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岩体力学复习题
岩体力学考试复习试题
一、名词解释(本题20分,每小题4分)
1. 岩体工程:
主要指岩基和岩体中的各种地表半地下或地下坑硐。
其研究包括岩体初始应力、
围岩稳定、岩基稳定、边坡稳定和岩爆等等问题。
2. 岩石质量指标:
直径为75mm的金刚石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进,连续取芯,回次钻
进所取岩芯中,长度大于10cm的岩芯段长度之和与该回次进尺的比值,以百分比表示。
3. 岩石流变:
应力不变,应变随时间增大的现象叫蠕变;应变不变,应力随时间减小的现象
叫松弛,统称为流变。
4. 次主应力:
某个面上的正应力的极值,一般不等于主应力;次应力作用面上仍然有剪应力,
而主应力作用面上无剪应力;只有三个正交平面上的剪应力都为零时,次应力才等于主应力。
5. 围岩:
在岩体中的各种坑道,开挖打破了岩体原始应力平衡状态,在其周围一定范围内的
岩体中发生应力重分布,通常将这部分岩体叫围岩。
二、填空题(本题24分,每小题1.5分,共16小题)
1. 岩石的全应力应变曲线分为破坏前区、破坏后区两大区段和5个阶段。
2. 格里菲斯判据是从材料内部结构研究其破坏机理的良好开端,为岩石的裂缝发展提供了
一个近似理论。
3. 岩石弹性模量包括初始弹性模量、切线弹性模量、割线弹性模量。
4. 结构面的状态包括几何形态、充填和胶结情况、产状、贯通性和连贯性、密集状态和发
育程度等等。
5. 霍克-布朗经验判据在岩体力学的实验室试验结果和岩体力学参数之间架了一座桥梁,
克服了借助经验方法将岩石力学参数进行折减的缺陷。
6. 岩体综合调查方法包括钻孔取心调查和沿暴露面调查。
7. 常见的岩体工程分类方法包括 RQD质量指标分类方法、RMR分类方法、RQD 、Q方法 。
8. 边坡破坏基本类型包括圆弧破坏、平面破坏、楔体破坏和倾倒破坏。
三、选择题(本题24分,每小题3分)
1. 关于岩石蠕变试验流变力学组合模型元件的描述中,哪一个是错误的 D 。
A.有瞬时弹性应变阶段,有弹性元件;
B.瞬时弹性变形后应变随时间发展,有粘性元件;
C.应力松弛是不完全松弛,有塑性元件;
D.应力松弛是不完全松弛,有粘性元件;
2. 关于岩体、结构面(不连续面)、结构体的关系中,哪一个是错误的?
B 。
A.结构体和结构面是岩体的基本组成部分;
B.岩体的静力学特性是固定不变的;
C.结构体和结构面的力学特性,岩体结构,地应力是岩体的力学特性基本影响因素;
D.在结构体强度高时,岩体的力学特性由结构面的力学特性决定;
1、岩体的强度小于岩石的强度主要是由于( A )。
( A )岩体中含有大量的不连续面 ( B )岩体中含有水
( C )岩体为非均质材料 ( D )岩石的弹性模量比岩体的大
2、岩体的尺寸效应是指( C )。
( A )岩体的力学参数与试件的尺寸没有什么关系
( B )岩体的力学参数随试件的增大而增大的现象
( C )岩体的力学参数随试件的增大而减少的现象
( D )岩体的强度比岩石的小
3 、影响岩体质量的主要因素为( c )。
(A)岩石类型、埋深
(B)岩石类型、含水量、温度
(C)岩体的完整性和岩石的强度
(D)岩体的完整性、岩石强度、裂隙密度、埋深
4、我国工程岩体分级标准中岩石的坚硬程序确定是按照( A )。
(A)应力恢复(B)应力解除法 (C)弹性波法(D)模拟试验
