簡述采礦工程中巖體力學(xué)的特點

1、3.3.簡述采礦工程中巖體力學(xué)的特點。采礦工程多處于地下較深處，而其它地下工程多在距地表較近（幾十米）的范圍內(nèi)； 對礦山工程，只要求在開采期間不破壞，在采后能維持平衡狀態(tài)不影響地表安全即可，故 其計算精度、安全系數(shù)及加固等方面均低于國防、水利工程的標(biāo)準(zhǔn)；礦山地質(zhì)條件復(fù)雜， 又受礦床賦存條件限制，故采礦工程的位置選擇性不大，同時采掘工作面不斷變化，因而采 礦工程巖石力學(xué)具有復(fù)雜性的特點繪圖并說明巖石的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^程曲線。1、裂隙壓密階段（OA）。曲線上凹，體積縮小；A點： 壓密極限2、線彈性變形階段（AB）。呈直線，體積仍縮小；B 點：彈性極限3、微裂隙穩(wěn)定發(fā)展階段（BC）。近似線彈性，體積變

2、 形由縮小轉(zhuǎn)為增大，發(fā)生“擴容”；C點：屈服極 限屈服點：巖石從彈性變?yōu)樗苄缘霓D(zhuǎn)折點4、非穩(wěn)定發(fā)展階段（CD）5、裂隙擴展、新裂隙產(chǎn)生，體積膨脹加劇，顯示 宏觀破壞跡象，巖石承載能力達(dá)到極限；D點： 峰值強度/強度極限，即單軸抗壓強度6、殘余強度階段（DE）巖石全面破壞，承載能力下 降，但尚有承載力，此為巖石材料特點之一巖石三向壓力（。1。2=。3）作用下變形規(guī)律1隨著圍壓。2=0 3）增大，巖石抗壓強度顯 著增加；2隨著圍壓（O 2=0 3）增大，巖石變形顯著增 大；3隨著圍壓（O 2=0 3）增大，巖石彈性極限顯 著增大；4隨著圍壓（O 2=0 3）增大，巖石性質(zhì)發(fā)生變 化：由彈性一塑性圖

3、2-7 大理巖的應(yīng)力差-我與縱向應(yīng)變E的關(guān)系曲線圖2-30圖2-30軟弱巖石典型端 變曲線的三階段解釋巖石的不穩(wěn)定蠕變曲線，試述如何利用它進(jìn)行巖體工程破壞的預(yù)報?過渡蠕變階段（I）在加載瞬間有一彈性變形 0,繼而以較快的速度增長，隨后蠕變 速度逐漸降低，并過渡到等速蠕變階段。若在此階段內(nèi)卸載，則會出現(xiàn)瞬間彈性變形（PQ段），和通過一 段時間才能恢復(fù)的變形（QR段） 穩(wěn)定蠕變階段（II）變形緩慢，應(yīng)變與時間近于線性關(guān)系，變形速度保持恒定若在此階段卸載，則不僅出現(xiàn)瞬間的彈性恢復(fù)（TU段）和彈性后 效（UV段），還會有不可恢復(fù)的永久變形殘留加速蠕變階段（III）蠕變速度加快，內(nèi)部裂隙迅速發(fā)展，促使變

4、形加劇，直到破壞*利用蠕變曲線進(jìn)行巖石工程破壞預(yù)報。若發(fā)現(xiàn)巖體某部分位移 速度開始由等速轉(zhuǎn)入加速發(fā)展時，表明即將發(fā)生破壞；若給出加速 蠕變起始點時間，及時撤離，可避免災(zāi)難發(fā)生5.繪圖并說明巖石力學(xué)介質(zhì)常用的理論模型?；⒖酸芤灰粡椈稍硐霃椥栽?，呈線彈性，完全服從 虎克定律，其力學(xué)關(guān)系為由于彈性模量E為常量，故變形與 時間無關(guān)，有de -赤=Edt dt庫侖彳摩擦元件理想塑性體，其力學(xué)關(guān)系為:o 0屈服極限o 0屈服極限牛頓體阻尼元件是一種理想的粘性流體，其流動性質(zhì) 服從牛頓粘性定律，即粘性體的流動速 度（或應(yīng)變速度）與應(yīng)力成比例關(guān)系:2-13基本力學(xué)模擬元件及其變形特征巖一一身性粘性系數(shù)圖

