答案岩体力学考试复习思考题浓缩版.docx

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答案岩体力学考试复习思考题浓缩版

岩体力学复习思考题（38道）

一、名词解释

1、弹性模量:

岩石在压缩状态下，轴向应力与轴向应变之比。

当应力应变曲线为直线关系时，变形模量就是直线的斜率。

当变形为弹性变形时，该模量又称为弹性模量：

。

2、泊松比：

岩石在压缩状态下，横向应变与轴向应变之比，即

，无量纲，通常

。

3、长期强度：

经过较长时间加载达到破裂时的应力，称为长时强度（longtermstrength）。

4、岩石结构面：

结构面是指发育于岩体中，具有一定方向、延伸性和厚度的各种地质界面，如断层、不整合面、层面、节理、裂隙等。

5、岩体表征单元体积（REV）：

多大尺寸的岩体才能表征岩体的真实力学特性，即与尺寸效应无关，这个岩体称为表征单元体（RepresentativeElementaryVolume,REV,表征体元），其尺寸称为REV尺寸。

6、RQD：

将长度在10cm（含10cm）以上的岩芯累计长度占钻孔总长的百分比，称为岩石质量指标RQD（RockQualityDesignation）。

7、横观各向同性：

主要是岩体中最大的结构面，即通常的层面或层理所造成，其它结构面影响微弱可忽略不计。

8、损伤变量：

损伤变量是描述材料中所含微缺陷或微裂纹力学作用的场变量，是力学上描述材料内部性质劣化状态的变量。

是表征材料或结构劣化程度的量度，直观上可理解为微裂纹或空洞在整个材料中所占体积的百分比。

又称内部状态变量或内变量。

9、连续度和损伤度

连续度:

材料受损后的有效承载截面积与原始截面积的比值称为连续度,

连续度取值范围为0—1，取0时：

无承载能力，完全破坏；取1时：

无损伤

损伤度:

10、应力强度因子：

表征远场载荷或残余应力作用下裂纹尖端附近区域的应力状态（应力强度）的参数。

对于I型裂纹，用KI表示。

11、断裂韧度：

材料中裂纹开始失稳扩展时临界应力强度因子，表征含裂纹的岩石材料抵抗断裂的能力，或驱动裂纹扩展所需要的能量。

对于I型裂纹，用KIC（线弹性断裂韧度）或JIC（弹塑性断裂韧度）表示。

12、地应力：

存在于地壳中的内应力称为地应力，天然环境下地壳岩土体内某一点所固有的应力状态为原始地应力（Insitustateofstressinrock）。

13、海姆假说：

岩体深处垂直应力与其上覆的岩体重力呈正比，而水平应力与垂直应力相等。

14、应力重分布：

从原始地下应力场变化到新的平衡应力场的过程，称为应力重分布。

应力重分布：

地下开挖破坏了岩体天然应力的相对平衡状态，洞室周边岩体将向开挖空间松胀变形，使围岩中的应力产生重分布作用，形成新的应力状态。

15、基础与地基的概念

地基:

直接承受上部建筑物荷载作用的部分土体或岩体;

基础:

建（构）筑物在地下直接与地基相接触的部分。

二、简答题

1、简述岩石脆性-延性转化特征，并画出示意图。

答：

脆性（brittle）是指峰值时的极限应变量很小,峰值强度比残余强度高出许多。

反之,称为延性（ductile）

◆岩石在低围压下表现为脆性，但在高围压下转化为延性或韧性。

◆由脆性转化为延性的围压值，称为“脆-延转化临界围压σ3lj”。

◆围压σ3＜σ3lj，应变软化；围压σ3＜＝σ3lj，塑性流动；围压σ3＞σ3lj，应变强化

◆岩石不能笼统地说成是脆性的，或是延性的，而要和围压大小联系考虑。

◆水平地应力可看成是作用在地下岩体中的围压。

一般浅部地应力小，工程岩体大多是脆性的；但到了千米甚至几千米的深部，水平地应力可能超过岩体的脆-延转化临界围压，岩体表现为延性，开挖工程后，围岩变形剧增。

2、简述时间效应对岩石力学性质的影响（包括加载速率效应及流变现象）。

答：

3、简述蠕变的三阶段和三水平，并分别画出其示意图。

答：

4、岩石结构面的几何特征包括哪几个方面？

答：

结构面几何特征包括：

产状（倾向、倾角）、连续性、密度、形态（侧壁的起伏形态和粗糙度）、张开度、充填胶结特征等。

5、写出Q分类方法中的Q值的计算公式，并指出六个参数的含义。

答：

6、分别画出岩石在

（1）双轴压缩、

（2）三轴压缩、（3）三轴等压及（4）三轴拉伸条件下的莫尔圆示意图。

答：

7、简述库仑准则的破坏机理。

答：

材料是属于有正压力情况下的剪切破坏形态，简称压剪破坏。

剪切破坏力的一部分用来克服与正应力无关的粘聚力，使材料颗粒间脱离关系，另一部分剪切破坏力用来克服与正应力成正比的摩擦力，使面间发生错动而最终破坏。

8、岩石断裂力学与损伤力学的主要研究内容分别是什么？

二者之间的有怎样的区别与联系。

（1）损伤力学分析材料从变形到破坏前损伤逐渐积累的过程，主要关注材料微缺陷的变形、贯通过程及其对材料性质弱化的影响。

损伤最终将导致材料结构完整性的完全丧失及宏观裂纹的形成。

（2）断裂力学分析宏观裂纹启裂、扩展及止裂的过程。

宏观裂纹扩展过程中也会在端部形成新的损伤区。

（3）损伤与断裂为流体渗流提供通道

9、简述连续损伤力学的研究内容与方法。

将具有离散结构的损伤材料模拟为连续介质模型，引入损伤变量（场变量），建立损伤演化方程描述从材料内部损伤到出现宏观裂纹的过程，导出材料的损伤本构方程，形成损伤力学的初、边值问题，然后采用连续介质力学的方法求解。

