《岩石力学》习题库与答案

练习题

一、名词解释：

1、各向异性：岩石的全部或部分物理、力学性质随方向不同而表现出差异的性质。

2、软化系数：饱水岩样抗压强度与自然风干岩样抗压强度的比值。

3、初始碎胀系数：破碎后样自然堆积体积与原体积之比。

4、岩体裂隙度K：取样线上单位长度上的节理数。

5、本构方程：描述岩石应力与应变及其与应力速率、应变速率之间关系的方程（物理方程）。

6、平面应力问题：某一方向应力为0。（受力体在几何上为等厚薄板，如薄板梁、砂轮等）

1．平面应变问题：受力体呈等截面柱体，受力后仅两个方向有应变，此类问题在弹性力学中称为平面应变问题。2．给定载荷：巷道围岩相对孤立，支架仅承受孤立围岩的载荷。

3．长时强度：作用时间为无限大时的强度（最低值）。

4．扩容现象：岩石破坏前，因微裂隙产生及内部小块体相对滑移，导致体积扩大的现象

5．支承压力：回采空间周围煤岩体内应力增高区的切向应力。

1．平面应力问题：受力体呈等厚薄板状，所受应力为平面应力，在弹性力学中称为平面应力问题。

2．给定变形：围岩与母体岩层存在力学联系，支架承受围岩变形而产生的压力，这种工作方式称为给定变形。

3．准岩体强度：考虑裂隙发育程度，经过修正后的岩石强度称为准岩体强度。

4．剪胀现象：岩石受力破坏后，内部断裂岩块之间相互错动增加内部空间在宏观上表现体积增大现象。

5．滞环：岩石属滞弹性体，加卸载曲线围成的环状图形，其面积大小表示因内摩擦等原因消耗的能量。

1、岩石的视密度：单位体积岩石（包括空隙）的质量。

2、扩容现象：岩石破坏前，因微裂隙产生及内部小块体相对滑移，导致体积扩大的现象。

3、岩体切割度Xe：岩体被裂隙割裂分离的程度：

4、弹性后效：停止加、卸载，应变需经一段时间达到应有值的现象。

5、粘弹性：岩石在发生的弹性变形具有滞后性，变形可缓慢恢复。

6、软岩（地质定义）：单轴抗压强度小于25MPa的松散、破碎、软弱及风化膨胀类岩石。

1.砂土液化：饱水砂土在地震、动力荷载或其它物理作用下，受到强烈振动而丧失抗剪强度，使砂粒处于悬浮状态，致使地基失效的作用或现象。

2.混合溶蚀效应：不同成分或不同温度的水混合后，其溶蚀能力有所增强的效应。

3.卓越周期：地震波在地层中传播时，经过各种不同性质的界面时，由于多次反射、折射，将出现不同周期的地震波，而土体对于不同的地震波有选择放大的作用，某种岩土体总是对某种周期的波选择放大得突出、明显，这种被选择放大的波的周期即称为该岩土体的卓越周期。

4.工程地质问题：工程建筑物与工程地质条件之间所存在的矛盾或问题。

5.工程地质条件：与工程建筑有关的地质要素的综合，包括：地形地貌、岩土类型及其工程性质、地质结构、水文地质、物理地质现象和天然建筑材料六个方面。

6.滑坡：斜坡岩土体在重力等因素作用下，依附滑动面（带）产生的向坡外以水平运动为主的运动或现象。

7.振动液化：饱水砂、粉砂土在振动力的作用下，抗剪强度丧失的现象。

8.卓越周期：岩土体对不同周期的地震波有选择放大作用，某种岩土体总是以某种周期的波选择放大得尤为明显而突出，这种周期即为该岩土体的卓越周期。卓越周期的实质是波的共振。

9.混合溶蚀效应：不同成分或不同温度的水混合后，其溶蚀性有所增强，这种增强的溶蚀效应叫做混合溶蚀效应。

10.基本烈度：指在今后一定时间（一般按100年考虑）和一定地区范围内一般场地条件下可能遇到的最大烈度。它是由地震部门根据历史地震资料及地区地震地质条件等的综合分析给定的，对一个地区地震危险性作出的概略估计，作为工程抗震的一般依据。

11.活断层：是指目前正在活动着的断层，或是近期曾有过活动而不久的将来可能会重新活动的断层。

12.水库诱发地震：是指由于人类修建水库工程，水库蓄水所引起的地震活动，称为水库诱发地震。

13.崩塌：斜坡岩土体中被陡倾的张性破裂面分割的块体，突然脱离母体并以垂直运动为主，翻滚跳跃而下，这种现象或运动称为崩塌。

二、填空题：

1、矿物、结构、构造是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素。

2、已知岩石的孔隙率为5%，则其孔隙比为0.053。

3、岩石在不同的应力作用下，其极限强度的大小满足抗剪强度>抗拉强度。

4、岩石形成各向异性的原因是岩石物质成分、结构具有方向性，节理、结构面、层面具有方向性。

5、岩石蠕变的类型分为稳定蠕变和不稳定蠕变两种。

6、马克斯维尔（M）体描述具有瞬时弹性变形、等速蠕变和松弛性质的不稳定蠕变，其结构组成为M = H—N （或元件图）。

7、岩石抗冻系数为岩样在正负25℃之间反复冻融，其抗压强度降低值与未冻融前抗压强度的百分比。

8、塑性区围岩具有弹塑性位移，位移仅与应力偏量有关，与静水压力无关。

9、目前维护井下巷道围岩稳定，主要从两个方面入手:增强围岩强度、降低围岩应力。

10、从支护原理上分析，普通支护为被动支护，锚喷支护为主动支护。

11、锚杆支护设计时一般先确定锚固力，然后确定拉断力，再确定锚杆杆径。

1.开尔文（K）体描述有弹性后效的稳定蠕变，其结构组成为K = H|N （或元件图）。

2.莫尔认为无论岩石处于何种应力状态，破坏均为剪切破坏。

3.依据回采空间是否移动，分为移动支承压力、固定支承压力。

4.一般讲，岩体强度介于岩石强度与结构面（弱面）强度之间。

5.ISRM 建议：加载速率为0.5—1.0MPa/s；破坏时间一般为5—10分钟。

6.岩石破坏后所具有的残余强度是指破裂岩块之间因相互错动摩擦产生的摩擦阻力。

7.一般以高于（低于）原岩应力5%为界，划分集中应力影响范围。

1．描述不稳定蠕变的马克斯维尔（M）体结构组成为M = H—N （或元件图）。

2．矿物、结构、构造是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素。

3．岩体由岩块、结构面组成。

4．格里菲斯认为不论岩石受力状态如何，最终在本质上都是拉伸应力引起岩石破坏。

5．锚杆的作用原理有悬吊、组合梁、挤压拱、抗剪切等不同解释。

6．岩石塑性变形有真塑性和假塑性之说，其中假塑性变形是指岩石内部存在的节理裂隙被压闭合在宏观表现上的变形。7．当侧压系数为1/3时，圆形巷道周边恰恰不产生拉应力。

1、已知岩石的孔隙比为0.053，则其孔隙率为5%。

2、岩石在不同的应力作用下，其极限强度的大小满足三向抗压强度>单轴抗压强度。

3、结构面密集程度由裂隙度K与切割度Xe表征。

4、岩石的破坏类型分为断裂破坏（劈裂）、流动破坏（剪切）两种。

5、典型蠕变曲线分为初始蠕变、定常蠕变、加速蠕变三阶段。

6、开尔文（K）体描述有弹性后效的稳定蠕变，其结构组成为K = H | N （或元件图）。

7、巷道围岩受地压作用产生的三区分别为塑性区、弹性区、原始应力区。

8、弹性区围岩具有弹性或粘弹性位移，位移与岩石弹性性质有关。

9、大量实验表明，塑性变形与静水应力无关，只与应力偏量有关，与剪应力有关。

10、锚杆施工时要注意两点足够、可靠的锚固力；稳定、完整的岩帮。

三、简答题：

1、什么是全应力应变曲线？为什么普通材料试验机得不出全应力应变曲线？

答：在单轴压缩下，记录岩石试件被压破坏前后变形过程的应力应变曲线。

普通材料实验机整体刚度相对较小，对试件施加载荷产生的反作用力将使实验机构件产生较大变形（弹性能储存），当岩石试件被压坏时，试件抗压能力急剧下降，致使实验机弹性变形迅速恢复（弹性能释放）摧毁岩石试件，而得不到岩石破坏后的应力应变曲线。刚性实验机在施加载荷时，自身变形极小，储存的弹性能不足以摧毁岩石试件，因此可以得到岩石破坏后的应力应变曲线。

