巖石力學(xué)復(fù)習(xí)題及參考答案

1、中南大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程考試復(fù)習(xí)題及參考答案巖石力學(xué)（專科）一、名詞解釋：1.巖體2.圍巖3 .穩(wěn)定*If變4.柔性支護(hù)5 .塑性破壞6.穩(wěn)定蠕變7 .剪脹8.長(zhǎng)期強(qiáng)度9 .脆性破壞10.端部效應(yīng)11.構(gòu)造應(yīng)力12.松脫地壓13 .非穩(wěn)定蠕變14.結(jié)構(gòu)面充填度15 .變形地壓16.延性17 .蠕變18.巖體結(jié)構(gòu)19 .真三軸試驗(yàn)20.擴(kuò)容21 .剪脹率二、問答題：1 .解釋錨桿支護(hù)的擠壓加固作用，并指出其適用條件。2 .說明不連續(xù)面的起伏對(duì)不連續(xù)面抗剪強(qiáng)度的作用，寫出無(wú)充填規(guī)則齒狀不連續(xù)面的抗剪強(qiáng)度表達(dá)式。3 .解釋錨桿支護(hù)的組合作用，并指出其適用條件。4 .什么是常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)？試指出在常規(guī)三

2、軸試驗(yàn)中，隨圍壓增大，巖石的抗壓強(qiáng)度和變形特征。5 .解釋斷層和水對(duì)露天礦邊坡穩(wěn)定性的作用。6 .說明巖石單軸壓縮試驗(yàn)中產(chǎn)生端面效應(yīng)的原因，如何消除端部效應(yīng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響？7 .巖石有哪些基本破壞方式？莫爾-庫(kù)論理論和格里菲斯理論分別適用于哪種破壞方式？8 .對(duì)巖石進(jìn)行三軸壓縮試驗(yàn)，試問在不同的圍壓條件下，巖石的變形性質(zhì)、彈性模量和強(qiáng)度可能發(fā)生的變化是什么？9 .簡(jiǎn)述采用噴射混凝土對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)的力學(xué)作用。10 .如何根據(jù)巖石的單軸壓縮試驗(yàn)曲線確定巖石的三種彈模？巖石的三種彈模分別反映巖石的什么特征？11 .巖石在普通試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，試問有哪幾種典型的應(yīng)力應(yīng)變曲線形式（要求畫出相應(yīng)

3、的曲線）？三、判斷題：1 .圖1所示為被一組節(jié)理切割的巖體所處的受力狀態(tài)（應(yīng)力圓）以及組成巖體的巖石的強(qiáng)度曲線（a）和節(jié)理強(qiáng)度曲線（b）,圖中節(jié)理面法線與最大主應(yīng)力之間的夾角為。試判別圖中表示的分析結(jié)果是否正確。a.巖體沿節(jié)理剪切破壞（）b.巖體沿節(jié)理剪切破壞（）圖12 .設(shè)計(jì)一條水平坑道斷面如圖2所示，其長(zhǎng)軸與原巖應(yīng)力分量p平行，短軸與原巖應(yīng)力分量q平行。已知p/q1。這樣的坑道斷面布置將使圍巖處于較好的應(yīng)力狀態(tài)或是不好的應(yīng)力狀態(tài)。qq圖23 .巖石的基本破壞方式有（）和（）；莫爾理論適用于（），格里菲斯理論適用于（）。A.松散破壞B.壓縮破壞C.剪切破壞D.壓扭性破壞E.錯(cuò)動(dòng)張拉破壞F.拉

4、伸破壞G.曲屈破壞。4 .從全球范圍來看，一般情況下，原巖應(yīng)力的水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力之比隨巖層埋藏深度增大而（1）,達(dá)到某個(gè)深度后趨于相等，說明淺部原巖應(yīng)力以（2）為主。（1）:A.增大B.減小C.不變；（2）:A.地下水壓力B.自重應(yīng)力C.構(gòu)造應(yīng)力D.熱核輻射。5 .挪威土工所巴頓（Barton）的Q法中，等式右邊第一項(xiàng)可以表征（），第二項(xiàng)表征（），第三項(xiàng)表征（）。A.巖體抗剪強(qiáng)度B.結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度C.巖體抗拉強(qiáng)度D.有效應(yīng)力E.結(jié)構(gòu)面與隧道空間關(guān)系F.結(jié)構(gòu)體尺寸大小G.巖體的完整性H.結(jié)構(gòu)面形態(tài)特征和蝕變程度。6 .按照莫爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論，若巖石強(qiáng)度曲線是一條直線，則巖石破壞時(shí)破裂面與最大主

