巖石力學(xué)和工程課后習(xí)題和思考解答

1、WORD 格式 .整理版第一章巖石物理力學(xué)性質(zhì)1.構(gòu)成巖石的主要造巖礦物有哪些？答：巖石中主要造巖礦物有：正長石、斜長石、石英、黑云母、白云母、角閃石、輝石、橄欖石、方解石、白云石、高嶺石、磁鐵礦等。2.為什么說基性巖和超基性巖最容易風(fēng)化？答：基性和超基性巖石主要是由易風(fēng)化的橄欖石、輝石及斜長石組成，所以非常容易風(fēng)化。3.常見巖石的結(jié)構(gòu)連接類型有哪幾種？各有什么特點？答：巖石中結(jié)構(gòu)連接的類型主要有兩種，分別是結(jié)晶連接和膠結(jié)連接。結(jié)晶連接指礦物顆粒通過結(jié)晶相互嵌合在一起。這類連接使晶體顆粒之間緊密接觸，故巖石強度一般較大， 抗風(fēng)化能力強； 膠結(jié)連接指巖石礦物顆粒與顆粒之間通過膠結(jié)物連接在一起，這

2、種連接的巖石，其強度主要取決于膠結(jié)物及膠結(jié)類型。4.何謂巖石中的微結(jié)構(gòu)面，主要指哪些，各有什么特點？答：巖石中的微結(jié)構(gòu)面 （或稱缺陷） 是指存在于礦物顆粒內(nèi)部或礦物顆粒及礦物集合之間微小的若面及空隙。包括礦物的解理、晶格缺陷、晶粒邊界、粒間空隙、微裂隙等。礦物解理面指礦物晶體或晶粒受力后沿一定結(jié)晶防線分裂成光滑平面，解理面往往平行于礦物晶體面網(wǎng)間距較大的面網(wǎng)。晶粒邊界： 由于礦物晶粒表面電價不平衡而引起礦物表面的結(jié)合力，該結(jié)合力源小于礦物晶粒內(nèi)部分子、 原子、離子鍵之間的作用力，因此相對較弱， 從而造成礦物晶粒邊界相對軟弱。微裂隙：指發(fā)育于礦物顆粒內(nèi)部及顆粒之間的多呈閉合狀態(tài)的破裂痕跡線。具有

3、方向性。粒間空隙：多在成巖過程中形成晶粒之間、膠結(jié)物之間微小的空隙。5.自然界中的巖石按地質(zhì)成因分類，可以分為幾大類，各大類有何特點？答：按地質(zhì)成因分類，自然界中巖石可分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖三大類。巖漿巖按照巖漿冷凝成巖的地質(zhì)環(huán)境不同又可分為深成巖、淺成巖和噴出巖。 其中深成巖常形成巨大的侵入體，有巨型巖體，大的如巖盤、巖基，其形成環(huán)境都處在高溫高壓之下，形成過程中由于巖漿有充分的分異作用，常常形成基性巖、超基性巖、中性巖及酸性、堿性巖等，其巖性較均一，變化較小，巖體結(jié)構(gòu)呈典型的塊狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)多為六面體和八面體，巖體顆粒均勻，多為粗-中粒結(jié)構(gòu)，致密堅硬，空隙少，力學(xué)強度高，透水性弱，抗水性

4、強；淺成巖成分與相應(yīng)的深成巖相似，其產(chǎn)狀多為巖床、巖墻、巖脈等小侵入體，巖體均一性差，巖體結(jié)構(gòu)常呈鑲嵌式結(jié)構(gòu)，巖石常呈斑狀結(jié)構(gòu)和均粒-中細粒結(jié)構(gòu)，細粒巖石強度比深成巖優(yōu)質(zhì).參考.資料WORD 格式 .整理版高，抗風(fēng)化能力強，斑狀結(jié)構(gòu)則差一些；噴出巖有噴發(fā)及溢流之別，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，巖性不一，各向異性顯著，巖體連續(xù)性差，透水性強，軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育。沉積巖是由風(fēng)化剝蝕作用或火山作用形成的物質(zhì)，在原地或被外力搬運，在適當(dāng)條件下沉積下來， 經(jīng)膠結(jié)和成巖作用而形成的。其礦物成分主要是粘土礦物、碳酸鹽和殘余的石英長石等，具層理構(gòu)造，巖性一般具有明顯的各向異性，按形成條件和結(jié)構(gòu)特點，沉積巖可分為：火山碎屑巖、

5、膠結(jié)碎屑巖、粘土巖、化學(xué)巖和生物化學(xué)巖等。變質(zhì)巖是在已有巖石的基礎(chǔ)上，經(jīng)過變質(zhì)混合作用形成的。因其形成的溫度、壓強等變質(zhì)因素復(fù)雜，其力學(xué)性質(zhì)差別很大，不能一概而論。6.表示巖石物理性質(zhì)的主要指標(biāo)及其表示方式是什么？答：見下表所示：符物理性質(zhì)物理意義計算公式號容重 巖石單位體積（包括巖石內(nèi)空隙體積）的重量 =W/V比重Gs巖石固體部分的重量和 4 時同體積純水重量的比值Gs=Ws/(Vs ）總空隙率n巖石空隙的體積與巖石總體積的比值n=V /V 100%空總開空隙率no巖石開型空隙的體積與巖石總體積的比值no=V ，o /V*100%隙大開空隙率nb巖石大開型空隙的體積與巖石總體積的比值nb=V

