《巖石力學(xué)》考博真題-2007年秋及答案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上重慶大學(xué)二零零七年博士生(秋季)入學(xué)考試試題科目代碼：248 （共 1 頁）考試科目：高等巖石力學(xué)專 業(yè)：采礦工程、安全技術(shù)及工程、礦物加工工程、安全管理工程、資源綜合利用工程請考生注意：答題（包括填空題和選擇題）一律答在答題紙上，答在試題上無效。一. 簡述庫侖準(zhǔn)則和莫爾假定的基本內(nèi)容，并簡要說明對其研究的工程實(shí)際意義。(20分)二. 論述巖石在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的破壞類型，并闡述其在工程巖體穩(wěn)定性研究中的意義。(20分)三. 論述影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素。(20分)四. 試述巖石的水理性。(20分)五. 試述工程巖體中的初始地應(yīng)力及其分布規(guī)律。(20分)專心-專注-專

2、業(yè)重慶大學(xué)博士生入學(xué)考試試題答案科目代碼：248 學(xué)院：資源及環(huán)境科學(xué)學(xué)院科目名稱：高等巖石力學(xué)一. 簡述庫侖準(zhǔn)則和莫爾假定的基本內(nèi)容，并簡要說明對其研究的工程實(shí)際意義。 庫侖準(zhǔn)則是1773年由庫侖引入的，他認(rèn)為趨于使一平面產(chǎn)生破壞的剪應(yīng)力受到材料的內(nèi)聚力和乘以常數(shù)的平面的法應(yīng)力的抵抗，即 | = S0 + 其中，和是該破壞平面的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力，S0可以看作是材料的固有剪切強(qiáng)度的常數(shù)，是材料的內(nèi)摩擦系數(shù)的常數(shù)。根據(jù)該理論可以推論出，當(dāng)巖石發(fā)生破壞時所產(chǎn)生的破裂面將有兩個可能的共軛破裂面，且均通過中間主應(yīng)力的方向，并與最大主應(yīng)力方向成夾角()，這里的內(nèi)摩擦角。 莫爾假定是莫爾于1900年提出的

3、一種剪切破壞理論，該理論認(rèn)為巖石受壓后產(chǎn)生的破壞主要是由于巖石中出現(xiàn)的最大有效剪應(yīng)力所引起，并提出當(dāng)剪切破壞在一平面上發(fā)生時，該破壞平面上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力由材料的函數(shù)特征關(guān)系式聯(lián)系： | = f（）按莫爾假定可以看出：巖石的破壞強(qiáng)度是隨其受力條件而變化的，周向應(yīng)力越高破壞強(qiáng)度越大；巖石在三向受壓時的破壞強(qiáng)度僅與最大和最小主應(yīng)力有關(guān)，而與中間主應(yīng)力無關(guān)；三向等壓條件下，莫爾應(yīng)力圓是法向應(yīng)力軸上的一個點(diǎn)圓，不可能與莫爾包絡(luò)線相切，因而巖石也不可能破壞；巖石的破裂面并不與巖石中的最大剪應(yīng)力面相重合，而是取決于其極限莫爾應(yīng)力圓與莫爾包絡(luò)線相切處切點(diǎn)的位置，這也說明巖石的破裂不僅與破裂面上的剪應(yīng)力有關(guān)

4、，也與破裂面上出現(xiàn)的法向正應(yīng)力和表征巖性的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角有關(guān)?？傊獱柤俣紤]了巖石的受力狀態(tài)、周向應(yīng)力約束的影響和巖石的本身性能，能較全面的反映巖石的破壞強(qiáng)度特征，但該假定忽視了中間主應(yīng)力對巖石破壞強(qiáng)度的影響，而事實(shí)證明中間主應(yīng)力對其破壞強(qiáng)度是有一定程度影響的。二. 論述巖石在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的破壞類型，并闡述其在工程巖體穩(wěn)定性研究中的意義。在關(guān)于巖石破裂的所有討論中，破裂面的性質(zhì)和描述是最重要的，出現(xiàn)的破裂類型可用下圖中巖石在各種圍壓下的行為來說明。在無圍壓受壓條件下，觀測到不規(guī)則的縱向裂縫見圖(a)，這個普通現(xiàn)象的解釋至今仍然不十分清楚；加中等數(shù)量的圍壓后，圖(a)中的不規(guī)則性態(tài)便由與

