岩石力学复习思考题2020春

岩石力学复习思考题参考答案

第一章岩石的物理力学性质

1.名词解释：岩石、岩石结构、岩石构造，岩石的密度、块体密度、颗粒密度、孔隙性、

孔隙率、渗透系数、软化系数、岩石的膨胀性、岩石的吸水性，扩容、弹性模量、变形模量、泊松比、脆性度、尺寸效应、常规三轴试验、真三轴试验、岩石三轴压缩强度，流变性、蠕变、松弛、弹性后效、岩石长期强度、强度准则。

岩石：是由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而形成的多种矿物颗粒的集合体，是组成地壳的基本物质。

岩体：是相对于岩块而言的，是指地面或地下工程中范围较大的、由岩块（结构体）和结构面组成的地质体。

岩石结构：是指岩石中矿物颗粒的大小、形状、表面特征、颗粒相互关系、胶结类型特征等。岩石构造：是指岩石中不同矿物集合体之间及其与其他组成部分之间在空间排列方式及充填形式。

岩石的密度：是指单位体积岩石的质量，单位为kg/m3。

块体密度：是指单位体积岩石（包括岩石孔隙体积）的质量。

颗粒密度：是岩石固相物质的质量与其体积的比值。

孔隙性：把岩石所具有的孔隙和裂隙特性，统称为岩石的孔隙性。

孔隙率：岩石试件中孔隙体积与岩石试件体积之比

渗透系数：岩石渗透系数是表征岩石透水性的重要指标，渗透系数K 在数值上等于水力梯度为1 时的渗流速度，单位为cm/s 或m/d。

软化系数：软化系数K R 为岩石试件的饱和抗压强度σcw (MPa)与干抗压强度σc (MPa)的比值。岩石的膨胀性：是指岩石浸水后发生体积膨胀的性质。

岩石的吸水性：岩石在一定的实验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性，其吸水量的大小取决于岩石孔隙体积的大小及其敞开或封闭的程度等。

扩容：是指岩石在外力作用下，形变过程中发生的非弹性的体积增长。

弹性模量：是指在单向压缩条件下，弹性变形范围内，轴向应力与试件轴向应变之比，即E =σε。

变形模量：是指岩石在单轴压缩条件下，轴向应力与轴向总应变（为弹性应变εe 和塑性应变εp 之和）之比。

泊松比：在单向载荷作用下，横向应变( εx =εy )与轴向应变( εz )之比。

脆性度：通常把抗压强度与抗拉强度的比值称为脆性度，n =σc σt

尺寸效应：岩石试件的尺寸越大，则强度越低，反之越高，这一现象称为尺寸效应。

常规三轴试验：常规三轴试验的应力状态为σ1 >σ2 =σ3 >0，即岩石试件受轴压和围压作用，试验主要研究围压（σ2 =σ3 ）对岩石变形、强度或破坏的影响。

真三轴试验：真三轴试验的应力状态为σ1 >σ2 >σ3 >0，即岩石试件在三个彼此正交方向上受到不相等的压力，试验的主要目的是研究中间主应力（σ2 ）的影响。

岩石三轴压缩强度：是指岩石在三轴压缩荷载作用下，试件破坏时所承受的最大轴向压应力。流变性：是指介质在外力不变条件下，应力或应变随时间而变化的性质。

蠕变：是指介质随在大小和方向均不改变的外力作用下，介质的变形随时间的变化而增大的现象。

松弛：是指介质的变形(应变)保持不变时，内部应力随时间变化而降低的现象。

弹性后效：是指对介质加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。其是一种延迟发生的弹性变形和弹性恢复，外力卸除后最终不留下永久变形。

岩石长期强度：岩石的强度是随外载作用时间的延长而降低，通常把作用时间t →∞的强度（最低值）S∞称为岩石长期强度。

强度准则：它表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关系，一般可以用破坏条件下(极限应力状态)的应力间关系σ1 = f (σ2 , σ3 ) 或τ= f (σ) 来表示。通过强度准则判断岩石在什么样应力、应变条件下破坏。

2.岩石结构与岩石构造有何区别？并举例加以说明。

岩石结构是指岩石中矿物颗粒的大小、形状、表面特征、颗粒相互关系、胶结类型特征等。岩石颗粒间连接方式分为结晶连接和胶结连接两类。

岩石构造是指岩石中不同矿物集合体之间及其与其他组成部分之间在空间排列方式及充填形式。如层理、片理、流面等。

3.岩石颗粒间连接方式有哪几种？

岩石颗粒间连接方式分为结晶连接和胶结连接两类。

4.岩石物理性质的主要指标及其表达式是什么？

岩石的密度ρ=m

；V

孔隙率n =V

v ?100% ；V

吸水性（含水率、吸水率、饱和吸水率与饱水系数）

渗透系数：K =v

v?L

-h

；

软化系数：K R=σ

cw ；σ

岩石的自由膨胀率：V H = ?H

?100%

?100% 。

5.何谓岩石的水理性？水对岩石力学性质有何影响？

岩石在水溶液作用下所表现出的力学的、物理的、化学的作用性质，称为岩石的水理性质。

主要影响：

岩石的吸水率愈高，岩石质量愈差。吸水性较大的岩石（如软岩）当吸水后往往产生膨胀，它会给井巷支护造成很大的压力。

岩石渗透系数

溶蚀作用使岩石致密程度降低，孔隙率增大，导致岩石强度降低。

岩石浸水饱和后强度降低的性质，具有软化性。

通常含粘土质矿物岩石遇水易于产生膨胀，影响岩石工程稳定。

6.岩石受载时会产生哪些类型的变形?岩石的塑性和流变性有什么不同?从岩石的破坏特征

看，岩石材料可分为哪些类型？

按照应力－应变－时间的关系，岩石的变形可分为弹性变形、塑性变形和粘性（流动）变形三种。

弹性(elasticity) 在一定的应力范围内，物体受外力作用产生全部变形，而去除外力(卸荷)后能够立即恢复其原有的形状和尺寸大小的性质，称为弹性。

塑性(plasticity) 物体受力后产生变形，在外力去除(卸荷)后不能完全恢复原状的性质，称为塑性。不能恢复的那部分变形称为塑性变形，或称永久变形、残余变形。

粘性(viscosity) 物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质，称为粘性。应变速率随应力变化的变形称为流动变形。

根据岩石材料的应力应变曲线所表现出的破坏特征，可将岩石划分为脆性材料和延性材料。

脆性(brittle) 物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质，称为脆性。

延性(ductile) 物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质，称为延性。

7.简述岩石单向压缩条件下的变形特征？

试件受载后直到破坏历经以下五个阶段：

（1）微裂隙压密阶段(O-A) 岩石试件受载初期，内部已存在裂隙及孔隙受压闭合，岩石被逐渐压密，形成早期的非线性变形。

C I

P σ Ⅳ ε d ε v C Ⅲ D Ⅳ C Ⅴ Ⅲ B Ⅱ A Ⅰ 0 B Ⅱ ε l A Ⅰ E

（2）弹性变形阶段(A-B) 在此阶段应力应变曲线保持线性关系，服从虎克定律 ο = E ε 。试件中原有裂隙继续被压密，体积变形表现继续被压缩。

（3）裂隙发生和扩展阶段(B-C) 在此阶段轴向( εl )曲线仍保持近于直线；过 B 点后，随载荷增加，曲线ε v 偏离直线。新的裂隙产生，呈稳定状态发展。岩石变形表现为塑性变

形。

（4）裂隙不稳定发展直到破裂阶段(C-D) 从ε v 曲线看出，C 点切线斜率为无穷大

( d σ / d ε v = ∞)，是ε v 曲线拐点。过 C 点后，试件体积增大。裂隙进入不稳定发展阶段，裂隙扩展接交形成滑动面，导致岩石试件完全破坏。

（5）破裂后阶段（D-E ）岩石试件通过峰值应力后，其内部结构遭到破坏，但试件基本保持整体状。裂隙快速发展，交叉且相互联合形成宏观断裂面。试件具有残余强度。

扩容

8. 简述循环荷载条件下岩石的变形特征。

在逐级循环加载条件下。如果卸载点 P 超过屈服点，形成塑性回滞环。随循环次数增加，卸载应力下的岩石材料的弹性有所增强。加、卸荷过程并未改变岩石变形的基本习性，这种现象也称为岩石记忆。

ε 在反复循环加载（在同一荷载水平上反复加卸载）条件下。当循环应力峰值在弹性极限以上，回滞环的面积变小，岩石越来越接近弹性变形。岩石在反复加、卸荷曲线与应力-

应变全过程曲线交点处，形成疲劳破坏。当循环应力峰值低于某一极限应力水平时，岩石不会破坏。

9.简述岩石在三轴压缩条件下的变形特征与强度特征。

以常规三轴为例

①破坏前岩石的应变随围压σ3 增大而增加；

②随围压σ3增大，岩石的塑性也不断增大，且由脆性逐渐转化为延性。通常把岩石由脆性转化为延性的临界围压σ3称为转化围压。

③岩石的峰值强度随σ3 增大而增大

④随σ3 增大岩石弹性模量增大，软岩增大明显，致密的硬岩增大不明显

10. 岩石的弹性模量与变形模量有何区别？

11. 什么是岩石全应力—应变曲线？为什么普通材料试验机得不出全应力—应变曲线？研

究它有何意义？

岩石全应力—应变曲线：应用刚性试验机或伺服试验机得到的试件在破坏前与破坏后的应力应变全过程关系

普通材料试验机所测得的结果与岩石所表现不一致的主要原因，在于现在普遍使用的材

料试验机加载系统刚度小于试件刚度。由刚度定义K =P

，在普通材料试验机实验过程中，u

在相同的载荷作用下，因为K M u R 。对于

弹性物体，产生弹性变形，贮存在弹性体中弹性应变能W 为：W = 1

Pu =

。因此在

试验机加载系统中贮存的应变能较试件中贮存的应变能大。所以当试件进入裂隙不稳定发展阶段后，试件抵抗变形能力降低，而加载系统所施载荷未做相应改变。即试验机压板施加的压力超过试件抗力，从而使施载过程中，贮存于加载系统中应变能突然释放，对试件产生冲击作用。发生突然破坏，做不出破坏后应力应变曲线。

