巖體力學復習答案最終版

1、如何獲得巖石的全應力-應變曲線？他在分析巖石力學特性上有何意義？全應力-應變曲線也稱作為應力應變全過程曲線，僅用一般的單軸或者三軸壓力試驗機所得到的結果只能反映巖石破壞前期的應力-應變關系曲線，其過程段表現(xiàn)不全面，巖石在猛烈撞擊之后便失去了承載能力，所以這個過程不能夠完全反映巖石的應力應變曲線的全過程。通過剛性試驗機，并利用伺服控制系統(tǒng)，適當控制加載速度從而來得到巖石全應力應變曲線，并簡單對巖石反復加載的應力應變下去進行分析。意義：(1)

全應力-應變曲線是指能全面反映巖石受壓破壞過程中的應力、應變特征,特別是巖石破壞后的強度與力學性質變化規(guī)律的應力應變曲線;(2)全應力-應變曲線的工程意義在于它能預測巖爆,保證作業(yè)人員的工作安全,同時能預測需變破壞和預測循環(huán)加載條件下的巖石的破壞,工程中能利用巖石的這些性質完成工程項目，節(jié)約成本;2、巖塊單軸壓縮條件下的峰值前應力-應變曲線有哪幾種類型？請畫出相應的應力-應變曲線。類型Ⅰ:變形特征近似為直線，直到發(fā)生突發(fā)性破壞，以彈性變形為主。如玄武巖、石英巖、輝綠巖等堅硬、極堅硬巖石表現(xiàn)出該類變形特征。類型Ⅱ:開始為直線，至末端則出現(xiàn)非線性屈服段。如石灰?guī)r、砂礫巖和凝灰?guī)r等較堅硬且少裂隙的巖石常表現(xiàn)出該變形特征。類型Ⅲ:開始為上凹型曲線，隨后變?yōu)橹本€，直到破壞，沒有明顯的屈服段。如花崗巖、砂巖及平行片理加載的片巖等堅硬而有裂隙發(fā)育的巖石常具這種變形特征。類型Ⅳ:中部很陡的“S”形曲線。如大理巖和片麻巖等某些堅硬變質巖常表現(xiàn)出該變形特征。類型Ⅴ:中部較緩的“S”形曲線。是某些壓縮性較高的4巖石如垂直片理加載的片巖常見的曲線類型。4類型Ⅵ:開始為一很小的直線段，隨后就出現(xiàn)不斷增長的塑性變形和蠕變變形。如鹽巖等蒸發(fā)巖和極軟巖表現(xiàn)出該變形特征。3、分別總結結構面的法向變形與剪切變形的主要特征？①開始時隨著法向應力的增加,結構面閉合變形迅速增長。②從變形上看，在初始壓縮階段，含結構面巖塊的變形△Vt，主要是由結構面的閉合造成的。③試驗研究表明，當法向應力大約在，1/2σc處開始，含結構面巖塊的變形由以結構面的閉合為主轉為以巖塊的彈性變形為主。④結構面的σ-△Vj,曲線大致為一以△Vj=Vm為漸近線的非線性曲線（雙曲線或指數(shù)曲線)。⑤結構面的最大閉合量始終小于結構面的張開度（e）。剪切變形的特征：結構面的剪切變形均為非線性曲線。4.結構面的法向剛度與剪切剛度的定義如何？各自如何確定？答:法向剛度是反映結構面法向變形性質的重要參數(shù)，其定義為:在法向應力作用下，結構面產(chǎn)生單位法向變形所需要的應力。其大小以曲線上一點切線的斜率表示，即。確定方法是直接用試驗方法求得結構面的曲線后，在曲線上求得。剪切剛度是反映結構面剪切變形性質的重要參數(shù),大小用結構面峰值前的曲線斜率表示，。由室內、現(xiàn)場剪切試驗測得求得。5.什么是巖體質量指標分類？簡述RQD分類法和我國的工程巖體分類標準。巖石質量指標簡稱RQD，指每次進尺中等于或大于10cm的柱狀巖芯的累計長度與每個鉆進回次進尺之比(以百分數(shù)表示)。(RQD):

