岩石力学题库.pdf

一、一、解释下列术语（每小题解释下列术语（每小题 4 4 分，共分，共 2828 分）分）1.岩石的三向抗压强度:岩石在三向同时受压时每个单向分别的强度极限2.结构面:岩体中分割固相组分的地质界面的统称，如层理、节理、片理、断层等不连续的开裂面。3.原岩应力：岩石在地下未受人类扰动时的原始应力状态4.流变:指岩石应力应变关系随时间而变化的性质。5.岩石的碎胀性：岩石浸水后体积增大的性质。用膨胀力与膨胀率指标表示。6.蠕变：应力保持恒定，应变随时间而增大的现象。7.矿山压力：由于在地下进行采掘活动而在井巷，硐室及回采工作面周围煤，岩体中和支护物上所引起的力，就叫矿山压力，简称矿压，也叫地压，岩压等等8.弹性后效：加载或卸载，弹性应变滞后于应力的现象 1.真三轴压缩实验：岩石的一种三轴压缩试验，实验时1232.塑性破坏：岩体、土体在外力作用下出现明显的塑性变形后发生的破坏。加载后有较大变形，因此破坏前有预兆，断裂时断口呈纤维状，色泽发暗。3.各向同性体4.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、爆破等）形成的各种界面。5.残余变形：岩石在荷载时产生变形，卸荷载后变形只能部分恢复，不能恢复的那一部分变形称残余变形6.R、Q、D 指标7.孔壁应变法：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力状态。8.应力变化系数9.膨胀地压：岩石由于浸水等原因导致体积膨胀增大所带来的地压10.采场顶板弯曲带1.应力变化系数2.原生结构面3.原岩应力：地应力是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。4.蠕变：应力保持恒定，应变随时间而增大的现象。5.塑性破坏：岩体在外力作用下，出现明显塑性变形后的破坏称为塑性破坏6.岩石的碎胀性：岩石浸水后体积增大的性质。用膨胀力与膨胀率指标表示。7.膨胀地压1.抗压强度2.原岩应力：地应力是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。3.脆性破坏：结构、构件或岩、土体在破坏前无明显变形或其他预兆的突发性破坏类型。加载后，无明显变形，因此破坏前无预兆，断裂时断口平齐，呈有光泽的晶粒状。脆性破坏危险性大。4.松弛：当应变不变时，应力随时间的增加而减小的现象。5.岩体结构：岩体内不同类型的结构面和结构体的排列组合形式6.莫尔强度理论1.结构面2.原岩应力:原岩中天然赋存的应力称为原岩应力，又称为初始地应力或地应力。3.长期强度4.流变5.岩石的渗透性6.莫尔强度理论1.岩体结构2.冲击地压3.长期强度4.岩石的 RQD 质量指标5.岩石的渗透性 f f()6.莫尔强度理论：到极限状态时，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，并可用下列函数关系表示1.残余强度2.岩体原始应力3.岩体结构4.塑性破坏：岩体在外力作用下，出现明显塑性变形后的破坏称为塑性破坏5.岩石的渗透性6.岩石的 RQD 质量指标1.岩石的峰值强度2.隧道围岩应力3.岩体结构4.剪切破坏5.岩石的渗透性6.蠕变：当应力不变时，变形随时间增加而增加的现象。二、二、简答题（每小题简答题（每小题 7 7 分，共分，共 4242 分）分）1.岩石的膨胀、扩容和蠕变等性质间有何异同点？2.岩体按结构类型分成哪几类？各有何特征？答可将岩体划分如下结构类型：整体块状结构，包括整体（断续）结构、块状结构和菱块状结构；层状结构，包括层状结构和薄层(板状)结构；碎裂结构，包括镶嵌结构、层状碎裂结构和碎裂结构；散体结构，包括块夹泥结构和泥夹块结构等。3.