重庆大学-博士、硕士岩石力学考题1

1、重庆大学二零零五年博士生（春季）入学考试试题科目代码： 379（共 1 页）考试科目：岩石力学专业：采矿工程请考试注意：答题（包括填空题和选择题）一律答在答题纸上，答在试题上无效。一、试论述岩体结构类型。（20 分）二、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。（20 分）三、 什么是岩石的水理性？如何描述岩石的水理性？（20 分）四、岩石在复杂应力状态下主要有哪些破坏类型，并阐述其在工程岩体稳定性研究中的意义。（20 分）五、论述影响岩石力学性质的主要因素。 （20 分）重庆大学博士生入学考试试题答案一、试论述岩体结构类型。回答要点：1、 岩体结构分类依据：? 第一依据

2、：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：级结构类型亚类块裂结构块状块裂结构层状块裂结构i块状板裂结构板裂结构层状板裂结构完整结构块状完整结构板状完整结构ii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

3、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。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。回答要点：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| = s0 +其中，和是该破坏平面的法向应力和剪应力，s0 可以看作是材料的固有剪切强度的常数，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11) ，这里的内摩擦角共轭破裂面，且均通过中间主应力的方向，并与最大主应力方向成夹角( 42tan 1。莫尔

4、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和剪应力由材料的函数特征关系式联系：| = f（）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

5、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。二、什么是岩石的水理性？如何描述岩石的水理性？回答要点：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

6、， 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：w1v1100%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：v2w2100%wd岩石的饱水系数ks 为吸水率 v1 与饱水率 v2 之比：k sv1v2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

7、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ccf ，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fc ：ccf100%c fc其中， c 冻融实验前岩石试件的抗压强度，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c 来反映岩石的这种关系。所谓软化系数c ，是指岩石试件在饱水状态下的

8、抗压强度c 与干燥状态下的抗压强度c 的比值：ccc 各类岩石的软化系数一般在0.45-0.90之间变化。三、岩石在复杂应力状态下主要有哪些破坏类型，并阐述其在工程岩体稳定性研究中的意义。回答要点：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

9、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，而在表面间没有错动 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

10、，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。四、论述影响岩石力学性质的主要因素回答要点：论述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、溶蚀及潜蚀作用等方面。2、 温度对岩石力学性质的影响随着温度