岩体力学课后习题答案.docx

一章：I,表达岩体力学的定义.岩体力学主要是探讨岩体和岩体力学性能的一门学科，是探讨岩石和岩体在其四周物理环境（力场、湿度场,地下水等）发生改变后，做出响应的一门力学分支.2 .何谓岩石？何谓岩体？岩石与岩体有何不同之处？（1）岩石:由矿物或岩屑在地质作用卜按肯定规律聚集而形成的自然物体。（2）岩体：肯定工程范闱内的自然地防体。（3）不同之处：岩体是由岩石块和各种各样的构造面的综合体“3 .何谓岩体构造？岩体构造的两大要素是什么？（1）岩体构造是指构造面的发育程度及其组合关系：或者是指构造体的规模、形态及其排列形式所表现的空间形态。（2）构造体和构造面。4 .岩体构造的六大类型？块状、镶嵌、层状、碎裂、层状碎裂、松散构造。5 .岩体有哪些特征？6 .（1）不连续：受构造面限制，岩块可看作连续。（2）外向异性：构造而有肯定的排列趋势，不同方向力学性质不同。（3）不匀称性：岩体中的构造面方向、分布、密度及被构造面切割成的岩块的大小、形态和镶嵌状况等在各部位不同，各部位的力学性质不同。（4）赋存地质因子特性（水、气、热、初应力）都会对岩体有肯定作用。二章：1 .岩石物理力学性质有哪些？岩勺的质量指标，水理性质指标，描述岩石风化实力指标，完整岩石的单轴抗压强度，抗拉强度，剪切强度，三向双缩强度和各种受力状态相对应的变形特性。2 .影响岩石强度特性的主要因素有哪些？对单轴抗压强度的影响因素有承压板、岩石试件尺寸及形态（形态、尺寸、高径比），加载速率、环境（含水加、温度）。对三相压缩强度的影响因素：他向压力、试件尺寸与加载速率、加战路径、空隙压力。3 .什么是岩石的应力应变全过程曲线？所谓应力应变全过程曲线是指在刚性试验机上进展试验所获得的包括岩石到达峰值应力之后的应力应变曲线。4 .简述岩石刚性试验机的工作原理？：压力机加压（贮存弹性应能）岩石试件达峰点强度（择放应变能）导致试件崩溃.AA'0201面积一峰点后，岩块产生微小位移所需的能。ACo201面积一峰点后，刚体机释放的能量（贮存的能量）。AB0201一一峰点后，一般机秣放的能量（贮存的能量）。当试验机的刚度大于岩丁的刚度，才有可能记录下岩石峰值应力后的应力应变曲线。5 .莫尔强度理论，格尔菲斯强度理论和E.hoek和E.T.brown提出的经验理论的优缺点？莫尔强度理论优点是运用便利，物理意义明晰：缺点是1不能从岩石破坏机理上说明其破坏特征2忽视了中间主应力对岩石强度的影响：格尔菲斯强度理论优点是明确说明白脆性材料裂开的缘由、裂开所需能盘及裂开扩展方向：缺点是仅考虑岩石开裂并非宏观上破坏的原因。Ehoek和E.T.brown提出的经验理论与莫尔强度理论很相像其优点是能帔用曲线来表示岩石的强度，但是缺点是表达式稍显困难。6 .典型的岩石蠕变曲线有哪些特征？典型的岩石端变曲线分三个阶段第【阶段：称为初始蛾变段或者叫瞬态蠕变阶段。在此阶段的应变一时间曲线向卜弯曲；应变与时间大致呈对数关系，即CIOgto第I1.阶段：称为等速蟠变段或稳定蟠变段。在此阶段内变形缓慢，应变与时间近丁线性关系,第HI阶段：称为加速蠕变段非稳态蠕变阶段.，此阶段内必加速喊变，将导致岩石的快速破坏。7 .有哪三种根本力学介质模型？1弹性介历模型2型性介侦模型(志向塑E性模型、仃微化理性介侦模型)3拈性介质模型8 .根本介质模型的串联和并联的力学特征有何不同？串联E和h,每个元素的力相等：总应变一分应变之和。根本模量，两元件并联，使它所表现的变形特征与马克斯维尔模型有所不同。依据两个根本力学模型并联的力学特征，当外力作用丁模型的两湍时，两个模型产生的应变相等，而其应力为弹黄所受的应力与枯壶所受的应力之和。9 .岩体在单轴和三轴压缩应力作用卜.，其破坏特征有何异同？单轴破坏形态有两类：圆锥形破坏，缘由：压板两端存在摩擦力，箍作用(乂称端部效应)，在工程中也会出现：柱状劈裂破坏，张拉破坏(岩石的抗拉强度远小于抗压强度)是岩石单向压缩破坏的其实反映(消退了端部效应)，消退试件端部约束的方法，润滑试件端部(如垫云母片：涂黄油在端部)，加长试件。三轴压缩应力：低用压，用压作用不明显，接近单轴压缩破坏形式：中用压，斜面剪切破坏：高围压，塑性流淌破坏.10、个5o”x5c，nx1.0aa”-，求：该岩石的自然密度、干密度、颗粒密度、岩石自然空隙率。