岩体力记忆板块(背)

1《岩体力学基础》习题20121解释下例名词术语节理粗糙度系数JRC：表示结构面起伏和粗糙程度的指标，随结构面粗糙度增大，内摩擦角增加。通常用纵剖面仪测出结构面剖面与标准剖面对比来获得。岩体结构：岩体中结构面与结构体的排列组合特征。岩石质量指标RQD：大于10cm的岩芯累计长度与钻孔进尺长度之比的百分数。岩石的饱水率：岩石试件在150个大气压或真空条件下吸入水的质量与岩样干质量之比。岩石的软化系数：岩石软化系数KR定义为岩石试件的饱和抗压强度与干抗压强度的比值。岩石的抗冻系数：岩石试件经反复冻融后的干抗压强度与冻融前干抗压强度之比。倾斜板剪切试验：将立方体试件，置于可变角度的倾斜板剪切夹具中，然后在压力机上加压直至试件沿预定的剪切面破坏从而求出岩石抗剪强度的一种试验方法。端部效应：试件试验时端面条件对岩块强度的影响，其产生原因一般认为是由于试件端面与压力机板间的磨擦作用，改变了试件内部的应力分布和破坏方式，进而影响岩块的强度。全过程曲线：反映单轴压缩岩石试件在破裂前后全过程的应力应变关系的曲线。塑性滞环：岩石在循环荷载条件下，每次加荷，卸荷曲线都不重合，且围成一环形面积，即塑性滞环。岩石的流变性：岩石的变形和应力受时间因素的影响，在外部条件不变的情况下，岩石的变形或应力随时间而变化的现象叫流变。蠕变：岩石在恒定的荷载作用下，变形随时间逐渐增大的性质。长期强度：把出现加速蠕变的最低应力值称为长期强度。强度理论：对岩石破坏的原因、过程及条件的系统化论述。破坏判据(强度准则)：用以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，称为破坏判据。莫尔强度理论：指材料在极限状态下，剪切面上的剪应力达到抗剪强度而破坏，而抗剪强度是与剪切面上得正应力有关得。格里菲斯强度理论：实际的固体在结构构造上既不是绝对均匀的，也不是绝对连续的，其内部包含有大量的微裂纹和微孔洞，这种固体在外力作用下，即使作用的平均应力不大，但由于微裂纹或微孔洞边缘上的应力集中，很可能在边缘局部产生很大的拉应力，当这种拉应力达到或超过强度时，微裂纹便开始扩展，当许多这种的微裂纹扩展、迁就、联合时，最后使固体沿某一个或若干个平面或曲面形成宏观破裂。动弹模：岩体在动荷载作用下所表现出来的弹性模量。天然应力：人类工程活动之前存在于岩体中的应力，称为天然应力或地应力。.重分布应力：开挖破坏了岩体天然应力的相对平衡状态，使岩体中的应力产生重分布，这时的应力称为重分布应力。爬坡角：剪切时结构面法向位移轨迹与水平线的夹角。即uvad1tan，Δv为垂直位移分量，Δu为水平位移分量。围岩：在岩体中开挖洞室，引起洞室围岩体中应力的重分布，应力重分布范围内的岩体叫做围岩。围岩压力：是指围岩作用在支护上的力。塑性圈(松动圈)：如重分布应力超过围岩强度极限或屈服极限，造成洞室周边的非弹性位移，这种现象从周边向岩体深处扩展到某一范围，在此范围内的岩体称为塑性圈(松动圈)。4、结构面：其是指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度、2厚度相对较小的地质面或带。它包括物质分异面和不连续面，如层面、不整合、节理面、断层、片理面等，国内外一些文献中又称为不连续面或节理。17、岩石的渗透系数：渗透系数是表征岩石透水性的重要指标，其在数值上等于水力梯度为1时的渗透流速。1、岩石的强度：岩石在达到破坏前所能承受的最大应力。2、岩石的抗压强度：在单向压缩条件下，岩块能承受的最大压应力，也叫单轴极限抗压强度。6、岩石的抗剪强度：在剪切荷载作用下，岩块抵抗剪切破坏的最大剪应力。9、岩石的记忆：每次卸载后再加载到原来的应力后继续增加荷载，即逐级循环加载，则新的加载曲线段将沿着卸载前的加载曲线方向上升的形象。6、剪切破坏：岩石在荷载作用下，当剪应力大于该面上的抗剪强度时，岩石发生的破坏称为剪切破坏。2简答题1、从工程的观点看，岩体力学的研究内容有哪几个方面？