5、（U）津簧元件* 3）摩擦元件；阻尼元件6.影響巖石單向抗壓強度的因素有哪些？巖石自身性質(zhì)礦物組成、粒間連接、巖性、結(jié)構(gòu)特征、顆粒大小及形狀、風(fēng)化程度、微結(jié)構(gòu) 面、實驗條件斷面形狀：（強度）圓形六邊形 四邊形三邊形試件尺寸效應(yīng)：尺寸大，強度低；h/D增大，強度降低加荷速率：強度常隨加荷速率增大而增高端面條件：端面效應(yīng)層理結(jié)構(gòu)：強度各向異性（垂直/平行層理）溫/濕度：含水量高，強度低；溫度高，強度越低什么叫軟化系數(shù)？巖石飽水狀態(tài)的抗壓強度Rw與巖石干燥狀態(tài)的抗壓強度Rd之比：RK = Ss = btan9 + C莫爾理論 材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生破壞，是由于材料在外載荷作用下，沿某一斜截面上的剪

6、應(yīng)力達(dá)到某一極限值造成的，并且破壞也與剪切面上正應(yīng)力有關(guān)Ss = f （b） 只有當(dāng)t NSs時，材料才會沿此斜截面發(fā)生剪切破壞。沿此剪切面上的剪應(yīng)力不僅要克 服巖石顆粒間的粘聚力，而且還要克服沿此面上的摩擦阻力。對莫爾強度理論的評價優(yōu)點將巖石受壓、受拉、受剪的應(yīng)力狀態(tài)與強度條件結(jié)合，以判斷巖石在某應(yīng)力狀態(tài)下 是否發(fā)生破壞，以及破壞的方向巖石強度曲線與正應(yīng)力有關(guān)，能比較真實地反映巖石的抗剪特性巖石在三向等拉時會破壞巖石在三向等壓時，是不會破壞的對莫爾強度理論的評價不足忽略中間主應(yīng)力。2影響，與實驗結(jié)果有一定出入/沒有反映出巖石中存在結(jié)構(gòu)面時，對巖石強度的影響/只適用于剪切，對受拉區(qū)研究不夠充分

7、，不適用于膨脹或蠕變破壞巖石與巖體的區(qū)別是什么？如何分析巖體結(jié)構(gòu)面強度？巖體是由結(jié)構(gòu)面及其所圍限的巖塊（結(jié)構(gòu)體）所組成具有一定的結(jié)構(gòu)是巖體的顯著特征之一巖體中存在著復(fù)雜的天然應(yīng)力狀態(tài)和地下水，這是巖體與其他材料的根本區(qū)別之一（一）結(jié)構(gòu)面抗剪強度在垂直結(jié)構(gòu)面方向施加恒定荷載P，沿結(jié)構(gòu)面方向施加水平推力T，試件沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑移。T試件剪斷時最大水平推力T除以斷裂面面積A，即為結(jié)構(gòu)面抗剪強度 t =-A用同種巖石的不同試件，可獲得一組沿結(jié)構(gòu) 面破壞時的正應(yīng)力。n和剪應(yīng)力T n，據(jù)此 繪出結(jié)構(gòu)面強度曲線S =b tan 9. + Cg 3-3結(jié)構(gòu)面的抗第sj結(jié)構(gòu)面抗摩擦強度復(fù)試驗，（小抗摩擦強度讀翳句