解：自然密度夕=坦=竺=2.1gcmyV5×5×IO干密度*=-=2.6g/cvV5×5×10颗粒密度A=TT=善云=303g/而自然孔隙率壬=I场+盖川412、岩石单元体A-E的应力状态如下图，并岩石的c=4WP4,w=35。，试求：(1)各单元的主应力的大小、方向，并作出莫尔应力图.(2)推断在此应力卜.，岩石堆元体按莫尔-库伦理论是否会破坏？解：(1)A单元：.5%+巴士1.b,-b0+5.00-5.0x,5.0wn主应力大小:“=+ry=-±4(-)+0=MPa方向：与6的夹角Ian2=”=(),O=(F-.0-5.()莫尔应力图：网心：M1.M=N竺=2.522半径：£1.ZZ1.=22=2.522B单元:.,+.,-1.0+010-0»二4.0主应力大小：=一J±J(-+%2=V±J(V)2+4.02=MPa方向：与区的夹角Ian2"=-=型=8,=45。6f°莫尔应力图：圆心：M1.M=处32=o22半径：£1.z=-(TO")22C中元：主应力大小:宁)、%2=段&j"+2。O"方向：与q的夹角tan2=-=立竺=0.81.-,5.0-0莫尔应力图：圆心：g*=NZ二22=2.522半径：=5.7-(-0.7)=3222D单元：主应力大小:5,62方向：与区的夹角tan2。=-=-«-=0./9=0°1.-6.0-6.0莫尔应力图：圆心：V*=竺士竺=6.022半径：MZM="心2=0E单元：主应力大小:11.+%一2方向：与q的夹角Ian20=/=上网-=0.67,-,10.0-1.0H，1.-IRn11,.+,10.91+0.09,莫尔应力图：圆心：-=5.522半径：£=10.91-0.09=54,22士柠/)*=3罗±J(10.0-1.0、,10.91尸+3.0'=MPa0.09(2)A单元:G=GtaIf(45。+当+2ctan(450+当=2×4ta(450+)=15.37.W,w>5.0/222不破坏：B单元：3S。35。1.=-4.0XIan:(450+-)+2×4tan(450+)=0.6TMPa<4.()MPa破坏：22C单元：3S。3S°1.=-0.7Xtan?(45o+-)+2×4tan(45o+)=I2.78MP>5.1MPa不破坏：D单元：3S。45。1.=6.0Xtan2(450+.)+2x4tan(45o+号)=37.5TMPa>6.0MPa不破坏：E单元：3S°3S。1.=0.(W×tan2(45o+-)+24tan(450+-)=I5.7(WP>10.91Prt不破坏:2213、对某种砂岩做一组三轴压缩忒验得到的如表所示峰值应力。试求：(1)该砂岩峰值强度的莫尔包络线：(2)求该岩石的伊值：=Z%y<一吁可得=aX-V1'-nW2/>=)'-axxiyi=1.0×9.6+2.0×28.0+9.5×48.7+15.0×74.0=1638.25-1.0+2.0+9.5+15.0X=6.8754-9.6+28.0+48.7+74.0Sy=40.075/4ZXj=+2.02+9.5:+15.O2=320.25疝y=4x(!：驻河+9汨招2=89064Zx/-G1638.25-46.875×40.075£.v12-M(X)2320.25-189.064.087b=y-ax=40.075-4.0876.875=11.98单轴抗压强度侑q=11.98强度线的斜率4=4.087依据格里菲斯理论,预料岩石抗拉强度为多少？序号1234Cr3(MPa)1.(MPa)解：（D莫尔包结线J:由公式2rcos>I-Sine1+sin°I-sin夕可得=Si1.Iq=ZZ!=Og+i4.087+1,(1-sin)_11.98Xa-0.607)2co$°2×1.-O.6O72=2.965-7(3)令bj=O,由Sin三=三=0.607CCOt2.961.309+q可得=”.97AdPa又(，-也=j=3,1=0.908%5+614、称某一岩石试件进展单轴压缩试验，其压应力到达28.OMPa时发生破坏.破坏面与水平面的夹角为60°,设其抗剪强度为直线型。试计算：该岩石的C,0值:(2)破坏面上的正应力和剪应力；(3)在正应力为零的面上的抗剪强度；(4)在与最大主应力作用面成30°的面上的抗剪强度。