岩石力学总结

1. 试述库仑准则和莫尔假定的基本内容，并说明对其研究的工程实际意义。 （补：莫尔假定的优缺点）该准则是1773年由库仑引入的，他认为趋于使一平面产生破坏的剪应 力受到材料的内聚力和乘以常数的平面的法应力的抵抗，即|t| 二 SO + no其中，o和t是该破坏平面的法向应力和剪应力，SO可以看作是材料的 固有剪切强度的常数，U是材料的内摩擦系数的常数。根据该理论可以推 论出，当岩石发生破坏时所产生的破裂面将有两个可能的共轭破裂面，且 均通过中间主应力的方向，并与最大主应力方向成夹角（4兀-护），这里的 内摩擦角e =tan -i 卩。莫尔假定是莫尔于1900年提出的一种剪切破坏理论，该理论认为岩石 受压后产生的破坏主要是由于岩石中出现的最大有效剪应力所引起，并提 出当剪切破坏在一平面上发生时，该破坏平面上的法向应力o和剪应力t 由材料的函数特征关系式联系：|t| = f（o）按莫尔假定可以看出：岩石的破坏强度是随其受力条件而变化的， 周向应力越高破坏强度越大；岩石在三向受压时的破坏强度仅与最大和 最小主应力有关，而与中间主应力无关；三向等压条件下，莫尔应力圆 是法向应力o轴上的一个点圆，不可能与莫尔包络线相切，因而岩石也不 可能破坏；岩石的破裂面并不与岩石中的最大剪应力面相重合，而是取 决于其极限莫尔应力圆与莫尔包络线相切处切点的位置，这也说明岩石的 破裂不仅与破裂面上的剪应力有关，也与破裂面上出现的法向正应力和表 征岩性的内聚力和内摩擦角有关。总之，莫尔假定考虑了岩石的受力状态、周向应力约束的影响和岩石 的本身性能，能较全面的反映岩石的破坏强度特征，但该假定忽视了中间 主应力对岩石破坏强度的影响，而事实证明中间主应力对其破坏强度是有 一定程度影响的。补：摩尔判据的优点是：在判断复杂应力状态下岩石是否发生破坏 以及破坏面的方向时，很简单，也很方便；能比较真实地反映岩石的抗 剪特性；可以解释为什么在三向等拉时会发生破坏，而在三向等压时不 会发生破坏。但其缺点是：只考虑了最大主应力和最小主应力对岩石破 坏强度的影响，而忽略了中间主应力的作用，实验表明中间主应力对岩石 破坏强度是有一定程度影响的；摩尔判据不适用于含有结构面的岩石试 件，尽管岩石中的结构面会严重地影响岩石试件的破坏强度；摩尔判据 只适用于剪切，对受拉区研究不够充分，不适于膨胀或蠕变破坏。2. 论述岩石在复杂应力状态下的破坏类型，并阐述其在工程岩体稳定性研 究中的意义。在关于岩石破裂的所有讨论中，破裂面的性质和描述是最重要的，出现 的破裂类型可用下图中岩石在各种围压下的行为来说明。在无围压受压条件下，观测到不规则的纵向裂缝见图(a)，这个普通 现象的解释至今仍然不十分清楚；加中等数量的围压后，图(a)中的不规则 性态便由与方向倾斜小于 45 度丰.1至轴压貓中的纵向破裂.C3 55切礪裂.夢至蛇切触裂.2拉仲漩鞘匚5袈荷戦严尘旳扌边申破設“角的单一破裂面所代替图(b)，这是压应力条件下的典型破裂，并将其表 述为剪切破坏，它的特征是沿破裂面的剪切位移，对岩石破裂进行分类的 Griggs和Handin(1960)称它为断层；因为它符合地质上的断层作用，后来 有许多作者追随着他们；然而，更可取的似乎是限制术语断层于地质学范 围，保留术语剪切破裂于试验范围更好；如果继续增加围压，使得材料成 为完全延性的，则出现剪切破裂的网格图(c)，并伴有个别晶体的塑性。破裂的第二种基本类型是拉伸破裂，它典型地出现于单轴拉伸中，它的 特征是明显的分离，而在间没有错动图(d)。在较为复杂的应力条件下出现的破裂，可以认为上述类型之一或其它。 