D C B

0 ； σ 12. 岩石各种强度指标及其表达式是什么？

13. 岩石抗拉强度有哪几种测定方法？在劈裂法试验中，试件承受对径压缩，为什么在破坏

面上出现拉应力破坏？

岩块的抗拉强度是通过室内试验测定的，其方法包括直接拉伸法和间接拉伸法两种。其中以间接拉伸法中的劈裂法和点荷载法最常用。

根据弹性理论可知，受径向压缩作用的圆盘中，在纵向直径平面上作用着几乎等值的拉应力。圆盘试件便在拉应力作用下，沿加载方向断裂。

在试件中心附近拉应力分布均匀，应力数值近于相等。如果作用在圆盘上载荷不是理想的线集中载荷时，在距圆盘中心上下方向 0.8R(半径)处，应力值为零。大于 0.8R 处应力转为压应力。在两端受力点处压应力为最大，其值为拉应力值 10 倍以上。但因岩石抗拉强度很低，抗压强度较高，所以岩石试件是在拉应力作用下断裂。

14. 岩石抗剪强度有哪几种测定方法？如何获得岩石的抗剪强度曲线？

当前在实验室测定岩石抗剪强度的方法有直剪试验、倾斜压模剪切法和三轴试验等。按照莫尔强度理论确定岩石强度曲线一般有下述三种方法：三向压缩试验求强度曲线，按单向抗拉、抗压强度绘制强度曲线，倾斜压模剪切法。

15. 岩石的受力状态不同对其强度大小有什么影响？哪一种状态下的强度较大？

岩石在不同应力状态下的强度值不同，一般符合如下规律：

三轴抗压强度＞双轴抗压强度＞单轴抗压强度＞抗剪强度＞抗弯强度＞抗拉强度。

16. 简述影响岩石单轴抗压强度的因素。

这些因素主要包括两方面：一方面是岩石本身方面的因素，如岩石的矿物组成、结构构造、密度、风化程度及含水量等；另一方面是实验条件方面的因素，如试件的几何形状、尺寸、试件加工精度、端面条件、加载速率及温度等因素。

17. 岩石典型蠕变可划分为几个阶段，图示并说明其变形特征？

根据蠕变曲线特征，可划分成下列几个阶段：

图l-40 岩石的典型蠕变曲线

1)瞬时弹性变形阶段(OA 段) 加载后以近于声速速度完成的弹性变形，其值等于

ε0＝ E

Ⅲ σ c 3 Ⅱσ c 2 σ > σc 3 c 1 Ⅰ

σc 1 > σc 2 2)蠕变开始阶段(AB 段) 在这个阶段内，蠕变速度是递减的，而且递减很快，也称为衰减蠕变阶段；

3)蠕变第二阶段(BC 段) 在这个阶段蠕变速度保持不变，称稳定蠕变阶段或等速蠕变阶段；

4)蠕变第三阶段(CD 段) 此阶段内蠕变速度以加速形式迅增，直至破坏阶段，称为加速蠕变阶段。

18. 岩石流变模型的基本元件有哪几种？

流变模型主要由三个基本元件——弹性元件、粘性元件、塑性元件组成。

19. 不同受力条件下岩石流变具有哪些特征?

并不是任何岩石材料在任何应力水平上都存在蠕变的的三个阶段，一种岩石既可以发生稳定蠕变也可以发生不稳定蠕变，这取决于岩石应力的大小。小于次临界应力时，蠕变按稳定蠕变发展，不会导致岩石破坏；超过某一临界应力时，蠕变向不稳定蠕变发展，并随着时间的增长，将导致岩石破坏。通常称此临界应力为岩石的长期强度。同一种岩石的蠕变曲线，根据其应力水平，可划分为三个类型：

1）类型Ⅰ：在低应力水平下，包含衰减蠕变和稳定蠕变段。这种蠕变不导致破坏。也

称为稳定蠕变。

2）类型Ⅱ：在中等应力水平下，包含典型蠕变三个阶段。

3）类型Ⅲ：在较高应力水平下，应变率很高，几乎没有稳态蠕变阶段。

类型Ⅱ、Ⅲ都将导致破坏，故统称不稳定蠕变。

t 图 1-41 岩石蠕变曲线类型

20. 简述本书介绍的岩石流变模型的特点。

马克斯伟尔模型具有瞬时变形、等速蠕变和松弛特性，不具有弹性后效，可模拟具有这些性质的岩石。

开尔文模型具有稳定蠕变和弹性后效性质，而不具备应力松弛和瞬时变形性能。

21. 何为岩石长期强度，其与岩石瞬时强度的关系如何？其研究实际意义是什么？

一般情况下，当荷载达到岩石瞬时强度 S 0 时，岩石发生破坏。在岩石承受荷载低于其瞬时强度的情况下，如持续作用较长时间，由于流变作用，岩石也可能发生破坏。因此，岩石的强度是随外载作用时间的延长而降低，通常把作用时间t → ∞ 的强度（最低值） S ∞ 称

为岩石长期强度。

岩石长期强度是一种极有意义的时间效应指标。当衡量永久性及使用期长的岩石工程的稳定性时，不应以瞬时强度而应以长期强度作为岩石强度的计算指标。

22. 何为强度准则？研究强度准则的意义是什么？常用的岩石强度准则有哪些？

强度准则又称破坏判据，它表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关系，一

般可以用破坏条件下(极限应力状态)的应力间关系σ1 = f (σ2 , σ3 ) 或τ = f (σ ) 来表示。

通过强度准则判断岩石在什么样应力、应变条件下破坏。岩石强度准则的建立，可以反映岩石的破坏机理（各种应力状态下岩石破坏的原因）

比较适合于岩石的强度理论有格里菲斯理论、莫尔强度理论等。

23. 岩石的破坏有几种形式？破坏的机理是什么？

1）脆性拉伸破坏，破坏机制：微裂缝或裂隙周围的局部拉应力

2）剪切破坏，破坏机制：剪切断裂，即剪应力超过其抗剪强度。

3）沿结构面滑移(重剪切破坏)，破坏机制：破坏面剪应力超过其抗剪强度

4）塑性破坏，破坏机制：微观上是岩石中的结晶颗粒内部晶格间或颗粒之间的滑移破坏。宏观上是在剪应力作用下产生。

24. 莫尔强度理论的主要观点是什么？如何根据莫尔强度理论判断岩石中一点破坏与否？莫

尔强度理论认为材料在压应力作用下发生破坏或屈服，主要因某一截面上的剪应力达到一定的限度（即抗剪强度），但也和作用在该面上的正应力所产生的摩擦阻力和材料特性有关。

如反映某点应力状态的应力圆处于强度曲线之下(图中，由σ1

' 、σ 3' 确定的小圆)，说明该点不会发生破坏是处于弹性变形状态。应力圆如刚好与强度曲线相切(图中大圆)，岩石处于极限平衡状态，说明岩石将在一个与最小主应力σ 3 方向呈α 角的截面上破坏。若应力圆与强度曲线相割，则岩石将发生破坏。

25. 简述格里菲斯强度理论的基本观点,并写出格里菲斯条件。

格里菲斯认为，在任何材料内部存在着各种缺陷(称为格里菲斯裂隙)；当含有这些缺陷 τ

2α

0 σ 3' σ 3 σ ' 1 0' 2α σ1 σ

M '

t 1 3 σ σ σ ≤ σ 的材料处于复杂应力状态之下，在这些裂隙端部会产生大的拉应力集中。当这些裂隙端部某一个拉应力值超过该材料的抗拉强度值时，裂隙便开始扩展，其方向最后将与最大主应力方向平行，导致材料发生脆性拉伸破坏。

格里菲斯条件：

①当σ1 + 3σ3 > 0 时， (σ1 -σ3 ) + 8σ (σ + σ )= 0 ②当σ1 + 3σ3 < 0 时， σ 3 = σ t

26. 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？

根据莫尔—库伦强度理论，在单轴应力状态下，发生剪切破坏时，常呈现一组 X 型共轭破坏面。它们与最小主应力交角分别为+ α 、-α ，而作用于破坏面上的应力值相等，但剪应力方向相反。同时，也可以看到剪切破坏并不沿最大剪应力作用面发生。

根据库伦－纳维尔准则，下图中直线的 AP 部分代表有效准则。当σ 3 为负值（拉应力）时，由实验知，可能会在垂直于σ 3 平面内发生拉伸破裂，特别在单轴拉伸中，拉应力值达到岩石抗拉强度时，岩石发生拉伸断裂。据此，Paul 提出了统一的准则

? 1 1 ? 1 ? σ ?(1+ f 2 )2 - f ? - σ ?(1+ f 2 )2 + f ? = 2C σ > σ ?? 1 ?? ?? 3 ?? ?? 1 2 c ? ? ? = - ? 3 t ? 1 ? 1 2 c ? ? ? （1-80）

? ? ? τ M 2α σ 3' 0 σ 3 σ ' 1 0' σ 1 2α M '

σ1 -α

σ 3 α σ 3 σ1

27. 库仑—纳维尔理论的主要观点是什么？其能否解释受拉区的强度？

库仑—纳维尔理论认为：岩石发生剪切破坏时，破坏面上的剪应力应等于岩石本身的内聚力和作用于该面上由法向应力引起的摩擦阻力之和，由此得到库仑—纳维尔强度准则为 τ = C + f σ 。

试验结果表明，该准则不适用于σ 3 < 0 ，即有拉应力的情况。

第二章岩体的力学性质

1．岩体中的结构面与几何上的面有何不同？什么叫不连续面？不连续面的起伏形态有哪几种？不连续面的粗糙度和形貌有何不同？

结构面是具有一定方向、延伸较大而厚度较小的二维面状地质界面。不同于几何上的光滑平面。

不连续面：即岩层、岩体遭受破裂，或由于组分上不连续等所形成的不连续介面，如断裂、劈理、不整合面等，是结构面的一部分。

不连续面的起伏形态分为：平直的、波状的、锯齿状的、台阶状的和不规则状的。不连续面的粗糙度通常与起伏形态一起描述不连续面的形貌。粗糙度可用粗糙度系数 JRC 来描述。

