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《岩石力学》习题库及答案.doc
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1、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;
2、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
3、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
4、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
5、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
6、。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、
7、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
8、、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
9、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
10、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
11、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
12、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
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