巖石力學(xué)與工程課后復(fù)習(xí)題與思考解答

1、第一章巖石物理力學(xué)性質(zhì)1.構(gòu)成巖石的主要造巖礦物有哪些?答：巖石中主要造巖礦物有：正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英、黑云母、白云母、角閃石、輝石、橄欖石、方解石、白云石、高嶺石、磁鐵礦等。2.為什么說(shuō)基性巖和超基性巖最容易風(fēng)化?答：基性和超基性巖石主要是由易風(fēng)化的橄欖石、輝石及斜長(zhǎng)石組成，所以非常容易風(fēng)化。3.常見巖石的結(jié)構(gòu)連接類型有哪幾種？各有什么特點(diǎn)?答：巖石中結(jié)構(gòu)連接的類型主要有兩種，分別是結(jié)晶連接和膠結(jié)連接。結(jié)晶連接指礦物顆粒通過(guò)結(jié)晶相互嵌合在一起。這類連接使晶體顆粒之間緊密接觸，故巖石強(qiáng)度一般較大，抗風(fēng)化能力強(qiáng)；膠結(jié)連接指巖石礦物顆粒與顆粒之間通過(guò)膠結(jié)物連接在一起,這種連接的巖石，其強(qiáng)度主要取決

2、于膠結(jié)物及膠結(jié)類型。4.何謂巖石中的微結(jié)構(gòu)面，主要指哪些，各有什么特點(diǎn)?答：巖石中的微結(jié)構(gòu)面（或稱缺陷）是指存在于礦物顆粒內(nèi)部或礦物顆粒及礦物集合之間微小的若面及空隙。包括礦物的解理、晶格缺陷、晶粒邊界、粒間空隙、微裂隙等。礦物解理面指礦物晶體或晶粒受力后沿一定結(jié)晶防線分裂成光滑平面,解理面往往平行于礦物晶體面網(wǎng)間距較大的面網(wǎng)。晶粒邊界：由于礦物晶粒表面電價(jià)不平衡而引起礦物表面的結(jié)合力,該結(jié)合力源小于礦物晶粒內(nèi)部分子、原子、離子鍵之間的作用力，因此相對(duì)較弱，從而造成礦物晶粒邊界相對(duì)軟弱。微裂隙：指發(fā)育于礦物顆粒內(nèi)部及顆粒之間的多呈閉合狀態(tài)的破裂痕跡線。具有方向性。粒間空隙：多在成巖過(guò)程中形成晶

3、粒之間、膠結(jié)物之間微小的空隙。5.自然界中的巖石按地質(zhì)成因分類，可以分為幾大類，各大類有何特點(diǎn)?答：按地質(zhì)成因分類，自然界中巖石可分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖三大類。巖漿巖按照巖漿冷凝成巖的地質(zhì)環(huán)境不同又可分為深成巖、淺成巖和噴出巖。其中深成巖常形成巨大的侵入體，有巨型巖體，大的如巖盤、巖基，其形成環(huán)境都處在高溫高壓之下，形成過(guò)程中由于巖漿有充分的分異作用，常常形成基性巖、超基性巖、中性巖及酸性、堿性巖等，其巖性較均一，變化較小，巖體結(jié)構(gòu)呈典型的塊狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)多為六面體和八面體，巖體顆粒均勻，多為粗-中粒結(jié)構(gòu)，致密堅(jiān)硬，空隙少，力學(xué)強(qiáng)度高，透水性弱，抗水性強(qiáng);淺成巖成分與相應(yīng)的深成巖相似，其產(chǎn)狀

4、多為巖床、巖墻、巖脈等小侵入體，巖體均一性差，巖體結(jié)構(gòu)常呈鑲嵌式結(jié)構(gòu)，巖石常呈斑狀結(jié)構(gòu)和均粒-中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，細(xì)粒巖石強(qiáng)度比深成巖高，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，斑狀結(jié)構(gòu)則差一些；噴出巖有噴發(fā)及溢流之別，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，巖性不一，各向異性顯著，巖體連續(xù)性差，透水性強(qiáng)，軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育。沉積巖是由風(fēng)化剝蝕作用或火山作用形成的物質(zhì),在原地或被外力搬運(yùn)， 在適當(dāng)條件下沉積F來(lái)，經(jīng)膠結(jié)和成巖作用而形成的。其礦物成分主要是粘土礦物、碳酸鹽和殘余的石英長(zhǎng)石 等，具層理構(gòu)造，巖性一般具有明顯的各向異性，按形成條件和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，沉積巖可分為: 火山碎屑巖、膠結(jié)碎屑巖、粘土巖、化學(xué)巖和生物化學(xué)巖等。變質(zhì)巖是在已有巖石的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)變

5、質(zhì)混合作用形成的。因其形成的溫度、壓強(qiáng)等變質(zhì)因 素復(fù)雜，其力學(xué)性質(zhì)差別很大，不能一概而論。6.表示巖石物理性質(zhì)的主要指標(biāo)及其表示方式是什么?答：見下表所示:物理性質(zhì)符號(hào)物理意義計(jì)算公式容重Y巖石單位體積（包括巖石內(nèi)空隙體積）的重量Y=W/V比重Gs巖石固體部分的重量和 4C時(shí)同體積純水重量的比值Gs=Ws/(Vsy 3)空隙性總空隙率n巖石空隙的體積與巖石總體積的比值n=Vp /V X100%總開空隙率no巖石開型空隙的體積與巖石總體積的比值no=Vp, o/V*100%大開空隙率nb巖石大開型空隙的體積與巖石總體積的比值nb=Vp, b/VX100%小開空隙率ns巖石小開型空隙的體積與巖石總

6、體積的比值ns=Vp, s/V X100%閉空隙率nc巖石閉型空隙的體積與巖石總體積的比值nc=Vp, c/V X100%水理性天然含水率3天然狀態(tài)下巖石中水的質(zhì)量與巖石烘干質(zhì)量的比值3 =mL /mrd吸水率3 a巖石在常溫條件下吸入水分的質(zhì)量與其烘干質(zhì)量的比值3 a = (mb-mdr)/m dr X100%飽和吸水率3 sa巖石在強(qiáng)制條件下（高壓、真空煮沸）下，巖石吸入水的質(zhì)量與巖樣烘干質(zhì)量的比值，亦稱飽水率wsa=(msa-mdr)/m dr X100%飽水系數(shù)ks巖石吸水率與飽水率的比值k 3 = 3 a/ 3 sa X 100%透水性巖石能被水透過(guò)的性能，用滲透系數(shù)衡量軟化性n c

7、巖石浸水后軟化的性能，用軟化系數(shù)衡量（飽水巖樣抗壓強(qiáng)度與烘干巖樣抗壓強(qiáng)度比值）n c=(7 C3 / (7 c巖石抵抗凍融破壞的性能，用抗凍系數(shù)衡量（巖樣在抗凍性Cf±25C的溫度區(qū)間內(nèi)， 反復(fù)降溫、凍結(jié)、升溫、溶解，Cf=( (7 C- a cf)/ a c X 100%其巖樣抗壓強(qiáng)度下降值與凍融前抗壓強(qiáng)度比值）答：巖石在單軸壓縮載荷作用下，破壞形式包含三種:X狀共軛面剪切破壞、單斜面剪切7.巖石破壞有幾種形式？對(duì)各種破壞的原因作出解釋。破壞和拉伸破壞。前兩類破壞形式主要是因?yàn)檩S向主應(yīng)力因起破壞面的剪應(yīng)力超過(guò)巖石最大 剪應(yīng)力而導(dǎo)致的破壞；后一類破壞主要是因?yàn)檩S向主應(yīng)力引起破壞面橫向