5在工程实践中,洞室围岩稳定性主要取决于( B )。
(A)岩石强度 (B)岩体强度 (C)结构体强度 (D)结构面强度
6岩石与岩体的关系是( B )。
(A)岩石就是岩体 (B)岩体是由岩石和结构面组成的
(C)岩体代表的范围大于岩石 (D)岩石是岩体的主要组成部分
7大部分岩体属于( D )。
(A)均质连续材料 (B)非均质材料
(C)非连续材料 (D)非均质、非连接、各向异性材料
8岩石的弹性模量一般指( B )。
(A)弹性变形曲线的斜率 (B)割线模量
(C)切线模量
(D)割线模量、切线模量及平均模量中的任一种
9由于岩石的抗压强度远大于它的抗拉强度,所以岩石属于( B )
(A)脆性材料 (B)延性材料
(C)坚硬材料 (D)脆性材料,但围压较大时,会呈现延性特征
10剪胀(或扩容)表示( D )。
(A)岩石体积不断减少的现象 (B)裂隙逐渐闭合的一种现象
(C)裂隙逐渐涨开的一种现象 (D)岩石的体积随压应力的增大逐渐增大的现象
11剪胀(或扩容)发生的原因是由于( D )。
(A)岩石内部裂隙闭合引起的 (B)压应力过大引起的
(C)岩石的强度大小引起的 (D)岩石内部裂隙逐渐张开的贯通引起的
12岩石的抗压强度随着围岩的增大(A )。
(A)而增大 (B)而减小 (C)保持不变 (D)会发生突变
13劈裂试验得出的岩石强度表示岩石的( B )。
(A)抗压强度 (B)抗拉强度 (C)单轴抗拉强度 (D)剪切强度
14格里菲斯强度准则不能作为岩石的宏观破坏准则的原因是( D )
(A)它不是针对岩石材料的破坏准则
(B)它认为材料的破坏是由于拉应力所致
(C)它没有考虑岩石的非均质特征
(D)它没有考虑岩石中的大量身长裂隙及其相互作用
15、岩石的吸水率是指( B )。
(A)岩石试件吸入水的重量和岩石天然重量之比
(B)岩石试件吸入水的重量和岩石干重量之比
(C)岩石试件吸入水的重量和岩石饱和重量之比
(D)岩石试件天然重量和岩石饱和重量之比
16、已知某岩石饱水状态与干燥状态的抗压强度之比为0.72,则该岩石( A )。
(A)软化性强,工程地质性质不良 (B)软化性强,工程地质性质较好 (C)软化性弱,工程地质性质较好 (D)软化性弱,工程地质性质不良
17、当岩石处于三向应力状态且比较大的时候,一般应将岩石考虑为( B )。
(A)弹性体 (B)塑性体 (C)弹塑性体 (D)完全弹性体
18、在岩石抗压强度试验中,若加荷速率增大,则岩石的抗压强度( A )。
(A)增大(B)减小 (C)不变 (D)无法判断
19、按照库仑—莫尔强度理论,若岩石强度曲线是一条直线,则岩石破坏时破裂面与最大主应力作用方向的夹角为( C )。
(A)45°(B)45°+φ/2 (C)45°-φ/2 (D)60°
15、在岩石的含水率试验中,试件烘干时应将温度控制在( D )。
(A)95~105℃ (B)100~105℃ (C)100~110℃ (D)105~110℃
16、按照格理菲斯强度理论,脆性岩体破坏主要原因是( A )。
(A)受拉破坏 (B)受压破坏 (C)弯曲破坏 (D)剪切破坏
17、在缺乏试验资料时,一般取岩石抗拉强度为抗压强度的( B )
(A)1/2~1/5 (B)1/10~1/50 (C)2~5倍 (D)10~50倍
18、某岩石试件相对密度ds=2.60,孔隙比e=0.05,则该岩石的干密度ρd为( D )
(A)2.45 (B)2.46 (C)2.47 (D)2.48
19、下列研究岩石弹性、塑性和粘性等力学性制裁的理想力学模型中,哪一种被称为凯尔文模型?