6、 ，b /V 100%性小開空隙率ns巖石小開型空隙的體積與巖石總體積的比值，ns=V s/V 100%閉空隙率nc巖石閉型空隙的體積與巖石總體積的比值nc=V ，c /V 100%天然含水率天然狀態(tài)下巖石中水的質(zhì)量與巖石烘干質(zhì)量的比值 =m/m rd巖石在常溫條件下吸入水分的質(zhì)量與其烘干質(zhì)量的a =(m 0-m dr )/m dr 100吸水率a比值%水巖石在強制條件下（高壓、真空煮沸）下，巖石吸入w sa =(m sa -m dr )/m dr 100飽和吸水率sa理水的質(zhì)量與巖樣烘干質(zhì)量的比值, 亦稱飽水率%性飽水系數(shù)k巖石吸水率與飽水率的比值k= a / sa 100%透水性巖石能被水

7、透過的性能，用滲透系數(shù)衡量巖石浸水后軟化的性能， 用軟化系數(shù)衡量 (飽水巖樣抗軟化性cc = c / c壓強度與烘干巖樣抗壓強度比值）優(yōu)質(zhì).參考.資料WORD 格式 .整理版巖石抵抗凍融破壞的性能，用抗凍系數(shù)衡量（巖樣在抗凍性c 25 的溫度區(qū)間內(nèi)， 反復(fù)降溫、 凍結(jié)、升溫、溶解， c =( - )/ 100%ffccfc其巖樣抗壓強度下降值與凍融前抗壓強度比值）7.巖石破壞有幾種形式？對各種破壞的原因作出解釋。答：巖石在單軸壓縮載荷作用下，破壞形式包含三種：X 狀共軛面剪切破壞、單斜面剪切破壞和拉伸破壞。 前兩類破壞形式主要是因為軸向主應(yīng)力因起破壞面的剪應(yīng)力超過巖石最大剪應(yīng)力而導(dǎo)致的破壞；

8、后一類破壞主要是因為軸向主應(yīng)力引起破壞面橫向拉應(yīng)力超過巖石最大拉應(yīng)力而導(dǎo)致的破壞。8.劈裂法實驗時， 巖石承受對稱壓縮，為什么在破壞面上出現(xiàn)拉應(yīng)力？繪制試件受力圖說明實驗的基本原理。答：試件受力圖如下：r/R y x0應(yīng)力值 /MP壓縮拉伸從圖上看出：在圓盤邊緣x、 y 向都表現(xiàn)出壓應(yīng)力，隨著位置向圓盤中心移動，X 向壓應(yīng)力變小并出現(xiàn)拉應(yīng)力，并逐漸均勻化，在Y 向上，隨著位置向圓盤中央靠近，壓應(yīng)力逐漸減小并均勻化， 但始終是處于壓的狀態(tài)，又因為巖石抗拉強度低，故圓盤試件在中央沿直徑發(fā)生劈裂破壞。9.什么是全應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線，為什么普通材料試驗機得不出全應(yīng)力-應(yīng)變曲線？答：能全面反映巖石受壓破

9、壞過程中的應(yīng)力、應(yīng)變特征， 特別是巖石破壞后的強度與力學(xué)性質(zhì)變化規(guī)律的應(yīng)力應(yīng)變曲線就叫全應(yīng)力-應(yīng)變曲線。 普通試驗機只能得出半程應(yīng)力-應(yīng)變曲線不能得出全應(yīng)力-應(yīng)變曲線的原因是由于試驗機的剛性不足，在巖石壓縮過程中，試件受壓，試驗機框架受拉，隨著巖樣不斷被壓縮，試驗機發(fā)生的彈性變形以應(yīng)變能形式存于機器中，當(dāng)施加壓力超過巖石抗壓強度， 試件破壞，此時，試驗機迅速回彈， 被存于試驗機中的應(yīng)變能瞬間釋放到巖石試件中， 引起巖石的激烈破壞和崩解， 因而造成無法獲得巖石在超過峰值破壞強度后受壓的應(yīng)力應(yīng)變曲線。優(yōu)質(zhì).參考.資料WORD 格式 .整理版10. 如何根據(jù)全應(yīng)力 -應(yīng)變曲線預(yù)測巖石的巖爆、流變和反

10、復(fù)加、卸載作用下的破壞？答：（ 1 ）如下圖示全應(yīng)力應(yīng)變曲線：CABDO左半部 A 的面積代表，達到峰值強度時，積累在試件內(nèi)部的應(yīng)變能，右半部B 代表試件從破裂到破壞所消耗的能量。若A B，說明巖石破壞后尚余一部分能量，這部分能量突然釋放就會產(chǎn)生巖爆，若A B，則說明應(yīng)變能在破壞過程中全部消耗掉，因而不會產(chǎn)生巖爆。（2 ）在試件加載到一定程度，保持一定應(yīng)力水平不變，試件將發(fā)生蠕變，蠕變發(fā)生到一定程度，即應(yīng)變達到某一值，蠕變就停止，全應(yīng)力-應(yīng)變曲線預(yù)測蠕變可由下應(yīng)變-應(yīng)力曲線預(yù)測蠕變破壞圖示意：ABCDGEIFH蠕變終止軌跡線O圖中，全應(yīng)力 -應(yīng)變曲線及蠕變終止軌跡線由大量實驗所得，（ 1 ）當(dāng)

11、應(yīng)力在 H 點以下時，保持應(yīng)力不變，試件不會發(fā)生蠕變；（2 ）當(dāng)應(yīng)力在 H 至 G 點見時，保持應(yīng)力不變，試件發(fā)生蠕變，最終發(fā)展到蠕變終止軌跡線，停止蠕變，試件不破壞，如EF；（3 ）當(dāng)應(yīng)力在 G 點以上時， 保持應(yīng)力值不變， 試件發(fā)生蠕變， 蠕變應(yīng)變最終達到破壞段應(yīng)力應(yīng)變曲線破壞段，試件發(fā)生破壞，如 AB,CD ；（ 4）從 C 點開始發(fā)生蠕變則到D 點發(fā)生破壞，若從A 點發(fā)生蠕變，則到 B 點發(fā)生破壞，前者，蠕變時間較后者長。（3 ）全應(yīng)力 -應(yīng)變曲線預(yù)測循環(huán)加載下巖石的破壞：優(yōu)質(zhì).參考.資料WORD 格式 .整理版ABCO由于巖石的非完全彈性（或非線彈性），在循環(huán)荷載作用下，在應(yīng)力應(yīng)變圖