8、拉應(yīng)力超過(guò)巖石最 大拉應(yīng)力而導(dǎo)致的破壞。8. 劈裂法實(shí)驗(yàn)時(shí)，巖石承受對(duì)稱壓縮，為什么在破壞面上出現(xiàn)拉應(yīng)力？繪制試件受力圖說(shuō)明實(shí)驗(yàn)的基本原理。答：試件受力圖如下:從圖上看出：在圓盤邊緣x、y向都表現(xiàn)出壓應(yīng)力，隨著位置向圓盤中心移動(dòng),X向壓應(yīng)力_ =二 _ 一r/R 1刊-0n_07X11 J-I4 J-1 H- f 1 1 1 LT1 11 1應(yīng)力值/MP壓縮拉伸變小并出現(xiàn)拉應(yīng)力， 并逐漸均勻化，在丫向上，隨著位置向圓盤中央靠近，壓應(yīng)力逐漸減小 并均勻化，但始終是處于壓的狀態(tài)，又因?yàn)閹r石抗拉強(qiáng)度低，故圓盤試件在中央沿直徑發(fā)生 劈裂破壞。9. 什么是全應(yīng)力-應(yīng)變曲線，為什么普通材料試驗(yàn)機(jī)得不出全應(yīng)

9、力-應(yīng)變曲線?答：能全面反映巖石受壓破壞過(guò)程中的應(yīng)力、應(yīng)變特征，特別是巖石破壞后的強(qiáng)度與力學(xué)性質(zhì)變化規(guī)律的應(yīng)力應(yīng)變曲線就叫全應(yīng)力-應(yīng)變曲線。普通試驗(yàn)機(jī)只能得出半程應(yīng)力 -應(yīng)變曲線不能得出全應(yīng)力-應(yīng)變曲線的原因是由于試驗(yàn)機(jī)的剛性不足，在巖石壓縮過(guò)程中， 試件受壓, 試驗(yàn)機(jī)框架受拉，隨著巖樣不斷被壓縮，試驗(yàn)機(jī)發(fā)生的彈性變形以應(yīng)變能形式存于機(jī)器中,當(dāng)施加壓力超過(guò)巖石抗壓強(qiáng)度，試件破壞，此時(shí)，試驗(yàn)機(jī)迅速回彈，被存于試驗(yàn)機(jī)中的應(yīng)變能瞬間釋放到巖石試件中，引起巖石的激烈破壞和崩解， 因而造成無(wú)法獲得巖石在超過(guò)峰值 破壞強(qiáng)度后受壓的應(yīng)力應(yīng)變曲線。10. 如何根據(jù)全應(yīng)力-應(yīng)變曲線預(yù)測(cè)巖石的巖爆、流變和反復(fù)加、

10、卸載作用下的破壞?答：(1)如下圖示全應(yīng)力應(yīng)變曲線:左半部A的面積代表，達(dá)到峰值強(qiáng)度時(shí)，積累在試件內(nèi)部的應(yīng)變能， 右半部B代表試件從破裂到破壞所消耗的能量。若A> B,說(shuō)明巖石破壞后尚余一部分能量，這部分能量突然釋放就會(huì)產(chǎn)生巖爆，若 AV B,則說(shuō)明應(yīng)變能在破壞過(guò)程中全部消耗掉，因而不會(huì)產(chǎn)生巖爆。(2 )在試件加載到一定程度，保持一定應(yīng)力水平不變，試件將發(fā)生蠕變，蠕變發(fā)生到一定程度，即應(yīng)變達(dá)到某一值， 蠕變就停止，全應(yīng)力-應(yīng)變曲線預(yù)測(cè)蠕變可由下應(yīng)變 -應(yīng)力曲線預(yù)測(cè)蠕變破壞圖示意:dGABCDIEF -H蠕變終止軌跡線O£ 圖中，全應(yīng)力-應(yīng)變曲線及蠕變終止軌跡線由大量實(shí)驗(yàn)所得,(

11、1 )當(dāng)應(yīng)力在H點(diǎn)以下時(shí)，保持應(yīng)力不變，試件不會(huì)發(fā)生蠕變；(2)當(dāng)應(yīng)力在H至G點(diǎn)見時(shí)，保持應(yīng)力不變，試件發(fā)生蠕變，最終發(fā)展到蠕變終止軌跡線，停止蠕變，試件不破壞，如EF; ( 3)當(dāng)應(yīng)力在 G點(diǎn)以上時(shí)，保持應(yīng)力值不變，試件發(fā)生蠕變，蠕變應(yīng)變最終達(dá)到破壞段應(yīng)力應(yīng)變曲線破壞段,試件發(fā)生破壞，如AB,CD; (4)從C點(diǎn)開始發(fā)生蠕變則到 D點(diǎn)發(fā)生破壞，若從 A點(diǎn)發(fā)生蠕變，則到B點(diǎn)發(fā)生破壞，前者，蠕變時(shí)間較后者長(zhǎng)。(3)全應(yīng)力-應(yīng)變曲線預(yù)測(cè)循環(huán)加載下巖石的破壞:(T由于巖石的非完全彈性（或非線彈性），在循環(huán)荷載作用下，在應(yīng)力應(yīng)變圖中表現(xiàn)出若干的 滯回環(huán)，并不斷向破壞段應(yīng)力 -應(yīng)變曲線靠近，在循環(huán)荷載加

12、載到一定程度，巖石將發(fā)生疲勞破壞，通過(guò)全應(yīng)力-應(yīng)變圖可看出，高應(yīng)力狀態(tài)下加載循環(huán)荷載，巖石在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生 破壞，在低應(yīng)力狀態(tài)下加載循環(huán)荷載則需要較長(zhǎng)時(shí)間才發(fā)生破壞。11. 在三軸壓縮試驗(yàn)條件下，巖石的力學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生哪些變化?答：三軸壓縮試驗(yàn)條件下，巖石的抗壓強(qiáng)度顯著增大；巖石的變形顯著增大；巖石的彈性極 限顯著增大；巖石的應(yīng)力-應(yīng)變曲線形態(tài)發(fā)生明顯變化，表明巖石由彈性向彈塑性變化。12. 什么是莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線？如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線?答：莫爾強(qiáng)度理論認(rèn)為材料在單向壓縮、拉伸、純剪切時(shí)所得到的在各種應(yīng)力狀態(tài)下的極限應(yīng)力圓具有一條公共包絡(luò)線， 這條包絡(luò)線與每個(gè)極限應(yīng)力圓相切，能夠反映

13、材料內(nèi)部各點(diǎn)受 外荷載作用時(shí)材料破壞的性質(zhì)，這條包絡(luò)線就叫做莫爾包絡(luò)線。對(duì)巖石試件的三軸壓縮試驗(yàn)，可以通過(guò)對(duì)同種巖石試件在不同圍壓條件下（圍壓值從小到 大），繪制莫爾圓，連接各莫爾圓的公切線，形成平滑曲線就能繪制出該巖石試件的莫爾包絡(luò)線。從工程應(yīng)用的角度來(lái)看，可以在單向拉伸與壓縮兩種應(yīng)力狀態(tài)下，以通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果得 到的兩個(gè)極限應(yīng)力圓為依據(jù)，以這兩個(gè)圓的公切線作為近似而取直線的公共包絡(luò)線。13. 巖石的抗剪強(qiáng)度與剪切面所受正應(yīng)力有什么關(guān)系？試?yán)L圖加以說(shuō)明？答：如圖角模壓剪試驗(yàn)受力示意圖:上圖說(shuō)明，剪切面上可分解為沿剪切面的剪應(yīng)力T=Psin a/A和垂直于剪切面的正應(yīng)力N=P cosa/A，上圖示

