岩石力学复习提纲.doc

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1、一、名词解释：1、岩体2、弹性3、脆性4、三轴抗压强度5、抗压强度6、抗拉强度7、抗剪强度8、莫尔强度理论9、强度判据10、 稳定性系数11、蠕变12、残余强度14、剪切刚度15、强度理论16、 剪切刚度17、八面体强度理论18、极限强度19、蠕变20、孔隙比21、法向刚度22、围岩应力23、软化系数24、变形模量25、几何边界条件26、长期强度27、主应力29、主平面30、结构面31、滑坡32、塑性33、围岩抗力系数34、变形模量35、弹性模量36、动弹性模量37、天然应力38、强度曲线39、内摩擦角40、切线模量41、岩体力学42、应力松弛43、重分布应力44、围岩压力45、围岩抗力46、

2、强度47、弹性极限48、强度极限 49、脆性破坏50、渗透系数52、割线模量53、爬坡角54、岩石吸水率55、弹性后效56、尺寸效应57、应力集中系数58、初始模量59、抗冻系数60、岩爆61、泊松比62、强度包络线63、普氏系数64、自然平衡拱65、RQD66、格里菲斯强度理论67、单轴抗压强度68、横波69、纵波70、围岩压力71、饱和吸水率72、法向刚度；73、岩石的水理性；74、残余强度； 二、问答题1、何谓岩石的碎胀性？用什么指标来表示？该指标在生产中有何意义？ 答：（岩石的碎胀性是指岩石破碎以后的体积将比整体状态下的体积增大的性质。 用碎胀系数表示：岩石碎胀系数=岩石破碎膨胀后的堆

3、积体积/岩石体积 =a岩石的碎胀系数对矿压控制，尤其是对回采工作面的顶板管理有重要意义。碎胀系数与岩石的物理性质、破碎后块度的大小及其排列状态等因素有关。例如坚硬岩石破碎后块度较大且排列整齐时，碎胀系数较小；反之，如破碎后块度较小且排列较杂乱，则碎胀系数较大。 2、 岩石流变模型中的组合模型由哪三种元件构成，相应地代表了何种介质的变形性质？ 1、流变模型元件 （1）弹性介质及弹性元件（虎克体） ：弹性介质性质： 1）具有瞬时变形性质； 2）常数，则保持不变，故无应力松弛性质；3）常数，则也保持不变，故无蠕变性质；4）0（卸载），则0，无弹性后效。可见，、与时间t无关。（2）粘性介质及粘性元件（

4、牛顿体） 当t=0时,=0,=0,则 c=0 粘性介质性质： 1）当0时，说明在受应力 0作用，要产生相应的变形必须经过时间t，表明无瞬时变形； 2）0（卸载），则常数，故无弹性后效，有永久变形。 3）常数，则0，故无应力松弛性质。(3）塑性介质及塑性元件（圣维南体） 当:s ，=0 s , 3、 巷道开挖后（不支护）围岩可能产生哪几个应力区？最终结果可能会怎样？ 4、最大线应变强度理论的基本观点是什么 ？ 答：不论是什么应力状态，只要最大伸长线应变达到材料的某一极限，材料就发生脆性断裂。5、 简述围岩与支护的相互作用原理，根据该原理论述喷锚支护相对于整体混凝土衬砌有什么优点？ 位移变形：弹性

5、变形：不需支护能保持稳定。围岩具有自支承能力。塑性变形：需支护才能保持稳定。支护与围岩共同承担围岩压力。可见：岩体作为支护结构的组成部分，构成共同存载体，它们之间互相依存，互相制约，协调变形，共同承担全部围岩压力。A、围岩对支架的作用力pa与支架抗力pi大小相等，方向相反，即pi=pa； B、围岩与支架协调变形。即支架的位移量ub等于开挖后坑道周边的位移量ua减去支护前坑道已产生的位移量u0 ，即ub=ua-u0； C、围岩对支架的压力与支架的刚度有关。支架刚度越大，阻止围岩变形的能力越大，坑道变形越小。刚性支架， 变形小，承力大；柔性支架，变形大，承力小； D、在围岩稳定条件下，其自承能力为