=2<COSg=28.O7Pa伊=30°解：由题意”疝8n28.0×(1.-sin30o)。八。C=o.0o=45°+*=6O02Xcos3002(2)由胭意1.=28.0MPa,6=0正应力<=1.(<+1)+-(1+j)cos2a=-×28.0-×28.0×0.5=IXiMPa2222剪应力r=；(5-G)sin2a=gX28.0X0.886=12.12MPa(3)由题意=0时，由r=c+btan0=8.()8A1.Pa(4)<=g(<+)+(1.+)ccs2«=×28.0+x28.0×0.5=21.OMPa抗剪强度r=c+6an8=8.08+21Xtan300=20.2MPct15、某砂岩地层，砂岩的峰值强度参数c=1.2*&w=40o0某一点的初始应力状态为：,=8.97W1=34.51W/,由于修建水库岩石孔隙水压力增大，试求该点岩石当孔隙水压力为多大时会使眇岩破坏？解：设最大孔隙水压力匕由5-E=夕6-匕）+6可得=Pv=y-tri',_1.+sin°1.+sin40o“八-4.601.-sin*I-sin40°2ccos321.2XCoS4005j5ITinS-I-Sin400-34.5-8.97-5.154.60-1=3.31K%17、某水库座址旁边现场地应力为：1.=2MPa,f=4MPa,该水库位于多孔性石灰岩区域内，该灰岩三轴试验结果为C=I。时&=35。°试问：能修多深的水库而不致因地下水水位上升增加孔隙水压力而导致岩石破坏？解：由丐-2=(3-Pv)+c_1.+sine>1+sin35°.,=3.69乂.有.I-SineI-sin3502ccon21.0XCoS35°_04=3.841.-sin1-sin35,rb<t-<t,-12-4-3.84-iJ1=>匕=5i-tj1.=4=2.45KPa一13.69-1又2=P*gh=yj=>=能修25Om深的水库。三章：I.如何测试岩块和岩体抑性波速度？1、岩块声波速度测试：测试仪器主要是岩石超声波参数测定仪和纵横波换能器，测试时，把纵横波换能器放在岩块试件的两端“测定纵波速度时宜采纳凡士林或黄油作耦合剂，测定横波速度时宜采纳铝箔或铜箔作耦合剂测试完毕后，应测定超声波在标准有机玻璃中的传播时间，绘制时距曲线并确定仪器系统的零延时。vp=1.(tp-t),vs=1.(ts-t)2、岩体声波速度测试：测点外表应大致修凿平整并擦净，纵波换能器应涂厚1 2mm的凡士林或黄油，横波换能器应垫多层铝箔或铜箔，并应聘换能器放置在测点上压紧。在帖孔或风钻孔中进展岩体声波速度测忒时，钻孔或风钻孔应冲洗干净，并在孔内注满水，水即作为耦介剂，而对软岩宜采纳干孔测试。2 .影响岩体弹性波速度的因素有哪些？1、岩体弹性波速与岩体种类、岩石密度和生成年头有关.2、岩体波速与岩体中裂隙或夹层的关系：3、岩体波速与岩体的有效孔隙率n及吸水率Wf有关4、岩体波速与各向异性性质有关5、岩体受反应力对弹性波传播的影响3 .用弹性波速度确定地下工程围岩松动圈塑性圈）范围的原理是什么？依据岩体弹性波速度的裂隙的增多和应力的减小而降低的原理，在松动圈内，由于岩体裂开且属低应力区，因而波速较小，当进入松动圈边界完整岩体区域，应力较高，波速到达最大，之后波速乂渐渐减小至肯定值。依据波速随深度改变曲线，可确定松动圈厚度，其边界在波速最大值深度旁边四章：13、如卜图为一带有自然节理的试件，构造面的外法线与最大主应力的夹角=41.,节理的根本摩擦角外=36。节理的粗糙度为4级。节理面壁的抗乐强度为50MPa,何在多大的6作用下岩样会破坏？解：由题意，知=36。，4=40。r=ntanJACIg1.+>,=5,tan71gx=0.=%+巧icos2=4+必COSsO°=0.587(2222=5-sin2=%sin80022依据以上式子解方程，有0.4921.=0.5871.tan71g500.5871+36。,=21.47MPa解：由14、个与岩心轴线45°角锯开的节.理，经多级三轴试脸后得到表中数据。试次序1234侧向RMPa)轴向<(MPa)确定各级极限荷栽下节理面上的正应力。与剪应力r值以及节理摩擦角外。°'+%+当_cos21.