用应力解除法测岩体原始应力的基本原理是什么？答：地下某点的岩体处于三向压缩状态，如用人为的方法解除其应力，必然发生弹性恢复，测定其恢复的应变，利用弹性力学公式则可算出岩体初始应力。4.格里菲斯强度理论的基本要点是什么？（1）在脆性材料内部存在着许多杂乱无章的扁平微小张开裂纹。在外力作用下，这些裂纹尖端附近产生很大的拉应力集中，导致新裂纹产生，原有裂纹扩展、贯通，从而使材料产生宏观破坏。（2）裂纹将沿着与最大拉应力作用方向相垂直的方向扩展。tg=-tg2.式中：新裂纹长轴与原裂纹长轴的夹角；原裂纹长轴与最大主应力的夹角。5.在不同应力状态下，岩石可以有几种破坏形式？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形式:(1)X 状共轭斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。(2)单斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。(3)拉伸破坏，破坏面上的拉应力超过了该面的抗拉强度，导致岩石受拉伸破坏。6.喷射混凝土的支护作用主要体现在哪些方面？喷射混凝土的厚度是否越大越好？为什么？三、三、计算题（计算题（3030 分）分）1.将一岩石试件进行三向抗压试验，当侧压2=3=300kg/cm2时，垂直加压到 2700kg/cm2试件破坏，其破坏面与最大主平面夹角成 60，假定抗剪强度随正应力呈线性变化。试计算：（1）内磨擦角；（2）破坏面上的正应力和剪应力；（3）在正应力为零的那个面上的抗剪强度；（4）假如该试件受到压缩的最大主应力和拉伸最小主应力各为 800kg/cm2，试用莫尔园表示该试件内任一点的应力状态？（本题 20 分）2.岩体处于 100m 深，上部岩体的平均容重=2.5T/M3，泊松比=0.2，自重应力为多少？当侧压力系数为 1.0 时，自重应力为多少？（本题 10 分）一、根据你自己的理解，给下列术语赋予定义（每个词2 分，共20分）二、回答下列问题（每小题 5 分，共 40 分）1.什么是莫尔一库仑准则？均质岩石中的剪切破坏是否大声在剪切应力最大的面上？2.根据格里菲斯强度理论的基本观点，岩石中裂纹的扩张方向与裂纹延展方向有什么关系？与最大主应力方向有什么关系？答：（第五章）裂纹将沿着与最大拉应力作用方向相垂直的方向扩展。3.对于含有一组节理的岩体，单轴加压方向连续变化，岩体强度会发生怎样的变化（可绘图辅助说明）？4.坚硬致密的岩体与节理裂隙极其发育的岩体处于构造形迹埋藏深度岩石类型及上履岩层的容重均相同的条件下，它们的原岩应力是否相同？为什么？5.圆形和椭圆形断面巷道的围岩应力分布有何特点（与折线形相比）？6.围岩塑性区范围的大小与支架支护反力间有怎样的关系？7.从维护围岩稳定的角度出发，怎样选择巷道的位置？8.常用的采空区处理方法有哪几种？各有哪些优缺点？三、有一横推断层，走向东西，北侧向动移动，试用莫尔强度理论确定形成断层时的最大主应力的大致方向（绘图说明）。（14分）四、某矿在距地表 200 米处的页岩中掘进半径为 2.0M 的巷道，上露岩层GAMA=25KN/M3围岩C的=2.5Mpa,FI=30,MU=0.5该巷道围岩时候会出现塑性区？（13 分）在房柱法开采中，单一采场采完后，空区上履岩层的重力转移到采场左右两侧承压带中，使该两承压带中的垂直应力大幅度增加。左右又各自采空一个采场后，原承压带（现称之为矿柱）的承载面积减小，而空区上履岩层一、一、解释下列术语（每小题解释下列术语（每小题 4 4 分，共分，共 2828 分）分）二、二、简答题（每小题简答题（每小题 7 7 分，共分，共 4242 分）分）1.岩石的膨胀、扩容和蠕变等性质间有何异同点？2.岩体按结构类型分成哪几类？