1、9 結(jié)構(gòu)面的剪切變形、法向變形與結(jié)構(gòu)面的哪些因素有關(guān)？答：結(jié)構(gòu)面的剪切變形、法向變形與巖石強度、結(jié)構(gòu)面粗糙性和法向力有關(guān)。10.結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的尺寸效應(yīng)體現(xiàn)在哪幾個方面？答：結(jié)構(gòu)面試塊長度增加，平均峰值摩擦角降低，試塊面積增加，剪切應(yīng)力呈現(xiàn)出減小趨勢。此外，還體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）隨著結(jié)構(gòu)面尺寸的增大，達到峰值強度時的位移量增大；（2）試塊尺寸增加， 剪切破壞形式由脆性破壞向延伸破壞轉(zhuǎn)化；（3）尺寸增加，峰值剪脹角減小，結(jié)構(gòu)面粗糙度減小，尺寸效應(yīng)也減小。12.具有單結(jié)構(gòu)面的巖體其強度如何確定？答：具有單結(jié)構(gòu)面的巖體強度為結(jié)構(gòu)面強度與巖體強度二者之間的最低值。結(jié)構(gòu)面強度為：s1= s3 +2

2、 (C j + s 3 tgf j )(1 - tgf j ctgb ) sin 2b巖體強度為：s=1+ sin fs+2 C cosf1- sin f31 - sin f118.巖體質(zhì)量分類有和意義？答：為了在工程設(shè)計與施工中能區(qū)分巖體質(zhì)量的好壞和表現(xiàn)在穩(wěn)定性上的差別，需要對巖體做出合理分類，作為選擇工程結(jié)構(gòu)參數(shù)、科學(xué)管理生產(chǎn)以及評價經(jīng)濟效益的依據(jù)之一，也是巖石力學(xué)與工程應(yīng)用方面的基礎(chǔ)性工作。19.CSIR 分類法和 Q 分類法各考慮的是巖體的哪些因素？答: 巖體地質(zhì)力學(xué)分類是由巖體強度、RQD 值、節(jié)理間距、單位長度的節(jié)理條數(shù)及地下水種指標分別記分，然后累加各項指標的記分，得出該巖體的總

3、分來評價該巖體的質(zhì)量。CSIR=A+B+C+D+EF A巖體強度（最高15分）； BRQD 值（最高分 20 分）；C節(jié)理間距（最高分 20 分）D單位長度的節(jié)理條數(shù)（最高分 30 分）E地下水條件（最高分15 分）。F節(jié)理方向修正分（最低60，見表 2-17b）巴頓巖體質(zhì)量（Q）分類由 Barton 等人提出的分類方法：QRQDJ rJ wJ nJ aSRF考慮因素: RQD巖石質(zhì)量指標；Jn 節(jié)理組數(shù)；Jr 節(jié)理粗糙系數(shù)；Ja 節(jié)理蝕變系數(shù)； Jw 節(jié)理水折減系數(shù)；SRF應(yīng)力折減系數(shù)。7、 巖石破壞有幾種形式？對各種破壞的原因作出解釋。答：試件在單軸壓縮載荷作用破壞時，在試件中可產(chǎn)生三種破

4、壞形式: (1)X狀共軛斜面剪切破壞，破壞面上的剪應(yīng)力超過了其剪切強度，導(dǎo)致巖石破壞。(2)單斜面剪切破壞，破壞面上的剪應(yīng)力超過了其剪切強度，導(dǎo)致巖石破壞。(3)拉伸破壞，破壞面上的拉應(yīng)力超過了該面的抗拉強度，導(dǎo)致巖石受拉伸破壞。8、 劈裂法實驗時，巖石承受對稱壓縮，為什么在破壞面上出現(xiàn)拉應(yīng)力？繪制試件受力圖說明劈裂法試驗的基本原理。答：由彈性理論可得出在對徑壓縮方向上，圓盤中心線平面內(nèi)（y 軸）的應(yīng)力狀態(tài)為s= -2 pxp D ts= -2 p(1+1) -2 pyp tr1r2pDt在圓盤中心點，r1+r2= D, r1 = r2 = D/2則, x= t = 2p/（d t） y =

