岩石力学与地下工程

1答：基性岩石和超基性岩石主要由易风化的橄榄石、辉石及基性斜长石组成。所以基性岩石和超基性岩石答：岩石中的微结构面（或缺陷）是指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒及矿物集合体之间微小的弱面及空晶粒边界：矿物晶体内部各粒子都是由各种离子键、原子键、分子键等相连结。由于矿物晶粒表面电价不微裂隙：是指发育于矿物颗粒内部及颗粒之间的多呈闭粒间空隙：多在成岩过程中形成，如结晶岩中晶粒之间的小空隙，碎屑岩中由于胶结物未完全充填而留下晶格缺陷：有由于晶体外原子入侵结果产生的化学上的缺陷，也有由于化学比例或原子重新排列的毛病所1）火山碎屑岩：具有岩浆和普通沉积岩的双重特性4）化学岩和生物岩：碳酸盐类岩石，以石灰石分变质岩特点：是在已有岩石的基础之上，经过变质混合作用后形成的。在形成过程中由于其形成的温度和压力的不同而具有不同的性质，形成了变质岩特有的片理、剥理和片麻结构等。据有明显的不均匀性和各2答：指由岩石固有的物理组成和结构特性所决定的比重、容重、孔隙率、水理性等基本属性。答：试件在单轴压缩载荷作用破坏时，在试件中可产生三种破坏答：由弹性理论可得出在对径压缩方向上，圆盘中心线平面内（y轴9、什么是全应力-应变曲线？为什么普通材料实验机得不出全应力-应变曲答：全应力应变曲线：能显示岩石在受压破坏过程中的应力、变形特性，特别是破坏后的强度与力学性质的变化规律。由于材料试验机的刚度小，在试件压缩时，其支柱上存在很大的变形和变形能，在试件快要破坏时，该变形能突然释放，加速试件破坏，从而得不(a)预测岩爆：左半部分OEC代表达到峰值强度时,积累在岩石试件中的应变能，右边CED发生不稳定蠕变,岩石最终会破坏.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3答：三轴压缩条件下，应力应变曲线如图1-31、1-32所示，围压对岩石变形的影答：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莫尔强度包络线（Mohr’sstrengthe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答：S=σ.tgφ+C岩石的抗剪切强度S与正应力σ成正比。（1）孔隙裂隙压密阶段(OA)：岩石试件中的孔（4）破裂后阶段(D点以后)：轴压力达到试件的峰值强度后，试件内部结构遭到答：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(图1-34（1）体积变形阶段：体积应变ε在弹性阶段内随着应力的增加而呈线形变化（体积减小（2）体积不变阶段：在这一阶段，随应力的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，但在这个弹答：影响岩石力学性质的主要因素有水、温度、加载速度、风化程度及5）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答：赋存环境：包括地应力、地下水和地温5(3)地应力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，其力学性质具有连续介质后生愈合作用有两种：其一为压力愈合，其二为胶结愈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，碎裂结构的块度小，起块度与岩层厚度有关。如答：在不同的岩体工程条件下，岩体结构可视为块裂结构，断续结构和碎裂结构。因此，岩体结构是相对答：.结构面按成因分：原生结构面、构造结构面、答：根据结构面的发育程度、规模大小、组合形式等可以将结构面分为五级.Ⅲ级结构面：局部性的断裂结构，主要指小断层，延伸数十6答：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，尺寸效应答：岩体在加载过程中，应力应变曲线呈上凹型，中途答：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σ1 岩体的单轴抗拉强度:答：岩体的水力学性质指岩体的渗透性能及在渗流作用下所表现的力学7答：地下水对岩体的影响分为：物理的、化学的和力学的(b)溶解作用和溶蚀作用：大气降雨中的酸性物质在地下加，当岩土体中的阴离子与水作用，使地下水中的OH-浓度增加，水的碱度增加。水解作用一方面改变地答：对岩土体产生的力学作用：主要通过空隙静水压力和空隙动水压力作用对岩土的力学性质施加影响。作为选择工程结构参数、科学管理生产以及评价经济效益的依据之一，也是岩石力学与工程应用方面的基然后累加各项指标的记分，得出该岩体的总分来评价该岩体82．地应力是如何形成的？控制某一工程区域地应力状态的主要因素是什答：地应力是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初应力、绝对应力或原岩应力。地应力主要与地球的各种动力运动过程有关，包括板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋地应力的上述分布规律还会受到地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特征、岩体力学性质、温度、地下水等答：依据测量基本原理的不同，可将测量方法分为直接测量法和间接测量发两大类。直接测量法是由测量仪器直接测量和记录各种应力量，包括：扁千斤顶法、水力致裂法、刚性包体应间接测量法是借助某些传感器或某些介质，测量和记录岩体中某些与应力有关的间接物理量的变化，如岩体中的变形和应变，然后由计算公式求出原岩应力值。