巖石力學(xué)復(fù)習(xí)資料

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?巖體力學(xué)根基?習(xí)題

二、巖塊和巖體的地質(zhì)根基

一、解說(shuō)下例名詞術(shù)語(yǔ)

4、構(gòu)造面：其是指地質(zhì)歷史展開過(guò)程中，在巖體內(nèi)形成的擁有必定的延長(zhǎng)方向和長(zhǎng)度、厚度相對(duì)

較小的地質(zhì)面或帶。它包含物質(zhì)分異面和不連續(xù)面，如層面、不整合、節(jié)理面、斷層、片理面等，國(guó)內(nèi)外一些文件中又稱為不連續(xù)面或節(jié)理。

7、節(jié)理粗拙度系數(shù)JRC：用縱刻面儀測(cè)出用以表征構(gòu)造面粗拙程度的參數(shù)；

13、巖體完好性系數(shù)Kv：其是指巖體縱波速度和巖塊縱波速度之比的平方，用公式表示：

KV

(

Vmp)2

Vrp

14、巖石質(zhì)量指標(biāo)

RQD：大于

10cm

的巖心累計(jì)長(zhǎng)度與鉆孔進(jìn)尺長(zhǎng)度之比的百分?jǐn)?shù)。

二、簡(jiǎn)答題

(8)按巖體力學(xué)的看法，巖體擁有什么樣的力學(xué)特色？

答：非均質(zhì)、非連續(xù)、各向異性和非線彈性；

三、巖石的物理、水理與熱學(xué)性質(zhì)

一、解說(shuō)下例名詞術(shù)語(yǔ)

17、巖石的浸透系數(shù)：浸透系數(shù)是表征巖石透水性的重要指標(biāo)，其在數(shù)值上等于水力梯度為

1時(shí)的

浸透流速。

四、巖石的強(qiáng)度特色

一、解說(shuō)下例名詞術(shù)語(yǔ)

1、巖石的強(qiáng)度：巖石在抵達(dá)損壞前所能承受的最大應(yīng)力；

5、巖石的抗拉強(qiáng)度：巖石試件在單向拉伸時(shí)能承受的最大拉應(yīng)力；

6、巖石的抗剪強(qiáng)度：在剪切荷載作用下，巖塊抵擋剪切損壞的最大剪應(yīng)力；

7、巴西試驗(yàn)：為了測(cè)定巖石抗拉強(qiáng)度而進(jìn)行的劈裂試驗(yàn)；

16、端部效應(yīng)：試件試驗(yàn)時(shí)端面條件對(duì)巖塊強(qiáng)度的影響，其產(chǎn)生原由一般以為是因?yàn)樵嚰嗣媾c壓

力機(jī)板間的磨擦作用，改變了試件內(nèi)部的應(yīng)力散布和損壞方式，從而影響巖塊的強(qiáng)度；

17、直剪試驗(yàn)：將試件放在直剪儀上，試驗(yàn)時(shí)，先在試件上施加法向壓力，而后在水平方向逐級(jí)施

加水平剪力，直到試件損壞從而求得試件抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)方法；

二、簡(jiǎn)答題

在巖石的單軸壓縮試驗(yàn)中，試件的高徑比、尺寸、加載速率如何影響巖石的強(qiáng)度？

答：一般說(shuō)來(lái)，高徑比越大，巖石的強(qiáng)度越低；試件尺寸越大，巖石強(qiáng)度越低；加荷速率越大，巖

石的強(qiáng)度越大；

(7)某巖石的單軸抗壓強(qiáng)度為，φ，°假如在側(cè)壓力σ3下作三軸試驗(yàn)，請(qǐng)估

計(jì)損壞時(shí)的軸向荷載是多少？

解：以下列圖：

τ

DFBrr1c3.2AoCEσσAOC≌ABC得：r1=ACcAF即：r1=cctgr1因?yàn)椋簉1MPa，φ，°cccsc因此求得：MPa

因此：AO=cctgMPa

r1ACcctgr1ABC≌ADE得：==r2r2AEAO解得：r2MPa

因此σ1=40.8+2×MPa

五、巖石的變形特色

一、解說(shuō)下例名詞術(shù)語(yǔ)

