巖石力學考試試題及復習(東拼西湊版)

《巖石力學》1研究巖石力學的意義？（1）巖石力學來源于生產(chǎn)實踐，與人類的生產(chǎn)活動緊密相關（2）巖石力學在國民經(jīng)濟建設中有廣泛的應用（水利建設、民用建筑、采礦工程、核能工業(yè)、石油工程：井壁穩(wěn)定性分析、水力壓裂、出砂預測、地層可鉆性預測鉆頭優(yōu)選、定向射孔、套管損壞機理、地面沉降。確定井壁失穩(wěn)機理和安全泥漿密度窗口。）（3）不重視巖石力學研究將造成工程事故2井壁失穩(wěn)的危害？引起井下復雜或事故（惡性卡鉆、嚴重漏失—井噴），嚴重影響鉆探速度，造成經(jīng)濟損失，影響測井、固井質量，對儲層產(chǎn)生損害，影響勘探成功率。3巖石力學：巖石力學是研究巖石力學性能的理論和應用科學，是運用力學和物理學的原理研究巖石的力學和物理性質的一門科學。4巖石：巖石是構成地殼的基本材料，是經(jīng)過地質作用而天然形成的（一種或多種）礦物集合體，具有一定的強度。5巖石分類：巖漿巖、沉積巖、變質巖6巖石力學研究對象的特點？不連續(xù)性：巖石物理力學性質呈現(xiàn)不連續(xù)變化的性質。不均勻性：指天然巖體的物理、力學性質隨空間位置不同而異的特性。各向異性：是指天然巖體的物理力學性質隨空間方位不同而異的特性，具體表現(xiàn)在它的強度及變形特性等各方面。滲透性：有壓水可以透過巖石的孔隙、裂隙而流動，巖石能透過水的能力稱為巖石的滲透性。7正斷層：上盤相對下盤向下滑動。逆斷層：斷層上盤相對下盤向上滑動。8節(jié)理：巖石中的裂隙或破裂面，沿著節(jié)理面兩側的巖塊基本沒有發(fā)生過相對位移或沒有明顯的相對位移9巖石力學研究方法：科學試驗和理論分析10巖石的組構特征及對力學性質的影響？組成巖石的礦物：硅酸鹽類礦物、粘土礦物、碳酸鹽類礦物、氧化物類礦物。組成巖石的礦物成分及其相對含量在一定程度上決定著巖石的力學性質。含硬度大的粒狀礦物愈多，巖石強度高－花崗巖、閃長巖、玄武巖。含硬度小的片狀礦物愈多，巖石強度愈低－粘土巖、泥巖。CaCO3含量愈高，強度高。泥質含量高的，力學性質差。強度上：硅質>鐵質>鈣質>泥質。粘土礦物：蒙脫石含量高→軟，易變形，易水化。伊利石含量高→硬脆，不易變形，不易水化。巖石的結構：顆粒大小強度：粗粒<細粒。顆粒形狀強度：粒狀、柱狀>片狀>鱗狀排列形式強度：等粒>不等粒微結構面：降低巖石強度，導致巖石力學性質各向異性結晶連結膠結連結：基底型、接觸型、間隙型、溶蝕型11張性破裂面：是由張力形成的，在破壞過程中，破壞面兩側巖體僅沿破裂面法向發(fā)生分離位移。剪性破裂面：是由剪應力而形成的，破裂面兩側巖體沿破裂面切線方向發(fā)生有不同程度的滑錯位移。12巖石的物理性質？物理性質是指巖石由于三相組成的相對比例關系不同所表現(xiàn)的物理狀態(tài)。（1）巖石的密度（2）巖石的孔隙性顆粒密度(ρs)：巖石固體部分的質量與其體積的比值。它不包含孔隙在內，因此其大小僅取決于組成巖石的礦物密度及其含量：ρs=ms/Vs塊體密度（或巖石密度）是指巖石單位體積內的質量，按巖石的含水狀態(tài)，又有干密度（ρd）、飽和密度（ρsat）和天然密度（ρ）之分，在未指明含水狀態(tài)時一般指巖石的天然密度。孔隙度：巖石中孔隙體積與巖石總體積之比(多用百分數(shù)表示)。一般巖石的孔隙度在0.1-0.35之間。裂隙率：巖石中各種節(jié)理、裂隙的體積與巖石總體積之比稱裂隙率?？紫侗龋簬r石中孔隙的體積與固體顆粒體積之比稱巖石的孔隙比(多以小數(shù)表示)e－孔隙比;n－孔隙度13巖石的水理性質？巖石在水溶液作用下表現(xiàn)出來的性質，稱為水理性質。主要有：1.吸水性2.軟化性3.抗凍性4.透水性吸水率(Wa)：巖石試件在大氣壓力和室溫條件下自由吸入水的質量(mw1)與巖樣干質量(ms)之比。巖石的飽和吸水率(Wp)：巖石試件在高壓(一般壓力為15MPa)或真空條件下吸入水的質量(mw2)與巖樣干質量(ms)之比。飽水系數(shù)：巖石的吸水率(Wa)與飽和吸水率(Wp)之比，稱為飽水系數(shù)。軟化性：巖石浸水飽和后強度降低的性質?？箖鲂裕簬r石抵抗凍融破壞的能力?？扇苄裕菏侵笌r石被水溶解的性能。膨脹性：巖石吸水后體積增大引起巖石結構破壞的性能稱膨脹性。崩解性：巖石被水浸泡，內部結構遭到完全破壞呈碎塊狀崩開散落的性能。14應力：正應力、剪應力。一點應力狀態(tài)有9個分量。15剪應力互等定理巖石處于靜平衡狀態(tài)—受力平衡和力矩平衡16應變：17巖石變形的概念：指巖石在任何物理因素作用下形狀和大小的變化。工程最常研究的是由于力的影響所產(chǎn)生的變形。18分類：按照巖石的應力-應變-時間關系，可將其力學屬性劃分為彈性、塑性和粘性。19彈性：一定應力范圍內，物體受外力作用產(chǎn)生變形，而去除外力后能夠立即恢復原有形狀和尺寸大小的性質20塑性：物體受力后產(chǎn)生變形，在外力去除后不能完全恢復原狀的性質21粘性：物體受力后變形不能在瞬時完成，且應變速率隨應力增加而增加的性質22空隙閉合應力：單軸壓縮狀態(tài)下使巖石中的空隙閉合的最下應力23比例彈性極限或彈性極限：應力—應變曲線保持直線關系的極限應力24屈服應力：單軸壓縮狀態(tài)下巖石出現(xiàn)塑性變形的極限應力25擴容：壓縮應力下巖石體積出現(xiàn)膨脹的現(xiàn)象稱為巖石擴容26峰值強度：單軸壓縮下巖石所能承受的最大應力成為峰值強度27變形的5個階段：①空隙壓密階段(OA)②彈性變形階段(AB)③微裂隙穩(wěn)定發(fā)展階段(BC)④微裂隙非穩(wěn)定發(fā)展階段(CD)⑤破壞后階段(DE)28變形模量：是指單軸壓縮條件下，軸向壓應力與軸向應變之比。應力-應變曲線為直線型，這時變形模量又稱為彈性模量29側脹系數(shù)：是指單軸壓縮條件下，徑向應變與軸向應變之比。應力-應變曲線為直線型，這時側脹系數(shù)又稱為泊松比30圍壓對變形破壞的影響：巖石破壞前應變峰值強度隨s3增大而增大隨s3增大巖石變形模量增大，軟巖增大明顯，致密的硬巖增大不明顯隨s3增大，巖石的塑性不斷增大，隨s3增大到一定值時，巖石由彈脆性轉變?yōu)樗苄?。這時，s3的大小稱為“轉化壓力”。隨s3的增大，巖塊從脆性劈裂破壞逐漸向塑性剪切及塑性流動破壞方式過渡。31巖石的流變性主要包括以下幾個方面：蠕變：在恒定應力條件下，變形隨時間逐漸增長的現(xiàn)象松弛：應變一定時，應力隨時間逐漸減小的現(xiàn)象流動特征：指時間一定時，應變速率與應力的關系長期強度：指長期荷載（應變速率小于10-6／s）作用下巖石的強度32蠕變劃分為三個階段：初始蠕變階段（減速蠕變階段）、等速蠕變階段（穩(wěn)定蠕變階段)、加速蠕變階段33Maxwell模型蠕變方程：松馳方程：性質：有彈性變形、粘性流動，有松馳34kelvin模型蠕變方程：卸載蠕變方程（后效）：描述的性質：a.無瞬時彈性變形b.無粘性流動（無永久變形）c.