(答案)巖體力學(xué)考試復(fù)習(xí)思考題_濃縮版

1、巖體力學(xué)復(fù)習(xí)思考題（38道）一、 名詞解釋1、彈性模量:巖石在壓縮狀態(tài)下，軸向應(yīng)力與軸向應(yīng)變之比。當(dāng)應(yīng)力應(yīng)變曲線為直線關(guān)系時(shí)，變形模量就是直線的斜率。當(dāng)變形為彈性變形時(shí)，該模量又稱為彈性模量：。2、泊松比：巖石在壓縮狀態(tài)下，橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變之比，即，無量綱，通常。3、長期強(qiáng)度：經(jīng)過較長時(shí)間加載達(dá)到破裂時(shí)的應(yīng)力，稱為長時(shí)強(qiáng)度（long term strength）。4、巖石結(jié)構(gòu)面：結(jié)構(gòu)面是指發(fā)育于巖體中，具有一定方向、延伸性和厚度的各種地質(zhì)界面，如斷層、不整合面、層面、節(jié)理、裂隙等。5、巖體表征單元體積（REV）：多大尺寸的巖體才能表征巖體的真實(shí)力學(xué)特性，即與尺寸效應(yīng)無關(guān)，這個(gè)巖體稱為表征單元

2、體（Representative Elementary Volume, REV, 表征體元），其尺寸稱為REV尺寸。6、RQD：將長度在10 cm( 含10 cm) 以上的巖芯累計(jì)長度占鉆孔總長的百分比，稱為巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD( Rock Quality Designation)。7、橫觀各向同性：主要是巖體中最大的結(jié)構(gòu)面，即通常的層面或?qū)永硭斐?，其它結(jié)構(gòu)面影響微弱可忽略不計(jì)。8、損傷變量：損傷變量是描述材料中所含微缺陷或微裂紋力學(xué)作用的場變量，是力學(xué)上描述材料內(nèi)部性質(zhì)劣化狀態(tài)的變量。是表征材料或結(jié)構(gòu)劣化程度的量度，直觀上可理解為微裂紋或空洞在整個(gè)材料中所占體積的百分比。又稱內(nèi)部狀態(tài)變量或內(nèi)

3、變量。9、連續(xù)度和損傷度連續(xù)度: 材料受損后的有效承載截面積與原始截面積的比值稱為連續(xù)度, 連續(xù)度取值范圍為01，取0時(shí)：無承載能力，完全破壞；取1時(shí)：無損傷損傷度: 10、應(yīng)力強(qiáng)度因子：表征遠(yuǎn)場載荷或殘余應(yīng)力作用下裂紋尖端附近區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)（應(yīng)力強(qiáng)度）的參數(shù)。對(duì)于I型裂紋，用KI表示。11、斷裂韌度：材料中裂紋開始失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子，表征含裂紋的巖石材料抵抗斷裂的能力，或驅(qū)動(dòng)裂紋擴(kuò)展所需要的能量。對(duì)于I型裂紋，用KIC（線彈性斷裂韌度）或JIC（彈塑性斷裂韌度）表示。12、地應(yīng)力：存在于地殼中的內(nèi)應(yīng)力稱為地應(yīng)力，天然環(huán)境下地殼巖土體內(nèi)某一點(diǎn)所固有的應(yīng)力狀態(tài)為原始地應(yīng)力(Insitu

4、state of stress in rock)。13、海姆假說：巖體深處垂直應(yīng)力與其上覆的巖體重力呈正比，而水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力相等。14、應(yīng)力重分布：從原始地下應(yīng)力場變化到新的平衡應(yīng)力場的過程，稱為應(yīng)力重分布。應(yīng)力重分布：地下開挖破壞了巖體天然應(yīng)力的相對(duì)平衡狀態(tài)，洞室周邊巖體將向開挖空間松脹變形，使圍巖中的應(yīng)力產(chǎn)生重分布作用，形成新的應(yīng)力狀態(tài)。15、基礎(chǔ)與地基的概念地基:直接承受上部建筑物荷載作用的部分土體或巖體;基礎(chǔ):建(構(gòu))筑物在地下直接與地基相接觸的部分。二、 簡答題1、 簡述巖石脆性-延性轉(zhuǎn)化特征，并畫出示意圖。答：脆性(brittle)是指峰值時(shí)的極限應(yīng)變量很小,峰值強(qiáng)度比殘余強(qiáng)度

