巖石力學(xué)復(fù)習(xí)資料要點

1、巖石力學(xué)復(fù)習(xí)資料1.1簡述巖石與巖體的區(qū)別與聯(lián)系。答：巖石是由礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定的規(guī)律聚集而形成 的自然物體，力學(xué)性質(zhì)可在實驗室測得；巖體是指由背諸如節(jié)理、裂 隙、層理和斷層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)面切割的巖塊組成的集合體，力學(xué)性質(zhì)一 般在野外現(xiàn)場進行測定，因此更接近巖體的實際情況，反映巖體的實 際強度。1.2巖體的力學(xué)特征是什么？答：（1）不連續(xù)性：巖體受結(jié)構(gòu)面的隔斷，多為不連續(xù)介質(zhì)，但 巖塊本身可作為連續(xù)介質(zhì)看待；（2）各向異性：結(jié)構(gòu)面有優(yōu)先排列位向的趨勢，隨著受力巖體的 結(jié)構(gòu)趨向不同力學(xué)性質(zhì)也各異；（3）不均勻性：結(jié)構(gòu)面的方向、分布、密度及巖塊的大小、形狀 和鑲嵌狀況等在各部位都很不一致，造

2、成巖體的不均勻性；（4）巖塊單元的可移動性：巖體的變形破壞往往取決于組成巖體 的巖石塊單元體的移動，這與巖石塊本身的變形破壞共同組成巖體的 變形破壞；（5）力學(xué)性質(zhì)受賦存條件的影響：在一定的地質(zhì)環(huán)境中，巖體賦 存有不同于自重應(yīng)力場的地應(yīng)力場、水、氣、溫度以及地質(zhì)歷史遺留 的形跡等。1.3巖石可分為哪三大類？它們各自的基本特點是什么？答：（1）巖漿巖：由巖漿冷凝形成的巖石，強度高、均勻性好；（2）沉積巖：由母巖在地表經(jīng)風(fēng)化剝蝕后產(chǎn)生，后經(jīng)搬運、沉積和結(jié)硬成巖作用而形成的巖石，具有層理構(gòu)造，強度不穩(wěn)定，且具有 各向異性；（3）變質(zhì)巖：由巖漿巖、沉積巖或變質(zhì)巖在地殼中受高溫、高壓 及化學(xué)活動性流體的

3、影響發(fā)生變質(zhì)而形成的巖石。 力學(xué)性質(zhì)與變質(zhì)作 用的程度、性質(zhì)以及原巖性質(zhì)有關(guān)。1.4簡述巖體力學(xué)的研究任務(wù)與研究內(nèi)容。研究任務(wù)：建模與參數(shù)辨別；確定試驗方法、儀器與信息處 理；現(xiàn)場測試；實際應(yīng)用；研究內(nèi)容：巖石與巖體的物理力學(xué)性質(zhì)（巖石的物質(zhì)組成和結(jié) 構(gòu)特征，巖石的物理、水理性質(zhì)，巖塊在不同應(yīng)力狀態(tài)作用下的變形 和強度特征，結(jié)構(gòu)面的變性特征和強度參數(shù)的確定等）；巖石和巖 體的本構(gòu)關(guān)系（巖塊的本構(gòu)關(guān)系，巖體結(jié)構(gòu)面分類和典型結(jié)構(gòu)面本構(gòu) 關(guān)系，巖體的本構(gòu)關(guān)系）；工程巖體的應(yīng)力、變形和強度理論（巖 體初始應(yīng)力測量及分布規(guī)律，巖體中應(yīng)力、應(yīng)變和位移計算，巖體破 壞機理、強度理論和工程穩(wěn)定性維護與評價）：

4、巖石（巖塊）室內(nèi) 實驗（室內(nèi)實驗是巖石力學(xué)研究的基本手段）；巖體測試和工程穩(wěn) 定監(jiān)測（巖體原位力學(xué)實驗原理和方法，巖體結(jié)構(gòu)面分布規(guī)律的統(tǒng)計 測試，巖體的應(yīng)力、應(yīng)變、位移檢測方法及測試數(shù)據(jù)的分析利用，工 程穩(wěn)定準(zhǔn)則和安全預(yù)測理論與方法）。1.5巖體力學(xué)的研究方法有哪些？研究方法是采用科學(xué)實驗、理論分析與工程緊密結(jié)合的方法。 對現(xiàn)場的地質(zhì)條件和工程環(huán)境進行調(diào)查分析，掌握工程巖體的 組構(gòu)規(guī)律和地質(zhì)環(huán)境; 進行室內(nèi)外的物理力學(xué)性質(zhì)試驗、模型試驗或原型試驗，作為 建立巖石力學(xué)的概念、模型和分析理論的基礎(chǔ)。 按地質(zhì)和工程環(huán)境的特點分別采用彈性理論、塑性理論、流變 理論以及斷裂、損傷等力學(xué)理論進行計算分析。

5、2.1名詞解釋（1）巖石的質(zhì)量指標(biāo)（RQD）：大于10cm的巖心之和與鉆孔總 長度的比率。（2）孔隙比：孔隙的體積與固體的體積之比，；Vc（3）孔隙率：孔隙的體積與試件總體積之比，n 乂 ；V（4）吸水率：巖石吸入水的質(zhì)量與固體質(zhì)量之比，y _Y廠一100% ；c（5）風(fēng)化指標(biāo)：包括軟化系數(shù)（表示抗風(fēng)化能力的指標(biāo)，是試件干燥單軸抗壓強度與飽和單軸抗壓強度的比值，=Rcc，越小表示巖Rcd石受水的影響越大）和巖石耐崩解系數(shù)（試件實驗前的質(zhì)量與試驗后 殘余質(zhì)量的比值，lc2 =mL）；ms（6）膨脹指標(biāo)：包括自由膨脹系數(shù)（巖石在無任何條件下，浸水 后產(chǎn)生的膨脹變形尺寸與原尺寸的比值，包括軸向自由膨

