中国石油大学岩石力学模拟试题.docx
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中国石油大学岩石力学模拟试题
《岩石力学》练习题
绪论
一、名词解释
1.岩石力学
岩石力学是研究岩石和岩体力学性能的理论和应用的科学,它是力学的一个分支,是探讨岩石和岩体对其周围物理环境中力场的反应。
2.静岩压力
地球内部在不同深度处单位面积地球内部岩石压力基本上保持平衡,类似于静水压力;其数值与该处上覆岩石的总重量相等,称为静岩压力,其大小可用P=ρgh来表达,即静岩压力(P)等于某一深度(h)、该处上覆物质平均密度(ρ)与平均重力加速度(g)的乘积。
二、简答题
1岩石具有哪三种特性?
①非均质性;②不连续性。
岩体不但有微观的裂隙,而且有层理、片理、节理以至于断层等不连续面;③各向异性。
2怎样理解岩石的多相体?
岩石是由岩石骨架和孔隙组成。
岩石骨架是固体,孔隙里面充满了流体,流体包括油气水。
所以,岩石是由固体和流体组成的,是固液两相或固液气三相,所以岩石是多相体。
3.岩石力学的复杂性体现在什么地方?
岩石力学的复杂性表现在:
⑴岩石具有局部破坏特性;⑵尺寸效应;⑶抗拉强度比较小;⑷地下水的影响;⑸风化;⑹岩体外载的不确定。
4.钻井中有哪些问题与岩石力学有关?
①井壁稳定问题,包括井眼缩径、井壁坍塌、井漏等;②岩石破碎问题,包括岩石的剪切破坏与抗压破坏等。
第一章应力与应变
一、选择题
1、在地下,岩石所受到的应力一般为(B)。
A、拉应力B、压应力C、剪应力
二、名词解释
1、什么是面力?
什么是体力?
所谓面力指的是作用在物体表面上的力,如压力、摩擦力等。
体力指布满在物体内部各质点上的力,如重力、惯性力、电磁力等。
2、什么是正应力?
什么是剪应力?
作用力与受力面的关系可以呈任意方向,如果作用力是沿着受力面的法线方向,作用力就称为法向力,除以受力面的面积得到的值就是正应力值。
如果作用力与受力面的法线方向垂直,即与受力面平行,作用力就称为剪切力,除以受力面的面积得到的值就是剪应力值。
三、简答题
1、应力的正负是怎样规定的?
岩石力学中,①正应力以压应力为正,拉应力为负;②剪应力以使物体发生逆时针转动为正,反之为负;③θ角以x轴正向沿逆时针方向转动所形成的夹角为正,反之为负。
2、一个点的平衡状态需满足哪两个平衡?
一是满足力的平衡,二是满足力矩的平衡。
3、怎么理解受力单元体?
由于岩石的破坏具有局部性的特点,所以采用受力单元体的方式来进行分析,找到受力单元体破坏的方位,从而对整体岩石的破坏进行分析。
4、应力的两个下标各表示什么含义?
应力的第一个下标表示应力所在面的外法线方向;第二个下标表示应力的方向。
由于正应力的两个下标一样,所以可用一个下标来表示。
5、画出二维应力受力体的受力图。
所谓二维应力状态,是指与第三角标有关的应力分量皆为零的状态,即
33=
32=
31=0
这也就是通常所指的平面应力状态。
6、什么是剪应力互等定理?
在两个互相垂直的平面上,两个相反的剪应力必然成对存在,且大小相等,方向相反。
7、什么是主应力和主平面?
面元上只有正应力,剪应力等于零时,面元的法线方向称为主方向,相应的正应力称为主应力,主应力所在的平面称为主平面。
8、什么是莫尔应力圆?
