6.岩体力学思考题(含答案)-(3)

11岩体力学思考题---辅导讲解15个知识点一.判断题(2x10=20分)1、影响岩石蠕变的主要因素有岩性.应力.温度和湿度等。（）。(一)蠕变：指在应力不变的情况下，岩石的变形随时间不断增长的现象。岩石蠕变的类型分为稳定蠕变和不稳定蠕变两种。影响岩石蠕变的因素很多:岩性,荷载,围压,湿度,温度等都对岩石蠕变有影响。岩石蠕变特性大量试验表明：岩石变形＝瞬弹变形+蠕变（与时间有关）1.岩性－针对不同岩石，弹性变形与蠕变对比存在差异2.应力水平影响蠕变量大小，蠕变速率3.蠕变试验得到典型蠕变曲线分为三段：①AB－初期蠕变，蠕变速率ε递减卸载（σ）＝瞬弹PQ+粘弹QR（全部恢复）②BC－恒速蠕变，恒定，（单位时间增加ε相同）＝瞬弹+粘弹UV+不可恢复uv随时间延续变形破坏③CD－加速蠕变－不断增大变形破坏222、在岩石真三轴试验过程中，中间主应力与最小主应力二者相等（）。(二)实验室测定岩石力学性质时,先取岩芯,按标准Φ5x10cm圆柱或5x5x10cm棱柱体，置于高压釜内水平方向加围压，竖向加载。于是有两种三轴压缩试验:σ1常規三轴压缩实验，实验时σ1≠σ2=σ3σ2真三轴压缩实验，实验时σ1σ2σ3σ3σ13、岩块的变形模量和泊松比受岩石矿物组成.结构构造.风化程度.空隙性.含水率.微结构面及其与荷载方向的关系等多种因素的影响。（）。(三)岩石变形——指多种地质力学环境因素（如河谷下切、地应力释放、工程开挖等）和工程荷载（如水库蓄水、隧洞充水的水荷载）共同作用岩石形状与大小发生变化。主要变形指标是变形模量和泊松比,由于岩石是非连续,非均勻，各向异性的弹塑性体,变形指标不是常量,因矿物组分.结构与构造.围压,孔隙度.含水量,产地等不同，变形模量和泊松比也各有差异。4、莫尔强度理论实质上是一种拉应力强度理论,不适用于塑性岩石。（）。(四)莫尔认为无论岩石处于何种应力状态，破坏均为剪切破坏。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。分析库仑、莫尔、格里菲斯强度理论的基本观点并给予评价。答：库仑认为：岩石破坏为剪切破坏；岩石抵抗剪切破坏的能力由两部分组成：内聚力、内摩擦力。库仑强度理论是莫尔强度理论的直线形式。莫尔认为：无论岩石处于何种应力状态，破坏均为剪切破坏；破坏时，剪切面上33所需的剪应力不仅与岩石性质有关，而且与作用在剪切面上的正应力有关。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。评价：莫尔理论较好解释了岩石抗拉强度远远低于抗压强度特征，解释了三向等拉时破坏，三向等压时不破坏现象，但忽视了中间应力的作用。格式理论推导岩石抗压强度为抗拉强度的8倍，反映了岩石的真实情况，较好证明了岩石在任何应力状态下都是由于拉伸引起破坏，但对裂隙被压闭合抗剪强度增高解释不够。莫尔理论适用于塑性岩石，及脆性岩石的剪切破坏；不适用于拉断破坏。格式理论适用于脆性岩石及材料破坏。5、岩块的抗拉強度一般远大于其抗压強度。（）常识。混凝土抗拉強度只是抗压強度的1/10~1/18。6、岩块的单轴抗拉强度是选择建筑石材不可缺少的参数。（）7、在相同条件下，圆形截面岩块试件的抗压强度一般要高于多边形截面试件的抗压強度。（）8、在相同条件下，岩块试件的尺寸越大，岩块的抗压強度越大。（）(五)尺寸效应：岩石试件的尺寸愈大，则强度愈低，反之愈高，这一现象称为“尺寸效应”。形状效应：在岩石试验中，由于岩石试件形状的不同，得到的岩石强度指标也就有所差异。这种由于形状的不同而影响其强度的现象称为“形状效应”。试件的大小、形状是如何影响岩石的力学性质的？原因是什么？44答：试件的形状和尺寸大小对强度的影响主要表现在高径比hd或高宽比bh和横断面积上。试件太长、高径比太大，会由于弹性不稳定提前发生破坏，降低岩石的强度。试件太短，又会由于试件端面与承压板之间出现的摩擦力会阻碍试件的横向变形，使试件内部产生约束效应，以致增大岩石的试验强度。试件横断面积减小，会相应地增大端部约束效应，因而强度也会有所提高。