2018年度5岩体力学复习资料

岩石力学复习题一、判断题：1. 结构面组数越多，岩体强度越接近于结构面强度。（V ）2岩石三向抗压强度不是一个固定值，将随围压变化而改变。（V）3. 流变模型元件并联组合时，各元件满足应力相等，应变相加关系。（X）4. 在未受开采影响的原岩体内存在着原岩应力，其方向与水平方向垂直。（X）5. 岩石抗压强度值的离散系数越大，说明岩石抗压强度平均值的可信度越高。（X）6. 斜坡变形的结果将导致斜坡的破坏。X7. 岩石蠕变与岩石类别有关，与应力大小有关。（V）8. 有粘聚力的固结岩体体，由地表开始侧压力与深度成线性增长。（X）9. 椭圆断面巷道，其长轴方向与最大主应力方向一致时，周边受力条件最差。（X）10. 在力学处理上，弱面不仅能承受压缩及剪切作用，还能承受拉伸作用。（X）11 结构面组数越多，岩体越接近于各向异性。（X）12 .流变模型元件串联组合时，各元件满足应变相等，应力相加关系。（X）13 软弱岩层受力后变形较大，表明构造应力在软弱岩层中表现显著。（X）14 岩石限制性剪切强度不是固定值，与剪切面上作用的正压力有关。（V）15 软岩破坏为渐进过程，首先对破坏部位支护，可使软岩控制取得好的效果。（V）16 随开采深度增加，巷道围岩变形将明显增大。（V）17 从巷道周边围岩受力情况看，拱型断面巷道要比梯形巷道断面差。（X）18 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。（V）19 对无粘聚力的松散体，由地表开始侧压力即与深度成线性增长。（V）20巷道返修是一种较好的巷道支护对策。（X）21.水库蓄水前，河间地块存在地下分水岭，蓄水后将不会产生库水向邻谷的渗漏。X23.在岩土体稳定性评价中，由于边界条件、荷载条件、岩土体强度等难以精确确定，通常 在设计上考虑上述因素及建筑物重要性而综合确定一经验值，此即稳定性系数。X二、填空1. 结构面的类型： 原生结构面、构造结构面、次生结构面。岩体结构类型： 整体块状结构、 层状结构、破裂结构、散体结构。2. 岩石力学的研究内容：岩石在荷载作用下的应力、变形、破坏规律以及工程稳定性等问题。岩石力学的研究方法：工程地质研究法、试验法、数学力学分析法、综合分析3. RMR （地质力学分类法）包括完整岩石的强度、RQD、节理的间距、节理的状态、地_下水情况。4. 岩体的破坏形式：脆性破坏、延性破坏、弱面剪切破坏。5. 影响岩石抗压强度的因素：矿物成分、结晶程度和颗粒大小、胶结情况、生成条件、风_化作用、密度、水的作用、试件形状和尺寸、加荷速率。6. 直剪曲线的3个阶段：弹性阶段、裂隙发展增长阶段、强度降低阶段。7. 岩石完全应力一应变曲线分为压密阶段、弹性工作阶段、塑形性状阶段、材料的破坏阶 段。8. 影响岩石应力应变曲线的因素：荷载速率、温度、侧向压力、各向异性 9. 岩石的蠕变分为初级蠕变 （暂时蠕变）、二次蠕变（稳定蠕变）、加速蠕变（第三期蠕变）。10. 影响山岩压力的因素：洞室的形状和大小、地质构造、支护的形式和刚度、洞室深度、时间、施工方法。11. 压力拱理论稳定条件：沿着拱的切线方向仅作用着压力，适用条件：能够形即洞室上方有足够的厚度且有相当稳定的岩体。12. 大坝的失稳形式：表层滑动破坏、深层滑动破坏、混合滑动破坏。13. 岩石边坡的几种破坏类型：松弛张裂、崩塌、倾倒、蠕动、滑坡。14. 