有彈性后效d.無松弛35巖石破壞的形式主要有：1脆性破壞（*拉伸破壞*剪切破壞）2延性破壞36脆性破壞：巖石在荷載作用下沒有顯著覺察的變形就突然破壞。37延性破壞：巖石在破壞之前變形很大，且沒有明顯的破壞荷載，表現(xiàn)出顯著的塑性變形，流動或擠出，這種破壞稱為延性或韌性破壞。38巖石強度：巖石的強度是指荷載作用下巖石的抵抗破壞的能力。39巖石試樣的破壞形式：劈裂破壞、剪切破壞、延性破壞40巖石抗壓強度的影響因素：（1）巖石自身性質的因素巖石自身的性質（礦物組成、顆粒大小及形狀、粒間連接、結構特征、微結構面、風化程度）對其抗壓強度起決定作用（2）試驗條件方面的因素①試樣的的幾何形狀及加工精度；②加載速率；③端面條件-端面效應；⑤層理結構-取心方式（3）環(huán)境的影響—溫度和濕度的影響41巖石的強度準則：表征巖石破壞條件的應力狀態(tài)與巖石強度參數(shù)間的函數(shù)關系，稱為破壞判據(jù)或稱強度準則、強度判據(jù)。42聲波時差測井、伽瑪測井43測井資料解釋巖石力學參數(shù)-彈性參數(shù)巖石抗壓強度：GR測井數(shù)據(jù)確定泥質含量：GCUR—希爾奇指數(shù)，老地層2，第三系地層3.7抗拉強度：粘聚力：內摩擦角：44由鉆井液柱壓力P引起的應力：45直井井眼周圍地層應力狀態(tài)46直井井眼周圍應力分布的特點是什么？47天然應力：人類工程活動之前，天然狀態(tài)下，巖體內部存在的應力，稱為巖體天然應力或巖體初始應力，有時也稱為地應力。48重布應力：人類進行工程建設將引起一定范圍內巖體初始應力的改變，工程建設擾動后的巖體應力稱為重布應力或二次應力。49進行地應力研究的意義：是所有地質力學問題中重要的初始條件；是勘探、鉆井及油藏等石油工程的重要參數(shù)；是鉆井工程中井壁穩(wěn)定分析的重要參數(shù)；是采油工程中出砂防砂分析的重要參數(shù)；是油氣層增產(chǎn)改造措施制定的重要參數(shù)；50水平主應力的求取：在沉積巖中，地應力的大小一般應用下述方法獲得：構造地質力學方法、水力壓裂法、室內巖心試驗法、建立在測井資料上的方法地應力的方向一般用下述方法獲得：井壁崩落橢圓法、壓裂井井下電視法51出砂：是指在油氣開采過程中砂粒隨流體從油層中運移出來的現(xiàn)象。52出砂的危害：減產(chǎn)或停產(chǎn)作業(yè)、地面和井下設備磨蝕、套管損壞，油井報廢、安全及環(huán)境問題53出砂的三種類型：不穩(wěn)定出砂、連續(xù)性出砂、突發(fā)性大量出砂54出砂來源：充填砂、骨架砂55出砂預測技術：出砂可能性的預測、出砂壓差的預測、儲層壓力衰竭對出砂臨界壓差的影響、出砂量預測技術聲波時差法B指數(shù)法Schlumberger指數(shù)法56出砂可能性的預測：孔隙度法、巖石剪切模量與體積壓縮系數(shù)比法、組合模量法57水力壓裂讀圖計算58坍塌及破裂壓力推導計算1.什么叫巖石？什么叫巖體？它們之間的區(qū)別何在？答：巖石，是組成地殼的基本物質，它是由礦物或巖屑在地質作用下按一定規(guī)律凝聚而成的自然地質體。巖體，是指一定工程范圍內的自然地質體，它經(jīng)歷了漫長的自然歷史過程，經(jīng)受了各種地質作用，并在地應力的長期作用下，在其內部保留了各種永久變形和各種各樣的地質構造形跡（不整合、褶皺、斷層、層里、節(jié)理、劈理等不連續(xù)面。巖石和巖體的重要區(qū)別就是巖體包含若干連續(xù)面，巖體的強度遠低于巖石強度。2.巖石按照成因分成哪幾類？其各自的成因及特征是什么?試舉出幾種巖石實例。答：按照成因，巖石可分成巖漿巖、沉積巖、變質巖三大類。巖漿巖是由巖漿冷凝而成的巖石。組成巖漿巖的各種礦物化學成分和物理性質較為穩(wěn)定，它們之間的連接是牢固的，具有較高的力學強度和均勻性（橄欖巖、流紋巖）。沉積巖是由母巖在地表經(jīng)風化剝蝕而產(chǎn)生的物質，通過搬運、沉積、和固結作用而形成的巖石。沉積巖的物理力學特性與礦物和巖屑的成分，膠結物的性質有很大關系，另外，沉積巖具有層理構造（礫巖、頁巖、泥巖）。變質巖是由巖漿巖、沉積巖甚至變質巖在地殼中受到高溫、高壓及化學活動性流體的影響下發(fā)生編制而形成的巖石。它的物理性質與原巖的性質、變質作用的性質和變質程度有關（片麻巖、板巖、大理巖）。3.什么叫巖石力學？其研究內容是什么？研究方法有哪些？答：巖石力學是研究巖石及巖體在各種不同受力狀態(tài)下產(chǎn)生變形和破壞的規(guī)律，并在工程地質定性分析的基礎上定量地分析巖體穩(wěn)定性的一門學科。巖石力學研究的內容：(1)基本原理，包括巖石的破壞、斷裂、蠕變及巖石內應力、應變理論等的研究；（2）實驗室試驗和現(xiàn)場原位試驗，包括各種靜力和動力方法，以確定巖塊和巖體在靜力和動力作用下的性狀及tanti內的初始應力；（3）在實際應用方面，包括地表巖石地基的穩(wěn)定和變形問題、巖石邊坡的穩(wěn)定性等問題的研究。研究方法有科學實驗和理論分析相結合的方法。4.巖石的物理性質指標主要有哪些？它們是如何定義的？答：質量密度（單位體積的質量）；重度（單位體積的重量）；相對密度（巖石的干重量除以巖石的實體積所得的量與1個大氣壓下4攝氏度5.巖石的容重、密度取決于何種因素？與巖石的力學性質有何相關性？答：巖石的容重、密度取決于組成巖石的礦物成分、孔隙大小以及含水量。巖石的重度在一定程度上反映出巖石力學性質的優(yōu)劣，通常巖石的重度愈大，其力學性質愈好。6.巖石的比重取決于何種因素？答：巖石的比重取決于組成巖石的礦物的相對密度，巖石中重礦物越多其比重越大，大部分巖石比重介于2.50~2.80之間。7.巖石含空隙指標與巖石力學性質有何關系？答：巖石含空隙指標值越大巖石力學性質就越差。8.巖石的吸水率取決于何種因素？與巖石力學性質有何關系？答：巖石吸水率大小取決于巖石中孔隙數(shù)量多少和細微裂隙的連通情況。吸水率愈大，巖石的力學性能就愈差。9.巖石的飽水指標與巖石的抗凍性有何相關性？答：巖石飽水指標反映巖石中張開型裂隙和孔隙的發(fā)育情況，對巖石的抗凍性有較大影響。飽水系數(shù)(吸水率與飽水率百分比)一般在0.5~0.8之間。試驗表明，飽水系數(shù)<91%時，可免遭凍脹破壞。10.巖石的軟化、膨脹和崩解的機理是什么？它們與巖石的力學性質有何關系？答：巖石的軟化機理，由于水分子進入顆粒間的間隙而消弱了顆粒間的聯(lián)結造成的；崩解機理，由于水花過程中消弱了巖石內部結構的聯(lián)結引起的；膨脹機理，經(jīng)水化作用后相鄰顆粒間產(chǎn)生的契劈效應，當契劈作用力大于結構聯(lián)結力，巖石顯示膨脹性。巖石的軟化、崩解和膨脹性質越好，巖石力學性質就越差。11.試推導用巖石的干容重、比重和水的容重表示巖石的空隙率和空隙比。答：已知巖石干容重；比重；水的容重據(jù)土力學公式：空隙比e=；空隙率12、巖石的吸水性與空隙率有什么關系？