6、脹率 乂=如"00%和徑向自由膨脹率Vd=如勺00%），巖石的側(cè)向約束膨脹hd率（將具有側(cè)向約束的試件浸入水中， 使試件僅產(chǎn)生軸向變形而求得的膨脹率Vhp=凹100%）以及膨脹壓力（巖石浸水后，使試件保持原 h有體積所需施加的最大壓力）；（7）滲透性：在一定的水壓作用下，水穿透巖石的能力。反映了巖石中裂隙向相互連通的程度，用達西定律描述：Q-KAx，其中dxdh表示水頭變化率。dx2.2簡述巖石的孔隙比與孔隙率的聯(lián)系。答：孔隙比（e）是指孔隙的體積與固體的體積之比，孔隙率（n） 是指孔隙的體積與試件總體積之比，其關(guān)系為：e =。1 - n3.1簡述巖柱劈裂破壞機理。答：巖柱受壓時，軸

7、向趨于縮短，橫向趨于擴張，是張拉破壞。 當(dāng)試件兩端面無摩擦力時，若試件受到軸向壓縮，試件橫向自由擴 張，其中的張拉應(yīng)力使試件產(chǎn)生平行于軸線的垂直裂縫，呈柱狀劈 裂破壞。3.2剛性試驗機的工作原理是什么？答：剛性試驗機（Km三Ks），由于試驗機釋放能 Em/小于 Es 需要繼續(xù)加載才能使試件產(chǎn)生新的位移，因此，保持峰值強度后的 試驗平穩(wěn)進行，并記錄下巖石峰值強度后的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，即剛性試驗機的工作原理。3.3什么是環(huán)箍效應(yīng)？列舉在單軸壓縮中克服它的措施。試件受壓時，由于軸向趨于縮短，橫向趨于擴張，而試件和壓板 間的摩擦約束作用則阻止其擴張，在試件端面部分形成了一個箍的 作用，這一作用隨著遠離承

8、壓板而逐漸減弱，即環(huán)箍效應(yīng)。措施：在試件與壓板間插入剛度與試件匹配、斷面尺寸與試件相 同的墊塊；潤滑試件端部；加長試件。3.4簡述抗剪試驗及裂隙法試驗的試驗要點。【抗剪試驗】試驗要點：如圖，將按一定的精度要求加工好的立方體（5X5>5cm） 巖石試件，放入鋼制楔形角模內(nèi)；再將夾有試件的角模放在試驗機上 緩慢加壓至破壞，并記錄下極限荷載 P。試驗關(guān)鍵技術(shù)：保持角模整體平衡、穩(wěn)定，防止偏心荷載，使試 件按預(yù)定的剪切面剪斷；在加載過程中，角模會產(chǎn)生水平位移，為減 少角模與試驗機壓板之間的摩擦力， 在兩者之間放滾柱板；角模的傾 角（試件剪斷面方向角），不能太小也不能太大，一般在30°

9、70°?！玖严斗ㄔ囼灐繉嶒炓c：如圖，用一個實心圓柱形試件，使它承受徑向壓縮荷 載至破壞，再利用彈性理論推算出巖石的抗拉強度。鋼絲直徑為 5mm,作用為將試驗機壓板荷載轉(zhuǎn)化為線性荷載傳遞給試件。試件尺 寸為直徑 d=50mm，長度t=25mm。此時，試件的單軸抗拉強度2P閔t實驗關(guān)鍵：嚴(yán)格對中，為防止試件承受偏心荷載，要求鋼絲墊條 平行于試件軸線，上、下兩鋼絲的連線為試件的直徑，保證破裂面 通過試件的直徑。3.5簡述摩爾-庫倫曲線的制作方法。答：摩爾曲線制作方法：在廳T平面上，做一組不同應(yīng)力狀態(tài) 下(包括單軸抗拉和單向抗壓)的極限應(yīng)力圓；找出各應(yīng)力圓上的 破壞點；用光滑曲線連接個破壞

10、點，這條光滑曲線就是極限莫爾應(yīng)力圓的包絡(luò)線，即莫爾準(zhǔn)則曲線。庫倫曲線的制作方法：作一系列不同傾角a的壓剪試驗，并由式(1) 計算出不同傾角的破壞面上的正應(yīng)力 。和剪應(yīng)力T再在0-T 平面描點作出強度準(zhǔn)則曲線，或用數(shù)理統(tǒng)計方法確定其方程。通常由 抗剪試驗得出的強度曲線是一條弧形曲線， 一般把它簡化為直線，即 得到式(2)所示的強度準(zhǔn)則。一（cos：£ 亠 f sin ：）A （1）（sin ： - f cos ：）sin :-373.6影響巖石強度的主要因素有哪些？答：(1)承壓板的影響：試件端面的摩擦力約束了試件端面附 近的橫向變形；承壓板與試件的剛度不匹配造成兩者變形的不協(xié) 調(diào)。(

11、2) 試件尺寸及形狀的影響：形狀：圓形不易引起應(yīng)力集中并 且容易加工；尺寸：試件的強度隨尺寸的增加而減??；高徑比： 高徑比越大試件抗壓強度越低。(3) 加載速率的影響：巖石的單"軸抗壓強 度越低，且?guī)r石越軟影響越明顯；溫度：常溫下溫度的影響不明顯， 超過180C，溫度越高強度越小，380C左右時強度急劇下降。度隨加載速度增大而增大(4)環(huán)境影響：含水量：含水量越大強(5)層理結(jié)構(gòu)的影響：巖塊的抗壓強度因受力方向不同而有差異， 層理顯著的沉積巖差異更明顯。3.7簡述單向壓縮下的巖石全過程應(yīng)力應(yīng)變曲線的特征。答：巖石應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^程曲線只有在剛性試驗中才能做出，如圖所示，典型巖石應(yīng)力-應(yīng)

