礦山巖體力學考試題

1、中國礦業(yè)大學20112012學年第 2 學期礦山巖體力學試卷（A）卷參考答案考試時間：100 分鐘 考試方式：閉 卷學院 班級 姓名 學號 題號一二三四總分得分閱卷人一、選擇題（本大題共10小題，每題2分，共20分）1、巖體的強度小于巖石的強度主要是由于（ A ）。（A）巖體中含有大量的不連續(xù)面 （B）巖體中含有水（C）巖體為非均質(zhì)材料（D）巖石的彈性模量比巖體的大2、巖體的尺寸效應是指（ B ）。（A）巖體的力學參數(shù)與試件的尺寸沒有什么關系（B）巖體的力學參數(shù)隨試件的增大而增大的現(xiàn)象（C）巖體的力學參數(shù)隨試件的增大而減小的現(xiàn)象（D）巖體的強度比巖石的小3、一般把應力變化超過原巖應力（ A ）

2、%的區(qū)域稱為采動影響區(qū)。（A）5 （B）6 （C）8 （D）104、巖石的吸水率是指（ B ）。（A）巖石試件吸入水的重量和巖石天然重量之比（B）巖石試件吸入水的重量和巖石干重量之比（C）巖石試件吸入水的重量和巖石飽和重量之比（D）巖石試件天然重量和巖石飽和重量之比5、大體而言，構造應力的方向（ A ）（A）近似水平 （B）豎直方向 （C）沿斷層方向 （D）沿煤層走向6、一般情況下，巖石的抗壓強度隨著圍巖的增大（ A ）。（A）而增大 （B）而減小 （C）保持不變 （D）會發(fā)生突變7、格里菲斯強度理論確定的材料的單軸抗壓強度是單軸抗拉強度的（ C ）倍。（A）4 （B）6 （C）8 （D）12

3、8、平面問題的彈性力學基本方程有（ C ）個。（A）3 （B）6 （C）8 （D）159、我國巖體分類中的BQ分類的基本質(zhì)量指標是由哪兩個指標確定的？（ B ）。（A）RQD和節(jié)理密度（B）巖石單軸飽和抗壓強度和巖體的完整性指數(shù)（C）地下水和RQD（D）節(jié)理密度和地下水10、地應力是指（ A ）。（A）未受開挖影響的原始地應力 （B）未支護時的圍巖應力（C）開挖后巖體中的應力 （D）支護完成后圍巖中的應力二、名詞解釋（本大題共10小題，每題3分，共30分） 1、 軟化系數(shù):材料在水飽和狀態(tài)下的無側(cè)限抗壓強度與在干燥狀態(tài)下的無側(cè)限抗壓強度的比值。 2、 三軸抗壓強度：巖石在三向壓縮載荷作用下達到

4、破壞時所承受的最大壓應力。 3、泊松比：巖石橫向應變和縱向應變的比值。 4、殘余變形：巖石加載后再卸載不能恢復的變形稱之為殘余變形。 5、普氏系數(shù)：單軸抗壓強度除以10后的值稱為巖石的普氏系數(shù)。 6、強度準則：巖石在極限應力狀態(tài)下的應力狀態(tài)和巖石強度參數(shù)之間的關系。 7、巖石的孔隙率：巖石孔隙體積和巖石總體積的比值。 8、流變性質(zhì)：材料應力-應變關系和時間有關的性質(zhì)。 9、圍巖壓力：圍巖作用于支護結構上的力。 10、 巖石質(zhì)量指標RQD：長度大于10cm的巖芯段長度之和與鉆孔總長的比值。 三、簡答題（本大題共6小題，每題5分，共30分）1、 解釋巖石與巖體的概念，指出二者的主要區(qū)別和相互關系。

5、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。廣義的巖石是指巖塊和巖體的泛稱，狹義的巖石則專指巖塊 。巖體：由結構面及其所包圍的結構體共同組成的集合體。（巖體則是指在一定的地質(zhì)條件下,含有諸如節(jié)理,裂隙,層理和斷層等地質(zhì)結構面的復雜地質(zhì)體由巖塊和各種各樣的結構面共同組成的綜合體 ）巖塊：由結構面切割出的結構體叫巖塊。區(qū)別聯(lián)系，見下表：答出部分即可。特 征 巖 石 巖 體 物質(zhì)組成 由結晶礦物、非晶質(zhì)基質(zhì)、碎屑顆粒、膠結物質(zhì)分別組合構成。 由一種或一種以上的巖石組合而成，是巖塊的集合體，即由結構面和結構體共同組成。 結構 根據(jù)成分及礦物顆粒性質(zhì)不同可分為結晶結構，碎屑結構及生物化

6、學和膠體化學沉積的致密結構。 根據(jù)結構面、結構體性質(zhì)不同，大體分為整體結構，層狀結構，塊狀結構，碎裂結構及散體結構。 完整性 除受構造影響而有一些隱微裂隙外，一般完整性好，不易分散解體。 由于結構面發(fā)育程度不同，結構體形態(tài)，大小不一，其完整性懸殊。 均質(zhì)性 絕大多數(shù)巖石致密均質(zhì)，可看作均勻介質(zhì)。 由于巖石組合不同，結構面和結構體特征不同，呈明顯的非均質(zhì)性 各向異性 巖石內(nèi)包含層面時具各向異性特點，同一層面內(nèi)則顯示各向同性。一般塊狀巖石為各向同性體。 不論巖石組合狀況如何，由于結構面方位、發(fā)育程度及充填情況不一，巖體有明顯的各向異性。 連續(xù)性 礦物顆粒一般接觸緊密，其間空隙充填膠結較好，可認為是

