巖石力學(xué)習(xí)題+思考題答案.doc

1、1第一章 習(xí)題與思考題答案1 構(gòu)成巖石的主要造巖礦物有那些？答：巖石的主要物質(zhì)成分: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、赤鐵礦等。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(lèi)型有那幾種？答：巖石中結(jié)構(gòu)連結(jié)的類(lèi)型主要有兩種：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

2、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(chēng)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

3、，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)比例或原子重新排列的毛病所產(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(lèi)，可分為幾大類(lèi)，各大類(lèi)有何特點(diǎn)？答：根據(jù)地質(zhì)學(xué)的巖石成因分類(lèi)可把巖石分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。巖漿巖:巖漿巖分三大類(lèi)，其特點(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

4、，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(lèi)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(lèi)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

5、各向異性。1） 接觸變質(zhì)巖：侵入體周?chē)纬蓭r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？課后答案網(wǎng) 2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

6、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。8、劈裂法實(shí)驗(yàn)時(shí)，巖石承受對(duì)稱(chēng)壓縮，為什么在破壞面上出現(xiàn)拉應(yīng)力？繪制試件受力圖說(shuō)明劈裂法試驗(yàn)的基本原理。答：由彈性理論可得出在對(duì)徑壓縮方向上，圓盤(pán)中心線平面內(nèi)（y 軸）的應(yīng)力狀態(tài)為D tpx = -ps2Dtpt r rpy p ps2)1 1(21 2+ -= -在圓盤(pán)中心點(diǎn)，r1+r2 = D, r1 = r2 = D/2則, x = t = 2p/（d t） y = c = 6p/（d t

7、）在對(duì)徑壓縮時(shí)圓盤(pán)中心點(diǎn)的壓應(yīng)力值為拉應(yīng)力值的3 倍，而巖石的抗壓強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度的520 倍。巖石在受壓破壞前就被抗拉應(yīng)力所破壞。所以破壞面上出現(xiàn)拉應(yīng)力破壞。P試件劈裂破壞發(fā)生時(shí)的最大壓力值；D巖石圓盤(pán)試件的直徑；T巖石圓盤(pán)試件的厚度，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。10.如何根據(jù)全應(yīng)力-應(yīng)變曲

8、線預(yù)測(cè)巖石的巖爆、蠕變和在反復(fù)加載、卸載作用下的破壞？答：(a)預(yù)測(cè)巖爆：左半部分OEC 代表達(dá)到峰值強(qiáng)度時(shí),積累在巖石試件中的應(yīng)變能，右邊CED 代表試件從破壞到破壞整個(gè)過(guò)程所消耗的能量。如果AB,可能產(chǎn)生巖爆，如果A 2 + 3（2） 體積不變階段：在這一階段，隨應(yīng)力的增加，巖石體積應(yīng)變?cè)隽拷咏鼮榱恪r石體積幾乎不變。（3） 擴(kuò)容階段：外力繼續(xù)增加時(shí)，巖石的體積不是減小，而是增加，增加速率越來(lái)越大，最終巖石破壞。18.什么是巖石的各向異性？什么是正交各向異性？什么是橫觀各向異性？寫(xiě)出正交各向異性和橫觀各向異性巖石的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系式。答：巖石的全部或部分物理、力學(xué)性質(zhì)（巖石的E, 等）隨方向

9、不同而表現(xiàn)出差異的現(xiàn)象稱(chēng)為巖石的各向異性。如果在彈性體中存在著三個(gè)相互正交的彈性對(duì)稱(chēng)面，在各個(gè)面兩邊的對(duì)稱(chēng)方向上，彈性相同，但在這個(gè)彈性主向上彈性并不相同，這種物體稱(chēng)為正交各向異性體。巖石在某一平面內(nèi)的各方向彈性性質(zhì)相同，這個(gè)面稱(chēng)為各向同性面，而垂直此面方向的力學(xué)性質(zhì)是不同的，具有這種性質(zhì)的物體稱(chēng)為橫觀各向同性體。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，

10、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)礦物顆粒靠得很近，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?chē)?，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(chēng)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

11、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：如圖1-39 所示。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。ISRM（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。第二章 習(xí)題與思考1 巖體賦存環(huán)境包括哪幾部分？答：賦存環(huán)境：包括地應(yīng)力、地下水和地溫