12、變?nèi)^程曲線一般可以分為5個階段來描述其性質(zhì)： OA階段，通常被稱為壓密階段。其特征是應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈 上凹型，即應(yīng)變隨應(yīng)力的增大而減小，形成這一特性的主要原因是： 存在于巖石內(nèi)部的微裂隙在外力作用下發(fā)生閉合所致。 AB階段，彈性變形階段。這一階段的應(yīng)力-應(yīng)變曲線基本呈直 線。 BC階段，塑性變形階段。當(dāng)應(yīng)力值超出屈服應(yīng)力之后，隨著應(yīng)力的增大曲線呈下凹狀，明顯的表現(xiàn)出應(yīng)變增大(軟化)的現(xiàn)象。進 入了塑性階段，巖石將產(chǎn)生不可逆的塑性變形。同時律$應(yīng)變速率將同時增大但最小主應(yīng)變的應(yīng)變速率 s的增大表現(xiàn)得更明顯。 CD階段，為應(yīng)變軟化階段。雖然此時已超出了峰值應(yīng)力，但巖 石仍具有一定的承載能力，而這

13、一承載力將隨著應(yīng)變的增大而逐漸減 小，表現(xiàn)出明顯的軟化現(xiàn)象。 D點以后為摩擦階段。它僅表現(xiàn)了巖石產(chǎn)生宏觀的斷裂面之后, 斷裂面的摩擦所具有的抵抗外力的能力。3.8試說明巖石流變?nèi)A段的特點。答：巖石的蠕變是指在恒定的壓力作用下應(yīng)變隨時間的增長而增 長的特性；巖石的蠕變特性可分為三階段來描述： 初始蠕變階段（AB段），在此階段存在瞬時彈性階段和彈性后 效等特性。 穩(wěn)定蠕變階段（BC段），在此階段存在瞬時彈性變形，彈性后 效和粘性流動（永久變形） 加速蠕變階段（C點以后），又稱破壞蠕變階段或非穩(wěn)定蠕變階 段，一般過了 C點以后巖石破壞（失穩(wěn)）不可避免。3.9蠕變力學(xué)模型（兩元件）的結(jié)構(gòu)關(guān)系推導(dǎo)過程

14、。答：（1）馬克斯韋爾模型（M體）馬克斯韋爾模型是由虎克體（彈簧）和牛頓體（阻尼器）串聯(lián)組 成。M二H-N。* %蠕變曲線松弛曲線彈性后效和粘性流動靜力平衡條件：-變形協(xié)調(diào)條件：冷* ；2本構(gòu)關(guān)系：蠕變方程:E松弛方程:exp(oe= ；oexp(- -t)=con st開爾文模型是由彈簧和阻尼器并聯(lián)組成。K=H|N。蠕變曲線流變特征瞬變?nèi)渥兯沙趶椥院笮д承粤鲃覯體有有有無有粘性流動:(2) 開爾文模型(K體)效和粘性流動靜力平衡條件一 ；1變形協(xié)調(diào)條件:本構(gòu)方程：- E ； *；松弛方程：；- const蠕變方程："訂叫釗彈性后效:；-” e x p t - ti流變特征瞬變?nèi)渥兯?/p>

15、弛彈性后效粘性流動K體無有無有無（3）賓厄姆模型（B體）賓厄姆模型是由滑塊（圣維南體St V）和阻尼器并聯(lián)組成。B=N|St蠕變與粘性流動變形協(xié)調(diào)條件：；=；1 “2曲線靜力平衡條件飛=0（6 < f） 本構(gòu)關(guān)系：- - f （二 2 二 f）流變特征瞬變?nèi)渥兯沙趶椥院笮д承粤鲃覰|St V(T 2 V f無無無無無W=0（<r2 < f）蠕變方程：6_ft （匚 2 = f）1 = 0（ ； 2 f）粘性流動：6_f _；二；1ti（二 2 二 f）體(T 2=f無有無無有3.10莫爾一庫侖準(zhǔn)則提出機理是什么？掌握其推導(dǎo)、圖解、主應(yīng)力 表示方法。答：(1)提出機理：巖石的破

16、壞屬于壓剪破壞，在破壞面上，剪 切破壞力的一部分用來克服與正應(yīng)力無關(guān)的粘結(jié)力，使材料顆粒間相 脫離；另一部分用來克服與正應(yīng)力成正比的摩擦力， 使面間發(fā)生錯動 而最終破壞。(2) 圖解：(3 )推導(dǎo)：若破壞面的傾角為a,則其上的上的正應(yīng)力PP-=(cos： f sin>)剪應(yīng)力.=(sin fcos： )，將其簡化為直線，即AA得到.二c ；tan 的強度準(zhǔn)則。(4) 主應(yīng)力表示：若某點有一個斜面正好處于極限破壞狀態(tài)，則 該點應(yīng)力圓與強度直線相切。由圖的三角關(guān)系可以得出1 -si n 1 -s in3.11格里菲斯準(zhǔn)則的基本思想是什么？答：在脆性材料內(nèi)部存在著許多隨機分布的， 相互獨立的微