边坡加固措施:排水、削顶压底、用混凝土填塞岩石断裂部分、用锚栓固、挡墙和锚索相连接加固、用混凝土挡墙或支墩加固、格勾。三、名词解释1、地质体：由一定的岩石组成的和具有一定构造特征的，并占据地球上一定空间的实 体。2、 岩石：地壳中由地质作用所形成的、由造岩元素构成的玻璃质或矿物的天然集合体, 具有一定结构构造和变化规律的固体物质。3、岩体：在地质历史过程中所形成的，已经遭受过变形和破坏，具有一定物质成分和 结构并赋存于一定地质环境中的地质体，在岩体力学中作为力学研究对象时，称为 岩体。4、工程岩体：在岩体内部或表面修建或构造的任何工程为岩体工程，岩体工程所涉及 的岩体为工程岩体。5、岩体结构：结构面和结构体在岩体内的排列组合形式，称为岩体结构。6、结构面：岩体内的开裂的或易于开裂的界面（包括物质分异面和不连续面）统称结 构面。7、岩体的不连续性：包括岩性不连续性和结构不连续性。岩性不连续性：指岩体内岩石性质沿一些界面发生突变；结构不连续性：指岩体中一系列宏观分离面， 如断层、节理、劈理等。& 岩体的非均质性：岩体的物理一力学性质随所测点的空间位置不同而有差异的性质。9、 岩体的各向异性：岩体的物理力学性质随取向不同而具有明显方向性差异的性质。10、岩体力学：研究岩石和岩体力学性态的理论和应用的科学，是力学的一个分支。11、岩石的饱水率： 即饱和吸水率，指岩石在高压（15MPa ）或真空条件下吸入水的质量与岩石颗粒质量m s之百分比。12、岩石的软化系数： 岩石饱水状态的抗压强度与其干燥状态的抗压强度的比值。13、强度损失率：饱水岩石在-2525 C条件下，反复冻结融化 25次（视当地工程要求，有的要求冻融100200 次或更多），冻融试验前后抗压强度之差与试验前的抗压强度的比值，以百分数表示。14、残余碎胀系数:破碎后的岩石，经过一段时间压实后，其体积（Vh）与破碎前体积（Vo）之比。15、结构面的产状:结构面在空间的分布状态。（对岩体稳定性和建筑物安危起重要作用）16、岩石质量指标:即BQD，是一个钻孔中长度大于和等于10cm的单块岩心长度总和与岩心进尺长度之比。17、起伏角：由起伏差（a）与波长（L）计算：i=arctan（2a/L）.18、张开度：结构面两壁间的垂直距离，除水和空气之外，壁间无充填物。19、软弱夹层：岩体中的在岩性上较上下相邻层显著减弱，厚度超过接触面的起伏差，但较相邻岩层明显较小的薄岩层或透镜体。20、地应力：在漫长的地质年代里，地球经过各种动力运动过程 （如板块边界受压、地幔热对流、地质构造运动、地球旋转作用、重力作用、岩浆侵入作用等），地壳物质产生各种内应力效应，称为地应力。21、构造应力场：一定区域内具有成生联系的各种构造行迹在不冋部位应力状态的总体。22、岩爆：在地下硐室施工过程中，由于高地应力的存在，岩体中积蓄的大量弹性应变能突然释放，岩体出现瞬时的脆性破坏，破坏时发出响声并抛出岩块和岩片。（大规模者称岩爆、小规模称岩射、缓慢脆性破坏称剥落）23、力学性质：物体（材料）为抵抗外力而维持自身稳定和平衡所表现出来的性质。24、峰值强度：岩石应力应变曲线上对应最大应力值。25、残余强度：在峰值强度后，岩石并非完全丧失承载力，而仍然保持较小的承载力，此时所对应的强度称为岩石的残余强度。26、长期强度：岩石的强度是随外荷载作用的时间的延长而降低的，通常把作用时间tTO。的强度So称为岩石的长期强度。27、脆性破坏：结构、构件或岩、土体在破坏前无明显变形或其他预兆的突发性破坏类型。