6、p0-pi. P0为原岩应力，pi为支护抗力。6、岩体中结构面是如何影响岩体强度的？ 答：影响岩体强度和稳定性中的结构相关参数1. 产状：结构面的走向、倾向、和倾角。控制结构面的滑移2. 形状：结构面抗滑力的大小3. 延伸尺度1） 按绝对尺寸：细小、中等、巨大2） 贯通性：非贯通性、半贯通性、贯通性4.密集程度：以岩体裂隙度和切割度来衡量。1） 裂隙度：沿着测线方向单位长度上贯穿的结构面的数量。K=n/12） 切割度：xe=a/A5.填充和胶结情况1） 胶结 泥质 钙质 铁质 硅质 可溶盐2） 非胶结 a 无填充 b 有填充 （薄膜 断续 连续 厚层）7、岩体中应力波波形通常以哪些参数来标记？

7、试用图说明。8、应力波对物体的效应，与刚体动力学与弹性理论有什么区别？为什么声波法或地震法可以用来测定岩体的某些动力学参数？确定哪些参数？9、巷道道护形式的选择与地压活动类型有无关系？试举例说明之。10、岩石在单轴压缩下的应力应变曲线有哪几种类型？并用图加以说明。根据米勒的试验结果，岩石变形曲线的主要类型有以下六种：类型表现为近似于直线关系的变形特征，直到发生突发性破坏，且以弹性变形为主。类型，开始为直线，至末端则出现非线性屈服段。类型开始为上凹型曲线，随后变为直线，直到破坏，没有明显的屈服段。类型为中部很陡的s形曲线。类型是中部较缓的s形曲线。类型开始为一很小的直线段，随后就不断增长的塑性变

8、形和蠕变变形。11、岩石与岩体的主要区别在哪里？以及其强度之间的关系是怎样的？答：特征：岩体：不连续性、非均匀性、各向异性、有条件转化性；岩石：是一种地质材料，是组成岩体的固相基质，是连续、均匀、各向同性或正交各向同性的力学介质； 区别联系：（1）岩体赋存于一定地质环境之中，地应力、地温、地下水等因素对其物理力学性质有很大影响，而岩石试件只是为实验而加工的岩块，已完全脱离了原有的地质环境。（2）岩体在自然状态下经历了漫长的地质作用过程，其中存在着各种地质构造面，如不整合、褶皱、断层、节理，裂隙等而岩石相对完整。（3）一定数量的岩石组成岩体，且岩体无特定的自然边界，只能根据解决问题的需要来圈定范

9、围。（4）岩体是地质体的一部分，并且是由处于一定地质环境中的各种岩性和结构特征岩石所组成的集合体，也可以看成是由结构面所包围的结构体和结构面共同组的。12、试分别从地质和工程两个方面，简要叙述影响围岩压力的一些主要因素是什么？13、试用莫尔应力圆画出：（1）单向拉伸；（2）单向压缩；（3）纯剪切；（4）双向压缩；（5）双向拉伸。14、 常用的岩石强度指标有哪几种？ 单轴天然、饱和、烘干3种抗压强度；抗剪强度（直剪及三轴）；15、 试述岩石力学的研究对象，研究范围和研究动态。 1）岩体的地质特征及其工程分类。 2）岩体基本力学性质。 3）岩体力学的试验和测试技术。 4）岩体中的天然应力状态。 5

10、）模型模拟试验和原型观测。 6）边坡岩体、岩基以及地下洞室围岩的变形和稳定性。 7）岩体工程性质的改善与加固。16、采用应力解除法如何测定岩体中的应力？并用示意图表示。地下某点的岩体处于三项压缩状态，如用人为的方法解除其应力，必然发生弹性恢复，测定其恢复的应变，利用弹性力学公式则可算出岩体初始应力。既破坏联系，解除应力；弹性恢复，测出变形；根据变形，转求应力。17、用图来表示岩体变形与时间的关系曲线，并指出几个不同的阶段。18、格里菲斯强度理论的基本要点是什么？并写出该强度理论的破坏准则。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。 格式理论推导岩石抗压强度为抗拉