17、裂紋。 在外力作用下，當(dāng)微裂紋尖端處的變形達到某極值時，裂紋產(chǎn)生擴展、 連接、貫通等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致材料的破壞。其中有一個方向的裂紋最有利于破裂，在外力作用下，首先在該方向裂紋的尖端張拉擴展。4.1名詞解釋（1）結(jié)構(gòu)面：是巖體中的軟弱面，是斷層、節(jié)理、褶皺的統(tǒng)稱。 是在巖體形成的漫長地質(zhì)作用過程中，形成并不斷發(fā)育的地質(zhì)界面， 是一種不連續(xù)面。（2）擴容：指巖體在壓、剪應(yīng)力狀態(tài)下體積增大的現(xiàn)象。發(fā)生在 剪切滑移和膨脹性軟弱巖體產(chǎn)生變形時。 在齒狀接觸的結(jié)構(gòu)面中，當(dāng) 結(jié)構(gòu)面沿齒斜面上升時，其上部的巖體會隆起，體積增大，稱為剪脹 現(xiàn)象；而當(dāng)結(jié)構(gòu)面沿齒斜面下降的方向滑移時， 滑動面以上的巖體會 產(chǎn)生沉降

18、，體積縮小，擴容為負，稱為減縮現(xiàn)象。4.2簡述結(jié)構(gòu)面分類及其特征指標(biāo)。答：（1）按地質(zhì)成因分類：原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面和次生結(jié)構(gòu) 面。（2）按結(jié)構(gòu)面的破壞屬性分類：分為單個節(jié)理、節(jié)理組、節(jié)理群、 節(jié)理帶以及破壞帶或糜棱巖五大類型。（3）按結(jié)構(gòu)面的分布規(guī)模 分類：相對分類是相對于工程的尺度和 類型對結(jié)構(gòu)面的規(guī)模進行分類，可分為細小、中等、大型三類；絕對 分類只考慮了結(jié)構(gòu)面的延伸長度和破壞帶的寬度，將結(jié)構(gòu)面分為五 級。4.3簡述結(jié)構(gòu)面的切向、法向變形特性。答：【切向變形】（1）T"曲線。結(jié)構(gòu)面的切向變形不僅與受力狀態(tài)有關(guān)， 而且與 結(jié)構(gòu)面的粗糙度、結(jié)構(gòu)壁強度、充填狀態(tài)等多種因素有關(guān)。按結(jié)

19、構(gòu)面有充填結(jié)平面接觸無充填齒狀接觸部分充填齒狀接觸軟弱式接觸 有充填結(jié)平面接觸。結(jié)構(gòu)面之間被膠結(jié)物質(zhì)充填，初始抗剪強 度較大，充填物被剪壞后，接觸面變?yōu)槠矫娼佑|，抗剪強度迅速下降 至殘余強度。此時，初始強度即為最大強度，由充填物質(zhì)的抗剪強度 決定，而殘余強度受充填物質(zhì)的顆粒級配、結(jié)構(gòu)壁的強度和形態(tài)等因 素的影響 無充填齒狀接觸。隨著剪應(yīng)力的增加，上下接觸面逐漸進入起 伏齒接觸，結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)向上（剪脹）或向下（剪縮）的位移，當(dāng)部分 起伏齒被剪壞時，達到初始強度。隨著位移的增加，起伏齒被剪壞的 面積逐漸增大，受剪面積逐漸減小并產(chǎn)生應(yīng)力集中，直至剪切面縮小 至足以使起伏齒全部被剪壞，達到最大強度，結(jié)構(gòu)

20、面變成平面接觸進 入殘余變形階段。 部分充填齒狀接觸。結(jié)構(gòu)面內(nèi)有部分充填物質(zhì)，當(dāng)充填物質(zhì)被剪壞時，結(jié)構(gòu)面達到初始強度并開始進入齒狀接觸，以后的變形同無充填齒狀接觸，并出現(xiàn)二次強化現(xiàn)象 軟弱式接觸。結(jié)構(gòu)面兩壁巖石比較軟弱，沒有起伏齒狀剪壞現(xiàn) 象，但顯示出明顯的塑性變形，并伴隨強化現(xiàn)象。其強度隨位移的增 加而增加，直至塑性破壞。（2）擴容現(xiàn)象。指巖體在壓、剪應(yīng)力狀態(tài)下體積增大的現(xiàn)象。發(fā) 生在剪切滑移和膨脹性軟弱巖體產(chǎn)生變形時。在齒狀接觸的結(jié)構(gòu)面 中，當(dāng)結(jié)構(gòu)面沿齒斜面上升時，其上部的巖體會隆起，體積增大，稱 為剪脹現(xiàn)象；而當(dāng)結(jié)構(gòu)面沿齒斜面下降的方向滑移時， 滑動面以上的 巖體會產(chǎn)生沉降，體積縮小，擴

21、容為負，稱為減縮現(xiàn)象?！痉ㄏ蜃冃巍縜 A B口試驗曲娥&SV烹tiI海結(jié)構(gòu)卿的應(yīng)力-位移閉合曲線If壬也墾遢瞄巖體的結(jié)構(gòu)面一般是粗糙的，開始為點或線接觸，當(dāng)承受垂直于 結(jié)構(gòu)面的壓力時，經(jīng)擠壓后，局部破碎或劈裂，逐漸變?yōu)槊娼佑|，并 繼續(xù)產(chǎn)生壓縮變形；當(dāng)超過極限之時，其變形將會傳遞給結(jié)構(gòu)體。 開始時隨著法向應(yīng)力的增加，結(jié)構(gòu)面閉合變迅速增長，廳u曲線 呈上凹形； 隨應(yīng)力0的不斷增大，廳u曲線逐漸變陡，趨向各自的漸近線 U=Vmc，因為只要巖齒不被完全剪平，兩接觸面不可能完全接觸，故 Vmc 一般小于結(jié)構(gòu)面厚度e。 當(dāng)法向應(yīng)力大于巖塊的極限抗壓強度的三分之一時，含結(jié)構(gòu)面 巖體試件的變形由以結(jié)構(gòu)