巖石質量指標，該法是利用鉆孔的修正巖芯采取率來評價巖石質量的優(yōu)劣。即用直徑為75mm的金剛石鉆頭和雙層巖芯管在巖石中鉆進，連續(xù)取芯，回次鉆進所取巖芯中，長度大于10cm的巖芯段長度之和與該回次進尺的比值，以百分比表示。顯然RQD主要反映巖石完整程度，即裂隙在該地段地層中的發(fā)育程度。按RQD值的高低，將巖石質量劃分為五類:類別RQD(%)巖石質量:190~100好；275~90較好；350~75一般；425~50很差；5<25很差6、水壓致裂法的基本測量原理測量原理：由彈性理論可知，鉆孔位于無限巖體，受到二維應力場（σ1，σ2）的作用時，在鉆孔周圍的應力為：σθ=σ1+σ2-2（σ1-σ2）·cos2θ(1)、σr=0(2)、σθ——鉆孔周邊的切向應力；σr——鉆孔周邊的徑向應力；θ——周邊一點與σ1軸的夾角。當θ=0時，σθ取最小值，σθ=3σ2-σ1，在孔內加入壓力Pi,當Pi超過孔壁處的最小壓應力和巖體的抗拉強度之和時，孔壁就會破裂，此時，在θ=0的方向，即σ1軸的方向會產(chǎn)生裂隙，即：Pi=3σ2-σ1+T(3)、如果繼續(xù)加壓，直到裂隙深度達到3倍孔徑時，此時已接近原巖應力狀態(tài)，停止加壓，保持壓力恒定，將該恒定壓力記為Ps,則由圖3-7可見，Ps與σ2相平衡，即Ps=σ2（4）、只要測量出巖體的抗拉強度T和記錄的Pi和Ps就可由（3），（4）式求出σ1和σ2。這樣就可得出σ1和σ2的大小和方向。如果孔內有裂隙水壓P0,則（3）式變?yōu)椋篜i=3σ2-σ1+T-P0(5)、在不測試巖體的抗拉強度條件下，通過增加一個環(huán)節(jié)，即可求出σ1和σ2。在初始裂隙產(chǎn)生后，將水壓卸除，使裂隙閉合，然后再重新向封隔段加壓，使裂隙重新打開，記錄裂隙重新開時的壓力Pr,則有：Pr=3σ2-σ1-P0(6)、由（5）和（6）式，可求出σ1和σ2。7、水壓致裂法的主要測量步驟水力壓裂法又稱水壓致裂法。一種絕對地應力測量方法。(a)打鉆孔到準備測量應力的部位；并將鉆孔中待加壓段用封隔器密封起來；(b)向隔離段注入高壓水，記錄孔裂開時的壓力值Pi,繼續(xù)加壓，直到裂隙擴張到孔徑的3倍，關閉高壓水系統(tǒng)，保持水壓恒定，此時的應力為關閉應力，記為Ps，最后卸壓，使裂隙閉合，此時孔內壓力為P0。(c)重新向密閉段注入高壓水，使裂隙重新打開，記錄裂隙重新打開時的壓力Pr,和隨后的恒定關閉壓力Ps,其孔內壓力時間曲線如圖3-9。(d)將封隔器卸壓，從孔中取出，(e)用攝象機記錄孔內的水壓致裂裂隙，天然節(jié)理、裂隙的位置、方向和大小。8、什么叫蠕變、松弛、彈性后效和流變？蠕變：當應力不變時，變形隨時間增加而增加的現(xiàn)象。松弛：當應變不變時，應力隨時間的增加而減小的現(xiàn)象彈性后效：加載和卸載時，彈性應變滯后于應力的現(xiàn)象。巖石流變就是指材料的應力-應變關系與時間因素有關的性質，材料變形過程中具有時間效應的現(xiàn)象稱為流變現(xiàn)象。9、蠕變包括幾個階段、階段的特點蠕變是指巖石在恒定的載荷作用下，其變形隨時間而逐漸增大的性質。①初始蠕變階段