5、應(yīng)力作用方向的夾角為A.450B.450-C.450-D.600;2227 .巖體中存在一組結(jié)構(gòu)面，其巖石強(qiáng)度曲線、結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度曲線和巖體受力狀態(tài)關(guān)系如圖3所示，其破壞形式為A.穿切不連續(xù)面破壞B.沿不連續(xù)面破壞C.拉伸破壞D傾倒破壞。圖3（）引起的，而后者則認(rèn)為巖石8 .莫爾強(qiáng)度理論與格里菲斯強(qiáng)度理論的根本區(qū)別是前者假設(shè)巖石破壞是由破壞是由（）引起的。A.巖石顆粒骨架破裂B.拉伸破壞C.巖石致密完整D.剪切破壞E.巖石中存在明顯節(jié)理。四、分析題:1. 兩個(gè)處于同一水平且相互平行的直徑為d的隧道，假設(shè)其圍巖處于彈性狀態(tài)，請(qǐng)問二者之間的距離應(yīng)大于多少才可認(rèn)為它們互不影響？如果兩隧道中心相距2.5d

6、，試分析（可定性）說明兩隧道之間巖體的受力狀態(tài)。2. 繪制圍巖產(chǎn)生塑性變形破壞狀態(tài)下巷道圍巖內(nèi)的應(yīng)力分布示意圖，根據(jù)應(yīng)力分布圖作圍巖劃區(qū)，并在圖上標(biāo)注名稱。3. 結(jié)合大理巖單軸壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線，分析壓密、彈性和塑性變形階段，并在曲線上標(biāo)示出初始彈模量、彈性模量和變形模量的測(cè)定方法。4. 在進(jìn)行水平巷道設(shè)計(jì)時(shí)，需要進(jìn)行巷道走向和巷道斷面布置等設(shè)計(jì)。某地質(zhì)區(qū)域的原巖應(yīng)力為1和3均為水平方向，其方位分別為南北方向和東西方向，2沿鉛垂方向，試從有利于水平巷道圍巖穩(wěn)定角度考慮，合理選取巷道走向和巷道斷面形狀及其布置。5. 試結(jié)合圍巖與支架的共同作用原理圖，分析圍巖支護(hù)原理。6. 闡述合理的支護(hù)剛度和支護(hù)

7、時(shí)間是巷道圍巖安全經(jīng)濟(jì)的重要保障。7. 對(duì)軟弱破碎巖體中的巷道圍巖，如采用錨桿支護(hù)，試解釋錨桿支護(hù)的力學(xué)作用，選取錨桿的長(zhǎng)度和布置網(wǎng)度的原則是什么？8. 為什么在一個(gè)原巖應(yīng)力不是靜水壓力狀態(tài)的巖層中，從圍巖穩(wěn)定性來看，圓形坑洞并不是理想形狀的坑洞？什么形狀并滿足什么條件才是理想的坑洞？五、計(jì)算題1 .對(duì)砂巖試件進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，測(cè)得其單軸抗壓強(qiáng)度bc=75MPa三軸壓縮試驗(yàn)表明其強(qiáng)度曲線為直線，符合莫爾-庫(kù)論理論，其傾斜角為450。試確定承受b3=10MPa的圍壓時(shí)，試件達(dá)到峰值強(qiáng)度時(shí)的軸向應(yīng)力。2 .在某礦區(qū)的巷道埋深650m其上覆巖層從上到下為：泥灰?guī)r，重度25kN/m3,埋深0750m;