答案：因為巖石中包含空隙，才導致巖石吸水性的存在?？障对蕉?，吸水性越明顯。巖石的吸水率是在常溫常壓下進行的，水只能進入大開空隙，而小開空隙和閉空隙水不能進入，因此它與大開空隙率有關。巖石的飽和吸水率在高壓(或真空)條件下浸水，一般認為水能進入所有開空隙中，因此它與開空隙率有關。13.試推導巖石吸水率與巖石大開空隙率的關系。解：設巖石的大開空隙率，大開空隙體積占總空隙體積的百分比為k，巖石相對密度為，則巖石吸水率與大開空隙率的關系表示如下：14.試推導巖石飽水率與巖石開型空隙率的關系。解：通常認為，在高壓條件下水能進入巖樣所有敞開的空隙中。所以，由上題可知，巖石飽和吸水率與開型空隙率的關系如下（為巖石相對密度，為大開空隙率）：15.何謂巖石強度，取決于哪些因素？答：巖石在荷載作用下破壞時所承受的最大荷載應力稱為巖石的強度。巖石的強度決定于很多因素，巖石結構、風化程度、水、溫度、圍壓大小、各向異性等都影響巖石的強度。16.表示巖石強度的指標主要有哪些？格式如何定義的？答：巖石的強度指標主要有抗壓強度、抗剪強度、抗拉強度。其中，抗壓強度包括單軸抗壓強度（巖石試件在單軸壓力作用下所能承受的最大壓力）、三軸抗壓強度（巖石試件在三個方向應力作用下的強度）；抗剪強度（巖石抵抗剪切破壞的極限能力）；抗拉強度（巖石試件在單軸拉力作用下抵抗破壞的極限能力）。17.巖石的抗壓、抗拉、抗剪指標試驗方法各有哪些，有何優(yōu)缺點？答：抗壓指標試驗方法有直接單軸抗壓試驗，普通三軸試驗和真三軸試驗?？估笜嗽囼炗兄苯涌估囼灒ㄈ秉c：試樣制備困難，且不易與拉力機固定），霹靂法（優(yōu)點：簡單易行，只要有普通壓力機就可以進行試驗）?？辜糁笜嗽囼灧椒ㄓ兄苯蛹羟性囼灒ㄈ秉c：強度曲線并不是絕對嚴格的直線），契形剪切試驗，三軸壓縮試驗（優(yōu)點：結果較精確）。18.試件的大小、形狀是如何影響巖石的力學性質的？原因是什么？答：試件的形狀、和尺寸大小對強度的影響主要表現(xiàn)在高徑比或高寬比和橫斷面積上。試件太長、高徑比太大，會由于彈性不穩(wěn)定提前發(fā)生破壞，降低巖石的強度。試件太短，又會由于試件端面與承壓板之間出現(xiàn)的摩擦力會阻礙試件的橫向變形，使試件內部產(chǎn)生約束效應，以致增大巖石的試驗強度。試件橫斷面積減小，會相應地增大端部約束效應，因而強度也會有所提高。19.影響巖石單軸抗壓強度有哪些？答：試件的形狀、尺寸、加載速率、加壓板與試件之間產(chǎn)生的摩擦力。巖石力學考試試題