曲線呈下凹型，應變最初隨時間增大較快，但其應變率隨時間迅速遞減，到B點達到最小值。②等速蠕變階段

曲線近似呈直線，應變隨時間近似等速增加，直到C點。③加速蠕變階段

曲線呈上凹型，應變率隨時間迅速增加，應變隨時間增長越來越大,其蠕變加速發(fā)展直至巖塊破壞。10.試論述Coulomb（庫倫）,Mohr（莫爾）,Griffith（格里菲斯）三準則的基本原理、主要的區(qū)別及其它們之間的關系。庫侖準則（Coulomb）:巖石的破壞主要是剪切破壞，巖石的強度，既抗摩擦強度等于巖石本身抗剪切摩擦的粘結力和剪切面上的法向力產(chǎn)生的摩擦力。莫爾把庫侖準則推廣到三向應力狀態(tài)。實質：巖石到達極限狀態(tài)時，滑動平面上的剪應力達到一個取決于正應力與材料性質的最大值，即σ=f(τ)。對應于各種應力狀態(tài)（單軸、雙軸和三軸壓縮）下的破壞的巖石的莫爾應力圓的包絡線，稱為莫爾強度包絡線。如果巖石的應力圓位于莫爾強度包絡線內，則巖石不會產(chǎn)生破壞，如果巖石的應力圓與莫爾包絡線相切或相交，則巖石會產(chǎn)生破壞。莫爾強度包絡線的曲線型式有幾種：斜直線型，二次拋物線型，雙曲線型等。格里菲斯（Griffith）理論：在脆性材料中，其材料斷裂的起因是分布在材料中的微小裂紋尖端有拉應力（這種裂紋稱為Grifith裂紋）所致。區(qū)別：格里菲斯（Griffith）理論中巖石的破壞機理是巖石受到拉應力破壞所致。庫侖準則和莫爾強度理論則認為巖石破壞是巖體內的某個面上的剪切應力超過了剪切強度值。莫爾強度理論的包絡線包括了庫侖準則的直線型，還包括拋物線型和雙曲線型強度準則，因此，應用更廣。12.邊坡巖體的變形破壞有哪些類型？單平面滑動與楔形滑動的特點是什么？變形類型：(1)卸荷回彈：成坡前邊坡巖體在天然應力作用下早已固結，在成坡過程中，由于荷重不斷減少，邊坡巖體在減荷方向(臨空面)必然產(chǎn)生伸長變形，即卸荷回彈。蠕變變形邊坡巖體中的應力對于人類工程活動的有限時間來說，可以認為是保持不變的。在這種近似不變的應力作用下，邊坡巖體的變形也將會隨時間不斷增加，這種變形稱為蠕變變形。破壞類型：平面滑動、楔形狀滑動、圓弧形滑動、傾倒破壞。平面滑動特點：滑動面傾向與邊坡面基本一致，并存在走向與邊坡垂直或近垂直的切割面，滑動面的傾角小于邊坡角且大于其摩擦角。楔形滑動特點：兩個傾向相反的滑動面，其交線傾向與坡向相同，傾角小于坡角且大于滑動面的摩擦角，常見于堅硬塊狀巖體邊坡中。13.何謂塑性松動圈？具有塑性圈后圍巖中的重分布應力如何變化？塑性松動圈：當集中后的應力值超過巖體的強度極限或屈服極限時，洞周圍巖石首先破壞或出現(xiàn)大的塑性變形，并向深部擴展形成一定范圍松動圈。特征為：應力重分布徑向應力向洞壁方向逐漸減小為零至洞壁處為0，切向應力在洞壁處增大為初始應力的兩倍。分布范圍一般為洞室半徑的5-6倍。14.何謂圍巖壓力？按其形成原因可分為哪幾類？各自用什么方法確定？圍巖壓力：地下洞室圍巖在重分布應力作用下產(chǎn)生過量的塑性變形或松動破壞，進而引起施加于支護襯砌上的壓力，稱為圍巖壓力。按圍巖壓力的形成機理、可將其劃分為：（1）形變圍巖壓力，

