岩体力学典型例题

1、一、绪论1、岩体力学的定义：岩体力学主要是研究岩体和岩体力学性能的一门学科，是探讨岩石和 岩体在其周围物理环境 （力场、温度场、地下水等） 发生变化后， 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下按一定规律聚集而形成的自然物体。 2）岩体： 一定工程范围内的自然地质体。 3）不同之处： 岩体是由岩石块和各种各样的结构面的综合体。3、何谓岩体结构？岩体结构的两大要素是什么？（ 1）岩体结构是指结构面的发育程度及其组合关系；或者是指结构体的规模、形态及其排列形式所表现的空间形态。（2）结构体和结构面。4、中科院地质所提出的岩体结构可

2、分为那六大类型？块状、镶嵌、层状、碎裂、层状碎裂、 松散结构5、岩体有哪些特征？（ 1）不连续；受结构面控制，岩块可看作连续。（2）各向异性；结构面有一定的排列趋势，不同方向力学性质不同。（3）不均匀性；岩体中的结构面方向、分布、 密度及被结构面切割成的岩块的大小、 形状和镶嵌情况等在各部位不同， 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）都会对岩体有一定作用。二、物理力学性质1、岩石有哪些物理力学参数？岩石的质量指标，水理性质指标，描述岩石风化能力指标， 完整岩石的单轴抗压强度， 抗拉强度， 剪切强度， 三向压缩强度和各种受力状态相对应的变 形特性。2、影响岩石强

3、度特征的主要因素有哪些？对单轴抗压强度的影响因素有承压板、岩石试件 尺寸及形状（形状、尺寸、高径比），加载速率、环境（含水率、温度）。对三相压缩强度 的影响因素：侧向压力、试件尺寸与加载速率、加载路径、空隙压力。3、何谓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实验机上进行实 验所获得的包括岩石达到峰值应力之后的应力应变曲线。5、试比较莫尔强度理论、格里菲斯强度理论和E.Hoek和. T. Brown 提出的经验强度理论的优缺点： 莫尔强度理论优点是使用方便， 物理意义明确； 缺点是 1 不能从岩石破坏机理上解 释其破坏特征 2 忽略了中间主应力对岩石强度的影响； 格尔菲斯强度

4、理论优点是明确阐明了 脆性材料破裂的原因、 破裂所需能量及破裂扩展方向； 缺点是仅考虑岩石开裂并非宏观上破 坏的缘故。 E.hoek 和 提出的经验理论与莫尔强度理论很相似其优点是能够用曲线 来表示岩石的强度，但是缺点是表达式稍显复杂。6、典型的岩石蠕变曲线有哪些特征？典型的岩石蠕变曲线分三个阶段第阶段：称为初始 蠕变段或者叫瞬态蠕变阶段。 在此阶段的应变一时间曲线向下弯曲； 应变与时间大致呈对数 关系，即 t 。第阶段：称为等速蠕变段或稳定蠕变段。在此阶段内变形缓慢，应变 与时间近于线性关系。第阶段：称为加速蠕变段非稳态蠕变阶段。此阶段内呈加速蠕变， 将导致岩石的迅速破坏。7、有哪三种基本的

5、力学介质模型？ 1）弹性介质模型； 2）塑性介质模型（理想塑性模型、 有硬化塑 . 性介质模型）； 3）黏性介质模型8、基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 =分应变之和。基本模型，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。 根据两个基本力学模型并联的力学特征， 当外力作用于模型的两端时， 两个模型产生 的应变相等，而其应力为弹簧所受的应力与粘壶所受的应力之和。9、岩石在单轴和三轴压缩应力作用下，其破坏特征有何异同？单轴破坏形态有两类：圆锥 形破坏，原因：压板两端存在摩擦力，箍作用（又称端部效应），在工程中也会出现；柱状 劈裂破坏

6、， 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真实反映 （消 除了端部效应） ，消除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：低围压，围压作用不明显，接近单轴压缩破坏形式；中围压，斜 面剪切破坏；高围压 , 塑性流动性破坏。11、有一云母片岩试件， 其力学性质在沿片理方向 A 和 垂直片理方向 B 表现出明显的各向 异性，试问： 1）试件在 A 向和 B 向受到相同的单向压力时，变形哪个方向更大？弹 性模量哪个更大？为什么？ 2）岩石试件的单轴抗压强度哪个更大？为什么？ 答： 1）在相同单向压力作用下 B向变形更大，因为

