岩石力学-学生习题1

岩石力学

一、第二章

2.1

判断：

1. 岩石颗粒间联结分为结晶联结和胶结联结两类，一般而言，胶结联结岩石比结晶联结岩石强度高。

3. 岩石颗粒间联结分为结晶联结和胶结联结两类，岩浆岩是胶结联结。

2.2

判断：

1. 岩石重度大小，在一定程度上反映出岩石力学性质的优劣，通常岩石重度愈大，其力学性质愈差

3. 岩石的重度在一定程度上与其埋深有关，一般而言，靠近地表岩石重度大，深层岩石重度小。

5. 岩石相对密度是岩石干重量除以岩石体积所的量与1个大气压下4℃纯水重度比值。（×）

7. 岩石的相对密度取决于组成岩石的矿物相对密度，岩石中重矿物含量越多其相对密度越大。

8. 岩石空隙率越大，岩石中的孔隙和裂隙就越多，岩石的力学性能越差。

9.岩石的吸水率的大小取决于岩石中孔隙数量和细微裂隙数量的多少。

11. 一般而言，岩石孔隙愈大、愈多、孔隙和细微裂隙连通情况愈好，岩石的力学性能愈差。

13. 岩石的饱水率是指岩石吸入水的重量与岩石重量的比值百分率。

15. 饱水率反映岩石中裂隙和孔隙的发育情况，对岩石的抗冻性有较大影响。

17. 饱水系数越大，岩石的抗冻性越好。

18. 饱水系数小于91%，岩石可免遭冻胀破坏。）

18. 饱水系数是指岩石吸水率与饱水率比值的百分率。

19. 饱水系数是指岩石含水率与饱水率比值的百分率。

20. 饱水系数是指岩石含水率与吸水率比值的百分率。

21. 饱水系数是指岩石饱水率与吸水率比值的百分率。

选择：

1. 岩石相对密度s G 为: A) w s s Vr W G = B ）w s Vr W G = C ）w

s s s r V W G = D ）w s s r V W G = 2. 岩石的孔隙比是指：

A ）岩石孔隙体积与固体体积的比值；

B ）岩石孔隙体积与岩石体积比值；

C ）岩石孔隙和裂隙体积与岩石体积比值；

D ）岩石孔隙和裂隙体积与岩石固体体积的比值。

3. 岩石的饱水率sa w 为：

A ）岩石吸入水的重量与岩石干重量比值的百分率；

B ）岩石在强制状态下吸入水的重量与岩石重量比值的百分率；

C ）岩石吸入水的重量与岩石重量的比值百分率；

D）岩石在强制状态下吸入水的重量与岩石干重量比值的百分率。

4. 饱水系数是指：

A) 饱水系数是指岩石吸水率与饱水率比值的百分率。

B) 饱水系数是指岩石含水率与饱水率比值的百分率。

C) 饱水系数是指岩石含水率与吸水率比值的百分率。

D) 饱水系数是指岩石饱水率与吸水率比值的百分率。

5. 饱水系数为（B），岩石可免遭冻胀：

A) 大于91% B）小于91% C）大于81% D）小于81%

6. 已知某岩石饱水状态与干燥状态的抗压强度之比为0.72，则该岩石。

（A）软化性强，工程地质性质不良（B）软化性强，工程地质性质较好

（C）软化性弱，工程地质性质较好（D）软化性弱，工程地质性质不良

问答题：

1. 岩石在反复冻融后其强度降低的主要原因是什么?

2.3

1. 岩石单轴抗压强度就是岩石试件在压力作用下所能承受的最大压应力。

3. 岩石试验加载速率越快，其抗压强度试验结果越大。

5. 岩石在破坏之前的变形很大，且没有明显的破坏荷载，这种岩石材料具有脆性特征

6. 岩石的塑性破坏是由于岩石内细颗粒滑移所致

7. 岩石的抗压强度可由单轴压缩试验和三轴压缩试验获得

8. 一般情况下，岩块在三向应力状态下抵抗破坏的能力要比单向受力条件下要高。

9. 一般而言，结晶岩石比非结晶岩的强度高，粗粒结晶的岩石比细粒结晶的岩石强度高。

10. 岩石的脆性破坏是由于岩石中裂隙的发生和发展的结果所致

选择题：

1. 在岩石单向抗压强度试验中，岩石试件高与直径的比值h/d和试件端面与承压板之间的磨擦力在下列哪种组合下，最容易使试件呈现锥形破裂。

（A）h/d较大，磨擦力很小（B）h/d较小，磨擦力很大

（C）h/d的值和磨擦力的值都较大（D）h/d的值和磨擦力的值都较小

2. 岩石试件在压力作用下剪切破坏面与大主应力方向的夹角为:

