（b）预测蠕变破坏：
如图1-24。
当岩石应力小于H点的应力值,岩石不会发生蠕变,当岩石应力大于H点而
小于I点,岩石会发生蠕变,但蠕变为稳定蠕变,岩石不会破坏,当岩石应力大于I点,则岩石会
发生不稳定蠕变,岩石最终会破坏.
（c）预测循环加载条件下岩石的破坏。
当岩石在低应力条件下,进行反复加载卸载,岩石破坏时的循环次数比
高应力条件下进行反复加载卸载的循环次数要多。
当反复加载卸载曲线与全应力应变曲线相交，则岩石
破坏。
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3
11.在三轴压缩试验条件下，岩石的力学性质会发生哪些变化？
答：
三轴压缩条件下，应力应变曲线如图1-31、1-32所示，围压对岩石变形的影响主要有：
（1）随着围压（σ2=σ3）的增大，岩石的抗压强度显著增加；
（2）随着围压（σ2=σ3）的增大，岩石破坏时，岩石的变形显著增加；
（3）随着围压（σ2=σ3）的增大，岩石的弹性极限显著增加；
（4）随着围压（σ2=σ3）的增大，岩石的应力应变曲线形态发生明显的改变，岩石的性质发生了变
化，由弹脆性---弹塑性---应变硬化。
抗压强度显著增加；
12.什么是莫尔强度包络线？
如何根据试验结果绘制莫尔强度包络线？
答：
三轴抗压强度实验得出：
对于同一种岩石的不同试件或不同实验条件（不同的围压时的最大轴向压力
值）给出了几乎恒定的强度指标值（直线性强度曲线时为岩石的内聚力和内摩擦角）。
这一强度指标以
莫尔强度包络线（Mohr’sstrengthenvelop）的形式给出。
在不同围压条件下，得出不同的抗压强度，因而可以做出不同的莫尔应力圆，这些莫尔应力圆的包
络线就是莫尔强度包络线。
13.岩石的抗剪强度与剪切面所受正应力有什么关系？
试绘图加以说明。
答：
S=σ⋅tgφ+C
岩石的抗剪切强度S与正应力σ成正比。
14.简述岩石在单轴压缩条件下的变形特征。
答：
在单轴压缩条件下，岩石的应力-应变曲线如图。
全应力-应变曲线可分为四个阶段：
（1）孔隙裂隙压密阶段（OA）：
岩石试件中的孔隙裂隙被压密，形成早期的非线形变形，σ-ε曲线呈
上凹型。
（2）弹性变形至微弹性裂隙
稳定发展阶段（AC）：
该阶段的应力-应变曲线近似为直线。
其中AB段为弹性变形阶段，BC段为
微破裂稳定发展阶段。
（3）非稳定破坏发展阶段（CD）：
C点是岩石从弹性变为塑性的转折点，称为屈服点。
该点相应的应力为
屈服应力。
该阶段中，微裂隙的发展出现了质的变化，破裂不断发展，直至试
件完全破坏。
（4）破裂后阶段（D点以后）：
轴压力达到试件的峰值强度后，试件内部结构遭到破坏，但试件基本保
持整体状。
之后，裂隙快速发展，形成宏观断裂面，试件承载能力随变形增大
而迅速下降，但并不为零，说明破裂的岩石仍具有一定的承载力。
15.简述岩石在反复加载和卸载条件下的变形特征。
答：
对于线弹性岩石，反复加载和卸载时的应力应变路径完全相同，对于完全弹性岩石，反复加载和
卸载时的应力应变路径完全相同，但是应力应变关系是曲线。
对弹性岩石，加载与卸载曲线不重
合，但反复加载和卸载时的应力应变路径总是服从此环路的规定。
非弹性体岩石：
在弹性范围内服从弹性岩石的变形特征，当卸载点P超过屈服点时，卸载曲线与
加载曲线不重合，形成塑性滞回环。