各有何特征？3.假设某岩体内一点的应力状态为简单剪切，其剪应力从 降到-，问弹性应变能改变了多少？4.格里菲斯强度理论的基本要点是什么？5.用图线表示岩体变形与时间的关系曲线，并指出有哪几个不同阶段?6.喷射混凝土的支护作用主要体现在哪些方面？喷射混凝土的厚度是否越大越好？为什么？三、三、计算题（计算题（3030 分）分）1.将一岩石试件进行三向抗压试验，当侧压2=3=300kg/cm2时，垂直加压到 2700kg/cm2试件破坏，其破坏面与最大主平面夹角成 60，假定抗剪强度随正应力呈线性变化。试计算：（1）内磨擦角；（2）破坏面上的正应力和剪应力；（3）在正应力为零的那个面上的抗剪强度；（4）假如该试件受到压缩的最大主应力和拉伸最小主应力各为 800kg/cm2，试用莫尔园表示该试件内任一点的应力状态？（15 分）2.大理岩的抗剪强度试验，当1n=60 千克/平方厘米,2n=100 千克/平方厘米,1n=192 千克/平方厘米,2n=220 千克/平方厘米.该岩石作三轴抗压强度试验时，当 a=0，则 Sc=1000 千克/平方厘米。求侧压力a=60 千克/平方厘米时，其三轴抗压强度等于多少？(15 分)一、解释下列术语（18 分，每小题 3 分）二、问答题（47 分）1.应力解除法的基本原理是什么？（8 分）地下某点的岩体处于三向压缩状态，如用人为的方法解除其应力，必然发生弹性恢复，测定其恢复的应变，利用弹性力学公式则可算出岩体初始应力。2.简述新奥法法支护的设计原理和施工方法。（10 分）3.对岩石进行单轴抗压试验，如果发生剪切破坏，破坏面是否一定是试样中的最大剪切应力面？为什么？如果发生拉断破坏，此时的抗压强度是否即为抗拉强度？为什么？（12 分）4.试分别从地质和工程两个方面，简要叙述影响围岩压力的一些主要因素是什么？（10 分）5.影响边坡稳定有那些主要因素？试举例说明之。（7 分）三、计算题（35 分）1.有一块几何尺寸为 777cm3的石英岩立方体试块。当试块承受 20 吨压力后，试块轴向缩短了0.003cm，横向增长了0.000238cm。试求石英岩试块的弹性模量和泊松比。（8 分）2.在 2000 米深处的单元体，由复盖层重量引起的垂直应力为 500kg/cm2，水平的压力为 100kg/cm2。这里有一个倾角为 60o的正断层，求断层的正应力和剪应力，并用应力园表示。（12 分）3.某矿大理岩试验成果如下：其单向抗压强度 Sc=1200kg/cm2；当侧压力23400kg/cm2时，其破坏时垂直压力为12800kg/cm2；当侧压力为23800kg/cm2，其破坏时垂直压力为13800kg/cm2。试问（1）当侧压力为23600kg/cm2时，垂直压力12400kg/cm2，其试件是否破坏？（2）当侧压力为23400kg/cm2时，垂直压力13600kg/cm2时，其试件是否破坏？（15 分）一、解释下列术语（18 分，每小题 3 分）二、问答题（47 分）1.岩体的主要地质特征有哪些？（8 分）2.简述新奥法法支护的设计原理和施工方法。（10 分）3.对岩石进行单轴抗压试验，如果发生剪切破坏，破坏面是否一定是试样中的最大剪切应力面？为什么？如果发生拉断破坏，此时的抗压强度是否即为抗拉强度？为什么？（12 分）4.岩体中的天然应力是哪些因素引起的？（10 分）5.常见的边坡破坏类型有哪些？（7 分）三、计算题（35 分）1.已知矿房顶板的最大主应力1611.97kg/cm2，最小主应力3190.83kg/cm2。矿石的单向抗拉强度 St=-86kg/cm2。试用格里菲斯强度理论判断矿房顶板的稳定性。（10 分）2.有一半径为 r=3m 的圆形隧洞，埋藏深度 H50m，岩石容重 2.7t/m3，泊松比 0.3，岩体弹性模量 E=1.5105kg/cm2。