2、简述岩石在三轴压缩下的变形特征。

答：E、μ与单轴压缩基本相同；

随围压增加——三向抗压强度增加；峰值变形增加；弹性极限增加；岩石由弹脆性向弹塑性、应变硬化转变。3、按结构面成因，结构面通常分为几种类型？

答：按成因分类有三种类型：①原生结构面——成岩阶段形成的结构面；②构造结构面——在构造运动作用下形成的结构面；③次生结构面——由于风化、人为因素影响形成的结构面。

4、在巷道围岩控制中，可采取哪些措施以改善围岩应力条件？

答：选择合理的巷道断面参数（形状、尺寸），避免拉应力区产生（无拉力轴比）；

巷道轴线方向与最大主应力方向一致；

将巷道布置在减压区（沿空、跨采、卸压）。

5、地应力测量方法分哪两类？两类的主要区别在哪里？每类包括哪些主要测量技术？

答：分为直接测量法和间接测量法。

直接测量法是用测量仪器直接测量和记录各种应力量。

间接测量法，不直接测量应力量，而是借助某些传感元件或某些介质，测量和记录岩体中某些与应力有关的物理量的变化，通过其与应力之间存在的对应关系求解应力。

直接测量法包括：扁千斤顶法、水压致裂法、刚性包体应力计法和声发射法等。

间接测量法包括：套孔应力解除法、局部应力解除法、松弛应变测量法、孔壁崩落测量法、地球物理探测法。

1．岩石的塑性和流变性有什么不同?

答：塑性指岩石在高应力（超过屈服极限）作用时，产生不可恢复变形的性质。流变性指岩石在任何应力作用下，随时间增长而产生的不可恢复的变形。相同点：均为不可恢复变形；不同点：变形产生的原因、机理不同。

2．试叙述构造应力对原岩应力场的影响及其特点。

答：影响：加大了水平应力和应力不均衡分布。构造应力特点：

1）分布不均，在构造区域附近最大；2）水平应力为主，浅部尤为明显；3）具有明显的方向性；4）坚硬岩层中明显，软岩中不明显；5）

3．简述围压对岩石力学性质的影响。

围压可改变岩石的力学性状。围压增大致使塑性增大、峰值强度增高、破坏前变形加大。实验时加载速率大，导致弹性摸量大、强度指标高。

4．影响巷道围岩稳定的主要因素有哪些？

围岩强度、应力集中程度、原始应力大小、巷道支架的支撑力

5．采用锚杆支护时如何选择锚杆的杆径？

锚杆杆径确定：一般先确定锚固力，然后由拉断力≥锚固力确定拉断力，再确定杆径。

1．岩石受载时会产生哪些类型的变形?

岩石受载可发生弹性变形、塑性变形和粘性变形。一般岩石呈现粘弹性性质（滞弹性），即应变的产生和恢复滞后于应力变化。

2．程岩体比尼奥斯基分类法依据哪些指标对岩体进行分类？

依据岩块强度、RQD、节理间距、节理条件、地下水条件五个指标进行分类。

3．岩体与岩石相比，其变形性质有何特点？

岩体变形与岩石相比E低，峰值强度低，残余强度低，μ高；达到峰值后，岩体呈柔性破坏，并保留一定残余强度；各向异性显著，不同结构面分布呈现不同变形性质。

4．试分析支承压力的有利因素与不利因素。

有利：压酥煤体，便于落煤，节省能耗。不利：破坏煤体引起片帮，不利顶板管理；破坏顶板，生成采动裂隙，造成顶板破碎不易管理；高应力引起巷道围岩变形严重，维护量大不安全；高应力易引发冲击地压。

5．采用锚杆支护时，如何选择锚杆的类型？

坚硬、厚层状岩体多选用端头锚固型；松软破碎、裂隙发育岩体多选用全长锚固；为增加锚杆作用效果，锚固经常与喷射混凝土、钢筋网、钢板条带等联合使用。

1、在巷道围岩控制中，采用哪些措施可使支护更加合理？

答：对于位移明显巷道，采用恒阻—可伸缩支护形式；对于变形量较大的软岩，采用二次支护；支架与围岩要整体接触，使应力均匀传递；加强支护与围岩间的整体性，共同承受载荷作用。

2、峰前区应力应变曲线有几种类型，各表示岩石何种性质？

答：峰前区应力应变曲线形态可分为直线型、下凹型、上凹型、S型、平缓型，分别表示了岩石受力作用后呈现的弹性、弹塑性、塑弹性、塑弹塑性和弹粘性性质。

3、岩体结构基本类型有哪些？

完整结构；块裂结构；板裂结构；碎裂结构；断续结构；散体结构

4、结构面的剪切变形、法向变形与结构面的哪些因素有关？

剪切变形与岩石强度（C）、结构面粗糙性（JRC）有关；法向变形与结构面抗压强度（JCS）、结构面粗糙性（JRC）、结构面张开度（δ）有关。

5、简述水压致裂法主要测量步骤及适用条件。

答：（1）打孔到测量应力的部位，将加压段用封隔器密封；

（2）向隔离段注入高压水，测得岩体初始开裂压力Pi；

（3）把高压水释放后重新加压，测得压力Pr和稳定关闭压力Ps，重复2—3次；

（4）将封隔器完全卸压后连同加压管等全部设备从钻孔中取出；

（5）测量水压裂隙和钻孔试验段的天然节理、裂隙的位置、方向和大小，做好记录。

适用于：完整、脆性岩石。

4.简述斜坡中应力分布特点：

（1）斜坡周围主应力迹线发生明显偏转：愈接近临空面,最大主应力σ1愈接近平行于临空面, σ3与之正交,向坡内逐渐恢复到原始状态。（2）坡脚附近形成最大剪应力增高带，往往产生与坡面或坡底面平行的压致拉裂面。（3）在坡顶面和坡面的某些部位,坡面的径向应力和坡顶面的切向力可转化为拉应力，形成张力带,易形成与坡面平行的拉裂面。（4）与主应力迹线偏转相联系,坡体内最大剪应力迹线由原来的直线变成近似圆弧线,弧的下凹方向朝着临空方向。（5）坡面处由于侧向压力趋于零,实际上处于两向受力状态,而向坡内逐渐变为三向受力状态。

5.工程地质常用的研究方法

主要有自然历史分析法、数学力学分析法、模型模拟试验法、工程地质类比法等。

6.试述岩土体稳定性分析刚体极限平衡法的思路

（1）可能破坏岩土体的几何边界条件分析（2）受力条件分析（3）确定计算参数（4）计算稳定性系数（5）确定安全系数进行稳定性评价

7.岩石力学、土力学与工程地质学有何关系

岩石力学和土力学与工程地质学有着十分密切的关系，工程地质学中的大量计算问题，实际上就是岩石力学和土力学中所研究课题，因此在广义的工程地质学概念中，甚至将岩石力学、土力学也包含进去，土力学和岩石力学是从力学的观点研究土体和岩体。它们属力学范畴的分支。

9.水对岩土体稳定性有何影响

（1）降低岩土体强度性能（2）静水压力（3）动水压力（4）孔隙水压力抵消有效应力（5）地表水的冲刷、侵蚀作用（6）地下水引起的地质病害、地基失稳（岩溶塌陷、地震液化、岩土的胀缩、土体盐渍化、黄土湿陷等）。

四、论述题：1试说明普氏、太沙基地压计算理论，并给予评价。

答：普氏认为：顶板岩石受力作用可形成平衡拱（免压拱），使上覆岩层压力通过拱轴转移到两侧围岩上，当两侧围岩稳定时，巷道支架仅承受平衡拱内岩石的重力作用。两帮岩体受拱传递压力作用，产生较大变形，当达到其强度时，两帮岩体将滑移，失去支撑作用，致使拱宽、拱高加大，顶压与侧压增大。

