巖體力學(xué)課后習(xí)題答案

1、-作者xxxx-日期xxxx巖體力學(xué)課后習(xí)題答案【精品文檔】一章：1.敘述巖體力學(xué)的定義.巖體力學(xué)主要是研究巖體和巖體力學(xué)性能的一門學(xué)科，是探討巖石和巖體在其周圍物理環(huán)境（力場、溫度場、地下水等）發(fā)生變化后，做出響應(yīng)的一門力學(xué)分支。2.何謂巖石？何謂巖體？巖石與巖體有何不同之處？（1）巖石：由礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律聚集而形成的自然物體。（2）巖體：一定工程范圍內(nèi)的自然地質(zhì)體。（3）不同之處：巖體是由巖石塊和各種各樣的結(jié)構(gòu)面的綜合體。 3.何謂巖體結(jié)構(gòu)？巖體結(jié)構(gòu)的兩大要素是什么？（1）巖體結(jié)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度及其組合關(guān)系；或者是指結(jié)構(gòu)體的規(guī)模、形態(tài)及其排列形式所表現(xiàn)的空間形態(tài)。（2

2、）結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)面。4.巖體結(jié)構(gòu)的六大類型？塊狀、鑲嵌、層狀、碎裂、層狀碎裂、松散結(jié)構(gòu)。5. 巖體有哪些特征？6. （1）不連續(xù)；受結(jié)構(gòu)面控制，巖塊可看作連續(xù)。（2）各向異性；結(jié)構(gòu)面有一定的排列趨勢，不同方向力學(xué)性質(zhì)不同。（3）不均勻性；巖體中的結(jié)構(gòu)面方向、分布、密度及被結(jié)構(gòu)面切割成的巖塊的大小、形狀和鑲嵌情況等在各部位不同，各部位的力學(xué)性質(zhì)不同。（4）賦存地質(zhì)因子特性（水、氣、熱、初應(yīng)力）都會對巖體有一定作用。二章：1.巖石物理力學(xué)性質(zhì)有哪些？巖石的質(zhì)量指標(biāo)，水理性質(zhì)指標(biāo)，描述巖石風(fēng)化能力指標(biāo)，完整巖石的單軸抗壓強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度，剪切強(qiáng)度，三向壓縮強(qiáng)度和各種受力狀態(tài)相對應(yīng)的變形特性。2.影響巖石

3、強(qiáng)度特性的主要因素有哪些？對單軸抗壓強(qiáng)度的影響因素有承壓板、巖石試件尺寸及形狀（形狀、尺寸、高徑比），加載速率、環(huán)境（含水率、溫度）。對三相壓縮強(qiáng)度的影響因素：側(cè)向壓力、試件尺寸與加載速率、加載路徑、空隙壓力。3. 什么是巖石的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^程曲線？所謂應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^程曲線是指在剛性實驗機(jī)上進(jìn)行實驗所獲得的包括巖石達(dá)到峰值應(yīng)力之后的應(yīng)力應(yīng)變曲線。4.簡述巖石剛性實驗機(jī)的工作原理？：壓力機(jī)加壓（貯存彈性應(yīng)能）巖石試件達(dá)峰點強(qiáng)度（釋放應(yīng)變能）導(dǎo)致試件崩潰。AAO2O1面積峰點后，巖塊產(chǎn)生微小位移所需的能。ACO2O1面積峰點后，剛體機(jī)釋放的能量（貯存的能量）。ABO2O1峰點后，普通機(jī)釋放的能量(貯存