2、全過(guò)程曲線：反應(yīng)單軸壓縮巖石試件在破裂前后全過(guò)程的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的曲線；

3、初始模量：應(yīng)力—應(yīng)變曲線在原點(diǎn)處的切線斜率；

4、切線模量：應(yīng)力—應(yīng)變曲線直線段的斜率；

2

5、割線模量：從應(yīng)力—應(yīng)變曲線的原點(diǎn)到初始裂點(diǎn)連線的斜率；

6、泊松比：是指在單軸壓縮條件下，橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變之比，即μ=d；

l

13、巖石的流變性：巖石的變形和應(yīng)力受時(shí)間要素的影響，在外面條件不變的狀況下，巖石的變形或應(yīng)力隨時(shí)間而變化的現(xiàn)象叫流變；

16、初始蠕變：在本階段內(nèi)，蠕變曲線呈下凹型，特色是應(yīng)變最先隨時(shí)間增大較快，但其應(yīng)變率隨時(shí)快速遞減到B點(diǎn)抵達(dá)最小值；

17、等速蠕變：本階段內(nèi)，曲線呈近似直線，即應(yīng)變隨時(shí)間近似等速增添，直到C點(diǎn)；18、加快蠕變：本階段蠕變加快展開直到巖石損壞；19、長(zhǎng)久強(qiáng)度：把出現(xiàn)加快蠕變的最低應(yīng)力值稱為長(zhǎng)久強(qiáng)度；

二、簡(jiǎn)答題

圖示單軸壓縮條件下巖石變形的全過(guò)程曲線，說(shuō)明各特色點(diǎn)的地點(diǎn)和意義，簡(jiǎn)述巖石變形各階

段及其體制。

σεDⅢvCⅢεCdⅣⅡBⅡεLBAAoⅠε擴(kuò)容壓縮答：?jiǎn)屋S壓縮條件下巖石變形的全過(guò)程曲線如上圖所示：〔Ⅰ〕孔隙裂隙壓密階段〔OA〕，試件中原有張開性構(gòu)造面或微裂隙漸漸閉合，巖石被壓密，形成初期的非線性變形；〔Ⅱ〕彈性變形至微破裂穩(wěn)固展開階段AC〕，據(jù)其變形機(jī)理又可細(xì)分彈性變形階段〔AB段〕和微破裂穩(wěn)固展開階段〔BC段〕，彈性變形階段不單變形隨應(yīng)力成比率增添，并且在很大程度上表現(xiàn)為可恢復(fù)的彈性變形，B點(diǎn)的應(yīng)力可稱為彈性極限。微破裂穩(wěn)固展開階段的變形主要表現(xiàn)為塑性變形，試件內(nèi)開始出現(xiàn)新的微破裂，并隨應(yīng)力加強(qiáng)而漸漸展開，當(dāng)荷載保持不變時(shí)，微破裂也停止展開，這一階段的上界應(yīng)力〔C點(diǎn)應(yīng)力〕稱為折服極限；〔Ⅲ〕非穩(wěn)固破裂展開階段〔CD〕；因?yàn)槠屏堰^(guò)程中造成的應(yīng)力集中效應(yīng)明顯，即便外荷載保持不變，破裂仍會(huì)不停展開，并在某些單薄部位第一損壞，應(yīng)力從頭散布，其結(jié)果又惹起次單薄部位的損壞，挨次進(jìn)行下去直到試件完好損壞；

〔Ⅳ〕損壞后階段〔D點(diǎn)此后階段〕：巖塊承載力抵達(dá)峰值后，其內(nèi)部構(gòu)造完好損壞，但試件仍根本保持整體狀，到本階段，裂隙快速展開，交錯(cuò)且互相結(jié)歸并形成宏觀斷裂面，今后，巖塊變形主要表現(xiàn)