5、方向傾斜小于45度角的單一破裂面所代替圖(b)，這是壓應(yīng)力條件下的典型破裂，并將其表述為剪切破壞，它的特征是沿破裂面的剪切位移，對巖石破裂進(jìn)行分類的Griggs和Handin(1960)稱它為斷層；因為它符合地質(zhì)上的斷層作用，后來有許多作者追隨著他們；然而，更可取的似乎是限制術(shù)語斷層于地質(zhì)學(xué)范圍，保留術(shù)語剪切破裂于試驗范圍更好；如果繼續(xù)增加圍壓，使得材料成為完全延性的，則出現(xiàn)剪切破裂的網(wǎng)格圖(c)，并伴有個別晶體的塑性。破裂的第二種基本類型是拉伸破裂，它典型地出現(xiàn)于單軸拉伸中，它的特征是明顯的分離，而在表面間沒有錯動圖(d)。在較為復(fù)雜的應(yīng)力條件下出現(xiàn)的破裂，可以認(rèn)為上述類型之一或其它。如果平

6、板在線載荷之間受壓圖(e)，則在載荷之間出現(xiàn)一個拉伸破裂，如果這些載荷是由環(huán)繞材料的外套擠入材料的裂縫中引起的,則將破裂表述為侵入破裂，當(dāng)檢查圖(a)情況中的破裂面時，它們中的一些部分有剪切破裂的狀態(tài)。而其他一些部分顯然是拉伸破裂。巖石破裂中，注意力還將集中于重要的擴(kuò)容現(xiàn)象，它發(fā)生于巖石試件的單軸和三軸受壓期間通常，在三軸試驗中，圍壓是由流體通過一個剛度可忽略不計的不滲透膜來施加的，在這樣的試驗中，試件的徑間膨脹和擴(kuò)容顯然不會由于圍壓的增加而被局部或均勻地阻擋；如果試件被更多的巖石包圍，象實(shí)際情形中聽發(fā)生的那樣，那就將是這種情況，不管圍巖是否破壞，預(yù)料它所提供的阻力會有增加最小主應(yīng)力值的效應(yīng)，

7、因此趨于阻止破壞和集中破裂于有限的體積內(nèi)。三. 論述影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素回答要點(diǎn)：論述影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素很多，如水、溫度、風(fēng)化程度、加荷速度、圍壓的大小、各向異性等等，對巖石的力學(xué)性質(zhì)都有影響?，F(xiàn)分述如下：1、 水對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響。主要表現(xiàn)在連接作用、潤滑作用、水楔作用、孔隙壓力作用、溶蝕及潛蝕作用；2、 溫度對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響。隨著溫度的增高，巖石的延性加大，屈服點(diǎn)降低，強(qiáng)度也降低；3、 加荷速度對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響。隨著加荷速度的降低，巖石的延性加大，屈服點(diǎn)降低，強(qiáng)度也降低；4、 圍壓對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響。隨著溫度的增高，巖石的延性加大，屈服點(diǎn)降低，強(qiáng)度也降低；5、 風(fēng)化對

8、巖石力學(xué)性質(zhì)的影響。產(chǎn)生新的裂隙、礦物成分發(fā)生變化、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造發(fā)生變化。四. 試述巖石的水理性答：巖石遇水作用后，會引起某些物理、化學(xué)和力學(xué)等性質(zhì)的改變，水對巖石的這種作用特性稱為巖石的水理性。巖石的水理性包括吸水性、抗凍性和軟化系數(shù)三方面，現(xiàn)分述如下：所謂吸水性是指巖石吸收水分的性能，可以采用吸水率、飽水率和飽水系數(shù)來表示，即：吸 水 率： 飽 水 率： 飽水系數(shù)： 其中，W1為巖石在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下吸入水的重量，W2為巖石150個大氣壓或真空條件下吸入水的重量，Wd為巖石的干重量。所謂抗凍性就是指巖石抵抗凍融破壞的性能，它是評價巖石抗風(fēng)化穩(wěn)定性的一個重要指標(biāo)，可以采用抗凍系數(shù)來表示，即：其中，