4、的能量)。當(dāng)實驗機(jī)的剛度大于巖石的剛度，才有可能記錄下巖石峰值應(yīng)力后的應(yīng)力應(yīng)變曲線。5.莫爾強(qiáng)度理論，格爾菲斯強(qiáng)度理論和E.hoek和E.T.brown提出的經(jīng)驗理論的優(yōu)缺點？莫爾強(qiáng)度理論優(yōu)點是使用方便，物理意義明確；缺點是1不能從巖石破壞機(jī)理上解釋其破壞特征2忽略了中間主應(yīng)力對巖石強(qiáng)度的影響；格爾菲斯強(qiáng)度理論優(yōu)點是明確闡明了脆性材料破裂的原因、破裂所需能量及破裂擴(kuò)展方向；缺點是僅考慮巖石開裂并非宏觀上破壞的緣故。E.hoek和E.T.brown提出的經(jīng)驗理論與莫爾強(qiáng)度理論很相似其優(yōu)點是能夠用曲線來表示巖石的強(qiáng)度，但是缺點是表達(dá)式稍顯復(fù)雜。6. 典型的巖石蠕變曲線有哪些特征？典型的巖石蠕變曲線

5、分三個階段第階段：稱為初始蠕變段或者叫瞬態(tài)蠕變階段。在此階段的應(yīng)變一時間曲線向下彎曲；應(yīng)變與時間大致呈對數(shù)關(guān)系，即t。第階段：稱為等速蠕變段或穩(wěn)定蠕變段。在此階段內(nèi)變形緩慢，應(yīng)變與時間近于線性關(guān)系。第階段：稱為加速蠕變段非穩(wěn)態(tài)蠕變階段。此階段內(nèi)呈加速蠕變，將導(dǎo)致巖石的迅速破壞。7.有哪三種基本力學(xué)介質(zhì)模型？1彈性介質(zhì)模型 2塑性介質(zhì)模型（理想塑E性模型、有硬化塑性介質(zhì)模型）3黏性介質(zhì)模型8. 基本介質(zhì)模型的串聯(lián)和并聯(lián)的力學(xué)特征有何不同？串聯(lián) E 和 h，每個元素的力相等；總應(yīng)變 = 分應(yīng)變之和。基本模型，兩元件并聯(lián)，使它所表現(xiàn)的變形特征與馬克斯維爾模型有所不同。根據(jù)兩個基本力學(xué)模型并聯(lián)的力學(xué)特

6、征，當(dāng)外力作用于模型的兩端時，兩個模型產(chǎn)生的應(yīng)變相等，而其應(yīng)力為彈簧所受的應(yīng)力與粘壺所受的應(yīng)力之和。9. 巖體在單軸和三軸壓縮應(yīng)力作用下，其破壞特征有何異同？單軸破壞形態(tài)有兩類：圓錐形破壞，原因：壓板兩端存在摩擦力，箍作用（又稱端部效應(yīng)），在工程中也會出現(xiàn)；柱狀劈裂破壞，張拉破壞（巖石的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度）是巖石單向壓縮破壞的真實反映（消除了端部效應(yīng)），消除試件端部約束的方法，潤滑試件端部（如墊云母片；涂黃油在端部），加長試件。三軸壓縮應(yīng)力： 低圍壓，圍壓作用不明顯，接近單軸壓縮破壞形式；中圍壓，斜面剪切破壞；高圍壓，塑性流動破壞。10、一個，求：該巖石的天然密度、干密度、顆粒密度、巖石天

7、然空隙率。解：天然密度干密度顆粒密度天然孔隙率12、已知巖石單元體AE的應(yīng)力狀態(tài)如圖所示，并已知巖石的,試求：（1）各單元的主應(yīng)力的大小、方向，并作出莫爾應(yīng)力圖。（2）判斷在此應(yīng)力下，巖石單元體按莫爾-庫倫理論是否會破壞？解：（1）A單元：主應(yīng)力大?。悍较颍号c的夾角，莫爾應(yīng)力圖：圓心： 半徑：B單元：主應(yīng)力大?。悍较颍号c的夾角，莫爾應(yīng)力圖：圓心： 半徑：C單元：主應(yīng)力大?。悍较颍号c的夾角莫爾應(yīng)力圖：圓心： 半徑：D單元：主應(yīng)力大小：方向：與的夾角，莫爾應(yīng)力圖：圓心： 半徑：E單元：主應(yīng)力大?。悍较颍号c的夾角莫爾應(yīng)力圖：圓心： 半徑：（2）A單元： 不破壞；B單元： 破壞；C單元： 不破壞；D單

