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(=-+=-+∆=γωεd 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 ，φ=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φφστtg C n n 11+= （1） φστtg C n n 22+= （2） 联立求解： 021212219.20.735106n 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，岩石是否发生破坏解：（1）A 单元： 主应力大小：122223 5.00 5.00 5.0()()002222x y x y xy MPa σσσσστσ+-+-=±+=±+= 方向：与x σ的夹角20tan 200 5.0xyx yτθσσ===--，0θ=︒莫尔应力图：圆心：135.002.522σσ++==半径：13 5.002.522σσ--==B 单元：主应力大小：122223 4.00000()() 4.0 4.02222x y x y xy MPa σσσσστσ+-+-=±+=±+=- 方向：与x σ的夹角2 4.0tan 20xyx yτθσσ===∞-，45θ=︒ 莫尔应力图：圆心：134.0 4.0022σσ+-==半径：13 4.0( 4.0)4.022σσ---==C 单元：主应力大小：122223 5.705.00 5.00()() 2.00.702222x y x y xy MPa σσσσστσ+-+-=±+=±+=-方向：与x σ的夹角22 2.0tan 20.85.00xyx yτθσσ⨯===--莫尔应力图：圆心：135.70.72.522σσ+-==半径：135.7(0.7)3.222σσ---==D 单元：主应力大小：122223 6.06.0 6.0 6.0 6.0()()0 6.02222x y x y xy MPa σσσσστσ+-+-=±+=±+=方向：与x σ的夹角20tan 206.0 6.0xyx yτθσσ===--，0θ=︒莫尔应力图：圆心：136.0 6.06.022σσ++==半径：13 6.0 6.0022σσ--==E 单元：主应力大小：12222310.9110.0 1.010.0 1.0()() 3.00.092222x y x y xy MPa σσσσστσ+-+-=±+=±+= 方向：与x σ的夹角22 3.0tan 20.6710.0 1.0xyx yτθσσ⨯===--莫尔应力图：圆心：1310.910.095.522σσ++==半径：1310.910.095.4122σσ--==A 岩石单元体没有破坏,B 不存在正应力，存在切应力。

C 单元体不破坏D 单元体不被破坏E 单元体不被破坏例 某岩块的剪切强度参数为：内聚力50MPa ，内摩擦角60°，设岩石强度服从直线型莫尔强度理论。

如果用该岩石试件做三轴试验，当围压和轴压分别加到50MPa 和700MPa 后，保持轴压不变，逐渐卸除围压，问围压卸到多少时，岩石发生破坏？第4章岩体力学性质例题：在勘探巷道岩壁上进行结构面测线详测，量得两组结构面沿测线的间距分别为0.45m和0.8m，与测线的夹角分别为40°和30°，且结构面的倾角分别为55°和20°。

求：（1）计算每组结构面的真间距，两组结构面测线的混合间距和线密度；（2）估算岩体岩测线方向的RQD值；（3）假定两组结构面的走向均垂直于巷道轴线，岩块的饱和单轴抗压强度为120MPa，结构面稍粗糙，张开度小于1mm。

岩体中地下水少（潮湿）。

试用RMR分类，提出修正以后的RMR值，岩体类别及其强度值。

例：一粗糙起伏无填充、规则锯齿形结构面，起伏角i=20°，基本摩擦角 35°，两壁岩内摩擦角 40°，剪断凸起所需正应力为20MPa，问剪切上滑阶段和剪断凸起阶段结构面壁岩的内聚力各为多少？例：如图所示为一带有天然节理的试件，结构面的外法线与最大主应力的夹角为40°，节理的基本摩擦角为36°，节理的粗糙度为4级，节理面壁的抗压强度为50MPa 。

问在多大的作用下岩样会沿结构面破坏？解：由题意，b =36ϕ︒，=40β︒ 查表，取7JRC =50=tan lg =tan 7lg 36n b n n n JCS JRC τσϕσσσ⎡⎤⎡⎤⎛⎫⎛⎫++︒⎢⎥⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦⎣⎦13131131=0cos 2cos80=0.5872222n σσσσσσσσασ+-=+=+︒，131=sin 2sin8022σσστα-=︒根据以上式子解方程，有111500.492=0.587tan 7lg 360.587σσσ⎡⎤⎛⎫+︒⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦得： 1=21.47MPaσ例 假设洞室边墙处节理面倾角β=50°， Cj=0MPa ，φj=40°.由实测知洞室处平均垂直应力为2MPa ，计算岩石锚杆在边墙处要提供多大的水平应力才能维持边墙的稳定？例 岩体中有一结构面，其摩擦角为35°，内聚力为0，岩石内摩擦角为48°，内聚力为10MPa 。

岩体受围压10MPa ，最大主应力45MPa ，结构面与最大主应力夹角为45°，问岩体是否会沿结构面破坏？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 +=︒+=σστC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 5.2724510231=+=+=σσσ MPa 5.1721045231=-=-=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。

第6章 岩石地下工程例 拟在地表以下1500米处开挖一水平圆形洞室，已知岩体的单轴抗压强度 σc=100Mpa ， 岩体天然密度ρ=2.75g/cm3，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。

()稳定所以，地下洞室开挖后3时，31在25.41100015001075.2∴〈-=〉=⨯⨯⨯===c v h v MPagh σσλσλρσσθ例 在地表以下200米深度处的岩体中开挖一洞径2R0=2米的水平圆形遂洞，假定岩体的天然应力为静水压力状态(即λ=1)，岩体的天然密度ρ=2.7g/cm3，试求： (1)洞壁、2倍洞半径、3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Cm=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（R1） 解：（1）地表下200m 处岩体的铅直应力：gh v ρσ= =5.290 MPa 岩体处于静水压力状态，λ=1， h σ =5.290 Mpa 根据重分布应力公式：洞壁处 σr =0 Mpa σθ=10.584 Mpa τδθ =0 Mpa2倍洞径处 σr =3.969 Mpa σθ =6.615 Mpa τδθ =0 Mpa 3倍洞径处 σr =4.704 Mpa σθ =5.88 Mpa τδθ =0 Mpa（2）从以上结果可知：随着洞壁距离r 增大，径向应力逐渐增大，环向应力σθ逐渐减小，剪应力τδθ始终为0。

（3）围岩的强度为 将σr 带入公式得：=1.386 Mpa ＜σθ =10.584 Mpa 故该洞室不稳定，发生破坏。

（4）由修正芬纳-塔罗勃公式： 带入数据得， R1=2.196 m即塑性变形区的最大半径为2.196m 。

)245(2)245(231m o m m o tg C tg φφσσ+++=)245(2)245(21mo m mo r tg C tg φφσσ+++=mmm m i m m m ctg C p ctg C R R φφφφφσsin 2sin 1001)sin 1)((-⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+=。