14、試驗(yàn)表明，剪切面得正應(yīng)力越大，試件被剪切破壞前的剪應(yīng)力也越大,因?yàn)榧羟衅茐那耙欢ㄒ朔Σ亮和剪切面得粘結(jié)力（內(nèi)聚力）C,又f=卩N,故T=u N+c及正應(yīng)力越大，摩擦力越大，巖石發(fā)生剪切破壞所需的剪應(yīng)力也越大，說(shuō)明抗剪強(qiáng)度越強(qiáng)。14. 簡(jiǎn)述巖石在單軸壓縮條件下的變形特征。答：?jiǎn)屋S壓縮條件下巖石變形特征分四個(gè)階段:D(T1/*COB A '£（1）空隙裂隙壓密階段（0A段）：試件中原有張開結(jié)構(gòu)面或微裂隙逐漸閉合，巖石被壓密,試件橫向膨脹較小，體積隨載荷增大而減小。（2）彈性變形至微彈性裂隙穩(wěn)定發(fā)展階段（AC段）：巖石發(fā)生彈性形變，隨著載荷加大巖石發(fā)生軸向壓縮，橫向膨脹，總體

15、積縮小。（3）非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段（CD段）：微破裂發(fā)生質(zhì)的變化，破裂不斷發(fā)展直至試件完全破壞，體積由壓縮轉(zhuǎn)為擴(kuò)容，軸向應(yīng)變和體積應(yīng)變速率迅速增大。（4）破裂后階段（D點(diǎn)以后）：巖塊承載力達(dá)到峰值強(qiáng)度后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，試件保持整體狀，隨著繼續(xù)施壓， 裂隙快速發(fā)展，出現(xiàn)宏觀斷裂面，此后表現(xiàn)為宏觀斷裂面的塊體滑移。15. 簡(jiǎn)述巖石在反復(fù)加載和卸載條件下的變形特性。-應(yīng)變曲線路徑重合答：(1 )線彈性或完全彈性巖石：在反復(fù)加載和卸載條件下，因其應(yīng)力 或形成閉合回路，多次循環(huán)加 -卸載，其應(yīng)力-應(yīng)變圖形不變，因?yàn)樽冃卧趶椥苑秶鷥?nèi)。(2 )彈塑性巖石等荷循環(huán)加、卸載荷：如果卸載點(diǎn)未超過(guò)屈服點(diǎn)，其受力處

16、于彈性狀態(tài)與(1) 同論；若卸載點(diǎn)超過(guò)屈服點(diǎn)，在加載過(guò)程中發(fā)生塑性形變，每次加、卸載都形成滯回環(huán)，這些滯回環(huán)隨著加、 卸次數(shù)增加而愈來(lái)愈窄， 并且彼此越來(lái)越近， 巖石愈來(lái)愈接近彈性變形，一直到某次變形沒有塑性變形為止，當(dāng)循環(huán)應(yīng)力峰值小于臨界應(yīng)力6 1時(shí)，循環(huán)次數(shù)及時(shí)很多也不會(huì)導(dǎo)致試件破壞，而超臨界應(yīng)力巖6 1石將在某次循環(huán)中發(fā)生破壞。(7(TH'(3) 彈塑性巖石不斷加大循環(huán)加、卸載荷:C6HI|OPJIJIi'111£P' H'I'則形成上述曲線，隨多次反復(fù)加、卸載，每次施加的最大載荷比上一次循環(huán)的最大荷載大, 循環(huán)次數(shù)增多，塑性滯回環(huán)面積擴(kuò)

17、大， 卸載曲線斜率增加表明卸載應(yīng)力下的巖石材料彈性有 所增強(qiáng)，此外，每次卸載再加載，形成變形記憶曲線，塑性變形隨著循環(huán)荷載不斷加大而增 大，當(dāng)循環(huán)加、卸載到一定程度時(shí)，試件發(fā)生破壞。16. 線彈性體、完全彈性體、彈性體三者的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系有什么區(qū)別?答：如下應(yīng)力-應(yīng)變曲線彈性體：應(yīng)力-應(yīng)變圖成直線形式，滿足關(guān)系式6 =E£ (E-彈性模量);6 =f( £ )；完全彈性體：應(yīng)力-應(yīng)變曲線為曲線，加載卸載曲線重合，滿足關(guān)系式 彈性體：加、卸載應(yīng)力-應(yīng)變曲線形成閉合的滯回環(huán)，卸載曲線與加載曲線不重合，此類材 料稱為彈性體材料;彈塑性體：加、卸載應(yīng)力-應(yīng)變曲線不重合，且不形成閉合

18、的滯回環(huán)，此類材料稱彈塑性材料，如上圖示，其中 0M段位可恢復(fù)的彈性形變，MN段稱不可恢復(fù)的塑性形變。17. 什么是巖石的擴(kuò)容？簡(jiǎn)述巖石擴(kuò)容的發(fā)生過(guò)程。答：巖石擴(kuò)容是巖石在荷載作用下，在其破壞之前的一種明顯的非彈性體積形變。巖石受壓過(guò)程中，試件任意微小單元X、丫、Z方向發(fā)生形變，£1、£ 2、£ 3分別對(duì)應(yīng)最大、中間、最小主應(yīng)變，彈性模量和泊松比為常數(shù)的巖石受壓體積變化經(jīng)歷三個(gè)階段:(1)體積變形階段:體積應(yīng)變?cè)趶椥苑秶鷥?nèi)，隨應(yīng)力增加而呈線性變化，此階段£ 1 > | £ 2+ £ 3|體積減小;體積不變階段：體積發(fā)生形變，但體

19、積應(yīng)變?cè)隽拷茷榱悖?#163;1 = | £ 2+ £ 3|體積不變;擴(kuò)容階段：兩側(cè)向變形之和超過(guò)最大主應(yīng)力壓縮變形，£1< | £ 2+ £ 3|，體積增大。18.什么是巖石的各向異性？什么是正交各向異性？什么是橫觀各向同性？寫出正交各向異性和橫觀各向同性的巖石應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系式。答：巖石的全部或部分物理、 力學(xué)性質(zhì)隨方向不同而表現(xiàn)出差異的現(xiàn)象稱著巖石的各向異性;如果在彈性體中存在著三個(gè)相互正交的彈性對(duì)稱面,在各個(gè)面兩邊對(duì)稱方向上彈性相同,在這個(gè)彈性主向上彈性并不相同，這種物體稱為正交各向異性體；其應(yīng)力-應(yīng)變對(duì)應(yīng)關(guān)系表示為:aiia2i

20、a3iai2a22a32ai3a23a33a44物體內(nèi)部某一面的各個(gè)方向彈性性質(zhì)相同，這個(gè)面稱為各向同性面， 垂直該面方向的力學(xué)性-應(yīng)變關(guān)系表示為：（需校驗(yàn)）質(zhì)不同，具有這樣性質(zhì)的物體稱為橫觀各向異性體，其應(yīng)力£ x£ y£ zY xyY xzY yz百-U 2百-U 1百0U 2 - U 1百TT1 百-U 2百0'U 2百U 1百00(1 + U0.5E22）(1 + U 2)-05E219.影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素有哪些？如何影響的?答：主要影響因素有：水、溫度、加載速率、圍壓、風(fēng)化程度等。水對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響：連接作用、潤(rùn)滑作用、水楔作用、空隙壓

