岩石力学与工程蔡美峰课后习题答案重点总结

第第1页共1页岩石力学与工程蔡美峰课后习题答案重点总结代表达到峰值强度时,积累在岩石试件中的应变能，右边CED代表试件从破坏到破坏整个过程所消耗的能量。如果A〉B，可能产生岩爆，如果A〈B,则不会产生岩爆。（b）预测蠕变破坏：当岩石应力小于H点的应力值，岩石不会发生蠕变，当岩石应力大于H点而小于I点，岩石会发生蠕变，但蠕变为稳定蠕变，岩石不会破坏，当岩石应力大于I点，则岩石会发生不稳定蠕变，岩石最终会破坏。（c）预测循环加载条件下岩石的破坏。当岩石在低应力条件下，进行反复加载卸载，岩石破坏时的循环次数比高应力条件下进行反复加载卸载的循环次数要多。当反复加载卸载曲线与全应力应变曲线相交，则岩石破坏。在三轴压缩试验条件下，岩石的力学性质会发生哪些变化？（1）随着围压（。2=。3）的增大，岩石的抗压强度显著增加；（2）随着围压（。2=。3）的增大，岩石破坏时，岩石的变形显著增加；（3）随着围压（o2=o3）的增大，岩石的弹性极限显著增加；（4）随着围压（。2=。3）的增大，岩石的应力应变曲线形态发生明显的改变，岩石的性质发生了变化，由弹脆性---弹塑性---应变硬化。抗压强度显著增加；什么是莫尔强度包络线？三轴抗压强度实验得出：对于同一种岩石的不同试件或不同实验条件（不同的围压时的最大轴向压力值）给出了几乎恒定的强度指标值（直线性强度曲线时为岩石的内聚力和内摩擦角）。这一强度指标以莫尔强度包络线的形式给出。如何根据试验结果绘制莫尔强度包络线？在不同围压条件下得出不同的抗压强度，因而可以做出不同的莫尔应力圆，这些莫尔应力圆的包络线就是莫尔强度包络线。岩石的抗剪强度与剪切面所受正应力有什么关系？绘图简述岩石在单轴压缩条件下的变形特征。在单轴压缩条件下，岩石的应力-应变曲线如图。全应力-应变曲线可分为四个阶段：孔隙裂隙压密阶段(0A)：岩石试件中的孔隙裂隙被压密，形成早期的非线形变形，。应变曲线近似为直线。其中AB段为弹性变形阶段，BC段为微破裂稳定发展阶段。非稳定破坏发展阶段(CD)：C点是岩石从弹性变为塑性的转折点，称为屈服点。该点相应的应力为屈服应力。该阶段中，微裂隙的发展出现了质的变化，破裂不断发展，直至试件完全破坏。破裂后阶段(D点以后)：轴压力达到试件的峰值强度后，试件内部结构遭到破坏，但试件基本保持整体状。岩石在反复加载和卸载条件下的变形特征。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。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。岩石的变形记忆：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。线弹性体、完全弹性体、弹性体三者的应力-应变关系有何区别？完全弹性体：循环加载时的关系为直线。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。什么是岩石的扩容？简述发生过程。岩石在荷载作用下，在其破坏之前产生一种明显的非弹性体积变形。对E和u为常数的岩石，其体积应变曲线分为三个阶段：体积变形阶段：体积应变£在弹性阶段内随着应力的增加而呈线形变化（体积减小），£1〉£2+£3体积不变阶段：随应力的增加，岩石体积应变增量接近为零。岩石体积几乎不变。扩容阶段：外力继续增加时，岩石的体积不是减小，而是增加，增加速率越来越大，最终岩石破坏。影响岩石力学性质的主要因素，如何影响的？（水、温度、加载速度、风化程度及围压）（1）水的影响：连结作用（束缚在矿物表面的水分子通过其吸引力将矿物颗粒拉近、接紧）、润滑作用（由可溶盐、胶体矿物连接的岩石，有水入侵时，可溶盐溶解，胶体水解，矿物颗粒间连接力减弱摩擦力减低，降低岩石的强度）、水楔作用（两个矿物颗粒靠得很近，水分子补充到矿物表面时，矿物颗粒利用表面吸附力将水分子拉倒自己周围，在接触处由于吸着力作用使水分子矿物颗粒之间的缝隙内挤入）使岩石体积膨胀，产生膨胀压力；水胶连接代替胶体连接产生润滑作用，降低岩石强度。