8、大理巖，重度27kN/m3,埋深150450n閃長(zhǎng)巖，重度28kN/m3,埋深450m以下。已知閃長(zhǎng)巖為均質(zhì)、各向同性的線彈性體，其泊松比0.27。試求巷道所在深度巖層內(nèi)的地應(yīng)力（原巖應(yīng)力）。3 .將巖樣加工成直徑50mm高100mm試樣，然后進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，當(dāng)載荷達(dá)到500kN時(shí)，試件破壞，測(cè)得破裂面與試件軸線夾角為300。假設(shè)巖石符合莫爾-庫(kù)侖理論，試確定巖石的單軸抗壓強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角、粘結(jié)力和單軸抗拉強(qiáng)度；如用該巖石進(jìn)行三軸壓縮試驗(yàn)，試計(jì)算圍巖為10MPa時(shí)，軸壓達(dá)到多大時(shí)巖石發(fā)生破壞？4 .在地下1200m深處的各向同性巖層中開挖半徑為2.5m的水平圓形巷道，已知該巷道上覆巖層的平均密

9、度為2.9X103kg/m3,巷道所在深度區(qū)域巖層的泊松比為0.32,原巖應(yīng)力為自重應(yīng)力，巖體的粘結(jié)力10MPa內(nèi)摩擦角為450。試評(píng)價(jià)巷道圍巖的穩(wěn)定性；如圍巖發(fā)生拉伸破壞，指出拉伸區(qū)位置；如圍巖發(fā)生剪切破壞，指出剪切體的位置。5 .設(shè)有一圓形豎井，半徑為3m,穿過巖層的平均容重為27kN/m3,巖層內(nèi)無(wú)構(gòu)造應(yīng)力。計(jì)算1）距地表500m深度、距井筒中心5m處的三維應(yīng)力，已知該深度巖層的泊松比為0.3,巖層完整、均勻、各向同性；2）假設(shè)無(wú)支護(hù)，i僉算距地表500m深度井筒圍巖的穩(wěn)定性，已知該深度巖層的內(nèi)摩擦角為450、粘結(jié)力為20MPa。參考答案一、名詞解釋：1 .由結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體組成的地質(zhì)體。

10、2 .因工程開挖打破了原巖應(yīng)力平衡狀態(tài)而在其周圍一定范圍產(chǎn)生應(yīng)力重新分布的巖體。3 .隨時(shí)間的增長(zhǎng)蠕變逐漸停止的蠕變性質(zhì)。4 .剛度較小的支護(hù)，它允許圍巖適當(dāng)變形并最終使圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)。5 .物體在產(chǎn)生塑性變形的條件發(fā)生的破壞，常表現(xiàn)為隨變形的增大其應(yīng)力也增大的變形硬化階段的破壞。6 .隨時(shí)間的增長(zhǎng)蠕變逐漸停止的蠕變性質(zhì)。7 .巖石剪切變形過程中，由于產(chǎn)生與剪切方向垂直的位移和空化而使巖石體積增大的現(xiàn)象。8 .當(dāng)恒定應(yīng)力小于某一應(yīng)力值，巖石將發(fā)生穩(wěn)定蠕變，而大于該應(yīng)力值時(shí)，巖石將發(fā)生非穩(wěn)定蠕變，該應(yīng)力值即為長(zhǎng)期強(qiáng)度?；驇r石能保持長(zhǎng)期穩(wěn)定的最大恒定應(yīng)力值。9 .巖石在隨應(yīng)力增大變形減小過程產(chǎn)生

11、的破壞；或巖石塑性變形很小條件下產(chǎn)生的破壞。10 .在單軸壓縮條件下，由于上下墊板的剛度大于巖石試件的剛度，試件在壓縮下的泊桑效應(yīng)因試件端面與墊板間的摩擦而受到約束，因此在試件兩端形成錐形壓縮區(qū)，區(qū)內(nèi)巖石處于三軸壓縮狀態(tài)。11 .由于地殼造山運(yùn)動(dòng)和造陸運(yùn)動(dòng)中積累或剩余的一種分布力12 .圍巖巖體發(fā)生離層松脫之松脫體重量對(duì)支架產(chǎn)生的壓力。13 .在恒定應(yīng)力作用下物體變形隨時(shí)間而增大并最終導(dǎo)致物體發(fā)生破壞的蠕變。14 .結(jié)構(gòu)面中充填物厚度與結(jié)構(gòu)面起伏差之比15 .支護(hù)與圍巖緊密接觸共同變形過程中，圍巖對(duì)支護(hù)的擠壓力（作用力）。16 .物體能承受較大塑性變形而不喪失其承載能力的性質(zhì)。17 .材料在恒