12、三部分。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：課后答案網(wǎng) 5(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)是什么？答：巖體結(jié)構(gòu)單元有結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體兩種基本要素。因此，巖體結(jié)構(gòu)分類(lèi)主要依據(jù)結(jié)構(gòu)面及結(jié)構(gòu)體的類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)。4 簡(jiǎn)述各類(lèi)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

13、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。如圖2-2a(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，如圖2-2b。(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。如圖2.2c。(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)

14、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)貫通結(jié)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，如圖2.2e。(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(lèi)型？答：.結(jié)構(gòu)面按成因分：原

15、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。此生結(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

16、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。課后答案網(wǎng) 6（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。巖體裂隙度K：指沿取樣線方 向單位長(zhǎng)度上的節(jié)理數(shù)量。切割度Xe是指巖體被節(jié)理割裂分離的程度。9 結(jié)構(gòu)面的剪切變形、法向變形與結(jié)構(gòu)面的哪些因素有關(guān)？答：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

17、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

18、過(guò)程將出像閉環(huán)型式。12.具有單結(jié)構(gòu)面的巖體其強(qiáng)度如何確定？答：具有單結(jié)構(gòu)面的巖體強(qiáng)度為結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度與巖體強(qiáng)度二者之間的最低值。結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度為：f b bs fs s(1 ) sin 22 ( ) 31 3 - + = +tg ctgC tgjj j巖體強(qiáng)度為：ffsffs1 sin2 cos1 sin1 sin1 3 - +-+=C13.多結(jié)構(gòu)面巖體的破壞形式如何分析？答：當(dāng)巖體內(nèi)有多組結(jié)構(gòu)面時(shí)，則巖體強(qiáng)度受加載方向與多個(gè)結(jié)構(gòu)面的控制，根據(jù)每組結(jié)構(gòu)面與加載方向夾角，分別求出各結(jié)構(gòu)面單獨(dú)存在時(shí)，在最大主應(yīng)力 1 作用下的巖體強(qiáng)度，然后，取出各組結(jié)構(gòu)面單獨(dú)存在時(shí)巖體強(qiáng)度的最小值為多結(jié)構(gòu)面的巖體強(qiáng)度值

19、。14.簡(jiǎn)述Hoek-Brown 巖體強(qiáng)度估算方法。答：Hoek-Brown 根據(jù)多次實(shí)驗(yàn)得出其巖體的抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)方程為：21 3 c 3 c s =s + ms s + ss 1 巖體的三軸抗壓強(qiáng)度； 3 作用在巖體上的最小主應(yīng)力； c巖石的單軸抗壓強(qiáng)度；m,s與巖體性質(zhì)及結(jié)構(gòu)面有關(guān)的系數(shù)；當(dāng) 3 = 0 時(shí)，得出巖體的單軸抗壓強(qiáng)度 mc mc= s c當(dāng)巖體為完整巖石，即s = 1 ； 則 mc= c對(duì)于裂隙巖體，s1；所以， mc c巖體的單軸抗拉強(qiáng)度: ml = ( 4 )21 2 m m s c s - + mc = K c15.巖體中水滲流與土體中水滲流有什么區(qū)別？答：

20、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)巖體與土體滲流的區(qū)別: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；課后答案網(wǎng) 7(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

21、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

22、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

23、用，使地下水中的H+ （Mg+H2O=MgOH+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，另一方面，也使巖土體物質(zhì)發(fā)生改變，從而影響巖土體的力學(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

24、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(lèi)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(lèi)，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。19.CSIR 分類(lèi)法和Q 分類(lèi)法各考慮的是巖體的哪些因素？答: 巖體地質(zhì)力學(xué)分類(lèi)是由巖體強(qiáng)度、RQD 值、節(jié)理間距、單位長(zhǎng)度的節(jié)理?xiàng)l數(shù)及地下水種指標(biāo)分別記分，然后累加各項(xiàng)指標(biāo)的記分，得出該巖體的總分來(lái)評(píng)價(jià)該巖體的質(zhì)量。CSIR=A+B+C+D+EFA巖體強(qiáng)度（最高分15 分）；BRQD 值（