太沙基认为：跨度为2a 范围内的上部岩石将由于自重而下沉，两侧摩擦力阻止其下沉，支架所承受的压力为下滑力与摩擦力之差。

评价：两种计算方法均为估算法。普氏地压公式与深度无关，不能解释应力随深度增大的现象；

适用于松散岩体，对整体性、强度高的岩体，计算结果与实际有出入；应用简便（估算）、存在局限性。

太沙基公式从另一角度提出地压计算公式，也反映了免压拱效应，经变换后与普式公式同形。适用于埋深不大、围岩松散破碎条件。

2分析库仑、莫尔、格里菲斯强度理论的基本观点并给予评价。

答：库仑认为：岩石破坏为剪切破坏；岩石抵抗剪切破坏的能力由两部分组成：内聚力、内摩擦力。

莫尔认为：无论岩石处于何种应力状态，破坏均为剪切破坏；破坏时，剪切面上所需的剪应力不仅与岩石性质有关，而且与作用在剪切面上的正应力有关。

格里菲斯认为：不论岩石受力状态如何，最终在本质上都是拉伸应力引起岩石破坏。

评价：库仑强度理论是莫尔强度理论的直线形式。

莫尔理论较好解释了岩石抗拉强度远远低于抗压强度特征，解释了三向等拉时破坏，三向等压时不破坏现象，但忽视了中间应力的作用。

格式理论推导岩石抗压强度为抗拉强度的8倍，反映了岩石的真实情况，较好证明了岩石在任何应力状态下都是由于拉伸引起破坏，但对裂隙被压闭合抗剪强度增高解释不够。

莫尔理论适用于塑性岩石，及脆性岩石的剪切破坏；不适用于拉断破坏。

格式理论适用于脆性岩石及材料破坏。

3试分析莫尔与格里菲斯强度理论的基本观点并给予评价，说明各自适用条件。

莫尔认为：无论岩石处于何种应力状态，破坏均为剪切破坏；

破坏时，剪切面上所需的剪应力不仅与岩石性质有关，而且与作用在剪切面上的正应力有关。

格里菲斯认为：不论岩石受力状态如何，最终在本质上都是拉伸应力引起岩石破坏。

评价：莫尔理论较好解释了岩石抗拉强度远远低于抗压强度特征，解释了三向等拉时破坏，三向等压时不破坏现象，但忽视了中间应力的作用。

格式理论推导岩石抗压强度为抗拉强度的8倍，反映了岩石的真实情况，较好证明了岩石在任何应力状态下都

是由于拉伸引起破坏，但对裂隙被压闭合抗剪强度增高解释不够。

莫尔理论适用于塑性岩石，及脆性岩石的剪切破坏；不适用于拉断破坏。

格式理论适用于脆性岩石及材料破坏。

判断题：

1.结构面组数越多，岩体强度越接近于结构面强度。（∨）

2.岩石三向抗压强度不是一个固定值，将随围压变化而改变。（∨）

3.流变模型元件并联组合时，各元件满足应力相等，应变相加关系。（×）

4.在未受开采影响的原岩体内存在着原岩应力，其方向与水平方向垂直。（×）

5.岩石抗压强度值的离散系数越大，说明岩石抗压强度平均值的可信度越高。（×）

6.根据服务年限要求，矿井运输大巷应按照等应力轴比设计其断面尺寸。（×）

7.岩石蠕变与岩石类别有关，与应力大小有关。（∨）

8.有粘聚力的固结岩体体，由地表开始侧压力与深度成线性增长。（×）

9.椭圆断面巷道，其长轴方向与最大主应力方向一致时，周边受力条件最差。（×）

10.在力学处理上，弱面不仅能承受压缩及剪切作用，还能承受拉伸作用。(×)

1．结构面组数越多，岩体越接近于各向异性。（×）

2．流变模型元件串联组合时，各元件满足应变相等，应力相加关系。（×）

3．软弱岩层受力后变形较大，表明构造应力在软弱岩层中表现显著。（×）

4．岩石限制性剪切强度不是固定值，与剪切面上作用的正压力有关。（∨）

5．软岩破坏为渐进过程，首先对破坏部位支护，可使软岩控制取得好的效果。（∨）

6．随开采深度增加，巷道围岩变形将明显增大。（∨）

7．从巷道周边围岩受力情况看，拱型断面巷道要比梯形巷道断面差。（×）

8．塑性变形与静水应力无关，只与应力偏量有关，与剪应力有关。（∨）

9．对无粘聚力的松散体，由地表开始侧压力即与深度成线性增长。（∨）

10巷道返修是一种较好的巷道支护对策。（×）

1.水库蓄水前，河间地块存在地下分水岭，蓄水后将不会产生库水向邻谷的渗漏。×

2.斜坡变形的结果将导致斜坡的破坏。×

3.在岩土体稳定性评价中，由于边界条件、荷载条件、岩土体强度等难以精确确定，通常在设计上考虑上述因素及建筑物重要性而综合确定一经验值，此即稳定性系数。×

4.地震烈度是衡量地震本身大小的尺度，由地震所释放出来的能量大小来确定。×

5.用标准贯入试验判定砂土液化时，若某一土层的实际贯入击数小于临界贯入击数，则该土层液化。√

1.岩石的物理力学性质

1.岩体：位于一定地质环境中，在各种宏观地质界面（断层、节理、破碎带等）分割下形成的有一定结构的地质体。由结构面与结构体组成的地质体。

2.岩石：是经过地质作用而天然形成的一种或多种矿物的集合体。具有一定结构构造的矿物（含结晶和非结晶的）集合体。

3.岩（体）石力学：是力学的一个分支学科，是研究岩（体）石在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的一门基础学科。

4.结构面：指在地质历史发展过程中，岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的宏观地质界面或带。

5.岩石质量指标（RQD）：指大于10cm的岩芯累计长度与钻孔进尺长度之比的百分数。

6.空隙指数：指在0.1MPa压力条件下，干燥岩石吸入水的重量与岩石干重量的比值。

7.软化性：软化性是指岩石浸水饱和后强度降低的性质。

8.软化系数：指岩石试件的饱和抗压强度与干燥状态下的抗压强度的比值。

9.膨胀性：是指岩石浸水后体积增大的性质。

10.单轴抗压强度：是指岩石试件在单轴压力下达到破坏的极限值。，

11.抗拉强度：是指岩石试件在单向拉伸条件下试件达到破坏的极限值。

12.抗剪强度：是指岩石抵抗剪切破坏的能力。

13.形状效应：在岩石试验中，由于岩石试件形状的不同，得到的岩石强度指标也就有所差异。这种由于形状的不同而影响其强度的现象称为“形状效应”。

14.尺寸效应：岩石试件的尺寸愈大，则强度愈低，反之愈高，这一现象称为“尺寸效应”。

15.延性度：指岩石在达到破坏前的全应变或永久应变。

16.流变性：指在外界条件不变时，岩石应变或应力随时间而变化的性质。

17.蠕变：指在应力不变的情况下，岩石的变形随时间不断增长的现象。

18.应力松弛：是指当应变不变时，岩石的应力随时间增加而不断减小的现象。

19.弹性后效：是指在加荷或卸荷条件下，弹性应变滞后于应力的现象。

20.峰值强度：若岩石应力—应变曲线上出现峰值，峰值最高点的应力称为峰值强度。

21.长期强度：指长期荷载（应变速率小于10－6／s）作用下岩石的强度。

22.扩容：在岩石的单轴压缩试验中，当压力达到一定程度以后，岩石中的破裂或微裂纹继续发生和扩展，岩石的体积应变增量由压缩转为膨胀的力学过程，称之为扩容。

23.应变硬化：在屈服点以后（在塑性变形区），岩石（材料）的应力—应变曲线呈上升曲线，如要使之继续变形，需要相应地增加应力，这种现象称之为应变硬化。

24.疲劳破坏：在循环荷载作用下，岩石会在比峰值应力低的应力水平下破坏的现象。

25.疲劳强度：是使岩石（材料）发生疲劳破坏时循环荷载的应力水平的大小（非定值）。

26.速率效应：是指在岩石试验中由于加载速率的不同而引起的岩石强度的变化现象。

27.延性流动：是指当应力增大到一定程度后，应力增大很小或保持不变时，应变持续不断增长而不出现破裂，也即是有屈服而无破裂的延性流动。

28.脆性破坏：是指岩石在破坏前变形很小，出现急剧而迅速的破坏，且破坏后应力降很大。

29.延性破坏：是指岩石在破坏前发生了较大的永久塑性变形，并且破坏后应力降很小。

30.强度准则：表征岩石破坏时的应力状态和岩石强度参数之间的关系，一般可以表示为极限应力状态下的主应力间的关系方程：σ1＝f（σ2，σ3）或τ＝f（σ）。

31.塑性变形：在外力撤去后不能够恢复的变形。2.岩体的力学性质及分类

2.岩体的力学性质及分类

l.结构面：①指在地质历史发展过程中岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的宏观地质界面或带。