（A）45o-φ／2 （B）45o＋φ／2 （C）45o （D）90o

3. 岩石的抗剪强度指标为

A) 粘聚力 B）内摩擦角 C）剪切膨胀角 D）粘聚力和内摩擦角

4. 巴西劈裂试验测得的是：

A）岩石抗拉强度 B）岩石的抗剪强度 C）岩石的抗压强度 D）岩石的三轴抗压强度5．同一种岩石其单轴抗压强度R c，单轴抗拉强度R t，抗剪强度τf之间一般存在下列哪种关系：

（A）R t

6. 在缺乏试验资料时，一般取岩石抗拉强度为抗压强度的

（A）1/2~1/5 （B）1/10~1/50 （C）2~5倍（D）10~50倍

7. 在岩石抗压强度试验中，若加荷速率增大，则岩石的抗压强度。

A）增大（B）减小（C）不变（D）无法判断

8. 按照库仑—莫尔强度理论，若岩石强度曲线是一条直线，则岩石破坏时破裂面与最大主应力作用方向的夹角为。

(A)0o附近（B）30o附近（C）60o附近（D）90o附近

9. 按照格理菲斯强度理论，脆性岩体破坏主要原因是。

（A）受拉破坏（B）受压破坏（C）弯曲破坏（D）剪切破坏

10. 格里菲斯准则认为岩石的破坏是由于。

（A）拉应力引起的拉裂破坏（B）压应力引起的剪切破坏

（C）压应力引起的拉裂破坏（D）剪应力引起的剪切破坏

11. 岩石中细微裂隙的发生和发展结果引起岩石的：

（A）脆性破坏（B）塑性破坏（C）弱面剪切破坏

12. 按照库仑—莫尔强度理论，岩石的破坏是由于。

（A）拉应力引起的拉裂破坏（B）压应力引起的剪切破坏

（C）压应力引起的拉裂破坏（D）剪应力引起的剪切破坏

问答：

1. 岩石试件在单轴压力作用下常见的破坏形式有哪些？

2.影响单轴抗压强度的因素有哪些？

3. 巴西劈裂试验测得的是岩石的哪个强度指标？为什么?

4. 库伦准则的适用条件。

2.4 岩石的变形

1. 在剪切破坏过程中，试件体积的变化是逐渐减小。

3. 扩容是由岩石试件内细微裂隙的形成和扩张所致，这种裂隙的长轴与最大主应力的方向是平行的。

5. 孔隙水压力会增加岩石材料的脆性性质。

选择：

1. 岩石的弹性极限一般在峰值强度的（）处。

A）2/3 B）1/3 C) 3/5 D) 2/5

2. 在剪切破坏过程中，试件体积的变化是：

A）增大 B) 减小 C）不变 D）无法判断

3. 扩容就是试件体积

A）增大的现象 B）减小的现象 C）不变 D）无法判断

简答：

1. 岩石单轴压缩状态下的应力-应变曲线一般可分为那四个阶段？

2. 岩石全程应力-应变曲线的作用是什么？

2.5

名词解释：

1. 蠕变：在应力为恒定的情况下岩石变形随时间发展的现象；

2. 松弛：在应变保持恒定的情况下岩石的应力随时间二减少的现象；

3. 弹性后效：在卸载过程中弹性应变滞后于应力的现象。

简答:

1. 蠕变分为哪几个阶段？

2. 为何岩石的蠕变曲线很难测得？

第三章

3.1

1. 沉积岩中的沉积间断面属于哪一种类型的结构面？（ A ）

（A）原生结构面（B）构造结构面（C）次生结构面

2. 断层属于哪一种类型的结构面？（ B ）

（A）原生结构面（B）构造结构面（C）次生结构面

3. 卸荷作用下而形成的结构面属于哪一种类型的结构面? ( C )