由于圍巖塑性變形如塑性擠入、膨脹內鼓、彎折內鼓等形成的擠壓力。（2）松動圍巖壓力、

由于圍巖拉裂塌落、塊體滑移及重力坍塌等破壞引起的壓力。這是一種有限范圍內脫落巖體重力施加于支護襯砌上的壓力，（3）沖擊圍巖壓力，

由巖爆形成的一種特殊圍巖壓力。14.何謂圍巖抗力及圍巖抗力系數(shù)？常用什么方法確定抗力系數(shù)？圍巖抗力：在有壓洞室中，作用有很高的內水壓力，并通過襯砌或洞壁傳遞給圍時圍巖將產(chǎn)生一個反力。圍巖抗力系數(shù)：是表征圍巖抵抗襯砌向圍巖方向變形能力的指標，定義為使洞壁生一個單位徑向變形所需的水壓力。常用方法：直接測定法、計算法和工程地質類比法三種。15.應力解除法基本原理、測量步驟、測量方法應力解除法的基本原理是:巖體在應力作用下產(chǎn)生變形(或應變)。當需測定巖體中某點的應力時，可將該點一定范圍內的巖體與基巖分離，使該點巖體上所受應力解除。這時由應力產(chǎn)生的變形(或應變)相應恢復。通過一定的量測元件和儀器量測出應力解除后的變形值，即可由確定的應力與應變關系求得相應應力值。測量步驟：①選點鉆孔直徑大約在130cm。②在孔底轉孔直徑大約36cm。③安裝應變計與應變儀連接，測記穩(wěn)定初始讀數(shù)。④套鉆解除，在應力解除過程中，測記應變計讀數(shù)至完全解除為止。⑤取出巖芯，在室內求取巖石的Em⑥按公式求解測量方法：鉆孔位移法，鉆孔應力大，鉆孔應變發(fā)。16.某巖塊為7cm×7cm×7cm的立方體試塊。當試塊承受200kN壓力后，試塊軸向縮短0.003cm，橫向增長0.000238cm。試求試塊的彈性模量和泊松比。17.邊坡防護原則：預防為主，治理為輔，因地制宜，全面規(guī)劃，防患于未然。邊坡防護措施(六字經(jīng)驗)：避，排，擋，減，固，植避：避開滑坡體對建(結)構物的影響；排：排水導流，形式有截水溝、排水溝、泄水隧洞；擋：抗滑樁，擋土墻等；減：消坡減重，反壓阻滑；固：物理化學加固，改變巖土性質，提高強度，錨固;植：植樹造林，穩(wěn)固邊坡18.重分布應力狀態(tài)：開挖洞室周邊巖體向開挖空間松張變形，使圍巖中的重新分布形成新的應力狀態(tài)。內容：①開挖前原巖應力狀態(tài)的確定；②開挖后圍巖重分布應力(二次應力)的計算；③支護襯砌后圍巖應力狀態(tài)的改善。圍巖應力重分布作用：地下工程開挖導致一定范圍內原巖應力、應變調整而引起巖體中原巖應力大小、方向和性質改變的作用。圍巖：指圍巖重分布應力狀態(tài)靜水壓力狀態(tài)下圓形洞室圍巖重分布應力當λ=1時，σh=σv=σ0，此即軸對稱圓形洞室圍巖的彈性應力狀態(tài)。，。說明：圍巖重分布應力與極角θ無關，是軸對稱平面變形問題；巖體內無剪應力，即τrθ=0，σr和σθ均是主應力，僅與洞室尺度R0和原巖應力大小σ0有關，且σθ為最大主應力，σr為最小主應力。19、平衡拱理論：提出者：普羅托耶科諾夫(俄國)，又稱普氏理論。觀點：洞室開挖后會形成一個塌落拱，若洞室側壁穩(wěn)定，則拱高隨塌落不斷增加；反之，拱跨和拱高將同時增大；當埋深H>5b1(拱跨)時，最終在圍巖中形成一個自然平衡拱，平衡拱內的破碎巖體重量即松動圍巖壓力。20.普氏理論計算的兩個基本假設:

①硐室圍巖為無內聚力的散體;