25、最高分20 分）；C節(jié)理間距（最高分20 分）D單位長(zhǎng)度的節(jié)理?xiàng)l數(shù)（最高分30 分）E地下水條件（最高分15 分）。F節(jié)理方向修正分（最低60，見(jiàn)表2-17b）巴頓巖體質(zhì)量（Q）分類(lèi)課后答案網(wǎng) 8由 Barton 等人提出的分類(lèi)方法：QSRFJJJJRQD warn 考慮因素: RQD巖石質(zhì)量指標(biāo)；Jn 節(jié)理組數(shù)；Jr 節(jié)理粗糙系數(shù)；Ja 節(jié)理蝕變系數(shù)；Jw 節(jié)理水折減系數(shù)；SRF應(yīng)力折減系數(shù)。第三章 地應(yīng)力及測(cè)量習(xí)題和思考題1 簡(jiǎn)述地應(yīng)力測(cè)量的重要性。答：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)

26、、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(chēng)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。控制某一工程區(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

27、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

28、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。4 地應(yīng)力測(cè)量方法分哪幾類(lèi)？它們的主要區(qū)別在哪里？每類(lèi)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)量發(fā)兩大類(lèi)。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

29、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。5 簡(jiǎn)述水壓致裂法的基本原理。答：(1)測(cè)量原理：由彈性理論可知，鉆孔位于無(wú)限巖體，受到二維應(yīng)力場(chǎng)（ 1， 2）的作用時(shí)，在鉆孔周?chē)膽?yīng)力為： = 1+ 2-2（ 1- 2）cos2 (1) r=0 (2) 鉆孔周邊的切向應(yīng)力； r鉆孔周邊的徑向應(yīng)力； 周邊一點(diǎn)與 1軸的夾角。當(dāng) =0 時(shí)， 取最小值， =3 2- 1課后答案網(wǎng) 9在孔內(nèi)加入壓力Pi,當(dāng)Pi超過(guò)孔壁處的最小壓應(yīng)力和巖體的抗拉強(qiáng)度之和時(shí)，孔壁就會(huì)破裂，此時(shí)，在 =0的方向，即 1軸的方向會(huì)產(chǎn)生裂隙，即：Pi=3 2- 1+T (

30、3)如果繼續(xù)加壓，直到裂隙深度達(dá)到3 倍孔徑時(shí)，此時(shí)已接近原巖應(yīng)力狀態(tài)，停止加壓，保持壓力恒定，將該恒定壓力記為Ps,則由圖3-7 可見(jiàn)，Ps 與 2相平衡，即Ps = 2 （4）只要測(cè)量出巖體的抗拉強(qiáng)度T 和記錄的Pi 和Ps 就可由（3），（4）式求出 1 和 2。這樣就可得出 1 和 2的大小和方向。如果孔內(nèi)有裂隙水壓P0,則（3）式變?yōu)椋篜i=3 2- 1+ T - P0 (5)在不測(cè)試巖體的抗拉強(qiáng)度條件下，通過(guò)增加一個(gè)環(huán)節(jié)，即可求出 1和 2。在初始裂隙產(chǎn)生后，將水壓卸除，使裂隙閉合，然后再重新向封隔段加壓，使裂隙重新打開(kāi)，記錄裂隙重新開(kāi)時(shí)的壓力Pr,則有：Pr=3 2- 1 - P

31、0 (6)由（5）和（6）式，可求出 1和 2。6 簡(jiǎn)述水壓致裂法的主要測(cè)量步驟。答：(1)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

32、小。7 對(duì)水壓致裂法的主要優(yōu)缺點(diǎn)做出評(píng)價(jià)。答：水力致裂法的優(yōu)缺點(diǎn)：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。8 簡(jiǎn)述聲發(fā)射的主要測(cè)量原理。答：測(cè)試原理：材料在受壓后，其內(nèi)部?jī)?chǔ)存的應(yīng)變能快速釋放產(chǎn)生彈性波，發(fā)生聲響，稱(chēng)為聲發(fā)射。當(dāng)材料中的應(yīng)力超過(guò)其最大應(yīng)力值后，則大量產(chǎn)生聲發(fā)射，這一現(xiàn)象稱(chēng)為凱澤效應(yīng)。該對(duì)應(yīng)點(diǎn)的應(yīng)力即為材料先前受到的最大應(yīng)力。對(duì)巖石試件作室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，即可測(cè)出該巖體以前縮手的最大應(yīng)力。9 簡(jiǎn)述套孔應(yīng)力解