2、巖體的尺寸效應是指（

）。

（A）巖體的力學參數(shù)與試件的尺寸沒有什么關系

（B）巖體的力學參數(shù)隨試件的增大而增大的現(xiàn)象

（C）巖體的力學參數(shù)隨試件的增大而減少的現(xiàn)象

（D）巖體的強度比巖石的小3、影響巖體質量的主要因素為（

）。

（A）巖石類型、埋深

（B）巖石類型、含水量、溫度

（C）巖體的完整性和巖石的強度

（D）巖體的完整性、巖石強度、裂隙密度、埋深

4、我國工程巖體分級標準中巖石的堅硬程序確定是按照（

）。

（A）巖石的飽和單軸抗壓強度

（B）巖石的抗拉強度

（C）巖石的變形模量

（D）巖石的粘結力

5、下列形態(tài)的結構體中，哪一種具有較好的穩(wěn)定性？（

）

（A）錐形（B）菱形（C）楔形（D）方形1、A

2、C

3、C

4、A

5、D

6、A

7、C

8、B

9、A

10、D

6、沉積巖中的沉積間斷面屬于哪一種類型的結構面？（

）

（A）原生結構面（B）構造結構面

（C）次生結構面

7、巖體的變形和破壞主要發(fā)生在（

）

（A）劈理面（B）解理面（C）結構

（D）晶面

8、同一形式的結構體，其穩(wěn)定性由大到小排列次序正確的是（

）

（A）柱狀>板狀>塊狀

（B）塊狀>板狀>柱狀

（C）塊狀>柱狀>板狀

（D）板狀>塊狀>柱狀

9、不同形式的結構體對巖體穩(wěn)定性的影響程度由大到小的排列次序為（

）

（A）聚合型結構體>方形結構體>菱形結構體>錐形結構體

（B）錐形結構體>菱形結構體>方形結構體>聚合型結構體（C）聚合型結構體>菱形結構體>文形結構體>錐形結構體

（D）聚合型結構體>方形結構體>錐形結構體>菱形結構體

10、巖體結構體是指由不同產(chǎn)狀的結構面組合圍限起來，將巖體分割成相對的完整堅硬的單無塊體，其結構類型的劃分取決于（

）

（A）結構面的性質（B）結構體型式

（C）巖石建造的組合（D）三者都應考慮

1、A

2、C

3、C

4、A

5、D

6、A

7、C

8、B

9、A

10、D選擇題

1、在我國工程巖體分級標準中，軟巖表示巖石的飽和單軸抗壓強度為（

）。

（A）15~30MPa

（B）<5MPa

（C）5~15MPa

（D）<2MPa

2、我國工程巖體分級標準中巖體完整性確定是依據(jù)（

）。

（A）RQD

（B）節(jié)理間距

（C）節(jié)理密度

（D）巖體完整性指數(shù)或巖體體積節(jié)理數(shù)

3、在我國工程巖體分級標準中，較完整巖體表示巖體的完整性指數(shù)為（

）。

（A）0.55~0.35

（B）0.35~0.15

（C）>0.55

（D）0.75~0.55

4、在我國工程巖體分級標準中，巖體基本質量指標是由哪兩個指標村確定的？（

）。

（A）RQD和節(jié)理密度

（B）巖石單軸飽和抗壓強度和巖體的完整性指數(shù)