12、中表現(xiàn)出若干的滯回環(huán)，并不斷向破壞段應(yīng)力- 應(yīng)變曲線靠近，在循環(huán)荷載加載到一定程度，巖石將發(fā)生疲勞破壞，通過全應(yīng)力-應(yīng)變圖可看出，高應(yīng)力狀態(tài)下加載循環(huán)荷載，巖石在較短時間內(nèi)發(fā)生破壞，在低應(yīng)力狀態(tài)下加載循環(huán)荷載則需要較長時間才發(fā)生破壞。11. 在三軸壓縮試驗條件下，巖石的力學(xué)性質(zhì)會發(fā)生哪些變化？答：三軸壓縮試驗條件下，巖石的抗壓強度顯著增大；巖石的變形顯著增大；巖石的彈性極限顯著增大；巖石的應(yīng)力-應(yīng)變曲線形態(tài)發(fā)生明顯變化，表明巖石由彈性向彈塑性變化。12. 什么是莫爾強度包絡(luò)線？如何根據(jù)實驗結(jié)果繪制莫爾強度包絡(luò)線？答：莫爾強度理論認(rèn)為材料在單向壓縮、 拉伸、純剪切時所得到的在各種應(yīng)力狀態(tài)下的極限

13、應(yīng)力圓具有一條公共包絡(luò)線， 這條包絡(luò)線與每個極限應(yīng)力圓相切， 能夠反映材料內(nèi)部各點受外荷載作用時材料破壞的性質(zhì)，這條包絡(luò)線就叫做莫爾包絡(luò)線。對巖石試件的三軸壓縮試驗，可以通過對同種巖石試件在不同圍壓條件下（圍壓值從小到大），繪制莫爾圓，連接各莫爾圓的公切線，形成平滑曲線就能繪制出該巖石試件的莫爾包絡(luò)線。 從工程應(yīng)用的角度來看，可以在單向拉伸與壓縮兩種應(yīng)力狀態(tài)下，以通過試驗結(jié)果得到的兩個極限應(yīng)力圓為依據(jù)，以這兩個圓的公切線作為近似而取直線的公共包絡(luò)線。13. 巖石的抗剪強度與剪切面所受正應(yīng)力有什么關(guān)系？試?yán)L圖加以說明？答：如圖角模壓剪試驗受力示意圖：優(yōu)質(zhì).參考.資料WORD 格式 .整理版PPc

14、osPsin AP上圖說明，剪切面上可分解為沿剪切面的剪應(yīng)力T=Psina/A和垂直于剪切面的正應(yīng)力N=Pcosa/A，上圖示試驗表明，剪切面得正應(yīng)力越大，試件被剪切破壞前的剪應(yīng)力也越大，因為剪切破壞前一定要克服摩擦力f 和剪切面得粘結(jié)力（內(nèi)聚力） c ，又 f= N，故 T= N+c ，及正應(yīng)力越大，摩擦力越大，巖石發(fā)生剪切破壞所需的剪應(yīng)力也越大，說明抗剪強度越強。14. 簡述巖石在單軸壓縮條件下的變形特征。答：單軸壓縮條件下巖石變形特征分四個階段：DCBAO（1 ）空隙裂隙壓密階段（0A 段）：試件中原有張開結(jié)構(gòu)面或微裂隙逐漸閉合，巖石被壓密，試件橫向膨脹較小，體積隨載荷增大而減小。（ 2

15、 ）彈性變形至微彈性裂隙穩(wěn)定發(fā)展階段（ AC 段）：巖石發(fā)生彈性形變，隨著載荷加大巖石發(fā)生軸向壓縮，橫向膨脹，總體積縮小。（ 3 ）非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段（ CD 段）：微破裂發(fā)生質(zhì)的變化，破裂不斷發(fā)展直至試件完全破壞，體積由壓縮轉(zhuǎn)為擴容，軸向應(yīng)變和體積應(yīng)變速率迅速增大。（ 4 ）破裂后階段（ D 點以后）：巖塊承載力達到峰值強度后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，試件保持整體狀，隨著繼續(xù)施壓， 裂隙快速發(fā)展， 出現(xiàn)宏觀斷裂面，此后表現(xiàn)為宏觀斷裂面的塊體滑優(yōu)質(zhì).參考.資料WORD 格式 .整理版移。15. 簡述巖石在反復(fù)加載和卸載條件下的變形特性。答：（ 1 ）線彈性或完全彈性巖石：在反復(fù)加載和卸載條件下，因其

16、應(yīng)力-應(yīng)變曲線路徑重合或形成閉合回路，多次循環(huán)加-卸載，其應(yīng)力 - 應(yīng)變圖形不變，因為變形在彈性范圍內(nèi)。（ 2 ）彈塑性巖石等荷循環(huán)加、卸載荷：如果卸載點未超過屈服點，其受力處于彈性狀態(tài)與（ 1 ）同論；若卸載點超過屈服點，在加載過程中發(fā)生塑性形變，每次加、卸載都形成滯回環(huán)，這些滯回環(huán)隨著加、 卸次數(shù)增加而愈來愈窄， 并且彼此越來越近， 巖石愈來愈接近彈性變形，一直到某次變形沒有塑性變形為止，當(dāng)循環(huán)應(yīng)力峰值小于臨界應(yīng)力1時，循環(huán)次數(shù)及時很多也不會導(dǎo)致試件破壞，而超臨界應(yīng)力巖1石將在某次循環(huán)中發(fā)生破壞。1EPHAHO（3 ）彈塑性巖石不斷加大循環(huán)加、卸載荷：CIHPOPHI多次反復(fù)加、卸載， 每