7、 B向包含片理的法向闭合变形，相对 A 而言，对岩石的变形贡献大。相应的弹性模量则是A 向大，根据应力应变关系可知，在应力相同的情况下， A向应变小于 B向应变，故 A 向弹性模量大。 2）单轴抗压强度 B 向大，因为 B向为剪断片理破坏， 实为岩块抗压强度。 A 向由于结构面的弱抗拉效应， 岩石产生拉破坏，降低了岩石单轴抗压强度。三、岩体动力学性质1、如何测试岩块和岩体弹性波波速？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 波速度时宜采用凡士林或黄油作耦合剂，测定横波速度时宜采用铝箔或铜箔作耦合剂 测试结束后，应

8、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=L/（ tp-t0 ）， vs=L/（ ts-t0 ）2）岩体声波速度测试：测点表面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， 并应将换能器放置在测点上压紧。 在钻孔或风 钻孔中进行岩体声波速度测试时， 钻孔或风钻孔应冲洗干净， 并在孔内注满水， 水即作为耦 合剂，而对软岩宜采用干孔测试。2、影响岩体弹性波波速的因素有哪些？ 1）岩体弹性波速与岩体种类、 岩石密度和生成年代 有关.2 、岩体波速与岩体中裂隙或夹层的关系： 34岩体波速与岩体的有效孔隙率 n

9、及吸水 率 Wf 有关 4、岩体波速与各向异性性质有关5、岩体受压应力对弹性波传播的影响。3、用岩体弹性波速度确定地下工程围岩松动圈（塑性圈）范围的依据是什么？根据岩体弹 性波速度随裂隙的增多和应力的减小而降低的原理， 在松动圈内， 由于岩体破碎且属低应力 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，波速达到最大，之后波速 又逐渐减小至一定值。 根据波速随深度变化曲线， 可确定松动圈厚度， 其边界在波速最大值 深度附近。四、岩体基本力学性质1、描述结构面的参数及其所表达的含义：2、阐述结构面法向弹性变形的假设条件和计算方法。3、阐述结构面法向变形的三个分量。4、阐述结构面法剪切位

10、移的类型及其特征。5、阐述结构面强度表达式及其与莫尔应力圆的几何关系。6、简述结构面的面摩擦效应。7、简述结构面的楔效应摩擦的三种评价方法。8、阐述结构面与主应力面的夹角对极限最大主应力的影响。9、阐述带有单一结构面的岩体的力学效应的分析方法。10、阐述孔隙水压力对单一结构面的岩体强度的影响。11、阐述岩体的变形曲线及其变形参数的确定方法。五、工程分类 、1、简述围岩分类的目的和意义： （1）为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供 必要的基本依据。 （2）便于施工方法的总结 , 交流, 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则？（ 1）有明确的类级和适用对

11、象。（ 2）有定量的指标。（ 3） 类级一般分五级为宜。 （ 4）分类方法简单明了、 数字便于记忆和应用。 （ 5）根据适用对象， 选择考虑因素。3、简述围岩分类的基本方法：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、简述岩石质量指标 RQD的定义及评价方法： RQD是选用坚固完整的、 其长度大于等于 10cm 的岩芯总长度与钻孔长度的比。 评价方法：岩石的 RQD与岩体完整性关系密切， RQD与体 积节理数 JV之间存在下列统计关系： RQD=1153.3JV（%），对于 JV 小于等于 4.5 的

12、岩体， 其 RQD=100%5、阐述巴顿（ Barton ） Q分类采用了哪些参数？它们代表了何种含义？采用了六个参数： RQD：岩体质量指标。 Jn 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、阐述国际岩体分级采用了哪两种方法？采用了定性、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。7、阐述国际岩体分级采用了哪些指标作为分级的基本参数？（一）确定岩体基本质量：1.定量确定岩体基本质量， 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 基本质量，也

13、包括岩石坚硬程度的确定、岩体完整程度的确定。 （二）基本质量分级：岩体 基本质量指标；岩体基本质量的确定。（三）具体工程岩体质量分级的确定。8、阐述在国际岩体分级中，对地下工程的岩体基本质量指标的修正，考虑了哪些因素的影 响？地下水影响修正系数；主要软弱结构面产状影响修正系数：初始应力状态响修正系数六、地应力1、何谓岩体的初始应力？岩体的初始应力主要是由什么引起的？影响岩体的初始应力场的 因素一般有哪些？初始应力：天然状态下岩体内的应力， 又称地应力、 原岩应力。 由岩体的 自重和地质构造所引起。因素：自重 .地质构造主要因素；地形地貌 .地震力 .水压力. 地热次要因素。3、正断层、逆断层、

