《岩石力学》习题库及答案.doc

练习题三、简答题：1、什么是全应力应变曲线？为什么普通材料试验机得不出全应力应变曲线？答：在单轴压缩下，记录岩石试件被压破坏前后变形过程的应力应变曲线。普通材料实验机整体刚度相对较小，对试件施加载荷产生的反作用力将使实验机构件产生较大变形（弹性能储存），当岩石试件被压坏时，试件抗压能力急剧下降，致使实验机弹性变形迅速恢复（弹性能释放）摧毁岩石试件，而得不到岩石破坏后的应力应变曲线。刚性实验机在施加载荷时，自身变形极小，储存的弹性能不足以摧毁岩石试件，因此可以得到岩石破坏后的应力应变曲线。2、简述岩石在三轴压缩下的变形特征。答：E、与单轴压缩基本相同； 随围压增加三向抗压强度增加；峰值变形增加；弹性极限增加；岩石由弹脆性向弹塑性、应变硬化转变。3、按结构面成因，结构面通常分为几种类型？答：按成因分类有三种类型： 原生结构面成岩阶段形成的结构面； 构造结构面在构造运动作用下形成的结构面；次生结构面由于风化、人为因素影响形成的结构面。4、在巷道围岩控制中，可采取哪些措施以改善围岩应力条件？答：选择合理的巷道断面参数（形状、尺寸），避免拉应力区产生（无拉力轴比）； 巷道轴线方向与最大主应力方向一致； 将巷道布置在减压区（沿空、跨采、卸压）。5、地应力测量方法分哪两类？两类的主要区别在哪里？每类包括哪些主要测量技术？答：分为直接测量法和间接测量法。直接测量法是用测量仪器直接测量和记录各种应力量。间接测量法，不直接测量应力量，而是借助某些传感元件或某些介质，测量和记录岩体中某些与应力有关的物理量的变化，通过其与应力之间存在的对应关系求解应力。直接测量法包括：扁千斤顶法、水压致裂法、刚性包体应力计法和声发射法等。间接测量法包括：套孔应力解除法、局部应力解除法、松弛应变测量法、孔壁崩落测量法、地球物理探测法。1岩石的塑性和流变性有什么不同?答：塑性指岩石在高应力（超过屈服极限）作用时，产生不可恢复变形的性质。流变性指岩石在任何应力作用下，随时间增长而产生的不可恢复的变形。相同点：均为不可恢复变形；不同点：变形产生的原因、机理不同。2试叙述构造应力对原岩应力场的影响及其特点。答：影响：加大了水平应力和应力不均衡分布。构造应力特点：1）分布不均，在构造区域附近最大；2）水平应力为主，浅部尤为明显；3）具有明显的方向性；4）坚硬岩层中明显，软岩中不明显；5）3简述围压对岩石力学性质的影响。围压可改变岩石的力学性状。围压增大致使塑性增大、峰值强度增高、破坏前变形加大。实验时加载速率大，导致弹性摸量大、强度指标高。4影响巷道围岩稳定的主要因素有哪些？围岩强度、应力集中程度、原始应力大小、巷道支架的支撑力5采用锚杆支护时如何选择锚杆的杆径？锚杆杆径确定：一般先确定锚固力，然后由拉断力锚固力确定拉断力，再确定杆径。1岩石受载时会产生哪些类型的变形?岩石受载可发生弹性变形、塑性变形和粘性变形。一般岩石呈现粘弹性性质（滞弹性），即应变的产生和恢复滞后于应力变化。2程岩体比尼奥斯基分类法依据哪些指标对岩体进行分类？依据岩块强度、RQD、节理间距、节理条件、地下水条件五个指标进行分类。3岩体与岩石相比，其变形性质有何特点？岩体变形与岩石相比E低，峰值强度低，残余强度低，高；达到峰值后，岩体呈柔性破坏，并保留一定残余强度；各向异性显著，不同结构面分布呈现不同变形性质。4试分析支承压力的有利因素与不利因素。有利：压酥煤体，便于落煤，节省能耗。