孔隙压力作用：岩石受压，岩石内孔隙水来不及排出，孔隙内产生很高的孔隙压力，降低内聚力和内摩擦角，减小了抗剪强度。溶蚀-潜蚀作用：岩石中渗透水在流动过程中可将岩石中可溶物质溶解带走，从而使岩石强度大为减低。(2)温度的影响：随着温度增高，岩石的延性加大，屈服点降低，强度降低。(3)加载速度的影响：加载速率越快，测得的弹性模量越大，获得的强度指标越高。(4)围压的影响：在三轴压缩条件下，岩石的强度和弹性极限都有显著增加。(5)风化的影响：降低岩体结构面的粗糙程度并产生新的裂隙；岩石在化学风化过程中，矿物成分发生变化，岩体强度降低。什么是岩石的各向异性？正交各向异性？横观各向异性？岩石的全部或部分物理、力学性质(岩石的E,u等)随方向不同而表现出差异的现象称为岩石的各向异性。如果在弹性体中存在着三个相互正交的弹性对称面，在各个面两边的对称方向上，弹性相同，但在这个弹性主向上弹性并不相同，这种物体称为正交各向异性体。岩石在某一平面内的各方向弹性性质相同，这个面称为各向同性面，而垂直此面方向的力学性质是不同的，具有这种性质的物体称为横观各向同性体。岩体赋存环境包括哪几部分？包括地应力、地下水和地温三部分。地应力对岩体的影响体现在哪几个方面？(1)影响岩体的承载能力：围压越大、承载能力越大。(2)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)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，力学性质具有连续介质岩体特征。岩体结构划分的主要依据是什么？岩体结构单元的两种基本要素结构面及结构体的类型进行分类。各类岩体结构主要地质特征？完整结构岩体：多半是碎裂岩体中的结构面被后生作用愈合而成。后生愈合作用有两种：压力愈合、胶结愈合。块裂结构岩体：多组或至少有一组软弱结构面切割及坚硬结构面参与切割成块状结构体的高级序岩体结构。其软弱结构面主要为断层、层间错动也是重要的软弱结构面之一，参与切割的坚硬结构面一般延展较长，多数为错动过的坚硬结构面，板裂结构体：主要发育于经过褶皱作用的层状岩体内，受一组软弱结构面的切割，结构体呈板状。软弱结构面主要为层间错动面结构体多数为组合板状结构体。碎裂结构岩体：岩体的结构面主要为原生结构面及构造结构面。块状碎裂结构的结构体块度大，大多为1~2米，层状碎裂结构的块度小，起块度与岩层厚度有关。断续结构岩体：结构面不连续，对岩体切割而不断，个别地方也有连续贯通结构。散体结构岩体：(a)碎屑状散体结构岩体：结构面:无序分布，结构面中有软弱的，也有坚硬的。结构体主要为角砾，(b)糜棱化散体结构岩体：主要指断层泥而言。按结构面成因、结构面通常分为几种类型？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。次生结构面：在外力作用下（风化地下水卸载爆破）形成的各种界面。结构面的级别及其特征。根据结构面的发育程度、规模大小、组合形式等分为五级。实测结构面：1级结构面：对区域构造起控制作用的断裂带，延伸数公里，深度可穿一个构造层。II级结构面：延伸性强而宽度有限的地质界面,延伸数百米。III级结构面：局部性的断裂结构，主要指小断层，延伸数米。统计结构面：W级结构面：一般延展性较差，无明显的宽度的结构面，延伸数米。V级结构面：延伸性甚差的微裂隙、节理。描述结构面状态的指标。结构面产状：对岩体是否会沿某一结构面滑动起控制作用。结构面形态：决定结构面抗滑力的大小。结构面起伏越大，抗滑力越大。结构面的延展尺度：在工程范围内，延展尺度最大的结构面，控制着岩体的强度。结构面的密集程度：以岩体裂隙度K（沿取样线方向单位长度上的节理数量）和切割度X（岩体被节理割裂分离的程度）表示岩体结构面的密集程度。