岩体力学课后习题答案.docx
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岩体力学课后习题答案
一章：
1.表达岩体力学的定义.岩体力学主假如研究岩体和岩体力学性能的一门学科，是商讨岩石和岩体在其四周物理环境（力场、温度场、地下水等）发生变化后，做出响应的一门力学分支。
2.何谓岩石何谓岩体岩石与岩体有何不一样之处
（1）岩石：
由矿物或岩屑在地质作用下按必定规律齐集而形成的自然物体。
（2）岩体：
必定工程范围内的自然地质体。
（3）不一样之处：
岩体是由岩石块和各种各种的构造面的综合体。
3.何谓岩体构造岩体构造的两大体素是什么1）岩体构造是指构造面的发育程度及其组合关系；或许是指构造体的规模、形态及其摆列形式所表现的空间形态。
（2）构造体和构造面。
4.岩体构造的六大种类块状、镶嵌、层状、碎裂、层状碎裂、松懈构造。
5.岩体有哪些特点6.
（1）不连续；受构造面控制，岩块可看作连续。
（2）各向异性；构造面有必定的摆列趋向，不一样方向力学性质不一样。
（3）不平均性；岩体中的构造面方向、散布、密度及被构造面切割成的岩块的大小、形状和镶嵌状况等在各部位不一样，各部位的力学性质不一样。
（4）赋存地质因子特征（水、气、热、初应力）都会对岩体有必定作用。
二章：
1.岩石物理力学性质有哪些岩石的质量指标，水理性质指标，描绘岩石风化能力指标，完好岩石的单轴抗压强度，抗拉强度，剪切强度，三向压缩强度和各种受力状态相对应的变形特征。
2.影响岩石强度特征的主要因素有哪些对单轴抗压强度的影响因素有承压板、岩石试件尺寸及形状（形状、尺寸、高径比），加载速率、环境（含水率、温度）。
对三相压缩强度的影响因素：
侧向压力、试件尺寸与加载速率、加载路径、缝隙压力。
3.什么是岩石的应力应变全过程曲线所谓应力应变全过程曲线是指在刚性实验机长进行实验所获取的包含岩石达到峰值应力以后的应力应变曲线。
4.简述岩石刚性实验机的工作原理：
压力机加压（储存弹性应能）岩石试件达峰点强度（开释应变能）致使试件崩溃。
AA′O2O1面积—峰点后，岩块产生细小位移所需的能。
ACO2O1面积——峰点后，刚体机开释的能量（储存的能量）。
ABO2O1——峰点后，一般机开释的能量（储存的能量）。
当实验机的刚度大于岩石的刚度，才有可能记录下岩石峰值应力后的应力应变曲线。
5.莫尔强度理论，格尔菲斯强度理论和和提出的经验理论的优弊端莫尔强度理论长处是使用方便，物理意义明确；弊端是1不可以从岩石损坏机理上解说其损坏特点2忽视了中间主应力对岩石强度的影响；格尔菲斯强度理论长处是明确说了然脆性资料破裂的原由、破裂所需能量及破裂扩展方向；弊端是仅考虑岩石开裂并不是宏观上损坏的缘由。
和提出的经验理论与莫尔强度理论很相像其长处是可以用曲线来表示岩石的强度，可是弊端是表达式稍显复杂。
6.典型的岩石蠕变曲线有哪些特点典型的岩石蠕变曲线分三个阶段第Ⅰ阶段：
称为初始蠕变段或许叫瞬态蠕变阶段。
在此阶段的应变一时间曲线向下曲折；应变与时间大概呈对数关系，即ε∝
t。
第Ⅱ阶段：
称为等速蠕变段或稳固蠕变段。
在此阶段内变形迟缓，应变与时间近于线性关系。
第Ⅲ阶段：
称为加快蠕变段非稳态蠕变阶段。
此阶段内呈加快蠕变，将致使岩石的快速损坏。
7.有哪三种基本力学介质模型1弹性介质模型2塑性介质模型（理想塑E性模型、有硬化塑性介质模型）3黏性介质模型8.基本介质模型的串连和并联的力学特点有何不一样串连E和h，每个元素的力相等；总应变=分应变之和。
基本模型，两元件并联，使它所表现的变形特点与马克斯维尔模型有所不一样。
依据两个基本力学模型并联的力学特点，当外力作用于模型的两头时，两个模型产生的应变相等，而其应力为弹簧所受的应力与粘壶所受的应力之和。
9.岩体在单轴和三轴压缩应力作用下，其损坏特点有何异同单轴损坏形态有两类：
圆锥形损坏，原由：
