《岩石力学》习题库及详细答案

1练习题一、名词解释：1、各向异性：岩石的全部或部分物理、力学性质随方向不同而表现出差异的性质。2、软化系数：饱水岩样抗压强度与自然风干岩样抗压强度的比值。3、初始碎胀系数：破碎后样自然堆积体积与原体积之比。4、岩体裂隙度K：取样线上单位长度上的节理数。5、本构方程：描述岩石应力与应变及其与应力速率、应变速率之间关系的方程（物理方程）。6、平面应力问题：某一方向应力为0。（受力体在几何上为等厚薄板，如薄板梁、砂轮等）1．平面应变问题：受力体呈等截面柱体，受力后仅两个方向有应变，此类问题在弹性力学中称为平面应变问题。2．给定载荷：巷道围岩相对孤立，支架仅承受孤立围岩的载荷。3．长时强度：作用时间为无限大时的强度（最低值）。4．扩容现象：岩石破坏前，因微裂隙产生及内部小块体相对滑移，导致体积扩大的现象5．支承压力：回采空间周围煤岩体内应力增高区的切向应力。1．平面应力问题：受力体呈等厚薄板状，所受应力为平面应力，在弹性力学中称为平面应力问题。2．给定变形：围岩与母体岩层存在力学联系，支架承受围岩变形而产生的压力，这种工作方式称为给定变形。3．准岩体强度：考虑裂隙发育程度，经过修正后的岩石强度称为准岩体强度。4．剪胀现象：岩石受力破坏后，内部断裂岩块之间相互错动增加内部空间在宏观上表现体积增大现象。5．滞环：岩石属滞弹性体，加卸载曲线围成的环状图形，其面积大小表示因内摩擦等原因消耗的能量。1、岩石的视密度：单位体积岩石（包括空隙）的质量。2、扩容现象：岩石破坏前，因微裂隙产生及内部小块体相对滑移，导致体积扩大的现象。3、岩体切割度Xe：岩体被裂隙割裂分离的程度：4、弹性后效：停止加、卸载，应变需经一段时间达到应有值的现象。5、粘弹性：岩石在发生的弹性变形具有滞后性，变形可缓慢恢复。6、软岩（地质定义）：单轴抗压强度小于25MPa的松散、破碎、软弱及风化膨胀类岩石。1.砂土液化：饱水砂土在地震、动力荷载或其它物理作用下，受到强烈振动而丧失抗剪强度，使砂粒处于悬浮状态，致使地基失效的作用或现象。2.混合溶蚀效应：不同成分或不同温度的水混合后，其溶蚀能力有所增强的效应。3.卓越周期：地震波在地层中传播时，经过各种不同性质的界面时，由于多次反射、折射，将出现不同周期的地震波，而土体对于不同的地震波有选择放大的作用，某种岩土体总是对某种周期的波选择放大得突出、明显，这种被选择放大的波的周期即称为该岩土体的卓越周期。4.工程地质问题：工程建筑物与工程地质条件之间所存在的矛盾或问题。5.工程地质条件：与工程建筑有关的地质要素的综合，包括：地形地貌、岩土类型及其工程性质、地质结构、水文地质、物理地质现象和天然建筑材料六个方面。6.滑坡：斜坡岩土体在重力等因素作用下，依附滑动面（带）产生的向坡外以水平运动为主的运动或现象。7.振动液化：饱水砂、粉砂土在振动力的作用下，抗剪强度丧失的现象。8.卓越周期：岩土体对不同周期的地震波有选择放大作用，某种岩土体总是以某种周期的波选择放大得尤为明显而突出，这种周期即为该岩土体的卓越周期。卓越周期的实质是波的共振。9.混合溶蚀效应：不同成分或不同温度的水混合后，其溶蚀性有所增强，这种增强的溶蚀效应叫做混合溶蚀效应。10.基本烈度：指在今后一定时间（一般按100年考虑）和一定地区范围内一般场地条件下可能遇到的最大烈度。它是由地震部门根据历史地震资料及地区地震地质条件等的综合分析给定的，对一个地区地震危险性作出的概略估计，作为工程抗震的一般依据。11.活断层：是指目前正在活动着的断层，或是近期曾有过活动而不久的将来可能会重新活动的断层。12.水库诱发地震：是指由于人类修建水库工程，水库蓄水所引起的地震活动，称为水库诱发地震。13.崩塌：斜坡岩土体中被陡倾的张性破裂面分割的块体，突然脱离母体并以垂直运动为主，翻滚跳跃而下，这种现象或运动称为崩塌。二、填空题：21、矿物、结构、构造是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素。