21、力作用、溶蝕及潛蝕作用 等;溫度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響:般而言，隨溫度增高，巖石延性加大，屈服點(diǎn)降低，強(qiáng)度降低;加載速率對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響：?jiǎn)屋S壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí)，荷載加載速率愈快，單位應(yīng)變需用力愈大, 反之愈小;圍壓對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響:圍壓的存在使巖石的抗壓強(qiáng)度顯著增大；巖石的變形顯著增大;巖石的彈性極限顯著增大;巖石的應(yīng)力-應(yīng)變曲線形態(tài)發(fā)生明顯變化;風(fēng)化對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響:風(fēng)化過(guò)程中，原生礦物經(jīng)物理、化學(xué)、生物作用而發(fā)生變化，產(chǎn) 生次生礦物，弓I起巖體成分結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的變化，降低了巖石的物理力學(xué)性質(zhì)。第二章巖體力學(xué)性質(zhì)1. 巖體賦存環(huán)境包括哪幾部分?答：包括地應(yīng)力、地下水和地溫三部分。2. 地應(yīng)力對(duì)巖體

22、的影響體現(xiàn)在哪幾方面?答：(1)地應(yīng)力影響巖體的承載能力。對(duì)賦存在一定地應(yīng)力環(huán)境中的巖體來(lái)說(shuō)，地應(yīng)力對(duì)巖 體形成的圍壓越大，其承載能力越大。(2) 地應(yīng)力影響巖體的變形和破壞機(jī)制。試驗(yàn)表明低圍壓下表現(xiàn)出脆性破壞的巖體在高圍壓下呈剪塑性變形。(3) 地應(yīng)力影響巖體中應(yīng)力的傳播法則。地應(yīng)力可以使不連續(xù)變形的巖體轉(zhuǎn)化為連續(xù)變形的巖體。3. 巖體結(jié)構(gòu)劃分的主要依據(jù)是什么?答：巖體結(jié)構(gòu)劃分的第一依據(jù)是巖體結(jié)構(gòu)面類型,分軟弱結(jié)構(gòu)面和堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面；巖體結(jié)構(gòu)劃分的第二依據(jù)是結(jié)構(gòu)面切割程度或結(jié)構(gòu)體類型,結(jié)構(gòu)體類型有塊狀結(jié)構(gòu)和板狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面切割程度有塊裂、板裂、碎裂、續(xù)斷和完整。4.簡(jiǎn)述各類巖體結(jié)構(gòu)主要地質(zhì)特征。

23、答：(1)完整結(jié)構(gòu)巖體：多為碎裂結(jié)構(gòu)在后生愈合作用下形成,后生愈合包括壓力愈合和膠結(jié)愈合。壓力愈合指具有粘性成分的物質(zhì)的碎裂巖體經(jīng)高圍壓作用下,其結(jié)構(gòu)面重新粘結(jié)在一起，形成完整結(jié)構(gòu)；膠結(jié)愈合指碎裂巖體經(jīng)膠結(jié)物粘結(jié)在一起,形成完整結(jié)構(gòu)，但后期愈合面強(qiáng)度低于原巖強(qiáng)度。(2 )塊裂結(jié)構(gòu)巖體：多組或至少有一組軟弱結(jié)構(gòu)面切割及堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面參與切割成塊狀結(jié)構(gòu)體的高級(jí)序巖體結(jié)構(gòu)，有的是塊狀原生結(jié)構(gòu)巖體構(gòu)成，有的是層狀原生結(jié)構(gòu)巖體構(gòu)成，其軟弱結(jié)構(gòu)主要是斷層，堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面一般延伸較長(zhǎng)且多為錯(cuò)動(dòng)過(guò)的堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面。(3)板裂結(jié)構(gòu)巖體：主要發(fā)育于經(jīng)過(guò)皺褶作用的層狀巖體內(nèi)，受一組軟弱結(jié)構(gòu)面切割，結(jié)構(gòu)體呈板狀，軟弱結(jié)構(gòu)面組要為

24、層間錯(cuò)動(dòng)面或塊狀原生結(jié)構(gòu)巖體內(nèi)的似層間錯(cuò)動(dòng),結(jié)構(gòu)體多為組合板塊結(jié)構(gòu)，有的亦為完整板塊狀結(jié)構(gòu)。(4)碎裂結(jié)構(gòu)巖體：切割巖體的結(jié)構(gòu)面主要是原生結(jié)構(gòu)面及構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，分塊狀碎裂結(jié)構(gòu)及層狀碎裂結(jié)構(gòu)兩種，前者結(jié)構(gòu)體塊度大，厚度均勻，后者塊度小。(5 )續(xù)斷結(jié)構(gòu)巖體：結(jié)構(gòu)面不連續(xù)，對(duì)巖體切而不斷。(6)散體結(jié)構(gòu)：分碎屑狀散體和糜棱狀散體結(jié)構(gòu)巖體5. 闡述工程巖體結(jié)構(gòu)的唯一性。答：巖體結(jié)構(gòu)的分類對(duì)特定的工程條件有唯一性，對(duì)于確定的地質(zhì)條件只有在確定的工程尺寸條件下，工程巖體結(jié)構(gòu)才是唯一的。比如，對(duì)于小斷面的硐室， 其涉及的巖體分類可能是 完整結(jié)構(gòu)，但對(duì)于同樣位置大斷面的硐室結(jié)構(gòu)而言，巖體分類可能是板裂、塊裂、

25、續(xù)斷、碎 裂結(jié)構(gòu)等，這與硐室斷面在巖體空間的跨度有關(guān)。6. 按結(jié)構(gòu)面成因，結(jié)構(gòu)面分為幾種類型?答：按照結(jié)構(gòu)面成因，巖體結(jié)構(gòu)面分為原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面及次生結(jié)構(gòu)面。7. 結(jié)構(gòu)面的級(jí)別及其特征。答：巖體結(jié)構(gòu)面分為五級(jí)，見下表:級(jí)序分級(jí)依據(jù)地質(zhì)類型力學(xué)屬性對(duì)巖體穩(wěn)定性的影響I級(jí)延伸數(shù)十公里，深度可切 穿一個(gè)構(gòu)造層，破碎帶寬 度在數(shù)十米至十米以下主要指區(qū)域性深達(dá)斷裂或大斷裂屬于軟弱結(jié)構(gòu) 面，構(gòu)成獨(dú)立的 力學(xué)介質(zhì)單元。影響區(qū)域穩(wěn)定性，山體穩(wěn)定 性，如直接通過(guò)工程區(qū)，是 巖體變形和控制的條件，形 成巖體力學(xué)作用邊界。n級(jí)延伸數(shù)百米至數(shù)公里，破 碎帶寬度比較窄，幾厘米 至數(shù)米。主要包括不整合面、 假整合面

26、，原生軟弱 夾層、層間錯(cuò)動(dòng)帶、 斷層侵入接觸帶、分 化夾層等。屬于軟弱結(jié)構(gòu)面，形成塊裂邊界。控制山體穩(wěn)定性，與I級(jí)結(jié) 構(gòu)面可形成大規(guī)模的塊體破 壞，及控制巖體變形記破壞 方式。m級(jí)延展十米或數(shù)十名，無(wú)破 碎帶，面內(nèi)不含泥，有的 具泥膜，僅在一個(gè)地質(zhì)時(shí) 代的地層中分布，有的僅各種類型的斷層、原 生軟弱夾層、層間錯(cuò) 動(dòng)帶等。多數(shù)屬于堅(jiān)硬結(jié) 構(gòu)面，少數(shù)屬于 軟弱結(jié)構(gòu)面?？刂茙r體的穩(wěn)定性，與I級(jí) n級(jí)結(jié)構(gòu)面組合可形成不同 規(guī)模的塊體破壞，劃分n類 巖體的重要依據(jù)。僅在某一種巖性中分布。W級(jí)延展數(shù)米，未錯(cuò)動(dòng)，不夾泥，有的呈弱結(jié)合狀態(tài)，統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)面節(jié)理、劈裂、片理、層理、卸荷裂隙、風(fēng)化裂隙等。堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面劃分