10、国际岩石力学学会（ISRM）建议的岩石I型断裂韧度测试方法。

V形切槽三点弯曲试样、V形切槽短圆棒试样、V形切槽巴西圆盘棒试样

11、岩石断裂过程区的四个发展阶段特征是什么？

用示意图说明断裂过程区每个阶段对应的应力应变曲线的哪一段？

12、简述水压致裂法测量地应力的优缺点。

优点：

1）可以在下套管之前，通过监测裂缝痕迹的方法确定出裂缝的方向

2）压裂压力不受套管或射孔炮眼的影响。

缺点：

1）为使裸眼封隔器密封，要求井筒形状尽可能圆

2）地层中有天然裂缝时，由于漏失而很难进行试验;

3）现场试验成本高。

13、简述空心包体应变计法测量地应力的步骤。

1打孔:

2安装探头

3数据传输至采集器、

4数据处理

空心包体应变计的主体是一个用环氧树脂制成的壁厚3mm的空心圆筒，其外径为37mm，内径为31mm。

空心包体应变计的突出优点是应变计和孔壁在相当大的一个面积上胶结在一起，因此胶结质量较好，而且胶结剂还可注入应变计周围岩体中的裂隙，使岩体整体化。

可用于中等破碎和松软岩体中，具有防水性能。

在其中间部位，即直径35mm处，沿同一圆周等间距嵌埋着三组电阻应变花。

每组应变花由四支应变片组成，相互间隔45°

数据分析计算方法，12支应变片，12个方程，解出6个未知数，经坐标变换计算出3个主应力的大小、方向。

14、分析图1所示圆形巷道，在不同K值时的应力重分布特点。

图1圆形巷道受力示意图

四、推导题

1、推导开尔文体的本构方程及蠕变方程，并画出蠕变曲线。

2、如图所示，若岩体中发育一组结构面AB，假定AB面与最大主平面夹角（结构面倾角）为β，请推导以主应力表示的单一结构面剪切破坏条件，并讨论不同β角（结构面倾角）时的情况。

3、推导库仑准则的主应力表达式。

答：

四、计算题

某均质岩石的强度曲线为：

＝×tan30°＋40（MPa）。

试求在侧向围岩应力3＝20MPa的条件下，岩石的极限抗压强度；并求出破坏面的方位。

解：

由上面的（3—28）公式即可得

，

。

三、论述题

1、分别从岩块尺度及岩体尺度阐述岩石组织特征及岩体结构特征。

答：

2、画出岩石全应力应变曲线示意图，划分阶段并阐述各阶段的特征。

答：

3、阐述现场岩体单轴抗压强度、三轴抗压强度及抗剪强度的测定方法，并画出相应的示意图。

答：

4、比较边坡稳定性分析方法中刚体极限平衡法与数值分析法的优缺点。

（1）刚体极限平衡法是基于刚性假定和同时破坏假定,且不考虑滑床变形,因此是一种经典的力学分析方法,计算简便,且有一套与之适应的规范,应用广泛,实践经验丰富,但在大多数情况下,边坡稳定性问题是超静定的。

极限平衡分析法处理这个问题的对策是引入一系列近似假定（如滑动面的假设、条间力的假设等）,使问题变得静定可解。

这种处理导致其计算结果与实际情况有较大出入。

（2）数值分析法:

借助计算机的计算功能和商用数值分析软件,已经可以将岩土工程结构体作为整体加以模拟仿真,通过试验取得最佳设计方案。

主要包括连续介质分析法、非连续介质分析法和混合分析法。

由于部分考虑了边坡岩体的非均质，不连续等特质，能够接近实际地从应力应变特征分析边坡的变化破坏机制，对了解边坡的应力分布及应变位移变化很有利。

但由于要求使用者受过良好培训、有经验,观摩大量建模范例;需知晓模型/软件的局限（如边界效应、网格比率、对称性和硬件内存限制等）;可供输入的数据有限且不易测得;不能模拟高度节理化的岩体;由于运行时间的限制,很难进行敏感性分析；处理复杂问题需大量内存;实践经验尚少;需知处理过程中的校核标准和约束条件。

刚体极限平衡法的不足

①破坏标准的判定

破坏的标准是按照滑动面同时破坏而制定的，并没有考虑滑坡的渐进破坏。

②强度参数的选取

在计算中要么选取峰值强度，要么选取残余强度，没有考虑峰值强度向残余强度的变化。

③计算方法的局限

无法模拟边坡施工过程、开挖引起的二次应力场，加固措施、加固时机、渗流、地震等作用的影响。

④适用范围有限

只能模拟均质性较强的土质边坡，无法模拟真实岩质边坡的非均质、各向异性的性态以及连续变形与非连续变形的破坏模式。

5、分别回答岩石地基设计需要考虑的因素以及影响岩石边坡稳定的主要因素。

岩石地基设计关键点:

1）基岩体需要有足够的承载能力;

2）外荷载作用下，由岩石的弹性变形和软弱夹层的非弹性压缩产生的岩石沉降应满足建筑物安全与正常使用的要求;

3）岩石边坡地基基础工程中，不会发生滑动破坏。

影响岩坡稳定的主要因素:

1.岩体结构（控制性结构面）

2.降雨:

结构面强度参数降低;（岩体力学性质改变）

3.地震（地球内动力）

4.开挖，爆破（外力）

5.蓄水等（渗透压力）