12、定應(yīng)力作用下變形隨時(shí)間而增大的性質(zhì)。18 .巖體中結(jié)構(gòu)面及結(jié)構(gòu)體的形態(tài)及組合和排列特征。19 .三個(gè)主應(yīng)力不相等（三軸向應(yīng)力不相等）條件下的力學(xué)試驗(yàn)。20 .巖石剪切變形過程中，由于產(chǎn)生與剪切方向垂直的位移和空化而使巖石體積增大的現(xiàn)象。21 .不連續(xù)面剪切變形時(shí)，垂直位移與剪切位移之比，或剪脹角的正切。二、問答題：1 .在碎裂結(jié)構(gòu)巖體中，以一定方式布置的預(yù)應(yīng)力錨桿群，各錨桿的預(yù)應(yīng)力在錨桿兩端產(chǎn)生一個(gè)錐形壓縮區(qū)，并使其互相連接起來，兩端錐形壓縮區(qū)之間巖體受到擠壓，形成一個(gè)擠壓加固帶，這個(gè)帶內(nèi)的巖體強(qiáng)度得以提高，整體性加強(qiáng)，好似一個(gè)承載拱，可以更加充分地發(fā)揮圍巖的自承作用，如圖1所示。圖12 .不

13、連續(xù)面起伏度對(duì)不連續(xù)抗剪強(qiáng)度具有重要影響，起伏度越大，則不連續(xù)面的抗剪強(qiáng)度越大；無(wú)充填規(guī)劃齒狀不連續(xù)面抗剪強(qiáng)度公式tg（i）。3 .123條件下的巖石力學(xué)試驗(yàn)。圍壓增大，抗壓強(qiáng)度增大，變形增大，其中，塑性和彈性變形特征因巖石不同而不同；破壞形式通常由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄云茐摹? .斷層對(duì)邊坡的切割往往是邊坡破壞的主要控制因素，水則是導(dǎo)致邊坡發(fā)生破壞的直接因素。斷層與邊坡切割關(guān)系決定了邊坡的破壞形式如楔體破壞、不面破壞等，水減增大邊坡的下滑力和減小斷層的抗滑力，對(duì)邊坡起到破壞作用。5 .縱向劈裂、斜面滑移；歸結(jié)為拉伸破壞、剪切破壞。6 .為了消除端部效應(yīng)對(duì)單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)定的影響，國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)推

14、薦用高徑比為2.53.0的試件做抗壓試驗(yàn)。7 .剪切破壞、拉伸破壞；對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度理論分別為莫爾-庫(kù)論理論和格里菲斯理論。8 .隨圍壓增大，強(qiáng)度增大，塑性變形增大，總體變形增大，彈模增大，從脆性破壞轉(zhuǎn)化為塑性破壞等。9 .(1)加固圍巖：噴射混凝土或其中的水泥砂漿充填到裂隙中將裂隙和結(jié)構(gòu)體重新粘結(jié)起來，起到了良好的加固作用，提高了表面圍巖的整體性和強(qiáng)度。(2)改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)：噴射混凝土與圍巖緊密接觸，給圍巖表面提供了一個(gè)經(jīng)向抗力，使表面圍巖由二向應(yīng)力狀態(tài)變成三向應(yīng)力狀態(tài)，穩(wěn)定性得到改善。10.三種彈的確定方法如圖3所示，計(jì)算公式如下：與(1-4)1. a( V) , b( X) ; 2.初始彈

15、模反巖石初始狀態(tài)的變形特征、壓密性能和空隙性；切線彈模反映巖石的彈性性能；割線彈模反映巖石的總體變形能力。3. CF、CF;4.(1)B、(2)C;5.F、GD;6.C;7,A;8.DXB四、分析題:1 .大于5倍半徑即2.5d;當(dāng)兩隧道相距2.5時(shí)，兩隧道之間的巖體處于兩隧道開挖引起的應(yīng)力重分布范圍之內(nèi)，應(yīng)用公式：可進(jìn)行定性和定量分析。2 .繪制圍巖產(chǎn)生塑性變形破壞狀態(tài)下巷道圍巖內(nèi)的應(yīng)力分布示意圖，根據(jù)應(yīng)力分布圖作圍巖劃區(qū)，并在圖上標(biāo)注名稱。答：滿足題意的圍巖應(yīng)力分布圖及區(qū)域劃分如圖所示。圖3 .結(jié)合大理巖單軸壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線，分析壓密、彈性和塑性變形階段，并在曲線上標(biāo)示出初始彈模量、彈性模