11、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19、在岩体中传播的弹性波有哪两大类型？其特征是什么？并写出半无限均质体波速与其弹性常数（弹性模量、泊松比）的关系式。20、加载速率对岩石动力强度的影响怎样？并举例说明之。对岩石的强度和模量才有显著的影响,标志岩石裂纹扩展、生长的声发射率随加载速率的增大有显著的增长。加载速率对岩石的强度、形变、微裂纹的扩展与生长的研究，对于凿岩、钻探、爆破、碎矿、 地震等意义都是很大的21、岩石在单轴压缩下典型的应力应变曲线有哪几种类型，并用图线加以说明。答：1直线型曲线2下凹形曲线3上凹

12、形曲线4。S型曲线22、什么是变形模量？页岩和石灰岩的变形模量大致多少？土的变形模量是通过现场载荷试验求得的压缩性指标，即在部分侧限条件下，其应力增量与相应的应变增量的比值。23、什么叫滑坡？组成滑坡的要素有哪些？什么叫崩塌？它与滑坡有什么区别？滑坡：是指岩体在自重力作用下，沿坡内软弱结构面产生的整体滑动。一般以深层破坏体现出来(a)面剪切滑动：块体沿着平面滑移。常发生在由软弱夹层或裂隙的坡面。 (b)旋转剪切滑动：滑动面通常为弧形状，岩体沿此弧形状滑移。通常为均质泥岩或页岩等岩层。崩塌：是指块状岩体与岩坡分离向前翻落而下。崩塌一般以边坡表面的破坏现象体现。 24、 影响边坡稳定有哪些主要因素

13、？试举例说明。（1）坡底中结构面对边坡稳定性的影响.破底的稳定性直接影响整个山体的稳定性（2）外力对边坡的影响。例如：爆破，地震，水压力等自然和认为因素，而导致边坡破坏。（3）边坡外形对边坡稳定性的影响。比如，河流、水库及湖海的冲涮和淘涮，使得岸坡外形发生变化，从而使这些边坡发生破坏，这主要由于侵蚀切露坡体底部的软弱结构面使坡体处于临空状态，或是侵蚀切露坡体下伏到软弱层，从而引起坡体失去平衡，最后导致破坏。（4）岩体力学性质恶化对边坡稳定性的影响。比如风化作用对边坡稳定性的影响，这主要是由于风化作用使坡体强度减小，坡体稳定性降低，加剧斜坡的变形与破坏，而且风化越深，斜坡稳定性越差，稳定坡角就越

14、小。25、用应力解除法来测量岩体的原岩应力，其工序有哪些？用图示加以说明。26、什么叫真三轴试验机？什么叫假三轴试验机？真三轴试验是使试样处于三个主应力不相等（即123）的应力组合状态下的三轴压缩试验。 假三轴处于2=3的应力状态下试验。27、 什么叫岩块的变性模量？以“S”型应力应变曲线为例表示出岩块的几种变性模量（图加简要文字说明）。28、 塑性状态下圆形巷道围岩应力分布如何？29、试简单叙述岩体力学的发展历史？你对岩体力学的发展远景如何看法？、分为四个阶段：（1） 初始阶段（19世纪末到20世纪初）萌芽时期，产生了初步理论以解决岩体开挖的力学计算问题（2） 经验理论阶段（20世纪初到20

15、世纪30年代）该阶段出现了根据生产经验提出的地压理论，并开始用材料力学和结构力学的方法分析地下工程的支护问题。（3） 经典理论阶段（20世纪30年代到20世纪60年代）重要阶段，弹性力学和塑性力学被引入岩石力学 ，确立了一些经典计算公式，形成围岩和支护共同作用的理论。（4） 现代发展阶段（20世纪60年代到现在）新进展阶段，主要特点：用更为的多种多样的力学模型来分析岩石力学的问题。30、 均质连续、各向同性的弹性岩体中开挖水平圆形洞室时，围岩中的重分布应力有何特点。31、边坡岩体最容易从哪些部位首先破坏？为什么？32、试述边坡稳定性研究的基本原则和方法。33、什么叫蠕变？用图表示蠕变的应力（）