5、c = 6p/（d t）在對徑壓縮時圓盤中心點的壓應(yīng)力值為拉應(yīng)力值的 3 倍，而巖石的抗壓強度是抗拉強度的 520 倍。巖石在受壓破壞前就被抗拉應(yīng)力所破壞。所以破壞面上出現(xiàn)拉應(yīng)力破壞。P試件劈裂破壞發(fā)生時的最大壓力值；D巖石圓盤試件的直徑；T巖石圓盤試件的厚度9、 什么是全應(yīng)力-應(yīng)變曲線？為什么普通材料實驗機得不出全應(yīng)力-應(yīng)變曲線？答：全應(yīng)力應(yīng)變曲線：能顯示巖石在受壓破壞過程中的應(yīng)力、變形特性，特別是破壞后的強度與力學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律。由于材料試驗機的剛度小，在試件壓縮時，其支柱上存在很大的變形和變形能，在試件快要破壞時，該變形能突然釋放，加速試件破壞，從而得不出極限壓力后的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。1

6、1.在三軸壓縮試驗條件下，巖石的力學(xué)性質(zhì)會發(fā)生哪些變化？答：三軸壓縮條件下，應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖1-31、1-32所示，圍壓對巖石變形的影響主要有：(1)隨著圍壓( 2= 3) 的增大，巖石的抗壓強度顯著增加；(2)隨著圍壓( 2= 3) 的增大，巖石破壞時，巖石的變形顯著增加；(3)隨著圍壓( 2= 3) 的增大，巖石的彈性極限顯著增加；(4)隨著圍壓( 2= 3) 的增大，巖石的應(yīng)力應(yīng)變曲線形態(tài)發(fā)生明顯的改變，巖石的性質(zhì)發(fā)生了變化，由彈脆性-彈塑性-應(yīng)變硬化?？箟簭姸蕊@著增加；19.影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素有哪些，如何影響的？答：影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素有水、溫度、加載速度、風(fēng)化程度及圍壓

7、。(1) 水對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響1） 連結(jié)作用：束縛在礦物表面的水分子通過其吸引力作用將礦物顆粒拉近、接緊，起連接作用。2） 潤滑作用：由可溶鹽、膠體礦物連接的巖石，當(dāng)有水入侵時，可溶鹽溶解，膠體水解，導(dǎo)致礦物顆粒間連接力減弱，摩擦力減低，從而降低巖石的強度。3） 水楔作用：當(dāng)兩個礦物顆?？康煤芙?，有水分子補充到礦物表面時，礦物顆粒利用其表面吸附力將水分子拉倒自己周圍，在兩個顆粒接觸處由于吸著力作用使水分子向兩個礦物顆粒之間的縫隙內(nèi)擠入，這種現(xiàn)象稱水楔作用。（a）使巖石體積膨脹，產(chǎn)生膨脹壓力 (b)水膠連接代替膠體連接產(chǎn)生潤滑作用，降低巖石強度4） 孔隙壓力作用：巖石受壓時，巖石內(nèi)孔隙水來不及

8、排出，在孔隙內(nèi)產(chǎn)生很高的孔隙壓力，降低了巖石的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角，減小了巖石的抗剪強度。5） 溶蝕-潛蝕作用：巖石中滲透水在流動過程中可將巖石中可溶物質(zhì)溶解帶走，從而使巖石強度大為減低。(2) 溫度對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響：如圖 1-39 所示。隨著溫度的增高，巖石的延性加大，屈 服點降低，強度也降低。(3) 加載速度對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響：加載速率越快，測得的彈性模量越大，獲得的強度指標越高。ISRM（國際巖石力學(xué)學(xué)會）建議的加載速率為 0.51Mpa/s。(4) 圍壓對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響：巖石在三軸壓縮條件下，巖石的強度和彈性極限都有顯著增加。(5) 風(fēng)化對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響a) 降低巖體結(jié)構(gòu)面的