為沿宏觀斷裂面的塊體滑移，試件承載力隨變形增大快速降落，但其實(shí)不降到零，說(shuō)明破裂的巖石仍有必定的承載能力；

簡(jiǎn)述巖石單軸壓縮變形試驗(yàn)的試驗(yàn)方法、過(guò)程、和資料整理。

答：試樣大多采納圓柱形，一般要求試樣的直徑為5cm，高度為10cm，兩頭磨平圓滑，在側(cè)面粘貼

電阻絲片，以便觀察變形，用壓力機(jī)對(duì)試樣加壓，在任何軸向壓力下都丈量試樣的軸向應(yīng)變和側(cè)向應(yīng)變，

3

設(shè)試樣的長(zhǎng)度為l，直徑為d，試樣在荷p作用下軸向縮短Δl，側(cè)向膨脹Δd，那么試樣的軸向應(yīng)變成：εl，y=l以及側(cè)向應(yīng)變成：εd，試樣面積為p-應(yīng)變曲線；A，那么σ=，依據(jù)數(shù)據(jù)繪制應(yīng)力x=dA簡(jiǎn)述三軸條件下巖石的變形特色。

答：第一，損壞前巖塊的應(yīng)變隨圍壓增大而增添，此外：隨圍壓增大，巖塊的塑性也不停增大，且

由脆性轉(zhuǎn)變成延性，巖石由脆性轉(zhuǎn)變成延性的臨界圍壓稱為轉(zhuǎn)變壓力，巖石越堅(jiān)硬，轉(zhuǎn)變壓力越大，反之亦然；

圖示巖石蠕變曲線，簡(jiǎn)述各階段的力學(xué)特色。答：

εDⅠⅡⅢTPCUBAQVεRp0ot

〔Ⅰ〕初始蠕變階段〔AB段〕或稱減速蠕變階段，本階段內(nèi)，曲線呈下凹型，特色是應(yīng)變最先隨時(shí)間增大較快，但其應(yīng)變率隨時(shí)間快速遞減，到點(diǎn)抵達(dá)最小值；

〔Ⅱ〕等速蠕變階段〔BC段〕或稱穩(wěn)固蠕變階段，本階段內(nèi)，曲線呈近似直線，即應(yīng)變隨時(shí)間近似等速增添，直到C點(diǎn)；

〔Ⅲ〕加快蠕變階段〔CD段〕：至本階段蠕變加快展開至巖塊損壞〔D點(diǎn)〕；

(6)分別圖示馬克斯威爾(Maxwell)模型和開爾文(Kelvin)模型。

E*σ1*ε1

Eησ*εσ*ε

σ*εσ*εσ1*ε1σ2*ε2η*σ2*ε2模型表示圖Kelvin模型表示圖

答：

簡(jiǎn)述巖石初裂的體制、工程意義和監(jiān)測(cè)判斷方法。

答：初裂的體制：荷載增添，巖石中的應(yīng)力超出彈性極限，巖石內(nèi)部新的裂紋產(chǎn)生和老的裂痕開始

擴(kuò)展。監(jiān)測(cè)判斷方法：聲發(fā)射儀測(cè)定，當(dāng)發(fā)射儀記錄到大批的聲發(fā)射信號(hào)時(shí)，即可以為初裂開始。工程意義：預(yù)告巖石的損壞及地震的發(fā)生。

三、計(jì)算題

(2)巖石變形實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以下，a.作應(yīng)力應(yīng)變曲線、ε、ε(εacv)；b.求初始模量、切線模量、50%σc的割線模量和泊松比?。σ(MPa)1630476277921541644

εa(×10-6)18837555074093014121913損壞εc(×10-6)63100175240300350550損壞解：由公式：εvεc得：ε`a-2、175、200、260、330、712、713v=250那么初始模量：Ei=i=16i188切線模量：Et=21=7762=1521930740190割線模量：Es=50=7750930