8、面抗摩擦強度，實質(zhì)為Cj =0時的結(jié)構(gòu)面抗剪強度利用已做完抗剪強度的試件再重復(fù)作一次抗剪試驗，即可測出結(jié)構(gòu)面上的抗摩擦強度根據(jù)一組試驗資料，可獲得一條通過。-T坐標(biāo)原點的斜直線，其表達(dá)式為S =b tan9.so描述結(jié)構(gòu)面狀態(tài)的指標(biāo)？A結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、形態(tài)；B結(jié)構(gòu)面的延展尺度；C結(jié)構(gòu)面的密集程度；D結(jié)構(gòu)面的填充物；什么是龜裂系數(shù)？它的大小一般反映什么含義？根據(jù)彈性波在試件中和在巖體中的傳播速度比，可判斷巖體中裂隙發(fā)育程度，此比值的平方稱為龜裂系數(shù)（或稱巖體完整性系數(shù)），以K表示K = V ）2V、v分別為彈性波在巖體和巖石中傳播的縱波速度一 vK可判斷巖體的完整程度，對巖體進(jìn)行分類:巖體種類龜裂

9、系數(shù)K完整0.75塊狀0.450.75碎裂狀0.45繪圖并說明巖體的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^程曲線。裂隙壓密階段（OA段）原有裂隙受壓閉合，出現(xiàn)不可恢復(fù)的殘余變形，形成 非線性上凹狀壓縮變形曲線，表現(xiàn)出彈塑性并存的特點A點的應(yīng)力稱為壓密極限 彈性變形階段（AB段）經(jīng)過壓密階段后，巖體由不連續(xù)狀態(tài)進(jìn)入連續(xù)狀態(tài)，呈現(xiàn)彈性變形B點的應(yīng)力稱為彈性極限塑性變形階段（BC段）應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈向下彎曲狀。即使荷載增加不大，也會產(chǎn)生較大的變形。C點的應(yīng)力稱為強度極限破壞階段（CD段）出現(xiàn)巖體應(yīng)力釋放過程，宏觀上表面為破裂巖體在破裂時應(yīng)力并不是突然下降，在破裂面上尚存一定摩擦力，使巖體仍具有承載能力，直至最終達(dá)到巖體的殘

10、余強度15. RQD指標(biāo)的含義是什么？長度在10cm （包含10cm）以上的巖心累計長度占鉆孔總長度的百分比，稱為巖石（巖心）質(zhì)量指標(biāo)（R.Q.D）10cm以上巖心累計長度RQD=鉆孔長度x100（%）根據(jù)鉆探時的巖心完好程度來判斷巖體的質(zhì)量，對巖體進(jìn)行分類，R.Q.D值越大巖石 質(zhì)量越好。解釋對巖體進(jìn)行工程分類的原因？由于組成巖體的巖石性質(zhì)不同，以及巖體中弱面發(fā)育情況的差異，致使巖石力學(xué)性質(zhì) 比較復(fù)雜，為了便于研究巖體并運用于工程實際，必須對巖體進(jìn)行分類。通過分類，概括地 反映各類工程巖體的質(zhì)量好壞，預(yù)測可能出現(xiàn)的巖體力學(xué)問題，為工程設(shè)計、支護(hù)襯砌、建 筑物選型和施工方法選擇等提供參數(shù)和依據(jù)

11、。什么是原巖應(yīng)力？習(xí)慣上將原巖應(yīng)力分為哪兩類？存在于地層中的未受工程擾動的天然應(yīng)力，又稱初始地應(yīng)力或地應(yīng)力主要包括由巖體重量引起的自重應(yīng)力和地質(zhì)構(gòu)造作用引起的構(gòu)造應(yīng)力等目前獲得原巖應(yīng)力狀態(tài)最可靠的方法是什么？獲得原巖應(yīng)力狀態(tài)最可靠的方法是原位測量什么是側(cè)壓系數(shù)？側(cè)壓系數(shù)能否大于1？從側(cè)壓系數(shù)值的大小如何說明巖體所處的應(yīng)力 狀態(tài)？書p57如何進(jìn)行圍巖局部穩(wěn)定計算？塊體極限平衡理論計算圍巖壓力步驟：運用地質(zhì)勘探手段查明結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀和組合關(guān)系，并求出結(jié)構(gòu)面的c、值對臨空的結(jié)構(gòu)體進(jìn)行穩(wěn)定性分析，找出可能滑移的結(jié)構(gòu)體（危巖）采用塊體極限平衡理論進(jìn)行壓力計算+P74梯形塊體穩(wěn)定性分析（a）結(jié)構(gòu)面1和2分別具