等荷载循环加载、卸载时的应力应变曲线，如图1-29所示。
塑性滞回环随着加载卸载次数的增加而变
窄，直至接近弹性变形，没有塑性变形为止。
不断增大荷载的循环加载、卸载时的应力应变曲线，如图1-30所示。
在每次卸载后再加载，在荷载超
过上一次循环的最大荷载以后，变形曲线仍沿着原来的单调加载曲线上升（图1-30中的
OC线），好像不曾受到循环加载的影响似的，这种现象成为岩石的变形记忆。
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16.线弹性体、完全弹性体、弹性体三者的应力-应变关系有什么区别？
答：
完全弹性体：
循环加载时的σ-ε关系为曲线。
加载路径与卸载路径完全重合。
线弹性体：
循环加载时的σ-ε关系为直线。
加载路径与卸载路径完全重合。
弹性体岩石：
加载路径与卸载路径不同，但反复加载与卸载时，应力应变关系总是服从此环路的规律。
17.什么是岩石的扩容？
简述岩石扩容的发生过程。
答：
岩石在荷载作用下，在其破坏之前产生的一种明显的非弹性体积变形。
对E和υ为常数的岩石，其体
积应变曲线可分为三个阶段：
（1）体积变形阶段：
体积应变ε在弹性阶段内随着应力的增加而呈线形变化（体积减小），
在此阶段ε1>ε2+ε3
（2）体积不变阶段：
在这一阶段，随应力的增加，岩石体积应变增量接近为零。
岩石体积几
乎不变。
（3）扩容阶段：
外力继续增加时，岩石的体积不是减小，而是增加，增加速率越来越大，最
终岩石破坏。
18.什么是岩石的各向异性？
什么是正交各向异性？
什么是横观各向异性？
写出正交各向异性和横
观各向异性岩石的应力-应变关系式。
答：
岩石的全部或部分物理、力学性质（岩石的E,υ等）随方向不同而表现出差异的现象称为岩石的各向异性。
如果在弹性体中存在着三个相互正交的弹性对称面，在各个面两边的对称方向上，弹性相同，但在这个弹
性主向上弹性并不相同，这种物体称为正交各向异性体。
岩石在某一平面内的各方向弹性性质相同，这个面称为各向同性面，而垂直此面方向的力学性质是不同的，
具有这种性质的物体称为横观各向同性体。
19.影响岩石力学性质的主要因素有哪些，如何影响的？
答：
影响岩石力学性质的主要因素有水、温度、加载速度、风化程度及围压。
（1）水对岩石力学性质的影响
1）连结作用：
束缚在矿物表面的水分子通过其吸引力作用将矿物颗粒拉近、接紧，起连接作用。
2）润滑作用：
由可溶盐、胶体矿物连接的岩石，当有水入侵时，可溶盐溶解，胶体水解，导致矿物颗
粒间连接力减弱，摩擦力减低，从而降低岩石的强度。
3）水楔作用：
当两个矿物颗粒靠得很近，有水分子补充到矿物表面时，矿物颗粒利用其表面吸附力将
水分子拉倒自己周围，在两个颗粒接触处由于吸着力作用使水分子向两个矿物颗粒之间的缝隙内挤
入，这种现象称水楔作用。
（a）使岩石体积膨胀，产生膨胀压力（b）水胶连接代替胶体连接产生润
滑作用，降低岩石强度
4）孔隙压力作用：
岩石受压时，岩石内孔隙水来不及排出，在孔隙内产生很高的孔隙压力，降低了岩
石的内聚力和内摩擦角，减小了岩石的抗剪强度。
5）溶蚀-潜蚀作用：
岩石中渗透水在流动过程中可将岩石中可溶物质溶解带走，从而使岩石强度大为
减低。
（2）温度对岩石力学性质的影响：
如图1-39所示。
随着温度的增高，岩石的延性加大，屈服
点降低，强度也降低。
（3）加载速度对岩石力学性质的影响：