9、粗糙程度并產(chǎn)生新的裂隙，巖石在化學(xué)風(fēng)化過程中，礦物成分發(fā)生變化，巖體強度降低。表示巖石力學(xué)性質(zhì)的指標包含哪兩類？解釋各自的物理意義。1. 巖石的強度：巖石在各種荷載作用下，達到破壞時所能承受的最大應(yīng)力。2. 巖石的變形：巖石在各種載荷作用下，首先發(fā)生的物理現(xiàn)象是形變。1巖體結(jié)構(gòu)類型有哪些？按結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體組合形式，尤其是結(jié)構(gòu)面性狀，可將巖體劃分如下結(jié)構(gòu)類型：整體塊狀結(jié)構(gòu)，包括整體（斷續(xù)）結(jié)構(gòu)、塊狀結(jié)構(gòu)和菱塊狀結(jié)構(gòu)；層狀結(jié)構(gòu)，包括層狀結(jié)構(gòu)和薄層(板狀)結(jié)構(gòu)；碎裂結(jié)構(gòu)，包括鑲嵌結(jié)構(gòu)、層狀碎裂結(jié)構(gòu)和碎裂結(jié)構(gòu)；散體結(jié)構(gòu)，包括塊夾泥結(jié)構(gòu)和泥夾塊結(jié)構(gòu)； 塊狀結(jié)構(gòu)等。結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)主要包括哪三個方面？4

10、地應(yīng)力測量方法分哪幾類？它們的主要區(qū)別在哪里？每類包括那些主要測量技術(shù)？答：依據(jù)測量基本原理的不同，可將測量方法分為直接測量法和間接測量發(fā)兩大類。直接測量法是由測量儀器直接測量和記錄各種應(yīng)力量，包括：扁千斤頂法、水力致裂法、剛性包體應(yīng)力計法和聲發(fā)射法。間接測量法是借助某些傳感器或某些介質(zhì)，測量和記錄巖體中某些與應(yīng)力有關(guān)的間接物理量的變化，如巖體中的變形和應(yīng)變，然后由計算公式求出原巖應(yīng)力值。包括：套孔應(yīng)力解除法和其他的應(yīng)力應(yīng)變解除法以及地球物理方法等。其中套孔應(yīng)力解除法是目前國內(nèi)外廣泛使用的一種方法。5 簡述水壓致裂法的基本原理。答：(1)測量原理：由彈性理論可知，鉆孔位于無限巖體，受到二維應(yīng)力

11、場（ 1， 2）的作用時，在鉆孔周圍的應(yīng)力為： = 1+ 2-2（ 1- 2）cos2(1) r=0(2) 鉆孔周邊的切向應(yīng)力； r鉆孔周邊的徑向應(yīng)力； 周邊一點與 1 軸的夾角。當(dāng) =0 時， 取最小值， =3 2- 1在孔內(nèi)加入壓力 Pi,當(dāng) Pi 超過孔壁處的最小壓應(yīng)力和巖體的抗拉強度之和時，孔壁就會破裂，此時，在 =0 的方向，即 1 軸的方向會產(chǎn)生裂隙，即：Pi=3 2- 1+T(3)如果繼續(xù)加壓，直到裂隙深度達到 3倍孔徑時，此時已接近原巖應(yīng)力狀態(tài)，停止加壓，保持壓力恒定，將該恒定壓力記為 Ps,則由圖 3-7 可見，Ps 與 2 相平衡，即Ps = 2（4）只要測量出巖體的抗拉強

12、度 T 和記錄的 Pi 和 Ps 就可由（3），（4）式求出 1 和 2。這樣就可得出 1 和 2 的大小和方向。如果孔內(nèi)有裂隙水壓 P0,則（3）式變?yōu)椋篜i=3 2- 1+ T - P0(5)在不測試巖體的抗拉強度條件下，通過增加一個環(huán)節(jié)，即可求出 1 和 2。在初始裂隙產(chǎn)生后，將水壓卸除，使裂隙閉合，然后再重新向封隔段加壓，使裂隙重新打開，記錄裂隙重新開時的壓力 Pr,則有：Pr=3 2- 1 - P0(6)由（5）和（6）式，可求出 1 和 2。6 簡述水壓致裂法的主要測量步驟。7 答：(1)測量步驟(a)打鉆孔到準備測量應(yīng)力的部位；并將鉆孔中待加壓段用封隔器密封起來；(b)向隔離段注

