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一、名词解释题(每题2分,共20分)1、岩石的软化系数;2、岩石的切线模量;3、岩石的应力松弛;4、岩体的裂隙度;5、围岩的松动压力;6、工程软岩;7、岩石的长期强度;8、岩石质量指标RQD;9、岩石的延性流动;10、弹性后效。二、简答题(每题8分,共计72分)1、简述岩石单轴抗压强度的影响因素?2、当侧压力系数λ=1深埋圆形硐室围岩出现塑性区和弹性区时,试说明硐室围岩塑性区、弹性区内应力分布特点?3、简述影响岩石蠕变的主要因素有哪些?4、简述岩石与岩体典型的应力-应变曲线的区别?5、简述地下3000m以内浅层地壳地应力变化规律?6、简述在进行工程岩体分类时一般应考虑哪几个方面?7、从曲线形态上看,岩石的典型蠕变曲线可分为4个阶段,试简述各个阶段的形成原因及特点?8、简述莫尔强度准则的基本思想、优缺点及适用条件?9、简述在单轴压缩荷载作用时岩石试件的端面约束效应产生的原因、岩石试件破坏的形式和如何减少端面约束效应?四、计算题(每题12分,共计36分)1、根据Maxwell(马克斯韦尔)模型推导反映岩石应力松弛的特征方程。2、对一直径为5cm、高度10cm的岩石试样进行单轴压缩试验,当压力达到235KN时,该岩石破坏,破坏面与水平面夹角为60°,假设抗剪强度满足莫尔库伦准则,试计算:①岩石的单轴抗压强度;②破坏面上的正应力和剪切应力;③岩石的内摩擦角和黏聚力。3、当岩体中存在结构面时,试证明只有当结构面倾角(结构面与水平面间的夹角)β满足jβ90°条件时(j为结构面的内摩擦角),岩体才可能沿着结构面滑动破坏。五、论述题(每题11分,共计22分)1、试论述地下硐室开挖后影响围岩压力的因素有哪些?2、静水应力(侧压力系数λ=1)条件下圆形硐室围岩应力的弹性解:径向应力202(1)arrpr,切向应力202(1)arpr,p0为初始应力,ra为圆形硐室半径,r为硐室围岩内一点至硐室中心的距离,试论述该弹性解揭示了哪些重要的现象或规律?山东科技大学2017年硕士研究生招收《岩体力学》试卷答案一、名词解释题(每题2分,共20分)1、岩石的软化系数:岩石饱和单轴抗压强度与干燥状态下的单轴抗压强度的比值。2、岩石的切线模量:应力-轴向应变曲线上的直线段斜率,或者应力-轴向应变曲线上除坐标原点之外,其他任一点处的切线斜率。3、岩石的应力松弛:应力随时间的增长呈指数函数衰减的特性。4、岩体的裂隙度:沿着某个取样线方向,单位长度上节理的数量。5、围岩的松动压力:松动的岩体或者施工爆破所破坏的岩体等在自重的作用下,掉落在硐室上产生的压力。6、工程软岩:工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。7、岩石的长期强度:使岩石在无限长时间内连续蠕变而不至于破坏所能承受的最大应力值或极限应力值,用σ∞或τ∞表示。或在长期持续荷载作用下(应变速率小于10-6/s)下岩石的强度。8、岩石质量指标RQD:选用坚固完整的、其长度等于或大于10cm的岩芯长度与钻孔长度之比,用百分数表示。9、岩石的延性流动:当应力增大到一定程度(相当于峰期应力或接近于峰期应力)后,应力增大很微小或保持不变时,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。10、弹性后效:岩石卸载后随着时间的延续应变(或变形)逐渐恢复的过程。二、简答题(每题8分,共计72分)1、简述岩石单轴抗压强度的影响因素?答:影响岩石单轴抗压强度因素很多,归纳起来可分为三个方面,一方面是岩石内在因素,如矿物成分、结晶程度、颗粒大小、颗粒连结及胶结情况、生成条件、密度、层理和裂隙的特性及方向、风化程度等(4分);另一方面是试验方法因素,如承压板的刚度、试件的形状和尺寸、岩石试件的高径比、加工精度、端面条件、加载速度等(3分);第三方面就是环境因素,如含水量和温度等(1分)。