我国压縮实验试件取Φ5x10cm或5x5x10cm。高宽比2~2.5在岩石的室内单轴压缩试验中，对同一岩石试样所进行的试验中，如其余的条件均相同，则下列试样强度最高的是（A）A）圆柱形试件B）六角菱柱形试件C）四角菱柱形试件D）三角菱柱形试件9.岩石的含水量越高，其抗压強度越高。（）(六)对岩石强度而言，含水量加大.孔隙度加大或孔隙压力加大时，均使岩石强度降低。含水量越高则会使岩石强度降低越多。10、在相同的条件下，正六边形截面岩块试件的抗压強度高于圆形截面试件的抗压強度。()二填空题(2x10=20分)1、岩体结构面分析主要研究岩石的切割和破碎理论以及岩体的动力特性。。2、岩体在作用下表现出来的性质，称为水理性质。(七)岩石遇水后会引起某些物理、化学和力学性质的改变，岩石的这种性质称为岩石的水理性。3、在外部条件不变的情况下，岩石的变形或应力隨时间而变化的现象为。55流变性：指在外界条件不变时，岩石应变或应力随时间而变化的性质。4.岩体的动力变形参数可通过激振器如超声波确定。5、是由拉应力形成的，如羽毛状张裂面.纵张及横张破裂面，岩漿岩中的冷凝节理等。(八)结构面：①指在地质历史发展过程中岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的宏观地质界面或带。②又称弱面或地质界面，是指存在于岩体内部的各种地质界面，包括物质分异面和不连续面，如假整合、不整合、褶皱、断层、层面、节理和片理等。在较低围压下，岩体的破坏方式有剪切破坏和张拉破坏两种基本类型。按结构面力学成因，可将其分为剪性结构面和张性结构面两类。张性结构面由拉应力形成的；剪性结构面是剪应力形成的，破裂面两侧岩体产生相对滑移，其剪切刚度量值决定于结构面本身的起伏粗糙程度和強度，以及法向应力大小，法向刚度主要取决于结构张开状态和岩体的风化程度。6.由于工程活动改变了岩体中的应力称为。(九)初始地应力：岩体中存在的未受到工程扰动的原始应力状态下的应力。静水应力状态：在岩石力学中，地下深部岩体在自重作用下，岩体中的水平应力和垂直应力相等的应力状态。深层岩体天然应力状态近于静水应力状态，即σ1=σ2=σ3；表层岩体水平应力大于垂直应力即σ1σ2=σ3。自重应力：由于岩体自重而产生的天然应力叫自重应力。重力场中以铅直应力σh为66主,水平应力σv=k0σh，k0=µ/(1-µ)，称为侧压力系数,µ为泊松比。构造应力：由于地质构造活动在岩体中引起的应力场，这种应力与一定范围地质构造有关，其主要特点是水平应力大于覆岩垂直应力分量。这一作用可以持续到地层深处。应力重分布：岩体受到工程活动扰动，引起岩体中初始应力的转移变化形成的新的应力场状态。二次应力：相对于初始应力而言，岩体上或岩体内部受到人类工程活动扰动，引起初始应力自然平衡状态的改变，使一定范围内的原始应力重分布形成的新的应力称为二次应力，或称次生应力。次生应力直接与工程稳定性有关。试述自重应力场与构造应力场的区别和特点。答：自重应力场是岩体自重应力在空间的有规律分布；构造应力场是一定区域内具有成生联系的各种构造形迹在不同部位应力状态的总称。两者都是天然应力场的组成部分，自重应力场是由上覆岩体的重量引起的，而构造应力是空间和时间的函数，是随构造形迹的发展而变化的非稳定应力场。简述地壳浅部地应力分布的基本规律。答：地壳浅层岩体中绝大部分应力场是以水平应力为主的三向不等空间应力场，三个主应力的大小和方向是随空间位置而变化的。简述地应力分布的基本规律？答：（1）地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它是时间和空间的函数。（2）垂直地应力基本等于上覆岩层的重量hh。（3）水平地应力普遍大于垂直地应力。（4）平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小，但在不同地区，变化的速度很不相同。（5）最大水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线性增长关系。