28、延性破坏:结构或构件在破坏前有明显变形或其他预兆的破坏类型。29、流变性：物质在外部条件不变的条件下，应力或应变随时间而变化的性质。30、松弛：物体变形保持一定，内部应力随时间增长而逐渐减小的现象。31、蠕变：在大小和方向都保持不变的外力作用下，变形随时间不断增长的现象。32、应力-应变全过程曲线：反映岩石在压缩条件下由变形到破坏的全过程关系曲线。分五阶段：压密阶段、弹性变形阶段、微裂隙发生和稳定发展阶段、微裂隙加速扩 展阶段、破坏后阶段。33、弹性变形：岩石在外力作用下产生变形，当外力取消后，岩石的变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质称为弹性，这种可恢复的变形称为弹性变形。34、塑性变形：岩石在外力的作用下产生形变，当施加的外力撤除或消失后，岩石的变形不能恢复原状的一种物理现象。35、结构面稳滑：指沿剪切面不间断地相对缓慢地稳定滑动，在位移滑动过程中差应力保持不变，应变能得以连续释放而不积累。36、结构面粘滑：在结构面剪切过程中，剪应力和剪位移并不总是稳定变化，剪应力时常出现断续的张弛，剪位移时常发生急跃的现象。37、结构面爬坡：岩体受剪产生沿结构面的滑动，滑动面为波状或锯齿状的不平整平面，在法向应力较小时，会产生上部结构体剪切隆起的现象，叫做爬坡，若法向应力较大，则结构面上的波状或锯齿状被剪断，叫做啃断（剪断）。38、结构面剪断：岩体受剪产生沿结构面的滑动，滑动面为波状或锯齿状的不平整平面，若法向应力较大，则结构面上的波状或锯齿状被剪断，叫做啃断（剪断）。39、剪胀：结构面滑移过程中，不仅产生切向位移，也有法向位移，从而使结构面总体张开，岩体体积膨胀，这种现象即为剪胀。40、峰值剪胀角：剪胀角为剪切时的剪切位移之轨迹与水平轴之夹角。当剪应力达到峰值抗剪强度时的剪胀角为峰值剪胀角。41、岩体质量：岩体的工程质量，即从工程角度来看岩体的优劣程度和对工程的适宜程度。42、BQ:以岩石坚硬程度和岩体完整程度来衡量岩体的基本质量的岩石质量分级体系。BQ=90+3R c+250K v.43、RMR:指岩体地质力学分类，RMR=A+B+C+D+E（+M）A代表岩石强度；B代表RQD ; C代表结构面间距；D代表结构面形态；E代表地下水状态；M代表其它因素。四、简答题1、地质体和岩体在概念上有哪些区别？答：（1 ）岩体和地质体是同一物体在不同场合的两个名词。（2）就具体问题研究而言，岩体即为地质体的一部分。（3）岩体是工程地质学和岩体力学的专有名词。有时将土地作为一种特殊岩体对待。2、岩体和岩石的各自特征是什么？两者有何区别和联系？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。3、岩体力学的一般工作程序（步骤）和主要研究方法？答：工作程序：岩体工程地质信息采集一岩体工程地质力学模型一岩体稳定性评价一岩体工程设计一岩体工程施工一岩体性态监测；主要研究方法：工程地质法、测试试验法、理论研究法、综合研究法4、岩体的组成要素是什么？答：物质成分（岩石）、结构（结构体、结构面）、赋存环境（应力场、温度场、渗流场、 其他物理场）5、从工程地质研究的角度，简述岩石的主要造岩矿物及其基本性质？答：1、可溶性矿物，如岩盐、石膏、芒硝等，在适宜条件下可溶解于水，减少岩石的固相成分增加空隙比， 使岩石结构变松、力学性能降低、渗透性提高。2、易风化矿物， 其稳定性取决于矿物的化学成分迁移活动性、矿物结晶特征、矿物生成条件。