2011西安科技大学岩体力学参考答案

2011年考研试题参考答案一、名词解释（每题3分，共30分）1.岩石力学：主要研究岩石和岩体力学性能的一门学科，是探讨岩石和岩体在其周围物理环境（力场、温度场、地下水场等）发生变化后，作出响应的一门力学分支。2.饱和吸水率：岩石在强制状态下，岩石吸入水分的质量与岩样烘干质量的比值。3.岩石的孔隙率—指孔隙的体积与试件总体积的比值。4．弹性后效：指的是材料在弹性范围内受某一不变载荷作用，其弹性变形随时间缓缓增长的现象。在去除载荷后，不能立即恢复而需要经过一段足够时间之后才能逐渐恢复原状。5.岩石的水理性——岩石在水溶液作用下表现出来的性质，称为水理性质。其主要包括吸水性、透水性、溶蚀性、软化性和抗冻性等。6.软化系数：岩石饱水状态的抗压强度与其干燥状态的抗压强度的比值。7.岩石扩容：指岩石在外力的作用下，发生非线性的体积膨胀，且这一体积膨胀是不可逆的，岩石的这种现象，称为岩石扩容。8.应力松弛：物体变形保持一定，内部应力随时间增长而逐渐减小的现象。9.崩解性质：岩石与水相互作用时失去粘结性，并变成完全丧失强度的松散物质的性能。10.屈服应力：指岩石从弹性变为塑性的转折点处所对应的应力（或岩石在受到外力的作用下，达到应力极限时，表现出外力增速缓慢，而应变速率增大的情况，）此时的应力称为屈服应力。。二、填空题（每题3分，共30分）1.众所周知，岩石力学理论的指导是采矿的重要基础。主要表现在采矿活动过程中的开挖，能够改变地下岩石原始物理环境的应力场，对这种“人-地”活动变化规律，需要应用专门为此目的而发展起来的岩石力学分析方法来解决。2.岩石是由固体、液体和气体组成的，因此，岩石的物理性质是指在岩石中三相组分的相对含量不同所表现出的物理性态，其中与工程性质密切相关的基本物理性质有岩石的密度和岩石的孔隙性。3.岩石的变形性质按卸荷后变形是否可以恢复的现象可以划分为弹性变形和塑性变形两类情况。4.岩石的破坏是指岩石材料的应力超过了岩石的极限或者应变超过了岩石的使用限制。5.在低围压真三轴试验条件下，岩石的破坏可以分为三类，剪切破坏、拉断破坏和拉裂破坏。6.岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能够承受的最大压应力才能称为岩石的单轴抗压强度。试验中，由于没有侧向压力，因此试件变形没有受到限制，破坏形式会发生X状共轭斜面剪切破坏，这时破坏面法线与荷载轴线的夹角等于45°+φ∕2。7.结构体（岩石）和结构面是岩体的基本组成部分，在某些情况下，结构体对岩体的力学性质和力学作用具有控制作用；但在硬岩中，主要是结构面的力学性质确定了岩体的力学性质。8.“奥地利学派”理论对岩石工程的最重要贡献是提出了“研究岩石工程围岩的稳定性必须了解原岩应力的力学强度变化和开挖后岩体的力学强度变化”以及“节理裂隙对岩体工程的影响”。9.岩体的初始应力一般地是由自重应力、构造应力以及两者引起的附加应力构成。10.对于常见的岩石而言，当围压一定时，随着温度的升高，岩石的延性增大，并出现屈服点降低现象，同时其强度降低。三、选择题（可多选，每题4分，共20分）1.下列哪些试验可以用来测定岩体的粘弹性常数，它们是（A、C、D）A.室内长期的单轴压缩试验；B.室内的抗剪强度试验；C.现场钻孔膨胀计试验；D.现场承压板试验。2.某工程在页岩中开挖隧道，在开挖完成以后很长时间内，预先埋设于支护结构和衬砌中的压力传感器显示，支护结构和衬砌中的压力一直在不断变化，这主要是由于（D）的结果。A：岩石弹性变形；B：围岩塑性变形；C：围岩弹塑性变形；D：围岩蠕变。3.在只考虑自重应力的情况下，赋存在600m深处原岩体内一点的垂直应力与侧向应力比值为（A、D），设上部岩层的平均容重为24.5kN/m3,泊松比为μ=0.2。A:14.7：3.7；B:14.7：14.7；C:1；D:4；4.岩石蠕变变形包括（A、B、C、D）等三个阶段。A：瞬时的弹性变形；B：初始蠕变变形；C：等速蠕变变形；D：加速蠕变变形。5.对于粗糙起伏无充填的规则锯齿状结构面，当所受正压力较大时，结构面的抗剪强度公式为（A、D）。（注：锯齿起坡角为i）A.τ=σntan(i+φb)；B.τ=σntan(i+φb)+C；C.τ=σntanφb；D.τ=σntanφb+C；四、简答题（共25分，其中2、3小题选做一题）1.试论述地应力对岩体力学性质的影响。