（C）地下水和RQD

（D）節(jié)理密度和地下水

5、我國工程巖體分級標準中是根據(jù)哪些因素對巖石基本質量進行修正的？（

）。

①地應力大??；

②地下水；

③結構面方位；

④結構面粗糙度。

（A）①，④

（B）①，②

（C）③

（D）①，②，③

6、某巖石、實測單軸飽和抗壓強度RC=55MPa，完整性指數(shù)KV=0.8，野外鑒別為原層狀結構，結構面結合良好，錘擊清脆有輕微回彈，按工程巖

體分級標準確定該巖石的基本質量等級為（

）

（A）I級（B）II級（C）III級（D）IV級

問答題

1、為什么要進行工程巖體分類？1、C

2、D

3、D

4、B

5、D

6、B

選擇題

1、初始地應力主要包括（

）。

（A）自重應力

（B）構造應力

（C）自重應力和構造應力

（D）殘余應力

2、初始地應力是指（

）。

（A）未受開挖影響的原始地應力

（B）未支護時的圍巖應力

（C）開挖后巖體中的應力

（D）支護完成后圍巖中的應力3、構造應力的作用方向為（

）。

A、鉛垂方向

B、近水平方向

C、斷層的走向方向

D、傾斜方向

4、下列關于巖石初始應力的描述中，哪個是正確的？（

）。

（A）垂直應力一定大于水平應力

（B）構造應力以水平應力為主

（C）自重應力以壓應力為主

（D）自重應力和構造應力分布范圍基本一致5、如果不時行測量而想估計巖體的初始應力狀態(tài)，則一般假設側壓力系數(shù)為下列哪一個值比較好？（

）

（A）0.5（B）1.0（C）<1（D）>1

6、測定巖體的初始應力時，最普遍采用的方法是（

）

（A）應力恢復（B）應力解除法

（C）彈性波法（D）模擬試驗1、C

2、A

3、B

4、B

5、B

6、B

選擇題

1、在工程實踐中，洞室圍巖穩(wěn)定性主要取決于（

B

）。

（A）巖石強度

（B）巖體強度

（C）結構體強度

（D）結構面強度

計算題

7.1解釋巖體原始應力﹑二次應力﹑圍巖壓力。

7.2某直墻型隧道處于Ⅳ類圍巖，浄寬5.5m，浄高7.4m，圍巖容重

r=20

，適用鐵路隧道計算方法確定圍巖壓力。

7.3一直墻型隧道建于軟弱破碎巖體中，埋深40m,圍巖巖石容重

r=23

內摩檫角

q=36

,巖石抗壓強度R=8Mpa,隧道寬6m,高8m,使用泰沙基理論和普氏理論確定圍巖壓力。

7.4Ⅲ類圍巖中的一直墻型隧道，埋深26m,圍巖容重22，

計算內摩擦角30度，隧道寬6m,高8m。試按淺埋隧道確定圍巖壓力。1.1巖石與巖體的關系是（

B

）。（A）巖石就是巖體

（B）巖體是由巖石和結構面組成的（C）巖體代表的范圍大于巖石

（D）巖石是巖體的主要組成部分1.2大部分巖體屬于（

D

）。（A）均質連續(xù)材料

（B）非均質材料

（C）非連續(xù)材料

（D）非均質、非連接、各向異性材料2.1巖石的彈性模量一般指（

B

）。（A）彈性變形曲線的斜率

（B）割線模量（C）切線模量

（D）割線模量、切線模量及平均模量中的任一種2.2巖石的割線模量和切線模量計算時的應力水平為（

D

）。（A）

B、

（C）

（D）2.3由于巖石的抗壓強度遠大于它的抗拉強度，所以巖石屬于（

B

）。（A）脆性材料

（B）延性材料（C）堅硬材料

（D）脆性材料，但圍壓較大時，會呈現(xiàn)延性特征2.4剪脹（或擴容）表示（

D

）。（A）巖石體積不斷減少的現(xiàn)象

（B）裂隙逐漸閉合的一種現(xiàn)象（C）裂隙逐漸漲開的一種現(xiàn)象

（D）巖石的體積隨壓應力的增大逐漸增大的現(xiàn)象2.5剪脹（或擴容）發(fā)生的原因是由于（

D

）。（A）巖石內部裂隙閉合引起的

（B）壓應力過大引起的（C）巖石的強度大小引起的

（D）巖石內部裂隙逐漸張開的貫通引起的2.6巖石的抗壓強度隨著圍巖的增大（A

）。（A）而增大

（B）而減小

（C）保持不變

（D）會發(fā)生突變2.7劈裂試驗得出的巖石強度表示巖石的（

B

）。（A）抗壓強度

（B）抗拉強度

（C）單軸抗拉強度

（D）剪切強度9、格里菲斯強度準則不能作為巖石的宏觀破壞準則的原因是（D）。（A）它不是針對巖石材料的破壞準則（B）它認為材料的破壞是由于拉應力所致（C）它沒有考慮巖石的非均質特征（D）它沒有考慮巖石中的大量身長裂隙及其相互作用10、巖石的吸水率是指（B）。（A）巖石試件吸入水的重量和巖石天然重量之比（B）巖石試件吸入水的重量和巖石干重量之比（C）巖石試件吸入水的重量和巖石飽和重量之比（D）巖石試件天然重量和巖石飽和重量之比11、已知某巖石飽水狀態(tài)與干燥狀態(tài)的抗壓強度之比為0.72，則該巖石（A）。（A）軟化性強，工程地質性質不良（B）軟化性強，工程地質性質較好（C）軟化性弱，工程地質性質較好（D）軟化性弱，工程地質性質不良12、當巖石處于三向應力狀態(tài)且比較大的時候，一般應將巖石考慮為（B）。（A）彈性體（B）塑性體（C）彈塑性體（D）完全彈性體13、在巖石抗壓強度試驗中，若加荷速率增大，則巖石的抗壓強度（A）。（A）增大（B）減小（C）不變（D）無法判斷14、按照庫侖—莫爾強度理論，若巖石強度曲線是一條直線，則巖石破壞時破裂面與最大主應力作用方向的夾角為（C）。（A）45°（B）45°+φ/2（C）45°-φ/2（D）60°15、在巖石的含水率試驗中，試件烘干時應將溫度控制在（D）。（A）95~105℃（B）100~105（C）100~110℃（D）105~16、按照格理菲斯強度理論，脆性巖體破壞主要原因是（A）。（A）受拉破壞（B）受壓破壞（C）彎曲破壞（D）剪切破壞