16、量和變形模量的測(cè)定方法。答：給出壓密、彈性和塑性變形階的曲線特征和巖石結(jié)構(gòu)變化對(duì)應(yīng)關(guān)系，作出圖3示意初始彈模、彈性模量和變形模量的測(cè)定方法。計(jì)算公式如下:空=齒(17)1月鳥=盧普0-5)民=%/弓(1-5)4 .通過分析得出結(jié)論：巷道走向南北；橢圓形巷道，其長(zhǎng)軸平行鉛垂而短軸水平。5 .設(shè)坑道開挖后，周邊發(fā)生瞬時(shí)彈性位移ua（R月a）。將圍巖位移特性曲線與支架特性曲線繪在一起（如下圖），以便討論圍巖與支架的相互作用。匹-W-圖：圍巖與支護(hù)相互作用原理示意圖圖中曲線1為圍巖位移特性曲線，直線2和3分別為兩種不同剛度的支架特性曲線。由上圖可見：如果采用支架2,則支架與圍巖達(dá)到平衡時(shí)，支架所受的壓

17、力為pi,圍巖承擔(dān)的壓力為p0-pi;如果采用支架3,則支架與圍巖達(dá)到平衡時(shí)，支架所受的壓力為p2,圍巖承擔(dān)的壓力為po-p2o所謂圍巖與支護(hù)相互作用原理，就是在支護(hù)與圍巖緊密接觸的情況下，圍巖與支架共同承擔(dān)原巖作用于圍巖的壓力。支架的剛度大，則所受壓力大，圍巖自支承的壓力小；支架的剛度小，則支架所受壓力小，圍巖自支承的作用發(fā)揮更好。為了充分發(fā)揮圍巖的自支承作用，應(yīng)根據(jù)圍巖變形特性，在不使圍巖發(fā)生松脫的前提下，盡量采用柔性支架，并及早進(jìn)行支護(hù)。6 .利用圍巖支護(hù)相互作用原理進(jìn)行分析，針對(duì)如圖所示圖形圍繞支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度與支護(hù)時(shí)間等對(duì)圍巖與支護(hù)平衡點(diǎn)的影響及圍巖狀態(tài)和圍巖對(duì)支護(hù)的壓力性質(zhì)和大小進(jìn)行闡

18、述。最終得出結(jié)論：在支護(hù)與圍巖緊密接觸的情況下，圍巖與支架共同承擔(dān)原巖作用于圍巖的壓力。支架的剛度大，則所受壓力大，圍巖自支承的壓力小；支架的剛度小，則支架所受壓力小，圍巖自支承的作用發(fā)揮更好。為了充分發(fā)揮圍巖的自支承作用，應(yīng)根據(jù)圍巖變形特性，在不使圍巖發(fā)生松脫的前提下，盡量采用柔性支架，并及早進(jìn)行支護(hù)。7 .分析后確定利用錨桿群的擠壓加固作用原理支護(hù)巷道圍巖，并根據(jù)承壓拱的特征特別是其厚度要求，合理選取錨桿長(zhǎng)度和網(wǎng)度。8 .因?yàn)榉庆o水壓力條件下圓形坑洞圍巖的的應(yīng)力并不是均勻分布的，橢圓形坑洞并且最大原應(yīng)力與小應(yīng)力之比與橢圓形的長(zhǎng)軸與短之比相等則為最理想坑洞。五、計(jì)算題：1.解：已知當(dāng)30時(shí)，i=85MPa?=45°。1 sin由莫爾庫(kù)侖理論2ccos：3-1 sin1sin2ccos,求得c=?c1sin當(dāng)(T3=10MPa寸，由莫爾庫(kù)侖理論