27、n類巖體結(jié)構(gòu)的基本依 據(jù)，是巖體力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu) 效應(yīng)的基礎(chǔ)。破壞巖體的完 整性，與其他結(jié)構(gòu)面結(jié)合形 成不同類型的邊坡破壞方式V級(jí)連續(xù)性極差，剛性接觸的細(xì)小或隱微裂面，統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)面微小節(jié)理，隱微裂裂隙和線理硬性結(jié)構(gòu)面分布隨即，降低巖塊強(qiáng)度， 是巖石力學(xué)性質(zhì)效應(yīng)基礎(chǔ)， 若十分密集，又因風(fēng)化，可 形成松散介質(zhì)。8.描述結(jié)構(gòu)面狀態(tài)的指標(biāo)。答：(1)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀:(2)結(jié)構(gòu)面形態(tài):(2)結(jié)構(gòu)面延展尺度:(3)結(jié)構(gòu)面密集程度:9. 結(jié)構(gòu)面的剪切變形、法向變形與結(jié)構(gòu)面的哪些因素有關(guān)?答：結(jié)構(gòu)面剪切變形與巖石強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)面粗糙度和法向力有關(guān)；結(jié)構(gòu)面法向變形與巖石本身 的力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)面粗糙度、結(jié)構(gòu)面受載歷史等因素有

28、關(guān)。10. 結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)的尺寸效應(yīng)體現(xiàn)在哪幾個(gè)方面?答：(1)隨著試塊面積增加，巖石平均峰值摩擦角和平均峰值剪切應(yīng)力呈減少趨勢(shì);(2 )隨著結(jié)構(gòu)面尺寸的增大。達(dá)到峰值強(qiáng)度時(shí)的位移量增大;(3 )由于尺寸的增加，剪切破壞由脆性破壞向延性破壞轉(zhuǎn)化;(4 )尺寸加大，峰值剪脹角減小；(5)隨著結(jié)構(gòu)面粗糙度減小，詞寸效應(yīng)減小。11. 在多次循環(huán)荷載作用下巖體變形有什么特點(diǎn)?答：(1)加、卸在過(guò)程相應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線出現(xiàn)閉環(huán)形式， 出現(xiàn)卸載回彈變形的滯后現(xiàn)象, 產(chǎn)生殘余變形；(2)隨外荷載加大和循環(huán)次數(shù)增多，閉環(huán)曲線逐漸后移，其原因是巖體裂隙與結(jié)構(gòu)面被嚴(yán)密與嚙合所致;(3)重復(fù)循環(huán)加、卸載次數(shù)越多，

29、結(jié)構(gòu)體與結(jié)構(gòu)面被壓密程度越高，閉環(huán)曲線上的滯后變形量越小，甚至把閉環(huán)曲線演變成一條直線;(4) 隨著荷載和循環(huán)次數(shù)的增加，一定程度后，巖體變形由結(jié)構(gòu)控制轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)效應(yīng)的消失;(5 )當(dāng)外載荷降至零，并持續(xù)一段時(shí)間后，巖體產(chǎn)生較大的回彈變形，及巖體彈性變形能 的釋放;12. 具有單結(jié)構(gòu)面的巖體，其強(qiáng)度如何確定?答：如下圖示:單結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度分析圖J(T02(T最大正應(yīng)力狀態(tài)C ©T發(fā)生剪切破壞 r =(1笛：后：豔2卩-kD T 當(dāng) tan2B =-希-=- 1 fw 時(shí) P = pmin-2Bp0( P3+r ,0)工 巖石(體)強(qiáng)度包絡(luò)線(TI結(jié)構(gòu)面力學(xué)效應(yīng)T= C + jtan &#

30、169; T= CW+ jtan ©結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度包絡(luò)線li 2i j第一主應(yīng)力與B角關(guān)系I ! 已知: (P©wn /4 + ©wn /2©0.,C BA &迢、A B > B2巖體沿結(jié)構(gòu)面破壞B B< B1巖體沿結(jié)構(gòu)面破壞C B1<B < B2巖體巖某巖石截面破壞(B 0面)(T3若結(jié)構(gòu)面受力狀態(tài)其莫爾應(yīng)力圓與巖石強(qiáng)度包絡(luò)線相切,巖石沿某截面發(fā)生剪切破壞；當(dāng)結(jié)構(gòu)面受力狀態(tài)處于其莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線之上或以上,則巖體沿該結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞，若結(jié)構(gòu)面受力狀態(tài)落在其莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線之下，則巖體不沿該結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞。13. 多結(jié)構(gòu)面巖體的破壞

31、形式如何分析?則巖體沿該結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞,答：當(dāng)結(jié)構(gòu)面受力狀態(tài)處于其莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線之上或以上, 結(jié)構(gòu)面受力狀態(tài)落在其莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線之下，則巖體不沿該結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞?？紤]結(jié)構(gòu)面與第一主應(yīng)力p 1的夾角B,分析結(jié)構(gòu)面應(yīng)力狀態(tài)， 分步應(yīng)用單結(jié)構(gòu)面理論,多結(jié)構(gòu)面巖體強(qiáng)度分析rIcw；TCWiw1OP(Ti(T圖示兩組結(jié)構(gòu)面莫爾包絡(luò)線。（1）當(dāng)?shù)谝唤M結(jié)構(gòu)面與第一主應(yīng)力夾角23<23 1或23>23 i'時(shí)，巖體不發(fā)生破壞;（2）當(dāng)?shù)谝唤M結(jié)構(gòu)面與第一主應(yīng)力夾角2 3 1 <23< 2 3 2或 23 1'>2 3>3 2'時(shí)，巖體沿第一組結(jié)構(gòu)面發(fā)生

32、破壞;（3）當(dāng)?shù)诙M結(jié)構(gòu)面與第一主應(yīng)力夾角23 1< 23< 23 i',且未達(dá)到巖石破壞極限，則巖體沿第二組結(jié)構(gòu)面破壞;（4 ）上述條件不滿足，則巖體沿某一截面發(fā)生破壞。14.簡(jiǎn)述Heok-Brown巖體強(qiáng)度估算方法。答：Heok-Brown經(jīng)驗(yàn)方程表述如下:式中 （T 1、（T 3分別為為破壞時(shí)巖體的最大主應(yīng)力何最小主應(yīng)力,d c為巖塊的單軸抗壓強(qiáng)度,ms為與巖性及結(jié)構(gòu)面有關(guān)的常數(shù)，分別令（T 3=0和（T 1=0可得出巖體單軸抗壓和抗拉的破壞強(qiáng)度，分別表述為：d mM（T c 禾口 （T mc=（T c（m 一 I曲+錮）=Td c （剪應(yīng)力表現(xiàn)為：T =Ad c（“

33、£一 T） B其中A、B為常數(shù)，查表求得，T= （m 旳 + 4$）15. 巖體中水滲流與土體中水滲流有什么區(qū)別?2） 土體可答：土體滲流特點(diǎn)：（1 ）土體滲透性取決于巖性，土體顆粒越細(xì)，滲透性越差（ 看成多孔連續(xù)介質(zhì)（3） 土體滲透性一般具有均質(zhì)（或非均質(zhì)）各向同性（黃土為各向異性） 特點(diǎn)（4） 土體滲流符合達(dá)西滲流定律。巖體以裂隙滲流為主， 其特點(diǎn)：（1）巖體滲透性取決大小取決于巖體中結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)及巖塊3）巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)滲流的巖性（2）巖體滲流以裂隙導(dǎo)水、微裂隙和巖石空隙儲(chǔ)水為其特點(diǎn)（具有定向性（4）巖體一般看著非連續(xù)介質(zhì) （5）巖體滲流具有高度的非均質(zhì)性和各向異性（6）般巖體中滲