3、粘土矿物，如蒙脱石、伊利石、高岭石、绿泥石、绿帘石等，粘土岩在漫长的成岩作用后已 失去胶体的活动性，但在水的长时间作用下活动性可以复苏。4、其它不稳定矿物，主要指黄铁矿硫化物，它们极易氧化在氧化过程中生成硫酸。6、岩石颗粒间的联结有哪几种？联结强度如何？答：按联结性质分类：结晶联结一一联结强度最强、胶结联结一一联结强度居中、水胶联结一一联结强度最弱。7、结构面按其成因通常分为哪几种类型？各自有何特点？答：成因类型：（1 ）原生结构面一一在成岩过程（建造过程）中形成的结构面。其特征与岩体成因紧密相关，它包括沉积结构面、火成结构面和变质结构面。（2）构造结构面一一岩体在改造过程中受构造应力作用产生的破裂面或破碎带，如劈裂、节理、 层间错动及断层等。它是岩体中分布最广的一类结构面。结构面的产状空间分布取决于构造应力场与岩性条件，他们的力学成因、规模、发育历史及次生变化影响并制约着岩 体的工程地质性质。（3）次生结构面次生结构面是指岩体在外营利（风力、卸荷、地下水、应力应变、人工爆破等）作用下形成的结构面。其特点是局限于岩体表层，规模小、数量多、多呈无序性，不平整和不连续状态。它们往往是受原生结构面和构造结构面控制的，或在此基础上发展起来的。8、简述结构面定量统计的内容？答：（1 ）产状（结构面的空间分布状态）；（2）组数（岩体中交叉分布的结构面组数）；（3）间距（同组结构面法线方向上该组结构面的平均距离）；（4）延展性（在一个暴露面上能看见的结构面迹线的长度）；（5）粗糙程度（结构面的固体表面相对与它的平 均平面的凹凸不平程度）；（6）结构面壁的抗压强度（结构面两侧岩壁的等效抗压强度）；（7）张开度（结构面两壁间的垂直距离，除水和空气外壁间无填充物）；（8）充填特征（硬性结构面、软弱结构面）；（9 ）渗流特征（结构面中是否存在渗流及渗流量）；（10）块体尺寸。9、泥化夹层有何特性？答：结构上：由原岩的超固结、胶结式结构变成了泥质散体结构或泥质定向结构；成分上：粘粒含量较原岩增多，可达70%，物理化学成分与原岩基本一致，高含量粘土矿物，含盐量低、游离氧化物增加；厚度上：泥化夹层发生在软硬相间的岩层组合和原生 软弱夹层的条件下， 通常被限制在相对坚硬岩层之间发育。产状上：大多数泥化夹层由原生软弱夹层发育而来，其分布受到原生软弱夹层的控制，故它们的产状完全一致；物理状态上：干密度较原岩小，天然含水率超过塑限介于塑限和液限制间，膨胀量和膨胀力大小与矿物类型及有机质含量有关；力学性质上：较原岩大大降低，仅与软弱或松软土相似。10、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。11、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。12、简述高地应力区的标志。答：（1 ）饼状岩芯；（2）岩爆、剥落、锤击有哑声；（3）隧道（隧洞、巷道）大变形、 钻孔缩径；（4）隧道变形破坏具有相同的方式或形式；（5 ）软弱夹层挤出；（6）岩体现场物理力学指标高于室内；（7）其它：不透水性。13、解释单轴压缩作用下，岩石变形全过程的特征及其内在本质。答：岩石单轴压缩全过程分以下几个阶段：少密阶段，此阶段岩石中原有空隙在荷载作用下逐渐被压缩而闭合，试件体积减小。弹性阶段，随荷载的加大岩石中裂隙进一步闭合，空隙被压缩无新的裂隙发展表现为弹性变形。