如果平板在线载荷之间受压图(e),则在载荷之间出现一个拉伸破裂，如 果这些载荷是由环绕材料的外套挤入材料的裂缝中引起的，则将破裂表述 为侵入破裂，当检查图(a)情况中的破裂面时，它们中的一些部分有剪切破 裂的状态。而其他一些部分显然是拉伸破裂。岩石破裂中，注意力还将集 中于重要的扩容现象，它发生于岩石试件的单轴和三轴受压期间通常， 在三轴试验中，围压是由流体通过一个刚度可忽略不计的不渗透膜来施加 的，在这样的试验中，试件的径间膨胀和扩容显然不会由于围压的增加而 被局部或均匀地阻挡；如果试件被更多的岩石包围，象实际情形中听发生 的那样，那就将是这种情况，不管围岩是否破坏，预料它所提供的阻力会 有增加最小主应力值的效应，因此趋于阻止破坏和集中破裂于有限的体积 内。3. 论述影响岩石力学性质的主要因素。影响岩石力学性质的因素很多，如水、温度、风化程度、加荷速度、围 压的大小、各向异性等等，对岩石的力学性质都有影响。现分述如下：1、水对岩石力学性质的影响。主要表现在连接作用、润滑作用、水楔作 用、孔隙压力作用、溶蚀及潜蚀作用；2、温度对岩石力学性质的影响。随着温度的增高，岩石的延性加大，屈 服点降低，强度也降低；3、加荷速度对岩石力学性质的影响。随着加荷速度的降低，岩石的延性 加大，屈服点降低，强度也降低；4、围压对岩石力学性质的影响。随着温度的增高，岩石的延性加大，屈 服点降低，强度也降低；5、风化对岩石力学性质的影响。产生新的裂隙、矿物成分发生变化、结 构和构造发生变化。4. 什么是岩石的水理性？如何描述岩石的水理性？岩石遇水作用后，会引起某些物理、化学和力学等性质的改变，水对岩 石的这种作用特性称为岩石的水理性。岩石的水理性主要包括吸水性、抗 冻性和软化系数三个方面。岩石的吸水性是指岩石吸收水分的性能，其水量的大小取决于岩石孔隙 体积的大小及其敞开或封闭程度等，描述岩石吸水性的指标有吸水率、饱 水率和饱水系数。岩石的吸水率V1为标准大气压力下，岩石吸入水的重量 W1 与岩石干重量 Wd 之比：V = H X100%1 Wd岩石的饱水率 V2 为高压（150 个大气压）或真空条件下，岩石吸入水 的重量 W2 与岩石干重量 Wd 之比：V =冬 X100%2 Wd岩石的饱水系数Ks为吸水率V1与饱水率V2之比：K =红 s V2显然，吸水性较大的岩石在吸水后往往会产生较大的膨胀，它将会给地 下空间的支护造成很大的压力。岩石的抗冻性是指岩石抵抗冻融破坏的性能，它是评价岩石抗风化稳定 性的一个重要指标。当岩石经过反复冻结和融解时，由于岩石中含各种矿 物的膨胀系数不同，岩石产生不均匀膨胀而导致岩石结构破坏，同时由于 岩石中的水分冻结对岩石产生膨胀压力，这都将致使岩石强度降低，甚至 引起岩石的破坏。岩石的抗冻性可用抗冻系数 Cf 表示，它是指岩石试件在 250C的温度区间内，反复降温、冻结、升温、融解，然后测量其抗压强 度的下降值c cl以此强度下降值与冻融实验前的抗压强度-c之比的百 分率作为抗冻系数 Cf：G GC 二一 f X100%fGc其中，G c冻融实验前岩石试件的抗压强度，G cf冻融实验后岩石试件的 抗压强度。岩石中含水量的多少也会影响岩石的强度，一般而言，岩石含水越多， 其强度就会越低，通常可以用软化系数耳c来反映岩石的这种关系。所谓软 化系数耳c，是指岩石试件在饱水状态下的抗压强度G c与干燥状态下的抗压 强度G c的比值：Gc G c各类岩石的软化系数一般在0.45-0.90之间变化。5什么是岩石的应力-应变全过程曲线，研究应力-应变全过程曲线的意义 是什么？罔日一三畀书应1T-闻吃仝过軒曲堆-所谓岩石的应力-应变全过程曲线是指采用 刚性材料试验机对岩石试件在外载荷作用的全 过程中所测取的的应力与应变所绘制的应力- 应变关系曲线。