16、与时间（t）关系曲线。蠕变：当应力不变时，变形随时间增加而增加的现象。 第一阶段：图中ab段，应变速率随时间增加而减小，又称减速蠕变或初始蠕变阶段。 第二阶段：图中bc段，应变速率基本不变，也叫等速蠕变阶段。 第三阶段：图中cd段，应变速率迅速增加直到岩石破坏为止，也叫加速蠕变阶段。34、岩块的抗压强度与抗拉强度哪个大？为什么？答：岩石的抗拉强度远低于它的抗压强度。原因在于岩石中包含有大量的微裂隙和孔隙，直接削弱了岩块的抗拉强度。相对而言，空隙对岩块抗压强度的影响就小得多，岩块的抗压强度高于抗拉强度；岩块为脆性材料，抗拉强度一般为抗压强度的1/41/25，平均为1/10。因此，岩块的抗拉强度一

17、般远小于其抗压强度。35、如何获得岩体结构面的强度指标？请用解析法或图解法说明。34.何谓地下洞室？地下洞室的岩体力学问题有哪些？ 答：地下洞室是指人工开挖或天然存在于岩体内的构造物。a） 围岩应力重分布问题-重分布应力计算b） 围岩变形与破坏问题-位移计算、破坏区确定c） 围岩压力问题-威严压力计算d） 有压洞室围岩抗力问题-围岩抗力计算35.以水平圆形无压洞室为例，说明弹性围岩应力的分布规律。答：1)围岩内重分布应力与角无关，仅与R0和0有关。2)由于r=0，则r，均为主应力，且恒为最大主应力，r恒为最小主应力。3)当rR0(洞壁)时，r=0，=20，可知洞壁上的应力差最大，且处于单向受力

18、状态，说明洞壁最易发生破坏。4)随着离洞壁距离r增大，r逐渐增大，逐渐减小，并都渐渐趋近于天然应力0值。在理论上，r，要在r处才达到0值，但实际上r，趋近于0的速度很快。当r=6R0时，r和与0相差仅2.8%。因此，一般认为，地下洞室开挖引起的围岩分布应力范围为6R0。在该范围以外，不受开挖影响，这一范围内的岩体就是常说的围岩，是有限元计算模型的边界范围岩石力学与工程的311页36.何谓围岩？其范围一般为多大？ 答：在岩石地下工程中，由于受开挖影响而产生应力状态改变的周围岩体，称为围岩。其范围一般为开挖洞室直径的3倍。37.何谓塑性松动圈？具有塑性圈后围岩中的重分布应力如何变化？ 地下开挖后，

19、洞壁的应力集中最大，当它超过围岩屈服极限时，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松动圈。1） 随着距洞壁距离增大，径向应力，由零逐渐增大，应力状态由洞壁的单向应力状态逐渐转化为双向应力状态，围岩也就由塑性状态逐渐转化为弹性状态。围岩中出现塑性圈和弹性圈。2） 塑性松动圈的出现，使圈内一定范围内的应力因释放而明显降低，而最大应力集中由原来的洞壁移至塑、弹圈交界处，使弹性区的应力明显升高。3） 弹性区以外则是应力基本未产生变化的天然应力区（或称原岩应力区）。37.何谓塑性松动圈？具有塑性圈后围岩中的重分布应力如何变化？ 答：地下开挖后，洞壁的应力集中最大，当它超过围岩屈服极限

20、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松动圈。岩石力学与工程 311 中部4） 随着距洞壁距离增大，径向应力，由零逐渐增大，应力状态由洞壁的单向应力状态逐渐转化为双向应力状态，围岩也就由塑性状态逐渐转化为弹性状态。围岩中出现塑性圈和弹性圈。5） 塑性松动圈的出现，使圈内一定范围内的应力因释放而明显降低，而最大应力集中由原来的洞壁移至塑、弹圈交界处，使弹性区的应力明显升高。6） 弹性区以外则是应力基本未产生变化的天然应力区（或称原岩应力区）。38.试总结各类结构围岩的变形破坏特点。所谓渐进式破坏的含义？ 答：1）整体壮和块状体围岩：在力学属性上可视为均质、各向同性、连续的