2、当侧压力系数λ=1深埋圆形硐室围岩出现塑性区和弹性区时,试说明硐室围岩塑性区、弹性区内应力分布特点?答:①当开挖后,硐壁的切向应力cp02时,硐周的岩体将产生塑性区;(1分)②在1的条件下,塑性区是一个圆环,塑性区内的应力和将随pprr的增大而增大,且塑性区内的应力应该满足所假设的起塑条件:,当时,围岩处在塑性区的边界上,而塑性区边界上的径向应力将影响弹性区的应力、位移、应变的计算。(3分)cprppRr③当时,围岩的应力将进入弹性区。由于塑性区的存在,将限制弹性区内的应力、位移、应变的变化。因此,与无塑性区的弹性二次应力状态相比较,各计算式中增加了由于塑性区边界上的径向应力pRr0R的作用所引起的增量,而分布规律与纯弹性分布大致相同;仍可用02pr来校核计算结果的正确性。(4分)3、简述影响岩石蠕变的主要因素有哪些?岩石蠕变的影响因素除了造岩矿物成分的不同而造成一定的变形差异之外,还将受到试验环境给予的影响(1分),主要表现为以下几个方面:①应力水平对蠕变的影响。当在稍低的应力作用下,蠕变曲线只存在着前两个阶段,并不产生非稳态蠕变;在较高应力作用下,试件经过短暂的第二阶段,立即进入非稳态蠕变阶段,直至破坏;而只有在中等应力水平(大约为岩石峰值应力的60%-90%)的作用下,才能产生包含三个阶段完整的蠕变曲线(4分)。②温度、湿度对蠕变的影响。在高温条件下,总应变量低于较低温度条件下的应变量;蠕变曲线第二阶段的斜率则是高温条件下要比低温时小得多。饱和试件的第二阶段蠕变应变速率和总应变量都将大于干燥状态下试件的试验结果。(3分)4、简述岩石与岩体典型的应力-应变曲线的区别?答:由于岩体中存在着节理,当岩体受到压缩荷载时,就会产生节理的闭合或节理中充填物的变形,这些变形中有部分是可恢复的,但有些不可恢复(2分)。而岩石材料则不具备此特征,或稍具备此特征(2分)。一般来说,岩石受到压缩荷载后,开始时是弹性变形,尔后因荷载的增加,使弹性转变为塑性变形。但塑性变形一般很小,故可认为岩石材料的破坏属脆性破坏(4分)。5、简述地下3000m以内浅层地壳地应力变化规律?答:(1)地应力场整体分布规律(2分):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地应力场是一个相对稳定的非稳定应力场。(2)垂直应力分布规律(1分):在深度为25~2700m的范围内,σv呈线性增长,大致相当于按平均容重计算出来的重力γH。(3)水平应力分布规律(3分):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特征;③水平应力随深度增加呈线性增长关系;(3)水平应力与垂直应力的关系(2分):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。6、简述在进行工程岩体分类时一般应考虑哪几个方面?从工程观点来看,起主导和控制作用的影响岩体工程性质的因素有以下几方面:(1)岩石材料的质量(1分);(2)岩体的完整性,目前在岩体分类中能定量地反映结构面影响因素的方法有两种,①结构面特征的统计结果;②岩体的弹性波(主要为纵波)的速度(2分)。(3)水的影响(1分)(4)地应力(1分)(5)某些综合因素;在工程岩体分类中,一是应用隧硐的自稳时间或塌落量来反映工程的稳定性;二是应用巷道顶面的下沉位移量来反映工程的稳定性(3分)。7、从曲线形态上看,岩石的典型蠕变曲线可分为4个阶段,试简述各个阶段的形成原因及特点?答:从曲线形态上看,可以将岩石蠕变过程分为四个阶段,即瞬时变形(阶段)、第一蠕变阶段、第二蠕变阶段及第三蠕变阶段等。①瞬时变形:瞬时变形是指荷载一加上即发生的瞬时弹性变形,这是由于岩石中先存微裂隙闭合引起的。(2分)②第一蠕变阶段:此阶段岩石应变ε随时间t增长而增加,但其应变速率dε/dt逐渐降低并趋于稳定,蠕变曲线呈下凹型;(2分)③第二蠕变阶段:此阶段应变ε随时间t增长而近于等速增加,应变速率dε/dt基本保持为常数,蠕变曲线近似呈直线变化(应变与时间的关系近似呈直线关系)。