2．胶结不连续面的胶结物有哪几种类型？它们对不连续面的力学性能有什么影响？非胶结不连续面的充填物有哪几种？它们对不连续面的力学性能有什么影响？

结构面经胶结后力学性质一般有所改善，铁硅质胶结充填结构面的强度较高，往往均岩石强度差别不大，甚至超过岩石强度，而泥质与易溶盐类胶结的结构面强度最低，且抗水性差。

末胶结具一定张开度的结构面往往被外来物质所充填，其力学性质取决于充填物成分、厚度、含水性及壁岩的性质等。软弱结构面主要包括原生软弱夹层、构造及挤压破碎带、泥化夹层及其他夹泥层等，它们是岩体中具有一定厚度的软弱带(层)，与上下盘岩体相比具有高压缩和低强度等特征，软弱结构面在工程岩体中往往控制着岩体的变形破坏机理及稳定性。

3．不连续面剪切试验可以得到哪几方面的成果，各种无充填物不连续面的剪切变形特征如何？它们的抗剪强度与哪些因素有关？

P73-74

4．充填不连续面的剪切变形特征如何？其抗剪强度与充填物成分和厚度有什么关系？

σ 3

σ1 = σ3

0 σ c 2

C 0 σ1 -σ t

S 0 A

P75

5．岩体中的结构体有哪几种类型？它们与岩石类型和构造变动有何关系？

岩体被各种结构面切割成不同形状的结构体，虽然它们的形态极为复杂、多样，但由于各种断裂、层面均呈一定规律的展布，所以岩块的几何形状也有一定的规律性。常见的有:柱状结构体、板状结构体、锥形结构体。

结构体的形状与岩石类型有关。如晚期形成的玄武岩、流纹岩，常由单一的柱状或块状结构组成;花岗岩、闪长岩由原生节理切割成短柱状或块状结构体;厚层砂岩及灰岩常由块状结构体组成;薄层及中厚层砂页岩互层岩体在层间错动下常形成板状结构体。

结构体的形状还与区域构造运动强度有关。在轻微构造运动区大多发育棋盘格式节理，它切割成的结构体多数为短柱状六面体;在强烈构造运动区，节理组数多，大多3-4 组，常呈"米"字型组合，在它的切割下形成的结构体常里多边形、角柱状、楔锥体;在劈理发育地区，则发育有板状结构体。

6．简述岩石与岩体的区别与联系。

岩石与岩体区别（4 分）

岩石是由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而形成的多种矿物颗粒的集合体，是组成地壳的基本物质，是从地壳岩层中切割出来的岩块。

岩石物理力学性质及水理性质取决于构成岩石的矿物成分。

岩体是相对于岩块而言的，是指地面或地下工程中范围较大的、由岩块（结构体）和结构面组成的地质体。

岩体的物理力学性质则决定于两者——结构面力学性质与结构体的力学性质。

岩体的特点：

(1)岩体是一种预应力体。地应力、次生应力

(2)岩体是一种多介质的裂隙体。为松散体—弱面体—连续体的一个系列。

(3)岩体是地质体的一部分，它的边界条件就是周围的地质体。与地应力一起构成岩体赋存环境。地质物理环境：如水、空气与地温等。

(4)岩体的成因

7．根据岩体中结构面和结构体的成因、特征及其排列组合关系，岩体结构划分为哪几种类型？

整体结构、块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构。

8．试述岩体强度的特点。

岩体的强度取决于结构面的强度和岩石的强度。

1）岩体的抗剪强度包络线介于结构面强度包络线和岩石强度包络线之间。

2）岩体强度的各向异性：岩体强度受加载方向与结构面夹角θ 的控制，因此，表现出岩体强度的各向异性。

3）水对岩体的作用使得岩体软化、泥化、润滑、膨胀、崩解、溶蚀、水化和水解，使岩体的力学性质改变，强度弱化。

9．如何理解岩体的破坏？岩体拉伸破坏和剪切破坏机理如何？

工程中岩体的破坏分为两个阶段，依次是岩体破坏和岩体工程结构的破坏。岩体破坏是指岩体在一定应力条件下，结构联结的丧失，包括结构面开裂、错动、滑动，结构体的拉伸破坏和剪切破坏。岩体工程结构破坏是指岩体结构联结丧失之后，结构体的运动，例如，边坡的滑移、倾倒、滚石，采场冒顶、片帮和底鼓等。第一阶段的岩体破坏导致岩体失去应有的承载力和稳定性，是本质意义上的破坏;而第二阶段的岩体工程结构的破坏影响岩体工程的使用，甚至使岩体工程报废。

从破坏机理来讲，大致可归为两类，即拉伸破坏和剪切破坏。拉伸破坏有：垂直结构面方向的拉伸破坏，沿结构面方向的拉伸破坏，完整岩体的拉伸破坏。岩体既可发生沿结构面的剪切破坏，也可发生穿切结构面的剪切破坏。沿结构面的剪切破坏主要取决于结构面的强度，而穿切结构面的剪切破坏则取决于岩石的强度。

10．不连续面的抗剪强度曲线与完整岩石的抗剪强度曲线在形式上相同，在应用上有什么区别？

总结一下

简单说：不连续面的抗剪强度曲线主要用于判断沿结构面的剪切破坏。而完整岩石的抗剪强度曲线则主要用于不含结构面的完整岩石或穿切结构面的剪切破坏。

11．简述不连续面剪切时，不连续面的起伏和充填对不连续面抗剪强度的作用，写出无充填规则齿状不连续面的抗剪强度表达式。

起伏角度越大，粗糙度越大，结构面的摩擦角越大，增大了不连续面的抗剪强度。结构面经胶结后力学性质一般有所改善，铁硅质胶结充填结构面的强度较高，往往均岩石强度差别不大，甚至超过岩石强度，而泥质与易溶盐类胶结的结构面强度最低，且抗水性差。末胶结具一定张开度的结构面往往被外来物质所充填，其力学性质取决于充填物成分、厚度、含水性及壁岩的性质等。

当正应力较小时——剪胀效应(或称爬坡效应) τ=σtg(φ+i)

当正应力较大的情况——啃断效应τ=σt a nφ+C

12．岩体与地下水之间的相互作用有哪些？

①水对岩体的软化、泥化和崩解作用。

几乎所有岩石在水的作用下都发生软化，其中泥岩、页岩等软岩的软化程度可能为严重。地下水渗入不连续面，对不连续面两侧岩石或不连续面内充填物质具有软化、泥化和崩解作用，从而改少不连续面的抗剪特性。水对岩体结构面的润滑使其摩擦阻力降低。水的溶蚀作用使可溶岩类岩体产生溶蚀裂隙、空隙和溶洞等岩溶现象，破坏岩体的完整性，进而降低岩体的强度。

(2)静水压力作用。

水的作用对岩体产生渗流应力减少了作用在岩体固相L的有效应力，从而降低了岩体的τ=(σn -p w )t anφ0 +c0

抗剪强度。

(3)岩体和地下水之间的相互作用。

水、岩相互隅合作用产生的力学作用效应，改变岩体的渗透性能，降低或增大岩体的渗透系数，由于岩体的渗透性能发生改变，反过来影响岩体中的应力分布，从而影响岩体的强度和变形性质。

13．在三维应力作用下含有一组不连续面的岩体可能发生哪些破坏方式？产生某种破坏方式取决于什么参数？

(1).当σ 1 与结构面垂直，岩体强度与结构面无关，为岩石强度；

(2).当θ ＝45°－φj/2，岩体将沿结构面破坏，其强度为结构面强度；

(3).当σ 1 与结构面平行，结构面的抗拉强度小，岩体将因结构面的横向扩展而破坏。14．什么叫做岩体结构？岩体结构类型的划分有什么实际意义？

岩体的结构是指岩体中结构面和结构体的形态和组合特征。根据岩体结构类型可初步确定岩体的稳定性，同时可确定岩体所属的力学介质类型，便于采用不同的力学方法进行研究。

15．岩体工程分类与岩体结构分类有什么不同？岩体工程分类考虑的主要因素有哪些，目前国内外常用的岩体工程分类方法有哪些？

岩体工程分类是对影响岩体稳定性和影响工程设计、施工和维护的各种因素建立一些评价指标，对工程辖区岩体进行评价，划分出不同的的级别或类别。

岩体结构分类是根据结构面的等级及组合形式进行分类。

岩体工程分类考虑的主要因素：1）岩石的质量，2）岩体的完整性，3）结构面条件，4）

岩体及结构面的风化程度，5）地下水的影响，6）地应力。

国内外常用的岩体工程分类方法

1）普氏分类法

2）按岩芯质量指标（RQD）分类

3）宾尼奥夫斯基节理岩体地质力学分类（RMR 分级系统）

4）巴顿等人的Q 值岩体质量分类

5）我国的工程岩体分级标准

第3 章地应力及其测量

1.地壳是静止不动的还是变动的？怎样理解岩体的自然平衡状态？

2.初始应力、二次应力和应力场的概念。

工程开挖时，受工程开挖影响而形成的应力称为二次应力或诱导应力；而未受影响的应力称为初始应力(Initial stress)。实质上，初始应力就是原地应力或残余应力。

地应力是关于时间和空间的函数，可以用“场”的概念来描述，称之为地应力场。

3.何谓海姆假说和金尼克假说？

海姆首次提出了地应力的概念，并假定地应力是一种静水应力状态，即地壳中任意一点的应力在各个方向上均相等，且等于单位面积上覆岩层的重量，即

=σv =γH

金尼克认为地壳中各点的垂直应力等于上覆岩层的重量，而侧向应力（水平应力）是泊松效应的结果，其值应为rH乘以一个修正系数K。他根据弹性力学理论，认为这个系数v

等于，即

1-v

v =γH ,σ

γH

1-v

4.地应力是如何形成的？

实测和理论分析表明，地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其他物理化学变化等也可引起相应的应力场。其中，构造应力场和重力应力场为现今地应力场的主要组成部分。