泊松比：μ=c=

六、巖石的強(qiáng)度理論

一、解說(shuō)下例名詞術(shù)語(yǔ)

2、損壞判據(jù)(強(qiáng)度準(zhǔn)那么)：用以表征巖石損壞條件的應(yīng)力狀態(tài)與巖石強(qiáng)度參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系，稱為損壞判據(jù)；

3、脆性損壞：即巖石在荷載作用下沒(méi)有明顯察覺(jué)的變化就忽然損壞的損壞形式；

4、塑性損壞：巖石在損壞以前的變形很大，且沒(méi)有顯然的損壞荷載，表現(xiàn)出明顯的塑性變形，流

動(dòng)或擠出，這類損壞稱為塑性損壞；

5、張性損壞：巖石在拉應(yīng)力的作用下，內(nèi)部連結(jié)被損壞，出現(xiàn)了與荷載方向平行的斷裂；

6、剪切損壞：巖石在荷載作用下，當(dāng)剪應(yīng)力大于該面上的抗剪強(qiáng)度時(shí)，巖石發(fā)生的損壞稱為剪切損壞；

8、莫爾強(qiáng)度理論：指資料在極限狀態(tài)下，剪切面上的剪應(yīng)力就抵達(dá)了隨法向應(yīng)力和資料性質(zhì)而定的極限值；

二、計(jì)算題

對(duì)巖石試樣作卸載試驗(yàn)，C=12kPa，φ=36o，當(dāng)σ1=200MPa時(shí)，按莫爾–庫(kù)倫判據(jù)，卸載達(dá)到損壞的最大圍壓σ是多少？3解：按莫爾–庫(kù)論判據(jù)：2ccos31sin1sin1式得σ3。

，由C=12kPa，φ=36o，σ=200MPa。代入上1

5

三、計(jì)算題

如圖a，在巖石試樣中存在一構(gòu)造面，

a.試證明按莫爾–庫(kù)倫強(qiáng)度準(zhǔn)那么導(dǎo)出的強(qiáng)度判據(jù)為：

sin(2)sin2Ccos1)sin3)sinsin(2sin(2式中C、φ為構(gòu)造面參數(shù)。

解：解：a.由圖b知，oo’=13，2因此：sinsin1802(13)/2cctg13/2

sin2cctg3sin1sin(2)(13)化簡(jiǎn)即可得：sin(2)sin2Ccos證畢；1)sin3)sin(2sin(2sin地下巖體中有一構(gòu)造面，其傾角為40o。當(dāng)在地下200m深處開挖一洞室，假如利用上題的公

式，僅考慮巖體自重應(yīng)力，問(wèn)該構(gòu)造面在該洞室處會(huì)否滑動(dòng)？(γ=26kN/m3，μ，構(gòu)造面，φ=28o)解：：h,h3131,γ=26kN/m，μ，，φ=28o,β=40o,h=200m因此由公式：sin(2)sin2Ccos1)sin3)sinsin(2sin(2得：26200520032620011sin(24028)sin28262002103cos28sin(24028)sin281sin(24028)sin28

，故其不會(huì)滑動(dòng)；

6

九、巖體中的天然應(yīng)力

一、解說(shuō)下例名詞術(shù)語(yǔ)

1、天然應(yīng)力：人類工程活動(dòng)以前存在于巖體中的應(yīng)力，稱為天然應(yīng)力或地應(yīng)力；

2、重散布應(yīng)力：地下開挖損壞了巖體天然應(yīng)力的相對(duì)均衡狀態(tài)，洞室周邊巖體將向開挖空間松脹

變形，使圍巖中的應(yīng)力產(chǎn)生重散布作用，形成新的應(yīng)力，這類應(yīng)力稱為重散布應(yīng)力；

二、簡(jiǎn)答題

主要地應(yīng)力測(cè)試方法。

答：a、水壓致裂法；b、鉆孔套芯應(yīng)力排除法；

十、地下洞室圍巖穩(wěn)固性剖析

一、解說(shuō)下例名詞術(shù)語(yǔ)