17、在缺乏試驗資料時，一般取巖石抗拉強度為抗壓強度的（B）（A）1/2~1/5（B）1/10~1/50（C）2~5倍（D）10~50倍

18、某巖石試件相對密度ds=2.60，孔隙比e=0.05，則該巖石的干密度ρd為（D）（A）2.45（B）2.46（C）2.47（D）2.4819、下列研究巖石彈性、塑性和粘性等力學性制裁的理想力學模型中，哪一種被稱為凱爾文模型？（C）（A）彈簧模型（B）緩沖模型（C）彈簧與緩沖器并聯(lián)（D）彈簧與緩沖器串聯(lián)2、巖體的尺寸效應是指（C）。（A）巖體的力學參數(shù)與試件的尺寸沒有什么關系（B）巖體的力學參數(shù)隨試件的增大而增大的現(xiàn)象（C）巖體的力學參數(shù)隨試件的增大而減少的現(xiàn)象（D）巖體的強度比巖石的小3、影響巖體質量的主要因素為（C）。（A）巖石類型、埋深（B）巖石類型、含水量、溫度（C）巖體的完整性和巖石的強度（D）巖體的完整性、巖石強度、裂隙密度、埋深5、下列形態(tài)的結構體中，哪一種具有較好的穩(wěn)定性？（D）（A）錐形（B）菱形（C）楔形（D）方形7、巖體的變形和破壞主要發(fā)生在（C）（A）劈理面（B）解理面（C）結構（D）晶面8、同一形式的結構體，其穩(wěn)定性由大到小排列次序正確的是（B）（A）柱狀>板狀>塊狀（B）塊狀>板狀>柱狀（C）塊狀>柱狀>板狀（D）板狀>塊狀>柱狀9、不同形式的結構體對巖體穩(wěn)定性的影響程度由大到小的排列次序為（A）（A）聚合型結構體>方形結構體>菱形結構體>錐形結構體（B）錐形結構體>菱形結構體>方形結構體>聚合型結構體（C）聚合型結構體>菱形結構體>文形結構體>錐形結構體（D）聚合型結構體>方形結構體>錐形結構體>菱形結構體10、巖體結構體是指由不同產(chǎn)狀的結構面組合圍限起來，將巖體分割成相對的完整堅硬的單無塊體，其結構類型的劃分取決于（D）（A）結構面的性質（B）結構體型式（C）巖石建造的組合（D）三者都應考慮3、構造應力的作用方向為（B）。A、鉛垂方向B、近水平方向C、斷層的走向方向D、傾斜方向4、下列關于巖石初始應力的描述中，哪個是正確的？（B）。（A）垂直應力一定大于水平應力（B）構造應力以水平應力為主（C）自重應力以壓應力為主（D）自重應力和構造應力分布范圍基本一致

5、如果不時行測量而想估計巖體的初始應力狀態(tài)，則一般假設側壓力系數(shù)為下列哪一個值比較好？（B）（A）0.5（B）1.0（C）<1（D）>16、測定巖體的初始應力時，最普遍采用的方法是（B）（A）應力恢復（B）應力解除法（C）彈性波法（D）模擬試驗3.1

某均質巖體的縱波波速是，橫波波速是，巖石容重，求巖體的動彈性模量，動泊松比和動剪切模量。解：彈性理論證明，在無限介質中作三維傳播時，其彈性參數(shù)間的關系式如下：

動泊松比

動彈性模量

動剪切模量G，按公式

3.2

求在自重作用下地殼中的應力狀態(tài)：如果花崗巖，泊松比，則一公里深度以下的應力是多少？解：因為地殼厚度比地球半徑小的多。在局部地區(qū)可以把地表看作一個半平面，在水平方向為，深度也無限?，F(xiàn)考慮地面下深度Z處的一個微小單元體。它受到在它上邊巖、土體重量的壓力。在單位面積上，這個重量是，其中，是它上面物體的體積，是物理單位體積的重量，因此：