（A）原生结构面（B）构造结构面（C）次生结构面

简答

1. 在一定法向应力作用下，结构面在剪切作用下产生的切向变形形式有哪两种？

答：1）对非充填粗糙结构面或者充填厚度小于主力凸台高度时，剪切破坏应力会有明显的峰值，并产生不规则的峰后变形或滞滑现象，表现出明显的脆性特征；

2）对于平坦的结构面或则充填物厚度大于主力凸台高度时，剪切破坏不会有明前的峰值，最后达到恒定值，表现出明显的延性特征。

2. 影响结构面力学性质的因素。

答：1）尺寸效应；2）前期变形历史；3）后期充填性质；4）亲水性。

3. 影响结构面剪切强度的因素。

答：法向应力；结构面粗糙度；结构面抗压强度等。

判断：

1. 试验结果表明，对于较坚硬的结构面，剪切刚度一般是常数。（√）

2. 试验结果表明，对于松软结构面，剪切刚度随法向应力的大小改变。（√）

3. 试验结果表明，对于较坚硬的结构面，剪切刚度随法向应力的大小改变。（×）

4. 试验结果表明，对于松软结构面，，剪切刚度一般是常数。（×）

5. 结构面强度与试件尺寸成反比。（√）

6. 结构面强度与试件尺寸成正比。（×）

7. 当法向应力增大时，结构面尺寸效应将随之减小。（√）

8. 当法向应力增大时，结构面尺寸效应将随之增大。（×）

9. 随着结构面尺寸的增大，达到峰值强度的位移量增大；（√）

10.随着结构面尺寸的增加，剪切破坏形式由脆性破坏向延性破坏转化。（√）

11. 结构面尺寸加大，峰值剪胀角减小。（√）

12.随结构面粗糙度减小，尺寸效应也减小。（√）

13. 随着结构面尺寸的增大，达到峰值强度的位移量减小；（×）

14.随着结构面尺寸的增加，剪切破坏形式由延性破坏向脆性破坏转化。（×）

15. 结构面尺寸加大，峰值剪胀角增加。（×）

16.随结构面粗糙度减小，尺寸效应增加。（×）

3.2

1.岩石质量指标RQD是指岩芯采取率。

2. 岩石质量指标RQD是指单位长度的钻孔中10cm以上的岩芯占有的比例。

选择

1. 我国工程岩体分级标准中是根据哪些因素对岩石基本质量进行修正的？（ D ）。

①地应力大小；②地下水；③结构面方位；④结构面粗糙度。

（A）①，④（B）①，②（C）③（D）①，②，③

2.我国工程岩体分级标准中，岩石的坚硬程度指标为：（ B ）

A）单轴抗压强度 B)饱和单轴抗压强度 C）抗压强度 D）抗剪强度

3.3

名词解释;

节理岩体：成组出现的、有规律的裂隙称为节理，其相应的岩体称为节理岩体。

判断

1. 岩体是由各种形状的岩块和结构面组成的地质体。（√）

2. 岩体中存在一组相互平行的结构面，垂直结构面和平行结构面，分别作抗压单轴试验时，在其它条件不多的情况下两者所对应的峰值强度大小相差很大。（×）

3. 一般情况下，岩体的强度可由岩块强度来代表。（×）

4. 岩体的强度不仅与组成岩体的岩石性质有关，而且与岩体内的结构面有关，此外，还与其所受的应力状态及地下水有关。（√）

5. 结构面方位对岩体变形的影响随着结构面组数的增加而降低。（√）

6. 结构面方位对岩体变形的影响随着结构面组数的增加而增加。

7. 结构面的密度对岩体变形的影响随着密度的增加而减少。（√）

8. 结构面的密度对岩体变形的影响随着密度的增加而增加。

9. 岩体的渗透系数是随应力增加而降低的。（√）

10．岩体的渗透系数是随应力增加而增加的。（×）

11. 反复加卸载会使岩体的渗透系数降低，但是在三四个循环后，渗透系数基本稳定。（√）

12. 反复加卸载次数越多，岩体的渗透系数越低。（×）

13. 在低应力状态下，结构面的粗糙程度对结构面的抗剪强度有影响，即结构面粗糙度超高，抗剪强度越大。（√）

14. 在剪切破坏过程中，试件体积的变化是逐渐减小。（×）

简答：

1. 岩体强度的决定因素。

答：岩体是由各种形状的岩块和结构面组成的地质体。1）如果岩体中结构面不发育，呈整体或完整结构时，岩体强度与岩块强度接近，可视为匀质体；2）如果岩体将沿某一特定结构面的滑动破坏时，岩体强度取决于结构面的强度。3）由节理裂隙切割的裂隙化岩体强度，介于岩块与结构面强度之间，可由原位试验或参数估算获得。