22、面的閉合為主，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詭r塊的彈性變形為 主。 結(jié)構(gòu)面的應(yīng)力-位移曲線與結(jié)構(gòu)面的類型及巖壁性質(zhì)基本無關(guān)， 屬于非線性曲線，可以擬合為雙曲線或指數(shù)曲線。4.4結(jié)構(gòu)面的強度指標(biāo)有哪些？答：（1）平直結(jié)構(gòu)面強度條件：.二Cwtan : w, Cw和：w為結(jié)構(gòu)面的內(nèi)聚力和內(nèi) 摩擦角 最易破壞方向：v -=45-2（2）齒狀結(jié)構(gòu)面 規(guī)則齒狀結(jié)構(gòu)面強度條件：二-tan（ ;w - i）雙線性準(zhǔn)則：-；ta（ :w i）（廠；T，爬坡效應(yīng)）Cr-Ttan( - i) - tan :-二 tan r（二 二T，剪齒效應(yīng)） 不規(guī)則齒狀結(jié)構(gòu)面-復(fù)雜不表巴頓準(zhǔn)則、萊旦尼準(zhǔn)則。（JRC-結(jié)構(gòu)面粗糙系數(shù)、JCS第構(gòu)壁抗壓

23、 強度）（3）非貫通結(jié)構(gòu)面-復(fù)雜不表由裂隙面和非貫通的巖橋組成。引入結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性系數(shù)K i。（4）充填物的影響 顆粒級配。隨著粗顆粒的增加，脆性變形增加，峰值強度逐漸 增大，峰值強度后，過渡到理想塑性狀態(tài)。 厚度。充填物較薄時，隨厚度的增加摩擦因數(shù)迅速降低，內(nèi)聚力開始時迅速升高，升到一定值后又逐漸降低；當(dāng)充填物厚度達到臨 界厚度后，摩擦因數(shù)和內(nèi)聚力都趨于某一穩(wěn)定值，此時結(jié)構(gòu)面強度主要取決于充填夾層的強度。 充填程度。充填程度越小，結(jié)構(gòu)面抗剪強度越高。4.5結(jié)構(gòu)面的力學(xué)效應(yīng)分析(結(jié)構(gòu)面傾角與強度的關(guān)系)。答：(1)當(dāng) 孑也或 孑90°時，巖體不可能沿結(jié)構(gòu)面破壞，即 結(jié)構(gòu)面的存在不會削

24、弱巖體的強度。(2) 巖體最大強度為完整巖石強度，其破壞面與主平面的夾角爲(wèi)a* =45；巖體最小強度為結(jié)構(gòu)面的最小強度，其破壞面與主平2cp面的夾角伽=45 w。2(3) 造成巖體強度削弱的結(jié)構(gòu)面傾角范圍：gmn V BV爲(wèi)ax。(4) 當(dāng)3V (Jnin或(3> Bmax時，巖塊先發(fā)生破壞，巖體強度等于巖 塊強度；當(dāng) 陸V pV 3nax時，節(jié)理(結(jié)構(gòu)面)先發(fā)生破壞，巖體強度 小于巖塊強度；當(dāng) A 淋 或片3nax時，巖塊和節(jié)理(結(jié)構(gòu)面)同時 破壞，巖體強度等于巖塊強度。(5) 巖體強度曲線4.6巖體的變形模量的表達方式及測量方法?答：巖體變形模量是反映巖體變形特征的力學(xué)參數(shù)，定義為：

25、Em，其中令+ E為巖體在壓應(yīng)力 討乍用下產(chǎn)生的總應(yīng)變，色Sp +%為永久應(yīng)變，電為彈性應(yīng)變，Em為巖體的變形模量，是 廳£曲線的割 線斜率。測量方法：承壓板法、鉆孔變形法、狹縫壓力枕法、巖體變形參數(shù) 估算法。5.1簡述工程巖體分類的目的及原則。答：目的：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)；便于施工方法的總結(jié)，交流，推廣；便于行 業(yè)內(nèi)技術(shù)改革和管理。原則：有明確的類級和適用對象；有定量的指標(biāo)；類級一 般分五級為宜；分類方法簡單明了，數(shù)字便于記憶和應(yīng)用；根據(jù) 適用對象，選擇考慮因素。5.2影響圍巖分類的主要因素有哪些？答：(1)巖石強度。巖石強度是巖體固有承

26、載能力天然屬性。表 示巖石強度的參數(shù)常由實驗測定，包括巖石的抗壓強度、抗拉強度和 抗剪強度。(2) 巖體的完整性。巖體的完整性取決于巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面的空間 分布狀態(tài)、分布密度、開度、充填狀態(tài)以及充填物質(zhì)的特征性因素。直接影響巖體工程質(zhì)量的優(yōu)劣和工程圍巖的整體穩(wěn)定性。風(fēng)化作用也 是影響巖體完整性的重要因素，目前只能定性描述。(3) 水的影響。水的影響表現(xiàn)在：使充填物的物理力學(xué)性質(zhì) 劣化；減少巖體內(nèi)的有效應(yīng)力，降低了巖體的抗剪強度，改變了巖 體中的應(yīng)力場和破壞機理。（4）地應(yīng)力。（5）工程圍巖的穩(wěn)定性。工程圍巖分類中，通常用巖體工程的 自穩(wěn)時間和工程頂部的沉降來反映工程的穩(wěn)定性。5.3幾種典型的分類方