不利：破坏煤体引起片帮，不利顶板管理；破坏顶板，生成采动裂隙，造成顶板破碎不易管理；高应力引起巷道围岩变形严重，维护量大不安全；高应力易引发冲击地压。5采用锚杆支护时，如何选择锚杆的类型？坚硬、厚层状岩体多选用端头锚固型；松软破碎、裂隙发育岩体多选用全长锚固；为增加锚杆作用效果，锚固经常与喷射混凝土、钢筋网、钢板条带等联合使用。1、在巷道围岩控制中，采用哪些措施可使支护更加合理？答：对于位移明显巷道，采用恒阻可伸缩支护形式；对于变形量较大的软岩，采用二次支护；支架与围岩要整体接触，使应力均匀传递；加强支护与围岩间的整体性，共同承受载荷作用。2、峰前区应力应变曲线有几种类型，各表示岩石何种性质？答：峰前区应力应变曲线形态可分为直线型、下凹型、上凹型、S型、平缓型，分别表示了岩石受力作用后呈现的弹性、弹塑性、塑弹性、塑弹塑性和弹粘性性质。3、岩体结构基本类型有哪些？完整结构； 块裂结构； 板裂结构； 碎裂结构； 断续结构；散体结构4、结构面的剪切变形、法向变形与结构面的哪些因素有关？剪切变形与岩石强度（C）、结构面粗糙性（JRC）有关；法向变形与结构面抗压强度（JCS）、结构面粗糙性（JRC）、结构面张开度（）有关。5、简述水压致裂法主要测量步骤及适用条件。答：（1）打孔到测量应力的部位，将加压段用封隔器密封；（2）向隔离段注入高压水，测得岩体初始开裂压力Pi；（3）把高压水释放后重新加压，测得压力Pr和稳定关闭压力Ps，重复23次；（4）将封隔器完全卸压后连同加压管等全部设备从钻孔中取出；（5）测量水压裂隙和钻孔试验段的天然节理、裂隙的位置、方向和大小，做好记录。适用于：完整、脆性岩石。四、论述题：1试说明普氏、太沙基地压计算理论，并给予评价。答：普氏认为：顶板岩石受力作用可形成平衡拱（免压拱），使上覆岩层压力通过拱轴转移到两侧围岩上，当两侧围岩稳定时，巷道支架仅承受平衡拱内岩石的重力作用。两帮岩体受拱传递压力作用，产生较大变形，当达到其强度时，两帮岩体将滑移，失去支撑作用，致使拱宽、拱高加大，顶压与侧压增大。太沙基认为：跨度为2a 范围内的上部岩石将由于自重而下沉，两侧摩擦力阻止其下沉，支架所承受的压力为下滑力与摩擦力之差。评价： 两种计算方法均为估算法。普氏地压公式与深度无关，不能解释应力随深度增大的现象；适用于松散岩体，对整体性、强度高的岩体，计算结果与实际有出入；应用简便（估算）、存在局限性。太沙基公式从另一角度提出地压计算公式，也反映了免压拱效应，经变换后与普式公式同形。适用于埋深不大、围岩松散破碎条件。 2分析库仑、莫尔、格里菲斯强度理论的基本观点并给予评价。答： 库仑认为：岩石破坏为剪切破坏；岩石抵抗剪切破坏的能力由两部分组成：内聚力、内摩擦力。 莫尔认为：无论岩石处于何种应力状态，破坏均为剪切破坏；破坏时，剪切面上所需的剪应力不仅与岩石性质有关，而且与作用在剪切面上的正应力有关。格里菲斯认为：不论岩石受力状态如何，最终在本质上都是拉伸应力引起岩石破坏。 评价：库仑强度理论是莫尔强度理论的直线形式。 莫尔理论较好解释了岩石抗拉强度远远低于抗压强度特征，解释了三向等拉时破坏，三向等压时不破坏现象，但忽视了中间应力的作用。 格式理论推导岩石抗压强度为抗拉强度的8倍，反映了岩石的真实情况，较好证明了岩石在任何应力状态下都是由于拉伸引起破坏，但对裂隙被压闭合抗剪强度增高解释不够。 莫尔理论适用于塑性岩石，及脆性岩石的剪切破坏；不适用于拉断破坏。 