加载速率越快，测得的弹性模量越大，获得的强度指标越高。
ISRM
（国际岩石力学学会）建议的加载速率为0.5~1Mpa/s。
（4）围压对岩石力学性质的影响：
岩石在三轴压缩条件下，岩石的强度和弹性极限都有显著增加。
（5）风化对岩石力学性质的影响
a）降低岩体结构面的粗糙程度并产生新的裂隙，
b）岩石在化学风化过程中，矿物成分发生变化，岩体强度降低。
第二章习题与思考
1．岩体赋存环境包括哪几部分？
答：
赋存环境：
包括地应力、地下水和地温三部分。
2．地应力对岩体的影响体现在哪几个方面？
答：
地应力对岩体力学性质的影响主要有：
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（1）地应力影响岩体的承载能力：
围压越大、承载能力越大。
（2）地应力影响岩体的变形和破坏机制。
如在低围压条件下破坏的岩体，在高围压条件下呈现出塑性变
形和塑性破坏。
（3）地应力影响岩体中的应力传播的法则。
非连续介质岩体在高围压条件下，其力学性质具有连续介质
岩体的特征。
3．岩体结构划分的主要依据是什么？
答：
岩体结构单元有结构面和结构体两种基本要素。
因此，岩体结构分类主要依据结构面及结构体的类型
进行分类。
4．简述各类岩体结构主要地质特征。
答：
（1）完整结构岩体的地质特征
多半是碎裂岩体中的结构面被后生作用愈合而成。
后生愈合作用有两种：
其一为压力愈合，其二为胶结愈合。
如图2-2a
（2）块裂结构岩体的地质特征：
多组或至少有一组软弱结构面切割及坚硬结构面参与切割成块状结构体的高级序岩体结构。
其软弱结
构面主要为断层、层间错动也是重要的软弱结构面之一，参与切割的坚硬结构面一般延展较长，多数
为错动过的坚硬结构面，如图2-2b。
（3）板裂结构体的地质特征：
主要发育于经过褶皱作用的层状岩体内，受一组软弱结构面的切割，结构体呈板状。
软弱结构面主要
为层间错动面结构体多数为组合板状结构体。
如图2.2c。
（4）碎裂结构岩体的地质特征：
岩体的结构面主要为原生结构面及构造结构面。
块状碎裂结构的结构体块度大，大多为1~2米，层状
碎裂结构的块度小，起块度与岩层厚度有关。
如图2.2d。
（5）断续结构岩体的地质特征
结构面不连续，对岩体切割而不断，个别地方也有连续贯通结构。
（6）散体结构岩体的地质特征
（a）碎屑状散体结构岩体
结构面:
无序分布，结构面中有软弱的，也有坚硬的。
结构体主要为角砾，如图2.2e。
（b）糜棱化散体结构岩体：
主要指断层泥而言。
5．简述工程岩体的惟一性
答：
在不同的岩体工程条件下，岩体结构可视为块裂结构，断续结构和碎裂结构。
因此，岩体结构是相对
的，而在确定的地质条件和工程尺寸条件下，工程岩体结构才是唯一确定的。
6．按结构面成因、结构面通常分为几种类型？
答：
.结构面按成因分：
原生结构面、构造结构面、次生结构面
原生结构面：
成岩阶段所形成的结构面。
岩石成因不同又分为沉积结构面、火成结构面和变质结构面。
构造结构面：
岩体在构造运动作用下形成的结构面。
此生结构面：
在外力作用下（风化、地下水、卸载、爆破等）形成的各种界面。
7．结构面的级别及其特征。
答：
根据结构面的发育程度、规模大小、组合形式等可以将结构面分为五级.
Ⅰ级结构面:
对区域构造起控制作用的断裂带,延伸数十公里,深度可穿一个构造层.