试求 0o、90o处的隧洞周边应力和位移。（10 分）3.某矿大理岩试验成果如下：其单向抗压强度 Sc=1200kg/cm2；当侧压力23400kg/cm2时，其破坏时垂直压力为12800kg/cm2；当侧压力为23800kg/cm2，其破坏时垂直压力为13800kg/cm2。试问（1）当侧压力为23600kg/cm2时，垂直压力12400kg/cm2，其试件是否破坏？（2）当侧压力为23400kg/cm2时，垂直压力13600kg/cm2时，其试件是否破坏？（15 分）一、解释下列术语（18 分，每小题 3 分）。二、问答题（47 分）1.解释岩石与岩体的概念，指出二者的主要区别和相互关系？（8 分）2.岩体中的天然应力是哪些因素引起的？（10 分）3.简述岩石力学中常用的莫尔库仑强度理论和格里菲斯强度理论的基本假设与适用条件？（12 分）莫尔库仑强度理论：f=f()所表达的是一条曲线，该曲线的型式假设为直线型。不适合剪切面上正应力为拉应力的情况。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。4.简述新奥法法支护的设计原理和施工方法。（10 分）5.常见的边坡破坏类型有哪些？（7 分）三、计算题（35 分）1.在岩石常规三轴试验中，已知侧压力3分别为 5.1MPa、20.4MPa、0Mpa时，对应的破坏轴向压力分别是 179.9MPa、329MPa、161Mpa，近似取包络线为直线，求岩石的 c 和 值。（15 分）2.已知岩体中某点应力值为：161.2MPa，319.1MPa，c=50Mpa，57，t8.7Mpa，试用莫尔库仑判据和格里菲斯准则分别判断其是否破坏，并讨论其结果。（20 分）一、解释下列术语（18 分，每小题 3 分）二、问答题（47 分）1.用应力解除法测岩体应力的基本原理是什么？（8 分）2.简述新奥法法支护的设计原理和施工方法。（10 分）3.简述岩石力学中常用的莫尔库仑强度理论和格里菲斯强度理论的基本假设与适用条件？（12 分）4.在实验室用岩块制成的岩石试件测出的岩石强度及变形参数一般不能直接用于工程设计，为什么？（10 分）5.解释岩石与岩体的概念，指出二者的主要区别和相互关系？（7 分）三、计算题（35 分）1.在岩石常规三轴试验中，已知侧压力3分别为 5.1MPa、20.4MPa、0Mpa时，对应的破坏轴向压力分别是 179.9MPa、329MPa、161Mpa，近似取包络线为直线，求岩石的 c 和 值。（15 分）2.已知某岩体的抗剪强度指标为粘结力 c=2Mpa、内摩擦角 30，它的抗拉强度t1Mpa。已测出该岩体中某点的最大主应力112MPa，最小主应力33Mpa。试分别用莫尔库仑强度理论和格里菲斯强度理论判断该点的岩石是否破坏。（20 分）一、解释下列术语（18 分，每小题 3 分）二、问答题（47 分）1.简述新奥法法支护的设计原理和施工方法。（8 分）2.在静水压力状态下，围岩应力的分布有何特征？（10 分）3.简述岩石力学中常用的莫尔库仑强度理论和格里菲斯强度理论的基本假设与适用条件？（12 分）4.体积应变曲线是怎样获得的？它在分析岩石的力学特征上有何意义？（10 分）5.解释岩石与岩体的概念，指出二者的主要区别和相互关系？（7 分）三、计算题（35 分）1.已知某岩体的抗剪强度指标为粘结力 c=2Mpa、内摩擦角 30，它的抗拉强度t1Mpa。已测出该岩体中某点的最大主应力112MPa，最小主应力33Mpa。试分别用莫尔库仑强度理论和格里菲斯强度理论判断该点的岩石是否破坏。（20 分）2.当测得一种岩石的单轴抗压强度为 8Mpa。在常规三轴试验中，当围压加到 4Mpa时测得的抗压强度为 16.4Mpa。求这种岩石的粘结力 c 和内摩擦角 的值。（15 分）