34、流符合達(dá)西滲流定律（7）巖體滲流受應(yīng)力場(chǎng)影響明顯 （8）復(fù)雜裂隙系統(tǒng)滲流, 在裂隙交叉處具有“偏流效應(yīng)”。16. 地下水對(duì)巖體的物理、化學(xué)作用體現(xiàn)在哪幾個(gè)方面?答：地下水對(duì)巖體的物理作用主要表現(xiàn)在潤(rùn)滑作用、軟化和泥化作用和結(jié)合水的強(qiáng)化作用三溶解作用，水前者減小巖個(gè)方面；地下水對(duì)巖體的化學(xué)作用主要體現(xiàn)在地下水與巖體之間的離子交換、 化作用，水解作用，溶蝕作用，氧化還原作用，沉淀作用以及超滲透作用等。17. 簡(jiǎn)述地下水對(duì)巖土體的力學(xué)作用?答：主要通過(guò)空隙靜水壓力及空隙動(dòng)水壓力作用對(duì)巖土體的力學(xué)性質(zhì)施加影響。土體的有效應(yīng)力而減低巖土體的強(qiáng)度，在裂隙巖體中的空隙靜水壓力可使裂隙產(chǎn)生擴(kuò)容變 形；后者對(duì)巖

35、土體產(chǎn)生切向的推力以降低巖土體的抗剪強(qiáng)度。18. 巖體質(zhì)量分類有什么意義?答：作為選擇工程結(jié)構(gòu)參數(shù)、科學(xué)管理生產(chǎn)以及評(píng)價(jià)工程經(jīng)濟(jì)效益的依據(jù)之一。19. 如何通過(guò)巖體分級(jí)確定巖體的有關(guān)力學(xué)參數(shù)?答：如表:級(jí)別密度抗剪強(qiáng)度變形模量泊松比P /g/cm 3e / °C/MpaT、2 65、60°、2 1、330 2TT-> 2 6660-502 1-1 533-2 00 2-0 25出2 65-2 4550-391 5-0 720-60 25-0 3帀2 45-2 2539-270 7-0 26-1 30 3-0 35< 2.25<27<02<13&

36、gt;03520.CSIR分類方法和Q分類方法各考慮的是巖體的哪些因素?答：CISR分類指標(biāo)值RMF由巖塊強(qiáng)度、RQD直、節(jié)理間距、節(jié)理?xiàng)l件及地下水 5個(gè)指標(biāo)組成;Q分類法考慮RQD直、節(jié)理組數(shù)、節(jié)理粗糙系數(shù)、節(jié)理蝕變系數(shù)、節(jié)理水折減系數(shù)和應(yīng)力折減系數(shù)6個(gè)參數(shù)，反映了巖體的完整性，結(jié)構(gòu)面的形態(tài)、充填物特征及次生變化程度和地下 水與其它應(yīng)力存在對(duì)巖體質(zhì)量的影響。第三章地應(yīng)力及其測(cè)量1.簡(jiǎn)述地應(yīng)力測(cè)量的重要性。是引起巖石開挖工程答：地應(yīng)力是引起地下或露天巖石開挖工程變形和破壞的根本作用力,，進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性因素中最更本最重要的因素之一，進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)量是確定工程巖體屬性 穩(wěn)定性分析，實(shí)現(xiàn)巖石工程開挖設(shè)

37、計(jì)和決策科學(xué)化的必要前提條件。2.地應(yīng)力是如何形成的？控制某一工程區(qū)域地應(yīng)力狀態(tài)的主要因素是什么?答：地應(yīng)力的形成主要與地球的各種運(yùn)動(dòng)過(guò)程有關(guān),其中包括：板塊邊界受壓、地幔熱對(duì)流、地球內(nèi)應(yīng)力、地心引力、地球旋轉(zhuǎn)、巖漿侵入和地殼非均勻擴(kuò)容等。其中，構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和重力應(yīng)力場(chǎng)為現(xiàn)今地應(yīng)力場(chǎng)的主要組成部分?？刂乒こ虆^(qū)域地應(yīng)狀態(tài)的主要因素是構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和重力應(yīng)力場(chǎng)。3.簡(jiǎn)述地殼淺部地應(yīng)力分布的基本規(guī)例。答：（1）三向不等壓，應(yīng)力分布是時(shí)間和空間的函數(shù);實(shí)測(cè)垂直應(yīng)力基本等于上覆巖層重量淺層地殼中，實(shí)測(cè)水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力;平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力比值相當(dāng)分散，隨深度增加比值減小;最大水平應(yīng)力與最小水平應(yīng)力比

38、值隨深度增加呈線性增長(zhǎng);最大水平應(yīng)力與最小水平應(yīng)力比值相差較大，顯示出很強(qiáng)的方向性;地應(yīng)力分布規(guī)例受地形和斷層影響較大。4.地應(yīng)力測(cè)量方法分哪兩類？?jī)深惖闹饕獏^(qū)別在哪里？每類包括哪些測(cè)量技術(shù)?答：依據(jù)測(cè)量基本原理不同分為直接測(cè)量法和間接測(cè)量法。直接測(cè)量法是由儀器直接測(cè)量和記錄各種應(yīng)力量；間接測(cè)量法借助某些傳感元件或某些介質(zhì)，測(cè)量和記錄巖體中某些與應(yīng)力有關(guān)的物理量的變化，以此通過(guò)有關(guān)公式計(jì)算巖體中的應(yīng)力值。直接測(cè)量法測(cè)量技術(shù)包括:扁千斤頂法、水力致裂法、剛性包體應(yīng)力計(jì)法和聲發(fā)射法；間接測(cè)量方法包括：全應(yīng)力解除法（套孔解除法）、局部應(yīng)力解除法（平行鉆孔法和中心鉆孔法）、松弛應(yīng)變測(cè)量法、孔壁崩落測(cè)量

39、法和地球物理探測(cè)法（聲波觀察法和超聲波譜法）等，涉及測(cè)量技術(shù)包括： 孔徑變形測(cè)量技術(shù)、孔底變形測(cè)量技術(shù)、 孔壁應(yīng)變測(cè)量技術(shù)、空心包體應(yīng)變測(cè)量技術(shù)、實(shí)心包體應(yīng)變測(cè)量技術(shù)和環(huán)境溫度的影響及其完全溫度補(bǔ)償技術(shù)。5.簡(jiǎn)述水壓致裂法的基本測(cè)量原理。答：彈性力學(xué)原理知當(dāng)一無(wú)限體中的鉆孔受到無(wú)窮遠(yuǎn)處二維應(yīng)力場(chǎng)（bb 2）的作用，離開鉆孔端部一定距離部位處于平面應(yīng)力狀態(tài):(T 0 = 6 l+ 6 2 2 (6 1 6 2) C0S2 0(T r=0其中，6 0 ,6 r分別為鉆孔周邊的切向應(yīng)力和徑向應(yīng)力；0為周邊一點(diǎn)與 6 1軸的夾角，當(dāng)0 =0時(shí)，60取最小值，此時(shí) 6 0=3 6 2 6 1。采用水壓致

40、裂裝置將鉆孔中某段隔離起來(lái),并向隔離段注射高壓水，當(dāng)水壓超過(guò)3 6 2 6 1和巖石的抗拉強(qiáng)度 T之后，巖石在0 =0處發(fā)生開裂，開裂時(shí)水壓為 Pi =3 6 2 6 1+T,繼續(xù)增加水壓至裂隙深度達(dá)3倍鉆孔直徑，保持壓力穩(wěn)定，測(cè)得此穩(wěn)定壓力 Ps=b 2,利用上述公式，在測(cè)算出巖石抗拉強(qiáng)度 T后，就能計(jì)算出原巖應(yīng)力6 1和6 2。巖石存在裂隙水壓 Po時(shí)Pi=3 6 2 6 1+T Po ；若在開裂鉆孔中再次注入高壓水，使致裂裂隙張開，保持壓力穩(wěn)定，此時(shí)測(cè)得裂隙重開壓力Pr= d 3 6 2一 (T 1 一 Po,結(jié)合P S=b 2就能避開再次測(cè)算 T而直接計(jì)算出(T 1,6 2,達(dá)到試驗(yàn)?zāi)?/p>