33、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。10 簡(jiǎn)述 USBM

34、 孔徑變形計(jì)的基本工作原理。答：孔徑變形測(cè)量技術(shù)：最常用的儀器是USBM 孔徑變形計(jì)。測(cè)試原理：通過(guò)測(cè)量應(yīng)力解除過(guò)程中鉆孔直徑的變化而計(jì)算出垂直于鉆孔軸線的平面內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)，并通過(guò)三個(gè)互不平行鉆孔的測(cè)量確定一點(diǎn)的三軸應(yīng)課后答案網(wǎng) 10力狀態(tài)。11 如何使用USBM 孔徑變形計(jì)測(cè)量一點(diǎn)的三維地應(yīng)力狀態(tài)？請(qǐng)列出完整的計(jì)算過(guò)程。答：孔徑變形測(cè)量應(yīng)力計(jì)算原理：由應(yīng)力解除過(guò)程中測(cè)得的孔徑變形計(jì)算原巖應(yīng)力場(chǎng)涉及到下列基本公式：1)三維應(yīng)力場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)公式： x/ = xl12 + ym12 + zn12 +2 xyl1m1+2 yzm1n1+2 zxn1l1 (3-18) y/ =

35、xl22 + ym22 + zn22 +2 xyl2m2+2 yzm2n2+2 zxn2l2 (3-19) z/ = xl32 + ym32 + zn32 +2 xyl3m3+2 yzm3n3+2 zxn3l3 (3-20) xy/= xl1l2 + ym1m2+ zn1n2 + xy(l1m2+l2m1)+ yz(m1n2+m2n1) + zx(n1l2+n2l1) (3-21) yz/= xl2l3 + ym2m3+ zn2n3 + xy(l2m3+l3m2)+ yz(m2n3+m3n2) + zx(n2l3+n3l2) (3-22) zx/= xl3l1 + ym3m1+ zn3n1 +

36、 xy(l3m1+l1m3)+ yz(m3n1+m1n3) + zx(n3l1+n1l3) (3-23)式中，l1,l2,l3分別為x/,y/,z/軸與x 軸之間的方向余弦；m1,m2,m3分別為x/,y/,z/軸與y 軸之間的方向余弦；n1,n2,n3分別為x/,y/,z/軸與z 軸之間的方向余弦；2)孔徑變形和三維應(yīng)力分量之間的關(guān)系式：設(shè)在三維無(wú)限體中有一鉆孔，鉆孔局部坐標(biāo)系為ox/y/z/, 鉆孔軸線和z/軸相平行，那么，孔徑變形U 和局部坐標(biāo)系下的三維應(yīng)力分量之間的關(guān)系為（參見(jiàn)圖3-21）：U/= x/f1+ y/f2 + z/f3 + x/y/f4 (3-24)f1=d(1+2cos

37、2 )(1- 2)+d 2/E (3-25)f2=d(1-2cos2 )(1- 2)+d 2/E (3-26)f3=d /E (3-27)f4=4d(1- 2)sin2 (3-28)式中：d鉆孔直徑； 為孔徑方向與x/之間的夾角，從x/軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到孔徑方向?yàn)檎?；E, 分別為巖石的彈性模量和泊送比。（3-24）式中的 x/、 y/ 、 z/、 x/y 可通過(guò)（3-19）（3-24）式轉(zhuǎn)換成整體坐標(biāo)系下的方程，一個(gè)鉆孔中只有三個(gè)孔徑方向是獨(dú)立的，即一個(gè)鉆孔測(cè)量只能得到三個(gè)獨(dú)立方程，而三個(gè)方程不能求解六個(gè)未知數(shù)，二個(gè)互相不平行的孔測(cè)量也只能得到五個(gè)獨(dú)立的方程，所以要確定一個(gè)點(diǎn)的原巖應(yīng)力，應(yīng)該需要三