7、連續(xù)體。 多裂隙巖體由于各種結構面發(fā)育，一般屬于非連續(xù)體。 強度特征 是由微小結構起控制作用，其整體強度較為均一，峰值強度比巖體大。 主要受軟弱結構面及巖石組合控制。由于結構面，結構體的特性不同，其整體強度懸殊很大。具有明顯的強度不均一性。峰值強度及殘余強度比巖石小。 破壞機理 巖石在單向受壓時以剪切破壞為主，有時出現(xiàn)拉斷破壞，在圍壓狀態(tài)下基本上是剪切破壞。 多裂隙巖體為無拉伸強度材料，受拉極易開裂，受壓時常沿軟弱結構面產(chǎn)生破壞。 2、2、簡述地應力分布的基本規(guī)律。地應力是一個具有相對穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應力場它是時間和空間的函數(shù)。實測垂直應力基本等于上層巖層的重量。水平地應力普遍大于垂直地應力。平

8、均水平應力與垂直應力的比值隨深度增加而減小，但在不同地區(qū)，變化的速度很不相同。最大水平主應力和最小水平主應力也隨深度呈線性增長關系。最大水平主應力和最小水平主應力之值一般相差較大，顯示出很強的方向性。地應力的上述分布規(guī)律還會受到地形、地表剝蝕、風化、巖體結構持征、巖體力學性質(zhì)、溫度、地下水等因素的影響，特別是地形和斷層的擾動影響最大。3、 畫出巖石典型的全應力應變曲線，并簡要敘述幾個階段的特點。（1）壓密階段 （2）彈性工作階段 （3）塑性性狀階段 （4）破壞階段 4、 簡述靜水壓力狀態(tài)下圓形硐室應力分布的特點。（1）切向應力為最大主應力，徑向應力為最小主應力；（2）圍巖中任一點的徑向應力與切

9、向應力之和為一常數(shù)；（3）應力集中最大在硐石周邊，切向應力為原巖應力的2倍；（4）影響范圍為硐石半徑的34倍。5、 結合本課程的學習簡述礦山巖體力學的特點。（1）采深大。其它工程部門在地下開挖的巷硐大都在離地表不深的地點，而采礦工程的作業(yè)地點常在地下幾百米深處，甚至達二、三千米以上。深部巖體動態(tài)與地表附近大不相同，地表附近巖體的破壞形式一般為脆性斷裂，而較深處巖體則屬粘塑性破壞，其次，巖體的應力狀態(tài)也不相同，淺部巖體垂直應力與水平應力之差一般很明顯，深部巖體卻相差不甚顯著。上述情況使礦山巖石力學所采用的地壓計算方法和測試技術與其它工程相比有所不同。（2）地下開采過程中安設的人工支護大多是服務年

10、限不長或維護時間較短的臨時結構物，只要求其在開采期間不致破壞或適時破壞，在開采后能維持平衡狀態(tài)不危害地面安全即可，而且許多工程結構物還可以隨采隨廢。所以，在計算精度、安全系數(shù)及巖體加固等方面的要求一般均低于水利水電、交通、建筑和國防等部門的標準。（3）由于采礦作業(yè)地點必須服從于有用礦物的自然埋藏地點，使得選擇地下工程建筑物的位置往往受很大限制。（4）其他工程部門中研究的對象多是開挖后即不再轉(zhuǎn)移的地下硐室或隧道，而礦井的采掘工作面是不斷移動的，這就要求礦山巖石力學必須考慮難以預見的復雜地質(zhì)變化對工程結構帶來的影響。由于大面積開采還會引起采空區(qū)上方大量巖層移動和破壞，研究這些巖層的運動、破壞和平衡

11、規(guī)律及其控制方法，是礦山巖石力學的重要課題，這也是區(qū)別于其他應用性巖石力學學科的重要內(nèi)容。6、 畫出典型的巖石蠕變曲線，并簡要敘述各個階段的特點。首先，在開始加載的瞬間，試件立即產(chǎn)生一個瞬時的彈性應變（圖中OA段），這一段所經(jīng)時間極短，可看作與時間無關。由A到B這一段應變不斷增加，但應變速率逐漸減小，故曲線是下凹型，AB段稱為過渡蠕變或第一階段蠕變.由B到C這一段應變以恒定的速率增長，故BC段稱為定常蠕變或第二階段蠕變，這個階段的時間延續(xù)最長。在C點以后應變又加速增長，故曲線呈上凹型，當應變達到某個數(shù)值D點時試件破壞，加速蠕變或第三階段蠕變。一、 計算題（本題20分）某一巖石試件進行單軸壓縮實驗，其壓應力達到28.0MPa時發(fā)生破壞，且?guī)r石的破斷角為60，設其抗剪強度為直線型。（，）試計算：（1）該巖石的c, 值；（4分）（2）破壞面上的正應力和剪應力；（4分）（3）在正應力為零的面上的抗剪強度；（3分）（4）在與最大主應力作用面成30的面上的抗剪強度。（2分）（5）當圍壓為5MPa時，求巖