13、入高壓水，記錄孔裂開時的壓力值 Pi,繼續(xù)加壓，直到裂隙擴張到孔徑的 3 倍，關(guān)閉高壓水系統(tǒng)，保持水壓恒定，此時的應(yīng)力為關(guān)閉應(yīng)力，記為 Ps ，最后卸壓，使裂隙閉合，此時孔內(nèi)壓力為 P0 。(c)重新向密閉段注入高壓水，使裂隙重新打開，記錄裂隙重新打開時的壓力 Pr,和隨后的恒定關(guān)閉壓力 Ps,其孔內(nèi)壓力時間曲線如圖 3-9。(d)將封隔器卸壓，從孔中取出，(e)用攝象機記錄孔內(nèi)的水壓致裂裂隙，天然節(jié)理、裂隙的位置、方向和大小。9簡述套孔應(yīng)力解除法的基本測量原理和主要測試步驟。答：全應(yīng)力解除法（套孔應(yīng)力解除法）全應(yīng)力解除法即是測點巖體完全脫離地應(yīng)力的作用，測量其變形值，再根據(jù)巖體的物理力學(xué)性質(zhì)

14、計算其原巖應(yīng)力。此種方法最為適用、可靠。操作步驟：(a)從巖體表面向巖體內(nèi)打大鉆孔，直徑一般為 130150mm，(b)從大鉆孔內(nèi)再打小鉆孔，直徑一般為 3638mm，(c)在小孔中央安裝探頭，(d)再用大鉆頭打大孔，解除探頭上的壓應(yīng)力，記錄巖體的變形值，(e)取出巖芯，測量巖芯的 E， 等物理力學(xué)參數(shù)，(f)根據(jù)理論公式計算原巖應(yīng)力值。套孔應(yīng)力解除法又分為：孔徑變形法、孔底應(yīng)變法、孔壁應(yīng)變法、空心包體應(yīng)變法和實心包體應(yīng)變法五種。17實心包體應(yīng)變計與剛性包體應(yīng)力計的主要區(qū)別是什么？答：實心包體應(yīng)變計是測量巖體的應(yīng)變，然后根據(jù)彈性理論計算原巖應(yīng)力。剛性包體應(yīng)力計是直接測量巖體的原巖應(yīng)力。6.用莫

15、爾應(yīng)力圓畫出：（1）單向拉伸；（2）純剪切；（3）單向壓縮；（4）雙向壓縮，（5）雙向拉伸。答：莫爾應(yīng)力圓如圖所示：其中純剪切應(yīng)力圓為圓點。雙向拉伸單向拉伸單向壓縮雙向壓縮8. 將一個圓柱形材料放在厚壁圓桶內(nèi)承受軸向壓縮，使之無法產(chǎn)生橫向應(yīng)變，（1） 試利用泊送比確定水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力之比，（2） 當(dāng)泊送比為 0.1 和 0.5 時，試計算上述的應(yīng)力比；（3）試確定各向同性彈性巖石的（ x+ y+ z）與體積變化之間的關(guān)系。答：（1）無法產(chǎn)生橫向應(yīng)變，即 x= y =0 , x= y 由廣義胡可定律：e=1s- m(s+ s)xExyze=1s- m(s+ s)（1）yEyxze=1s- m(

16、s+ s)zzxyE所以， e=1s- m(s+ s) =0 得xxyzEs x - m(s y+ s z ) = 0（2）s y - m(s x + s z ) = 0 x= y由上三式得：s x=ms z1- m（2）當(dāng) =0.5 和 0.1 時，s x=m=0.5= 1和s x =m=0.1=1= 0.11s z1- m1- 0.5s z1- m1 - 0.19（3）由（1）可得：e+ e+ e=1 - 2m(s+ s+ s)xyzxyEz體積變化（體積應(yīng)變） ev= e x+ e y+ e z所以， e=1 - 2m(s+ s+ s)vxyEz13.什么叫蠕變、松弛、彈性后效和流變？答