②又称弱面或地质界面，是指存在于岩体内部的各种地质界面，包括物质分异面和不连续面，如假整合、不整合、褶皱、断层、层面、节理和片理等。

2.原生结构面：在成岩阶段形成的结构面，根据岩石成因的不同，可分为沉积结构面、岩浆（火成）结构面和变质结构面三类。

3.构造结构面：指在构造运动作用下形成的各种结构面，如劈理、节理、断层面等。

4.次生结构面：指在地表条件下，由于外力(如风力、地下水、卸荷、爆破等)的作用而形成的各种界面，如卸荷裂隙、爆破裂隙、风化裂隙、风化夹层及泥化夹层等。

5.结构面频率：即裂隙度，是指岩体中单位长度直线所穿过的结构面数目。

6.结构体：结构面依其本身的产状，彼此组合将岩体切割成形态不一、大小不等以及成分各异的岩石块体，被各种结构面切割而成的岩石块体称为结构体。

7.结构效应：是指岩体中结构面的方向、性质、密度和组合方式对岩体变形的影响。

8.剪胀角（angleofdilatancy）：岩体结构面在剪切变形过程中所发生的法向位移与切向位移之比的反正切值。

9.节理化岩体：是指被各种节理、裂隙切割呈碎裂结构的岩体。

10.结构面产状的强度效应：指结构面与作用力之间的方位关系对岩体强度所产生的影响。

11.结构面密度的强度效应：指结构面发育程度(数量)对岩体强度所产生的影响。

12.岩体完整性指标：是指岩体弹性纵波与岩石弹性纵波之比的平方。

13.岩体基本质量：岩体所固有的、影响工程岩体稳定性的最基本属性，岩体基本质量由岩石坚硬程度和岩体完整程度决定。

14.自稳能力：在不支护条件下，地下工程岩体不产生任何形式破坏的能力。

15.体积节理数：是指单位岩体体积内的节理(结构面)数目。

16.岩石质量指标(RQD)：长度在10cm（含10cm)以上的岩芯累计长度占钻孔总长的百分比，称为岩石质量指标RQD(RockQualityDesignation)。

3.岩体中天然应力及其量测

1.地应力：自然状态下在原岩体中存在的由于岩石自重和构造应力形成的分布应力称为地应力，也称岩体天然应力。

2.原岩应力：在工程中指天然存在于岩体之中(内部)而与任何人为因素无关的应力，也称天然应力。

3.残余应力：指没有外力作用时在岩体内部由于某种原因在整个岩体内的不均匀的变形而引起的应力。

4.初始地应力：岩体中存在的未受到工程扰动的原始应力状态下的应力。

5.自重应力：由于岩体自重而产生的天然应力叫自重应力。

6.构造应力：由于地质构造活动在岩体中引起的应力场，这种应力与一定范围地质构造有关，其主要特点是水平应力大于覆岩垂直应力分量。这一作用可以持续到地层深处。

7.应力重分布：岩体受到工程活动扰动，引起岩体中初始应力的转移变化形成的新的应力场状态。

8.二次应力：相对于初始应力而言，岩体上或岩体内部受到人类工程活动扰动，引起初始应力自然平衡状态的改变，使一定范围内的原始应力重分布形成的新的应力称为二次应力，或称次生应力。次生应力直接与工程稳定性有关。

9.垂直应力：地下岩体中上覆岩层的重量所造成的应力。

10.切向应力：作用于巷道截面的切线方向的应力。

11.径向应力：垂直于巷道周边切线的正应力。

12.岩爆：是地下洞室开挖过程中围岩发生突然脆性破坏的现象。一般在地应力较大部位，岩石被挤压超过其弹性限度，聚集的能量会突然释放出来，伴随有声音、碎石飞散、坠落等现象。

13.构造线：指区域性挤压应力所形成的构造形迹，也就是指与产生地质构造运动的压应力方向相垂直的平面和地面的交线。

14.现代构造应力：就是现今正在形成某种构造体系和构造形迹的应力。

5.地下洞室围岩稳定性分析

1.围岩：指由于人工开挖使岩体的应力状态发生了变化，而这部分被改变了应力状态的岩体称为围岩。

地下工程开挖过程中，在发生应力重分布的那一部分工程岩体称为围岩。

2.围岩压力：地下洞室围岩在重分布应力作用下产生过量的塑性变形或松动破坏，进而引起施加于支护衬砌上的压力。作用在支护物上的围岩的变形挤压力或塌坍岩体的重力称为围岩压力。

3.静水应力状态：在岩石力学中，地下深部岩体在自重作用下，岩体中的水平应力和垂直应力相等的应力状态。

4.形变围岩压力：指围岩在二次应力作用下局部进入塑性，缓慢的塑性变形作用在支护上形成的压力，或者是有明显流变性能的围岩的粘弹性或者粘弹—粘塑性变形形成的支护压力。一般发生在塑性或者流变性较显著的地层中。

5.松动围岩压力：指因围岩应力重分布引起的或施工开挖引起的松动岩体作用在隧道或坑道井巷等地下工程支护结构上的作用压力。

一般是由于破碎的、松散的、分离成块的或被破坏的岩体坍滑运动造成的。

6.冲击围岩压力：（1）是地下洞室开挖过程中，在超过围岩弹性限度的压力作用下，围岩产生内破坏，发生突然脆性破坏并涌向开挖(采掘)空间的一种动力现象。

（2）强度较高且完整的弹脆性岩体过渡受力后突然发生岩石弹射变形所引起的围岩压力。

7.膨胀围岩压力：在遇到水分的条件下围岩常常发生不失去整体性的膨胀变形和位移，表现在顶板下沉、地板隆起和两帮挤出，并在支护结构上形成形变压力的现象。

8.应力集中：受力物体或构件在其形状或尺寸突然改变之处引起应力在局部范围内显著增大的现象。

9.应力集中系数：指岩体中二次应力与原始应力的比值，也可用井巷开挖后围岩中应力与开挖前应力的比值来表示。

10.侧压系数：岩体中一点的水平应力与垂直应力的比值。

11.围岩（弹性）抗力系数：当隧洞受到来自隧洞内部的压力P时，在内压力作用下，洞壁围岩必然向外产生一定的位移△α，则定义围岩的弹性抗力系数为K＝P／△α。此时K的物理意义为促使隧洞洞壁围岩产生单位径向位移所需的内水压力值。

12.单位抗力系数：隧洞围岩的弹性抗力系数不仅与隧洞的地质条件有关，而且与隧洞的半径有关，为了统一，在工程上规定洞径为200cm时隧洞围岩的抗力系数定义为单位抗力系数。

一、名词解释

1、岩体

2、弹性

3、脆性

4、三轴抗压强度

5、抗压强度

6、抗拉强度

7、抗剪强度

8、莫尔强度理论

9、强度判据

10、稳定性系数11、蠕变12、残余强度13、天然应力14、剪切刚度15、强度理论16、剪切刚度17、八面体强

度理论18、极限强度19、蠕变20、孔隙比21、法向刚度22、围岩应力23、软化系数24、变形模量25、几何边界条件26、长期强度27、主应力29、主平面30、结构面31、滑坡32、塑性33、围岩抗力系数34、变形模量35、弹性模量36、动弹性模量37、天然应力38、强度曲线39、内摩擦角40、切线模量41、岩体力学42、单轴抗压强度43、重分布应力44、围岩压力45、围岩抗力46、强度47、弹性极限48、强度极限 49、脆性破坏50、渗透系数51、软化系数52、割线模量53、爬坡角54、岩石吸水率55、三轴强度56、尺寸效应57、应力集中系数58、初始模量59、抗冻系数60、岩爆61、泊松比62、强度包络线63、普氏系数64、自然平衡拱65、RQD66、格里菲斯强度理论67、单轴抗压强度68、横波69、纵波70、围岩压力71、饱和吸水率72、法向刚度