27、法。答：（1）單因素分類。按巖塊的單軸抗壓強度分類（5類）； 按巖體波速分類（7類，完整性系數(shù)：彈性波在巖體中傳播速度與在 巖塊內(nèi)傳播速度比值的平方 K二妝；按巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）W丿分類（5類）；按巷道圍巖穩(wěn)定性分類（9類）。（2）多因素分類。 Q分類（逐漸變好）Q = RQD J JWJ n J a SRFRQD-巖體的質(zhì)量指標(biāo)，Jn-巖體裂度影響系數(shù)；J結(jié)構(gòu)面粗糙度影 響系數(shù)；Ja-結(jié)構(gòu)面巖壁強度降低系數(shù)；JW-地下水影響系數(shù)；SRF-應(yīng) 力折減系數(shù)。 巖體力學(xué)分類法（逐漸變差）RMR=R 1+R2+R3+R4+R5+R6RMR-巖體質(zhì)量分類值；Ri-巖石抗壓強度；R2-巖體質(zhì)量指標(biāo)；

28、Rs- 結(jié)構(gòu)面間距；R4-結(jié)構(gòu)面狀態(tài)；R5-地下水狀態(tài)；R6-修正指標(biāo)。5.4簡述我國工程巖體分級的基本方法。答：我國兩種代表性的分類方法是：煤炭系統(tǒng)圍巖分類（五類，質(zhì)量由最好過渡到最差）和公路隧道圍巖分類（六類，質(zhì)量由最好過 渡到最差）。首先以巖石單軸飽和抗壓強度和巖體完整性指標(biāo)為基本參數(shù)，按給定的經(jīng)驗公式計算巖體的基本質(zhì)量指標(biāo)；再考慮地下水、結(jié)構(gòu)面、 原巖原應(yīng)力等因素對巖體質(zhì)量的影響， 修正巖體基本質(zhì)量指標(biāo)，將修 正后的掩體質(zhì)量指標(biāo)作為定量指標(biāo)，結(jié)合定性描述，將巖體質(zhì)量分為 五級；最后給出了各類巖體的力學(xué)性質(zhì)參數(shù)， 描述了各類巖體工程的 自穩(wěn)能力。質(zhì)量指標(biāo)：BQ=90+3（T c+250K

29、v （。c-巖石單軸飽和抗壓強度；Kv-巖體完整性系數(shù)）若。c > 90+250Kv,?。═ c=90+250Kv;若 Kv > 0.4+0.04 & c,取Kv=0.4+0.04 t c。質(zhì)量修正指標(biāo)：【BQ】 =BQ-100 （K1+K2+K3） （K1-地下水影響修 正系數(shù)；K2-主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)；K3-原巖應(yīng)力狀態(tài)影 響修正系數(shù)）。6.1巖體的初始應(yīng)力包括哪些？答：巖體初始應(yīng)力是指巖體在天然狀態(tài)下所存在的內(nèi)在應(yīng)力，又 稱為地應(yīng)力。主要包括自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力。6.2巖體初始應(yīng)力的計算方法。答：（1 ）自重應(yīng)力：海姆公式：原巖處于靜水壓力狀態(tài)。J；二二H

30、；金尼克公式：地表為水平面，地下巖體為彈性體,其垂直應(yīng)力等于上覆巖體的自重,=/uCJ（2）構(gòu)造應(yīng)力。由于地質(zhì)構(gòu)造運動而產(chǎn)生的應(yīng)力為地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力,地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力在空間上的分布規(guī)律為地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力場。6.3簡述水壓致裂法的原理與特點。答：原理：通過液壓泵向鉆孔內(nèi)擬定量測深度加液壓將孔壁壓裂,測定壓裂過程中的各特征點壓力及開裂方位，然后根據(jù)測得的壓裂過 程中泵壓表的讀數(shù)，計算測點附近巖體中地應(yīng)力大小和方向。 壓裂點 上下用止水封隔器密封，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。水壓致裂過程中泵壓變化及其特征壓力示于圖2所示圖1水壓致裂法示意圖圖2壓裂過程中泵壓變化及特征壓力 Po 巖體內(nèi)孔隙水壓或地下水壓力；Pb 注入鉆孔

31、內(nèi)液壓將孔壁壓裂的初始壓裂壓力；Ps-液體進入巖體內(nèi)連續(xù)地將巖體劈裂 的液壓，稱為穩(wěn)定開裂壓力；Pso-關(guān)泵后壓力表上保持的壓力，稱 為關(guān)閉壓力。如果圍巖滲透性大，該壓力將逐漸衰減；Pbo 停泵后重新開泵將裂縫壓開的壓力，稱為開啟壓力。特點：設(shè)備簡單。只需用普通鉆探方法打鉆孔，用雙止水裝置 密封，用液壓泵通過壓裂裝置壓裂巖體，不需要復(fù)雜的電磁測量設(shè)備。 操作方便。只通過液壓泵向鉆孔內(nèi)注液壓裂巖體，觀測壓裂過 程中泵壓、液量即可。 測值直觀。它可根據(jù)壓裂時泵壓（初始開裂泵壓、穩(wěn)定開裂泵 壓、關(guān)閉壓力、開啟壓力）計算出地應(yīng)力值，不需要復(fù)雜的換算及輔 助測試，同時還可求得巖體的抗拉強度。 測值代表性

