。該類型曲線主要描述具有明顯的彈性特性的巖石，且絕大多數(shù)有很強(qiáng)的脆性

14、性態(tài)；2下凹形曲線。該類型曲線主要反映具有較明顯的塑性變形的巖石。3. 上凸形曲線。該類型曲線具有較大的孔隙但其巖石又比較堅(jiān)硬。4. S形曲線。 該類型曲線主要表征呈塑彈性的巖石。8、剛性壓力機(jī)的工作機(jī)理？答：試驗(yàn)機(jī)主要是由出力系統(tǒng)和金屬框架組成，當(dāng)進(jìn)行巖石壓縮試 驗(yàn)室，試驗(yàn)機(jī)的金屬框架則承受了出力系統(tǒng)大小相同的拉力。此時(shí)，框 架中將貯存著一定數(shù)量的彈性應(yīng)變能。當(dāng)巖石達(dá)到峰值應(yīng)力時(shí)，由于已 超出巖石所能承受的極性應(yīng)力，使得巖石將產(chǎn)生一個(gè)較大量級(jí)的應(yīng)變。 正是因?yàn)檫@一應(yīng)變?cè)谒矔r(shí)產(chǎn)生，促使試驗(yàn)機(jī)框架向巖石釋放出貯存在機(jī) 內(nèi)的彈性應(yīng)變能。剛性壓力機(jī)的剛度大于巖石的剛度，在相同條件下， 試驗(yàn)機(jī)附加給巖

15、石的能量比巖石所能承受的能量小，要巖石繼續(xù)產(chǎn)生應(yīng) 變必須依靠外荷載的加載作工才能實(shí)現(xiàn)。因此，當(dāng)試驗(yàn)機(jī)的剛度大于巖 石的剛度時(shí)，才有可能記錄下巖石峰值應(yīng)力后的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)ゾ€。9、請(qǐng)說明巖石在單軸壓縮作用下應(yīng)力 -應(yīng)變曲線的階段特性。答：根據(jù)應(yīng)力一一應(yīng)變曲線的形態(tài)變化，可分為OA、AB、BC三個(gè)階段，OA階段稱為壓密階段，其特征是應(yīng)力一一應(yīng)變曲線呈上凹型，即應(yīng) 變隨應(yīng)力的增加其增量減?。?AB階段稱為彈性階段，其特征是應(yīng)力一一 應(yīng)變曲線基本呈直線，即在這一階段卸荷的話，其應(yīng)變可以恢復(fù)；BC階段稱為塑性階段，當(dāng)應(yīng)力值超過 B 點(diǎn) 9（屈服應(yīng)力 ）之后，隨著應(yīng)力的增大 曲線呈下凹狀，明顯地表現(xiàn)出應(yīng)變?cè)?/p>

16、大的現(xiàn)象，也就是常說的進(jìn)入了塑 性階段，巖石產(chǎn)生明顯的不可逆的索性變形。五、計(jì)算題1、某巖塊的剪切強(qiáng)度參數(shù)為：C=50MPa,=600,設(shè)巖石強(qiáng)度服從莫爾直線型強(qiáng)度理論。如用該巖石試件做三軸試驗(yàn)當(dāng)圍壓a 3和軸壓a 1分別加到50MPa和700MPa 后，保持軸壓不變，逐漸卸除圍壓a 3,問圍壓卸到多少時(shí)，巖石試件破壞？ a 1-a 3解：si n =1+32+ccot 二 sin600=3 +50cot6002? a 3=23.47MPa2、已知某采場圍巖的力學(xué)指標(biāo)：a t =-22MPa,凝聚力C=20MPa,內(nèi)摩擦角？=48°，若該采場頂板某點(diǎn)主應(yīng)力a 1=200MPa, a

17、3=10MPa。試求：（ 1）由莫爾 -庫侖強(qiáng)度理論判斷該點(diǎn)是否會(huì)破壞？（2）由格里菲斯強(qiáng)度理論判斷該點(diǎn)是否會(huì)破壞？（ 3）根據(jù)上述計(jì)算,若會(huì)破壞,屬于何 種破壞,破壞面與最大主應(yīng)力的夾角是多少？解： （1） 700-a 3 圍壓卸到 23.47MPa 時(shí),巖石試件破壞Sin?冬 a 1- a 3a 1+a 3+2ccot？左邊 Sin 57o=0.743 a 1- a 3200-10 右邊=0.772 a 1+a3+2ccot?200+10+2?20cot48等式成立,所以巖體會(huì)破壞（2）a 1+3a 3=2+030?10=230>0a 1- a 3）（ a 1+a 32=8

18、a t=8a t （200-10）2200+10?a t=21.49MPa<22MPa由格里菲斯強(qiáng)度理論判斷該點(diǎn)不會(huì)破壞（3）、根據(jù)莫爾-庫倫判據(jù)巖體破壞，而根據(jù)格里菲斯準(zhǔn)則巖體要 發(fā)生不破壞。即可認(rèn)為該巖體會(huì)發(fā)生剪切破壞,但不會(huì)拉裂破壞,所以 此巖體將破壞。sin?=0.772?=50.5603、某種均質(zhì)巖石，其 C=400kPa ?=30。試求此巖石在側(cè)向圍巖壓力a 3=200kPa的條件下的極限抗壓強(qiáng)度 RC,并求出破壞面的方位。 a1-a3 a 1+a 3+2ccot?a 1-200?si n300=解：a 1+200+2?400?cot300?a 1=1985.64KP

19、a sin?=300=45+=45+=600220?0破壞面與最大主應(yīng)力作用面之間的夾角是 604、三塊5X 5X 5 cm3立方體試件，分別作傾角為 48° , 55° 64°的抗剪強(qiáng)度試樣，其施加的最大荷載分別為 4500N， 2800N 和 2000N。忽略滾珠排與上下壓板間的摩擦。試求：（ 1）巖石的 C、 ?值。（ 2）繪出抗剪強(qiáng)度的曲線圖。P14500sin a 1=sin48 =180?0.743=134kg/cm2 A5?5P2800t 55=2sina 2=sin55 =112?0.819=92kg/cm2 A5?5P2000t 64=3sina

20、 3=sin64 =80?0.899=72kg/cm2 A5?5P4500a 48=1sina 1=cos48 =180?0.669=12c0mkg2/ A5?5P2800a 55=2sina 2=cos55 =112?0.574=64kg/cm2 A5?5P2000a 64=3sina 3=cos64 =80?0.438=35kg/cm2 A5?5又 t =c+ a tan?解：t 48=t 48=134kg/cm2a 48=120kg/cm2c=134-120tan?t 55=92kg/cm2 a 55=64kg/cm2c=92-64tan?tan?二42=0.75 二?=37c=44kg/c2m 565、一組兩塊巖石圓柱體試件，直徑都為50mm ，高度為 50mm ，進(jìn)行三軸壓縮試驗(yàn)。圍壓分別為5、10MPa，對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度分別為 30.32MPa、 47.32 MPa。試求： 1 )巖石的 C、 ?值。2) 巖石單軸抗壓強(qiáng)度。3) 若巖石破壞服從庫倫準(zhǔn)則，請(qǐng)繪出抗剪強(qiáng)度的曲線圖。47.32-30.32=3.410-51+sin?又 E =1-sin?解：E13.4-16?si n?= E +13.4+111 E =?=33.05