如果單元體四周是空的，它將向四周膨脹，當由于單元體四周也都在自重作用下，相互作用的影響使單元體不能向四周擴張。即；

解之，則得：對于花崗巖，，一公里深度以下的應力為：由此可見，深度每增加一公里，垂直壓力增加，而橫向壓力約為縱向壓力的三分之一。6.1設某花崗巖埋深一公里，其上復蓋地層的平均容重為，花崗巖處于彈性狀態(tài)，泊松比。該花崗巖在自重作用下的初始垂直應力和水平應力分別為（）。（A）2600和867（B）26000和8667（C）2600和866（D）2600和866.7解答（1）垂直應力計算（2）水平應力計算其中：側壓力系數(shù)的大小與巖體的性質有關，當巖體處于彈性狀態(tài)時，采用彈性力學公式；當巖體比較破碎時，采用松散介質極限平衡理論公式；當巖體處于潛塑狀態(tài)時，采用海姆公式。因為本題巖體處于彈性狀態(tài)，所以采用彈性力學公式，側壓力系數(shù)為所以：可見，本題的正確答案為（B）1.圣維南原理：如果把物體的一小部分邊界上的面力，變換為分布不同但靜力等效的面力（主矢量相同，對于同一點的主矩也相同），那么，近處的應力分布將有顯著的改變，但遠處所受的影響可以不計。2.逆解法：先設定各種形式的、滿足相容方程的應力函數(shù)，并求出應力分量；然后再根據(jù)應力邊界條件和彈性體的邊界形狀，看這些應力分量對應于邊界上什么樣的面力，從而得知所選取的應力函數(shù)可以解決的問題。6.結構面線連續(xù)性系數(shù)：沿結構面延伸方向上，結構面各段長度之和與測線長度的比值。8.支承壓力：在巖體內開掘巷道后，巷道圍巖必然出現(xiàn)應力重新分布，一般將巷道兩側改變后的切向應力增高部分稱為支承壓力。9.構造應力：由地質構造運動而引起的地應力。10.地應力的間接測量法：借助某些傳感元件或某些媒介，測量和記錄巖體中某些與應力有關的間接物理量的變化，如巖體中的變形或應變，巖體的密度、滲透性、吸水性、電磁、電阻、電容的變化，彈性波傳播速度的變化等，然后由測得的間接物理量的變化，通過已知的公式計算出巖體中的應力值。2.將某一巖石試件進行單軸壓縮實驗，其壓應力達到28MPa時發(fā)生破壞，破壞面與水平面的夾角為60°，設該巖石滿足摩爾-庫侖破壞準則，（1）試求該巖石的內摩擦角和粘聚力C，寫出摩爾-庫侖方程式？（2）畫出此受力狀態(tài)時的摩爾-庫侖破壞準則示意圖。解：（1）根據(jù)摩爾-庫侖破壞準則知巖石破壞時的破壞面與水平面的夾角為，并由題意知，所以得巖石的內摩擦角。再由摩爾-庫侖破壞準則知巖石破壞時主應力符合，由題意知巖石單軸壓縮實驗時，，繼而求得。即得摩爾-庫侖方程式為。（2）3.在地下400m深處，掘進一個圓形巷道，斷面半徑為5m，覆蓋巖層的容重，側壓力系數(shù)為1，試求：（1）求離巷道壁面2m處圍巖的徑向應力和環(huán)向應力大?。浚?）繪出巷道頂板中線和側壁中線處的和曲線圖。解：（1）由題意知該巷道處的垂直應力，并由側壓力系數(shù)為1，得水平應力。由此得該圓形巷道處于靜水壓力下，此時圍巖的徑向應力和環(huán)向應力表達式為：再由題意知，式中原始應力，斷面半徑，離巷道壁面2m處圍巖即為距巷道中心距離，代入上式得，。1.巖石力學：巖石力學是研究巖石的力學性質的一門理論和應用科學，是探討巖石對周圍物理環(huán)境中力場的反應。2.半逆解法：針對所要求解的問題，根據(jù)彈性體的邊界形狀和受力情況，假設部分或全部應力分量的函數(shù)形式，并從而推出應力函數(shù)的形式，然后代入相容方程，求出應力函數(shù)的具體表達式，再由應力函數(shù)求得應力分量，并考察這些應力分量能否滿足全部應力邊界條件（對于多連體，還須滿足位移單值條件）。如果所有條件都能滿足，自然得出的就是正確解答。如果某方面的條件不能滿足，就要另作假設，重新進行求解。6.變形模量：在應力—應變曲線上的任何點與坐標原點相連的割線斜率，表示該點所代表的應力的變形模量。7.巖體結構：巖體中結構面與結構體形態(tài)和組合的特征。9.支承應力：在巖體內開掘巷道后，巷道圍巖必然出現(xiàn)應力重新分布，一般將巷道兩側改變后的切向應力增高部分稱為支承壓力。10.地應力的直接測量法：由測量儀器直接測量和記錄各種應力量，如補償應力、恢復應力、平衡應力，并由這些應力量和原巖應力的相互關系，通過計算獲得原巖應力值。1.將某一巖石試件進行單軸壓縮實驗，其壓應力達到40MPa時發(fā)生破壞，破壞面與水平面的夾角為60°設該巖石滿足摩爾-庫侖破壞準則，試求：（1）該巖石的內摩擦角和粘聚力C？（2）當對其進行三軸壓縮實驗，圍壓為10MPa時，軸向壓應力達到多少時巖石破壞？解：（1）根據(jù)摩爾-庫侖破壞準則知巖石破壞時的破壞面與水平面的夾角為，并由題意知，所以得巖石的內摩擦角。再由摩爾-庫侖破壞準則知巖石破壞時主應力符合，由題意知巖石單軸壓縮實驗時，，繼而求得。（2）當進行三軸實驗時，，由摩爾-庫侖破壞準則知巖石破壞時主應力符合，即求得，即軸向壓應力達到70MPa時巖石破壞。2.在地下600m處，掘進一圓形巷道，斷面半徑為3m，覆蓋巖層的容重，側壓力系數(shù)為1，試求：（1）求離巷道壁面4m處圍巖的徑向應力和環(huán)向應力大?。浚?）繪出巷道頂板中線和側壁中線處的和曲線圖。解：（1）由題意知該巷道處的垂直應力，并由側壓力系數(shù)為1，得水平應力。由此得該圓形巷道處于靜水壓力下，此時圍巖的徑向應力和環(huán)向應力表達式為：再由題意知，式中原始應力，斷面半徑，離巷道壁面4m處圍巖即為距巷道中心距離，代入上式得，。（2）簡答題（5×4′）什么是巖石的全應力應變曲線？巖石在單周壓縮荷載作用下，應變隨應力變化的關系曲線，包括（1）空隙裂隙壓密階段；（2）彈性變形階段；（3）微彈性裂隙穩(wěn)定發(fā)展階段；（4）非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段；（5）破壞后階段。巖石的蠕變？巖石的應力保持不變，應變隨時間增加而增長的現(xiàn)象。巖體的結構面？是指地質過程中在巖體內形成的具有一定的延伸方向和長度、厚度相對較小的地質面或帶，又稱為不連續(xù)面或帶。4、RQD法？取值方法？鉆探取芯的巖芯完整程度與巖體的原始裂隙、硬度、均質性等狀態(tài)相關，鉆探取芯的巖芯復原率（巖芯采取率）可表征掩體質量，該表征指標稱之為巖體質量指標（RQD）;RQD=Lp/L×100%(Lp:大于10cm的巖芯累計長度；L：巖芯取芯進尺總長度。地應力？地應力是指存在于地層中未受擾動的天然應力，也稱原巖應力、巖體初始應力或絕對應力。巖石的滲透性？巖石在一定的水力梯度（I）或壓力差作用下，水滲透或穿透巖石的能力。7、巖爆？處于高地應力狀態(tài)下的圍巖，在地下洞室開挖過程中，由于洞室周圍應力集中而引起巖體貯存大量的彈性應變能得到突然釋放，致使圍巖向著臨空方向產(chǎn)生脆性爆裂以彈性迸發(fā)出聲響的一種動力地質現(xiàn)象。8、巖石的松弛？是指應變保持不變時，應力隨時間的增加而減小的現(xiàn)象。新奧法？在巖體或土體中設置的以使地下洞室的周圍巖體形成一個中空筒狀支撐環(huán)結構為目的地設計施工方程，利用圍巖的自承作用支撐隧道。二、簡答題（6×6′）1、巖石與巖體的區(qū)別與聯(lián)系。巖石是由礦物+巖屑在地質作用下按一定規(guī)律聚集而成德自然物體，巖體是由巖石、地質部連續(xù)面和不連續(xù)面內填充物組合成的天然地質體，巖體由于結構面的存在強度遠低于巖石的強度。2、巖石的強度有哪幾種類型；由那幾個實驗確定其特征值?巖石的強度有：單軸抗壓強度（單軸壓縮實驗）、抗拉強度(直接拉伸試驗法，劈裂試驗法，點載荷試驗法，抗彎法試驗)、抗剪強度（抗剪斷試驗）、三軸抗壓強度（真三軸加載實驗，常規(guī)三軸加載實驗）。3、巖體的變形曲線可以分成哪幾種類型；各有什么特點？（1）巖體壓縮變形曲線，特點：巖體的破壞過程一般呈柔性特征，通常巖體完整性越差，巖體越破碎，盈利下降就越小，巖體脆性越差；（2）巖體剪切變形曲線，特點：屈服點以后，巖體內某個結構體或面可能先被剪壞，出現(xiàn)應力降，未達到峰值是甚至有多次應力降，當應力降達到一定值時未剪壞部分瞬間破壞，，并伴有大的應力降，隨后產(chǎn)生穩(wěn)定滑移；（3）巖體法向變形曲線，特點：法向變形的曲線各異，按P-W曲線和變形特征大致可分為：直線型、上凹形、上凸形、復合形。（4）巖體剪切變形曲線，特點：沿結構面剪切和剪斷巖體的剪切曲線明顯不同，同時，沿平直光滑結構面和粗超結構面的剪切曲線也各異。4、巖體邊坡穩(wěn)定性的影響因素。（1）邊坡巖體中的結構面，巖體的破壞總是沿著相對阻力較小的面發(fā)生，由于軟弱結構面方向巖體抗剪強度最低，所以，軟弱結構面就成為了影響邊坡穩(wěn)定性的控制因素；（2）邊坡形態(tài)與幾何特征的改變，開挖人工邊坡時若切露了控制邊坡穩(wěn)定的主要軟弱結構面，會導致邊坡巖體的變形與破壞；（3）邊坡巖體力學特性，各種地質作用會改變邊坡巖體力學特性，往往使邊坡巖體強度減小，大大降低了邊坡巖體穩(wěn)定性，使邊坡變形與破壞；（4）邊坡的作用力，區(qū)域構造力的變化、地震、爆破、地下靜水壓力與動水壓力及施工荷載等，都使邊坡直接受力，對邊坡巖體的穩(wěn)定性影響直接而迅速。5、巖石地基設置中要考慮的問題。（1）足夠的地基巖體承載能力，以保證在外荷載作用下上部結構穩(wěn)定與安全；（2）在外荷載的作用下的巖石地基沉降值應滿足建(構)筑物安全與正常使用的要求；（3）應確保外荷載作用下的較弱巖性巖石的地基不發(fā)生滑動破壞。6、巖體的結構類型，與之相對應的結構體的形式和結構面的發(fā)育特征。巖體結構類型巖體結構類型?級巖體結構П級巖體構造過渡型巖體結構：軟硬結構面混雜、結構面無序狀排列——散體結構塊狀結構體——塊裂結構-板狀結構體——板裂結構結構面貫通切割——碎裂結構結構面斷續(xù)切割——斷續(xù)結構無顯結構面切割——完整結構7、圍巖分類及考慮的因素。圍巖分類分為：把圍巖分為I～V類；考慮的因素有：巖石結構面及組合狀態(tài)、巖體特性、地下水狀態(tài)、巖體結構、巖石強度指標、巖體聲波指標、巖心質量指標RQD。8、巖體強度確定方法：:(1)通過現(xiàn)場巖體力學試驗側定,稱為“巖體的試驗強度”,(2)根據(jù)巖塊的室內試驗強度推斷巖體強度,稱為“準巖體強度”,(3)通過所測定的巖塊和結構面的力學參數(shù),用圖解和計算的方法求得巖體的強度,稱為“巖體的計算強度”。9、巖石邊坡常用的加固方法。

