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

i

=

v∆L

h

1

-h

2

=v

dL

；

dh

软化系数：K R=σ

cw ；σ

c

岩石的自由膨胀率：V H = ∆H

⨯100%

H

V

D

=

∆D

⨯100% 。

D

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。