12、有長度11和12,抗剪力為T 1和T 211和12面上各種應(yīng)力均為均勻分布巖塊受兩個面的夾持作用，即抗滑力T =T 1+T 2在自重作用下，作用于12面上的法向壓力較小，故巖塊12面一般只考慮 粘聚力，不考慮摩擦力11面上的抗滑力：=Q cosa.tan中1+七匕12面上的抗滑力：c 2 = c212式中：Q為滑動巖體的重力V 1和c1分別為11面上的內(nèi)摩擦角和粘聚力c2為12面上的粘聚力如何進(jìn)行巖基的抗滑穩(wěn)定計算？巖坡破壞型式分為哪幾類？巖石斜坡常見的破壞類型巖石崩塌、平移滑動、旋轉(zhuǎn)滑動、巖塊流動和巖層曲折如何進(jìn)行巖坡平面滑動的力學(xué)穩(wěn)定分析？平面滑動的力學(xué)穩(wěn)定分析一一剛體極限平衡法a）平面剪

13、切的力學(xué)分析b）楔體滑動的力學(xué)分析c）滑面的組合分析根據(jù)搬運和沉積方式的不同，可將第四紀(jì)土分為哪兩類？第四紀(jì)土，根據(jù)其搬運和沉積方式的不同，又可分為殘積土和運積土兩大類。根據(jù)搬運的動力不同，運積土可分為幾類？根據(jù)搬運的動力不同，運積土可分為：坡積土、洪積土、沖積土、湖澤沼澤沉積土 海相沉積土、冰積土、風(fēng)積土。.試述殘積土的特點。殘積土的特點：顆粒表面粗糙、多棱角、粗細(xì)不均、無層理。.試述弱結(jié)合水的性質(zhì)及其工程意義？弱結(jié)合水呈粘滯狀態(tài)，不能傳遞靜水壓力，不能自由流動，但受力時可以變形，能 從水膜較厚處向鄰近較薄處移動弱結(jié)合水的存在是土具有可塑狀態(tài)的原因.什么塑性指標(biāo)IP？計算公式？工程意義？:

14、塑性指數(shù)土是指液限和塑限的差值（用百分?jǐn)?shù)的絕對值表示），即土處在可塑狀態(tài) 的含水量變化 I =3了_%p L P-粘性土體處于可塑狀態(tài)下，含水量變化的最大區(qū)間-Ip大，表示該土能夠吸附較多的結(jié)合水，但仍可處于可塑狀態(tài)，亦即礦物的 吸水能力強由于塑性指數(shù)在一定程度上綜合反映了影響粘性土特征的各種重要因素，因此在工程上 長按此值對粘性土進(jìn)行分類。.什么液性指標(biāo)IL?計算公式？工程意義？液性指數(shù)匕粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比I =L %一工程上可用液性指數(shù)IL表示粘性土所處的軟硬狀態(tài)。IL值愈大，土質(zhì)愈軟；反之土質(zhì)愈硬圖1-16含水量干密度曲線30.如何理解含水量-圖1-16含水量干

15、密度曲線-當(dāng)含水量小時，顆粒表面的水膜薄，顆粒相互移動、壓實需克服很大的粒間阻力，消耗較大能量，p /小-隨含水量增加，水膜加厚，粒間阻力減小，顆粒易移動當(dāng)含水量超過最優(yōu)含水量3 以 op后，水膜繼續(xù)增厚所引起的潤滑作用已不明顯-此時，土中剩余空氣已不多，且與大氣隔絕。封閉氣體很難排出，故擊實土不能達(dá)到完全飽和狀態(tài)，擊實曲線亦不能達(dá)到飽和曲線.試說明達(dá)西滲透定律的應(yīng)用條件和適用范圍。適用范圍：:達(dá)西定律是描述層流狀態(tài)下滲透流速與水頭損失之間關(guān)系的規(guī)律亦即：滲流速度v與水力坡降i成線性關(guān)系只適于層流范圍:在水利工程中，絕大多數(shù)滲流（例如，干砂土或一般的粘性土）均屬于層流范圍， 故適用達(dá)西定律但以