17、次施加的最大載荷比上一次循環(huán)的最大荷載大， 則形成上述曲線，隨循環(huán)次數(shù)增多， 塑性滯回環(huán)面積擴大， 卸載曲線斜率增加表明卸載應(yīng)力下的巖石材料彈性有所增強，此外， 每次卸載再加載，形成變形記憶曲線，塑性變形隨著循環(huán)荷載不斷加大而增大，當(dāng)循環(huán)加、卸載到一定程度時，試件發(fā)生破壞。16. 線彈性體、完全彈性體、彈性體三者的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系有什么區(qū)別？答：如下應(yīng)力 -應(yīng)變曲線優(yōu)質(zhì).參考.資料WORD 格式 .整理版PPPPOMM N OOO線彈性材料完全彈性材料彈性材料彈塑性材料彈性體：應(yīng)力 -應(yīng)變圖成直線形式，滿足關(guān)系式 =E - 彈(E性模量 );完全彈性體：應(yīng)力-應(yīng)變曲線為曲線，加載卸載曲線重合，滿

18、足關(guān)系式 =f( );彈性體：加、卸載應(yīng)力-應(yīng)變曲線形成閉合的滯回環(huán)，卸載曲線與加載曲線不重合，此類材料稱為彈性體材料；彈塑性體：加、卸載應(yīng)力-應(yīng)變曲線不重合，且不形成閉合的滯回環(huán)，此類材料稱彈塑性材料，如上圖示，其中OM 段位可恢復(fù)的彈性形變，MN 段稱不可恢復(fù)的塑性形變。17. 什么是巖石的擴容？簡述巖石擴容的發(fā)生過程。答：巖石擴容是巖石在荷載作用下，在其破壞之前的一種明顯的非彈性體積形變。巖石受壓過程中，試件任意微小單元X、 Y、 Z 方向發(fā)生形變， 1 、2、3 分別對應(yīng)最大、中間、最小主應(yīng)變，彈性模量和泊松比為常數(shù)的巖石受壓體積變化經(jīng)歷三個階段：（ 1 ）體積變形階段：體積應(yīng)變在彈性

19、范圍內(nèi)，隨應(yīng)力增加而呈線性變化，此階段1 | 2+3|體積減?。唬?2）體積不變階段：體積發(fā)生形變，但體積應(yīng)變增量近似為零，1 | 2+3|體積不變；（ 3）擴容階段：兩側(cè)向變形之和超過最大主應(yīng)力壓縮變形，1 | 2+3|，體積增大。18. 什么是巖石的各向異性？什么是正交各向異性？什么是橫觀各向同性？寫出正交各向異性和橫觀各向同性的巖石應(yīng)力 -應(yīng)變關(guān)系式。答：巖石的全部或部分物理、 力學(xué)性質(zhì)隨方向不同而表現(xiàn)出差異的現(xiàn)象稱著巖石的各向異性；如果在彈性體中存在著三個相互正交的彈性對稱面，在各個面兩邊對稱方向上彈性相同，但在這個彈性主向上彈性并不相同，這種物體稱為正交各向異性體；其應(yīng)力- 應(yīng)變對應(yīng)

20、關(guān)系表示為：優(yōu)質(zhì).參考.資料WORD 格式 .整理版xa11 a12 a13 000xya21a22 a23000yzaaa000z313233 xy000a4400xy xz0000a55 0xz yz00000a66yz物體內(nèi)部某一面的各個方向彈性性質(zhì)相同，這個面稱為各向同性面，垂直該面方向的力學(xué)性質(zhì)不同，具有這樣性質(zhì)的物體稱為橫觀各向異性體，其應(yīng)力- 應(yīng)變關(guān)系表示為： （需校驗）x1- 2- 1111EEEy- 21- 2EEE122z- 1- 2 1E1E2E1000x000y000zxy000( 1+ 2)00xy0.5E 2xz0000 (01+.5E22)0xzyz00000(

21、1+1)yz0.5E119. 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素有哪些？如何影響的？答：主要影響因素有：水、溫度、加載速率、圍壓、風(fēng)化程度等。水對巖石力學(xué)性質(zhì)影響：連接作用、潤滑作用、水楔作用、空隙壓力作用、溶蝕及潛蝕作用等；溫度對巖石力學(xué)性質(zhì)影響： 一般而言， 隨溫度增高， 巖石延性加大， 屈服點降低， 強度降低；加載速率對巖石力學(xué)性質(zhì)影響： 單軸壓縮實驗時， 荷載加載速率愈快， 單位應(yīng)變需用力愈大，反之愈小；圍壓對巖石力學(xué)性質(zhì)影響：圍壓的存在使巖石的抗壓強度顯著增大；巖石的變形顯著增大；巖石的彈性極限顯著增大；巖石的應(yīng)力-應(yīng)變曲線形態(tài)發(fā)生明顯變化；風(fēng)化對巖石力學(xué)性質(zhì)影響：風(fēng)化過程中，原生礦物經(jīng)物理

22、、化學(xué)、生物作用而發(fā)生變化，產(chǎn)生次生礦物，引起巖體成分結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的變化，降低了巖石的物理力學(xué)性質(zhì)。優(yōu)質(zhì).參考.資料WORD 格式 .整理版第二章巖體力學(xué)性質(zhì)1.巖體賦存環(huán)境包括哪幾部分？答：包括地應(yīng)力、地下水和地溫三部分。2.地應(yīng)力對巖體的影響體現(xiàn)在哪幾方面？答：（ 1 ）地應(yīng)力影響巖體的承載能力。對賦存在一定地應(yīng)力環(huán)境中的巖體來說，地應(yīng)力對巖體形成的圍壓越大，其承載能力越大。（ 2 ）地應(yīng)力影響巖體的變形和破壞機制。試驗表明低圍壓下表現(xiàn)出脆性破壞的巖體在高圍壓下呈剪塑性變形。（ 3 ）地應(yīng)力影響巖體中應(yīng)力的傳播法則。地應(yīng)力可以使不連續(xù)變形的巖體轉(zhuǎn)化為連續(xù)變形的巖體。3.巖體結(jié)構(gòu)劃分的主要依據(jù)