结构面的剪切变形、法向变形与结构面哪些因素有关？岩石强度、结构面粗糙性和法向力结构面力学性质的尺寸效应体现在哪几个方面？（法向变形、抗剪强度、剪切变形）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：（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。岩体在多次循环荷载作用下岩体变形有什么特征？岩体在加载过程中，应力应变曲线呈上凹型，中途卸载回弹变形有滞后现象，并出现不可恢复的残余变形，不论每一级加载与卸载循环曲线都是开环型。岩体在循环荷载作用下，而卸载时荷载又不降至零时，相应的变形过程将出像闭环型式。具有单结构面的岩体其强度如何确定？结构面强度与岩体强度二者之间的最低值。多结构面岩体的破坏形式如何分析？当岩体内有多组结构面时，则岩体强度受加载方向与多个结构面的控制，根据每组结构面与加载方向夹角，分别求出各结构面单独存在时，在最大主应力01作用下的岩体强度，然后，取出各组结构面单独存在时岩体强度的最小值为多结构面的岩体强度值。简述Hoek-Brown岩体强度估算方法。岩体抗压强度与抗拉强度经验方程为：01（岩体的三轴抗压强度）。3（作用在岩体上的最小主应力）oc（岩石的单轴抗压强度）m,s（与岩体性质及结构面有关的系数）。当o3=0,岩体的单轴抗压强度omc=当岩体为完整岩石即s=1,则omc=oc,对于裂隙岩体，s〈1；所以omc<oc，岩体单轴抗拉强度oml=2（o1-o2）cos20（2）20（钻孔周边的切向应力）or（钻孔周边的径向应力）0（周边一点与。1轴的夹角）当0=0时，。0取最小值，。0=3。2-。1。在孔内加入压力Pi,当Pi超过孔壁处的最小压应力和岩体的抗拉强度之和时，孔壁就会破裂，此时，在0=0的方向，即01轴的方向会产生裂隙，即：Pi=3o2-ol+T°（4）只要测量出岩体的抗拉强度T和记录的Pi和Ps就可由（3）（4）求得。1和。2。这样就得出。1和o2的大小和方向。如果孔内有裂隙水压P0,则（3）式变为：Pi=3o2-o1+Tol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。蠕变一般包括几个阶段？每个阶段的特点是什么？当荷载较大时，如图所示，蠕变不能稳定于某一极限值，而是无限增长直到破坏，这种蠕变称为不稳定蠕变，是典型的蠕变曲线。根据应变速率不同，其蠕变过程分为三个阶段：第一阶段：图中ab段，应变速率随时间增加而减小，又称减速蠕变或初始蠕变阶段。第二阶段：图be段，应变速率基本不变，也叫等速蠕变阶段。第三阶段：图ed段，应变速率迅速增加直到岩石破坏为止，也叫加速蠕变阶段。不同受力条件下岩石的流变具有哪些特性？当岩石在某一较小的恒定荷载持续作用下，其变形量虽然随时间增长有所增加，但蠕变变形的速率随时间的增加而减小，最后变形趋于一个稳定的极限值，这种蠕变称为稳定蠕变。当荷载较大时，蠕变不能稳定于某一极限值，而是无限增长直到破坏，这种蠕变称为不稳定蠕变。岩石流变性质的流变方程主要有几种？蠕变方程、松弛方程、弹性后效方程。流变模型的基本元件有哪几种？流变模型的基本元件有弹性元件、塑性元件和粘性元件。常见几个流变模型的特点。圣维南体：它是理想的碳塑性体，无蠕变，无松弛，无弹性后效。马克思威尔体：具有瞬时变形、等速蠕变和松弛的性质。开尔文体：属于稳定蠕变，有弹性后效，没有松弛。岩石的长期强度，与瞬时强度一般有什么关系？一般岩石在载荷达到瞬时强度时，岩石发生破坏。岩石在承受低于瞬时强度的情况下，如果载荷持续作用在岩石上，由于流变作用，岩石也可能发生破坏。因此岩石的强度随外载荷的作用时间的延长而减低，通常把作用时间t--时的强度（最低值）S®称之为岩石的长期强度。长期强度与瞬时强度之比：岩石强度准则？为什么要提出强度准则？