16、下兩種情況可認(rèn)為超出達(dá)西定律適用范圍粗粒土中的滲流-少數(shù)粘性土中的滲流應(yīng)用條件：達(dá)西定律的上下限。.什么是滲透力？滲透力的表達(dá)式？產(chǎn)生流砂的條件？將水流作用在單位體積土體中土顆粒上的力稱為滲透力（單位kN/m3），也稱動水壓力J = -T = -y iw在滲流過程中:當(dāng)水自上而下滲流時，滲透力的方向與土粒所受重力方向相同，將增加土粒之間的 壓力若水自下而上滲流時，滲透力的方向與土粒所受重力方向相反，將減小土粒之間的 壓力此時，如果滲透力的大小等于土的浮重度（有效重度）時，則土粒之間的壓力為零， 從理論上講土粒處于懸浮狀態(tài)，它將隨水流一起流動，形成流砂現(xiàn)象用達(dá)西滲透定律計算出的滲透流速是否是土中

17、的真實滲透流速，它們在物理概念上有何 區(qū)別？應(yīng)該指出的是，用達(dá)西滲透定律計算出的滲透流血并非土孔隙中水的實際平均流諫。這是因為公式推導(dǎo)中采用土樣的整個斷面積，其中包括了土粒骨架所占的部分面積，故真實過水面積Av應(yīng)小于4,即水在土孔隙中的流諫要比平均流速大很多然而，土中孔隙大小和形狀復(fù)雜，測定真正流速非常困難，從工程應(yīng)用角度也沒有這種 必要。因此，為了研究方便，滲流計算中多采用假想的平均流速。試驗室測定滲透系數(shù)k的方法主要用哪兩類？，便于區(qū)別，將式.：.目前稱為實驗室抗剪強滲透式數(shù)將通常砒常水頭單和變水頭為有效應(yīng)法抗剪強度公式 什么是流網(wǎng)？流網(wǎng)具有哪些性質(zhì)？流網(wǎng)的主要矗是什么？,:流網(wǎng)是指由了組

18、淑Q組頊線壽相垂矗俐醐成的網(wǎng)絡(luò)流網(wǎng)的性質(zhì)：1流線與等勢線互相正交2每個網(wǎng)格的長寬比為常數(shù)3任意兩相鄰等勢線間的水頭損失相等4任意兩相鄰流線間的滲流量相等主要用途：測管水頭水力坡降滲透流速滲透流量36何為有效應(yīng)力？寫出飽和土體有效應(yīng)力原理的表達(dá)式。土體中的附加應(yīng)力是通過土粒之間的接觸來傳遞的，這種粒間接觸的應(yīng)力，稱為有效應(yīng)力 公式即為美國學(xué)者太沙基于1925年首先提出的飽和土體的有效應(yīng)力原理37簡述太沙基的有效應(yīng)力原理。有效應(yīng)力原理可以描述為土中總應(yīng)力等于有效應(yīng)力與孔隙水應(yīng)力之和38直接剪切試驗按排水條件不同，可分為哪三類？快剪試驗是指豎向壓力施加后，不讓試樣固結(jié)，立即施加水平剪力進(jìn)行剪切，剪切速率快 (0.8mm/min)，一般從加荷到剪壞只用35min固結(jié)快剪試驗要點：施加豎向壓力后，使土樣充分排水固結(jié)，待變形穩(wěn)定后再施加水平剪力， 快速將土樣剪壞，即剪切時模擬不排水條件。慢剪試驗要點：豎向壓力施加后，讓土樣排水固結(jié)，待穩(wěn)定以后，再以慢速(小于 0.02mm/min)施加水平