岩石力学考博真题-秋及答案

1、重庆大学二零零七年博士生（秋季）入学考试试题科目代码：248（共1页）考试科目：高等岩石力学专 业：采矿工程、安全技术及工程、矿物加工工程、安全管理工程、资源综合利用工程请考生注意：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. 简述库仑准则和莫尔假定的基本内容，并简要说明对其研究的工程实际意义。（20分）二. 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。（20分）三. 论述影响岩石力学性质的主要因素。（20分）四. 试述岩石的水理性。（20分）五. 试述工程岩体中的初始地应力及其分布规律。（20分）重庆大学博士生入学考试试题答案科目代码：248

2、学院：资源及环境科学学院科目名称：高等岩石力学一. 简述库仑准则和莫尔假定的基本内容，并简要说明对其研究的工程实际意义。库仑准则是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IT I = S 0 + H 0其中，0和T是该破坏平面的法向应力和剪应力，S可以看作是材料的固有剪切强度的常数，U是材料0的内摩擦系数的常数。根据该理论可以推论岀，当岩石发生破坏时所产生的破裂面将有两个可能的共辘1 1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U 5 )，这里的内摩擦角tan 1 o莫尔假定是莫尔于1900年提出的一种剪切破坏

3、理论，该理论认为岩石受压后产生的破坏主要是由于岩 石屮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 应力丫由材料的函数特征关系式联系：IT | = 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，而与屮间主应力无关；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

4、裂面上的剪应力有关，也与破裂面上岀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、周向应力约朿的影响和岩石的本 身性能，能较全面的反映岩石的破坏强度特征，但该假定忽视了屮间主应力对岩石破坏强度的影响，而 事实证明屮间主应力对其破坏强度是有一定程度影响的。二. 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屮的意义。在关于岩石破裂的所有讨论屮，破裂面的性质和描述是最重要的，岀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

5、 (a)屮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，后來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) o在较为复杂的应力条件下出现的破

6、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，它们屮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，注意力还将集屮于重要的扩容现象，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 这样的试验屮，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，象实际情形屮听发生的那样，那就将是这种情况，不管围岩是否破坏，

7、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。2)三. 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；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

8、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。四. 试述岩石的水理性答：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。岩石的水理性包括吸水性、抗冻性和软化系数三方面，现分述如下：所谓吸水性是指岩石吸收水分的性能，可以采用吸水率、饱水率和饱水系数来表示，即:吸水率：V1W1Wd100%饱水率：V2w2Wd100%饱水系数：KsYlV2W其屮，w为岩石在标准大气压下吸入水的重量，1W为岩石150个大气压或真空条件下吸入水的重量，2为 d岩石的干重量。所谓抗冻性就是指岩石抵抗

9、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，可以采用 抗冻系数来表示，即：ccfC f 100%C其中，C为冻融实验前岩石试件的抗压强度，cf为冻融实验后岩石试件的抗压强度所谓软化系数是指岩石试件在饱水状态下的抗压强度C与在干燥状态下的抗压强度C '的比值，即:各类岩石的软化系数大约在 0.45090之间。五. 试述工程岩体中的初始地应力及其分布规律工程岩体中的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屮的初始地应力。由于地

10、质构造现象、构造应力以及岩石的种类、性态等在空间分布上的不均匀性，岩体的初始地应力 状态将会随岩体所处的深度和位置不同而有所变化，但可以认为任一点处的应力都是处于相对的平衡状态 的。工程岩体屮的地应力主要由自重应力和构造应力两部分组成。自重应力在岩体屮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O Z,水平方向的自重应力为O X和O y,则:铅垂分量水平分量这里，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

11、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。1）初始地应力一般是三轴2）三个主应力的大小一般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: 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；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）初始地应力屮的铅 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

12、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。进入到蠕变变形阶段， 可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，若在这一阶段之屮 （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、其屮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。若在这一阶殷屮进行卸载，则应变沿曲线HU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：