压板两头存在摩擦力，箍作用（又称端部效应），在工程中也会出现；柱状劈裂损坏，张拉损坏（岩石的抗拉强度远小于抗压强度）是岩石单向压缩损坏的真切反应（除去了端部效应），除去试件端部拘束的方法，润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部），加长试件。
三轴压缩应力：
低围压，围压作用不显然，靠近单轴压缩损坏形式；中围压，斜面剪切损坏；高围压，塑性流动损坏。
10、一个5cm5cm10cm试样，其质量为678g，用球磨机磨成岩粉并进行风干，天平秤称得其质量为650g，取此中岩粉60g作颗粒密度试验，岩粉装入李氏瓶前，煤油的度数为cm3，装入岩粉后静置半小时，得读数为cm3，求：
该岩石的天然密度、干密度、颗粒密度、岩石天然缝隙率。
解：
天然密度
m
5
678
/cm3
V
510
干密度d
ms
650
/cm3
V5
510
颗粒密度s
ms
60
/cm3
Vs
天然孔隙率
VV
1
d
1
n
V
s
（12、已知岩石单元体A—E的应力状态如下图，并已知岩石的c4MPa,35,试求：
1）各单元的主应力的大小、方向，并作出莫尔应力争。
2）判断在此应力下，岩石单元体按莫尔-库伦理论能否会损坏解：
（1）A单元：
主应力大小：
1
xy
（xy）2
xy
2
3
2
2
（0）202MPa220
方向：
与x的夹角tan2莫尔应力争：
圆心：
1
2半径：
1
B2单元：
2xy
0
，
0
0
x
y
0
30
2
3
0
2
主应力大小：
1x
y
（
x
y）2
20
0
（00）2
2
xy
MPa
3
2
2
2
2
方向：
与x的夹角tan2
2
xy
，
45
0
x
y
莫尔应力争：
圆心：
1
3
2
2
0
半径：
1
3
（4.0）
2
2
单元：
主应力大小：
1
x
y
（xy）2
2
0
（0）2
2
xy
MPa
3
2
2
2
2
方向：
与
x的夹角tan2
2xy
2
x
y
0
莫尔应力争：
圆心：
13
2半径：
13
2单元：
主应力大小：
2
（0.7）
2
1
x
y
（x
y）2
xy
2
3
2
2
（）2
02
MPa
2
2
方向：
与x的夹角tan2莫尔应力争：
圆心：
1
2半径：
1
2单元：
主应力大小：
2xy
0
，
0
0
x
y
3
2
3
0
2
1
x
y
（xy）2
2
（）2
2
xy
MPa
3
2
2
2
2
方向：
与
x的夹角tan2
2xy
2
y
x
莫尔应力争：
圆心：
13
2半径：
13
2
2
2
（2）A单元：
13
tan2（45
）2ctan（45
）24tan（45
35
）
2
2
2
B不损坏；单元：
1
tan2（45
35）24tan（45
35
）损坏；
2
2
单元：
1
tan2（45
35
）24tan（45
35
）不损坏；
2
2
单元：
1
tan2（45
35
）
2
4tan（45
35
）
不损坏；
E单元：
2
2
35
35）
1
tan2（45
）
2
4tan（45
不损坏；
2
2
13、对某种砂岩做一组三轴压缩实验获取的如表所示峰值应力。
试求：
（1）该砂岩峰值强度的莫尔包络线；2）求该岩石的c,值；3）依据格里菲斯理论，展望岩石抗拉强度为多少
序号
1
2
3
4
3（MPa）
1（MPa）
解：
（1）莫尔包络线
y
a
x
nb
a
xiyi
nxy
（2）由
xi2
n（x）2
xy
a
x2
b
可得
x
b
yax
xi
yi
x
4
y
4
xi
2
2
2
22
n（x）2
4
（
）2
4
a
xiyi
nxy
4
xi
2
n（x）2
b
y
ax
单轴抗压强度值c
强度线的斜率
2ccos
1
1
c
1
sin
1
由公式
sin
1
1
可得
c（1sin
）（1
0.607）
sin
1
c
sin
2cos
2
1
2
1
3
1
（3）令