微裂隙发生和稳定发展阶段，当应力超过弹性极限后，岩石中原有裂隙开始发展并产生新裂隙，表现为应变的增加速率大于应力的增加速率。明裂隙加速扩展阶段，应力超过屈服极限并逐渐增大的过程 中，岩石内部裂隙加速扩展并局部出现宏观裂隙，当裂隙扩展为贯通的破裂面是，岩石即发生破坏。14、循环加荷作用下岩石的力学性质？答：1、逐渐循环加载： 、弹性滞后； 回滞环；笆、峰值前应变强化； &峰值 后应变弱化；（Q岩石的记忆2、反复循环加载：岩石会在比峰值应力低的应力水平下破坏，即疲劳破坏。疲劳强度非定值，与循环荷载持续时间有关。存在一个极限应力水平，当最大应力低于这一 应力水平时，应变在达到一定值后不再增长，即不发生破坏15、三向作用下岩石的力学性质？答：1、岩石在围压条件下的应力应变关系；2岩石在围压条件下的破坏方式及机制；3围压对岩石极限强度的影响；4岩石的莫尔包络线特征。 （附说明： 向作用下岩石与单轴压缩条件的应力应变曲线类似有弹性变形阶段、塑性变形阶段、应力下降阶段、 摩擦阶段。g不同围压下变形特征不同：高强度坚硬致密岩石曲线斜率受围压影响小基本不变即弹性模量不因围压增高而改变，表现为常刚度变形。g对任何岩石当围压达到一定水平是，以塑性变形为主与之对应的破坏由脆性转为延性。g随着围压的增大， 岩石的三轴极限强度也增大，但其增大的速率依岩性的不同而不同，对脆性破坏的岩石其极限强度随围压的增长很快，而延性破坏时，极限强度随围压增长缓慢。）16、岩体结构面粘滑的特征、机制和影响因素？答：粘滑特征：岩石表面突然向前滑动、锁住，然后又开始滑动，如此反复进行。粘滑机制：g松弛振荡机制：最初是通过光滑结构面开始粘滑研究的。由于动摩擦小于静摩擦使得结构面突然向前滑动锁住，然后又开始滑动如此反复形成张弛、跳跃式的粘滑现象称为松弛振荡。 g典性破坏机制：粘滑不仅仅出现在磨光面上，在粗糙的结 构面上也较普遍的发生。由于表面存在大量的凸起体，且一般都呈嵌合接触，若剪切面 上法向压力大到足以抑制上部块体升高并沿凸起体爬坡时，在剪切力作用下将凸起体剪断或使凸起体在相对面上犁刻凹槽。当凸起体一旦破坏阻抗立即下降。g凸起体蠕动机制：由于蠕动凸起体嵌入到相对的结构面中，使接触面增加，当继续加力至滑动时随着滑动的开始，接触面减小导致摩擦阻力突然降低而产生粘滑。影响因素：矿物成分、应力状态、应变速率、填充物、孔隙率、温度、水及空隙压力。17、岩石蠕变一般包括哪几个阶段？各阶段有何特点？答： 3时变形阶段：加荷后立即发生变形。（2別始蠕变或阻尼蠕变阶段：应变在最初随时间增长较快，但其增长速率随时间逐渐降低。（3等速蠕变阶段：应变随时间呈近似直线的增长。 3口速蠕变阶段；应变及应变速率均随时间增长而增长，表明变形加速直 至破坏。18、简述不同形态结构面剪切强度特征。答：1、平直型硬性结构面：平直型无填充的硬性结构面，其力学性质主要取决于两壁岩石性质、结构面粗糙度、粘聚状态、干湿程度、发向应力；2、波状结构面：在较小正应力作用下发生剪胀，在正应力较大时发生剪断；3、台阶状硬性结构面：阻止滑块的阻力有结构面段的抗剪强度与完整岩段沿层面方向的抗剪强度两部分组成。4、非贯通性结构面：发生剪切时，结构面与为贯通的“岩桥”都起抗剪作用。19、岩体与岩石的变形有何异同？答：岩体的变形包括体积变形、形状变形、位置变形，总体而言分为结构体变形（包括材料的弹性、塑性和粘性以及结构体的滚动和转动变形等）和结构面变形（包括压缩闭合或挤出变形、错动或滑动流动变形等），而岩石由于整体比较完整不存在结构面，故岩石的变形主要是结构体的变形而没有结构面的变形。