岩石力学大题答案

四、简答题

1、什么是岩石的硬度？硬度与抗拉强度的辩证关系是什么？

答：岩石抵抗其他较硬物体侵入的能力叫岩石的硬度。硬度与抗压强度既有联系又有区别，对于凿岩而言，岩石的硬度比岩石单向抗压强度更具有实际意义，因为钻具对孔底岩石的破碎方式多数情况下是局部压碎。所以，硬度指标更接近于反映钻凿岩石的实质和难易程度。

2、什么是全应力应变曲线，为什么普通材料实验机得不出全应力应变曲线

在单周压缩下，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）摧毁岩石试样，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是，自身变形极小，存储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。

3、写出二维直角坐标下的岩石在弹性状态下的平衡微分方程、几何方程、和物理方程？

（1）平衡微分方程

???

????=+??+??=+??+??00y xy y x yx x f x y f y x τστσ （2）几何方程

x

u x ??=

ε y

v y ??=ε y u x v xy ??+??=γ （3）物理方程

[][]

?????????=+-=+-=,1,)(1,)(1xy xy x z y y z y x x G E E τγσσμσεσσμσε

4、岩石应力应变曲线，并简述各个阶段的特点？

四个区段：①在OA 区段内，该曲线稍微向上弯曲；②在AB 区段内，很接近于直线；③BC 区段内，曲线向下弯曲，直至C 点的最大值；④下降段CD 。第一区段属于压

密阶段，这是由于细微裂隙受压闭合造成的；第二区段AB相应于弹性工作阶段，应力与应变关系曲线为直线；第三阶段BC为材料的塑性性状阶段，主要是由于平行于荷载轴的方向内开始强烈地形成新的细微裂隙，B点是岩石从弹性转变为塑性的转折点，也就是所

称为屈服应力；最后区段CD为材料的破坏阶段，C点谓屈服点，相应于该点的应力

R。

的纵坐标就是单轴抗压强度

c

5、岩石蠕动变形的影响因素有哪些？

答：①岩性及构造因素②压力级因素③围压的影响④温度、湿度的影响⑤其他因素如：颗粒几何形状、胶状物的特性、颗粒间相互作用等

6、采用锚杆支护时，应如何选择锚杆的类型？

答：

7、什么是围岩应力？

答：在岩体内开挖地下硐室，围岩将在径向、环向分别发生引张及压缩变形，使得原来的径向压应力降低，而环向压应力升高，通常，将这种应力重分布所波及的岩石称之为围岩，重分布后的应力状态叫围岩应力。

8、什么是巷道围岩控制原理？

答：基本原理是：人们根据巷道围岩压力、围岩强度以及他们之间的相互关系，选择合适的巷道保护及支护方式，降低围岩应力，增加围岩强度，改善围岩受力条件和赋存环境，高效的控制围岩的变形、破坏。

五、综合分析题

1、简述普通压力机和刚性压力机的区别

答：普通压力机当载荷达到或刚好通过应力-应变曲线的峰值时，岩石试样就会突然的崩解，从而终止实验，不能获得全过程的应力-应变曲线

而刚性压力机是通过增大压力机的轴向刚度来实现的。目前常采用伺服控制系统通过控制压力机和压板的位移、位移速率及加载速度来改进柔性压力机的缺点，从而获得全应力-应变曲线。

2、论述影响岩石力学性质的因素。

答：有水、温度、风化程度、加荷速度、围压的大小、各向异性等等，对岩石的力学性质都有影响。现分述如下：（1）水对岩石力学性质的影响。主要表论述影响岩石力学性质的主要因素。现在连接作用、润滑作用、水楔作用、孔隙压力作用、溶蚀及潜蚀作用；（2）温度对岩石力学性质的影响。随着温度的增高，岩石的延性加大，屈服点降低，强度也降低；（3）风化对岩石力学性质的影响。产生新的裂隙、矿物成分发生变化、结构和构造发生变化。（4）加荷速度对岩石力学性质的影响。随着加荷速度的降低，岩石的延性加大，屈服点降低，强度也降低；（5）围压对岩石力学性质的影响。随着温度的增高，岩石的延性加大，屈服点降低，强度也降低；