2. 结构面方位对岩体强度的影响。

答：1）结构面方位β小于结构面内摩擦角j?或等于90°时，岩体的强度取决于岩块的强?<β<90°时，是沿结构面破坏，还是破坏在岩石材料内部发生，取决于岩体所度；2）

j

处的应力状态。

3. 岩体剪切变形曲线类型。

答：1）沿软弱结构面剪切时，剪切刚度小，峰值强度低，破坏位移大，破坏后应力损失很小或不变；

2）沿粗糙结构面、软弱岩体及强风化岩体剪切时，剪切刚度较大，峰值强度较高，破坏后应力损失较大。

3）剪断坚硬岩体时的变形曲线，剪切刚度答，峰值强度高，破坏后应力损失大。

4. 影响岩体变形特性的主要因素。

答：1）结构面方位；2）结构面密度；3）结构面的张开度及充填特征；4）载荷、尺度效应、温度、试验的系统误差等。

选择：

1. 岩体的强度小于岩石的强度主要是由于（ A ）。

（ A ）岩体中含有大量的不连续面（ B ）岩体中含有水

（ C ）岩体为非均质材料（ D ）岩石的弹性模量比岩体的大

2. 岩体的尺寸效应是指（ C ）。

（ A ）岩体的力学参数与试件的尺寸没有什么关系（ B ）岩体的力学参数随试件的增大而增大的现象

（ C ）岩体的力学参数随试件的增大而减少的现象（ D ）岩体的强度比岩石的小

3. 影响岩体质量的主要因素为（ D ）。

（A）岩石类型、埋深（B）岩石类型、含水量、温度

（C）岩体的完整性和岩石的强度（D）岩体的完整性、岩石强度、裂隙密度、埋深

4. 地下水位以下测定岩体的渗透系数的方法有：（ B ）

A ）压水法

B ）抽水法

C ）注水法

D ）排水法

第四章

选择

1. 初始地应力主要包括（ C ）。

（A ）自重应力 （B ）构造应力 （C ）自重应力和构造应力 （D ）残余应力

2. 初始地应力是指（ A ）。

（A ）未受开挖影响的原始地应力 （B ）未支护时的围岩应力

（C ）开挖后岩体中的应力 （D ）支护完成后围岩中的应力

3. 构造应力的作用方向为 （ B ）。

A 、铅垂方向

B 、近水平方向

C 、断层的走向方向

D 、倾斜方向

5. 下列关于岩石初始应力的描述中，哪个是正确的？（ B ）。

（A ）垂直应力一定大于水平应力 （B ）构造应力以水平应力为主

（C ）自重应力以压应力为主 （D ）自重应力和构造应力分布范围基本一致

6. 测定岩体的初始应力时，最普遍采用的方法是（ B ）

（A ）应力恢复（B ）应力解除法（C ）弹性波法（D ）模拟试验

7. 岩爆的防治措施有：（C ）

○

1围岩加固 ○2改善围岩应力条件 ○3改变围岩性质 ○4施工安全措施 A ）○1○2 B ）○1○2○3 C ）○1○2○3○4 D ）○4

判断：

1. 地慢热对流引起的应力场是一种局部应力场。

2. 地心引力引起的应力场是地应力的主要组成部分。

3. 岩体中的自重应力和构造应力是初始应力场的主体。

4. 岩体中的自重应力和构造应力都是随着埋深呈线性增加的。

5. 最大水平主应力和最小水平主应力的值一般相差很大，显示出很强的方向性。 简答

1. 构造应力的总规律是以水平应力为主，我国地质学家李四光是如何解释的？

答：我国地质学家李四光认为，因地球自转角度的变化而产生地壳水平方向的运动是造成构造应力以水平应力为主的重要原因。

2. 高地应力区开挖地下洞室，有可能会遇到什么困难？

答：大变形或者岩爆。如果围岩强度高，在高地应力区，很有可能发生岩爆，而如果围岩是软岩，则会产生大变形。如果围岩含有明显结构面，则洞壁可能会出现剥离、错动等现象。

3. 岩爆产生的条件。

答:1）地下洞室开挖为岩爆产生释放能量的空间条件；