二、填空题

1．表征岩石抗剪性能的基本指数是（）和（）。

2．如果将岩石作为弹性体看待，表征其变形性质的基本指标是（）和（）。

3．岩石在单轴压力作用下，随加荷、卸荷次数的增加，变形总量逐次（），变形增量逐次（）。

4．所谓洞室围岩一般是指洞室周围（）倍半径范围内的岩体。

5．边坡岩体中，滑移体的边界条件包括（）、（）和（）三种类型。

6．垂直于岩石层面加压时，其抗压强度（），弹性模量（）；顺层面加压时的抗压强度（），弹性模量（）。7．莫尔强度理论认为：岩石的破坏仅与（）应力和（）应力有关，而与（）应力无关。

8．岩石在复杂应力状态下发生剪切破坏时，破坏面的法线与最大主应力之间的夹角总是等于（）的；而破坏面又总是与中间主应力（）。

9．不论何种天然应力条件下，边坡形成后，在边坡表面岩体中的最大主应力的作用方向与边坡面（），最小主应力作用方向与边坡面（）。

10．主要的岩体工程分类有（）、（）、（）、（）等。

11．水对边坡岩体的影响表现在（）、（）和（）。

12．天然应力场的主要成分有（）、（）和（）。

13．地质结构面对岩体力学性质的影响表现在（）和（）。

14．结构面在法向应力作用下，产生（）变形，其变形性质用指标（）表征。

15．岩石抗拉强度的试验室方法有（）和（）。

16．地质结构面按力学条件可分为（）和（）。

17．岩体结构类型可分为（）、（）、）、（）和（）。

18．岩体的强度处在（）强度与（）强度之间。

19．结构面的线连续性系数是在（）至（）变化的。

20．水对岩石力学性质的影响表现在（）、（）和（）。

21．格里菲斯强度理论认为材料破坏的原因是（）。

22．八面体强度理论认为材料破坏的原因是（）。

23．有一对共轭剪性结构面，其中一组走向为N30E，而另一组为N30W，则岩体中最大主应力方向为（）。如果服从库仑－纳维尔判据，则岩体的内摩擦角为（）。

24．软弱夹层的基本特点有（）、（）、）、（）和（）。

25．岩体中逆断层形成时，最大主应力方向为（），最小主应力方向为（）。

26．原生结构面据其成因中划分为（）、（）、（）。

27．表征岩块变形特性的指标有（）和（）。

28．根据库仑强度理论，最大主应力与破裂面的夹角为（）。

29．据岩体力学的观点看，岩体的破坏类型有（）和（）。

30．岩体中的结构面据其地质成因分为（）、（）和（）。

31．岩体中一点的水平天然应力与铅直天然应力之比称为（）。

32．岩体中正断层形成时的应力状态是：最在主应力方向为（），最小主应力方向为（）。

33．均质各向同性的连续岩体中的圆形洞室洞壁上一点的剪应力为（）。

34．洞室围岩压力的基本类型有（）、（）、（）和（）。

35．边坡形成后，边坡表面岩体中的最大主应力作用方向与边坡面（），最小主应力作用方向与边坡面（）。36．岩体是由（）和（）两个最基本的要素组成的。

37．根据边坡岩体面形态、数目、组合特征把岩体边坡的破坏类型划分为（）、（）、（）和（）。

38.大部分岩体属于（）。

（A）均质连续材料（B）非均质材料

（C）非连续材料（D）非均质、非连接、各向异性材料

39岩石的弹性模量一般指（）。

（A）弹性变形曲线的斜率（B）割线模量

（C）切线模量（D）割线模量、切线模量及平均模量中的任一种

40由于岩石的抗压强度远大于它的抗拉强度，所以岩石属于（）。

（A）脆性材料（B）延性材料

（C）坚硬材料（D）脆性材料，但围压较大时，会呈现延性特征

41岩石的抗压强度随着围岩的增大（）。

（A）而增大（B）而减小（C）保持不变（D）会发生突变

42劈裂试验得出的岩石强度表示岩石的（）。

（A）抗压强度（B）抗拉强度（C）单轴抗拉强度（D）剪切强度

43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

44岩石的吸水率是指（）。

（A）岩石试件吸入水的重量和岩石天然重量之比

（B）岩石试件吸入水的重量和岩石干重量之比

（C）岩石试件吸入水的重量和岩石饱和重量之比

（D）岩石试件天然重量和岩石饱和重量之比

45已知某岩石饱水状态与干燥状态的单轴抗压强度比为0.78，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

46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

47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 ）45° （B ）245?

+? （C ）245?

-? （D ）60°

48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

49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 ）1/10~1/12 （C ）2~5倍 （D ）10~50倍