②洞頂圍巖中能夠形成穩(wěn)定的自然平衡拱一關鍵;要求必須保證硐室有足夠的埋深，并且形成的自然平衡拱的硐頂巖體只能承受壓應力不能承受拉應力。其次，在實際應用中，堅固性系數(shù)f值的確定除了按公式計算外，還必須根據(jù)施工現(xiàn)場、地下水的滲漏情況、巖體的完整性等，給予適當?shù)男拚?使堅固系數(shù)更全面地反映巖體的力學性能。21.圍巖壓力：洞室圍巖在重分布應力作用下產(chǎn)生過量的塑性變形或松動破壞(塌方、滑移)，進而引起施加于支護襯砌上的壓力，又稱為地壓。圍巖壓力是洞室支護襯砌設計及施工的主要依據(jù)，根據(jù)圍巖壓力形成機理不同可將其分為①形變圍巖壓力；②松動圍巖壓力；③沖擊圍巖壓力。22.構造應力與構造應力場：由于地質構造運動所產(chǎn)生的應力，或者地殼中長期存在的促使構造運動發(fā)生和發(fā)展的內在力，稱為構造應力。構造應力在空間有規(guī)律的分布狀態(tài)稱為構造應力場。23.自重應力與自重應力場：地殼上覆巖體由于受到地心引力作用而產(chǎn)生的應力，它是由巖體自重引起的。自重應力在巖體空間有規(guī)律的分布狀態(tài)即自重應力場。24.邊坡破壞的基本類型：①崩塌：是指塊狀巖體與巖坡分離向前翻落而下。崩塌一般以邊坡表面的破壞現(xiàn)象體現(xiàn)。原因：巖坡過陡或風化作用。②傾倒破壞：結構面切割－傾向與坡面傾向相反的陡立柱狀或板狀體；軟巖－彎曲，硬巖－翻倒。③平面滑動：單平面滑動，同向雙平面滑動，多平面滑動。④楔形狀滑動：兩組結構面(滑動面)的交線傾向與坡面傾向相同時的滑坡，常見于堅硬塊狀巖體邊坡中。⑤圓弧形滑動：滑動面近似圓弧形，發(fā)生于強烈破碎、劇風化巖體等非成層的均質巖體，或軟弱邊坡巖體中。25.分析與計算的基本假設：①邊坡巖體沿某一結構面(滑動面)產(chǎn)生滑移剪切破壞;②滑體在滑動過程中相對位置不變化，即為剛體；③滑動面上的應力分布均勻；④不考慮滑體兩側的抗滑力。穩(wěn)定性系數(shù)η=滑動面抗滑力矩Ms/滑動力矩Mr；η>1穩(wěn)定；η≦1不穩(wěn)定課堂測驗一1描述結構面形態(tài)的參數(shù)指標有哪些？答:描述結構面的八個基本參數(shù)有一、產(chǎn)狀，結構面的產(chǎn)狀是結構面空間形態(tài)的具體描述;二、間距，結構面的間距指相鄰結構面的垂直距離，它反映結構面的密集程度，即巖體的破碎程度;三、延展性，反映結構面的規(guī)模大小;四、粗糙度和起伏度，反映結構面切向摩擦阻力的大小，也就是切向抗剪切能力的大小;五、結構面面壁強度，同樣反映結構面切向剪切能力的強弱;六、結構面的開度與充填物，這個參數(shù)直接影響結構面切向抗剪能力;七、結構面的滲透性，反映了水對結構面的影響程度;八、結構面的組數(shù)和巖塊的尺寸。2什么是結構面和結構體？結構面：又稱為弱面，外文稱為不連續(xù)面或節(jié)理，是指地質歷史發(fā)展過程中在巖體內形成的具有一定的延伸方向和長度、厚度相對較小的地質界面或地質帶，它包括物質分異面和不連續(xù)面結構體：是指被結構面切割圍限的巖石塊體。結構體的特征用其規(guī)模、形態(tài)及產(chǎn)狀等描述。3單結構面得剪切破壞條件是什么？據(jù)此寫出巖體得單軸抗壓強度表達式？條件表達式4若巖體沿結構面發(fā)生破壞，則該結構面法線與最大主平面得夾角應為多少？課堂測驗二1.在長三軸實驗條件下，巖石的極限應力如何計算？用主應力、巖石破裂角和單軸抗壓強度表示Coulomb準則。coulomb準則：2.寫出任意斜截面上正應力、切應力和應力Mohr圓的一般表達式剪應力：正應力：應力摩爾圓：3.Griffith強度準則的基本觀點是什么？其破壞判據(jù)是什么？基本觀點：巖石斷裂是分布在其中的微小裂紋尖端有拉應力集中。破壞判據(jù)：主應力：即達到破壞4.將某巖石試件進行單軸壓縮實驗，其壓力達到40Mpa時巖石發(fā)生破壞，破壞面與水平面的夾角為60°，設該巖石服從Mohr-Coulomb破壞準則，試求該巖石的內摩擦角Ψ和粘聚力C，并寫出Mohr-Coulomb方程式。破裂角：試寫出靜水狀態(tài)下開挖圓形洞室后圍巖重分布應力的表達式，并畫出其分布圖σr=σo（）σθ=σo（）Τrθ=0設測壓系數(shù)為λ，試問開挖圓形洞室后圍巖重分布應力，洞室兩側壁和頂?shù)追较虻闹胤植紤Υ笮?？σr=0σθ=σh+σv-2（σh-σv）cos2θτrθ=0σr=0σθ=σv[1+λ+2（1-λ）cos2θ]τrθ=0在洞壁兩側，θ=0或π，cos2θ=1，所以σr=0σθ=（3-λ）σvτrθ=0在洞頂、底部位置，θ=π/2