3
0，由sin
2
2
ccot
1
3
1
2
2
可得1
又（1
3）2
18t，t
1
3
14、将某一岩石试件进行单轴压缩实验，其压应力达到时发生损坏。
损坏面与水平面的夹角为60°，设其抗剪强度为直线型。
试计算：
1）该岩石的c,值；2）损坏面上的正应力和剪应力；3）在正应力为零的面上的抗剪强度；4）在与最大主应力作用面成30°的面上的抗剪强度。
2ccos
30
c
sin
解：
（1）由题意
1
（1sin30）
45
60
c
cos30
2
2
（2）由题意
1
MPa,
3
0
正应力
1
（
3）
1
1
1
2
1
（
1
3）cos2
2
2
2
剪应力
1
3）sin2
1
（
1
2
2
（3）由题意
0时，
由c
tan
MPa
（4）
1
1
（1
1
1
（
1
3）
3）cos2
2
2
2
2
抗剪强度
c
tan
21tan30
15、某砂岩地层，砂岩的峰值强度参数,40。
某一点的初始应力
状态为：
3MPa,1，因为修筑水库岩石孔隙水压力增大，试求该点岩石当孔隙水压力为多大时会使砂岩损坏解：
设最大孔隙水压力Pw
由1
Pw
（3
Pw）
c
可得Pw
3
13
c
1
1
sin
1
sin40
1
sin
1
sin40
c
2ccos
2
cos40
1
sin
1sin40
Pw
1
17、已知某水库库址邻近现场所应力为：
112MPa,3
4MPa。
该水库位于多
孔性石灰岩地区内，该灰岩三轴实验结果为
c
35。
试问：
能修多
深的水库而不致因地下水水位高升增添孔隙水压力而致使岩石损坏
解：
由1
Pw
（3
Pw）
c
1
sin
1
sin35
1
sin
1
sin35
又有
2ccos
2
cos35
c
1
sin
1sin35
可得
Pw
3
1
3
c
412
4
1
1
又Pw
wghwh
h
Pw
2450
250m
w
能修250m深的水库。
三章：
1.怎样测试岩块和岩体弹性波速度1、岩块声波速度测试：
测试仪器主假如岩石超声波参数测定仪和纵横波换能器。
测试时，把纵横波换能器放在岩块试件的两头。
测定纵波速度时宜采纳凡士林或黄油作耦合剂，测定横波速度时宜采纳铝箔或铜箔作耦合剂测试结束后，应测定超声波在标准有机玻璃中的流传时间，绘制时距曲线并确立仪器系统的零延时。
vp=L/（tp-t0），vs=L/（ts-t0）2、岩体声波速度测试：
测点表面应大概修凿平坦并擦净，纵波换能器应涂厚1-2mm的凡士林或黄油，横波换能器应垫多层铝箔或铜箔，并应将换能器搁置在测点上压紧。
在钻孔或风钻孔中进行岩体声波速度测试时，钻孔或风钻孔应冲刷洁净，并在孔内注满水，水即作为耦合剂，而对软岩宜采纳干孔测试。
2.影响岩体弹性波速度的因素有哪些1、岩体弹性波速与岩体种类、岩石密度和生成年月相关.2、岩体波速与岩体中
裂隙或夹层的关系：
3、岩体波速与岩体的有效孔隙率n及吸水率Wf相关4、岩体波速与各向异性性质相关5、岩体受压应力对弹性波流传的影响3.用弹性波速度确立地下工程围岩松动圈（塑性圈）范围的原理是什么依据岩体弹性波速度随裂隙的增加和应力的减小而降低的原理，在松动圈内，因为岩体破裂且属低应力区，因此波速较小，当进入松动圈界限完好岩体地区，应力较高，波速达到最大，以后波速又渐渐减小至必定值。
依据波速随深度变化曲线，可确立松动圈厚度，其界限在波速最大值深度邻近四章：
13、如下图为一带有天然节理的试件，构造面的外法线与最大主应力的夹角=40，节理的基本摩擦角b=36。
节理的粗拙度为4级。
节理面壁的抗压强
度为50MPa，问在多大的1作用下岩样会损坏
解：
由题意，b=36，=40查表，取JRC7
=
JCS
b=ntan7lg
50
ntanJRClg
36
n
n
3=0，n
1
3
13cos2
1
1cos80
1
2
2
2
2
=1
3
sin2
1sin80
2
2
依据以上式子解方程，有