50岩体的强度小于岩石的强度主要是由于（ ）。

（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

51影响岩体质量的主要因素为（ ）。

（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

52沉积岩中的沉积间断面属于哪一种类型的结构面？（ ）

（A ）原生结构面（B ）构造结构面（C ）次生结构面

53岩体结构体是指由不同产状的结构面组合围限起来，将岩体分割成相对的完整坚硬的单无块体，其结构类型的划分取决于（ ）

（A ）结构面的性质 （B ）结构体型式

（C ）岩石建造的组合 （D ）三者都应考虑

54初始地应力主要包括（ ）。

（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

三、辨别正误

1．石英砂岩的强度随石英颗粒的含量增加而增大。（ ）

2．相邻两条结构面的垂直距离就是结构面的密度。（ ）

3．一般情况下，岩体的强度可以用岩块的强度来代替。（ ）

4．从岩体本身性质来分析，可以用连续介质理论来解决岩体力学问题。（ ）

5．岩石的泊松比是指单向压缩条件下，侧向应变与侧向应力之比。（ ）

6．结构面的密度不随方向而变化。（ ）

7．边坡岩体坡面一点的最大主应力是垂直于坡面，而最小主应力则平等于坡面，且都不为零。（ ）

8．单位体积内岩石的质量定义为岩石的颗粒密度。（ ）

9．天然铅直应力是随深度增加而增大的。（ ）

10．一般情况下，岩块的三轴压缩强度比抗压强度大。（ ）

11．岩块在单轴受压条件下，能承受的最大主应力叫岩块的强度。（ ）

12．在普通试验机上测出的应力－应变关系，就是岩石的应力－应变全过程曲线。（ ）

13．岩块的弹性模量可以用作用于它上面的应力与位移之比来表示。（ ）

14．坡度影响边坡应力轨迹形式。（ ）

15．岩体作为力学介质研究时，其与钢、混凝土等人工力学介质的根本区别在于岩体中有天然应力、多裂隙交切及是三相介质。（）

16．岩体中地下水的水压力效应，使岩体中结构面抗剪强度增大。（）

17．可能滑动面上可供利用力与抗滑力之比值定义为稳定性系数。（）

18．研究的岩体实际上是已经受过破裂和变形的地质体。（）

19．天然中铅直应力一般随深度增加而增大。（）

20．在普通试验机上测出的应力与应变的关系，就是岩石应力－应变全过程曲线。（）

21．饱水岩样的单轴抗压强度与干抗压强度之比定义为岩石的软化系数。（）

22．岩体的强度就是岩块的强度。（）

23．从岩体本身性质分析，可用连续介质力学理论解决岩体力学问题。（）

24．在荷载作用下，结构面抵抗破坏的最大能力叫做剪切强度。（）

25．一般情况下岩块的抗压强度随加荷速度的增大而增大。（）

26．三向受压条件下，岩石破坏前的应变比单向受压要大。（）

27．饱水岩体的单轴抗压强度与干抗压强度之比定义为岩石的软化系数。（）

28．在荷载作用下，结构面抵抗破坏的最在能力叫剪切强度。（）

29．一般来说，岩块的单轴抗压强度随加荷速度的增在而减小。（）

30．地下洞室洞壁支护的目的是不让洞壁围岩向洞内产生位移。（）

四、问答题

1、对岩石进行单轴抗压试验，如果发生剪切破坏，破坏面是否一定是试样中的最大剪应力面？为什么？如果发生拉断破坏，此时的抗压强度是否即为抗拉强度？为什么？

2、什么叫岩石？什么叫岩体？两者主要区别在哪里？又有何关系？

3、什么是岩体的弹性模量？什么是岩体的变形模量？试用图加以说明。

4、岩体的静力弹性模量与动力弹性模量哪个大？为什么？

6、岩石的动力强度与静力强度那个大？为什么？

7、岩体中应力波波形通常以哪些参数来标记？试用图说明。

8、应力波对物体的效应，与刚体动力学与弹性理论有什么区别？为什么声波法或地震法可以用来测定岩体的某些动力学参数？确定哪些参数？

9、巷道道护形式的选择与地压活动类型有无关系？试举例说明之。

10、岩石在单轴压缩下的应力－应变曲线有哪几种类型？并用图加以说明。

11、岩石与岩体的主要区别在哪里？以及其强度之间的关系是怎样的？

12、试分别从地质和工程两个方面，简要叙述影响围岩压力的一些主要因素是什么？

13、试用莫尔应力圆画出：（1）单向拉伸；（2）单向压缩；（3）纯剪切；（4）双向压缩；（5）双向拉伸。

14、常用的岩石强度指标有哪几种？

15、试述岩石力学的研究对象，研究范围和研究动态。

16、采用应力解除法如何测定岩体中的应力？并用示意图表示。

17、用图来表示岩体变形与时间的关系曲线，并指出几个不同的阶段。

18、格里菲斯强度理论的基本要点是什么？并写出该强度理论的破坏准则。

19、在岩体中传播的弹性波有哪两大类型？其特征是什么？并写出半无限均质体波速与其弹性常数（弹性模量、泊松比）的关系式。

20、加载速率对岩石动力强度的影响怎样？并举例说明之。

21、岩石在单轴压缩下典型的应力——应变曲线有哪几种类型，并用图线加以说明。

22、什么是变形模量？页岩和石灰岩的变形模量大致多少？

23、什么叫滑坡？组成滑坡的要素有哪些？什么叫崩塌？它与滑坡有什么区别？

24、影响边坡稳定有哪些主要因素？试举例说明。

25、用应力解除法来测量岩体的原岩应力，其工序有哪些？用图示加以说明。

26、什么叫真三轴试验机？什么叫假三轴试验机？

27、什么叫岩块的变性模量？以“S”型应力－应变曲线为例表示出岩块的几种变性模量（图加简要文字说明）。

28、塑性状态下圆形巷道围岩应力分布如何？

29、试简单叙述岩体力学的发展历史？你对岩体力学的发展远景如何看法？

30、均质连续、各向同性的弹性岩体中开挖水平圆形洞室时，围岩中的重分布应力有何特点。

31、边坡岩体最容易从哪些部位首先破坏？为什么？

32、试述边坡稳定性研究的基本原则和方法。

33、什么叫蠕变？用图表示蠕变的应力（σ）与时间（t）关系曲线。

34、岩块的抗压强度与抗拉强度哪个大？为什么？

35、如何获得岩体结构面的强度指标？请用解析法或图解法说明。

五、计算题

1、已知σx＝50MPa，

＝10MPa，τxy＝0，θ＝30°。

σy

及剪应力τn。

（1）求与X轴夹角40°的EF斜面上的法向应力σ

n

（2）作出相应的莫尔应力圆，并写出莫尔应力圆的方程。

2、将一个岩石试件置于压力机上施加压力，直到1MPa时发生破坏。已知破坏面与最大主应力所在的平面成60°，并假定抗剪强度随正应力呈线性变化。试求：

（1）在正应力为零的那个面上的抗剪强度等于多少？

（2）破坏面上的正应力和剪应力。

=100MPa，岩体天然密度ρ=2.75g/cm3，3、拟在地表以下1500m处开挖一水平圆形洞室，已知岩体的单轴抗压强度σ

c

岩体中天然应力比值系数λ=1，试评价该地下洞室开挖后的稳定性。

4、设已知某地块处于简单的压缩情况，及在走向NW45°的截面上的正应力＝－120MPa ，剪应力 τn ＝40MPa ，求最大压应力的大小及其方向。

5、在某矿发现石灰岩中两组铅直的剪切面，其走向分别为NE10°和NE65°，试求最大主应力的方向。

6、某岩石的室内剪切试验成果如下，当正应力分别为6MPa 和10MPa 时，剪切强度分别为19.2MPa 和22MPa ，假设该岩石强度服从莫尔斜直线理论，试求：

(1)该岩石的剪切强度参数；

(2)当侧限压力σ3=10MPa 时该岩石的三轴压缩强度。

7、在地表以下200m 深度处的岩体中开挖一洞径2R 0=2m 的水平圆形遂洞，假定岩体的天然应力为静水压力状态，岩

体的天然密度ρ=2.7g/cm 3

，试求：

(1)洞壁、2倍洞半径、2倍洞半径处的重分布应力；

(2)根据以上计算结果说明围岩中重分布应力的分布特征；

(3) 若围岩的抗剪强度C m =0.4，φm =30°，试评价该洞室的稳定性；

(4)洞室若不稳定，试求其塑性变形区的最大半径（R 1）

8、某圆形水平洞室开挖于地表以下1500m 深处，已知岩体为均质连续各向同性的弹性体。单轴抗压强度σc =100MPa ，岩体的密度为2.5g/cm 3，岩体的天然应力比值系数λ＝1。试评价该洞室开挖后的稳定性。

9、若σ1为最大主应力，σ3为最小主应力，C 为粘聚力，φ为岩石的内摩擦角，导出以极限主应力表达的岩石强度方程。

10、在均质、连续、各向同性的岩体中，测得地面以下100m 深度处的天然应力为σV =26MPa ，σH =17.3MPa ，拟定在

该深度处开挖一水平圆形隧道，半径R 0=3m ，试求：

(1)沿θ=0°和θ=90°方向上重分布应力（σr 、σθ）随r 变化的曲线；

(2)设岩体的C m =0.04MPa ，φm =30°，用图解法求洞顶与侧壁方向破坏圈厚度 。

11、已知岩块C =10MPa ，φ=60°，用库仑—莫尔准则计算当围压为0和5MPa 时试件破坏时的轴压。

12、有一个花岗岩岩柱，该花岗岩抗剪强度指标：凝聚力C =20MPa ，φ＝30°。岩柱的横截面积A =5000cm 2，柱顶承受荷载p ＝30MN ，自重忽略不计。

(1)试问：是否会发生剪切破坏？

(2)若岩柱中有一软弱结构面，其法线与轴线成75°角，试问：是否会沿此面发生破坏？

13、某矿石灰岩试验成果如下：其单向抗压强度σc =10MPa ；当侧压力σ1＝σ2＝30MPa ，其破坏时σ1=210MPa ；当侧压力σ2＝σ3＝60MPa 时，其破坏时σ1＝320MPa 。试问，当侧压力σ2＝σ3＝50MPa 时，其破坏时的最大主应力σ1应等于多少？

14、 某岩石室内抗剪试验成果为当正应力分别为6MPa 和10MPa 时，剪切强度为19.2MPa 和22MPa 。设岩石强度服从

直线型莫尔强度判据：

①求该岩石的抗剪强度参数（C、φ值）；

②当侧限压力σ3为5MPa时，求该岩石的三轴压缩强度（σ1m）。

15、闪长岩的单向抗拉强度σt=24MPa；单向抗压强度σc=142MPa。当抗剪强度τ=42MPa时，试求破坏面的方向及正应力，最大主应力和最小主应力各等于多少？

16、某矿石英砂的试验成果，其单向抗拉强度σt=16MPa,单向抗压强度σc=120MPa，试求该岩石的抗剪强度的C、φ值。

17、安山岩的单轴抗压强度σc=100MPa。当该岩石进行三轴试验时，当侧压力σ2＝σ3＝20MPa，岩石的三向抗压强度σ1＝260MPa。计算内摩擦角φ和凝聚力c；

18、在石灰岩层中开一圆形洞室，半径a=1.5m，埋置深度H＝800m，石灰岩的单轴抗压强度σc=40MPa，内摩擦角φ＝32°，岩石容重ρ＝2.8g/cm3，为了便于比较，分别用芬纳公式，修正芬纳公式和卡斯特纳公式计算塑性区的半径R，以及塑性圈的厚度。

19、某部门拟在地表下1500m处深度开挖一断面为圆形的洞室，已知岩体的极限抗压强度σc=100MPa，岩体的天然容重ρ=2.75g/cm3，岩体的天然应力比值系数λ＝1，试评价开后地下洞室的稳定性。