5.什么是岩体的构造应力？构造应力是怎样产生的？土中有无构造应力？为什么？

岩体中由于地质构造运动引起的应力称为构造应力。

当前的构造应力状态主要由最近一次的构造运动所控制，但也与历史上的构造运动有

关。由于亿万年来，地球经历了无数次大大小小的构造运动，各次构造运动的应力场也经过多次的叠加、牵引和改造。关于构造应力的形成有两种观点：地质力学观点认为是地球自转速度变比的结果；大地构造学说则认为是出于地球冷却收缩、扩张、脉动、对流等引起的，如板块边界作用力。

土中没有构造应力，由于土本身是各向同性介质，不存在地质构造。

6. 试述自重应力场与构造应力场的区别和特点。

由地心引力引起的应力场称为重力应力场，重力应力场是各种应力场中惟一能够计算的应力场。地壳中任一点的自重应力等于单位面积的上覆岩层的重量，即

σG = γ H

式中γ 为上覆岩层的容重，H 为深度。

重力应力为垂直方向应力，它是地壳中所有各点垂直应力的主要组成部分，但是垂直应力一般并不完全等于自重应力，因为板块移动，岩浆对流和侵入，岩体非均匀扩容、温度不均和水压梯度均会引起垂直方向应力变化。

构造应力是由地质构造运动形成的。当前的构造应力状态主要由最近一次的构造运动所控制，但也与历史上的构造运动有关。构造应力主要表现为以水平应力为主，“在构造应力的作用仅影响地壳上层一定厚度的情况下，水平应力分量的重要性远远超过垂直应力分量。”

7. 岩体原始应力状态与哪些因素有关？

地形地貌：谷底应力集中，应力沿坡岸分布。

岩体结构：断层和结构面附近，地应力分布状态将会受到明显扰动。断层端部、拐角及交汇处出现应力集中；断层带成为应力降低带等。

岩石力学性质：岩体应力的上限受岩体强度控制；弹性模量大利于应力积累等。

水的影响：孔隙水压力降低岩体的有效应力。

8. 简述地应力场的分布规律

1）地应力场的特性

（1）地应力场是一个以水平应力为主的三向不等压应力场

（2）地应力场是一个具有相对稳定性的非稳定应力场

2）垂直应力的分布规律

在深度为25~~2700m 的范围内，σ v 呈线性增长，大致相当于按平均容量γ 等于27 kN ?m -3

计算出来的重力γ H 。

3）水平应力的分布规律

水平应力的分布比较复杂，它具有三个特点：

（1）绝大多数情况下，水平主应力之一为最大主应力

（2）水平应力具有明显的各向异性

（3）水平应力随深度呈线性增长关系

4）水平应力与垂直应力的关系

（1）水平应力普遍大于垂直应力

（2）平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小

9. 什么是侧压系数？侧压系数能否大于 1？从侧压系数值的大小如何说明岩体所处的应力状态？

侧压系数是水平应力与垂直应力的比值。根据弹性力学理论，在计算自重应力场时，

λ=

1-v

，泊松比v 极限值是0.5，原始应力超过一定的极限，岩体就会处于潜塑状态或塑性状态，因而从理论上λmax = 1。但实际上，由于构造应力场的影响，水平应力往往是大于垂直应力的。

10.何谓高地应力？如何判别高地应力？

高地应力是一个相对的概念。高地应力是相对于围岩强度而言的。当围岩内部的最大地应力σmax 与围岩强度R b的比值

围岩强度比=

b σ

max

达到某一水平时，才称为高地应力或极高地应力。

11.有哪些高地应力现象？

（1）岩芯饼化现象

（2）岩爆

（3）探洞和地下隧洞的洞壁产生剥离，岩体锤击为嘶哑声并有较大变形

（4）岩质基坑底部隆起、剥离以及回弹错动现象

（5）野外原位测试测得的岩体物理力学指标比实验室岩块试验结果高

12.简述地应力测量的重要性。

（1）科学合理的开挖设计和施工的需要

（2）地应力是影响岩石开挖工程稳定性的重要因素

（3）地应力是岩石工程定量设计计算以及数值模拟分析的需要

（4）地应力状态对地震预报、区域地壳稳定性评价、油田油井的稳定性、核废料储存、岩爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球动力学的研究等也都具有重要意义。

13.地应力测量方法分哪两类？两类的主要区别在哪里？每类包括那些主要测量技术？

直接测量法是由测量仪器直接测量和记录各种应力量，如补偿应力、恢复应力、平衡应力，并由这些应力量和原岩应力的相互关系，通过计算获得原岩应力值。在计算过程中并不涉及不同物理量的换算，不需要知道岩石的物理力学性质和应力应变关系。

直接测量法主要包括扁千斤顶法、水压致裂法、刚性包体应力计法和声发射法。

间接测量法不是直接测量应力量，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间接物理量的变化，如岩体中的变形或应变，岩体的密度、渗透性、吸水性、电阻、电容的变化，弹性波传播速度的变化等，然后由测得的间接物理量的变化，通过已知的理论公式或经验公式来计算岩体中的应力值。因此，在间接测量法中，为了计算应力值，首先必须确定岩体的某些物理力学性质以及所测物理量与应力的相互关系。

间接测量法又可以分为全应力解除法、局部应力解除法和地球物理方法等三类方法。

14.简述套孔应力解除法的基本测量原理和主要测试步骤。

1)基本原理

当需要测定岩体中某点的应力状态时，先钻一大孔至该点，然后钻一同心小孔（测量孔）；再通过套钻方式将该处的岩体单元与周围岩体分离，此时岩体单元上所受的应力将被解除并导致该单元体的几何尺寸产生弹性恢复；应用一定的仪器，测定这种弹性恢复引起的测量孔的孔径变形值；如果假定岩体是连续、均质和各向同性的弹性体，则根据孔径变形值就可以借助弹性理论的解答来计算岩体单元所受的应力状态。

2)试验步骤

1）钻一个大孔至需要测量岩体应力的部位；

2）在大孔底部钻一个同心小孔（测量孔）；

3）将探头（测试元件）安装到测量孔中；

4）用与大孔直径相同的薄壁钻头（岩芯钻）继续延深大孔，从

而使测量孔周围的岩芯实现应力解除；

5）用包括测试探头在内的量测系统测定和记录岩芯由于应力解

除引起的测量孔变形或应变；

6）计算测量点的应力数值和方向。

15.根据测试元件的不同，套孔应力解除法可分为哪几种方法？

孔径变形法

孔底应变法

孔壁应变法

空心包体应变法

实心包体变形法

16.简述水压致裂法的基本测量原理。

对测试段钻孔用特制封隔器密封起来，然后对密封段加高压水直至孔壁岩石产生张裂隙。根据裂隙的方向及泵压的大小分析确定原岩的应力状态。

P121-122

17.对水压致裂法的主要优缺点作出评价。

压致裂法具有如下优点：

（1）设备简单。只需用普通钻探方法打钻孔，用双止水装置密封，用液压泵通过压裂装置压裂岩体，不需要复杂的电磁测量设备。

（2）操作方便。只通过液压泵向钻孔内注液以压裂岩体，观测压裂过程中泵压、液量即可。

（3）测值直观。它可根据压裂时泵压(初始开裂泵压、稳定开裂泵压、关闭压力、开启压力)计算出地应力值，不需要复杂的换算及辅助测试，同时还可求得岩体抗拉强度。

（4）测值代表性大。所测得的地应力值及岩体抗拉强度是代表较大范围内的平均值，有较好的代表性。

（5）适应性强。这一方法不需要电磁测量元件，不怕潮湿，可在干孔及孔中有水条件下作试验，不怕电磁干扰，不怕震动。

不足：

但它存在一个较大的缺陷，就是主应力方向定得不准。另外，这种方法认为初始开裂在垂直于最小主应力的方向发生，可是如果岩石本来就有层理、节理等弱面存在，那么初始裂隙就由可能沿着弱面发生。因此这种方法只能用于比较完整的岩石中。

18.简述局部应力解除法的基本原理。

以扁千斤顶为例：采取在岩壁上开切凹槽的方式，使岩体应力得到解除；岩体应力解除导致凹槽两侧岩体发生变形；然后通过扁千斤顶（也称液压枕）对凹槽两面岩体加压，使岩体变形恢复到未开切凹槽时的初始状态，此时扁千斤顶的压力就近似等于原岩应力。

19.简述声发射法的主要测试原理。

1950 年，德国人凯泽(J．Kaiser)发现多晶金属的应力从其历史最高水平释放后，再重新加载，当应力未达到先前最大应力值时，很少有声发射产生，而当应力达到和超过历史最高水平后，则大量产生声发射，这一现象叫做凯泽效应。从很少产生声发射到大量产生声发射

的转折点称为凯泽点，该点对应的应力即为材料先前受到的最大应力。岩石材料也具有凯泽效应。

凯泽效应为测量岩石应力提供了一条新途径，即如果从原岩中取回定向的岩石试件，通过对加工的不同方向的岩石试件进行加载声发射试验，测定凯泽点，即可找出每个试件以前所受的最大应力，并进而求出取样点的原始(历史)三维应力状态。

20.何谓凯泽效应。

材料的应力从其历史最高水平释放后，再重新加载，当应力未达到先前最大应力值时，很少有声发射产生，而当应力达到和超过历史最高水平后，则大量产生声发射，这一现象叫做凯泽效应。

第5 章井巷地压

1．什么是地压？什么是地压现象？广义地压与狭义地压的区别何在？研究地压对矿ft 工程有什么意义？

围岩发生变形、出现裂隙、断裂冒落和支架破坏的现象，通常称地压现象；因围岩位移和冒落破坏而作用在支架上的压力，称为地压，也称狭义地压。

广义地压由围岩(天然形成的地下结构物)与支架(人工构筑的地下结构物)两者共同来承担。它等于同一点上的初始应力。巷道无支护条件下，广义地压——原岩的压力完全由围岩所承担。