一般而言，在不同应力条件下， 岩石材料的完整应力-应变全过程曲线可分为 以下四个部分，亦即是岩石变形的四个基本阶 段（如右图所示）：OA段，曲线稍向上凹，为 岩石材料的孔隙压密变形阶段，对于孔隙度较 大或结构较为松散的岩石类材料，该变形阶段较为明显；AB段，曲线非 常接近直线的部分，为岩石类材料的弹性变形阶段，并将B点所对应的应力 值称为屈服应力或弹性极限，对于坚硬致密的岩石类材料，该直线部分十 分明显；BC段，曲线稍向下凹，到达点时岩石发生宏观破坏，当在BC中 任意点K卸载后再加载时，则其B点将移至K点，因此，称此阶段为岩石材 料的应变硬化变形阶段，对于软弱类岩石，该应变阶段较为明显；CD段, 岩石此时虽然已经发生宏观破坏，但由于尚未完全破裂仍能够承受一定载 荷，但其承载能力将随变形的逐渐增大而减小，当在BC中任意点Q卸载后 再加载时，则其所能达到的最高应力值将比Q点的应力值要低，所以称此 变形阶段为应变软化变形阶段。研究应力-应变全过程曲线的工程意义主要表现在以下两个方面：一是 从岩石应力-应变全过程曲线中可以看出，岩石即使在发生破坏而且变形很 大的情况下，也具有一定的承载能力，事实上，在矿井中所看到的岩体都 有程度不同的破裂，但仍具有一定的承载能力，也就是这个原因；二是从 岩石应力-应变全过程曲线中可以判定该种岩石在高应力作用下是否会易 于发生岩爆，因为一般而言，岩石试件中的应力在达到峰值以前，积蓄于岩石试件内部的弹性应变能就约等于应力-应变全过程曲线峰值左侧的面 积A,而岩石试件破坏时所消耗的能量也就等于应力-应变全过程曲线峰值 右侧的面积B，若AB,则表示该岩石在高应力作用下破坏后尚剩余部分能 量，这部分能量的突然释放就及有可能会引起岩爆。另外，也可以通过岩 石的应力-应变全过程曲线预测其是否发生蠕变破坏和循环载荷条件下是 否发生破坏。6. 评述岩石在复杂应力条件下的变形特性。在外力作用下，岩石一般不遵从虎克定律，没有明显的比例极限、弹 性极限和屈服点等，通常是紧随着出现弹性变形就开始出现塑性变形，且 一旦受力产生变形再卸载后会或多或少的都残留有一定数量的永久变形， 该永久变形一般将随外力的增加而增大。因此，再描述岩石的变形特性时， 所谓的“线弹性”、“可逆”、“杨氏摸量”、“泊松比”、“屈服应力” 等等术语都是近似的或在一定条件下的平均值。在各种不同应力条件下，岩石材料的变形特性可采用应力对应变作图 所得到的应力应变曲线来表示。一般而言，岩石材料的完整应力应变曲线 可分为四个部分，亦即是岩石变形的四个阶段（如右图所示）：0A段， 曲线稍向上凹，为岩石材料的孔隙压密变形阶段，对于孔隙度较大或结构 较为松散的岩石类材料，该变形阶段较为明显；AB段，曲线非常接近直 线的部分，为岩石类材料的弹性变形阶段，并将B点所对应的应力值称为屈 服应力或弹性极限，对于坚硬致密的岩石类材料，该直线部分十分明显； BC段，曲线稍向下凹，到达C点时岩石发生宏观破坏，当在BC中任意 点K卸载后再加载时，则其B点将移至K点，因此，称此阶段为岩石材料 的应变硬化变形阶段，对于软弱类岩石，该应变阶段较为明显；CD段，岩 石此时虽然已经发生宏观破坏，但由于尚未完全破裂仍能够承受一定载荷， 但其承载能力将随变形的逐渐增大而减小，当在BC中任意点Q卸载后再加 载时，则其所能达到的最高应力值将比Q点的应力值要低，所以称此变形 阶段为应变软化变形阶段。