41、的。6.簡(jiǎn)述水壓致裂法的主要測(cè)量步驟。答：(1 )打鉆孔到準(zhǔn)備測(cè)量應(yīng)力的部位，并將鉆孔中待加壓段用隔離器隔離取來(lái);(2)向隔離段鉆孔內(nèi)注入高壓水，不斷加大水壓，至孔壁出現(xiàn)裂隙，記錄初始開裂水壓 Pi ;(3)繼續(xù)施加水壓，至裂隙深度達(dá)到3倍鉆孔直徑，關(guān)閉高壓水系統(tǒng)，保持水壓很定，并記錄次關(guān)閉水壓Ps,然后卸壓使裂隙閉合;(4)重新向密閉段注射高壓水，是裂隙重新打開，并記錄裂隙重開時(shí)的壓力 Pr和隨后的關(guān)閉水壓Ps;(5)重復(fù)上述步驟2-3次，以提高測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；卸壓，退出裝置，完成實(shí)驗(yàn)。7.對(duì)水壓致裂法的主要優(yōu)缺點(diǎn)作出評(píng)價(jià)。答：水壓致裂法認(rèn)為初始開裂發(fā)生在鉆孔壁切向應(yīng)力最小的部位,亦即平行

42、于最大主應(yīng)力方向，這是基于巖石為連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的假設(shè)。如果孔壁本身存在天然節(jié)理裂隙,那么初始裂隙可能發(fā)生在這些部位， 而并非切向最小應(yīng)力處，因而水壓致裂法較為實(shí)用于完整的脆性巖石中。水壓致裂法的突出優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量深部應(yīng)力， 另外水壓致裂法在工程應(yīng)用中相比其它測(cè)量方法經(jīng)濟(jì)成本低，測(cè)量精度相對(duì)可靠。8.簡(jiǎn)述聲發(fā)射的主要測(cè)試原理。答：材料在受到外荷載作用時(shí)，其內(nèi)部存儲(chǔ)的應(yīng)變能快速釋放產(chǎn)生彈性波，發(fā)出聲響，稱為聲發(fā)射；聲發(fā)射測(cè)試的原理是基于凱澤效應(yīng)的；凱澤效應(yīng)是指多晶金屬的應(yīng)力從其歷史最高水平釋放后，在重新加載，當(dāng)應(yīng)力未達(dá)到先前最大應(yīng)力值(凱澤點(diǎn))時(shí)，很少發(fā)生聲發(fā)射現(xiàn)象，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到或超過(guò)先前最大應(yīng)力

43、值時(shí)，則產(chǎn)生大量的聲發(fā)射現(xiàn)象。9.簡(jiǎn)述套孔應(yīng)力解除法的基本測(cè)量原理和主要測(cè)量步驟。答:套孔應(yīng)力解除法是一種全應(yīng)力解除法，通過(guò)監(jiān)測(cè)測(cè)量巖體在應(yīng)力解除過(guò)程中引起的變形（孔徑變形、孔壁變形、孔底變形），進(jìn)而計(jì)算原巖應(yīng)力場(chǎng)大小及其分布情況。主要測(cè)量步驟有：（1 ）從巖開挖體表面（巷道、隧道、硐室及其它開挖體等）向巖體內(nèi)部打大孔。孔徑一般130-150mm孔深一般為開挖跨度的2.5倍，形成大孔之后磨平孔底并在孔底打出同心錐形孔，以利進(jìn)一步鉆同心小孔;16-38mm孔深為（2）完成上述工作，從大孔孔底打同心小孔，供安裝探頭用?？讖揭话憧讖降?0倍左右，并清洗小孔。（3 ）用專用裝置將測(cè)量探頭，如孔徑變形計(jì)

44、、孔壁應(yīng)變計(jì)等安裝到小孔中部。（4）用打大孔的薄壁鉆頭繼續(xù)延伸大孔，使小孔周圍巖芯實(shí)心應(yīng)力解除，并通過(guò)測(cè)量裝置記錄小孔變形情況;（5）取出巖芯測(cè)量巖芯的 E,卩等物理力學(xué)參數(shù)，撤出實(shí)驗(yàn)裝置，根據(jù)理論公式計(jì)算原巖應(yīng)力值。10.簡(jiǎn)述USBM1徑變形計(jì)的基本工作原理。答：USAMl徑變形計(jì)探頭由3組圓頭活塞，每組由 2個(gè)徑向?qū)α⒌膱A頭活塞組成，每個(gè)圓頭活塞由一個(gè)懸臂梁式的彈簧施加壓力，彈簧正反兩面各貼一個(gè)應(yīng)變片記錄彈簧拉壓形變（提高測(cè)量精度），每組圓頭活塞沿徑向成 60°布置，其上4個(gè)應(yīng)變片組成惠特斯頓全橋電路（解決溫度補(bǔ)償），當(dāng)應(yīng)力解除，鉆孔直徑發(fā)生形變，圓頭活塞預(yù)壓變形得到釋放，應(yīng)變

45、片探測(cè)變形并通過(guò)儀器記錄下來(lái)，這樣就實(shí)現(xiàn)了孔徑變形的測(cè)量。11.如何使用USBSL徑變形計(jì)測(cè)量一點(diǎn)的三維地應(yīng)力狀態(tài)？請(qǐng)列出完整的計(jì)算過(guò)程。答：方式一：垂直鉆孔軸線平面內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)求解如下圖表:(riL3260°60°：1)當(dāng) U2>U3aU2+UM2U1時(shí)，Owpw 45°：2)當(dāng) U2>U3aU2+U3>2U1寸，45°<3< 90°：3)當(dāng) U2<U3aU2+U3>2U1時(shí)，90°<31'35°當(dāng) U2<U3aU2+U<2U1寸，135°<

46、;3< 180°(72治(72KL2(ri=6d(1- u) X(U1+U2+U3)+栄(U1-U2)+ (U2-U3)+ (U3-U1)2 E<Ji =b2=6d(1- u) x(U1+U2+U3)-4(U1-U2)+ (U2-U3)+ (U3-U1)22E _4F0 rRE= U(R2-r )2F0：圍壓值U:圍壓引起的平均變形R r:套孔巖芯內(nèi)外徑垂直鉆孔孔徑變形法如圖，孔徑變形計(jì)記錄垂直孔軸線平面的變形量U1、U2、比 通過(guò)下試求取平面內(nèi)主應(yīng)力b 1,CT 2.b1=6d(1-Eu) X(U1+U2+U3)+ 4 (U1-U2)+(U2-U3)+ (U3-U1)2

47、b2=6d(1-u 2 X(U1+U2+U3)-二(U1-U2)+ (U2-U3)+ (U3-U1) 2一 E其中E, U為巖體彈性模量和泊松比，泊松比可通過(guò)在巖芯上貼徑向應(yīng)變片測(cè)量其軸向和徑向變形而得，對(duì)于彈性模量可通過(guò)對(duì)巖芯施加圍壓Po,利用公式:匚_ 4R rR2E= U(R2-r )2其中，U:圍巖引起的平均變形量；R r :套孔巖芯的外、內(nèi)徑。利用上述公式考慮如下條件:U2> L3且U2+U3< 2U1 時(shí)，0°<3< 45°U2> U3且U2+U3> 2U1 時(shí)，45°<3< 90°U2V U3