研究地压的意义

（1）围岩应力重分布问题——计算重分布应力

地下开挖破坏了岩体原岩应力的相对平衡状态，巷道周边岩体将向开挖空间松胀变形，使围岩中的应力产生重分布作用，形成新的应力状态，称为重分布应力状态。（2）围岩变形与破坏问题——计算位移、确定破坏范围

在重分布应力作用下，巷道围岩将向巷道内变形位移。如果围岩重分布应力超过了岩体的承受能力，围岩将产生破坏。

（3）围岩压力问题——计算围岩压力

围岩变形破坏将给地下洞室的稳定性带来危害，因而，需对围岩进行支护衬砌，变形破坏的围岩将对支衬结构施加一定的荷载，称为围岩压力(或称ft岩压力、地压等)。

2．什么是原岩？什么是围岩？采矿工程中根据什么来定义原岩和围岩？

未经工程开挖（采动）扰动的岩体，称为原岩。开巷（采动）后，初始应力发生显著变化（通常界定为应力的变化超过5％）的区域，称为采动影响范围；在此范围内的岩体，通常称围岩。此范围以外则为原岩。

3．说明围岩与支架的共同作用原理，围岩位移与支架刚度间的关系，以及支架设计的原则。

1）开挖后立即假设支架，而且支架为理想绝对刚性的。于是巷道周边的位移等于开巷后的瞬时弹性位移 u e 。支架的工作点为图中的 A 点；支架所需提供的支护反力最大，这就是支架所能承担的最大载荷 p imax 。围岩承担产生瞬时弹性变形的力 p -p i max 。

2）开挖后不假设支架。此时支架所提供的支护抗力 p b =0，围岩位移 u a =u max 。此时支架的工作点在图中的 B 点，即，围岩承担了全部地压，支架所承担的载荷为零。

实际工作点：围岩位移曲线与支架特性曲线的交点 C 。支架担负 C 点以下的压力 p i ，围岩则担负 C 点以上的压力(p - p i )。广义地压是由围岩和支架共同承担的。

支架最理想的工作点是 B 点，即，让围岩作为天然的承载体，去承担全部地压，并听任巷道周边的位移发展到极限值，u max 。

D 点称为松脱点。围岩在周边位移量达到某一数值 u d 时，就发生围岩松脱、冒落。此时支架上的压力，就取决于从围岩中脱落下来的岩石的重量，其数值大小由 DEF 线来决定。对应于 D 点的支架支护抗力，就是最小支护抗力 p i min 。

支架的的最佳工作点，应该是 D 点以上，且距 D 点不远的小范围内。这样，就可以让围岩最大限度地承担地压，使支架所担负的压力为最小；同时，又可保证围岩不产生岩石的局部松脱现象。

因此，在支架设计中，支架所承担的支护抗力，应该满足：p i max ＞p i ＞p i min

围岩位移也应满足：u e ＜u a ＜u d

4．圆形巷道围岩中的次生应力分布有哪些特点？侧压力系数对围岩应力分布以及应力集中系数有什么样的影响？椭圆形、矩形、直墙拱顶形以及马蹄形巷道围岩中应力分布有哪些特点？

圆形巷道围岩的弹性应力分布：轴对称，即，λ=1 的情形

（1）围岩中的应力大小与岩石的弹性常数无关，与巷道尺寸无关，仅与原岩应力的大小和距巷道周边的距离有关。

（2）在巷道周边，径向应力σ r ＝0；随着距离 r 的增加，σr 迅速增大，并在无限远处等于原岩应力。σθ则在巷道周边处等于 2p ，并随距离 r 的增加而迅速减小，在无限远处等于原岩应力。

（3）巷道周边的主应力差σθ - σ r 最大，达 2p ；随距离 r 的增加，σθ - σ r 的数值迅

原岩应力线p A

p-p i p p ima

2 H E F u 0 0 u e Δ u 0 p p i

u b

p u D p imin B

u a

u u d u max

p ? i ?

速减小。σ 和σ 之间有差值存在时，会产生的剪应力τ =

σθ - σ r ；在巷道周边，差值最 θ r

2 大，剪应力也最大。这就是说，如果围岩发生破坏，破坏将总是从巷道周边开始。

（4）从理论上说，巷道开挖所产生的影响范围为无穷远。即，仅当在距离巷道周边为无限远处，σr 和σθ才等于 p 。但从工程的角度来考虑，r ＝3~5a 时，通常就可以忽略其影响。

λ对巷道周边的应力分布的影响

对于一个开挖于岩体中的圆形巷道，对巷道稳定性最有利的，是λ＝1 的情形，因为此时围岩处于均匀受压状态，没有拉应力出现，而且，巷道周边各点的应力大小都相等，应力集中系数等于 2。对巷道稳定性最不利的则是λ＝0（原岩应力水平分量为零）的情形，此时巷道周边两帮中点的应力集中系数等于 3；顶底板中点则存在着绝对值等于原岩应力 p 的拉应力（应力集中系数K ＝-1）。λ＝∞（原岩应力垂直分量为零）的情形，与λ＝0 情形相似。当λ的数值在 0 和 1 之间时，应力集中系数在 2 和 3 之间。但当λ＜1/3 或λ > 3 时，巷道周边仍然存在拉应力；仅当λ的数值满足 1/3＜λ＜3 时，巷道周边不再有拉应力存在。

椭圆形、矩形、直墙拱顶形以及马蹄形巷道围岩中应力分布

椭圆形

（1）最佳轴比：

λ = 1

m （5-11）

（2）巷道轴比的倒数与侧压力系数相等，椭圆形巷道的周边任意点的应力均为数值相等的压应力，这对巷道稳定性最有利。

椭圆形巷道的零应力（无拉力）轴比：

2 m <

λ -1 m >

1 - λ 2λ （当λ > 1 时）

（当λ < 1 时） 5．出现塑性区后，巷道围岩应力分布发生了什么变化？塑性区应力分布的主要特点是什么？塑性区范围（半径）由哪些因素决定？

在围岩产生塑性变形（屈服）后，巷道周边附近出现了一个塑性区；深处的围岩则仍然处于弹性状态。根据应力的分布，可以把巷道围岩划分成塑性区、弹性区和原岩应力区。

与未发生塑性变形的情形相比，在巷道周边，塑性区内岩体切向应力σθ 的数值较弹性区降低，并随；切向应力σθ 的最大值，从巷道周边转移到了弹性区与塑性区的交界处。在塑性区内，应力σθ 的数值从弹塑性区交界起逐渐降低，在巷道周边达到最小值。

塑性区半径的计算公式：

R = a ? p + Cctg ? 1-sin ? (1 - sin ?)? 2 sin ? p ? + Cctg ? ? 由上式可知，塑性区半径 R p 与原岩应力 p 、岩体的强度(C 、? 值)、支架的支反力 p i ，以及巷道半径 a 有关。原岩应力越大，R p 越大；岩体强度越高，R p 越小；支反力越大，R p 越小；巷道半径越大，R p 越大。

6．什么是普氏坚固性系数？普氏地压公式、秦氏公式和太沙基公式的出发点和适用条件各是什么？

普氏坚固性系数f S

，S C为岩石试块的单向抗压强度。

普氏理论适用于顶板岩石稳定性较差，但侧帮稳定性较好，侧帮不发生破坏的情况。

秦氏公式用于顶板岩石稳定性和侧帮岩体的稳定性均较差的情况。

太沙基（K. Terzaghi）理论也将岩体视为具有一定内聚力的松散体。但对支架上受力的原因，则认为是上覆岩层重量向下传递引起的。

7．围岩与支架的相互作用关系。

(1)围岩压力p i 与支护抗力p a 大小相等，方向相反。即：

p a ＝p i

(2)围岩与支架的变形协调。支架位移量等于开挖后巷道周边的位移减去支护前巷道围岩的位移。即：

u b = u a －Δu0

式中，u b 为支架的位移；u a 为围岩的位移；Δu0 为支架假设前围岩已发生的位移。

(3)围岩压力-位移方程：

u a + u0 = f1 (p i)

式中，u0 为巷道开挖前，围岩在原岩应力的作用下产生的位移。

(4)支架特性曲线：

u b = f2 (p a)

支架的变形量u b 与围岩作用在支架上的压力p a 成正比关系。

岩石力学复习题 2解析

《岩石力学》测试题一西南科技大学考试试题单考试科目：岩石力学（不必抄题，但必须写明题号，试题共计三大题）一、解释下列术语（每小题4分，共28分） 1.岩石的三向抗压强度岩石在三向同时受压时每个单向分别的强度极限 2.结构面具有一定形态而且普遍存在的地质构造迹象的平面或曲面。不同的结构面，其力学性质不同、规模大小不一。 3.原岩应力岩石在地下未受人类扰动时的原始应力状态 4.流变在外力作用下，岩石的变形和流动 5.岩石的碎胀性岩石破碎后的体积VP比原体积V增大的性能称为岩石的碎胀性，用碎胀系数ξ来表示。 6.蠕变岩石在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象 7.矿山压力地下矿体被开采后，其周围岩体发生了变形和位移，同时围岩内的应力也增大和减小，甚至改变了原有的性质。这种引起围岩位移的力和岩体变化后的应力就叫矿山压力。二、简答题（每小题7分，共42分） 1.岩石的膨胀、扩容和蠕变等性质间有何异同点？都是岩石形状改变的一种类型，膨胀和扩容时岩石的体积会增大，扩容和蠕变时需要受力2.岩体按结构类型分成哪几类？各有何特征？整体块状层状碎裂

散体 3.用应力解除法测岩体原始应力的基本原理是什么？ 4.格里菲斯强度理论的基本要点是什么？ 5.在不同应力状态下，岩石可以有几种破坏形式？压缩破坏拉伸破坏剪切破坏 6.喷射混凝土的支护作用主要体现在哪些方面？喷射混凝土的厚度是否越大越好？为什么？三、计算题（30分） 1.将一岩石试件进行三向抗压试验，当侧压σ2= σ3=300kg/cm2时，垂直加压到2700kg/cm2试件破坏，其破坏面与最大主平面夹角成60°，假定抗剪强度随正应力呈线性变化。试计算：（1）内磨擦角φ；（2）破坏面上的正应力和剪应力；（3）在正应力为零的那个面上的抗剪强度；（4）假如该试件受到压缩的最大主应力和拉伸最小主应力各为800kg/cm2，试用莫尔园表示该试件内任一点的应力状态？（本题20分） 2.岩体处于100m深，上部岩体的平均容重γ=2.5T/M3，泊松比μ=0.2，自重应力为多少？当侧压力系数为1.0时，自重应力为多少？（本题10分《岩石力学》测试题二双击自动滚屏