20、岩体压缩变形曲线可分几类？各类变形曲线有何特点？答:(O g(b wu W(d) wje体变形曲线类型A直线型：反映岩体加压过程中变形随压力成正比增加，直线型又分两类，A-1型与A-2型。A-1型：曲线斜率陡，呈直线，岩体刚度大，退压后岩体变形几乎恢复到原点， 以弹性变形为主。A-2型：曲柄斜率缓，呈直线，岩体刚度很低，退压后岩体变形只能 部分恢复，有明显的不可恢复变形和回滞环，岩体变形不是弹性的。B上凹型：B-1型：每次加压曲线的斜率随着加压退压循环次数增加逐渐变大，即岩体刚度增大，各退压曲线较缓且相互近于平行，变形系数随压力增加而减小，岩体弹性变形逐渐增大。B-2型：加压曲线斜率随压力增大而逐渐变大，即岩体刚度增大，各卸荷 曲线很陡，在卸荷后，变形大部分不可恢复。C下凹型：每次加压曲线在应力较小时近于平行，而有应力较大时逐渐变缓，变形系数随压力增加而增加。D复合型：岩体受压时的力学行为复杂，同时岩体受压的边界条件又随压力的增大而改变。21、简述岩体抗剪强度参数该如何选取。答：对岩体破坏机理加以分析，并结合工程建筑物的工作状态和要求，确定选值标准，通过数理统计而获得强度参数。选值标准（即抗剪强度准则）主要有比例极限准则、屈服极限准则、极限强度准则、残余强度准则、剪胀准则、长期强度准则、最大允许位移准则、剪切变形速率准则等。22、简述岩体力学性质的影响因素。答：岩体力学性质影响因素有两个方面：1、岩体的内在因素即岩石的成分、结构及岩性、岩体结构；2、外部条件即地下水、地应力、地热及作用力特点。23、简述岩体力学性质法则。答：1、爬坡效应法则。切向变形过程中爬坡效应由结构面形态和粗糙度、岩石强度及 围压大小共同决定；2、各向异性效应法则。与岩体结构密切相关、随围压的增加而减 弱；3、尺寸效应法则。即力学性质随试件尺寸大小而变化。24、简述岩体的工程地质分类与质量分级的区别和联系。答：区别：根本区别在于服务对象。分类的服务对象：工程地质和岩体力学工作者，着 重解决一般问题，一般不涉及具体工程；分级的服务对象：岩体工程的设计和施工人员， 直接为具体岩体工程的设计和施工服务。联系：岩体的工程地质分类必须以岩体质量为基础，是工程岩体质量分级的归宿；而岩体质量分级也是岩体工程地质分类的深化和发展，属于岩体工程地质分类范畴。25、Q分类法和RMR分类法中各考虑了岩体的哪些因素？答：Q分类法：岩石质量指标、结构面组数、结构面粗造度系数、结构面蚀变程度系数、 裂隙水折减系数、地应力折减系数。RMR分类法：岩石强度、岩石质量指标、结构面间距、结构面形态、地下水状态。26、岩体质量分级在工程中如何应用？答：1、工程地质分类的基本依据之一；2、工程地质和岩体力学定量化的研究；3、岩体工程的设计和施工：如规划、勘察、加固、支护、地下工程等。27、在静水压力状态下，围岩应力的分布有何特征？答：天然应力为静水压力状态时，围岩内重分布应力与B角无关，仅与洞半径 a和原始应力水平00有关。径向应力or在洞壁处为0,随着离洞壁距离的增加，其应力逐渐上升， 在约6倍洞半径处基本恢复到原始应力水平。切向应力oe在洞壁处为2 o，随着离洞壁距离的增加，其应力逐渐下降，在约6倍洞半径处基本恢复到原始应力水平。其分布特征如图所示：(T(TRo2Ro0- II3Ro4Ro5Ro6Ro28、在非静水压力状态下，围岩应力的分布主要受哪些因素影响？