20、在某结晶岩体中开挖一直径为6m的水平圆形洞室，洞的埋深为2000m，岩体的平均密度ρ＝2.7g/cm3，假设岩体中的天然应力比值系数k=1，试求：

(1)θ＝0°方向洞壁一点A和距洞壁3m处B点的重分布应力值；

(2)若已知围岩的剪切包络线为斜直线，且C＝5MPa，φ＝30°，试判断A、B两点是否会破坏？

21、已知岩石的单轴抗拉强度σt=15MPa。试用格里菲斯强度曲线来判断裂隙在侧压力σ3＝20MPa时，裂隙进一步破坏的最在主应力σ1等于多少？它是属于何种强度条件下的破坏？

22、已知岩石试件的凝聚力C＝9.5MPa，其内摩擦角φ＝38°，试用库仑准则和格里菲斯理论求其单向抗压强度。

23、已知某采场围岩的力学指标：σc=100MPa，σt=-20MPa，凝聚力C＝45MPa，内摩擦角φ＝48°，若该采场顶板某点主应力σ1＝200MPa，σ3＝10MPa。试求：

（1）由莫尔库仑强度理论判断，该点是否会破坏？

（2）由格里菲斯强度理论判断，该点是否破坏？

（3）若会破坏，它们破坏面与最大主应力的夹角是多少？

24、圆形隧道的半径a=1.5m，埋藏深度H＝100m，岩石容重γ＝2.7g/cm3，泊松比μ＝0.2。

（1）试绘出θ=0、π/2处隧道围岩的径向和切向应力分布图，与隧道周边的距离等于多少时才是原岩应力。

（2）试绘应力集中系数图，分析最大应力集中在什么位置。

（3）分析应力分布特点是什么？

（4）假若侧压系数λ＝0时应力分布图又如何？

25、已知大理岩单向抗压强度σc=80MPa，内摩擦角＝25°，试计算侧压为40MPa时，其三轴抗压强度为多少？

26、已知白云质灰岩通过弹性波测量，其纵波速度V p=5500m/s，横波速度V s=3300m/s。岩体的容重γ=2.71g/cm3，泊

桑比μ=0.23。试求岩体的动弹性参数。

27、圆形洞室半径a =2.5m ，埋藏深度H ＝120m ，岩石容重γ＝2.1g/cm 3

，泊松比μ＝0.2，侧压系数λ=0.5，岩体的弹性模量E ＝2×104MPa 。试求硐顶和硐壁的应力以及位移。

28、在坚硬的岩体中开挖一个近似椭圆形洞室，硐跨2a =8m ，硐高2b =12m ，硐体埋藏深度H ＝200m ，岩体容重ρ=2.5g/cm 3，泊松比μ=0.35，岩石单轴抗压强度σc =96MPa ，求洞室是否稳定。

29、某矿表土深度为150m ，表土的平均容重γ＝1.80g/cm 3，粘聚力C ＝0，内摩擦角φ＝20°，岩体的平均容重γ＝

2.6g/cm 3，岩体的泊松比μ=0.25。试求离地表深度150m 处表土内的自重应力以及300m 深度处的原岩自重应力，并作出应力圆。

30. 已知岩样的容重γ=24.5kN/m 3，比重85.2=s G ，天然含水量(同土力学概念)%80=ω，试计算该岩样的孔隙率n ，干容重d γ及饱和容重m γ。

31. 有一长2.0m 、截面积0.5m 2

的大理岩柱体，求在环境温度骤然下降40℃条件下，岩柱散失的热量及因温差引

起的变形大小？(已知大理岩石比热C g J c ο/85.0=，线膨胀系数C ο/1105.15-?=α)。 32.在由中粒花岗岩构成的工程岩体中，有三组原生节理互成直角相交，各组节理的间距分别为20cm 、30cm 和40cm ，试计算裂隙频率和结构体的大小，并判断该岩体属于哪种结构类型。

33.据现场观测，中粒花岗岩体中节理均呈微张开(宽度小于1mm)，节理面有轻度风化，但保持潮湿状态，又实测点荷载指数为7.5，如按最有利的条件开凿直径5m 的隧洞，试估算无支护条件下的洞壁最长稳定时间。

34.将一个岩石试件进行单轴试验，当压应力达到120MPa 时即发生破坏，破坏面与大主应力平面的夹角(即破坏所在面与水平面的仰角)为60°，假定抗剪强度随正应力呈线性变化(即遵循莫尔库伦破坏准则)，试计算：

1)内摩擦角。

2)在正应力等于零的那个平面上的抗剪强度。

3)在上述试验中与最大主应力平面成30°夹角的那个平面上的抗剪强度。

4)破坏面上的正应力和剪应力。

5)预计一下单轴拉伸试验中的抗拉强度。

6)岩石在垂直荷载等于零的直接剪切试验中发生破坏，试画出这时的莫尔圆。

7)假若岩石的抗拉强度等于其抗压强度的10%，你如何改变莫尔包络线去代替那种直线型的破坏包络线。

8)假若将一个直径为8cm 的圆柱形试件进行扭转试验，试预计一下要用多大的扭矩才能使它破坏？

35.将直径为3cm 的岩心切成厚度为0.7cm 的薄岩片，然后进行劈裂试验，当荷载达到10000N 时，岩片即发生开裂破坏，试计算试件的抗拉强度。

36.岩石试件的单轴抗压强度为130MPa ，泊松比25.0=μ。

1)岩石试件在三轴试验中破坏，破坏时的最小主应力为130MPa ，中间主应力为260MPa ，试根据八面体剪应力理论的破坏准则推算这时的最大主应力1σ；

2)根据最大正应变理论的破坏准则，回答1)提出的问题。

习题3-4 上题中，设ο50=β，ο35=j ?，100=j c kPa ，垂直应力1000=y σkPa 。在这岩体内开挖一个洞室，

必须对边墙施加150kPa 的水平压力才能使边墙稳定，试推算节理面上的孔隙水压力w p 。

37.用直径为5cm 、高度为10cm 的圆柱形粘土岩试样进行单轴压缩试验，已测得的轴向力和变形量如表4-7所示，试计算相应于弹性变形的E 和μ。

38.在用地震波法动力测试中，已经测得纵波波速s m C p /4500=，横波波速s m C s /2500=，设岩体的密度3/2700m kg =ρ，试计算E 和μ。

39.在圆形试验洞的洞壁上的测点1处进行应力测量(用应力解除法)，应变花按等边三角形布置，见题5-1图中黑粗线，其中有一应变元件布置成与z 轴平行量测1ε(见题5-1图)。今测得三个方向的应变为：6110402-?=ε，6210334-?=ε，6310298-?=ε，已知岩石的弹性模量E =4×104MPa ，泊松比μ=0.25。

1)试求测点1处的大小主应变m ax ε、m in ε以及它们的方位。

2)试求大、小主应力max σ、min σ。

3)试求该点处的纵向应力z σ(即沿z 方向的法向应力)。

4)今在与点1同一横断面上的测点2处测得切向应力2,θσ=10.8MPa ，试求岩体的初始应力v p 和h p 。

40.某地拟开挖大跨度的圆形隧洞，需事先确定开挖后洞壁的应力值。为此在附近相同高程的试验洞内作了岩体应力测量工作，测得天然应力为：4.1=v p MPa ，h p =2MPa ，试求开挖后洞壁A 、B 、C 三点的应力。

41.在上题中，将洞室改为宽高比B/h =0.5的椭圆洞室，试计算相应点A 、B 的应力；其次改为B/h =2的椭圆洞室，计算相应点A 、B 的应力，试讨论三种情况中哪一种最有利，哪一种最不利。

42.今在10=K 的均质石灰岩体地表下100m 深度处开挖一个圆形洞室，已知岩体的物理力学性指标为：25=γkN/m 3，C =0.3MPa ，?=36°试问洞壁是否稳定？

43.设有一排宽度为15m 、高度h =7.5m 的圆角矩形洞室。它们的间距(中心到中心)为25m 。这排洞室在均质、各向同性的砂岩中的300m 深度处。岩体的物理力学性指标为：γ=25.6kN/m 3