23、是什么？答：巖體結(jié)構(gòu)劃分的第一依據(jù)是巖體結(jié)構(gòu)面類型，分軟弱結(jié)構(gòu)面和堅硬結(jié)構(gòu)面；巖體結(jié)構(gòu)劃分的第二依據(jù)是結(jié)構(gòu)面切割程度或結(jié)構(gòu)體類型，結(jié)構(gòu)體類型有塊狀結(jié)構(gòu)和板狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面切割程度有塊裂、板裂、碎裂、續(xù)斷和完整。4.簡述各類巖體結(jié)構(gòu)主要地質(zhì)特征。答：（ 1 ）完整結(jié)構(gòu)巖體：多為碎裂結(jié)構(gòu)在后生愈合作用下形成，后生愈合包括壓力愈合和膠結(jié)愈合。 壓力愈合指具有粘性成分的物質(zhì)的碎裂巖體經(jīng)高圍壓作用下，其結(jié)構(gòu)面重新粘結(jié)在一起，形成完整結(jié)構(gòu)；膠結(jié)愈合指碎裂巖體經(jīng)膠結(jié)物粘結(jié)在一起，形成完整結(jié)構(gòu)，但后期愈合面強度低于原巖強度。（ 2 ）塊裂結(jié)構(gòu)巖體：多組或至少有一組軟弱結(jié)構(gòu)面切割及堅硬結(jié)構(gòu)面參與切割成塊狀結(jié)構(gòu)體的

24、高級序巖體結(jié)構(gòu)， 有的是塊狀原生結(jié)構(gòu)巖體構(gòu)成， 有的是層狀原生結(jié)構(gòu)巖體構(gòu)成， 其軟弱結(jié)構(gòu)主要是斷層，堅硬結(jié)構(gòu)面一般延伸較長且多為錯動過的堅硬結(jié)構(gòu)面。（3 ）板裂結(jié)構(gòu)巖體：主要發(fā)育于經(jīng)過皺褶作用的層狀巖體內(nèi)，受一組軟弱結(jié)構(gòu)面切割，結(jié)構(gòu)體呈板狀， 軟弱結(jié)構(gòu)面組要為層間錯動面或塊狀原生結(jié)構(gòu)巖體內(nèi)的似層間錯動，結(jié)構(gòu)體多為組合板塊結(jié)構(gòu)，有的亦為完整板塊狀結(jié)構(gòu)。（ 4 ）碎裂結(jié)構(gòu)巖體：切割巖體的結(jié)構(gòu)面主要是原生結(jié)構(gòu)面及構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，分塊狀碎裂結(jié)構(gòu)及層狀碎裂結(jié)構(gòu)兩種，前者結(jié)構(gòu)體塊度大，厚度均勻，后者塊度小。（ 5 ）續(xù)斷結(jié)構(gòu)巖體：結(jié)構(gòu)面不連續(xù)，對巖體切而不斷。優(yōu)質(zhì).參考.資料WORD 格式 .整理版（6 ）散

25、體結(jié)構(gòu)：分碎屑狀散體和糜棱狀散體結(jié)構(gòu)巖體5.闡述工程巖體結(jié)構(gòu)的唯一性。答：巖體結(jié)構(gòu)的分類對特定的工程條件有唯一性，對于確定的地質(zhì)條件只有在確定的工程尺寸條件下， 工程巖體結(jié)構(gòu)才是唯一的。比如，對于小斷面的硐室，其涉及的巖體分類可能是完整結(jié)構(gòu)，但對于同樣位置大斷面的硐室結(jié)構(gòu)而言，巖體分類可能是板裂、塊裂、續(xù)斷、碎裂結(jié)構(gòu)等，這與硐室斷面在巖體空間的跨度有關(guān)。6.按結(jié)構(gòu)面成因，結(jié)構(gòu)面分為幾種類型？答：按照結(jié)構(gòu)面成因，巖體結(jié)構(gòu)面分為原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面及次生結(jié)構(gòu)面。7.結(jié)構(gòu)面的級別及其特征。答：巖體結(jié)構(gòu)面分為五級，見下表：級序分級依據(jù)地質(zhì)類型力學(xué)屬性對巖體穩(wěn)定性的影響影響區(qū)域穩(wěn)定性，山體穩(wěn)定延伸數(shù)十

26、公里，深度可切屬于軟弱結(jié)構(gòu)主要指區(qū)域性深達斷性，如直接通過工程區(qū)，是級穿一個構(gòu)造層，破碎帶寬面，構(gòu)成獨立的裂或大斷裂巖體變形和控制的條件，形度在數(shù)十米至十米以下力學(xué)介質(zhì)單元。成巖體力學(xué)作用邊界。主要包括不整合面、控制山體穩(wěn)定性，與級結(jié)延伸數(shù)百米至數(shù)公里，破假整合面，原生軟弱屬于軟弱結(jié)構(gòu)構(gòu)面可形成大規(guī)模的塊體破級碎帶寬度比較窄，幾厘米夾層、層間錯動帶、面，形成塊裂邊壞，及控制巖體變形記破壞至數(shù)米。斷層侵入接觸帶、分界。方式。化夾層等。延展十米或數(shù)十名，無破控制巖體的穩(wěn)定性，與級各種類型的斷層、原多數(shù)屬于堅硬結(jié)碎帶，面內(nèi)不含泥，有的級結(jié)構(gòu)面組合可形成不同級生軟弱夾層、層間錯構(gòu)面，少數(shù)屬于具泥膜，僅