8、元： 不破壞；E單元： 不破壞；13、對某種砂巖做一組三軸壓縮實驗得到的如表所示峰值應(yīng)力。試求：（1）該砂巖峰值強(qiáng)度的莫爾包絡(luò)線；（2）求該巖石的,值；（3）根據(jù)格里菲斯理論，預(yù)測巖石抗拉強(qiáng)度為多少？ 序號1234解：（1）莫爾包絡(luò)線（2）由 可得 單軸抗壓強(qiáng)度值強(qiáng)度線的斜率由公式 可得 （3）令，由可得又，14、將某一巖石試件進(jìn)行單軸壓縮實驗，其壓應(yīng)力達(dá)到28.0MPa時發(fā)生破壞。破壞面與水平面的夾角為60，設(shè)其抗剪強(qiáng)度為直線型。試計算：（1）該巖石的c,值；（2）破壞面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力；（3）在正應(yīng)力為零的面上的抗剪強(qiáng)度；（4）在與最大主應(yīng)力作用面成30的面上的抗剪強(qiáng)度。解：（1）由題意

9、（2）由題意正應(yīng)力剪應(yīng)力（3）由題意時，由（4）抗剪強(qiáng)度15、某砂巖地層，砂巖的峰值強(qiáng)度參數(shù)。某一點的初始應(yīng)力狀態(tài)為：，由于修建水庫巖石孔隙水壓力增大，試求該點巖石當(dāng)孔隙水壓力為多大時會使砂巖破壞？解：設(shè)最大孔隙水壓力由 可得 17、已知某水庫庫址附近現(xiàn)場地應(yīng)力為：。該水庫位于多孔性石灰?guī)r區(qū)域內(nèi)，該灰?guī)r三軸實驗結(jié)果為。試問：能修多深的水庫而不致因地下水水位升高增加孔隙水壓力而導(dǎo)致巖石破壞？解：由又有可得 又 能修250m深的水庫。3章 ：1.如何測試巖塊和巖體彈性波速度？1、巖塊聲波速度測試：測試儀器主要是巖石超聲波參數(shù)測定儀和縱橫波換能器。測試時，把縱橫波換能器放在巖塊試件的兩端。測定縱波速

10、度時宜采用凡士林或黃油作耦合劑，測定橫波速度時宜采用鋁箔或銅箔作耦合劑測試結(jié)束后，應(yīng)測定超聲波在標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)玻璃中的傳播時間，繪制時距曲線并確定儀器系統(tǒng)的零延時。vp=L/（tp-t0），vs=L/（ts-t0）2、巖體聲波速度測試：測點表面應(yīng)大致修鑿平整并擦凈，縱波換能器應(yīng)涂厚1-2mm的凡士林或黃油，橫波換能器應(yīng)墊多層鋁箔或銅箔，并應(yīng)將換能器放置在測點上壓緊。在鉆孔或風(fēng)鉆孔中進(jìn)行巖體聲波速度測試時，鉆孔或風(fēng)鉆孔應(yīng)沖洗干凈，并在孔內(nèi)注滿水，水即作為耦合劑，而對軟巖宜采用干孔測試。2.影響巖體彈性波速度的因素有哪些？1、巖體彈性波速與巖體種類、巖石密度和生成年代有關(guān).2、巖體波速與巖體中裂隙或夾層