格式理论适用于脆性岩石及材料破坏。3试分析莫尔与格里菲斯强度理论的基本观点并给予评价，说明各自适用条件。莫尔认为：无论岩石处于何种应力状态，破坏均为剪切破坏； 破坏时，剪切面上所需的剪应力不仅与岩石性质有关，而且与作用在剪切面上的正应力有关。格里菲斯认为：不论岩石受力状态如何，最终在本质上都是拉伸应力引起岩石破坏。 评价：莫尔理论较好解释了岩石抗拉强度远远低于抗压强度特征，解释了三向等拉时破坏，三向等压时不破坏现象，但忽视了中间应力的作用。 格式理论推导岩石抗压强度为抗拉强度的8倍，反映了岩石的真实情况，较好证明了岩石在任何应力状态下都是由于拉伸引起破坏，但对裂隙被压闭合抗剪强度增高解释不够。 莫尔理论适用于塑性岩石，及脆性岩石的剪切破坏；不适用于拉断破坏。 格式理论适用于脆性岩石及材料破坏。 填空：1. 结构面的类型：原生结构面、构造结构面、次生结构面。岩体结构类型：整体块状结构、层状结构、破裂结构、散体结构。2. 岩石力学的研究内容：岩石在荷载作用下的应力、变形、破坏规律以及工程稳定性等问题。岩石力学的研究方法：工程地质研究法、试验法、数学力学分析法、综合分析法。3. RMR（地质力学分类法）包括完整岩石的强度、RQD、节理的间距、节理的状态、地下水情况。4. 岩体的破坏形式：脆性破坏、延性破坏、弱面剪切破坏。5. 影响岩石抗压强度的因素：矿物成分、结晶程度和颗粒大小、胶结情况、生成条件、风化作用、密度、水的作用、试件形状和尺寸、加荷速率。6. 直剪曲线的3个阶段：弹性阶段、裂隙发展增长阶段、强度降低阶段。7. 岩石完全应力应变曲线分为压密阶段、弹性工作阶段、塑形性状阶段、材料的破坏阶段。8. 影响岩石应力应变曲线的因素：荷载速率、温度、侧向压力、各向异性。9. 岩石的蠕变分为初级蠕变（暂时蠕变）、二次蠕变（稳定蠕变）、加速蠕变（第三期蠕变）。10. 影响山岩压力的因素：洞室的形状和大小、地质构造、支护的形式和刚度、洞室深度、时间、施工方法。11. 压力拱理论稳定条件：沿着拱的切线方向仅作用着压力，适用条件：能够形成压力拱，即洞室上方有足够的厚度且有相当稳定的岩体。12. 大坝的失稳形式：表层滑动破坏、深层滑动破坏、混合滑动破坏。13. 岩石边坡的几种破坏类型：松弛张裂、崩塌、倾倒、蠕动、滑坡。14. 边坡加固措施：排水、削顶压底、用混凝土填塞岩石断裂部分、用锚栓或预应力缆索加固、挡墙和锚索相连接加固、用混凝土挡墙或支墩加固、格勾。1.1岩石与岩体的关系是（B ）。（A）岩石就是岩体 （B）岩体是由岩石和结构面组成的（C）岩体代表的范围大于岩石 （D）岩石是岩体的主要组成部分1.2大部分岩体属于（D ）。（A）均质连续材料 （B）非均质材料 （C）非连续材料 （D）非均质、非连接、各向异性材料2.1岩石的弹性模量一般指（B ）。（A）弹性变形曲线的斜率 （B）割线模量（C）切线模量 （D）割线模量、切线模量及平均模量中的任一种2.2岩石的割线模量和切线模量计算时的应力水平为（D ）。（A） B 、 （C） （D） 2.3由于岩石的抗压强度远大于它的抗拉强度，所以岩石属于（B ）。（A）脆性材料 （B）延性材料（C）坚硬材料 （D）脆性材料，但围压较大时，会呈现延性特征2.4剪胀（或扩容）表示（D ）。（A）岩石体积不断减少的现象 （B）裂隙逐渐闭合的一种现象（C）裂隙逐渐涨开的一种现象 （D）岩石的体积随压应力的增大逐渐增大的现象2.5剪胀（或扩容）发生的原因是由于（D ）。