Ⅱ级结构面:
延伸性强而宽度有限的地质界面,延伸数百米。
Ⅲ级结构面：
局部性的断裂结构，主要指小断层，延伸数十米。
Ⅳ级结构面：
一般延展性较差，无明显的宽度的结构面，延伸数米。
Ⅴ级结构面：
延伸性甚差的微裂隙、节理。
8．描述结构面状态的指标。
答：
结构面状态的指标包括：
（1）结构面产状：
对岩体是否会沿某一结构面滑动起控制作用。
（2）结构面形态：
决定结构面抗滑力的大小。
结构面起伏越大，抗滑力也越大。
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（3）结构面的延展尺度：
在工程范围内，延展尺度最大的结构面，控制着岩体的强度。
（4）结构面的密集程度：
以岩体裂隙度K和切割度X表示岩体结构面的密集程度。
岩体裂隙度K：
指沿取样线方向单位长度上的节理数量。
切割度Xe是指岩体被节理割裂分离的程度。
9．结构面的剪切变形、法向变形与结构面的哪些因素有关？
答：
结构面的剪切变形、法向变形与岩石强度、结构面粗糙性和法向力有关。
10.结构面力学性质的尺寸效应体现在哪几个方面？
答：
结构面试块长度增加，平均峰值摩擦角降低，试块面积增加，剪切应力呈现出减小趋势。
此外，还体
现在以下几个方面：
（1）随着结构面尺寸的增大，达到峰值强度时的位移量增大；
（2）试块尺寸增加，剪
切破坏形式由脆性破坏向延伸破坏转化；（3）尺寸增加，峰值剪胀角减小，结构面粗糙度减小，尺寸效应
也减小。
11.岩体在多次循环荷载作用下岩体变形有什么特征？
答：
岩体在加载过程中，应力应变曲线呈上凹型，中途卸载回弹变形有滞后现象，并出现不可恢复的残余
变形，不论每一级加载与卸载循环曲线都是开环型。
岩体在循环荷载作用下，而卸载时荷载又不降至零时，
相应的变形过程将出像闭环型式。
12.具有单结构面的岩体其强度如何确定？
答：
具有单结构面的岩体强度为结构面强度与岩体强度二者之间的最低值。
结构面强度为：
φββ
σφ
σσ
（1）sin2
2（）3
13-⋅
⋅+⋅
=+
tgctg
Ctg
j
jj
岩体强度为：
φ
φ
σ
φ
φ
σ
1sin
2cos
1sin
1sin
13-
⋅⋅
+
-
+
=
C
13.多结构面岩体的破坏形式如何分析？
答：
当岩体内有多组结构面时，则岩体强度受加载方向与多个结构面的控制，根据每组结构面与加载方向
夹角，分别求出各结构面单独存在时，在最大主应力σ1作用下的岩体强度，然后，取出各组结构面单独存
在时岩体强度的最小值为多结构面的岩体强度值。
14.简述Hoek-Brown岩体强度估算方法。
答：
Hoek-Brown根据多次实验得出其岩体的抗压强度与抗拉强度的经验方程为：
2
13c3cσ=σ+mσσ+sσ
σ1——岩体的三轴抗压强度；
σ3——作用在岩体上的最小主应力；
σc——岩石的单轴抗压强度；
m,s——与岩体性质及结构面有关的系数；
当σ3=0时，得出岩体的单轴抗压强度σmc
σmc=sσc
当岩体为完整岩石，即s=1；则σmc=σc
对于裂隙岩体，s<1；所以，σmc<σc
岩体的单轴抗拉强度:
σml=（4）
2
12mmscσ-+
σmc=K×σc
15.岩体中水渗流与土体中水渗流有什么区别？
答：
岩体的水力学性质指岩体的渗透性能及在渗流作用下所表现的力学性质。
（1）岩体与土体渗流的区别:
土体的渗流以孔隙为主。
特点：
（a）土体渗透性大小取决于岩性，土体中颗粒愈细，渗透性愈差；
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（b）土体可看作多孔连续介质；