5、高出許多。反之,稱為延性(ductile)u巖石在低圍壓下表現(xiàn)為脆性，但在高圍壓下轉(zhuǎn)化為延性或韌性。u由脆性轉(zhuǎn)化為延性的圍壓值，稱為“脆-延轉(zhuǎn)化臨界圍壓3lj”。u圍壓33lj，應(yīng)變軟化；圍壓33lj，塑性流動(dòng)；圍壓33lj，應(yīng)變強(qiáng)化u巖石不能籠統(tǒng)地說成是脆性的，或是延性的，而要和圍壓大小聯(lián)系考慮。u水平地應(yīng)力可看成是作用在地下巖體中的圍壓。一般淺部地應(yīng)力小，工程巖體大多是脆性的；但到了千米甚至幾千米的深部，水平地應(yīng)力可能超過巖體的脆-延轉(zhuǎn)化臨界圍壓，巖體表現(xiàn)為延性，開挖工程后，圍巖變形劇增。2、 簡述時(shí)間效應(yīng)對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響（包括加載速率效應(yīng)及流變現(xiàn)象）。答：3、 簡述蠕變的三階段和三水

6、平，并分別畫出其示意圖。答：4、 巖石結(jié)構(gòu)面的幾何特征包括哪幾個(gè)方面？答：結(jié)構(gòu)面幾何特征包括：產(chǎn)狀（傾向、傾角）、連續(xù)性、密度、形態(tài)（側(cè)壁的起伏形態(tài)和粗糙度）、張開度、充填膠結(jié)特征等。5、 寫出Q分類方法中的Q值的計(jì)算公式，并指出六個(gè)參數(shù)的含義。答：6、 分別畫出巖石在（1）雙軸壓縮、（2）三軸壓縮、（3）三軸等壓及（4）三軸拉伸條件下的莫爾圓示意圖。答：7、 簡述庫侖準(zhǔn)則的破壞機(jī)理。答：材料是屬于有正壓力情況下的剪切破壞形態(tài)，簡稱壓剪破壞。剪切破壞力的一部分用來克服與正應(yīng)力無關(guān)的粘聚力，使材料顆粒間脫離關(guān)系，另一部分剪切破壞力用來克服與正應(yīng)力成正比的摩擦力，使面間發(fā)生錯(cuò)動(dòng)而最終破壞。8、 巖

7、石斷裂力學(xué)與損傷力學(xué)的主要研究內(nèi)容分別是什么？二者之間的有怎樣的區(qū)別與聯(lián)系。(1) 損傷力學(xué)分析材料從變形到破壞前損傷逐漸積累的過程，主要關(guān)注材料微缺陷的變形、貫通過程及其對(duì)材料性質(zhì)弱化的影響。損傷最終將導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)完整性的完全喪失及宏觀裂紋的形成。(2) 斷裂力學(xué)分析宏觀裂紋啟裂、擴(kuò)展及止裂的過程。宏觀裂紋擴(kuò)展過程中也會(huì)在端部形成新的損傷區(qū)。(3) 損傷與斷裂為流體滲流提供通道9、 簡述連續(xù)損傷力學(xué)的研究內(nèi)容與方法。將具有離散結(jié)構(gòu)的損傷材料模擬為連續(xù)介質(zhì)模型，引入損傷變量（場變量），建立損傷演化方程描述從材料內(nèi)部損傷到出現(xiàn)宏觀裂紋的過程，導(dǎo)出材料的損傷本構(gòu)方程，形成損傷力學(xué)的初、邊值問題，然

8、后采用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的方法求解。10、 國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)（ISRM）建議的巖石I型斷裂韌度測試方法。V形切槽三點(diǎn)彎曲試樣、V形切槽短圓棒試樣、V形切槽巴西圓盤棒試樣11、 巖石斷裂過程區(qū)的四個(gè)發(fā)展階段特征是什么？用示意圖說明斷裂過程區(qū)每個(gè)階段對(duì)應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變曲線的哪一段？12、 簡述水壓致裂法測量地應(yīng)力的優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：1)可以在下套管之前，通過監(jiān)測裂縫痕跡的方法確定出裂縫的方向2)壓裂壓力不受套管或射孔炮眼的影響。缺點(diǎn)：1)為使裸眼封隔器密封，要求井筒形狀盡可能圓2)地層中有天然裂縫時(shí)，由于漏失而很難進(jìn)行試驗(yàn);3)現(xiàn)場試驗(yàn)成本高。13、 簡述空心包體應(yīng)變計(jì)法測量地應(yīng)力的步驟。 打孔: 安裝探頭 數(shù)

9、據(jù)傳輸至采集器、 數(shù)據(jù)處理 空心包體應(yīng)變計(jì)的主體是一個(gè)用環(huán)氧樹脂制成的壁厚3mm的空心圓筒，其外徑為37mm，內(nèi)徑為31 mm?？招陌w應(yīng)變計(jì)的突出優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)變計(jì)和孔壁在相當(dāng)大的一個(gè)面積上膠結(jié)在一起，因此膠結(jié)質(zhì)量較好，而且膠結(jié)劑還可注入應(yīng)變計(jì)周圍巖體中的裂隙，使巖體整體化?？捎糜谥械绕扑楹退绍泿r體中，具有防水性能。 在其中間部位，即直徑35mm處，沿同一圓周等間距嵌埋著三組電阻應(yīng)變花。每組應(yīng)變花由四支應(yīng)變片組成，相互間隔45° 數(shù)據(jù)分析計(jì)算方法，12支應(yīng)變片，12個(gè)方程，解出6個(gè)未知數(shù)，經(jīng)坐標(biāo)變換計(jì)算出3個(gè)主應(yīng)力的大小、方向。14、 分析圖1所示圓形巷道，在不同K值時(shí)的應(yīng)力重分布特點(diǎn)。