包括：套孔应力解除法和其他的应力应变解除答：(1)测量原理：由弹性理论可知，钻孔位于无限岩体，受到二维应力场(σ1，σ2）的作用时，在钻孔9Ps=σ2答：测试原理：材料在受压后，其内部储存的应变能快速释放产生弹性波，发生声响，称为声发射。当材料中的应力超过其最大应力值后，则大量产生声发射，这一现象称为凯泽效应。该对应点的应力即为材料先前受到的最大应力。对岩石试件作室内实验，即全应力解除法即是测点岩体完全脱离地应力的作用，测量其变形值，再根据岩体的物理力学性质计算其原的变化而计算出垂直于钻孔轴线的平面内的应力状态，并通过三个互不平行钻孔的测量确定一点的三轴应2)孔径变形和三维应力分量之间的关系式：设在三维无限体中有一钻孔，钻孔局部坐标系为ox/y/z/,钻孔E,μ——分别为岩石的弹性模量和泊送比。~二个互相不平行的孔测量也只能得到五个独立的方程，所以要确定一个点的原岩应力，应该需要三个互相后使用延伸钻孔的办法，使粘贴应变片的岩石实现应力优点：它不需要很长的套孔岩芯，因而有可能在较为破碎的岩石条件下使缺点：孔底平面的应力状态和周围原岩应力状态的关系还没有理论解，只能通过实验或数值分析方法来求答：孔壁应变计测量原理：在三维应力场作用下，一个无限体中的钻孔表面及其周围的应力分布状态可以由现代弹性理论给出精确解。通过应力解除测量钻孔表面的应变即可求得钻孔表面的应力并进而精确计算缺点是三组应变花直接粘贴在孔壁上，而应变花和孔壁之间接触面小，若孔壁有裂隙缺陷，则很难保证胶结质量。如果胶结质量不好，应变计将不可能可靠工作，同时防水问题孔壁应变计测量原理：在三维应力场作用下，一个无限体中的钻孔表面及其周围的应力分布状态可以由现代弹性理论给出精确解。通过应力解除测量钻孔表面的应变即可求得钻孔表面的应力并进而精确计算答：空心包体应变计(CSIRO)的测量基本将三组应变片镶嵌在环氧树脂制成的空心圆筒进行测量。基本原理是：在三维应力场作用下，一个无限体中的钻孔表面及其周围的应力分布状态可以由现代弹性理论给出精确解。通过应力解除测量钻孔表面的应变即可求得钻孔表面的应力并进而精确计算出原岩应16．空心包体应变计和孔径变形计、孔底将三组应变片镶嵌在环氧树脂制成的空心圆筒进行测量。一个答：实心包体应变计是测量岩体的应变，然后根据弹性理论计算原岩应力。刚性包体应力计是直接测量岩答:岩石力学弹性平面问题的基本方程有三组共8个方程:第一组:平衡微分方程，它考虑微元体的第二组:平面问题的几何方程，它考虑物体受理后的几何尺寸改变关系，即位移与应变的第三组:平面应变本构方程，它考虑了岩石在应力作用下，应岩石的本构关系是指岩石的应力或应力速率与其应变或应变速率的岩石的本构关系一般分为：弹性本构关系、弹塑性本构关系和流变本构岩石的强度是岩石抵抗外力破坏的能力。破坏是指岩石材料的应力或应变超过了自身的应力或应变的岩石的破坏的形式主要有两种：断裂破坏（应力达到强度极限）和流变破坏（出现显著的塑性变形或流动答：弹性平面问题的应力状态有平面应力状态和平面应变Yxy如果体力为常量，其应力分布是否与应力状态和材料性质无关。当体积力为常数时，平面问题的相容方程和决定应力分量的公式及边界条件式都不含任何弹性答：图4-5为平面应变问题。τθττ缩5）双向拉伸。τσ平均值。'σ1+σ3σ1—σ30σ=2+'σ1+σ3σ1—σ308.将一个圆柱形材料放在厚壁圆桶内承受轴向压缩，使之无法产生横向应变1）试利用泊送比确定水平应力与垂直应力之比2）当泊送比为0.1和0.5时，试计算上述的应力比3石的(σx+σy+σz）与体积变化之间的关系。所以，εx=得σxμ(σy+σz)=0σyμ(σx+σz)=0体积变化（体积应变）εv=εx+εy+εz所以，9.在某些模型实验中，竖向放置的明胶板在侧边给予约束，使之在这一方向不能产生水平应变，而在明胶泊送比是μ,试计算明胶板在任一点的水平应力。答：侧向有约束，所以：εx=ε所以有任一点的水平应力σx=σy=答：蠕变：当应力不变时，变形随时间增加而增加的现岩石流变就是指材料的应力-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第二阶段：图中bc段，应变速率基本不变，也叫等速蠕变当作用在岩石上的应力小于某一值时，岩石的变形速率随时间的增加而减小，最后趋于稳定，这中蠕变成当作用在岩石上的应力超过某一值时，岩石的变形速率随着时间的增加而增加，最后导致岩石的破坏，这答：岩石的流变包括蠕变、松弛和弹性后效。其流变方程主要有蠕变方程、松弛方程、弹性后效方程。答：流变模型的基本元件有弹性元件、塑性元件和答：常见的几个流变模型为：圣维南体、马克思威尔体、开答：岩石的长期强度：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σ∞与瞬时强度σ0之比：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，达到其答：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，应为σ3=20Mpa，的条件下，岩石的极限抗压强度。并求出破坏面的方位。 答:已知θ==600得φ=300,岩石进行单轴压缩,所以σ3=0,当σ1=27.6MPa时,岩石破坏,则(1)莫尔圆上任意一点的正应力为σ剪应力为τ由库仑准则可知，当σ=0时,即在莫尔圆上的园点，2θ=1800即和θ=900，S=σ.tgφ+C(2)与最大主应力面的夹角为300时，即θ=300该面上为正应力σ,剪应力为τ,剪切强度S.σ=+cos2θ=+cos2×300S=σ.tgφ+C0得岩石内摩擦角φ=300所以,σ=+cos2θτ=sin2θ样的岩石在0.59Mpa的围压下进行一系列三轴试验，求得主应力的平均值为答:已知σc=0.23MPa,当σ3=0.59MPa时,σ1=2.24MPaMohr应力圆:由(1)和(2)式可求出C和φ值.2.01=tg2θσ