( C )
(A)弹簧模型(B)缓冲模型(C)弹簧与缓冲器并联(D)弹簧与缓冲器串联
20、格里菲斯准则认为岩石的破坏是由于( A )。
(A)拉应力引起的拉裂破坏
(B)压应力引起的剪切破坏
(C)压应力引起的拉裂破坏
(D)剪应力引起的剪切破坏
填空题
1. 表征岩石抗剪性能的基本指数是(C )和(内摩擦角 )。
2. 如果将岩石作为弹性体看待,表征其变形性质的基本指标是(E )和(泊松比 )。
3. 岩石在单轴压力作用下,随加荷、卸荷次数的增加,变形总量逐次(增加 ),变形增量逐次( 降低)。
4. 所谓洞室围岩一般是指洞室周围( 6)倍半径范围内的岩体。
5. 边坡岩体中,滑移体的边界条件包括( 平面滑动)、(楔形体滑动 )和(圆弧形滑动 )三种类型。
6. 垂直于岩石层面加压时,其抗压强度( 增大),弹性模量(增大 );顺层面加压时的抗压强度( 减小),弹性模量(减小 )。
7. 莫尔强度理论认为:
岩石的破坏仅与(最大主)应力和(最小主 )应力有关,而与( 中间主)应力无关。
8. 岩石在复杂应力状态下发生剪切破坏时,破坏面的法线与最大主应力之间的夹角总是等于(45°+φ/2 )的;而破坏面又总是与中间主应力(45°-φ/2 )。
9. 不论何种天然应力条件下,边坡形成后,在边坡表面岩体中的最大主应力的作用方向与边坡面(平行 ),最小主应力作用方向与边坡面(垂直 )。
10. 主要的岩体工程分类有(RMR分类 )、(Q分类 )、(洞室围岩分类 )、(岩体质量分级 )等。
11. 水对边坡岩体的影响表现在( )、( )和( )。
12. 天然应力场的主要成分有(垂直应力 )、(水平应力 )和(剪应力 )。
13. 地质结构面对岩体力学性质的影响表现在(强度 )和(变形 )。
14. 结构面在法向应力作用下,产生( )变形,其变形性质用指标( )表征。
15. 岩石抗拉强度的试验室方法有(劈裂法 )和(直接拉裂法 )。
16. 地质结构面按力学条件可分为(剪性结构面 )和(张性结构面 )。
原岩应力:
未受开采影响的岩体内,有语言体的自重和构造运动等原因引起的应力。
(包括自重应力,构造应力,地温应力,膨胀(收缩)应力,流体压应力。
)
二次应力:
围岩内的应力
围岩压力:
围岩作用于支护上的力。
围岩分为两部分,弹性区和塑性区。
岩体变形模量E0:
岩体在无侧限受压条件下应力与总应变之比。
1岩体中的结构面按成因有哪几种分法?
分别是什么?
答:
结构面的成因类型分成两种,一是地质成因类型,根据地质成因的不同,可将结构面划分为原生结构面、构造结构面和次生结构面三类;按破裂面的力学成因可分为剪性结构面和张性结构面两类。
2按岩体力学的观点,岩体具有什么样的力学特征?
答:
非均质、非连续、各向异性。
3在岩石的单轴压缩试验中,试件的高径比、尺寸、加载速率怎样影响岩石的强度?
答:
一般说来,高径比越大,岩石的强度越低。
试件尺寸越大,岩石强度越低。
加荷速率越大,岩石的强度越大。
3、初始模量:
应力—应变曲线在原点处的切线斜率。
4、切线模量:
应力—应变曲线直线段的斜率。
5、割线模量:
从应力—应变曲线的原点到曲线上一点的连线的斜率,取通常σc的40-60%。
6、泊松比:
是指在单轴压缩条件下,横向应变与轴向应变之比。
7、弹性滞后:
多数岩石的大部分弹性变形在卸荷后能很快恢复,而小部分(约10%~20%)须经过一段时间才能恢复,这种现象称为弹性滞后。
.