《岩石力学》期末试卷及答案印 (1)

《岩石力学》期末试卷及答案姓名学号成绩一、选择题(每题1分，共20分) 1. 已知岩样的容重为γ，天然含水量为0w ，比重为s G ，40C 时水的容重为w γ，则该岩样的饱和容重m γ为（ A ） A. ()()w s s G w G γγ++-011 B. ()()w s s G w G γγ+++011 C. ()()γγ++-s s w G w G 011 D. ()()w s s G w G γγ+--011 2. 岩石中细微裂隙的发生和发展结果引起岩石的（ A ） A ．脆性破坏 B. 塑性破坏 C. 弱面剪切破坏 D. 拉伸破坏 3. 同一种岩石其单轴抗压强度为c R ，单轴抗拉强度t R ，抗剪强度f τ之间一般关系为（ C ） A.f c t R R τ<< B. f t c R R τ<< C. c f t R R <<τ D. t f c R R <<τ 4. 岩石的蠕变是指（ D ） A. 应力不变时，应变也不变； B. 应力变化时，应变不变化； C. 应力变化时，应变呈线性随之变化； D. 应力不变时应变随时间而增长 5. 模量比是指（A ） A ．岩石的单轴抗压强度和它的弹性模量之比 B. 岩石的弹性模量和它的单轴抗压强度之比 C ．岩体的单轴抗压强度和它的弹性模量之比 D ．岩体的弹性模量和它的单轴抗压强度之比 6. 对于均质岩体而言，下面岩体的那种应力状态是稳定状态（ A ） A.??σσσσsin 23131<++-cctg B.?? σσσσsin 23131>++-cctg C. ??σσσσsin 23131=++-cctg D.??σσσσsin 23131≤++-cctg 7. 用RMR 法对岩体进行分类时，需要首先确定RMR 的初始值，依据是（ D ） A ．完整岩石的声波速度、RQD 值、节理间距、节理状态与地下水状况 B. 完整岩石的强度、RQD 值、节理间距、节理状态与不支护自稳时间 C. 完整岩石的弹性模量、RQD 值、节理间距、节理状态与地下水状况 D. 完整岩石的强度、RQD 值、节理间距、节理状态与地下水状况 8. 下面关于岩石变形特性描述正确的是（ B ） A. 弹性就是加载与卸载曲线完全重合，且近似为直线 B. 在单轴实验中表现为脆性的岩石试样在三轴实验中塑性增强 C. 加载速率对应力－应变曲线没有影响 D. 岩基的不均匀沉降是由于组成岩基的不同岩石材料含水量不同导致的 9. 下面关于岩石水理性质描述正确的是（ B ）

岩石力学题第二章习题

、习题1、B 2、 D 1.2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 2.1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（A）- B =、（ C）一（ D）'- 2.3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 2.4剪胀（或扩容）表示（）。（A）岩石体积不断减少的现象（B）裂隙逐渐闭合的一种现象（C）裂隙逐渐涨开的一种现象| （ D）岩石的体积随压应力的增大逐渐增大的现象 2.5剪胀（或扩容）发生的原因是由于（）。（A）岩石内部裂隙闭合引起的（B）压应力过大引起的（C）岩石的强度大小引起的（D）岩石内部裂隙逐渐张开的贯通引起的 2.6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 2.7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 2.8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 2.9格里菲斯强度准则不能作为岩石的宏观破坏准则的原因是（）。（A）它不是针对岩石材料的破坏准则（B）它认为材料的破坏是由于拉应力所致（C）它没有考虑岩石的非均质特征（D）它没有考虑岩石中的大量身长裂隙及其相互作用 2.10岩石的吸水率是指（）。（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 2.11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 2.12当岩石处于三向应力状态且比较大的时候，一般应将岩石考虑为（）。（A ）弹性体（B）塑性体（C）弹塑性体（D）完全弹性体 2.13在岩石抗压强度试验中，若1.1岩石与岩体的关系是（）。（A）岩石就是岩体（B ）岩体是由岩石和结构面组成的

岩石力学考试试题(含答案)

岩石力学考试试题 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（ C ）。（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、我国工程岩体分级标准中岩石的坚硬程序确定是按照（A ）。（A）岩石的饱和单轴抗压强度（B）岩石的抗拉强度（C）岩石的变形模量（D）岩石的粘结力

5、下列形态的结构体中，哪一种具有较好的稳定性？（ D ）（A）锥形（B）菱形（C）楔形（D）方形 6、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 7、岩体的变形和破坏主要发生在（ C ）（A）劈理面（B）解理面（C）结构（D）晶面 8、同一形式的结构体，其稳定性由大到小排列次序正确的是（ B ）（A）柱状>板状>块状（B）块状>板状>柱状（C）块状>柱状>板状（D）板状>块状>柱状 9、不同形式的结构体对岩体稳定性的影响程度由大到小的排列次序为（ A ）（A）聚合型结构体>方形结构体>菱形结构体>锥形结构体（B）锥形结构体>菱形结构体>方形结构体>聚合型结构体（C）聚合型结构体>菱形结构体>文形结构体>锥形结构体（D）聚合型结构体>方形结构体>锥形结构体>菱形结构体10、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

岩体力学计算题

计算题四、岩石的强度特征 (1) 在劈裂法测定岩石单轴抗拉强度的试验中，采用的立方体岩石试件的边长为5cm ，一组平行试验得到的破坏荷载分别为16.7、17.2、17.0kN ，试求其抗拉强度。解：由公式σt =2P t /πa 2=2×P t ×103/3.14×52×10-4=0.255P t (MPa) σt1=0.255×16.7=4.2585 σt2=0.255×17.2=4.386 σt3=0.255×17.0=4.335 则所求抗拉强度：σt ==(4.2585+4.386+4.335)/3=4.33MPa 。解：因为K =0.96 ，P t 、D 为上表数据，由公式σt =KI s =KP t /D 2代入上述数据依次得： σt =8.3、9.9、10.7、10.1、7.7、8.7、10.4、9.1。求平均值有σt =9.4MPa 。 (3) 试导出倾斜板法抗剪强度试验的计算公式。解：如上图所示：根据平衡条件有： Σx=0 τ-P sin α/A -P f cos α/A =0 τ=P (sin α- f cos α)/A Σy=0 σ-P cos α-P f sin α=0 σ=P (cos α+ f sin α) 式中：P 为压力机的总垂直力。 σ为作用在试件剪切面上的法向总压力。 τ为作用在试件剪切面上的切向总剪力。 f 为压力机整板下面的滚珠的磨擦系数。 α为剪切面与水平面所成的角度。则倾斜板法抗剪强度试验的计算公式为: σ=P (cos α+ f sin α)/A τ=P (sin α- f cos α)/A

(4) 倾斜板法抗剪强度试验中，已知倾斜板的倾角α分别为30o、40o、50o、和60o，如果试样边长为5cm,据经验估计岩石的力学参数c =15kPa ，φ=31o，试估计各级破坏荷载值。(f =0.01) 解：已知α分别为30o、40o、50o、和60o，c =15kPa ，φ=31o，f =0.01， τ=σ tg φ+c σ=P (cos α+ f sin α)/A τ=P ( sin α- f cos α)/A P ( sin α- f cos α)/A = P (cos α+ f sin α) tg φ/A +c ( sin α- f cos α)= (cos α+ f sin α) tg φ+cA /P P =cA /[( sin α- f cos α)- (cos α+ f sin α) tg φ] 由上式，代入上述数据，计算得： P 30=15(kN/mm 2)×25×102(mm 2)/[( sin30 - 0.01×cos30) - (cos30 + 0.01×sin30) tg31] α sin α cos α ( sin α- f cos α) (cos α+ f sin α) (cos α+ f sin α) tg φ P 30 0.5 0.866025 0.49134 0.873751 0.525002 -111.4 40 0.642788 0.766044 0.635127 0.772522 0.464178 21.93638 50 0.766044 0.642788 0.759617 0.647788 0.38923 10.12456 60 0.866025 0.5 0.861025 0.5 0.30043 6.68932 把(2)代入(1)式化简得：φφ σsin 1cos 2+=c t (3) ΔAO 2D ≌ΔAOC 得：

河海大学本科岩石力学2010春季考试答案

2009～2010学年第二学期《岩石力学》期末试卷答案班级：土木2007-岩土方向考试科目：《岩石力学》姓名学号成绩一、选择题(每题1分，共20分) 1. 已知岩样的容重为γ，天然含水量为0w ，比重为s G ，40C 时水的容重为w γ，则该岩样的饱和容重m γ为（ A ） A. ()()w s s G w G γγ++-011 B. ()()w s s G w G γγ+++011 C. ()()γγ++-s s w G w G 011 D. ()()w s s G w G γγ+--011 2. 岩石中细微裂隙的发生和发展结果引起岩石的（ A ） A ．脆性破坏 B. 塑性破坏 C. 弱面剪切破坏 D. 拉伸破坏 3. 同一种岩石其单轴抗压强度为c R ，单轴抗拉强度t R ，抗剪强度f τ之间一般关系为（ C ） A.f c t R R τ<< B. f t c R R τ<< C. c f t R R <<τ D. t f c R R <<τ 4. 岩石的蠕变是指（ D ） A. 应力不变时，应变也不变； B. 应力变化时，应变不变化； C. 应力变化时，应变呈线性随之变化； D. 应力不变时应变随时间而增长 5. 模量比是指（A ） A ．岩石的单轴抗压强度和它的弹性模量之比 B. 岩石的弹性模量和它的单轴抗压强度之比 C ．岩体的单轴抗压强度和它的弹性模量之比 D ．岩体的弹性模量和它的单轴抗压强度之比 6. 对于均质岩体而言，下面岩体的那种应力状态是稳定状态（ A ） A.??σσσσsin 23131<++-cctg B.?? σσσσsin 23131>++-cctg C. ??σσσσsin 23131=++-cctg D.??σσσσsin 23131≤++-cctg 7. 用RMR 法对岩体进行分类时，需要首先确定RMR 的初始值，依据是（ D ） A ．完整岩石的声波速度、RQD 值、节理间距、节理状态与地下水状况 B. 完整岩石的强度、RQD 值、节理间距、节理状态与不支护自稳时间 C. 完整岩石的弹性模量、RQD 值、节理间距、节理状态与地下水状况 D. 完整岩石的强度、RQD 值、节理间距、节理状态与地下水状况 8. 下面关于岩石变形特性描述正确的是（ B ） A. 弹性就是加载与卸载曲线完全重合，且近似为直线 B. 在单轴实验中表现为脆性的岩石试样在三轴实验中塑性增强 C. 加载速率对应力－应变曲线没有影响 D. 岩基的不均匀沉降是由于组成岩基的不同岩石材料含水量不同导致的