14、平移断层的最大主应力和最小主应力的作用方向如何？对于正断层， 自重应力为最大主应力， 方向竖直向下， 最小主应力与断层走向正交； 对于逆断层，自重应 力为最小主应力，方向竖直向下，而最大主应力与断层走向正交； 对于平移断层， 自重为中 主应力，最大主应力与断层走向成 30-45 度得夹角，最大和最小都为水平方向。4、地壳浅部岩体初始应力的分布有哪些基本规律？水平应力普遍大于垂直应力。垂直应力 在大多数情况下，为最小主应力；在少数情况小， 为中间主应力； 只有个别情况下为最大主 应力。5、岩体的初始应力的量测方法有哪些？各自的原理、量测步骤、应用是什么？1. 水压致裂法 2. 应力解除法 3.

15、应力恢复法 4. 声发射法；步骤：【 1】试件制备【 2 】声发射测试【 3】 计算地应力。6、高地应力现象有哪些？其判别准则是什么？现象：1. 岩芯饼化现象； 2. 岩爆； 3. 探洞和地下隧洞的洞壁产生剥离； 4. 岩质基坑底部隆起，剥离以及回弹错动现象；5 野外原位测试测得得岩体物理力学指标比实验室试验结果高。 判别准则： 当围岩内部的围岩强度与最大地 应力的比值达到某一水平时，才能称为高地应力或极高地应力。7、岩爆的类型和发生条件是什么？工程上如何防治岩爆？类型：【1】破裂松脱型，【 2】爆裂弹射型，【 3】爆炸抛射型。条件： 1. 地下开挖，洞室空间的形成。 2. 岩体承受极限应 力

16、产生初始破裂后剩余弹性变形能的集中释放量将决定岩爆的弹射程度。 3. 围岩应力重分布 和集中将导致围岩积累大量弹性变形能。防治： 1.围岩加固； 2. 改善围岩应力条件； 3.保证施工安全。七、地下洞室1、何谓岩体的二次应力？分析二次应力时考虑了哪些假定条件？2、何谓围岩压力？围岩压力的影响因素有哪些？3、如何计算弹性状态下围岩的二次应力、位移和应变？它们有哪些规律？4、如何计算弹塑性状态下圆形洞室围岩的二次应力？它有哪些规律？5、如何确定节理岩体的剪裂区范围、应力和剪裂区的半径？6、计算岩体的松动压力有几种方法？它们是如何计算岩体的松动压力的？7、计算岩体的塑性形变压力有几种方法？它们是如何

17、计算岩体的塑性形变压力的？8、简述新奥法建设隧道的基本思想。八、边坡1、岩质边坡应力分布有哪些特征？其影响因素有哪些？2、岩质边坡的变形与破坏有哪些类型？不同类型其破坏机理有何区别？3、岩质边坡极限平衡稳定性分析的方法主要有哪些？简述各方法的力学模型和适用范围。4、岩质边坡的加固措施有哪些？九、地基1、岩基有那些特点？岩基上常规的基础形式有哪几种？2、岩基上柔性基础和刚性基础其基础沉降计算有何区别？3、岩基破坏模式有哪几种？如何确定岩基承载力？4、重力坝坝基破坏模式有哪些？如何计算不同破坏模式下坝基的稳定性？5、岩基的加固措施主要有哪些？1、纵波波速 Vpm=4167m/s , 岩体密度 =2

18、.45g/cm3, 室内测得岩块试件纵波波速Vpr=3536m/s , 求这种岩体的静弹性模量 E。2、已知 5000m深处某岩体侧压力系数 =0.8 ，泊松比 =0.25 。在岩体被剥蚀掉 2000m后侧 压力系数是多少？一、名词释义 结构面 : 指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较 小的地质界面或带岩体在地质历史过程中形成的， 由岩石单元体和结构面网络组成的， 一定 的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体颗粒密度岩石固体相 部分的质量与其体积的比值。块体密度（ 岩石密度 ）: 指岩石单位体积内的质量。弹性 :在一定的应力范围内物体受外力作用产生的全部变形去除外力后能立即恢复原有形状 和尺寸。塑性 :物体受力后产生变形，在外力去除后不能完全回复的性质。粘性 :物体受力后变形不能再瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质。脆性 :物体受力后变形很小时就发生碎裂