21、线弹性介质，应力应变呈近似直线关系。围岩具有很好的自稳能力，其变形破坏形式主要有岩爆、脆性开裂及块体滑移等。2）层状岩体围岩：常呈软硬岩层相见的互层形式。结构面以层理面为主，并有层间错动及泥化夹层等软弱结构面发育。变形破坏主要受岩层产状及岩层组合等控制，破坏形式主要有：沿层面张裂、折断塌落、弯曲内鼓等。3）碎裂壮岩体围岩：碎裂岩体是指断层、褶曲、岩脉穿插挤压和风化破碎加次生夹泥的岩体。变形破坏形式常表现为塌方和滑动。4）散体壮岩体围岩：围岩结构均匀时，以拱顶冒落为主。当围岩结构不均匀或松动岩体仅构成局部围岩时，常表现为局部塌方、塑性挤入及滑动等变形破坏形式。围岩的变形破坏是渐进式逐次发展的。开

22、挖-应力调整-变形、局部破坏-再次调整-再次变形-较大范围破坏219页39.如何确定地下洞室围岩的破坏范围？试举例说明。 弹性力学法：当岩体天然应力比值系数小于1/3时，洞顶、低将出现拉应力。若拉应力大于围岩的抗拉强度t，则围岩就要发生破坏在系数大于1/3的天然应力场中，洞壁围岩均为压应力集中，当大于围岩的抗压强度c时，洞壁围岩就要破坏。40.何谓围岩压力？按其成因可分为哪几类？各自用什么方法确定？ 答：答：围岩压力是指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。按围岩压力的形成机理，可将其划分为：l形变围岩压力：由于围岩塑性变形如塑性挤入、膨胀

23、内鼓、弯折内鼓等形成的挤压力；松动围岩压力：由于围岩拉裂塌落、块体滑移及重力坍塌等破坏引起的压力，这是一种有限范围内脱落岩体重力施加于支护衬砌上的压力；l冲击围岩压力：由岩爆形成的一种特殊围岩压力41.试述形变围岩应力确定的基本原理与方法。 答：为防止塑性变形的过度发展，必须对围岩设置支护衬砌。当支衬结构与围岩共同作用时，支护力与作用于支衬结构上的围岩压力是一对作用利与反作用力。只要求得支护力，一般也就求得了围岩压力。42.利用平衡拱理论与太沙基理论计算围岩压力的原理。 太沙基理论 在蔡美峰主编的岩石力学与工程334页 平衡拱见照片43.试述用块体极限平衡方法确定松动围岩压力的方法与步骤。 答

24、：在整体块状结构岩体中，常被各种结构面切割成不同形状不同大小的机构题。地下洞室开挖后，围岩中的某些块体在自重作用下向洞内滑移，那这些作用在支护衬砌上的压力就是这些滑块的重量采用块体极限平衡方法确定松动围岩压力时，首先从地质构造分析入手，找出结构面的组合形式与洞轴线的关系。进而得出围岩中可能的不稳定块体的位置和形状，并对不稳定体塌落或滑移的运动学特征进行分析，确定其滑动面的方向、可能滑动面的位置、产状和力学强度参数，然后对块体进行稳定性校核。如果校核后块体处于稳定状态，其围岩压力为0，若不稳定则进行具体计算。44.何谓围岩抗力及围岩抗力系数？常用什么方法确定抗力系数？答：在有压洞室中，作用有很高的内水压力，并通过洞壁传递给围岩，这时围岩将产生一个力，称为围岩抗力。围岩抗力的大小常用抗力系数K表示。K值越大常用的直接测定法，说明围岩承受内水压力的能力越大。常用的直接测定法有双铜像皮囊法、隧洞水压法和径向千斤顶法。