圈8-2岩启应力-应礙冷玫榨曲缰 -根据现有大量的实验研究成果，岩石 在各种不同应力条件下的变形曲线大致 可以归纳为以下四种基本类型：直线型, 由加载至产生破坏，其应力应变曲线都近 似呈线性特性，称此类曲线为弹脆性变形 曲线；下凹型，OA段几乎不存在，且 其应力应变曲线在接近破坏时将出现连 续的非弹性变形，称此类曲线为弹塑性变 形曲线;上凹型，岩石在发生破坏之前， 主要表现为孔隙压缩变形和线弹性变形，其应力应变曲线在低应力下表现 出向上弯曲的现象，随后近似呈线性关系，直至发生破坏，称此类曲线为 塑弹性变形曲线；反曲型，岩石发生破坏前，OA、AB和BC段都较为明 显，其应力应变曲线呈现 S 型曲线，在接近破坏时将产生较大的非弹性变 形，称此类曲线为塑弹塑性变形曲线。在反复加卸载过程中，每一对加、卸载曲线都不相互重合，其间将呈 现出所谓的“塑性滞环”现象，这也表明了岩石类材料的应力应变关系具 有明显的非单值性，但若将加、卸载值固定后，再反复进行加、卸载，则 该“塑性滞环”所围成的面积将随加、卸载循环次数的递增而减少，其相 应的残余变形量也将逐渐降低。岩石类材料的变形特性还将受到各种外界与内在因素的影响，其主要 影响因素有周向应力、加载速率、加载路径、环境温度、含水量、孔隙及 孔隙液压等等。7. 试论述岩体结构类型。1. 岩体结构分类依据：第一依据：结构面类型：软弱结构面和坚硬结构面第二依据：结构面切割程度及结构体类型：块裂结构、板裂结 构、碎裂结构、断续结构、完整结构2. 岩体结构分类方案：级结构类 型亚类I块裂结 构块状块裂结构层状块裂结构板裂结 构块状板裂结构层状板裂结构II完整结 构块状完整结构板状完整结构断续结 构块状断续结构层状断续结构碎裂结 构块状碎裂结构层状碎裂结构过渡型散体结 构碎屑状散体结构糜棱化散体结构3. 各类岩体结构的地质特征：完整结构岩体块裂结构岩体板裂结构岩体碎裂结构岩体断续结构岩体散体结构岩体4. 岩体结构的相对性及工程岩体结构的唯一性：对于工程岩体而言， 由于工程规模和尺寸的变化，岩体结构也发生相对变化。因此，岩体结构 是相对性，只有在确定的地质条件和工程尺寸条件下，工程岩体结构才是 唯一确定的。8. 论述岩石的流变特性以及蠕变变形曲线特征。所谓岩石的流变性质就是指岩石的应力-应变关系与时间因素有关的性质，包括蠕变、松弛与弹性后效三个方面。所谓蠕变是指当载荷不变时， 变形随着时间而增长的现象；所谓松弛是指当应变保持不变时，应力随着 时间增长而减小的现象；所谓弹性后效是指当加载或卸载时，弹性应变滞 后于应力的现象。岩石的蠕变变形特性曲线可以通过单轴或三轴压缩、扭转或弯曲等蠕 变实验来进行研究。实验表明，在恒定载荷作用下，只要有充分长的时间， 应力低于或高于弹性极限均能产生蠕变现象。但在不同的恒定载荷下，变 形随时间增长的蠕变曲线却有差异。岩石的蠕变曲线不仅与应力大小、性质及岩石种类有关、而且还与其所在的 物理环境如温度、围压、湿度等因素有 关，上图为岩石的一典型蠕变曲线。当 在岩石试件上施加一恒定载荷，岩石立 即产生一瞬时弹性应变se （0A段）。这 种变形往往按声速完成，可以近似认为 在t=0完成，其应变为se =o/E。若 载荷保持恒定且持续作用，应变则随时间缓慢地增长，进入到蠕变变形阶 段，将蠕变变形一般可分成三个阶段：（1）第一蠕变阶段（AB段），也称过渡 蠕变阶*段，在这个阶段内,蠕变为向下弯曲的形状，也就是说曲线的斜率 逐渐变小，若在这一阶段之中（曲线上某一点E）进行卸载，则应变沿着曲 线EFG下降，最后应变为零、其中EF曲线为瞬时弹性应变之恢复曲线， 而FG曲线表示应变随时间逐渐恢复为零；（2）第二蠕变阶段（BC段），也称 稳定蠕变阶段，蠕变变形曲线近似一倾斜直线，即蠕变应变率保持常量， 一直持续到C点。