38、個(gè)互相不平行的鉆孔的孔徑變形測(cè)量才能求解得到一點(diǎn)的三維應(yīng)力。12 簡(jiǎn)述 CSIR 門(mén)塞式孔底應(yīng)變計(jì)的基本工作原理并對(duì)其主要優(yōu)缺點(diǎn)做出評(píng)價(jià)。答：CSIR 門(mén)塞式孔底應(yīng)變計(jì)的主體是一個(gè)橡膠質(zhì)的圓柱體，其端部粘貼著三支電阻應(yīng)變片，互相間隔450，組成一個(gè)直角應(yīng)變花。CSIR 門(mén)塞式孔底應(yīng)變計(jì)測(cè)量的基本原理：將電阻應(yīng)變片粘貼在一個(gè)磨平的孔底，然后使用延伸鉆孔的辦法，使粘貼應(yīng)變片的巖石實(shí)現(xiàn)應(yīng)力解除。再將從孔底取出的 帶有應(yīng)變片的這段巖芯拿到實(shí)驗(yàn)室加載實(shí)驗(yàn)，測(cè)出其E, 值。再根據(jù)公式計(jì)算原巖應(yīng)力。優(yōu)點(diǎn)：它不需要很長(zhǎng)的套孔巖芯，因而有可能在較為破碎的巖石條件下使用。缺點(diǎn)：孔底平面的應(yīng)力狀態(tài)和周?chē)瓗r應(yīng)力狀態(tài)

39、的關(guān)系還沒(méi)有理論解，只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)或數(shù)值分析方法來(lái)求得。13 簡(jiǎn)述孔壁應(yīng)變計(jì)的基本工作原理。答：孔壁應(yīng)變計(jì)測(cè)量原理：在三維應(yīng)力場(chǎng)作用下，一個(gè)無(wú)限體中的鉆孔表面及其周?chē)膽?yīng)力分布狀態(tài)可以由現(xiàn)代彈性理論給出精確解。通過(guò)應(yīng)力解除測(cè)量鉆孔表面的應(yīng)變即可求得鉆孔表面的應(yīng)力并進(jìn)而精確計(jì)算出原巖應(yīng)力狀態(tài)。14 對(duì) CSIR 孔壁應(yīng)變計(jì)的主要優(yōu)缺點(diǎn)做出評(píng)價(jià)，并說(shuō)明為什么使用CSIR 孔壁應(yīng)變計(jì)通過(guò)一孔的測(cè)量就能確定一點(diǎn)的三維應(yīng)力狀態(tài)。答：CSIR 孔壁應(yīng)變計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是在一個(gè)鉆孔的應(yīng)力解除就可以確定一點(diǎn)的三維盈利狀態(tài)。缺點(diǎn)是三組應(yīng)變花直接粘貼在孔壁上，而應(yīng)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(jié)

40、質(zhì)量。如果膠結(jié)質(zhì)量不好，應(yīng)變計(jì)將不可能可靠工作，同時(shí)防水問(wèn)題也很難解決?？妆趹?yīng)變計(jì)測(cè)量原理：在三維應(yīng)力場(chǎng)作用下，一個(gè)無(wú)限體中的鉆孔表面及其周?chē)膽?yīng)力分布狀態(tài)可以由現(xiàn)代彈性理論給出精確解。通過(guò)應(yīng)力解除測(cè)量鉆孔表面的應(yīng)變即可求得鉆孔表面的應(yīng)力并進(jìn)而精確計(jì)算出原巖應(yīng)力狀態(tài)。15 簡(jiǎn)述空心包體應(yīng)變計(jì)的基本工作原理。答：空心包體應(yīng)變計(jì)(CSIRO)的測(cè)量基本原理是在孔壁應(yīng)變計(jì)(CSIR)測(cè)量原理的基礎(chǔ)之上進(jìn)行了某些改進(jìn)，將三組應(yīng)變片鑲嵌在環(huán)氧樹(shù)脂制成的空心圓筒進(jìn)行測(cè)量。基本原理是：在三維應(yīng)力場(chǎng)作用下，一個(gè)無(wú)限體中的鉆孔表面及其周?chē)膽?yīng)力分布狀態(tài)可以由現(xiàn)代彈性理論給出精確解。通過(guò)應(yīng)力解除測(cè)量鉆孔表面的應(yīng)課