岩石力学复习题

第一章 1填空 1.1岩石与岩体的关系是（）。（A）岩石就是岩体（B）岩体是由岩石和结构面组成的（C）岩体代表的范围大于岩石（D）岩石是岩体的主要组成部分 1.2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 2 简述岩石与岩体的区别与联系。 3 岩体的力学特征是什么？ 4 岩石可分为哪三大类？它们各自的基本特点是什么？ 5 简述岩体力学的研究任务与研究内容。 6 岩体力学的研究方法有哪些？第二章 1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 2岩石的割线模量和切线模量计算时的应力水平为（）。（A）B、（C）（D） 3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 4剪胀（或扩容）表示（）。（A）岩石体积不断减少的现象（B）裂隙逐渐闭合的一种现象（C）裂隙逐渐涨开的一种现象（D）岩石的体积随压应力的增大逐渐增大的现象

5剪胀（或扩容）发生的原因是由于（）。（A）岩石内部裂隙闭合引起的（B）压应力过大引起的（C）岩石的强度大小引起的（D）岩石内部裂隙逐渐张开的贯通引起的 6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 7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 8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 9格里菲斯强度准则不能作为岩石的宏观破坏准则的原因是（）。（A）它不是针对岩石材料的破坏准则（B）它认为材料的破坏是由于拉应力所致（C）它没有考虑岩石的非均质特征（D）它没有考虑岩石中的大量身长裂隙及其相互作用 10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 11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 12当岩石处于三向应力状态且比较大的时候，一般应将岩石考虑为（）。（A）弹性体（B）塑性体（C）弹塑性体（D）完全弹性体 13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 14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）（C）（D）60° 15在岩石的含水率试验中，试件烘干时应将温度控制在（）。（A）95~105℃（B）100~105℃（C）100~110℃（D）105~110℃

岩石力学计算题

第2章岩石物理力学性质例：某岩样试件，测得密度为1.9kg/cm3，比重为2.69，含水量为29%。试求该岩样的孔隙比、孔隙率、饱和度和干容量。解：孔隙比：83.019 .1) 29.01(69.21) 1(=-+= -+?= γ ωεd v 孔隙度：%3.45%10083 .0183 .0%1001=?+=?+= v v n εε 饱和度：%9483 .0% 2969.2=?==εωG S r 干容重：)/(47.183 .0169.213cm g d =+=+?= εγ 例某岩石通过三轴试验，求得其剪切强度c=10MPa ，υ=45°，试计算该岩石的单轴抗压强度和单轴抗拉强度。解：由例大理岩的抗剪强度试验，当σ1n=6MPa, σ2n=10MPa ，τ1n=19.2MPa, τ2n=22MPa 。该岩石作三轴抗压强度试验时，当σa=0，则Rc=100MPa 。求侧压力 σa=6MPa 时，其三轴抗压强度等于多少？解：（1）计算内摩擦角υ φστtg C n n 11+= （1） φστtg C n n 22+= （2）联立求解： 021212219.2 0.735106 n n n n tg ττφφσσ--= ==?=-- （2）计算系数K ： 7.335sin 135sin 1sin 1sin 10 =-+=-+=φφK （3）计算三轴抗压强度： 0100 3.7612.22C a S S K MPa σ=+=+?= 第3章岩石本构关系与强度理论例：已知岩石的应力状态如图，并已知岩石的内聚力为4MPa ，内摩擦角为35°。求：（1）各单元体莫尔应力圆，主应力大小和方向；（2）用莫尔库仑理论判断，岩石是否发生破坏

长沙理工大学岩石力学习题

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；

岩石力学与工程典型题解

绪论典型题解 1.1岩石和岩体的概念有何不同？答：所谓岩石是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体；所谓岩体是在一定的地质条件下，含有诸如节理、裂隙、层理和断层等地质结构面的复杂地质体。岩石就是指岩块，在一般情况下，不含有地质结构面。 1.2在力学性质上，岩体具有什么特征？答：岩体具有不连续性、各向异性、不均匀性、岩石块单元体的可移动性、赋存地质因子这五条特征。 ------------------------------------------------------------------- 岩石和岩体的基本物理力学性质典型题解 2.1某岩石试件，测得容重3/9.1cm kg =γ，比重△＝2.69，含水量%29=d ω，试求该岩样的孔隙比v ε，孔隙度n ，饱和度r S 和干容重d γ。解：孔隙比：83.019 .1) 29.01(69.21) 1(=-+= -+?= γ ωεd v 孔隙度：%3.45%10083 .0183 .0%1001=?+=?+= v v n εε 饱和度：%9483 .0% 2969.2=?= =ε ω G S r 干容重：)/(47.183 .0169 .213cm g d =+=+?= εγ 上述指标，也可利用三相图进行计算，若从以知条件V ω γ= 入手，则可先假设V=1，然后推算出三相重量及体积，按各物理指标的定义，即可将各指标求得：设31cm V =，则按容重定义：g V W 9.1=?=γ 按含水量定义：s s d W V W 29.0==γωω 按三相图： W W W s =+ω 即： 9.129.0=+s s W W 故： g W s 47.129 .19 .1== g W W W s 43.047.19.1=-=-=ω

2011岩石力学考试试题(含答案)

1、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 2、岩体的尺寸效应是指（）。（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（）。（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、我国工程岩体分级标准中岩石的坚硬程序确定是按照（）。（A）岩石的饱和单轴抗压强度（B）岩石的抗拉强度（C）岩石的变形模量（D）岩石的粘结力 5、下列形态的结构体中，哪一种具有较好的稳定性？（）（A）锥形（B）菱形（C）楔形（D）方形 1、A 2、C 3、C 4、A 5、D 6、A 7、C 8、B 9、A 10、D 6、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 7、岩体的变形和破坏主要发生在（）（A）劈理面（B）解理面（C）结构（D）晶面 8、同一形式的结构体，其稳定性由大到小排列次序正确的是（）（A）柱状>板状>块状（B）块状>板状>柱状（C）块状>柱状>板状（D）板状>块状>柱状 9、不同形式的结构体对岩体稳定性的影响程度由大到小的排列次序为（）（A）聚合型结构体>方形结构体>菱形结构体>锥形结构体（B）锥形结构体>菱形结构体>方形结构体>聚合型结构体（C）聚合型结构体>菱形结构体>文形结构体>锥形结构体（D）聚合型结构体>方形结构体>锥形结构体>菱形结构体 10、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

岩石力学习题

岩石的物理力学性质习题 1、某岩样试件，测得容量3/9.1cm kg =γ，比重69.2=?，含水量0029=d ω试求该岩样的孔隙比v ε，孔隙度n ，饱和度s r 和干容量d γ。 2、某岩样测得其容量3/2厘米克=γ，天然含水量为W 0024=d ，及比重71.2=?，试计算该岩样的孔隙度n ，孔隙比v ε，水下容量/γ及饱和度S r 。 3、设岩石的容量 3/0025.0cm kg =γ，孔隙度n=2.5%，求其密度及比重。 4、在岩石力学中，测定岩石的抗拉强度，目前常用的是劈裂法，其计算公式为 S dt P t π2= 。拟请证明上式。 5、三块3555cm ?? 立方体试件，分别作倾角为48°，55°，64°的抗剪强度试验，其施加的最大载荷分别为4.5T,2.8T 和2T ，求岩石的C 、Φ值，并绘出抗剪强度的曲线图。 6、试用莫尔应力圆画出：（1）单向拉伸；（2）纯剪切；（3）单向压缩；（4）双向拉伸；（5）双向压缩 7、有一块几何尺寸为7×7×7cm 3的石英岩立方体试块。当试块承受20吨压力后，试块轴向缩短了0.003cm ，横向增长了0.000238cm.试求石英岩试块的弹性模量和泊松比。 8、推导马克斯威尔模型应变与时间的函数关系。 9、已知石灰岩的比重23/1048.2cm kg -?=?，容重33/102.2cm kg -?=γ，孔隙度005=n 。试求该岩石的孔隙比，单位体积的岩石孔隙体积，岩石颗粒体积和水的体积。 10、有三块几何尺寸()cm 555??相同的花岗岩试件，在自然状态下称的重量分别为312.5克，337.5克和325克。经过烘干后的恒重分别为290.4克，332.1克和311.25克。将烘干试件放入水中后测得孔隙的体积为0.753cm ，0.53cm 和0.6253cm .试求该花岗岩的容重γ，比重?，孔隙度n ，孔隙比v ε，含水量d W 和饱和度Sr 。 11、6块玄武岩试件，有3块几何尺寸是3555cm ??的立方体试件，破坏时施加最大受压载荷分别为t P 401=，t P 372=，t P 35 3=。另外3块试件，由于加工不准，几何尺寸变为31077cm ??，破坏时施加最大受压荷载分别为t P 704=，t P 675=，t P 586=，试求玄武岩的单向抗压强度。 12、已知大理岩单向抗压强度2/800cm kg s c =，内摩擦角 25=Φ，试计算侧压力为2/400cm kg 时，其三轴抗压强度为多少？ 13、已知岩石的抗剪强度的C 和Φ值。试求应力圆与强度曲线的关系，求该岩石的单向抗压强度和