-.r=-sin2a2(1)”吧2+3os90M)3220.54-0.10=2sin90o=0.221.63+0.301.63-0.30o=+cos90o=0.9652J63-O3Q2sin90M)652.72+0.502.72-0.50，八=+cos9()0=1.6122.72-0.50T=2sin90o=1.1.1.”"±四+竺四8S90F22525.45-1.00r=2sin90o=2.225由=c+tan.-0.32+().965+1.61+3.2253=1.534-0.22+().665+1.11+2.225>r-4rIan化=，rr=1.06=0.69(0.32×0.22+0.965X0.665+1.61×1.11+3.225×2.225)-4×1.53×1.055(O.322+0.9651+1.61.2+3.225?)-4×1.532=>%=34.61°cj=t-tan,=1.()6-1.53×0.69=4.3×1('15、如下图,在上题的岩体中,有一逆断层与水平面夹角为25°,断层面的爬坡角，=(T,试问：在埋深200OnI的深处，能承受的最大水平应力是多少？(重度y=27kN/m')ov=3zh=1.解：结合上题j=4.3x1。-'#=34.61。又f1.=25o,i=(A=2(XX)w.y=271.V/in据公式5=scos(7-.)sin+c1.cos.cosJsin(?-.)=yh=27X2(XX)=5400()AfPw=54MPa=-1.48.74MPa54cos(25o-34.61.°)sin25o+43Ios34.61.0COS25°sin(25°-34.61°)16、如下图，正断层与水平面的夹角为65°。当在600In深处水压力到达IOMPa时，断层产生滑动，假设该处岩层重度为273/疗,断层面C/=1.OM&e,=35。,何该正断层滑动之前水平应力是多大？v=1.Z解：由题意"=65°,=2JkN!nf,=600w,=IO-WPa1.=y=27×600=16200KR1.=162MPa_1cos(->j)sinj<c1.COSe'COssin(-%)_5cos(?-HJCOSA-GCoSe_16.28S(65035o)8s65°-1.08s35°_3?Mp|sin-cos(4-%)sin>9cos(65o-35o)故，水平应力为10+3.3=13.3MPa五章：1.筒述围岩分类的目的和意义？(1)为岩丁工程建立的勘察、设计、施工和编制定额供应必要的根本依据。(2)便于施工方法的总结,沟通,推广。(3)为便于行业内技术改革和管理。2 .阐述围岩分类有哪些原那么？(1)有明确的类级和适用对象。(2)有定量的指标。(3)类级一般分五级为宜。(4)分类方怯简洁明白、数字便于记忆和应用。(5)依据适用对象，选择考虑因素。3 .简述围岩分类的根本方法？按岩石的单轴抗压强度RC分类：以点荷载强度指标分类；按巷道岩石稳定性分类：前苏联巴库地铁分类：按岩体完整性分类：按岩体综合指标分类。4 .简述用岩侦盘指标RQD的定义及评价方法？RQD是选用巩固完整的、其长度大丁等10Cm的岩芯总长度与钻孔长度的比。评价方法：岩石的RQD与岩体完整性关系亲密，RQ1.)与体枳节理数JV之间存在以卜统计关系：RQD-1153.3JV(%),对于JV小于等于4.5的岩体，其RQD=Io0%5 .简述巴顿的Q分类采纳了那些参数？他们代表了何种意义？采纳f六个参数：KQI)：岩体质量指标OJn节理的组织数系数“Jr节理的粗糙度系数，Ja节理的饰变系数。JW地下水的影响系数。SRF应力折减系数。6 .简述国标岩体分级采纳了那些指标作为分级的根本参数？(一)确定岩体根本质量：1.定量确定岩体根本质显，包括岩石坚硬程度的确定、岩体完整程度的确定2.定性确定岩体根本质量，也包括岩石坚硬程度的确定、岩体完整程度的确定(二)根本质量分级：岩体根本质量指标：岩体根本质量的幽定(三)详细工程岩体质量分级的确定7 .简述国标岩体分级采纳/哪两种方法进展岩体分级？采纳了定性、定量两种方法分别确定岩体质量的好坏，相互协调、相互调整，最终确定岩石的坚硬程度与岩体完整性指数。8 .简述国标岩体分级中考虑了哪些因素的影响对地下工程的岩体根本质量指标进展修正？地下水影响修正系数；主要懦弱构造面产状影响修正系数：初始应力状态响修正系数