若在这一阶殷中进行卸载，则应变沿曲线HJ逐渐恢复 趋近于一渐近线，最后保留一定永久应变；（3）第三蠕变阶段（CD段），也称 加速蠕变阶段，应变率由C点开始迅速增加，达到D点，岩石即发生破坏， 这一阶段完成时间较短，严格地说，这一阶段可分为两个区间：即发育着 延性变形但尚未引起破坏的阶段（CP段）和微裂隙剧烈发展导致变形剧增 和引起破坏的阶段（PD段），它相当于褶皱形成后的断裂形成阶段。同一种岩石，其载荷值越大，在第二阶段持续的时间也就越短，第三 阶段破坏出现也就越快。在载荷很大的情况下，几乎加载之后立即产生破 坏。一般中等载荷，所有的三个蠕变变形阶段表现得十分明显。任何一个 蠕变变形阶段的持续时间，都取决子岩石类型、载荷值及温度等因素。9什么是初始地应力？试论述初始地应力的成因及其分布规律。初始地应力初始地应力是指未受到任何工程扰动的岩体在天然状态下所具有的内 应力，主要由岩体自重及地质构造作用所引起，地形、地质构造、地震力、 水压力、热应力等也会在一定的时间和空间范围内一定程度上影响到岩体 中的初始地应力。工程岩体中的地应力主要由自重应力和构造应力两部分组成。自重应 力在岩体中的分布是随深度变化大致呈线性增长的，若设在距地表深为 z 处的竖直方向的自重应力为OZ,水平方向的自重应力为ox和oy,则:铅垂分量nay zzi ii=1a =a = a水平分量x y 1_ z这里，Yi是第i层地层的容重，乙是第i层地层的厚度，U是当前地层 的泊松比。构造应力是由于地球自转角速度的变化、地球壳体绕地轴旋转 产生的离心力和地幔对流等因素所引起的，所以在工程岩体中的构造应力 是以水平应力分量为主，其大小将因地层的褶皱、断裂、升降等等地质构 造现象及程度不同而异。初始地应力的成因：大陆板块边界受压引起的地应力场；地幔热对流引起的地应力场；由地心引力引起的地应力场；岩浆浸入引起的地应力场；地温梯度引起的地应力场；地表剥蚀产生的地应力场。初始地应力的分布规律：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；地应力中的铅垂应力分量基本等于上覆岩层的重量，它随深度呈线 性增长；地应力中的水平应力普遍大于铅垂应力；平均水平应力与铅垂应力的比值随深度增长而减小；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；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；地应力的分布受地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特征、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。补：综合大量实测资料和近代理论，初始地应力场的一般分布规律有 如下特点：1）初始地应力一般是三轴压应力状态，且受地表地形地貌、山 川河流和构造影响，其分布往往十分复杂；2）三个主应力的大小一般互不 相等，其中两个（近）水平方向主应力也不相同，且最大水平主应力的方向 与区域性构造形迹密切相关，往往是构造应力影响的结果； 3）三个主应力 的方向一般偏离铅垂或水平方向不大，引起偏离的主要原因是构造、岩层 倾角或局部不均质影响；4）初始地应力中的铅垂应力分量基本上等于上覆 岩体的自重，它随深度呈线性增长；5）初始地应力的两个近水平应力分量 分布十分复杂，因地而异，且随深度而变化；两个水平应力的平均值与铅 垂应力的比值入的统计规律可概括为侧应力系数（平均）与深度呈双曲线 变化，越近地表平均水平应力相对高于铅垂应力；往下越相接近，一定深 度之后变得小于铅垂应力。