32、大。所測得的地應(yīng)力值及巖體抗拉強度是代表較大 范圍內(nèi)的平均值，有較好的代表性。 適應(yīng)性強。這一方法不需要電磁測量元件，不怕潮濕，可在干孔及孔中有水的條件下試驗，不怕電磁干擾，不怕震動。6.4簡述應(yīng)力解除法的原理。應(yīng)力解除法按測試深度可以分為表面應(yīng)力解除法、淺孔應(yīng)力解除 又可分為孔徑答：原理：當(dāng)需要測定巖體中某點的應(yīng)力狀態(tài)時，人為地將該處 的巖體單元與周圍巖體分離，此時，巖體單元上所受的應(yīng)力將被解除。 同時，該單元體的幾何尺寸也將產(chǎn)生彈性恢復(fù)。應(yīng)用一定的儀器，測 定這種彈性恢復(fù)的應(yīng)變值或變形值，并且認(rèn)為巖體是連續(xù)、均質(zhì)和各 向同性的彈性體，于是就可以借助彈性理論的解答來計算巖體單元所 受的應(yīng)力狀

33、態(tài)。法及深孔應(yīng)力解除法。按測試變形或應(yīng)變的方法不同, 變形測試法、孔壁應(yīng)變測試法及鉆孔應(yīng)力解除法。6.5巖體初始應(yīng)力狀態(tài)分布的主要規(guī)律有哪些?答：(1)巖體初始應(yīng)力場是一個非穩(wěn)定應(yīng)力場。巖體初始應(yīng)力絕大部分是以水平應(yīng)力為主的三向不等壓的空間應(yīng)力場，三個主應(yīng)力大小和方向隨時間和空間變化而變化，是一個非穩(wěn)定的應(yīng)力場。(2) 實測垂直應(yīng)力基本上等于上覆巖體重量。(T v=0.027H。(3) 水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力。 兩個水平應(yīng)力的平均值與垂直應(yīng)力的平均值定義為側(cè)壓力系數(shù)，側(cè)壓力系數(shù)一般為0.55.0,大多數(shù)為 0.81.5。(4) 側(cè)壓力系數(shù)與深度的關(guān)系。關(guān)系不固定，不同地區(qū)有所差異。(5) 兩

34、個水平應(yīng)力的關(guān)系Chx/ hhy 一般為0.20.8,大多數(shù)為 0.40.7。7.1名詞解釋(1)圍巖：由于人工開挖使巖體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了變化，應(yīng)力狀態(tài)被改變了的巖體叫圍巖（2）二次應(yīng)力狀態(tài)：應(yīng)力重分布后，無支護狀態(tài)下巖體的應(yīng)力狀 態(tài)。（3）圍巖壓力：（狹義）圍巖和支護為獨立的兩個體系，圍巖作 用于支護上的壓力稱為圍巖壓力；（廣義）支護與圍巖是一個共同體, 二次應(yīng)力的全部作用力視為圍巖壓力。7.2簡述塑、彈性區(qū)應(yīng)力分布特點。答：當(dāng)圍巖進入塑性狀態(tài)時，聽的最大值從硐室周邊轉(zhuǎn)移到彈、塑性區(qū)的交界處。隨著向巖體內(nèi)部延伸，圍巖應(yīng)力逐漸恢復(fù)到原巖應(yīng) 力狀態(tài)。由于塑性區(qū)的出現(xiàn)，切向應(yīng)力聽從彈、塑性區(qū)的交界

35、處到硐室周邊逐漸降低。塑性區(qū)外圈（2區(qū)）是應(yīng)力高于初始應(yīng)力的區(qū)域， 它與圍巖彈性區(qū)中應(yīng)力升高部分（3區(qū)）合在一起稱作圍巖承載區(qū)； 塑性區(qū)內(nèi)圈（1區(qū)）應(yīng)力低于初始應(yīng)力的區(qū)域稱作松動區(qū)。松動區(qū)內(nèi) 應(yīng)力和強度都有明顯下降，裂隙擴張增多，容積擴大，出現(xiàn)了明顯的 塑性滑移，原巖應(yīng)力區(qū)（4區(qū)）未受到開挖影響，巖體仍處于原巖應(yīng) 力狀態(tài)。7.3解釋塑性區(qū)對彈性區(qū)的支護作用。-（p答：洞室周邊的位移公式：u廠型（Po Ccot ：）R：，故，硐室塑性位移與塑性區(qū)半徑的平方及遠場應(yīng)力成正比。7.4入=1時彈、塑性應(yīng)力分析開挖引起的圍巖位移的計算。 答：塑性區(qū)開挖前：1 +4 CUo = ePo（1 - 2卩）r開

36、挖后：匸 + 耳（12卩）r+1E . r 一2開挖引起的位移：s&poR開挖前：uo 二吁臨-?.1）r彈性區(qū)開挖后:EF0 （1 _2卩）1E開挖引起的位移：加=竺（PoR哮）E02r7.5圍巖壓力分為哪幾類？影響圍巖壓力的主要因素有哪些？答：（1）分類：松動壓力。又稱塌落圍巖壓力，是指松動的巖體或施工爆破所破壞的巖體作用在支護結(jié)構(gòu)上的壓力，即為部分巖石 的重量直接作用在支護結(jié)構(gòu)上的壓力； 塑性變形壓力。阻止圍巖塑 性變形時作用在支護上的壓力；沖擊壓力。巖體中的能量突然釋放（巖爆）所形成的壓力；膨脹壓力。圍巖膨脹所形成的壓力。（2）影響因素。地質(zhì)方面（自然屬性）：完整性或破碎程度；

37、結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、分布密度、力學(xué)性質(zhì)、充填物性質(zhì)及其充填狀態(tài)； 地下的活動狀況；巖體的性質(zhì)和強度。工程方面：洞室的形狀和尺寸； 支護結(jié)構(gòu)的形式和剛度；洞室的位置、尺度和覆蓋 層厚度；施工中的技術(shù)措施，如，控制爆破、開挖順序等；洞室的軸線走向7.6什么是新奧法？簡述其要點。答：（1）定義：以維護和利用圍巖的自承能力為基點，采用錨桿 和噴射混凝土為主要支護手段，及時進行支護，控制圍巖的變形和松 弛，使圍巖成為支護體系的組成部分，并通過對圍巖和支護的量測、 監(jiān)控來指導(dǎo)隧道施工和地下工程設(shè)計施工的方法和原則。（2）要點：開挖作業(yè)多采用光面爆破和預(yù)裂爆破，并盡量采用 大斷面開挖，以減少對圍巖的擾動；隧道開挖