2）岩体在宏观大破裂之前还储存有不仅满足岩体变形和破裂所消耗的能量，满足变形破坏过程中发生热能、声能的要求，而且还有足够的剩余能量转换为动能。

3）岩爆还与岩体积累和释放弹性变形能的时间有关。

第五章

选择

1. 公路隧道把围岩分为几级：

A ）四级

B ）五级

C ）六级

D ）七级

问答

1. 地下工程深浅埋分类的理论有哪些？我国是如何界定的？

答：分类标准有1）是否形成承载拱；2）开挖是否影响到地表；

我国按等效高度判定深浅埋，即q p h H )5.2~0.2( ，若埋深>H p ，则为深埋，否则为浅埋。

2. 当围岩为弹性、连续、均匀、各项同性和微笑变形，圆形洞室开挖，地应力侧压力系数K 为1时，洞周应力集中系数K 为多少？侧压力系数满足什么情况下，洞壁不会出现拉应

力？

答：K=1时，圆形洞室洞周应力集中系数为2. 侧压力系数大于1/3时，洞壁不会出现拉应力。

3.下图为弹塑性围岩应力图，请解释图中分区的含义。

答：1区为应力降低区，2、3区为承载区，4区为原岩应力区。

1、2区为塑性区，3、4区为弹性区

4. 请绘出水平和45 o节理分别在拉伸和压缩应力作用下节理裂隙扩展的方向。

5. 在弹性力学深埋圆形洞室解析解中侧压力系数K由0增长到1，在0°和90°位置，围岩应力的变化规律是什么？请给予解释。

答：K=0时，在0°位置，应力集中系数为2.多，而在90°位置，应力集中系数为-1，拉应力.

K=1/3时，在0°位置，应力集中系数为3，而在90°位置，应力集中系数为0.，没有拉应力，也没有压应力，应力值为0.

K=1时，在0°位置，应力集中系数为2多，而在90°位置，应力集中系数为2.

随着侧压力系数的不断增加，圆形洞室洞壁应力状态越来越好，由拉应力转为压应力，由大的压应力集中，转化为小的各点均匀的压应力集中。

6. 用自己的语言和图示解释围岩位移及支护特征曲线。

答：洞室开挖以后，如果不进行支护，则围岩会向洞室不断发生位移，同时围岩稳定需要的支护力随着位移的增大而减小，直到突破洞室稳定平衡点，即最小支护抗力点，围岩向洞室方向松散掉落。

1）在洞室开挖时，如果及时提供一个无限大刚度的支护，即刚性支护，则围岩的位移几乎为零，但是支护上的变形荷载很大。

2）如果允许围岩向洞室内产生一定量的变形，即采取柔性衬砌（锚喷支护），在最小支护力点左边，即在出现松散荷载前力求达到围岩位移与支护力的平衡，此时支护力为变形力且为最小。

3）若支护不够及时或支护力过小，则围岩会因为出现过大变形而出现松动压力，此时需要整体式衬砌支护，支护力为松散围岩自重，荷载很大。

计算分析题：

1. 普氏理论围岩假定是什么？已知一块坚硬完整岩石的单轴抗压强度R c =21.Mpa ，容重γ

=26KN/m 3，C=5.Mpa,φ=60o ，试求岩石的坚固性系数和似摩擦角。

解：1）普氏理论围岩假定为具有一定粘聚力的松散体。

2）因为岩石为坚硬完整的，所以岩石的坚固性系数，也就是普氏系数f =R c /10=2.1=0?tg ，因此似摩擦角0?=64.5 o 。

2. 绘出太沙基理论计算图示，并根据图示写出计算微分方程式。

dh b d dG b v v v .22).(2.τσσσ++=+

其中：b rdh dG 2.=

C tg k C tg v x +=+=?σ?στ

rh v =σ

带入上式可得：Cdh dh tg k bd b brdh b v v v v 222222+++=+?σσσσ

整理后得出: Cdh dh tg k bd brdh v v 22++=?σσ C tg k dh

d b

br v v 22++=?σσ b C b tg k r dh d v v 22--=?σσ ( 微分方程式)