9、為凍融實(shí)驗前巖石試件的抗壓強(qiáng)度，為凍融實(shí)驗后巖石試件的抗壓強(qiáng)度所謂軟化系數(shù)是指巖石試件在飽水狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度與在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度的比值，即：各類巖石的軟化系數(shù)大約在0.45-0.90之間。五. 試述工程巖體中的初始地應(yīng)力及其分布規(guī)律工程巖體中的初始地應(yīng)力是指未受到任何工程擾動的巖體在天然狀態(tài)下所具有的內(nèi)應(yīng)力，主要由巖體自重及地質(zhì)構(gòu)造作用所引起，地形、地質(zhì)構(gòu)造、地震力、水壓力、熱應(yīng)力等也會在一定的時間和空間范圍內(nèi)一定程度上影響到巖體中的初始地應(yīng)力。由于地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象、構(gòu)造應(yīng)力以及巖石的種類、性態(tài)等在空間分布上的不均勻性，巖體的初始地應(yīng)力狀態(tài)將會隨巖體所處的深度和位置不同而有所變化，但可以認(rèn)為任

10、一點(diǎn)處的應(yīng)力都是處于相對的平衡狀態(tài)的。工程巖體中的地應(yīng)力主要由自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力兩部分組成。自重應(yīng)力在巖體中的分布是隨深度變化大致呈線性增長的，若設(shè)在距地表深為z處的豎直方向的自重應(yīng)力為z，水平方向的自重應(yīng)力為x和y，則： 鉛垂分量 水平分量 這里，i是第i層地層的容重，Zi是第i層地層的厚度，是當(dāng)前地層的泊松比。構(gòu)造應(yīng)力是由于地球自轉(zhuǎn)角速度的變化、地球殼體繞地軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力和地幔對流等因素所引起的，所以在工程巖體中的構(gòu)造應(yīng)力是以水平應(yīng)力分量為主，其大小將因地層的褶皺、斷裂、升降等等地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象及程度不同而異。綜合大量實(shí)測資料和近代理論，初始地應(yīng)力場的一般分布規(guī)律有如下特點(diǎn)：1)初始地應(yīng)力

11、一般是三軸壓應(yīng)力狀態(tài)，且受地表地形地貌、山川河流和構(gòu)造影響，其分布往往十分復(fù)雜；2)三個主應(yīng)力的大小一般互不相等，其中兩個(近)水平方向主應(yīng)力也不相同，且最大水平主應(yīng)力的方向與區(qū)域性構(gòu)造形跡密切相關(guān)，往往是構(gòu)造應(yīng)力影響的結(jié)果；3)三個主應(yīng)力的方向一般偏離鉛垂或水平方向不大，引起偏離的主要原因是構(gòu)造、巖層傾角或局部不均質(zhì)影響；4)初始地應(yīng)力中的鉛垂應(yīng)力分量基本上等于上覆巖體的自重，它隨深度呈線性增長；5)初始地應(yīng)力的兩個近水平應(yīng)力分量分布十分復(fù)雜，因地而異，且隨深度而變化；兩個水平應(yīng)力的平均值與鉛垂應(yīng)力的比值的統(tǒng)計規(guī)律可概括為側(cè)應(yīng)力系數(shù)(平均)與深度呈雙曲線變化，越近地表平均水平應(yīng)力相對高于鉛垂

12、應(yīng)力；往下越相接近，一定深度之后變得小于鉛垂應(yīng)力。進(jìn)入到蠕變變形階段，可將蠕變變形一般可分成三個階段：(1)第一蠕變階段(AB段),也稱過渡蠕變階*段,在這個階段內(nèi),蠕變?yōu)橄蛳聫澢男螤?也就是說曲線的斜率逐漸變小，若在這一階段之中(曲線上某一點(diǎn)E)進(jìn)行卸載，則應(yīng)變沿著曲線EFG下降，最后應(yīng)變?yōu)榱恪⑵渲蠩F曲線為瞬時彈性應(yīng)變之恢復(fù)曲線，而FG曲線表示應(yīng)變隨時間逐漸恢復(fù)為零；(2)第二蠕變階段(BC段), 也稱穩(wěn)定蠕變階段，蠕變變形曲線近似一傾斜直線，即蠕變應(yīng)變率保持常量，一直持續(xù)到C點(diǎn)。若在這一階殷中進(jìn)行卸載，則應(yīng)變沿曲線HIJ逐漸恢復(fù)趨近于一漸近線，最后保留一定永久應(yīng)變;(3)第三蠕變階段(CD段),也稱加速蠕變階段，應(yīng)變率由C點(diǎn)開始迅速增加，達(dá)到D點(diǎn)，巖石即發(fā)生破壞，這一階段完成時間較短，嚴(yán)格地說，這一階段可分為兩個區(qū)間：即發(fā)育