10.论述在单轴压缩载荷作用时岩石试件的端部约束效应。由于岩石材料与铁板之间的泊松比值存在差异，这将在试件端面与铁板 之间的接触面上产生摩擦力，该摩擦力将影响岩石试件的横向变形和 岩石试件端面附件区域的应力状态。由于该摩擦力的存在，导致岩石试件内部应力分布不均，致使岩石试件 并非只产生纵向劈裂破坏（亦称拉伸破坏），还有可能产生X状共轭 斜面剪切破坏和单斜面剪切破坏等破坏形式。为了尽量减小试件端面与铁板之间的接触面上产生摩擦力，以保证岩石 试件端面附件区域的应力状态也为单向受力状态，必须要在试件端面 与铁板之间的接触面上添加缓冲材料。国际岩石岩石力学学会建议在试件端面与铁板之间使用与同样直径大小的 钢件垫块。岩石力学复习一. 岩石破坏有几种形式？对各种破坏的原因作出解释。答：试件在单轴压缩载荷作用破坏时，在试件中可产生三种破坏形式(1) X 状共轭斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度， 导致 岩石破坏。(2) 单斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破 坏。(3) 拉伸破坏， 破坏面上的拉应力超过了该面的抗拉强度， 导致岩石受 拉伸破坏。二. 什么是全应力-应变曲线？为什么普通材料实验机得不出全应力-应变 曲线？ 答：全应力应变曲线：能显示岩石在受压破坏过程中的应力、变形特性， 特别是破坏后的强度与力学性质的变化规律。由于材料试验机的刚度小， 在试件压缩时，其支柱上存在很大的变形和变形能，在试件快要破坏时， 该变形能突然释放，加速试件破坏，从而得不出极限压力后的应力应变关 系曲线。三. . 简述岩石在反复加载和卸载条件下的变形特征。 答：对于线弹性岩石，反复加载和卸载时的应力应变路径完全相同，对于 完全弹性岩石，反复加载和卸载时的应力应变路径完全相同，但是应力应 变关系是曲线。对弹性岩石， 加载与卸载曲线不重 合，但反复加载和卸载时的应力应变路径总是服从此环路的规定。 非弹性体岩石：在弹性范围内服从弹性岩石的变形特征，当卸载点 P 超 过屈服点时，卸载曲线与加载曲线不重合，形成塑性滞回环。 等荷载循环加载、卸载时的应力应变曲线，。塑性滞回环随着加载卸载次 数的增加而变窄，直至接近弹性变形， 没有塑性变形为止。 不断增大荷载的循环加载、卸载时的应力应变曲线，在每次卸载后再加载， 在荷载超过上一次循环的最大荷载以后，变形曲线仍沿着原来的单调加载 曲线上升 ，好像不曾受到循环加载的影响似的， 这种现象成为岩石的变 形记忆。四. 线弹性体、完全弹性体、弹性体三者的应力应变关系有什么区别？答：完全弹性体：循环加载时的o - E关系为曲线。加载路径与卸载 路径完全重合。线弹性体：循环加载时的O - E关系为直线。加载路径与卸载路径完 全重合。弹性体岩石：加载路径与卸载路径不同，但反复加载与卸载时，应力应 变关系总是服从此环路的规律。五. 岩体赋存环境包括哪几部分？ 答：赋存环境：包括地应力、地下水和地温三部分。六. 地应力对岩体的影响体现在哪几个方面？(1) 地应力影响岩体的承载能力：围压越大、承载能力越大。(2) 地应力影响岩体的变形和破坏机制。如在低围压条件下破坏的岩体，在 高围压条件下呈现出塑性变形和塑性破坏。(3) 地应力影响岩体中的应力传播的法则。非连续介质岩体在高围压条件 下，其力学性质具有连续介质岩体的特征。七. 岩体结构划分的主要依据是什么？ 答：岩体结构单元有结构面和结构体两种基本要素。