10、圖1 圓形巷道受力示意圖四、推導(dǎo)題1、推導(dǎo)開爾文體的本構(gòu)方程及蠕變方程，并畫出蠕變曲線。2、如圖所示，若巖體中發(fā)育一組結(jié)構(gòu)面AB，假定AB面與最大主平面夾角（結(jié)構(gòu)面傾角）為，請(qǐng)推導(dǎo)以主應(yīng)力表示的單一結(jié)構(gòu)面剪切破壞條件，并討論不同角（結(jié)構(gòu)面傾角）時(shí)的情況。3、推導(dǎo)庫侖準(zhǔn)則的主應(yīng)力表達(dá)式。答：四、計(jì)算題某均質(zhì)巖石的強(qiáng)度曲線為：ts×tan30°40（MPa）。試求在側(cè)向圍巖應(yīng)力s320MPa的條件下，巖石的極限抗壓強(qiáng)度；并求出破壞面的方位。解：由上面的（328）公式即可得，。三、 論述題1、 分別從巖塊尺度及巖體尺度闡述巖石組織特征及巖體結(jié)構(gòu)特征。答：2、 畫出巖石全應(yīng)力應(yīng)變曲

11、線示意圖，劃分階段并闡述各階段的特征。答：3、 闡述現(xiàn)場巖體單軸抗壓強(qiáng)度、三軸抗壓強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度的測定方法，并畫出相應(yīng)的示意圖。答：4、 比較邊坡穩(wěn)定性分析方法中剛體極限平衡法與數(shù)值分析法的優(yōu)缺點(diǎn)。(1)剛體極限平衡法是基于剛性假定和同時(shí)破壞假定,且不考慮滑床變形,因此是一種經(jīng)典的力學(xué)分析方法,計(jì)算簡便,且有一套與之適應(yīng)的規(guī)范,應(yīng)用廣泛,實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富,但在大多數(shù)情況下,邊坡穩(wěn)定性問題是超靜定的。極限平衡分析法處理這個(gè)問題的對(duì)策是引入一系列近似假定(如滑動(dòng)面的假設(shè)、條間力的假設(shè)等),使問題變得靜定可解。這種處理導(dǎo)致其計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況有較大出入。(2) 數(shù)值分析法: 借助計(jì)算機(jī)的計(jì)算功能和商用數(shù)

12、值分析軟件,已經(jīng)可以將巖土工程結(jié)構(gòu)體作為整體加以模擬仿真,通過試驗(yàn)取得最佳設(shè)計(jì)方案。主要包括連續(xù)介質(zhì)分析法、非連續(xù)介質(zhì)分析法和混合分析法。由于部分考慮了邊坡巖體的非均質(zhì)，不連續(xù)等特質(zhì)，能夠接近實(shí)際地從應(yīng)力應(yīng)變特征分析邊坡的變化破壞機(jī)制，對(duì)了解邊坡的應(yīng)力分布及應(yīng)變位移變化很有利。但由于要求使用者受過良好培訓(xùn)、有經(jīng)驗(yàn),觀摩大量建模范例;需知曉模型/軟件的局限(如邊界效應(yīng)、網(wǎng)格比率、對(duì)稱性和硬件內(nèi)存限制等);可供輸入的數(shù)據(jù)有限且不易測得;不能模擬高度節(jié)理化的巖體;由于運(yùn)行時(shí)間的限制,很難進(jìn)行敏感性分析；處理復(fù)雜問題需大量內(nèi)存;實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)尚少;需知處理過程中的校核標(biāo)準(zhǔn)和約束條件。剛體極限平衡法的不足破壞標(biāo)準(zhǔn)的判定 破壞的標(biāo)準(zhǔn)是按照滑動(dòng)面同時(shí)破壞而制定的，并沒有考慮滑坡的漸進(jìn)破壞。強(qiáng)度參數(shù)的選取 在計(jì)算中要么選取峰值強(qiáng)度，要么選取殘余強(qiáng)度，沒有考慮峰值強(qiáng)度向殘余強(qiáng)度的變化。計(jì)算方法的局限 無法模擬邊坡施工過程、開挖引起的二次應(yīng)力場，加固措施、加固時(shí)機(jī)、滲流、地震等作用的影響。適用范圍有限 只能模擬均質(zhì)性較強(qiáng)的土質(zhì)邊坡，無法模擬真實(shí)巖質(zhì)邊坡的非均質(zhì)、各向異性的性態(tài)以及連續(xù)變形與非連續(xù)變形的破壞模式。5、分別回答巖石地基設(shè)計(jì)需要考慮的因素