1)開挖和壓腳:

上部開挖，下部壓腳；

2)地面排水:

排水溝網(wǎng)；

3)地下排水:

排水孔、排水洞、排水墊層等；4)坡面支護:

噴混凝土、噴纖維混凝土、混凝土面板、瀝青混凝土面板、錨桿和混凝土塞等；5)深層加固:

錨索(桿)、預應力錨索(桿)、錨固洞等；6)灌漿處理:

水泥灌漿和化學灌漿等；

7)支擋措施:

各類擋土墻和防護網(wǎng)等。10、巖石地基沉降的來源。來源：一、由巖體本身的變形、結構面的閉合以及少量泥質夾層的壓縮三個部分組合形成的地基沉降；二、由于巖體沿結構面剪切滑動產(chǎn)生地基沉降；三、與時間有關的地基沉降。11、水壓致裂法基本測量原理。在豎直鉆孔內封隔一段，向其中注入高壓水；壓力達到最大值Pb后巖壁破裂壓力下降，最終保持恒定以維持裂隙張開；關閉注液泵，壓力因液體流失而迅速下降，裂隙閉合，壓力降低變緩，其臨界值為瞬時關閉壓力P。；完全卸壓后再重新注液，得到裂隙的重張壓力Pr以及瞬時關壓力P。：最后通過印模器或鉆孔電視紀錄裂縫的方向，由Pb，Pr，P。就可以確定水平應力和巖體的抗拉強度。12、什么叫套孔應力解除法，基本原理和實驗步驟？套孔應力解除法即全應力解除法，其基本原理是在鉆孔孔底部位安裝位