（12分）地应力具有双重性，一方面他是岩体的赋存条件，另一方面又赋存于岩体内，和岩体的成分一样左右着岩体的特性，是岩体力学性质的组成成分。其地应力对岩体力学性质的影响，主要表现在以下三个方面：（1）地应力影响岩体的承载力。对赋存于一定地质环境中的岩体来说，地应力对岩体产生的围压越大，其承载能力越大，即所谓的围岩效应；（2）地应力影响并改变岩体的变形和破坏机理。岩体力学性质试验结果表明，许多在低围压下呈脆性破坏的岩石在高围压下呈塑性变形。（3）地应力影响岩体中的应力传播法则。严格来说，岩体是非连续介质，但由于结构体间存在摩擦作用，赋存于高地应力地区的岩体，在地应力围压的作用下则变为具有连续介质特性的岩体。即地应力可使不连续的岩体转换为连续的介质。2.现代围岩稳定性分析的主要方法有哪些，各有什么优缺点？（13分）地下工程的稳定性决定于围岩的稳定性；围岩稳定性是地下工程在使用期间的安全和有效利用其保障作用，为此，围岩稳定性分析就显得十分重要。现代围岩稳定性分析的主要方法有：岩体稳定性分析是根据岩体的工程地质特性和各种力系（自然的、工程的）的作用，对一定时空条件下岩体的稳定性的分析评价，如边坡岩体稳定性、坝基岩体稳定性、地下硐室岩体稳定性等等。岩体稳定性分析是研究岩体发生失稳的条件及变形破坏的规律，考虑工程的类型和特点，为岩体的利用和改造提供依据。岩体稳定性分析方法有：①地质分析法，包括工程地质比拟法、工程地质力学分析法；②岩体图解法，包括赤平图解法、工程图解法、坐标投影法；③力学计算法，包括极限平衡计算法、有限单元分析法及其他数值模拟计算等；④模拟试验法，包括相似材料模型分析和光弹材料模型分析等。3.简述岩石的三轴试验与单轴试验得到的（τ，σ）关系异同点。（13分）五、分析题（共25分，其中2、3小题选做一题）1.简要分析采矿工程中岩石力学的作用与意义。（10分）岩体力学与岩体工程有着紧密的联系，它是近代所形成的一门基础学科和边缘学科，具有广泛的应用性和实用性，尤其在采矿工程中，采矿工程无论井工还是露天开采，都离不开岩体力学，如：①采矿工程的各类井巷及硐室均处于各类岩体中，其稳定与安全都与能否正确应用岩体力学的基本原理相关；②采矿工程中各类井巷与硐室围岩崩塌与否、矿山地表塌陷和开裂状态均与岩体结构及物理力学性质相关。③采矿工程的各种地下构筑物，只要求在生产期间能否维持平衡状态不影响地表安全也与岩体结构及物理力学性质相关。④采煤工作面不断移动变化，因而采矿工程岩石力学具有复杂性的特点，⑤采煤工作面不断移动变化，因而采矿工作面所受地应力的大小也离不开岩石力学的性质、结构及特点。⑥采矿工程支护主要是保证生产期间稳定性，各种支护材料、支护结构及形状等的选择与确定也与岩体的性质相关由此可见，岩石力学在采矿工程中具有重要作用与意义，学习岩体力学可使采矿工程有盲目生产转向科学管理。2.根据岩石全应力应变曲线，预测岩爆发生的条件。（15分）岩石全应力应变曲线达到峰值后，岩石内储存的弹性变形能集中释放将使岩石发生破裂，岩石内储存的弹性变形能即峰后的CD曲线，以CD为界限，将其分为A、B两块面积，A块表示岩石变形过程中储存的弹性变形能，B块表示岩石岩石破坏时所释放的应变能。当AB时，说明岩石发生破坏过程中未能消耗完所聚集的应变能，此时将要发生岩爆。当AB,岩石内的应变能在岩石破坏时全部消耗完，所以不发生岩爆。3.已知一种岩石的三轴压缩试验的3组实验结果，（σ，τ）分别记录为：（-1,0）、（0,2）、（1,4）。试根据实验测定的结果，确定本岩石的莫尔强度包络线的形式。（15分）先建立由σ做横坐标，τ为纵坐标组成的直角坐标系，然后将3组σ、τ值代入由σ、τ组成的直角坐标中，所得曲线为直线。六、将一个岩石试件进行单轴压缩试验，当压应力达到68Mpa时即发生破坏，破坏面与最大主应力平面的夹角（即破坏所在面与水平面的仰角）为60°，内聚力为3Mpa假定抗剪强度随正应力呈线性变化（即遵循莫尔-库伦破坏准则），试计算：（20分）（1）内摩擦角；θ=60°=π/4+φ/2则φ=90°-60=30°（2）在正应力等于零的那个面上的抗剪强度。∵C=3Mpaσ=0；∴τ=C+σtanφ=C=3Mpa.（σ=0）（3）与最大主应力面成30°夹角的那个平面上的抗剪强度。σ=(σ1+σ3)∕2+[(σ1-σ3)∕2]cos2θ=σ1∕2+[σ1∕2]cos2θ=34+34/2=51Mpa；τ=C+σtanφ=34.7+51×tan30°=3+51×0.577=3＋51.93=29.4Mpa