2、已知岩石的孔隙率为5%，则其孔隙比为0.053。3、岩石在不同的应力作用下，其极限强度的大小满足抗剪强度抗拉强度。4、岩石形成各向异性的原因是岩石物质成分、结构具有方向性，节理、结构面、层面具有方向性。5、岩石蠕变的类型分为稳定蠕变和不稳定蠕变两种。6、马克斯维尔（M）体描述具有瞬时弹性变形、等速蠕变和松弛性质的不稳定蠕变，其结构组成为M=H—N（或元件图）。7、岩石抗冻系数为岩样在正负25℃之间反复冻融，其抗压强度降低值与未冻融前抗压强度的百分比。8、塑性区围岩具有弹塑性位移，位移仅与应力偏量有关，与静水压力无关。9、目前维护井下巷道围岩稳定，主要从两个方面入手:增强围岩强度、降低围岩应力。10、从支护原理上分析，普通支护为被动支护，锚喷支护为主动支护。11、锚杆支护设计时一般先确定锚固力，然后确定拉断力，再确定锚杆杆径。1.开尔文（K）体描述有弹性后效的稳定蠕变，其结构组成为K=H|N（或元件图）。2.莫尔认为无论岩石处于何种应力状态，破坏均为剪切破坏。3.依据回采空间是否移动，分为移动支承压力、固定支承压力。4.一般讲，岩体强度介于岩石强度与结构面（弱面）强度之间。5.ISRM建议：加载速率为0.5—1.0MPa/s；破坏时间一般为5—10分钟。6.岩石破坏后所具有的残余强度是指破裂岩块之间因相互错动摩擦产生的摩擦阻力。7.一般以高于（低于）原岩应力5%为界，划分集中应力影响范围。1．描述不稳定蠕变的马克斯维尔（M）体结构组成为M=H—N（或元件图）。2．矿物、结构、构造是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素。3．岩体由岩块、结构面组成。4．格里菲斯认为不论岩石受力状态如何，最终在本质上都是拉伸应力引起岩石破坏。5．锚杆的作用原理有悬吊、组合梁、挤压拱、抗剪切等不同解释。6．岩石塑性变形有真塑性和假塑性之说，其中假塑性变形是指岩石内部存在的节理裂隙被压闭合在宏观表现上的变形。7．当侧压系数为1/3时，圆形巷道周边恰恰不产生拉应力。1、已知岩石的孔隙比为0.053，则其孔隙率为5%。2、岩石在不同的应力作用下，其极限强度的大小满足三向抗压强度单轴抗压强度。3、结构面密集程度由裂隙度K与切割度Xe表征。4、岩石的破坏类型分为断裂破坏（劈裂）、流动破坏（剪切）两种。5、典型蠕变曲线分为初始蠕变、定常蠕变、加速蠕变三阶段。6、开尔文（K）体描述有弹性后效的稳定蠕变，其结构组成为K=H|N（或元件图）。7、巷道围岩受地压作用产生的三区分别为塑性区、弹性区、原始应力区。8、弹性区围岩具有弹性或粘弹性位移，位移与岩石弹性性质有关。9、大量实验表明，塑性变形与静水应力无关，只与应力偏量有关，与剪应力有关。10、锚杆施工时要注意两点足够、可靠的锚固力；稳定、完整的岩帮。三、简答题：1、什么是全应力应变曲线？为什么普通材料试验机得不出全应力应变曲线？答：在单轴压缩下，记录岩石试件被压破坏前后变形过程的应力应变曲线。普通材料实验机整体刚度相对较小，对试件施加载荷产生的反作用力将使实验机构件产生较大变形（弹性能储存），当岩石试件被压坏时，试件抗压能力急剧下降，致使实验机弹性变形迅速恢复（弹性能释放）摧毁岩石试件，而得不到岩石破坏后的应力应变曲线。刚性实验机在施加载荷时，自身变形极小，储存的弹性能不足以摧毁岩石试件，因此可以得到岩石破坏后的应力应变曲线。2、简述岩石在三轴压缩下的变形特征。答：E、μ与单轴压缩基本相同；随围压增加——三向抗压强度增加；峰值变形增加；弹性极限增加；岩石由弹脆性向弹塑性、应变硬化转变。33、按结构面成因，结构面通常分为几种类型？答：按成因分类有三种类型：①原生结构面——成岩阶段形成的结构面；②构造结构面——在构造运动作用下形成的结构面；③次生结构面——由于风化、人为因素影响形成的结构面。4、在巷道围岩控制中，可采取哪些措施以改善围岩应力条件？答：选择合理的巷道断面参数（形状、尺寸），避免拉应力区产生（无拉力轴比）；巷道轴线方向与最大主应力方向一致；将巷道布置在减压区（沿空、跨采、卸压）。