27、在一個地質(zhì)時規(guī)模的塊體破壞，劃分類動帶等。軟弱結(jié)構(gòu)面。代的地層中分布，有的僅巖體的重要依據(jù)。優(yōu)質(zhì).參考.資料WORD 格式 .整理版僅在某一種巖性中分布。劃分類巖體結(jié)構(gòu)的基本依延展數(shù)米，未錯動，不夾節(jié)理、劈裂、片理、據(jù)，是巖體力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)級泥，有的呈弱結(jié)合狀態(tài)，層理、卸荷裂隙、風(fēng)堅硬結(jié)構(gòu)面效應(yīng)的基礎(chǔ)。破壞巖體的完統(tǒng)計結(jié)構(gòu)面化裂隙等。整性，與其他結(jié)構(gòu)面結(jié)合形成不同類型的邊坡破壞方式分布隨即，降低巖塊強度，連續(xù)性極差，剛性接觸的微小節(jié)理，隱微裂裂是巖石力學(xué)性質(zhì)效應(yīng)基礎(chǔ)，級細小或隱微裂面，統(tǒng)計結(jié)硬性結(jié)構(gòu)面隙和線理若十分密集，又因風(fēng)化，可構(gòu)面形成松散介質(zhì)。8.描述結(jié)構(gòu)面狀態(tài)的指標(biāo)。答：（ 1 ）結(jié)構(gòu)

28、面產(chǎn)狀：（ 2 ）結(jié)構(gòu)面形態(tài)：（ 2 ）結(jié)構(gòu)面延展尺度：（ 3 ）結(jié)構(gòu)面密集程度：9.結(jié)構(gòu)面的剪切變形、法向變形與結(jié)構(gòu)面的哪些因素有關(guān)？答：結(jié)構(gòu)面剪切變形與巖石強度、結(jié)構(gòu)面粗糙度和法向力有關(guān)；結(jié)構(gòu)面法向變形與巖石本身的力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)面粗糙度、結(jié)構(gòu)面受載歷史等因素有關(guān)。10. 結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)的尺寸效應(yīng)體現(xiàn)在哪幾個方面？答： (1) 隨著試塊面積增加，巖石平均峰值摩擦角和平均峰值剪切應(yīng)力呈減少趨勢；（ 2 ）隨著結(jié)構(gòu)面尺寸的增大。達到峰值強度時的位移量增大；（ 3 ）由于尺寸的增加，剪切破壞由脆性破壞向延性破壞轉(zhuǎn)化；（ 4 ）尺寸加大，峰值剪脹角減小； （5）隨著結(jié)構(gòu)面粗糙度減小，詞寸效應(yīng)減小。

29、11. 在多次循環(huán)荷載作用下巖體變形有什么特點？答：（ 1）加、卸在過程相應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線出現(xiàn)閉環(huán)形式，出現(xiàn)卸載回彈變形的滯后現(xiàn)象，產(chǎn)生殘余變形 ;(2) 隨外荷載加大和循環(huán)次數(shù)增多，閉環(huán)曲線逐漸后移，其原因是巖體裂隙與結(jié)構(gòu)面被嚴(yán)密優(yōu)質(zhì).參考.資料WORD 格式 .整理版與嚙合所致；（ 3 ）重復(fù)循環(huán)加、卸載次數(shù)越多，結(jié)構(gòu)體與結(jié)構(gòu)面被壓密程度越高，閉環(huán)曲線上的滯后變形量越小，甚至把閉環(huán)曲線演變成一條直線；（ 4 ）隨著荷載和循環(huán)次數(shù)的增加，一定程度后，巖體變形由結(jié)構(gòu)控制轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)效應(yīng)的消失；（ 5 ）當(dāng)外載荷降至零，并持續(xù)一段時間后，巖體產(chǎn)生較大的回彈變形，及巖體彈性變形能的釋放；12. 具

30、有單結(jié)構(gòu)面的巖體，其強度如何確定？答：如下圖示：1單結(jié)構(gòu)面強度分析圖最大正應(yīng)力狀態(tài)r=w +3發(fā)生剪切破壞C tan w(1- tanwcot )sin 2當(dāng) tan2= -1,)tan w2D( = -1 f w 時2 2Cw1 =1min w2D31o(3+ r , 0)2 巖石（體）強度包絡(luò)線結(jié)構(gòu)面力學(xué)效應(yīng)= C0 +tan 0= Cw +tan w結(jié)構(gòu)面強度包絡(luò)線1C10BA2 C02 Cw32 wo12第一主應(yīng)力與 角關(guān)系A(chǔ):已知：32 巖體沿結(jié)構(gòu)面破壞: 巖體沿結(jié)構(gòu)面破壞2B11C12w /4 + w巖體巖某巖石截面破壞（ 0面）/2:若結(jié)構(gòu)面受力狀態(tài)其莫爾應(yīng)力圓與巖石強度包絡(luò)線相

31、切，巖石沿某截面發(fā)生剪切破壞；當(dāng)結(jié)構(gòu)面受力狀態(tài)處于其莫爾強度包絡(luò)線之上或以上，則巖體沿該結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞，若結(jié)構(gòu)面受力狀態(tài)落在其莫爾強度包絡(luò)線之下，則巖體不沿該結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞。13. 多結(jié)構(gòu)面巖體的破壞形式如何分析？答：當(dāng)結(jié)構(gòu)面受力狀態(tài)處于其莫爾強度包絡(luò)線之上或以上，則巖體沿該結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞，若結(jié)構(gòu)面受力狀態(tài)落在其莫爾強度包絡(luò)線之下，則巖體不沿該結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞。考慮結(jié)構(gòu)面與第一主應(yīng)力1 的夾角，分析結(jié)構(gòu)面應(yīng)力狀態(tài)，分步應(yīng)用單結(jié)構(gòu)面理論，見下圖示：優(yōu)質(zhì).參考.資料WORD 格式 .整理版多結(jié)構(gòu)面巖體強度分析 w22 2 w12 12 2Cw221Cw1321o圖示兩組結(jié)構(gòu)面莫爾包絡(luò)線。（ 1 ）當(dāng)