8、塑性滞环:
岩石在循环荷载条件下,每次加荷,卸荷曲线都不重合,且围成一环形面积,即塑性滞环。
.
9、岩石的记忆:
每次卸载后再加载到原来的应力后继续增加荷载,即逐级循环加载,则新的加载曲线段将沿着卸载前的加载曲线方向上升的形象。
10 疲劳强度:
岩块在高于弹性极限的某一应力下反复加载、卸载时将导致试件进一步的变形,发生破坏时的应力低于单轴抗压强度,这一应力称为疲劳强度。
11、岩石的流变性:
岩石的变形和应力受时间因素的影响,在外部条件不变的情况下,岩石的变形或应力随时间而变化的现象叫流变。
单轴压缩条件下岩石变形的全过程曲线如上图所示
(Ⅰ)孔隙裂隙压密阶段(OA),试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合,岩石被压密,形成早期的非线性变形。
(Ⅱ)弹性变形至微破裂稳定发展阶段(AC段),据其变形机理又可细分弹性变形阶段(AB段)和微破裂稳定发展阶段(BC段),弹性变形阶段不仅变形随应力成比例增加,而且在很大程度上表现为可恢复的弹性变形,B点的应力可称为弹性极限。
微破裂稳定发展阶段的变形主要表现为塑性变形,试件内开始出现新的微破裂,并随应力增强而逐渐发展,当荷载保持不变时,微破裂也停止发展,这一阶段的上界应力(C点应力)称为屈服极限。
(Ⅲ)非稳定破裂发展阶段(CD)。
由于破裂过程中造成的应力集中效应显著,即使外荷载保持不变,破裂仍会不断发展,并在某些薄弱部位首先破坏,应力重新分布,其结果又引起次薄弱部位的破坏,依次进行下去直到试件完全破坏。
(Ⅳ)破坏后阶段(D点以后阶段):
岩块承载力达到峰值后,其内部结构完全破坏,但试件仍基本保持整体状,到本阶段,裂隙快速发展,交叉且相互联合并形成宏观断裂面,此后,岩块变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移,试件承载力随变形增大迅速下降,但并不降到零,说明破裂的岩石仍有一定的承载能力。
8、莫尔强度理论:
指材料在极限状态下,剪切面上的剪应力达到抗剪强度而破坏,而抗剪强度是与剪切面上得正应力有关得。
9、格里菲斯强度理论:
实际的固体在结构构造上既不是绝对均匀的,也不是绝对连续的,其内部包含有大量的微裂纹和微孔洞,这种固体在外力作用下,即使作用的平均应力不大,但由于微裂纹或微孔洞边缘上的应力集中,很可能在边缘局部产生很大的拉应力,当这种拉应力达到或超过强度时,微裂纹便开始扩展,当许多这种的微裂纹扩展、迁就、联合时,最后使固体沿某一个或若干个平面或曲面形成宏观破裂。
(2) 巴顿(Barton)公式是怎样建立起来的?
公式中各项的意义是什么?
答:
巴顿对8种不同粗糙起伏的结构面进行了试验研究,提出了剪胀角的概念并用以代替起伏角,剪胀角的
定义为剪切时结构面法向位移的轨迹线与水平线的夹角,即:
通过大量试验,得出的不规则粗糙起伏结构面的抗剪强度的统计关系为:
式中:
JRC是节理粗糙度系数。
JCS是节理抗壁压强度。
b为基本磨擦角。
(2) Hoek-Brown的经验方程是什么?
各参数的意义是什么?
答:
其经验方程为:
式中:
σ1、σ3为破坏主应力,σc 为岩块的单轴抗压强度。
m、s为与岩性及结构面情况有关的常数,可查表求得。
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九、岩体中的天然应力
一、 解释下例名词术语
1、天然应力:
人类工程活动之前存在于岩体中的应力,称为天然应力或地应力。
.