（A）岩石内部裂隙闭合引起的 （B）压应力过大引起的（C）岩石的强度大小引起的 （D）岩石内部裂隙逐渐张开的贯通引起的2.6岩石的抗压强度随着围岩的增大（A ）。（A）而增大 （B）而减小 （C）保持不变 （D）会发生突变2.7劈裂试验得出的岩石强度表示岩石的（B ）。（A）抗压强度 （B）抗拉强度 （C）单轴抗拉强度 （D）剪切强度9、格里菲斯强度准则不能作为岩石的宏观破坏准则的原因是（ D ）。（A）它不是针对岩石材料的破坏准则（B）它认为材料的破坏是由于拉应力所致（C）它没有考虑岩石的非均质特征（D）它没有考虑岩石中的大量身长裂隙及其相互作用10、岩石的吸水率是指（ B ）。（A）岩石试件吸入水的重量和岩石天然重量之比（B）岩石试件吸入水的重量和岩石干重量之比（C）岩石试件吸入水的重量和岩石饱和重量之比（D）岩石试件天然重量和岩石饱和重量之比11、已知某岩石饱水状态与干燥状态的抗压强度之比为0.72，则该岩石（ A ）。（A）软化性强，工程地质性质不良 （B）软化性强，工程地质性质较好（C）软化性弱，工程地质性质较好 （D）软化性弱，工程地质性质不良12、当岩石处于三向应力状态且比较大的时候，一般应将岩石考虑为（ B ）。（A）弹性体 （B）塑性体 （C）弹塑性体 （D）完全弹性体13、在岩石抗压强度试验中，若加荷速率增大，则岩石的抗压强度（ A ）。（A）增大（B）减小 （C）不变 （D）无法判断14、按照库仑莫尔强度理论，若岩石强度曲线是一条直线，则岩石破坏时破裂面与最大主应力作用方向的夹角为（ C ）。（A）45（B）45+/2 （C）45-/2 （D）6015、在岩石的含水率试验中，试件烘干时应将温度控制在（ D ）。（A）95105 （B）100105 （C）100110 （D）10511016、按照格理菲斯强度理论，脆性岩体破坏主要原因是（ A ）。（A）受拉破坏 （B）受压破坏 （C）弯曲破坏 （D）剪切破坏17、在缺乏试验资料时，一般取岩石抗拉强度为抗压强度的（ B ） （A）1/21/5 （B）1/101/50 （C）25倍 （D）1050倍18、某岩石试件相对密度ds=2.60，孔隙比e=0.05，则该岩石的干密度d为（ D ）（A）2.45 （B）2.46 （C）2.47 （D）2.4819、下列研究岩石弹性、塑性和粘性等力学性制裁的理想力学模型中，哪一种被称为凯尔文模型？（ C ）（A）弹簧模型（B）缓冲模型（C）弹簧与缓冲器并联（D）弹簧与缓冲器串联20、格里菲斯准则认为岩石的破坏是由于（ A ）。（A）拉应力引起的拉裂破坏 （B）压应力引起的剪切破坏（C）压应力引起的拉裂破坏 （D）剪应力引起的剪切破坏1、岩体的强度小于岩石的强度主要是由于（ A ）。 （ A ）岩体中含有大量的不连续面 （ B ）岩体中含有水 （ C ）岩体为非均质材料 （ D ）岩石的弹性模量比岩体的大 2、岩体的尺寸效应是指（ C ）。 （ A ）岩体的力学参数与试件的尺寸没有什么关系 （ B ）岩体的力学参数随试件的增大而增大的现象 （ C ）岩体的力学参数随试件的增大而减少的现象 （ D ）岩体的强度比岩石的小3 、影响岩体质量的主要因素为（ C ）。 （A）岩石类型、埋深 （B）岩石类型、含水量、温度 （C）岩体的完整性和岩石的强度 （D）岩体的完整性、岩石强度、裂隙密度、埋深4、我国工程岩体分级标准中岩石的坚硬程序确定是按照（ A ）。 （A）岩石的饱和单轴抗压强度 （B）岩石的抗拉强度 （C）岩石的变形模量 （D）岩石的粘结力5、下列形态的结构体中，哪一种具有较好的稳定性？（ D ）（A）锥形（B）菱形（C）楔形（D）方形6、沉积岩中的沉积间断面属于哪一种类型的结构面？（ A ）（A）原生结构面（B）构造结构面（C）次生结构面7、岩体的变形和破坏主要发生在（ C ）（A）劈理面（B）解理面（C）结构（D）晶面8、同一形式的结构体，其稳定性由大到小排列次序正确的是（ B ）（A）柱状板状块状（B）块状板状柱状（C）块状柱状板状（D）板状块状柱状9、不同形式的结构体对岩体稳定性的影响程度由大到小的排列次序为（ A ）（A）聚合型结构体方形结构体菱形结构体锥形结构体（B）锥形结构体菱形结构体方形结构体聚合型结构体（C）聚合型结构体菱形结构体文形结构体锥形结构体（D）聚合型结构体方形结构体锥形结构体菱形结构体10、岩体结构体是指由不同产状的结构面组合围限起来，将岩体分割成相对的完整坚硬的单无块体，其结构类型的划分取决于（ D ）（A）结构面的性质（B）结构体型式（C）岩石建造的组合（D）三者都应考虑1、初始地应力主要包括（ C ）。（A）自重应力 （B）构造应力 （C）自重应力和构造应力 （D）残余应力2、初始地应力是指（ A ）。（A）未受开挖影响的原始地应力 （B）未支护时的围岩应力（C）开挖后岩体中的应力 （D）支护完成后围岩中的应力3、构造应力的作用方向为 （ B ）。 A、铅垂方向 B、近水平方向 C、断层的走向方向 D、倾斜方向4、下列关于岩石初始应力的描述中，哪个是正确的？（ B ）。（A）垂直应力一定大于水平应力 （B）构造应力以水平应力为主（C）自重应力以压应力为主 （D）自重应力和构造应力分布范围基本一致5、如果不时行测量而想估计岩体的初始应力状态，则一般假设侧压力系数为下列哪一个值比较好？（ B ）（A）0.5（B）1.0（C）16、测定岩体的初始应力时，最普遍采用的方法是（ B ）（A）应力恢复（B）应力解除法（C）弹性波法（D）模拟试验3.2 求在自重作用下地壳中的应力状态：如果花岗岩，泊松比，则一公里深度以下的应力是多少？解：因为地壳厚度比地球半径小的多。在局部地区可以把地表看作一个半平面，在水平方向为，深度也无限。现考虑地面下深度Z处的一个微小单元体。它受到在它上边岩、土体重量的压力。在单位面积上，这个重量是，其中， 是它上面物体的体积，是物理单位体积的重量，因此： 如果单元体四周是空的，它将向四周膨胀，当由于单元体四周也都在自重作用下，相互作用的影响使单元体不能向四周扩张。即； 解之，则得：对于花岗岩，一公里深度以下的应力为：由此可见，深度每增加一公里，垂直压力增加，而横向压力约为纵向压力的三分之一。6.1 设某花岗岩埋深一公里，其上复盖地层的平均容重为，花岗岩处于弹性状态，泊松比。该花岗岩在自重作用下的初始垂直应力和水平应力分别为（）。（A）2600和867（B）26000和8667 （C）2600和866（D）2600和866.7 解答（1）垂直应力计算（2）水平应力计算其中：侧压力系数的大小与岩体的性质有关，当岩体处于弹性状态时，采用弹性力学公式；当岩体比较破碎时，采用松散介质极限平衡理论公式；当岩体处于潜塑状态时，采用海姆公式。因为本题岩体处于弹性状态，所以采用弹性力学公式，侧压力系数为所以： 可见，本题的正确答案为（B）