《岩石力学》考研计算题

3.1 某均质岩体的纵波波速是，横波波速是，岩石容重，求岩体的动弹性模量，动泊松比和动剪切模量。解：弹性理论证明，在无限介质中作三维传播时，其弹性参数间的关系式如下：动泊松比动弹性模量动剪切模量G，按公式计算题（普氏理论，次生应力） 1抗拉强度的公式是什么？巴西法p41. St=2P/πD·t=0.636P/D·t P-劈裂载荷 D、t-试件直径、厚度 2将岩石试件单轴压缩压应力达到120MPa时，即破坏，破坏面与最大主应力方向夹角60 度，根据摩尔库伦准则计算1岩石内摩擦角2正应力为零时的抗剪强度（就是求C） α=45°+ψ；τ=C+fσ=C+σtanψ增加公式Sc=2Ccosψ/（1 - sinψ） 3计算原岩自重应力的海姆假说和金尼克假说的内容?和各自的公式？p85 海姆假说：铅垂应力为上覆掩体的重量，历经漫长的地质年代后，由于材料的蠕变性及地下水平方向的约束条件，导致水平应力最终与铅垂应力相均衡。公式：σ1=σ2=σ3=ρgz=γz 金尼克假说：铅垂应力仍是自重应力σz=γz，而水平方向上，均质岩体相邻微元体相互受到弹性约束，且机会均等，故由虎克定律应有εx=[σx-ν(σy+σz)]/E=0 εy=[σy-ν(σx+σz)]/E=0，得到自重力的水平分量为σx=σy=νγz/（1-ν）

例题求在自重作用下地壳中的应力状态：如果花岗岩，泊松比，则一公里深度以下的应力是多少？解：因为地壳厚度比地球半径小的多。在局部地区可以把地表看作一个半平面，在水平方向为，深度也无限。现考虑地面下深度Z 处的一个微小单元体。它受到在它上边岩、土体重量的压力。在单位面积上，这个重量是，其中，是它上面物体的体积，是物理单位体积的重量，因此：如果单元体四周是空的，它将向四周膨胀，当由于单元体四周也都在自重作用下，相互作用的影响使单元体不能向四周扩张。即；解之，则得：对于花岗岩，，一公里深度以下的应力为：由此可见，深度每增加一公里，垂直压力增加，而横向压力约为纵向压力的三分之一。绪论典型题解 1.1岩石和岩体的概念有何不同？答：所谓岩石是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体；所谓岩体是在一定的地质条件下，含有诸如节理、裂隙、层理和断层等地质结构面的复杂地质体。岩石就是指岩块，在一般情况下，不含有地质结构面。 1.2在力学性质上，岩体具有什么特征？答：岩体具有不连续性、各向异性、不均匀性、岩石块单元体的可移动性、赋存地质因子这五条特征。 ------------------------------------------------------------------- 岩石和岩体的基本物理力学性质典型题解 2.1某岩石试件，测得容重3 /9.1cm kg =γ，比重△＝2.69，含水量%29=d ω，试求该岩样的孔隙比v ε，孔隙度n ，饱和度r S 和干容重d γ。解：孔隙比：83.019 .1) 29.01(69.21) 1(=-+= -+?= γ ωεd v

岩石力学试卷

岩石力学试卷 Section A Term Explaination术语解释 1.brittle of rock 岩石的脆性 2.shear strength of rock 岩石的剪切强度 3.in-situ stress 原地应力 4.fracture pressure破裂压力 5.Yoang’s modulus 杨氏模量 6.principal stress主应力 Section B Brief Description简要描述 1.Describe the effective stress principle描述有效应力原理 2.Describe the influence of confining pressure on the deformation and strength characters of rock mechanics描述围压对岩石变形和强度特征的影响 3.Briefly describe the shear strength criterion of Coulomb-Vavier简要介绍Coulomb-Vavier抗剪强度准则4.Describe Brazilian test steps and how to obtain the tensile strength of rock with it 描述巴西实验的步骤,以及如何用它获得岩石抗拉强度 Section C calculations计算题 1.In order to study the strength feature of an sandstone ,we select two samples to do the uniaxial compressive strength

岩石力学题第三章例题

1. 有一节理面，其起伏角i=10°,基本摩擦角φ1=35°，两壁岩石的内摩擦角φ2=40°， C=10Mpa ，作此节理面的强度线。解：小)1tan(i +=φστ 大)2tan(φστ+=c 2. 岩体中有一结构面，其摩擦角?=35s φ, 0=s c , 岩石内摩

擦角?=48e φ ，内聚力 MPa c e 10=，岩体受围压MPa 1032==σσ，受最大主应力 MPa 451=σ，结构面与1σ 方向夹角为45度，问岩体是否沿结构面破坏？岩体是否破坏？解：结构面的抗剪强度方程为： σστ7.035tan =?= 岩石的的抗剪强度方程为： 1011.148tan +=?+=σστ C 莫尔应力圆的中，结构面与1σ作用面夹角为45度，则该面上的应力状态为： MPa 5.27245 102 3 1=+= += σσσ MPa 5.172 10 452 3 1=-= -= σστ 该点（27.5，17.5）与结构面的抗剪强度的位置关系为：0.7×27.5=19.25>17.5即抗剪能力大于剪应力，岩体不从结构面破坏。莫尔应力圆与岩石的的抗剪强度曲线的位置关系为：从圆心（27.5，0）向岩石的的抗剪强度曲线作垂线距离为： 5.17181 11.1105.2711.12 2 ?=++?= d 距离大于半径，所以岩体处于稳定状态。 3．在大理岩中，存在着一个与主应力1σ夹角为β角的节理面，节理面的摩擦角为φ，内聚力为0，求岩体沿节理面发生滑动的应力状态。

解：方法1 用莫尔圆与抗剪强度曲线的位置关系如图： 2 )2180sin(2sin 3 131φβφ+--?=- 得：) tan(tan 31φββ σσ+= 方法2：节理的抗剪强度曲线为：φσφστtan tan =+=c 与主应力1σ夹角为β角的节理面上的应力状态为： )90(2cos 2 2 3 13 1βσσσσσ-?-+ += )90(2sin 2 3 1βσστ-?-= 将其带入得： φβσσσσβσσtan )]90(2cos 2 2 [ )90(2sin 2 3 13 13 1-?-+ +=-?- )2sin(2 sin 2 3 13 1φβσσφσσ+-= + 得：β φβσσtan ) tan(3 1 += 4在大理岩中，已经找到一个与主应力作用面成角的节理面。对原有节理面设，摩擦角为，问该岩体重新开始滑动需要的应力状态。

岩石力学试卷二及答案

20～20学年第学期级专业试题学号：姓名： ……………………………………密…………封……………线………………………………… 一二三四五六七八九总分一、简答题：（30分） 1、岩石的常用物理指标有哪些？它们与岩石的强度之间大致有什么关系？（5分） 2、现场测定岩体变形指标的试验方法有哪些？（5分） 3、简述水对岩石强度的影响。（5分） 4、影响岩石应力-应变曲线主要因素有哪些？是如何影响的？（5分） 5、什么是岩体初始应力场？岩体内产生应力的原因有哪些？（5分）第1页共6 页

20～20学年第学期级专业试题学号：姓名： ……………………………………密…………封……………线………………………………… 6、何谓喷锚支护，它与传统的老式支护有何区别？（5分）二、作图题（5分）什么是岩石的蠕变？试作图说明岩石流变三阶段的特点：三、填空题: （0.5/空）(共20分) 1、岩石力学是研究岩石的，是探讨岩石对。岩石力学研究的主要领域可概括为、、。研究方法主要有、、、。 2、岩石的破坏形式：、、。 3、影响岩石抗压强度的主要因素一般有：、和、、、、、、、等。 4、格里菲斯理论把岩石看作为有材料，岩石之所以破坏是由于在引起细小裂隙的发生发展所致。修正的格里菲斯理论则认为岩石破坏除拉第2页共6 页20～20学年第学期级专业试题

应力集中所致外，还可以是引起裂隙沿裂隙长轴方向发生。 5、已知材料的弹性模量E 和泊松比μ，用它们来表示G:λ：、 K:。 6、在1=o k 的四周等压地应力场rH v h ==σσ作用下，围岩中的径向应力r σ都岩体中的初始应力；切向应力θσ则岩体中的初始应力，在洞壁上达最大值。由理论上可以证明，开挖洞室的影响范围是。 7、岩压力是由于洞室开挖后岩体和而形成的。由于岩体而对支护或衬砌的压力，称为“变形压力”；将由于岩体而而对支护或衬砌的压力，称为“松动压力”。 8、按压力拱理论分析，在可形成压力拱的洞室内，压力拱的高度是，洞室顶部的最大垂直压力在拱轴线上大小为，洞室任何其它点的垂直山岩压力等于。四、选择题：（2/题）（共10分） 1、岩石与岩体的关系是（）。（A ）岩石就是岩体（）（B ）岩体是由岩石和结构面组成的（）（C ）岩体代表的范围大于岩石（）（D ）岩石是岩体的主要组成部分（） 2、a.)(42 y xy Rt Rt στ+=（） b.)(42 y xy Rc Rt στ+=（） c.)(42 x xy Rt Rt στ+= （） d.)(42 x xy Rc Rt στ+= （） 3、岩质边坡的圆弧滑动破坏，一般发生在（）。（A ）不均匀岩体（B ）薄层脆性岩体（C ）厚层泥质岩体（D ）多层异性岩体 4、计算岩基极限承载力的公式中，承载力系数主要取决于下列哪一个指标？（）（A ）（B ）C （C ）（D ）E 5、下列关于岩石初始应力的描述中，哪个是正确的？（）。（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；第 3页共 6 页 20～20学年第学期级专业试题学号：姓名： ……………………………………密…………封……………线………………………………… 五、计算题：（35分）