这些因素怎样影 响到围岩应力的分布特征？答：在非静水压力状态下，围岩应力的分布特征与静水压力状态类似，但侧压力系数E的大小对应力大小有明显影响。以圆形洞室为例，当Ev 1/3时，洞顶将出现拉应力。 当1/3vEv 3时，洞壁围岩内的 oe全为压应力。当E 3时，两边墙出现拉应力。29、椭圆形洞室的围岩应力分布有何特征？答：椭圆形洞室长轴两端点应力集中最大，易引起压碎破坏，而短轴两端易出现拉应力集中，不利于围岩稳定。最合理的洞室方向是长轴平行最大主应力，长短半轴的比等于01/o，此时洞室围岩应力分布较均匀，围岩稳定性较好。30、方形及矩形洞室的围岩应力分布有何特征？答：矩形状洞室的角点或急拐弯处应力集中最大。长方形短边中点应力集中大于长边中点，而角点处应力大，围岩最易失稳。当岩体中天然应力oh、o相差较大时，则应尽量使洞室长轴平行于最大天然应力的作用方向。31、圆拱直墙洞室的围岩应力分布有何特征？答：平直的周边容易出现拉应力。由于岩石的抗拉强度通常只有抗压强度的十几分子，所以平直周边比曲线周边容易破坏。 拐角处是应力集中区。 拱顶容易出现拉应力。五、论述题1、从岩石力学的角度分析岩质边坡病害的发生机理和研究方法。答：机理：（崩塌：块状岩体与岩坡分离，向前翻滚而下。其成因是由于风化等原因减弱了节理面的内聚力或也可能是由于气温变化、冻融松动岩石的结果，或是由于植物根系生长造成膨胀压力，以及地震、雷击等原因而引起；滑坡：岩体在重力作用下，沿坡内软弱结构面产生的整体滑动。 其成因是由于岩体中存在有软弱结构面（层面、断层、裂隙），岩体在重力的作用下，克服了滑面底部与两侧的阻力而引起沿软弱面的滑动。滑面的倾角必须大于滑面的内摩擦角，否则无论坡角和坡高大小如何，边坡都不会滑动。研究方法：极限平衡法、数值分析法、有限单元法等2、岩石力学与土力学在研究对象、研究方法、物理性质、力学性质和渗透性等方面有何异同点？答：研究对象：岩石力学-岩石、岩体、岩体工程；土力学 -土体。研究方法：岩石力学-工程地质法、测试试验法、理论研究法、综合研究法；土力学-实验室测定法、野外现地测定法、理论分析法、综合研究法。物理性质：岩石力学-岩石的重力特征、空隙性、吸水性、透水性、可溶性、膨胀性、崩解性、软化性、抗冻性、碎胀性、压实性、热（力）学性质等；土力学-碎散性、三相体系、自然变异性。力学性质：岩石力学-岩石为抵抗外力而维持自身稳定和平衡所表现出来的性质，包括变形性质和破坏性质； 土力学-土体的自重应力、自身以外的荷载引起的附加应力、 土的压缩性、抗剪强度。渗透性：岩石力学-岩石透水性取决于岩石中空隙的大小、数量、方向和连通情况，完整岩体的透水性与其组成的岩石相近。岩体的渗透分为：孔隙型、裂隙型、岩溶管道型；土力学-水在土体孔隙中流动，土具有被水等液体透过的性质。3、从基本特征、物理性质、力学性质、赋存环境等角度讨论岩体、岩石的区别。答：基本特征：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。物理性质：岩体：结构面产状、结构面组数、结构面间距、延展性、粗糙程度、风 化程度、张开度、充填特性、渗流、块体尺寸；岩石：重力特征、空隙性、吸水性、透 水性、可溶性、膨胀性、崩解性、软化性、抗冻性、碎胀性、压实性、热（力）学性质 等。力学性质：岩体：法向压缩变形、岩体抗拉强度、岩体的抗剪强度、岩体的剪切变 形；岩石：为抵抗外力而维持自身稳定和平衡所表现出来的性质，包括变形性质和破坏性质。