2、重分布应力:
开挖破坏了岩体天然应力的相对平衡状态,使岩体中的应力产生重分布,这时的应力称为重分布应力。
.
二、 简答题
1、 岩体中的天然应力是哪些因素引起的?
答:
1)岩石的自重; 2)构造应力及地震; 3)岩浆活动及放射性蜕变产生的地热引起的温度应力 ;4)地下水动静压力。
3、 天然应力的分布特征是什么?
.
答:
1)地壳中的主应力为压应力,方向基本上是铅垂和水平的。
2)垂直应力随深度线性增的。
3)水平应力分布比较复杂。
a、水平应力在地表面上水平应力从大到小递减,在地表深处仍是线性增的。
b、在许多地方在地表附近,水平应力大于垂直应力。
c在多数情况,两个方向的水平应力是不相等的。
4)在比较大的范围内,地应力的分布特征比较一致。
1、围岩:
在岩体中开挖洞室,引起洞室围岩体中应力的重分布,应力重分布范围内的岩体叫做围岩。
2、重分布应力:
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,这种应力称为重分布应力。
.
3、围岩应力:
围岩中的重分布应力。
4、围岩压力:
是指围岩作用在支护上的力。
5、塑性圈(松动圈):
如重分布应力超过围岩强度极限或屈服极限,造成洞室周边的非弹性位移,这种现象从周边向岩体深处扩展到某一范围,在此范围内的岩体称为塑性圈(松动圈)。
6、塑性条件:
岩石屈服满足摩尔屈服准则,当岩石进入屈服时就是塑性条件。
7、侧压力系数:
ξ=σH/σV,即水平应力与垂直应力的比值。
8、静水压力状态:
σ1=σ2=σ3或σH=σV
9、 在非静水压力状态下,围岩应力的分布主要受哪些因素影响?
这些因素怎样影响到围岩应力的分布特征?
答:
在非静水压力状态下,围岩应力的分布特征与静水压力状态类似,但侧压力系数ξ的大小对应力大小有明显影响。
以圆形洞室为例,当ξ<1/3时,洞顶将出现拉应力。
当1/3<ξ<3时,洞壁围岩内的σθ全为压应力。
当ξ>3时,两边墙出现拉应力。
1、 在静水压力状态下,围岩应力的分布有何特征?
答:
天然应力为静水压力状态时,围岩内重分布应力与θ角无关,仅与洞半径a和原始应力水平σ0有关。
径向应力σr在洞壁处为0,随着离洞壁距离的增加,其应力逐渐上升,在约6倍洞半径处基本恢复到原始应力水平。
切向应力σθ在洞壁处为2σ0,随着离洞壁距离的增加,其应力逐渐下降,在约6倍洞半径处基本恢复到原始应力水平。
其分布特征如图所示:
2、常见的边坡破坏类形有哪些?
答:
(1)平面滑动破坏;
(2)楔形状滑动破坏;(3)圆弧形滑动破坏;(4)倾倒破坏;
3、 边坡中的应力分布有何特征?
答:
(1)无论在什么样的天然应力场下,边坡面附近的主应力迹线均明显偏转,表现为最大主应力与坡面近于平行,最小主应力与坡面近于正交,向坡体内渐渐恢复初始应力状态;
(2)在坡脚附近,形成剪应力集中带,在坡顶可产生拉应力带,当应力超过边坡岩体强度时,可产生坡脚滑动破坏和坡顶的拉张破坏;
(3)在非直线坡的情形下,变坡点可形成第二应力异常区。
当坡形上缓下陡时,该异常区为拉张区,当坡形下缓上陡时,该异常区为剪切区;
(4)对阶梯形边坡,在台阶附近为应力异常复杂区。
台阶前端为拉张区,台阶后部为剪切区。
当台阶宽度较小时,形成复杂的张剪区,对边坡安全有较大影响。
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