5、地应力测量方法分哪两类？两类的主要区别在哪里？每类包括哪些主要测量技术？答：分为直接测量法和间接测量法。直接测量法是用测量仪器直接测量和记录各种应力量。间接测量法，不直接测量应力量，而是借助某些传感元件或某些介质，测量和记录岩体中某些与应力有关的物理量的变化，通过其与应力之间存在的对应关系求解应力。直接测量法包括：扁千斤顶法、水压致裂法、刚性包体应力计法和声发射法等。间接测量法包括：套孔应力解除法、局部应力解除法、松弛应变测量法、孔壁崩落测量法、地球物理探测法。1．岩石的塑性和流变性有什么不同?答：塑性指岩石在高应力（超过屈服极限）作用时，产生不可恢复变形的性质。流变性指岩石在任何应力作用下，随时间增长而产生的不可恢复的变形。相同点：均为不可恢复变形；不同点：变形产生的原因、机理不同。2．试叙述构造应力对原岩应力场的影响及其特点。答：影响：加大了水平应力和应力不均衡分布。构造应力特点：1）分布不均，在构造区域附近最大；2）水平应力为主，浅部尤为明显；3）具有明显的方向性；4）坚硬岩层中明显，软岩中不明显；5）3．简述围压对岩石力学性质的影响。围压可改变岩石的力学性状。围压增大致使塑性增大、峰值强度增高、破坏前变形加大。实验时加载速率大，导致弹性摸量大、强度指标高。4．影响巷道围岩稳定的主要因素有哪些？围岩强度、应力集中程度、原始应力大小、巷道支架的支撑力5．采用锚杆支护时如何选择锚杆的杆径？锚杆杆径确定：一般先确定锚固力，然后由拉断力≥锚固力确定拉断力，再确定杆径。1．岩石受载时会产生哪些类型的变形?岩石受载可发生弹性变形、塑性变形和粘性变形。一般岩石呈现粘弹性性质（滞弹性），即应变的产生和恢复滞后于应力变化。2．程岩体比尼奥斯基分类法依据哪些指标对岩体进行分类？依据岩块强度、RQD、节理间距、节理条件、地下水条件五个指标进行分类。3．岩体与岩石相比，其变形性质有何特点？岩体变形与岩石相比E低，峰值强度低，残余强度低，μ高；达到峰值后，岩体呈柔性破坏，并保留一定残余强度；各向异性显著，不同结构面分布呈现不同变形性质。4．试分析支承压力的有利因素与不利因素。有利：压酥煤体，便于落煤，节省能耗。不利：破坏煤体引起片帮，不利顶板管理；破坏顶板，生成采动裂隙，造成顶板破碎不易管理；高应力引起巷道围岩变形严重，维护量大不安全；高应力易引发冲击地压。5．采用锚杆支护时，如何选择锚杆的类型？坚硬、厚层状岩体多选用端头锚固型；松软破碎、裂隙发育岩体多选用全长锚固；为增加锚杆作用效果，锚固经常与喷射混凝土、钢筋网、钢板条带等联合使用。1、在巷道围岩控制中，采用哪些措施可使支护更加合理？答：对于位移明显巷道，采用恒阻—可伸缩支护形式；对于变形量较大的软岩，采用二次支护；支架与围岩要整体接触，使应力均匀传递；加强支护与围岩间的整体性，共同承受载荷作用。2、峰前区应力应变曲线有几种类型，各表示岩石何种性质？4答：峰前区应力应变曲线形态可分为直线型、下凹型、上凹型、S型、平缓型，分别表示了岩石受力作用后呈现的弹性、弹塑性、塑弹性、塑弹塑性和弹粘性性质。3、岩体结构基本类型有哪些？完整结构；块裂结构；板裂结构；碎裂结构；断续结构；散体结构4、结构面的剪切变形、法向变形与结构面的哪些因素有关？剪切变形与岩石强度（C）、结构面粗糙性（JRC）有关；法向变形与结构面抗压强度（JCS）、结构面粗糙性（JRC）、结构面张开度（δ）有关。5、简述水压致裂法主要测量步骤及适用条件。答：（1）打孔到测量应力的部位，将加压段用封隔器密封；（2）向隔离段注入高压水，测得岩体初始开裂压力Pi；（3）把高压水释放后重新加压，测得压力Pr和稳定关闭压力Ps，重复2—3次；（4）将封隔器完全卸压后连同加压管等全部设备从钻孔中取出；（5）测量水压裂隙和钻孔试验段的天然节理、裂隙的位置、方向和大小，做好记录。适用于：完整、脆性岩石。4.简述斜坡中应力分布特点：（1）斜坡周围主应力迹线发生明显偏转：愈接近临空面,最大主应力σ1愈接近平行于临