赋存环境：岩体：地应力场、温度场、渗流场、其它物理场；岩石：没有赋存环境。4、格里菲斯强度理论实际的固体在结构构造上既不是绝对均匀的，也不是绝对连续的，其内部包含有大量的微裂纹和微孔洞，这种固体在外力作用下， 即使作用的平均应力不大，但由于微裂纹或微孔洞边缘上的应力集中， 很可能在边缘局部产生很大的拉应力，当这种拉应力达到或超过强度时，微裂纹便开始扩展，当许多这种的微裂纹扩展、迁就、联合时，最后使固体沿某一个或 若干个平面或曲面形成宏观破裂。六、计算题1、一个5cm 5cm 10cm试样，其质量为678g，用球磨机磨成岩粉并进行风干，天平秤 称得其质量为650g，取其中岩粉60g作颗粒密度试验，岩粉装入李氏瓶前，煤油的度数为330.5 cm，装入岩粉后静置半小时，得读数为20.3 cm，求：该岩石的天然密度、干密度、颗粒密度、岩石天然空隙率。解：天然密度32.71g / cm5 5 10干密度 d匹2.6g/cm3V 5 5 10颗粒密度 s 空 一 3.03g / cm3Vs20.3 0.5天然孔隙率n V 13.030.142. 某岩石通过三轴试验，求得其剪切强度为：C=10Mpa、$ =45。，试计算该岩石的单轴抗压强度和单轴抗拉强度？解：由3、在地表以下200米深度处的岩体中开挖一洞径2R0=2米的水平圆形遂洞，假定岩体的天然应力为静2水压力聆(2C播45岩体的天然密度Ppa(=2.734Cm3，试求:洞壁、t2 倍倍洞半4径o 3/倍洞半径处的重分35应力；(2)根据以上计算结果说明围岩中重分布应力的分布特征;若围岩的抗剪强度 Cm=0.4 ,$m=30 ，试评价该洞室的稳定性;(4)洞室若不稳定，试求其塑性变形区的最大半径( R1 )解：（1）地表下200m处岩体的铅直应力:=5.290 MPa岩体处于静水压力状态，入=1 ,=5.290 Mpa根据重分布应力公式：（9-12）洞壁处=0 Mpavg=h0.584 Mpa=0 Mpa2倍洞径处=3.969 Mpa=.615 Mpa=0 Mpa3倍洞径处r =4.704 Mpar=5.88 Mpa=0 Mpar（2）从以上结果可知：随着洞壁距离r增大，径向应力rr逐渐增大，环向应力逐渐减小，剪应力 始终为0。13tg2（45。寸）2Cmtg（45。寸）（3）围岩的强度为1 rtg 2 （45 0） 2Cmtg （45 0）2 2将带入公式得:R1Ro( 0Cmctg m )(1 Sin m)piCmctg m1 sin m2sin m=10.584 Mpa=1.386 Mpa v故该洞室不稳定，发生破坏。（4 ）由修正芬纳-塔罗勃公式：带入数据得， R仁2.196 m即塑性变形区的最大半径为2.196m 。4、如图，导出边坡不失稳的最大坡高Hmax。解：F=G eos 3 tan Q+cLT=G sin 3则它对于滑动面Fs和滑动力Fr解：如上图所示：发仅考虑重力作用下的时，设滑动体的重力为G ,的垂直分量为 Geos 平行分量为Gsin因此，可得滑动面上的抗滑力分别为：则岩体边坡的稳定性系数为：r, F G eos tan eLkTGsi n由上图几何关系可得:-si n(sinsin2 ghL i gHsin(2sin sin将上式整理得：k tg空竺tgghs in sin( )令k=1即得滑动体极限咼度HmaxHmax2csin g sin sin(cos)sin