1、圍巖：在巖體中開挖洞室，惹起洞室圍巖體中應(yīng)力的重散布，應(yīng)力重散布范圍內(nèi)的巖體叫做圍

巖；

2、重散布應(yīng)力：地下開挖損壞了巖體天然應(yīng)力的相對(duì)均衡狀態(tài)，洞室周邊巖體將向開挖空間松脹變形，使圍巖中的應(yīng)力產(chǎn)生重散布作用，形成新的應(yīng)力，這類應(yīng)力稱為重散布應(yīng)力；

5、塑性圈(松動(dòng)圈)：如重散布應(yīng)力超出圍巖強(qiáng)度極限或折服極限，造成洞室周邊的非彈性位移，這

種現(xiàn)象從周邊向巖體深處擴(kuò)展到某一范圍，在此范圍內(nèi)的巖體稱為塑性圈(松動(dòng)圈)。

二、簡(jiǎn)答題

1、在靜水壓力狀態(tài)下，圍巖應(yīng)力的散布有何特色？答：天然應(yīng)力為靜水壓力狀態(tài)時(shí)，圍巖內(nèi)重散布應(yīng)力與θ角沒(méi)關(guān)，僅與R和σ有關(guān)，因?yàn)棣觬θ，00=0那么為主應(yīng)力，且σ、σ均為主應(yīng)力，且σ恒為最大主應(yīng)力，σ恒為最小主應(yīng)力，其散布特色以下列圖：rθθr

σ

σθσσ

ROo2RO3RO4RO5RO6RO

4、方形及矩形洞室的圍巖應(yīng)力散布有何特色？

7

答：矩形狀洞室的角點(diǎn)或急拐彎力集中最大；方形短中點(diǎn)力集中大于中點(diǎn)，而角點(diǎn)

力大，巖最易失；當(dāng)巖體中天然力σ、σ相差大，盡量使洞室平行于最大天然hv

力的作用方向。

三、算(2)一形洞室的直徑5m，洞中心埋深610m，巖密度27kN/m3，泊松比，求：洞壁上各點(diǎn)的力并成曲(θ=0o、10o、20o、?、90o)?！补?-25〕解：σ×，λ=μ/〔1-μ〕=1/3=σ，σvσvh/h=σv洞壁上各點(diǎn)的力r0，r0，h(12cos2)v(12cos2)。16.47(12cos2)/316.47(12cos2)1cos2。0102030405060708090σ0θ

洞壁上各點(diǎn)的應(yīng)力

50

45

40

35

30

25)a20PM15

值10力

應(yīng)

5

0

0102030405060708090100

與水平線的夾角〔度〕

3(4)H=100m，a=3m，c=，φ=30o，γ=27kN/m，求：a.不出塑性區(qū)的巖力；b.允塑性圈厚度2m的巖力。〔公式7-37〕

解：由意得：0h2700kN/m2a.當(dāng)不出塑性區(qū),即R=a：2sina1sin(0cctg)(a)1sincctgR2sin301sin30(2700103ctg30)(a)1sin30103ctg30aPab.當(dāng)允塑性圈厚度2m，即R235m，

8

2sina1sin(0cctg)(a)1sincctgR2sin301sin30(2700103ctg30)(3)1sin30103ctg305

9

巖體力學(xué)復(fù)習(xí)資料

一、簡(jiǎn)答題〔5×4〕′

1、什么是巖石的全應(yīng)力應(yīng)變曲線？

巖石在單周壓縮荷載作用下，應(yīng)變隨應(yīng)力變化的關(guān)系曲線，包含〔1〕縫隙裂隙壓密階段；

2〕彈性變形階段；〔3〕微彈性裂隙穩(wěn)固展開階段；〔4〕非穩(wěn)固破裂展開階段；〔5〕損壞后階段。

2、巖石的蠕變？

巖石的應(yīng)力保持不變，應(yīng)變隨時(shí)間增添而增添的現(xiàn)象。

3、巖體的構(gòu)造面？

是指地質(zhì)過(guò)程中在巖體內(nèi)形成的擁有必定的延長(zhǎng)方向和長(zhǎng)度、厚度相對(duì)較小的地質(zhì)面或帶，又稱為不連續(xù)面或帶。