38、后盡量利用圍巖的自 承能力，充分發(fā)揮圍巖自身的支護作用；根據(jù)圍巖特征采用不同的 支護類型和參數(shù)，及時施作密貼于圍巖的柔性噴射混凝土和錨桿初期 支護，以控制圍巖的變形和松弛；在軟弱破碎圍巖地段，是斷面及 早閉合，以有效的發(fā)揮支護體系的作用，保證隧道穩(wěn)定；二次襯砌 原則上是在圍巖是在圍巖與初期支護變形基本穩(wěn)定的條件下修筑的， 圍巖與支護結(jié)構(gòu)形成一個整體，因而提高了支護體系的安全度；盡 量使隧道斷面周邊輪廓圓順，避免棱角突變處出現(xiàn)應(yīng)力集中；通過 施工中對圍巖和支護的動態(tài)觀察、測量，合理安排施工程序，進行設(shè) 計變更及日常的施工管理。7.7什么是支護一圍巖共同作用？答：圍巖既是生產(chǎn)支護荷載的主體，又是承

39、受巖層荷載的結(jié)構(gòu)， 支護-圍巖作為整體相互作用，共同承擔(dān)圍巖壓力。圍巖壓力是變形 壓力和松動壓力的組合，大部分壓力（特別是變形壓力）由圍巖自身承 擔(dān)，只有少部分轉(zhuǎn)移到支護結(jié)構(gòu)上；支護荷載既取決于圍巖的性質(zhì)， 又取決于支護結(jié)構(gòu)的剛度和支護時間；圍巖的松動區(qū)和圍巖內(nèi)的二次應(yīng)力狀態(tài)又與支護結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和支護時間有關(guān)。7.8松散巖體的圍巖壓力計算及幾種方法的原理、區(qū)別與聯(lián)系 答：(一)巖柱理論(1)基本假設(shè)：C=0；圍巖壓力二巖柱的自重-柱側(cè)面摩擦力;破壞模式與受力狀態(tài)如下:滑動巖柱洞室斷面襯砌受力圖(2)洞室頂壓力的計算微兀素上的側(cè)壓力：2 0dn = rl tan 45 一 |< 2丿&quo

40、t;-垂直應(yīng)力；叫門十側(cè)應(yīng)力系數(shù)微元素上的摩擦力：dT "gdltand%dl -側(cè)面上的正壓力tan® -摩擦系數(shù)巖柱兩側(cè)面的總摩擦力為:根據(jù)假設(shè)求出洞頂壓力集度：q = Q F 二出 1 - HK 2a“2a-iHH=2odT=2。Hd；n tan dl 二 2rl tan245 tan 二 rH 2 tan2 i 45 tan :2 2洞頂巖體自重：Q =2ajrH 1=a + htg 45：- i， 2丿oK =tan2 45= f tg®< 2丿根據(jù)假設(shè)求出洞幫壓力集度：心叫45°-e2 =(q +rh Jtan2 450 夕 i適用條件

41、：H*備“八"襄|® <30（保證Q-F>0）（二）太沙基理論（1）基本假設(shè)：認(rèn)為巖體是松散體，但存在一定的粘厚力，且服從庫侖準(zhǔn)則：=c二n tan :；圍巖的滑移模式和外力情況如圖所示:-U（2）圍巖壓力計算微元體的平衡條件：j d J 2印-鬲二2 sdz -細血=0邊界條件：z = o, ；v=q解該微分方程，并令見二H得洞頂壓力:Pv -c 1 一 exp( tan :tanaiH)1q exp(tanaH)入-原巖應(yīng)力側(cè)壓力系數(shù)洞室兩邦的壓力:f(p xe =(R +?h)tan2 45i（3）適用條件：H<50m當(dāng) H -、時，Pr =豈-，t

42、a n護當(dāng)H .50時，指數(shù)項的值約為0.1%7.9自然冒落拱的形狀是什么？掌握其推導(dǎo)過程。IU1KII10 T答：（1）根據(jù)普氐理論的基本假設(shè)，作如圖所示 的受力圖。在如圖自然平衡拱上任一點 M彎矩為0:2二"M =0Ty = 0 r y = x2 （ 1）22T故自然平衡拱為拋物線型。在拱腳處，有一水平推力，維持整個拱的平衡，普氐認(rèn)為T'必須小于或者等于垂直反力所產(chǎn)生的最大摩擦力， 以使保持拱腳的穩(wěn)定2xy 二ai fZQaif，?。篢'gf/2 二竽，則二：x = 0 得 T = T'二 q-1 f ( 1)得:2當(dāng)x=a1時，丫二芋為拱的矢高，令b二辛（自然平衡拱的最大高度）自然拱的最大跨度h+p（2）圍巖壓力計算（自然冒落拱內(nèi)巖體的重量）. 2= r b h ta n頂壓（集度）：6 =rd二亍取最大值，拱簡化為矩形側(cè)壓：q =rbtan2 45'、2 丿8.1巖石邊坡有那幾種破壞類型，各有何特征？答：（1）崩塌。坡體中被陡傾的張性破壞面分割的巖體，因根部 折斷或壓碎而傾倒，突然脫離母體翻滾而下，這一過程稱為崩塌或崩（2）滑坡。邊坡危巖體在重力作用下沿著滑動面