因此，岩体结构分类 主要依据结构面及结构体的类型进行分类。八. 按结构面成因、 结构面通常分为几种类型？答： 结构面按成因分：原生结构面、 构造结构面、次生结构面 原生结构面：成岩阶段所形成的结构面。 岩石成因不同又分为沉积结构 面、 火成结构面和变质结构面。构造结构面： 岩体在构造运动作用下形成的结构面。此生结构面： 在外力作用下（风化、地下水、卸载、爆破等）形成的各 种界面。九. 结构面的剪切变形、 法向变形与结构面的哪些因素有关？ 答：结构面的剪切变形、法向变形与岩石强度、结构面粗糙性和法向力有 关。十.结构面力学性质的尺寸效应体现在哪几个方面？ 答：结构面试块长度增加，平均峰值摩擦角降低，试块面积增加，剪切应 力呈现出减小趋势。此外，还体现在以下几个方面：（1）随着结构面尺寸的增大， 达到峰值强度时的位移量增大；（2）试块尺寸增加，剪切破坏形式由脆性破坏向延伸破坏转化；（3）尺寸增加，峰值剪胀角减小，结构面粗糙度减小，尺寸效应也减小。 十一.简述地应力测量的重要性。答：地应力测量的重要性：（1）应力测量为各种岩体工程进行科学合理的开挖设计和施工提供依据； （2）地应力状态对地震预报、 区域地壳稳定性评价、 油田油井的稳定性、 核废料储存、 岩爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球动力学的研究也有重要 的意义。十二.地应力测量方法分哪几类？它们的主要区别在哪里？每类包括那些 主要测量技术？ 答：依据测量基本原理的不同，可将测量方法分为直接测量法和间接测量 发两大类。直接测量法是由测量仪器直接测量和记录各种应力量，包括：扁千斤顶法、 水力致裂法、刚性包体应力计法和声发射法。间接测量法是借助某些传感器或某些介质，测量和记录岩体中某些与应力 有关的间接物理量的变化，如岩体中的变形和应变，然后由计算公式求出 原岩应力值。包括：套孔应力解除法和其他的应力应变解除法以及地球物 理方法等。 其中套孔应力解除法是目前国内外广泛使用的一种方法. 十三. 什么叫岩石的本构关系？岩石的本构关系一般有几种类型？ 岩石的本构关系是指岩石的应力或应力速率与其应变或应变速率的关系。 岩石的本构关系一般分为：弹性本构关系、弹塑性本构关系和流变本构关 十四.什么叫岩石的强度？岩石的破坏一般有几种类型？ 岩石的强度是岩石抵抗外力破坏的能力。破坏是指岩石材料的应力或应变 超过了自身的应力或应变的极限。岩石的破坏的形式主要有两种：断裂破坏（应力达到强度极限）和流变破 坏（出现显著的塑性变形或流动现象）十五. 什么叫蠕变、松弛、弹性后效和流变？ 答：蠕变：当应力不变时，变形随时间增加而增加的现象。 松弛：当应变不变时，应力随时间的增加而减小的现象。 弹性后效：加载和卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。 岩石流变就是指材料的应力-应变关系与时间因素有关的性质，材料变形过 程中具有时间效应的现象称为流变现象。十六. 描述岩石流变性质的流变方程主要有几种？ 答：岩石的流变包括蠕变、松弛和弹性后效。其流变方程主要有蠕变方程、 松弛方程、弹性后效方程。十七.流变模型的基本元件有哪几种？ 答：流变模型的基本元件有弹性元件、塑性元件和粘性元件十八.试论述 Coulomb,Mohr,Griffith 三准则的基本原理、主要的区别及 其它们之间的关系。答：库仑准则（Coulomb）:岩石的破坏主要是剪切破坏，岩石的强度，既 抗摩擦强度等于岩石本身抗剪切摩擦的粘结力和剪切面上的法向力产生的摩擦力。 莫尔把库仑准则推广到三向应力状态。