17、：蠕變：當(dāng)應(yīng)力不變時，變形隨時間增加而增加的現(xiàn)象。松弛：當(dāng)應(yīng)變不變時，應(yīng)力隨時間的增加而減小的現(xiàn)象。彈性后效：加載和卸載時，彈性應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象。巖石流變就是指材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與時間因素有關(guān)的性質(zhì)，材料變形過程中具有時間效應(yīng)的現(xiàn)象稱為流變現(xiàn)象。16.描述巖石流變性質(zhì)的流變方程主要有幾種？答：巖石的流變包括蠕變、松弛和彈性后效。其流變方程主要有蠕變方程、松弛方程、彈性后效方程。18.敘述巖石力學(xué)中常見的幾個流變模型的特點。答：常見的幾個流變模型為：圣維南體、馬克思威爾體、開爾文體圣維南體特點：它是理想的碳塑性體，無蠕變，無松弛，無彈性后效。馬克思威爾體特點：具有瞬時變形、等速蠕變和松弛的

18、性質(zhì)。開爾文體特點：屬于穩(wěn)定蠕變，有彈性后效，沒有松弛。21.試論述 Coulomb,Mohr,Griffith 三準則的基本原理、主要的區(qū)別及其它們之間的關(guān)系。答：庫侖準則（Coulomb）:巖石的破壞主要是剪切破壞，巖石的強度，既抗摩擦強度等于巖石本身抗剪切摩擦的粘結(jié)力和剪切面上的法向力產(chǎn)生的摩擦力。莫爾把庫侖準則推廣到三向應(yīng)力狀態(tài)。實質(zhì)：巖石到達極限狀態(tài)時，滑動平面上的剪應(yīng)力達到一個取決于正應(yīng)力與材料性質(zhì)的最大值，即 =f( )。對應(yīng)于各種應(yīng)力狀態(tài)（單軸、雙軸和三軸壓縮）下的破壞的巖石的莫爾應(yīng)力圓的包絡(luò)線，稱為莫爾強度包絡(luò)線。如果巖石的應(yīng)力圓位于莫爾強度包絡(luò)線內(nèi)，則巖石不會產(chǎn)生破壞，如果

19、巖石的應(yīng)力圓與莫爾包絡(luò)線相切或相交，則巖石會產(chǎn)生破壞。莫爾強度包絡(luò)線的曲線型式有幾種：斜直線型，二次拋物線型， 雙曲線型等。格里菲斯（Griffith）理論：在脆性材料中，其材料斷裂的起因是分布在材料中的微小裂紋尖端有拉應(yīng)力（這種裂紋稱為 Grifith 裂紋）所致。區(qū)別：格里菲斯（Griffith）理論中巖石的破壞機理是巖石受到拉應(yīng)力破壞所致。庫侖準則和莫爾強度理論則認為巖石破壞是巖體內(nèi)的某個面上的剪切應(yīng)力超過了剪切強度值。莫爾強度理論的包絡(luò)線包括了庫侖準則的直線型，還包括拋物線型和雙曲線型強度準則，因此，應(yīng)用更廣。23.將一個巖石試件進行單軸試驗，當(dāng)其壓應(yīng)力達到 27.6Mpa 時，即發(fā)生

20、破壞，破壞面與最大主應(yīng)力面的夾角為 600。 設(shè)抗剪強度隨正應(yīng)力呈線形變化，試計算：（1）在正應(yīng)力等于零的那個面上的抗剪強度；（2）在上述試驗中與最大主應(yīng)力面的夾角為 300 的那個面上的抗剪強度；（3）內(nèi)摩擦角；（4）破壞面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。答:已知q = p4 + f2 = 600 得f = 300 ,巖石進行單軸壓縮,所以s 3 = 0 ,當(dāng)s1 = 27.6MPa 時,巖石破壞,則s=1+ sin fs+2 C cosf1- sin f31 - sin f11 + sin 300 0 +2 C cos 30027.6=1 - sin 301 - sin 3000得出: C=7.97(Mpa)(1) 莫爾圓上任意一點的正應(yīng)力為s 剪應(yīng)力為t由庫侖準則可知，當(dāng)s =0 時,即在莫爾圓上的園點， 2q = 1800 即和q = 900 ，所以, 剪切強度 S：S = s tgf + C= 0 tg300 + 7.97=7.97(Mpa)(2) 與最大主應(yīng)力面的夾角為 300 時，即q = 300 該面上為正應(yīng)力s ，剪應(yīng)力為t ，剪切強度 S.s =s1 + s 3+s1 -s 3cos 2q =27.6 + 0+27.6 - 0cos 2 3002222=20.7（Mpa）S = s tgf + C=2