答：从工程观点出发，大致可归纳如下几方面的内容：1）岩块、岩体的地质特征的研究。2）岩石的物理、水理与热学性质的研究。3）岩石的基本力学性质的研究。4）结构面力学性质的研究。5）岩体力学性质的研究。6）岩体中天然应力分布规律及其量测的理论与方法的研究。7）边坡岩体、地基岩体及地下洞室围岩等工程岩体的稳定性研究。8）岩体性质的改善与加固技术的研究，包括岩体性质、结构的改善与加固，地质环境（地下水、地应力等）的改良。9）各种新技术、新方法与新理论在岩体力学中的应用研究。10）工程岩体的模型、模拟试验及原位监测技术的研究。2、岩体力学通常采用的研究方法有哪些？1）工程地质研究法。目的是研究岩块和岩体的地质与结构性，为岩体力学的进一步研究提供地质模型和地质资料。2）试验法。其目的主要是为岩体变形和稳定性分析提供必要的物理力学参数。3）数学力学分析法。通过建立岩体模型和利用适当的分析方法，预测岩体在各种力场作用下变形与稳定性。4）综合分析法。这是岩体力学研究中极其重要的工作方法。由于岩体力学中每一环节都是多因素的，且信息量大，因此，必须采用多种方法考虑各种因素进行综合分析和综合评价才能得出符合实际的正确结论，综合分析是现阶段最常用的方法。3、在我国，通常将结构面分为哪几级？在工程中主要涉及到哪几级？.按结构面延伸长度、切割深度、破碎带宽度及其力学效应，可将结构面分为如下5级：I级：指大断层或区域性断层，一般延伸约数十公里以上，破碎带宽约数米至数十米及几百米以上。II级：指延伸长而宽度不大的区域性地质界面，如较大的断层、层间错动、不整合面及原生软弱夹层等。其规模贯穿整个工程岩体，长度一般数百米至数千米，破碎带宽数十厘米至数米III级：指长度数十米或数百米的断层、区域性、延伸较好的层面及层间错动等。宽度一3般数厘米至1m左右。IV级：指延伸较差的节理、层面、次生、小断层及较发育的片理、劈理面等。长度一般数十厘米至20到30m，小者仅数厘米至十几厘米，宽度为零至数厘米不等。V级:又称微结构面，指隐节理、微层面及不发育的片理、劈理等，其规模小，连续性差。在工程中主要涉及到III级、IV级。4、在我国，通常将岩体结构分为哪几类？.将岩体结构划分为5大类，即：整体状结构、块状结构、层状结构、碎裂状结构、散体状结构。5、通常用哪些指标评价岩体的风化程度？答：岩石的风化程度可通过定性指标和某些定量指标来表述，定性指标主要有：颜色、矿物蚀变程度、破碎程度及开挖锤击技术特征等。定量指标主要有风化空隙率指标和波速指标等。国标《岩土工程勘察规范》中提出用风化岩块的纵波速度、波速比和风化系数等指标来评价岩块的风化程度。12、请描述岩石单轴抗压强度试验的制样、试验、资料整理的过程和计算方法。答：准备至少6个取自同一地点的试件，试件用圆柱形，试件的断面尺寸，圆柱形试件尺寸直径一般D=5cm，试件的高度h=(2~2.5)D，试件端面应当平整光滑，两端面应平行。试验前用游标卡尺在试件不同高度位置和不同直径方向仔细测量试件直径，取平均直径作为计算直径。将试件两端抹上黄油后置于有球星压头的试验机上，试验时以每秒0.5~0.8MPa的加荷速率加荷，直到试件破坏，按σc=P/A计算抗压强度。式中：σc：岩石单轴抗压强度。P：岩石试件破坏时的荷载。A：试件的横断面面积。重复进行6次，取强度平均值。14、图示单轴压缩条件下岩石变形的全过程曲线，说明各特征点的位置和意义，简述岩石变形各阶段及其机制。.ⅠεⅡA扩容oⅠσεdⅢ压缩AεεDⅡBBCvCⅣⅢL答：单轴压缩条件下岩石变形的全过程曲线如上图所示：（Ⅰ）孔隙裂隙压密阶段（OA），试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合，岩石被压密，形成早期的非线性变形。（Ⅱ）弹性变形至微破裂稳定发展阶段（AC段），据其变形机理又可细分弹性变形阶段（AB段）和微破裂稳定发展阶段（BC段），弹性变形阶段不仅变形随应力成比例增加，而且在很大程度上表现为可恢复的弹性变形，B点的应力可称为弹性极限。