1
1tan
50
36
7lg
1
1
14、一个与岩心轴线45°角锯开的节理，经多级三轴试验后获取表中数据。
试确立各级极限荷载下节理面上的正应力与剪应力值以及节理摩擦角j。
序次
1
2
3
4
侧向（MPa）
3轴向（MPa）
1
1313cos2解：
由22
=13sin2
2
cos90
（1）22
sin902
cos90
（2）22
=sin90
2
cos90
（3）22
sin902
cos90
（4）22
=sin90
2由=cjtanj
=
4
=
4
tan
ii
j
2
i
4
2.225）
4
42
2
22
2）
42
cjtanj103
15、如下图，在上题的岩体中，有一逆断层与水平面夹角为25°，断层面的爬坡角i0，试问：
在埋深2000m的深处，能蒙受的最大水平应力是多少（重度=27kN/m3）
解：
联合上题已知
cj
103,j
又
=25,i0,h
2000m,
=27kN/m3
据公式1=
3cos（
j）sin
cjcosj
cos
sin（
j）
3=
h27
2000
54000KPa
54MPa
1=54cos（25
）sin25
10-3=
cos25
sin（25
）
16、如下图，正断层与水平面的夹角为65°。
当在600m深处水压力达到10MPa时，断层产生滑动，若该处岩层重度为27kN/m3，断层面cj,j35，
问该正断层滑动以前水平应力是多大
解：
由题意
=65，=27kN/m3，h600m,
水=10MPa
1=
h
27
600
16200KPa
1=
3
cos（
j
）sin
cjcos
j
cos
sin（
j）
3=
1
cos（
j
）cos
cjcos
j
16.2cos（65
35）cos65
sin
cos（
j）
=
sin
cos（6535）
故，水平应力为
五章：
1.简述围岩分类的目的和意义1）为岩石匠程建设的勘探、设计、施工和编拟订额供给必需的基本依照。
（2）便于施工方法的总结,沟通,推行。
（3）为便于行业内技术改革和管理。
2.论述围岩分类有哪些原则1）有明确的类级和合用对象。
（2）有定量的指标。
（3）类级一般分五级为宜。
4）分类方法简单了然、数字便于记忆和应用。
（5）依据合用对象，选择考虑因素。
3.简述围岩分类的基本方法按岩石的单轴抗压强度RC分类；以点荷载强度指标分类；按巷道岩石稳固性分类；前苏联巴库地铁分类；按岩体完好性分类；按岩体综合指标分类。
4.简述围岩质量指标RQD的定义及评论方法RQD是采纳牢固完好的、其长度大于等于10cm的岩芯总长度与钻孔长度的比。
评论方法：
岩石的RQD与岩体完好性关系亲密，RQD与体积节理数JV之间存在以下统计关系：
RQD=115—（%），关于JV小于等于的岩体，其RQD=100%5.简述巴顿的Q分类采纳了那些参数他们代表了何种意义采纳了六个参数：
RQD：
岩体质量指标。
Jn节理的组织数系数。
Jr节理的粗拙度系数。
Ja节理的饰变系数。
JW地下水的影响系数。
SRF应力折减系数。
6.简述国标岩体分级采纳了那些指标作为分级的基本参数
（一）确立岩体基实质量：
1.定量确立岩体基实质量，包含岩石坚硬程度确实定、岩体完好程度确实定2.定性确立岩体基实质量，也包含岩石坚硬程度确实定、岩体完好程度确实定
（二）基实质量分级：
岩体基实质量指标；岩体基实质量确实定（三）详细工程岩体质量分级确实定7.简述国标岩体分级采纳了哪两种方法进行岩体分级采纳了定性、定量两种方法分别确立岩体质量的利害，互相协调、互相调整，最后确立岩石的坚硬程度与岩体完好性指数。
8.简述国标岩体分级中考虑了哪些因素的影响对地下工程的岩体基实质量指标进行修正地下水影响修正系数；主要脆弱构造面产状影响修正系数：
初始应力状态响修正系数
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