3、什么是蠕变的三个阶段？什么是稳定蠕变和不稳定蠕变？

答：初始蠕变阶段、等速蠕变阶段和加速蠕变阶段称为蠕变的三个阶段，只有初始蠕变阶段和等速蠕变阶段的蠕变是稳定蠕变，具有初始蠕变阶段、等速蠕变阶段和加速蠕变阶段的蠕变是不稳定蠕变。

4、论述岩石力学即其特点

答：（1）采深大。其它工程部门在地下开挖的巷硐大都在离地表不深的地点，而采矿工程的作业地点常在地下几百米深处，甚至达二、三千米以上。深部岩体动态与地表附近大不相同，地表附近岩体的破坏形式一般为脆性断裂，而较深处岩体则属粘塑性破坏，其次，岩体的应力状态也不相同，浅部岩体垂直应力与水平应力之差一般很明显，深部岩体却相差不甚显著。上述情况使矿山岩石力学所采用的地压计算方法和测试技术与其它工程相比有所不同。（2）地下开采过程中安设的人工支护大多是服务年限不长或维护时间较短的临时结构物，只要求其在开采期间不致破坏或适时破坏，在开采后能维持平衡状态不危害地

面安全即可，而且许多工程结构物还可以随采随废。所以，在计算精度、安全系数及岩体加固等方面的要求一般均低于水利水电、交通、建筑和国防等部门的标准。（3）由于采矿作业地点必须服从于有用矿物的自然埋藏地点，使得选择地下工程建筑物的位置往往受很大限制。（4）其他工程部门中研究的对象多是开挖后即不再转移的地下硐室或隧道，而矿井的采掘工作面是不断移动的，这就要求矿山岩石力学必须考虑难以预见的复杂地质变化对工程结构带来的影响。由于大面积开采还会引起采空区上方大量岩层移动和破坏，研究这些岩层的运动、破坏和平衡规律及其控制方法，是矿山岩石力学的重要课题，这也是区别于其他应用性岩石力学学科的重要内容。

5、将某一岩石试件进行单轴压缩实验，其压应力达到40MPa 时发生破坏，破坏面与水平面的夹角为60°设该岩石满足摩尔-库仑破坏准则，试求：

（1）该岩石的内摩擦角φ和粘聚力C ？

（2）当对其进行三轴压缩实验，围压为10MPa 时，轴向压应力达到多少时岩石破坏？ 解：（1）根据摩尔-库仑破坏准则知岩石破坏时的破坏面与水平面的夹角为

2450φα+=，并由题意知060=α，所以得岩石的内摩擦角?=30φ。

再由摩尔-库仑破坏准则知岩石破坏时主应力符合()φ

φσφσsin 1sin 1cos 231-++=C ，由题意知岩石单轴压缩实验时MPa 401=σ，MPa 03=σ，继而求得MPa C 3

20=。 （2）当进行三轴实验时，MPa 103=σ，由摩尔-库仑破坏准则知岩石破坏时主应力符合()φ

φσφσsin 1sin 1cos 231-++=C ，即求得MPa 701=σ，即轴向压应力达到70MPa 时岩石破坏。

6、衡量矿山压力显现程度的指标有哪些？并各有什么特点？

答：①顶板下沉：指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板相对移动量；②顶板下沉速度：单位时间内的顶底板移近量；③支柱变形与折损：顶板下沉，回采工作面支柱受载他逐渐增加，柱帽的变形，剧烈时可以观察到支柱的折损；④局部冒顶：指回采工作面顶板形成局部塌落；④顶板破碎情况：常常以单位面积中冒落面积所占的百分数来表示；⑥大面积冒顶：指来回工作面由于顶板来压导致顶板沿工作面切落。