(2分)④第三蠕变阶段:此阶段应变ε随时间t增加而加速增长;应变速率dε/dt剧烈增加,蠕变曲线呈上凹型,经过短暂时间后试件将发生破坏。(2分)8、简述莫尔强度准则的基本思想、优缺点及适用条件?答:这种强度理论认为,当材料某一面上剪应力超过其所能承受的极限剪应力τ值时,材料便破坏;而这种极限剪应力τ值又是作用于该面上法向应力σ的函数,即有τ=f(σ)。(2分)首先采用莫尔应力圆表示一点的应力状态,然后将莫尔应力圆与强度曲线联系起来,建立莫尔强度准则(2分)。这种强度理论较全面地反映了岩石的强度特性,既适用于塑性岩石,也适用于脆性岩石的剪切破坏(1分),此外还体现了岩石抗拉强度远小于抗压强度的性质,且能够解释岩石在三向等拉条件下会被破坏,而在三向等压时将不破坏。莫尔强度理论一直被广泛应用(2分)。然而,莫尔强度理论的最大不足是没有考虑中间应力σ2对强度的影响(1分)。9、简述在单轴压缩荷载作用时岩石试件的端面约束效应产生的原因、岩石试件破坏的形式和如何减少端面约束效应?答:在荷载作用下,岩石试件的破坏形态是表现岩石破坏机理的重要特征,不仅反映了岩石受力过程中的应力分布状态,同时,还反映了不同试验条件对岩石强度的影响(1分)。根据大量试验观察,岩石在单轴压缩载荷作用下主要表现出如下两种破坏形式。①圆锥形破坏由于试件两端面与试验机承压板之间摩擦力较大,使试件端面部分形成了一个“箍”的作用(又称端面效应),致使试件的端面形成压应力的三角型区域;而这个“箍”的作用随远离承压板而减弱,即在试件其他区域内表现为拉应力。在无侧限的条件下,由于侧向的部分岩石可自由地向外变形、剥离,最终形成圆锥形破坏的形态(3分)。②柱状劈裂破坏若采用有效方法(如在试件端部涂黄油、在试件端面和承压板间垫云母片等)消除岩石试件两端面与试验机承压板间的摩擦力,则试件在破坏时主要出现平行于试件轴线的垂直裂隙,使试件丧失了抵抗外力的能力。柱状破裂破坏是岩石在单轴压缩应力作用下自身所具有的破坏特征(4分)。四、计算题(每题12分,共计36分)1、根据Maxwell(马克斯韦尔)模型推导反映岩石应力松弛的特征方程。答:Maxwell模型将弹簧和缓冲器进行串联得到的模型。以1,1表示弹簧的应力和应变,2,2表示缓冲器的应力和应变,,表示模型的总应力和总应变。由模型可知,当外力作用于模型的两端,由于是两个基本模型的串联,因此,作用于基本模型两端的力是相同的,而模型两端的总应变为弹簧的应变和缓冲器的应变之和,则有关系如下。21(式1);21(式2);dtdEdtd(式3)dtd(式4)(每写对一个得1分,共4分)将式2两边对时间t求导,并将式3、式4带入,可得Maxwell模型的状态方程dtdEdtd1(式5)(3分)在式5中以=常数=0代入,得到松弛方程01dtdE(2分)给定初始条件:在t=0时的应力为00E。求解上式有tEexp0(3分)该式表征了Maxwell模型的应力松弛特征。2、对一直径为5cm、高度10cm的岩石试样进行单轴压缩试验,当压力达到235KN时,该岩石破坏,破坏面与水平面夹角为60°,假设抗剪强度满足莫尔库伦准则,试计算:①岩石的单轴抗压强度;②破坏面上的正应力和剪切应力;③岩石的内摩擦角和黏聚力。答:(1)抗压强度:3c2222351012043.145104PPRMPaAD(3分)(2)最大主应力120Mpa,最小主应力为0,破坏面与水平面夹角为60°,因此有1313+-120+0120=+cos2=+cos120=60M2222pa13120sin2sin12052M22pa(5分)(3)根据莫尔—库仑准则:°°45+=602,得°=30根据几何关系可得内聚力:如图所示°°1313c=cot30-tan30=25.4Mpa22(4分)3、当岩体中存在结构面时,试证明只有当结构面倾角(结构面与水平面间
本文标题:2017年山东科技大学研究生入学考试804岩体力学考研真题
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