11、的關(guān)系：3、巖體波速與巖體的有效孔隙率n及吸水率Wf有關(guān)4、巖體波速與各向異性性質(zhì)有關(guān)5、巖體受壓應(yīng)力對彈性波傳播的影響3.用彈性波速度確定地下工程圍巖松動圈（塑性圈）范圍的原理是什么？根據(jù)巖體彈性波速度隨裂隙的增多和應(yīng)力的減小而降低的原理，在松動圈內(nèi)，由于巖體破碎且屬低應(yīng)力區(qū)，因而波速較小，當(dāng)進(jìn)入松動圈邊界完整巖體區(qū)域，應(yīng)力較高，波速達(dá)到最大，之后波速又逐漸減小至一定值。根據(jù)波速隨深度變化曲線，可確定松動圈厚度，其邊界在波速最大值深度附近4章 ：13、如圖所示為一帶有天然節(jié)理的試件，結(jié)構(gòu)面的外法線與最大主應(yīng)力的夾角，節(jié)理的基本摩擦角。節(jié)理的粗糙度為4級。節(jié)理面壁的抗壓強(qiáng)度為50MPa，問在多

12、大的作用下巖樣會破壞？解：由題意，查表，取根據(jù)以上式子解方程，有 14、一個與巖心軸線45角鋸開的節(jié)理，經(jīng)多級三軸試驗后得到表中數(shù)據(jù)。試確定各級極限荷載下節(jié)理面上的正應(yīng)力與剪應(yīng)力值以及節(jié)理摩擦角。次序1234側(cè)向軸向解：由（1）（2）（3）（4）由15、如圖所示，在上題的巖體中，有一逆斷層與水平面夾角為25，斷層面的爬坡角，試問：在埋深2000m的深處，能承受的最大水平應(yīng)力是多少？（重度）解：結(jié)合上題已知又據(jù)公式16、如圖所示，正斷層與水平面的夾角為65。當(dāng)在600m深處水壓力達(dá)到10MPa時，斷層產(chǎn)生滑動，若該處巖層重度為，斷層面，問該正斷層滑動之前水平應(yīng)力是多大？解：由題意故，水平應(yīng)力為5

13、章 ：1.簡述圍巖分類的目的和意義？（1）為巖石工程建設(shè)的勘察、設(shè)計、施工和編制定額提供必要的基本依據(jù)。（2）便于施工方法的總結(jié),交流,推廣。（3）為便于行業(yè)內(nèi)技術(shù)改革和管理。2.闡述圍巖分類有哪些原則？（1）有明確的類級和適用對象。（2）有定量的指標(biāo)。（3）類級一般分五級為宜。（4）分類方法簡單明了、數(shù)字便于記憶和應(yīng)用。（5）根據(jù)適用對象，選擇考慮因素。3.簡述圍巖分類的基本方法？按巖石的單軸抗壓強(qiáng)度RC 分類；以點荷載強(qiáng)度指標(biāo)分類；按巷道巖石穩(wěn)定性分類；前蘇聯(lián)巴庫地鐵分類；按巖體完整性分類；按巖體綜合指標(biāo)分類。4.簡述圍巖質(zhì)量指標(biāo)RQD的定義及評價方法？RQD是選用堅固完整的、其長度大于等于10cm的巖芯總長度與鉆孔長度的比。 評價方法：巖石的RQD與巖體完整性關(guān)系密切，RQD與體積節(jié)理數(shù)JV之間存在下列統(tǒng)計關(guān)系：RQD=1153.3JV（%），對于JV小于等于4.5的巖體，其RQD=100%5.簡述巴頓的Q分類采用了那些參數(shù)？他們代表了何種意義？采用了六個參數(shù)：RQD：巖體質(zhì)量指標(biāo)。Jn節(jié)理的組織數(shù)系數(shù)。Jr節(jié)理的粗糙度系數(shù)。Ja節(jié)理的飾變系數(shù)。JW地下水的影響系數(shù)。SRF應(yīng)力折減系數(shù)。 6.簡述國標(biāo)巖體分級采用了那些指標(biāo)作為分級的基本參數(shù)？（一）確定巖體基本質(zhì)量：1.定量確定巖體基本質(zhì)量，包括巖石堅硬程度的確定、巖體完整程度的確定2.定性確定巖體基本質(zhì)量，也包括巖石堅硬程