32、第一組結(jié)構(gòu)面與第一主應(yīng)力夾角2 21 或 2 21時，巖體不發(fā)生破壞；（ 2 ）當(dāng)?shù)谝唤M結(jié)構(gòu)面與第一主應(yīng)力夾角 2 1 2 22或 2 1 2 2時，巖體沿第一組結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞；(3) 當(dāng)?shù)诙M結(jié)構(gòu)面與第一主應(yīng)力夾角 2 1 2 21，且未達到巖石破壞極限，則巖體沿第二組結(jié)構(gòu)面破壞；（4 ）上述條件不滿足，則巖體沿某一截面發(fā)生破壞。14. 簡述 Heok-Brown巖體強度估算方法。答： Heok-Brown 經(jīng)驗方程表述如下：3m 3 c21s c式中 1、3 分別為為破壞時巖體的最大主應(yīng)力何最小主應(yīng)力，c 為巖塊的單軸抗壓強度，m 、s 為與巖性及結(jié)構(gòu)面有關(guān)的常數(shù)，分別令 =0 和 =0

33、可得出巖體單軸抗壓和抗拉的破31壞強度，分別表述為：= 和 = (m ) =T（剪應(yīng)力表mccmccc現(xiàn)為：=A（T） B 其中 A 、 B 為常數(shù)，查表求得，T=(m )c15. 巖體中水滲流與土體中水滲流有什么區(qū)別？答：土體滲流特點： （ 1 ）土體滲透性取決于巖性，土體顆粒越細，滲透性越差（2 ）土體可看成多孔連續(xù)介質(zhì)（3）土體滲透性一般具有均質(zhì)（或非均質(zhì)）各向同性（黃土為各向異性）特點（ 4）土體滲流符合達西滲流定律。巖體以裂隙滲流為主，其特點：（ 1 ）巖體滲透性取決大小取決于巖體中結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)及巖塊的巖性（ 2 ）巖體滲流以裂隙導(dǎo)水、微裂隙和巖石空隙儲水為其特點（3）巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)優(yōu)

34、質(zhì).參考.資料WORD 格式 .整理版滲流具有定向性（4）巖體一般看著非連續(xù)介質(zhì)（5 ）巖體滲流具有高度的非均質(zhì)性和各向異性（ 6）一般巖體中滲流符合達西滲流定律（7）巖體滲流受應(yīng)力場影響明顯（8 ）復(fù)雜裂隙系統(tǒng)滲流，在裂隙交叉處具有“偏流效應(yīng)”。16. 地下水對巖體的物理、化學(xué)作用體現(xiàn)在哪幾個方面？答：地下水對巖體的物理作用主要表現(xiàn)在潤滑作用、軟化和泥化作用和結(jié)合水的強化作用三個方面； 地下水對巖體的化學(xué)作用主要體現(xiàn)在地下水與巖體之間的離子交換、溶解作用， 水化作用，水解作用，溶蝕作用，氧化還原作用，沉淀作用以及超滲透作用等。17. 簡述地下水對巖土體的力學(xué)作用？答：主要通過空隙靜水壓力及空

35、隙動水壓力作用對巖土體的力學(xué)性質(zhì)施加影響。前者減小巖土體的有效應(yīng)力而減低巖土體的強度，在裂隙巖體中的空隙靜水壓力可使裂隙產(chǎn)生擴容變形；后者對巖土體產(chǎn)生切向的推力以降低巖土體的抗剪強度。18. 巖體質(zhì)量分類有什么意義？答：作為選擇工程結(jié)構(gòu)參數(shù)、科學(xué)管理生產(chǎn)以及評價工程經(jīng)濟效益的依據(jù)之一。19. 如何通過巖體分級確定巖體的有關(guān)力學(xué)參數(shù)？答：如表：級別密度抗剪強度變形模量泊松比 /g/cm3 / C/Mpa 2.6560 2.1 330.2 2.6660-502.1-1.533-200.2-0.252.65-2.4550-391.5-0.720-60.25-0.32.45-2.2539-270.7-

36、0.26-1.30.3-0.35 2.25 27 0.2 1.3 0.3520.CSIR 分類方法和 Q 分類方法各考慮的是巖體的哪些因素？答： CISR 分類指標(biāo)值 RMR 由巖塊強度、 RQD 值、節(jié)理間距、節(jié)理條件及地下水5 個指標(biāo)組成； Q 分類法考慮 RQD 值、節(jié)理組數(shù)、節(jié)理粗糙系數(shù)、節(jié)理蝕變系數(shù)、節(jié)理水折減系數(shù)和應(yīng)力折減系數(shù)6 個參數(shù)，反映了巖體的完整性，結(jié)構(gòu)面的形態(tài)、充填物特征及次生變化程度和地下水與其它應(yīng)力存在對巖體質(zhì)量的影響。優(yōu)質(zhì).參考.資料WORD 格式 .整理版第三章地應(yīng)力及其測量1.簡述地應(yīng)力測量的重要性。答：地應(yīng)力是引起地下或露天巖石開挖工程變形和破壞的根本作用力，