48、且U2+U3< 2U1 時(shí)，90°<3< 135°U2V U3且U2+U3> 2U1 時(shí)，135<3< 180°為U1與bl夾角，逆時(shí)針為正。打另外一垂直上述孔進(jìn)行相同的測(cè)試，得出另外一組 b 1, b 2考慮方向性及可得出巖石三維應(yīng)力狀態(tài) b 1 , b 2,b 3。方式二：任意空間點(diǎn)三維應(yīng)力狀態(tài)求解(1 )選定整體坐標(biāo)系 Oxyz(2 )選擇局部坐標(biāo)系 01: Ox1y1 Z1為鉆孔局部坐標(biāo)系，其中 Oz1平行鉆孔軸線，求得坐標(biāo)系01在整體坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)換參數(shù);(3)測(cè)量鉆孔徑向變形U ;(4)利用公式:U=bX1f1+b y

49、1f 2+ bz 1 f 3+ TX 1y1f 4 其中df1=(1+2cos2 0 )(1 u df2(1 2cos2 0 )(1 u2、 ， 2,)+d u 2 2)+d u f3=du /E(1 u 2)sin2 0式中:d為鉆孔直徑；0 為孔徑方向與x1方向夾角，從x1軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)到孔徑方向?yàn)檎?E、U分別為巖石的彈性模量和泊松比；計(jì)算過(guò)程中，裝換(TX1、by1、bZ1、TX 1丫1為整體坐標(biāo)系Oxyz下坐標(biāo);(5)打三個(gè)互不平行相交一點(diǎn)的鉆孔，逐個(gè)采用上述計(jì)算方法，可求解空間一點(diǎn)三維應(yīng)力狀況，得出(7 X、b y、b z、T xy、T yz、T zx。12.簡(jiǎn)述CSIR門塞孔式孔底應(yīng)

50、變計(jì)的基本工作原理并對(duì)其主要優(yōu)缺點(diǎn)作出評(píng)價(jià)。答：CSIR門塞式孔底應(yīng)變計(jì)工作原理為：將電阻應(yīng)變片粘貼在磨平的孔底，通過(guò)延伸鉆孔,實(shí)現(xiàn)粘有應(yīng)變片的巖芯應(yīng)力解放，取出該段含應(yīng)變片的巖芯，到實(shí)驗(yàn)室做加載實(shí)驗(yàn)，從而發(fā)現(xiàn)原先存在孔底表面的應(yīng)力。 該法缺點(diǎn)是：孔底應(yīng)力狀態(tài)和周圍原巖應(yīng)力狀態(tài)關(guān)系復(fù)雜,響孔底應(yīng)變計(jì)測(cè)量的精度和實(shí)際中的運(yùn)用，同時(shí)需要打三個(gè)互不平行的鉆孔測(cè)量；其優(yōu)點(diǎn)是:不需要很長(zhǎng)的套孔巖芯，因而有可能在破碎巖石條件下使用。13.簡(jiǎn)述孔壁應(yīng)變計(jì)的基本工作原理。答：通過(guò)應(yīng)力解除測(cè)量鉆孔壁表面應(yīng)變，進(jìn)而計(jì)算出鉆孔表面應(yīng)力，利用彈性力學(xué)原理,個(gè)無(wú)限體中的鉆孔表面的應(yīng)力分布狀態(tài)可以通過(guò)周圍巖體中應(yīng)力狀態(tài)給

51、出精確解,因此，通過(guò)鉆孔表面應(yīng)力狀態(tài)可反算出周圍巖體應(yīng)力狀態(tài)。14.對(duì)CSIR孔壁應(yīng)變計(jì)的主要優(yōu)缺點(diǎn)作出評(píng)價(jià)并說(shuō)明為什么使用GSIR孔壁應(yīng)變計(jì)通過(guò)一孔的測(cè)量就能確定一點(diǎn)的三維應(yīng)力狀態(tài)。答：以無(wú)限體中的鉆孔受到遠(yuǎn)處無(wú)窮遠(yuǎn)的三維應(yīng)力場(chǎng)(bX、b y、b z、T xy、T yz、T zx) 作用，形成孔邊圍巖應(yīng)力分布(br、b0、b z'、T r 0、T0z、T rz ),二者有一對(duì)應(yīng)關(guān)系，45°,孔壁應(yīng)變計(jì)采用3組12只電阻應(yīng)變片組成的應(yīng)變花，每組應(yīng)變花中各應(yīng)變片間隔組應(yīng)變花能測(cè)量四個(gè)應(yīng)變值（£e >£ z、£ 45、£ -45）可對(duì)

52、應(yīng)列出3個(gè)應(yīng)力應(yīng)變方程，涉及T r e、T ez、T rz ）中3個(gè)未知量，經(jīng)轉(zhuǎn)化可列出涉及原巖應(yīng)力場(chǎng)（b x、(T y、 z、T xyT yz、T zx ）中4個(gè)應(yīng)力應(yīng)變方程式，3組應(yīng)變花可列出12個(gè)涉及原巖應(yīng)力場(chǎng)所有未知量的12個(gè)方程式，因而可以通過(guò) 3組應(yīng)變花測(cè)量的孔壁形變計(jì)算出原三維巖應(yīng)力場(chǎng)。15.簡(jiǎn)述空心包體應(yīng)變計(jì)的基本工作原理。答：空心包體應(yīng)變計(jì)主體使用環(huán)氧樹脂制成的空心圓筒,在其中部沿同一圓周等間距 （120°）嵌埋三組應(yīng)變花，每組應(yīng)變花由 3支（或4支）應(yīng)變片組成，測(cè)試過(guò)程中，使用專門工具將應(yīng)變計(jì)推入安裝小孔，用力推動(dòng)應(yīng)變計(jì)，可以間斷其固定銷， 使應(yīng)變計(jì)柱塞進(jìn)入內(nèi)腔，

53、 使內(nèi)腔膠結(jié)劑流入應(yīng)變計(jì)與孔壁之間的環(huán)形槽中，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變計(jì)與孔壁緊密粘帖，通過(guò)應(yīng)力解除,孔徑變化，變形計(jì)中各組應(yīng)變花分別記錄孔壁沿不同方向的應(yīng)變,考慮應(yīng)變片與孔壁之間夾有一定距離，引入適當(dāng)修正系數(shù)，就可以通過(guò)測(cè)量應(yīng)變計(jì)算出應(yīng)力狀態(tài)。16.空心包體應(yīng)變計(jì)和孔徑變形計(jì)、孔底應(yīng)變計(jì)及孔壁應(yīng)變計(jì)相比，有哪些主要優(yōu)點(diǎn)?答：空心包體應(yīng)變計(jì)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)量好，而其膠結(jié)劑可以注入到周圍裂隙巖體中，使巖石整體化，因而較易得到完整的套孔巖芯，能夠使用在中等破碎和松軟巖體中，同時(shí)有較好的防水性。17.簡(jiǎn)述實(shí)心包體應(yīng)變計(jì)的基本工作原理。答：實(shí)心包體應(yīng)變計(jì)采用實(shí)心圓筒環(huán)氧樹脂中沿9個(gè)方向布置10支應(yīng)變片，膠結(jié)劑附著在其端部，使用過(guò)程中利用安裝工具推入安裝小孔底部，應(yīng)變計(jì)底部裝有膠結(jié)劑的薄膜破裂,膠結(jié)劑流出，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變計(jì)與小孔的緊密粘結(jié)，解除應(yīng)力過(guò)程中記錄各應(yīng)變片變化，通過(guò)適當(dāng) 公式，進(jìn)而求出各向應(yīng)力狀態(tài)。18.實(shí)心包體應(yīng)變計(jì)與剛性包體應(yīng)變計(jì)的主要區(qū)別是什么?答：實(shí)心應(yīng)變計(jì)采用彈性材料環(huán)