岩石强度准则（破坏判据），它表征岩石在极限应力状态下（破坏条件）的应力状态和岩石强度参数之间的关系，一般可表示为极限应力状态下的主应力间的关系方程。01二f（02,。3）或T=f（o）各种岩石的破坏方式机理，因此提出了不同的强度准则。提出强度准则是为了更好地了解岩石在何种应力条件下发生破坏，从而避免该种应力状态的发生保护岩石，或促使该种应力状态的发生破坏岩石，达到其工程目的。土体与岩体的区别何在？结构不同，从而它们的工程地质及水文地质以至力学特性差异显著。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。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=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。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，因此，应用更广。边坡的分类有哪些？自然边坡和人工边坡。边坡失稳与破坏的基本类型及其力学成因。边坡变形发展到一定程度，就会发生边坡失稳破坏。按其破坏方式主要分为崩塌和滑坡两种。（1）崩塌：是指块状岩体与岩坡分离向前翻落而下。崩塌一般以边坡表面的破坏现象体现。（2）滑坡：是指岩体在自重力作用下，沿坡内软弱结构面产生的整体滑动。一般以深层破坏体现出来。（a）面剪切滑动：块体沿着平面滑移。常发生在由软弱夹层或裂隙的坡面。b）旋转剪切滑动：滑动面通常为弧形状，岩体沿此弧形状滑移。通常为均质泥岩或页岩等岩层。（3）滑塌：边坡松散岩土的坡角大于它的内摩擦角时，因表层蠕动进一步发展，使它沿着剪切变形带顺坡滑移、滚动与坐塌，从而达到稳定坡脚的斜坡破坏过程，称为滑塌。（4）岩块流动：常发生在均质硬岩中，岩石在达到其峰值强度时，岩体发生破坏。而使岩体全面崩塌的情况。（5）岩层曲折：当岩层成层状沿坡面分布时，由于岩层本身的重力作用，或由于裂隙水的冰胀作用，增加了岩层之间的张拉应力，使坡面岩层曲折。边坡工程对国民经济的影响作用。1）边坡工程对露天矿建设的影响，2）边坡工程对铁路、公路、水利建设的影响，3）边坡稳定性对各种工程安全性的影响及经济方面的投入影响边坡失稳的主要因素。1）不连续面在边坡破坏中的作用：2）改变斜坡外形，引起坡体应力分布的变化3）改变斜坡岩体的力学性质，使坡体强度发生变化4）斜坡直接受到各种力的作用为何许多滑坡发生在雨季？在雨季下雨时，水使边坡的力学强度降低，其抗滑力降低，而同时由于水的作用，使作用在滑体上的下滑力增加，使滑体容易发生滑坡。哪些因素对节理的抗剪强度有影响？作用在滑动面上的正应力，节理面上的内聚力，内摩擦角。边坡坍塌为何有不同的模式？能预测吗？边坡坍塌的模式主要是受到边坡的受力情况不同和边坡物质结构不同而产生不同的破坏模式，破坏模式可根据节理裂隙或岩土性质及外力所用条件进行预测。监测边坡意义？发现隐患消除危害，有效而经济地采取整治滑坡的措施，保证各种边坡工程正常使用预报边坡滑坡有无可能？如何才能作出预报？可能，观测边坡的变化情况并分析相关资料。具体应用如下方法进行监测。1）地面位移观测法建网观测（由设置在滑坡体内及其周围稳定区地表的各个位移观测点（桩），以及设置在滑坡体外稳定区地面的置镜桩等的观测系统）2）地表裂缝简易观测法。3）建筑物裂缝简易观测法。4）地面倾斜变化观测5）滑坡深部位移观测。6）滑动面位置的测定。7）滑坡滑动力（推力）观测资料分析1）绘制滑坡位移图，确定主轴方向；2）确定滑坡周界；3）确定滑坡各部分变形的速度；4）确定滑坡受力的性质；5）判断滑坡面的形状；6）确定滑坡移动与时间的关系；7）绘制滑坡移动的平面图和纵断面图；8）确定地表的下沉或上升；9）估计滑体厚度；10）滑坡平衡计算。有哪些可供选择的方案可以用来处理病坡？应如何筛选这些方案，并作出最终的方案抉择？滑坡的整治1、整治原则：预防为主