37、是引起巖石開挖工程穩(wěn)定性因素中最更本最重要的因素之一，進行地應(yīng)力測量是確定工程巖體屬性，進行圍巖穩(wěn)定性分析，實現(xiàn)巖石工程開挖設(shè)計和決策科學(xué)化的必要前提條件。2.地應(yīng)力是如何形成的？控制某一工程區(qū)域地應(yīng)力狀態(tài)的主要因素是什么？答：地應(yīng)力的形成主要與地球的各種運動過程有關(guān)，其中包括： 板塊邊界受壓、 地幔熱對流、地球內(nèi)應(yīng)力、地心引力、地球旋轉(zhuǎn)、巖漿侵入和地殼非均勻擴容等。其中，構(gòu)造應(yīng)力場和重力應(yīng)力場為現(xiàn)今地應(yīng)力場的主要組成部分?？刂乒こ虆^(qū)域地應(yīng)狀態(tài)的主要因素是構(gòu)造應(yīng)力場和重力應(yīng)力場。3.簡述地殼淺部地應(yīng)力分布的基本規(guī)例。答： (1) 三向不等壓，應(yīng)力分布是時間和空間的函數(shù)；（ 2 ）實測垂直應(yīng)力基

38、本等于上覆巖層重量（ 3 ）淺層地殼中，實測水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力；（ 4 ）平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力比值相當(dāng)分散，隨深度增加比值減?。唬?5 ）最大水平應(yīng)力與最小水平應(yīng)力比值隨深度增加呈線性增長；（ 6 ）最大水平應(yīng)力與最小水平應(yīng)力比值相差較大，顯示出很強的方向性；（ 7 ）地應(yīng)力分布規(guī)例受地形和斷層影響較大。4.地應(yīng)力測量方法分哪兩類？兩類的主要區(qū)別在哪里？每類包括哪些測量技術(shù)？答：依據(jù)測量基本原理不同分為直接測量法和間接測量法。直接測量法是由儀器直接測量和記錄各種應(yīng)力量； 間接測量法借助某些傳感元件或某些介質(zhì)，測量和記錄巖體中某些與應(yīng)力有關(guān)的物理量的變化，以此通過有關(guān)公式計算巖體中的應(yīng)力

39、值。直接測量法測量技術(shù)包括：扁千斤頂法、水力致裂法、剛性包體應(yīng)力計法和聲發(fā)射法；間接測量方法包括：全應(yīng)力解除法（套孔解除法） 、局部應(yīng)力解除法（平行鉆孔法和中心鉆孔法）、松弛應(yīng)變測量法、孔壁崩落測量法和地球物理探測法（聲波觀察法和超聲波譜法）等，涉及測量技術(shù)包括：孔徑變形測量技術(shù)、 孔底變形測量技術(shù)、孔壁應(yīng)變測量技術(shù)、空心包體應(yīng)變測量技術(shù)、實心包體應(yīng)變測量技術(shù)和環(huán)境溫度的影響及其完全溫度補償技術(shù)。5.簡述水壓致裂法的基本測量原理。答：彈性力學(xué)原理知當(dāng)一無限體中的鉆孔受到無窮遠處二維應(yīng)力場（1 ，2 ）的作用，離開優(yōu)質(zhì).參考.資料WORD 格式 .整理版鉆孔端部一定距離部位處于平面應(yīng)力狀態(tài)：=1

40、+2 2 （1 2 ） cos2r=0其中，r 分別為鉆孔周邊的切向應(yīng)力和徑向應(yīng)力；為周邊一點與1 軸的夾角， 當(dāng) =0時， 取最小值，此時=3 2 1 。采用水壓致裂裝置將鉆孔中某段隔離起來，并向隔離段注射高壓水，當(dāng)水壓超過3 2 1 和巖石的抗拉強度T 之后，巖石在=0處發(fā)生開裂，開裂時水壓為Pi=3 +T，繼續(xù)增加水壓至裂隙深度達 2 13 倍鉆孔直徑，保持壓力穩(wěn)定，測得此穩(wěn)定壓力Ps=2，利用上述公式，在測算出巖石抗拉強度T 后，就能計算出原巖應(yīng)力 和 。巖石存在裂隙水壓12P 時0Pi=3 +T P 2 1 0；若在開裂鉆孔中再次注入高壓水，使致裂裂隙張開，保持壓力穩(wěn)定，此時測得裂隙

41、重開壓力Pr= d321 P0，結(jié)合Ps=2就能避開再次測算T 而直接計算出1，2 ，達到試驗?zāi)康摹?.簡述水壓致裂法的主要測量步驟。答：（ 1 ）打鉆孔到準(zhǔn)備測量應(yīng)力的部位，并將鉆孔中待加壓段用隔離器隔離取來；（ 2 ）向隔離段鉆孔內(nèi)注入高壓水， 不斷加大水壓， 至孔壁出現(xiàn)裂隙， 記錄初始開裂水壓 Pi；（ 3 ）繼續(xù)施加水壓，至裂隙深度達到 3 倍鉆孔直徑，關(guān)閉高壓水系統(tǒng)，保持水壓很定，并記錄次關(guān)閉水壓 Ps，然后卸壓使裂隙閉合；（4 ）重新向密閉段注射高壓水，是裂隙重新打開，并記錄裂隙重開時的壓力Pr 和隨后的關(guān)閉水壓 Ps；（5 ）重復(fù)上述步驟2-3 次，以提高測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；卸壓，退出裝置，完成實驗。7.對水壓致裂法的主要優(yōu)缺點作出評價。答：水壓致裂法認(rèn)為初始開裂發(fā)生在鉆孔壁切向應(yīng)力最小的部位，亦即平行于最大主應(yīng)力方向，這是基于巖石為連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的假設(shè)。如果孔壁本身存在天然節(jié)理裂隙，那么初始裂隙可能發(fā)生在這些部位，而并非切向最小應(yīng)力處，因而水