微破裂稳定发展阶段的变形主要表现为塑性变形，试件内开始出现新的微破裂，并随应力增强而逐渐发展，当荷载保持不变时，微破裂也停止发展，这一阶段的上界应力（C点应力）称为屈服极限。（Ⅲ）非稳定破裂发展阶段（CD）。由于破裂过程中造成的应力集中效应显著，即使外荷载保持不变，破裂仍会不断发展，并在某些薄弱部位首先破坏，应力重新分布，其结果又引起次薄弱部位的破坏，依次进行下去直到试件完全破坏。（Ⅳ）破坏后阶段（D点以后阶段）：岩块承载力达到峰值后，其内部结构完全破坏，4但试件仍基本保持整体状，到本阶段，裂隙快速发展，交叉且相互联合并形成宏观断裂面，此后，岩块变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移，试件承载力随变形增大迅速下降，但并不降到零，说明破裂的岩石仍有一定的承载能力。15、图示岩石蠕变曲线，简述各阶段的力学特征。.答：UTεR0oBAQPεⅠⅡtεpVCDⅢ（I）初始蠕变阶段（AB段）或称减速蠕变阶段，本阶段内，曲线呈下凹型，特点是应变最初随时间增大较快，但其应变率随时间迅速递减，到点达到最小值。（II）等速蠕变阶段（BC段）或称稳定蠕变阶段，本阶段内，曲线呈近似直线，即应变随时间近似等速增加，直到C点。（III）加速蠕变阶段（CD段）：至本阶段蠕变加速发展至岩块破坏（D点）。16、分别图示马克斯威尔(Maxwell)模型和开尔文(Kelvin)模型。答：模型示意图σ*εσ1*ε1EKelvin模型示意图σ*εσ2*ε2ησ*εη*σ2*ε2E*σ1*ε1σ*ε17、帕顿(Patton)公式的理论意义是什么？答：帕顿公式的理论意义是提出了剪胀效应，即结构面起伏度的存在可增大结构面的磨擦角，即由b增大至ib，这种效应与剪切过程中向上滑动引起的垂向位移有关。18、巴顿(Barton)公式是怎样建立起来的？公式中各项的意义是什么？答：巴顿对8种不同粗糙起伏的结构面进行了试验研究，提出了剪胀角的概念并用以代替起伏角，剪胀角的定义为剪切时结构面法向位移的轨迹线与水平线的夹角，即：uvad1tan。通过大量试验，得出的不规则粗糙起伏结构面的抗剪强度的统计关系为：)lgtan(bnJCSJRC式中：JRC是节理粗糙度系数。JCS是节理抗壁压强度。b为基本磨擦角。19、Hoek-Brown的经验方程是什么？各参数的意义是什么？答：其经验方程为：2331ccsm。式中：σ1、σ3为破坏主应力，σc为岩块的单轴抗压强度。m、s为与岩性及结构面情况5有关的常数，可查表求得。20、岩体中的天然应力是哪些因素引起的？答：1）岩石的自重；2）构造应力及地震；3）岩浆活动及放射性蜕变产生的地热引起的温度应力4）地下水动静压力。21、天然应力的分布特征是什么？.答：1）地壳中的主应力为压应力，方向基本上是铅垂和水平的。2）垂直应力随深度线性增的。3）水平应力分布比较复杂。a、水平应力在地表面上水平应力从大到小递减，在地表深处仍是线性增的。b、在许多地方在地表附近，水平应力大于垂直应力。c在多数情况，两个方向的水平应力是不相等的。22、边坡中的应力分布有何特征？答：（1）无论在什么样的天然应力场下，边坡面附近的主应力迹线均明显偏转，表现为最大主应力与坡面近于平行，最小主应力与坡面近于正交，向坡体内渐渐恢复初始应力状态；（2）在坡脚附近，形成剪应力集中带，在坡顶可产生拉应力带，当应力超过边坡岩体强度时，可产生坡脚滑动破坏和坡顶的拉张破坏；（3）在非直线坡的情形下，变坡点可形成第二应力异常区。当坡形上缓下陡时，该异常区为拉张区，当坡形下缓上陡时，该异常区为剪切区；（4）对阶梯形边坡，在台阶附近为应力异常复杂区。台阶前端为拉张区，台阶后部为剪切区。当台阶宽度较小时，形成复杂的张剪区，对边坡安全有较大影响。23、常见的边坡破坏类形有哪些？答：（1）平面滑动破坏；（2）楔形状滑动破坏；（3）圆弧形滑动破坏；（4）倾倒破坏；25、在静水压力状态下，围岩应力的分布有何特征？答：天然应力为静水压力状态时，围岩内重分布应力与θ角无关，仅与洞半径