（c）土体的渗透性一般具有均质（或非均质）各向同性（黄土为各向异性）；
（d）土体渗流符合达西渗流定律。
岩体的渗流以裂隙为主。
特点：
（a）岩体渗流大小取决于岩体中结构面的性质及岩块的性质；
（b）岩体渗流以裂隙导水，微裂隙和孔隙储水为其特征；
（c）岩体裂隙网络渗流具有定向性；
（d）岩体一般看作非连续介质（对于密集裂隙可看作等效连续介质）；
（e）岩体的渗流具有高度的非均质性和各向异性；
（f）一般岩体中的渗流符合达西定律（岩溶管道流一般为紊流，不符合达西定律）；
（g）岩体渗流受应力场影响明显；
（h）复杂裂隙系统中的渗流，在裂隙交叉处，具有“偏流效应”，即裂隙水流经大小不同裂隙交叉
时，水流偏向宽大裂隙一侧流动。
16.地下水对岩体的物理、化学作用体现在哪几个方面？
答：
地下水对岩体的影响分为：
物理的、化学的和力学的影响。
（1）岩体的物理作用：
（a）润滑作用：
在裂隙面上，水使裂隙面之间的摩擦系数减小。
（b）软化和泥化作用：
结构面内某些物质与水结合后变软并成泥，减小了结构面之间的粘聚力和摩擦力。
（c）结合水的强化作用：
在非饱和状态下，岩体含水能增强岩体颗粒之间的联系，从而增加岩体的强度。
（2）对岩体的化学作用：
（a）离子交换作用：
富含Ca、Mg离子的地下水在流经富含Na离子的岩土时，Ca、Mg离子置换岩土中的Na离子，
一方面，由水中Na离子富集使天然地下水软化，另一方面，岩土中的Ca、Mg离子增加了孔隙度和渗透性能。
（b）溶解作用和溶蚀作用：
大气降雨中的酸性物质在地下水中对岩石中的石灰岩、白云岩、石膏等产生溶蚀
作用，使岩体产生裂隙和溶洞，增加了岩体的渗透性能。
（c）水化作用：
水渗透到岩体的矿物结晶格架中，使岩体的结构发生微观及宏观的改变，减小了岩体的内聚
力，膨胀岩体与水结合，使起岩体内部产生膨胀力。
（d）水解作用：
当岩土体中的阳离子与水作用，使地下水中的H+（Mg
++H2O=MgOH+H+）浓度增加，水的酸度增
加，当岩土体中的阴离子与水作用，使地下水中的OH-浓度增加，水的碱度增加。
水解作用一方面改变地
下水的PH值，另一方面，也使岩土体物质发生改变，从而影响岩土体的力学性质。
（e）氧化还原作用：
岩土体与氧气作用发生氧化反应，岩土体的矿物组成发生改变，地下水的化学组成也发
生改变（如硫化铁氧化后生成氧化铁和硫酸），从而影响岩土体的力学性质。
17.叙述地下水对岩土体的力学作用。
答：
对岩土体产生的力学作用：
主要通过空隙静水压力和空隙动水压力作用对岩土的力学性质施加影响。
前者减小岩土体的有效应力而降低岩土体的强度，在裂隙岩土体中的空隙静水压力可使裂隙产生扩容变形；
后者对岩土体产生切向的推力以降低岩土体的抗剪强度。
18.岩体质量分类有和意义？
答：
为了在工程设计与施工中能区分岩体质量的好坏和表现在稳定性上的差别，需要对岩体做出合理分类，
作为选择工程结构参数、科学管理生产以及评价经济效益的依据之一，也是岩石力学与工程应用方面的基
础性工作。
19.CSIR分类法和Q分类法各考虑的是岩体的哪些因素？
答:
岩体地质力学分类是由岩体强度、RQD值、节理间距、单位长度的节理条数及地下水５种指标分别记分，
然后累加各项指标的记分，得出该岩体的总分来评价该岩体的质量。
CSIR=A+B+C+D+E＋F
A——岩体强度（最高分15分）；
B——RQD值（最高分20分）；
C——节理间距（最高分20分）
D——单位长度的节理条数（最高分30分）
E——地下水条件（最高分15分）。
F——节理方向修正分（最低－60，见
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