4、RQD法？取值方法？

鉆探取芯的巖芯完好程度與巖體的原始裂隙、硬度、均質(zhì)性等狀態(tài)有關(guān)，鉆探取芯的巖芯還原率〔巖芯采納率〕可表征掩體質(zhì)量，該表征指標(biāo)稱之為巖體質(zhì)量指標(biāo)〔RQD〕;RQD=Lp/L×100%(Lp:大于10cm的巖芯累計(jì)長(zhǎng)度；L：巖芯取芯進(jìn)尺總長(zhǎng)度。

5、地應(yīng)力？

地應(yīng)力是指存在于地層中未受擾動(dòng)的天然應(yīng)力，也稱原巖應(yīng)力、巖體初始應(yīng)力或絕對(duì)應(yīng)力。

6、巖石的浸透性？

巖石在必定的水力梯度〔I〕或壓力差作用下，水浸透或穿透巖石的能力。

二、簡(jiǎn)答題〔6×6〕′

1、巖石與巖體的差別與聯(lián)系。

巖石是由礦物+巖屑在地質(zhì)作用下按必定規(guī)律齊集而成德自然物體，巖體是由巖石、地質(zhì)部

連續(xù)面和不連續(xù)面內(nèi)填補(bǔ)物組合成的天然地質(zhì)體，巖體因?yàn)闃?gòu)造面的存在強(qiáng)度遠(yuǎn)低于巖石的強(qiáng)度。

2、巖石的強(qiáng)度有哪幾種種類；由那幾個(gè)實(shí)驗(yàn)確立其特色值?

巖石的強(qiáng)度有：?jiǎn)屋S抗壓強(qiáng)度〔單軸壓縮實(shí)驗(yàn)〕、抗拉強(qiáng)度(直接拉伸試驗(yàn)法，劈裂試驗(yàn)法，點(diǎn)載荷試驗(yàn)法，抗彎法試驗(yàn))、抗剪強(qiáng)度〔抗剪斷試驗(yàn)〕、三軸抗壓強(qiáng)度〔真三軸加載實(shí)驗(yàn)，慣例三軸加載實(shí)驗(yàn)〕。

3、巖體的變形曲線能夠分紅哪幾種種類；各有什么特色？

1〕巖體壓縮變形曲線，特色：巖體的損壞過(guò)程一般呈柔性特色，往常巖體完好性越差，

巖體越破裂，應(yīng)力降落就越小，巖體脆性越差；〔2〕巖體剪切變形曲線，特色：折服點(diǎn)此后，

巖體內(nèi)某個(gè)構(gòu)造體或面可能先被剪壞，出現(xiàn)應(yīng)力降，未抵達(dá)峰值是甚至有頻頻應(yīng)力降，當(dāng)應(yīng)

力降抵達(dá)必定值時(shí)未剪壞局部瞬時(shí)損壞，，并伴有大的應(yīng)力降，隨后產(chǎn)生穩(wěn)固滑移；〔3〕巖

體法向變形曲線，特色：法向變形的曲線各異，按P-W曲線和變形特色大概可分為：直線

型、上凹形、上凸形、復(fù)合形?！?〕巖體剪切變形曲線，特色：沿構(gòu)造面剪切和剪斷巖體的剪切曲線顯然不一樣，同時(shí)，沿平直圓滑構(gòu)造面和粗拙構(gòu)造面的剪切曲線也各異。

7、圍巖分類及考慮的要素。

圍巖分類分為：把圍巖分為I～V類；考慮的要素有：巖石構(gòu)造面及組合狀態(tài)、巖體特征、

地下水狀態(tài)、巖體