实质：岩石到达极限状态时，滑动 平面上的剪应力达到一个取决于正应力与材料性质的最大值，即o二f（ t ）。对应于各种应力状态（单轴、双轴和三轴压缩）下的破坏的岩 石的莫尔应力圆的包络线，称为莫尔强度包 络线。如果岩石的应力圆位于 莫尔强度包络线内，则岩石不会产生破坏，如果岩石的应力圆与莫尔包络 线相切或相交，则岩石会产生破坏。莫尔强度包络线的曲线型式有几种： 斜直线型， 二次抛物线型， 双曲线型等。十九格里菲斯（Griffith）理论： 在脆性材料中，其材料断裂的起因是分布在材料中的微小裂纹尖端有拉应 力（这种裂纹称为Grifith裂纹）所致。区别：格里菲斯（Griffith）理论中岩石的破坏机理是岩石受到拉应力破 坏所致。库仑准则和莫尔强度理论则认为岩石破坏是岩体内的某个面上的 剪切应力超过了剪切强度值。莫尔强度理论的包络线包括了库仑准则的直 线型， 还包括抛物线型和双曲线型强度准则， 论述岩石的流变特性以及蠕变变形曲线特征。（20分）回答要点： 岩石流变性与流变现象的定义；（4分） 蠕变、松弛以及弹性后效的定义；（6分） 稳定蠕变与不稳定蠕变；（2分） 岩石的典型蠕变变形曲线及其3个基本阶段；（5分） 岩石的长期强度及其确定方法。（3分） 试评述单轴压缩载荷作用下的端部约束效应。（20分）回答要点： 单轴压缩载荷条件的定义；（2分） 材料的泊松效应；（4分） 岩石受载端面与钢压板间的摩擦力；（5分,其中示意图2分） 岩石端面的复杂应力状态分析；（5分,其中示意图2分） 改善端面约束效应的主要方法。（4分） 什么是岩石的水理性？如何描述岩石的水理性？（20分） 回答要点： 岩石的水理性的定义；（4分） 岩石的吸水性（定义、吸水率、饱水率和饱水系数）（4分） 岩石的透水性（定义、渗透系数）（4分） 岩石的软化性（定义、软化系数）（4分） 岩石的抗冻性（定义、抗冻系数）（4分）试述莫尔（Mohr）强度理论的基本内容，并评述之。（20分）回答要点：1.岩石强度理论的定义（包括对强度理论（ 2分） 、强度准则（破坏条 件） （1分）、强度曲线（曲面）（1分）等的解释）及其一般数学表 示方法（2分）2莫尔（Mohr）强度理论的基本观点（3分）及基本函数关系（|t|二f（0）（1 分）3莫尔（Mohr）强度包络线（2分）及其拟合（包括二次抛物、双曲线 等）（3分）4莫尔（Mohr）强度理论的优缺点（4分）及其适用性讨论（1分） 试述岩石在复杂应力状态下的破坏类型，并阐述其在工程岩体稳定性 研究中的意义。（20分）回答要点：在无围压受压条件下，观测到不规则的纵向裂缝见图（a）；（3 分）加中等程度的围压后，图（a）中的不规则性态便由与方向倾斜小于 45度角的单一破裂面所代替图（b），这是压应力条件下的典型破 裂，并将其表述为剪切破坏，它的特征是沿破裂面的剪切位移； （3分） 如果继续增加围压，使得材料成为完全延性的，则出现剪切破裂 的网格图（c），并将其表述为剪切流变，并伴有个别晶体的塑 性；（2分） 破裂的第二种基本类型是拉伸破裂，它典型地出现于单轴拉伸中， 它的特征是明显的分离，而在表面间没有错动图（d）；（2分） 在较为复杂的应力条件下出现的破裂，可以认为上述类型之一或 其它。如果平板在线载荷之间受压图（e）,则在载荷之间出现一 个拉伸破裂，如果这些载荷是由环绕材料的外套挤入材料的裂缝 中引起的，则将破裂表述为侵入破裂，当检查图（a）情况中的破裂 面时，它们中的一些部分有剪切破裂的状态；（2分） 在工程岩体稳定性研究中的意义。（3分）r|irn 4.5.1戦EESfS*的纵向破卽蔽裂.CO # Jit蚂切破飄.3）拉沖橄別+由罐荷鞍严生旳拉沖破鋼