77（6）最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大，显示出很强的方向性。（7）地应力的上述分布规律还会受到地形、地表剥蚀、风化、岩体结构持征、岩体力学性质、温度、地下水等因素的影响，特别是地形和断层的扰动影响最大。7.当坝基岩体坚硬完整，其剪切強度远大于接触面強度时，最可能发生滑移失稳破坏。8.洞室开挖以后，如不及时支护洞顶岩体将不断垮落而形成一个拱形，称为压力拱。9.膨胀围岩由于矿物吸水膨胀，产生对支护结构的挤压，称为变形围岩压力。10.地下开挖后，洞壁的应力集中最大，当它超过围岩的屈服极限时，洞壁围岩就由弹性状态转化为塑性状态，并在围岩中形成一个塑性区。(十)地下洞室围岩稳定性分析围岩：指由于人工开挖使岩体的应力状态发生了变化，而这部分被改变了应力状态的岩体称为围岩。地下工程开挖过程中，在发生应力重分布的那一部分工程岩体称为围岩。围岩压力：地下洞室围岩在重分布应力作用下产生过量的塑性变形或松动破坏，进而引起施加于支护衬砌上的压力。作用在支护物上的围岩的变形挤压力或塌坍岩体的重力称为围岩压力。形变围岩压力：指围岩在二次应力作用下局部进入塑性，缓慢的塑性变形作用在支护上形成的压力，或者是有明显流变性能的围岩的粘弹性或者粘弹—粘塑性变形形88成的支护压力。一般发生在塑性或者流变性较显著的地层中。松动围岩压力：指因围岩应力重分布引起的或施工开挖引起的松动岩体作用在隧道或坑道井巷等地下工程支护结构上的作用压力。一般是由于破碎的、松散的、分离成块的或被破坏的岩体坍滑运动造成的。冲击围岩压力：（1）是地下洞室开挖过程中，在超过围岩弹性限度的压力作用下，围岩产生内破坏，发生突然脆性破坏并涌向开挖(采掘)空间的一种动力现象。（2）强度较高且完整的弹脆性岩体，承受过大力的作用后，突然发生岩石弹射变形所引起的围岩压力。膨胀围岩压力：在遇到水分的条件下围岩常常发生不失去整体性的膨胀变形和位移，表现在顶板下沉、地板隆起和两帮挤出，并在支护结构上形成形变压力的现象。应力集中：受力物体或构件在其形状或尺寸突然改变之处引起应力在局部范围内显著增大的现象。一般以高于（低于）原岩应力5%为界，划分集中应力影响范围。应力集中系数：指岩体中二次应力与原始应力的比值，也可用井巷开挖后围岩中应力与开挖前应力的比值来表示。侧压系数：岩体中一点的水平应力与垂直应力的比值。k0=µ/(1-µ)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。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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。99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。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。意义：在岩土工程中1.边坡开挖坡面回弹变形坡体二次应力＝地应力+开挖效应释放荷载坡体稳定性评价：刚体质量消失基于应力的强度分析2.坝基：二次应力场＝地应力+开挖效应+建筑物附加应力场3.地下洞室：地应力围岩稳定分析（围岩的变形、稳定）的基本荷载（力源），二次应力＝初始地应力+开挖效应附加应力场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）。三.名词解释(4x5=20分)1.结构面剪切刚度(十一)定义：在剪切应力作用下，峰值前结构面产生单位剪切位移所需要的应力，数值上等于峰值前τ−∆u曲线上一点的切线斜率，即unK(MPa/cm)意义：反映结构面剪切变形性质的重要参数，是岩体力学性质参数估算及岩体1010稳定性计算中必不可少的指标之一。确定方法:实验法，经验估算法。2、围岩抗力系数围岩（弹性）抗力系数：当隧洞受到来自隧洞内部的压力P时，在内压力作用下，洞壁围岩必然向外产生一定的位移△α，则定义围岩的弹性抗力系数为K＝