41、后答案網(wǎng) 11變即可求得鉆孔表面的應(yīng)力并進(jìn)而精確計(jì)算出原巖應(yīng)力狀態(tài)16 空心包體應(yīng)變計(jì)和孔徑變形計(jì)、孔底應(yīng)變計(jì)及孔壁應(yīng)變計(jì)相比，有哪些優(yōu)點(diǎn)。答：空心包體應(yīng)變計(jì)(CSIRO)的測(cè)量基本原理是在孔壁應(yīng)變計(jì)(CSIR)測(cè)量原理的基礎(chǔ)之上進(jìn)行了某些改進(jìn)，將三組應(yīng)變片鑲嵌在環(huán)氧樹(shù)脂制成的空心圓筒進(jìn)行測(cè)量。一個(gè)鉆孔就可以測(cè)量一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。17 實(shí)心包體應(yīng)變計(jì)與剛性包體應(yīng)力計(jì)的主要區(qū)別是什么？答：實(shí)心包體應(yīng)變計(jì)是測(cè)量巖體的應(yīng)變，然后根據(jù)彈性理論計(jì)算原巖應(yīng)力。剛性包體應(yīng)力計(jì)是直接測(cè)量巖體的原巖應(yīng)力。第四章 習(xí)題與思考題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(lèi)基本方程是從什么

42、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。+ = 0+Xx yx yxs t+ = 0+Yy xy xy s t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。xux e =yvy e =yuxvxy +g =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。)1(1)1(122y y xx x yEEsmmsmesmmsme-=-=xy xy Etmg2(1+ )=或平面應(yīng)力本構(gòu)方程( )1( )1y y xx x yEEe s mse s m

43、s= -= -xy xy Etmg2(1+ )=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(lèi)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(lèi)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

44、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)。課后答案網(wǎng) 12平面應(yīng)變本構(gòu)方程)1(1)1(122y y xx x yEEsmmsmesmmsme-=-=xy xy Etmg2(1+ )=平面應(yīng)力本構(gòu)方程( )1( )1y y xx x yEEe s mse s ms= -= -xy xy Etmg2(1+ )=關(guān)系：將平面應(yīng)力問(wèn)題本構(gòu)方程中的E 換成2 1+ mE，mmm1-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

45、性常數(shù)。因此應(yīng)力分布與材料性質(zhì)無(wú)關(guān)。平面問(wèn)題的相容方程( ) 0 2 222222 = =+ jj jx y（j(x, y)為任意函數(shù)）應(yīng)力分量的公式22y x =js ，22x y =js ，xy xy = -jt2邊界條件式x = x cos(N, x) + yxcos(N, y)y = y cos(N, y) + xycos(N, x)5.平面問(wèn)題中，已知一點(diǎn)M 處的應(yīng)力分量 x, y, xy = yx，如圖4-5。試求經(jīng)過(guò)該點(diǎn)的平行于Z 軸，而傾斜于x 軸和y 軸的任一斜面上的應(yīng)力。答：圖為平面應(yīng)變問(wèn)題。經(jīng)過(guò)該點(diǎn)的平行于Z 軸，而傾斜于x 軸和y 軸的任一斜面上的應(yīng)力。為 ，qs s

46、s ss cos 22 2x y x y -+= xy yx xy yx 課后答案網(wǎng) 13qs st sin 22x y -=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。答：如圖，由庫(kù)倫準(zhǔn)則可知，發(fā)生最大剪應(yīng)力的面為 =450，此時(shí)的正應(yīng)力2cos 2 452 21 3 1 3 0 1 3 s s s s s ss+ =-+=發(fā)生最小剪應(yīng)力的面為 =00和 =900的平面上，在此兩個(gè)面上的剪應(yīng)力為0，此時(shí)的正應(yīng)力 s 和s 分別為：1 1 3 1 3 0 cos 2 02 2ss s s ss =-+=3 1 3 1 3 0 cos 2 902 2ss s s ss =-+=2 21 3 s s s +s=+8.將一個(gè)圓柱形材料放在厚壁圓桶內(nèi)承受軸向壓縮，使之無(wú)法產(chǎn)生橫向應(yīng)變，（1）試?yán)貌此捅却_定水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力之比，（2）當(dāng)泊送比為0.1 和0.5 時(shí)，試計(jì)算上述的應(yīng)力比；（3）試確定各向同性彈性巖石的（ x+ y+ z）與體積變化之間的關(guān)系。答：（1）無(wú)法產(chǎn)生橫向應(yīng)變，即 x= y =0 , x= y由廣義胡可定律：?jiǎn)蜗蚶祀p向拉伸