，抗压强度c R =100MPa ，抗拉强度t R =10MPa ，泊松比μ=0.5，10=K ，试求洞群的安全系数。

44.在地下50m 深度处开挖一地下洞室，其断面尺寸为5m ×5m 。岩石性质指标为：凝聚力c =200kPa ，内摩擦角ο33=?，容重γ=25kN/m 3，侧压力系数7.00=K 。已知侧壁岩石不稳，试用太沙基公式计算洞顶垂直山岩压力及侧墙的总的侧向山岩压力。

45.某圆形隧洞直径8m ，围岩裂隙很发育，且裂隙中有泥质填充。隧洞埋深为120m ，围岩的力学指标为：c =400kPa ，?=40°，考虑到隧洞衬砌周围的回填不够密，凝聚力和内摩擦角均有相应的降低。

1)试求塑性松动圈子的厚度(取c 0=0.25c )；

2)试求松动压力a p 。

46.设有一直墙拱顶地下洞室，围岩中有一组结构面，其倾角β=46°。结构面的强度指标为j c =0，j ?=40°。结构面上的孔隙水压力w p =200kPa 。已知洞室侧壁垂直应力为y σ=1MPa ，洞顶的水平应力x σ=500kPa ，问侧壁和洞顶是否稳定，若不稳定，则进行支护，洞壁支护和洞顶支护上的压力各为多少？

47.在岩石中开挖一圆形洞室，其半径m r 50=，用喷混凝土层支护。混凝土抗压强度为24MPa ，已知i p =0.4MPa ，求喷层厚度。

48.有压隧洞的最大内水压力p =2.8MPa ，隧洞(内)半径为2.3m ，用厚度为0.4m 的混凝土衬砌。已知混凝土的弹性模量1E =1.8×104MPa ，泊松比333.01=μ。岩石的弹性模量2E =1.1×104

MPa ，泊松比2μ=0.367。试求： 1)离中心2.5m 处的衬砌内的应力；

2)离中心3.5m 处的围岩附加应力。

49.有压隧洞的最大内水压力p =2.5MPa ，隧洞直径为4m ，用厚度为0.4m 的混凝土衬砌，已知混凝土的弹性模量E '=1.5×104MPa ，泊松比1μ=0.3，岩石弹性抗力系数0k (注意：即半径为1m 时的k )=5000MPa/m ，试求离隧洞中心5m 处的附加应力。

50.设岩基上条形基础受倾斜荷载，其倾斜角ο

18=δ，基础的埋置深度为3m ，基础宽度b =8m 。岩基岩体的物理力学性指标是：γ=25kN/m 3，c =3MPa ，?=31°，试求岩基的极限承载力，并绘出其相应的滑动面。 51.某混凝土坝重90000kN(以单位宽度即1m 计)，建在岩基上。岩基为粉砂岩，干容重d γ=25kN/m 3

，孔隙率n =10%。坝基内有一倾向上游的软弱结构面BC ，该面与水平面成15°角。结构面的强度指标为：凝聚力j c =200kPa ，内摩擦角j ?=20°。建坝后由于某原因在坝踵岩体内产生一条铅直张裂隙，与软弱结构面BC 相交，张裂隙的深度为25m ，设BC 内的水压力按线性规律减少。问库内水位上升高度H 达到何值时，坝体和地基开始沿BC 面滑动？

52.有一岩坡如题9-1图所示，坡高H =100m ，坡顶垂直张裂隙深40m ，坡角ο35=α，结构面倾角ο

20=β。岩体的性质指标为：γ=25kN/m 3

，j c =0，j ?=25°。试问当裂隙内的水深w Z 达何值时，岩坡处于极限平衡状态？ 53.已知均质岩坡的ο

30=?，c =300kPa ，γ=25kN/m 3，问当岩坡高度为200m 时，坡角应当采用多少度？ 54.上题中如果已知坡角为50度，问极限的坡高是多少？

55.设岩坡的坡高50m ，坡角ο55=α，坡内有一结构面穿过，其倾角ο

35=β，在边坡坡顶面线10m 处有一条张裂隙，其深度为Z=18m 。岩石性质指标为γ=26kN/m 3

，i c =60kPa ，ο30=j ?，求水深w Z 对边坡安全系数s F 的影响。

复习提纲

第一章

1.何谓岩体力学？它的研究任务和对象是什么？

2.岩体力学采用的研究方法有哪些？

第二章

3.何谓岩块？岩体？试比较岩块、岩体与土的异同点。

4.岩石的矿物组成是怎样影响岩块的力学性质的？

5.何谓岩块结构？它是怎样影响岩块的力学性质的？

6.岩体力学研究岩块有何实际意义？

7.何谓结构面？从地质成因上和力学成因上结构面可划分为哪几类？各有什么特点？

8.剪性结构面有何特征？为什么岩体中以剪性结构面数量最多？

9.何谓岩体结构？各类岩体结构的主要区别是什么？

10.结构面特征包括哪些方面？各自用什么指标来表示？定义如何？它们怎样影响岩体的性质？

11.何谓岩体分类？主要有哪几种分类方法？分类指标是什么？

12.RMR 值和Q 值根据哪些指标确定？如何求取？

第三章

13.何谓岩石的吸水性、软化性、抗冻性、渗透性？各自用什么指标表示？如何定义？

第四章

14.岩块在单向压力条件下的变形过程有什么特征？

15.常用于岩块变形与强度性质的指标有哪些？定义如何？各自的测定方法式什么？影响各种力学指标的因素有哪些？三大类岩的各种指标如何？

16.何谓三轴压缩强度、强度包络线？围压对岩块变形、破坏及强度的影响如何？

17.试推导出几种岩块强度（强度参数）间的关系式。

18.何谓蠕变、蠕变模型？研究它有何实际意义？常见的几种模型的本构关系如何？

19.何谓强度判据？常见的几种判据的表达式与应用条件如何？如何判别岩石中一点是否破坏？

第五章

20.分别总结结构面的法向变形与剪切变形的主要特征？

21.结构面的法向刚度与剪切刚度的定义如何？各自如何确定?

22.总结四种类型结构面的剪切强度特征（表达式及强度曲线特征）

第六章

23.原位岩体的力学试验与岩块力学试验在本质上有什么区别？

24.岩体的变形性质与岩块相比有什么区别？

25.常见确定岩体变形参数的原位试验有哪几种？平板荷载试验和声波法试验的基本原理是什么？

26.岩体的动弹性模量与静弹性模量相比如何？为什么？

27.在垂直层面的法向应力作用下，层状岩体的变形参数怎样确定？

28.原位岩体剪切试验的原理是什么？通过它可以求得哪些参数？

29.工程岩体常见的破坏形式有哪几种？对应的强度叫什么强度？各自有何区别？

第七章

30.何谓天然应力、重分布应力及天然应力比值系数？研究天然应力的意义何在？

31.岩体中铅直天然应力与自重应力及天然主应力是否为同一概念？关系如何？

32.岩体中的天然应力有哪些基本特征？影响因素有哪些？

33.常见的实测天然应力的方法有哪些？各自的基本原理如何？

第八章

34.何谓地下洞室？地下洞室的岩体力学问题有哪些？

35.以水平圆形无压洞室为例，说明弹性围岩应力的分布规律。

36.何谓围岩？其范围一般为多大？

37.何谓塑性松动圈？具有塑性圈后围岩中的重分布应力如何变化？

38.试总结各类结构围岩的变形破坏特点。所谓渐进式破坏的含义？

39.如何确定地下洞室围岩的破坏范围？试举例说明。

40.何谓围岩压力？按其成因可分为哪几类？各自用什么方法确定？

41.试述形变围岩应力确定的基本原理与方法。

42.利用平衡拱理论与太沙基理论计算围岩压力的原理。

43.试述用块体极限平衡方法确定松动围岩压力的方法与步骤。

44.何谓围岩抗力及围岩抗力系数？常用什么方法确定抗力系数？

第九章

45.边坡岩体中的重分布应力有哪些主要特征？与哪些因素有关？

46.边坡岩体变形破坏有哪些基本类型？各自特点如何？

47.利用刚体极限平衡理论计算边坡稳定性的步骤有哪些？

48.何谓几何边界条件、受力条件、稳定性系数、安全系数？

49.单平面滑动的稳定性系数如何确定？推导其计算公式？

50.同向双平面滑动与异向双平面滑动的稳定性分析的基本思路是什么？

模拟试卷一

一、名词解释（每词2分，共20分）

1、结构面

2、蠕变

3、饱和吸水率