莫尔应力圆由莫尔(Mohr)于1914年提出。
以正应力(σ)和剪应力(τ)为直角坐标系的圆上各点表示点在不同方位上的应力状态。
其圆心为[(σ1+σ3)/2,0],半径为(σ1-σ3)/2,与σ轴交于两点,即σ1和σ3。
不同的应力状态可用一系列的圆来表示。
四、计算题
1、如果知道了地下岩石某一点的平面应力状态如下:
(1)画出应力莫尔圆;
(2)计算
(1)应力莫尔圆
(2)如图可知:
2、如果知道了地下岩石某一点的平面应力状态如下:
(1)画出应力莫尔圆;
(2)计算
解:
(1)应力莫尔圆
(2)如图可知:
第二章岩石组成与岩石物理性质
一、填空题
1、沉积岩按沉积类型可分为(碎屑沉积岩)、(结晶沉积岩)、(生物沉积岩)。
二、选择题
1、下列关于孔隙度的大小排列正确的是(C)
A、绝对孔隙度>流动孔隙度>连通孔隙度
B、流动孔隙度>连通孔隙度>绝对孔隙度
C、绝对孔隙度>连通孔隙度>流动孔隙度
2、由于岩石的抗压强度远大于它的抗拉强度。
所以岩石属于(D)
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
3、岩体的尺寸效应是指(C)。
A.岩体的强度和弹性模量与试件的尺寸没有什么关系
B.岩体的强度和弹性模量随试件的增大而增大的现象
C.岩体的强度和弹性模量随试件的增大而减少的现象
D.岩体的强度比岩石的小
三、判断改错题
1、砂岩中存在四种基本孔隙结构:
粒间孔隙、溶蚀孔隙、微孔隙和裂隙,其中微孔隙和裂隙属于次生孔隙。
×。
把“其中微孔隙”改为“其中溶蚀孔隙”。
2、岩石分为沉积岩、变质岩、火成岩三类,化石存在于这三类岩石中。
×。
把“这三类岩石”改为“沉积岩”。
3、以下三种孔隙度的关系为:
绝对孔隙度〉连通孔隙度〉流动孔隙度。
√。
4、岩体的渗透率是表征岩体介质特征的函数,与流体性质无关。
√
四、名词解释
1、重力密度
重力密度(γ)是指单位体积中岩石的重量,通常简称为重度。
这个指标通常由密度乘上重力加速度而得,其采用的单位为kN/m3。
2、岩石的孔隙比和孔隙度
岩石的孔隙比(e)指孔隙的体积Vv与固体体积Vs之比。
其公式为
岩石的孔隙度(Φ)指孔隙的体积Vv与试件总体积V的比值,以百分率表示。
其公式为
(%)
孔隙比和孔隙率存在如下关系:
3、岩石的渗透性
在压力作用下,岩石允许流体通过的性质称为岩石的渗透性。
它间接地反映了岩石中裂隙间相互连通的程度。
4、岩石
岩石是由一种或几种矿物按一定方式结合而成的天然集合体,如:
花岗岩是由石英、长石、和云母颗粒组成的。
5、砂岩的双孔隙
砂岩的双孔隙包括原生孔隙和次生孔隙。
6、岩石的粒度组成
岩石的粒度组成是指构成岩石的各种大小不同的颗粒含量,以百分数表示。
7、岩石的比表面积
岩石比表面积是指单位体积的岩石内颗粒的总表面积。
五、简答题
1、按照孔隙度值来划分或评价储集层,其标准是什么?
按照孔隙度值来划分或评价储集层,其标准是:
φ<5%极差储层
5%<φ<10%差储层
10%<φ<20%良好储层
φ>20%特好储层
2、怎样判别侵入岩和喷出岩?
一般说来,细粒火成岩大都是喷出岩,它们的温度先是急剧下降,然后至地面进行冷却;而粗粒火成岩多是侵入岩,它们的温度是逐渐冷却的。
所以可以用颗粒的粗细来判别侵入岩和喷出岩。
3、沉积岩是经过哪些作用形成的?
沉积岩是经过母岩风化、剥蚀、搬运、沉积作用后,又经过胶结、压固、重结晶、交代作用形成的。
4、什么是岩石的变质作用?
在地球内部高温或高压的情况下,先已存在的岩石发生各种物理、化学变化使其中的矿物重结晶或发生交互作用,进而形成新的矿物组合。
这种过程一般称之为变质过程,相应的这一作用叫做变质作用。
5、什么是成岩旋回?
由火成岩、沉积岩和变质岩的形成过程可以看出它们之间有着密切的联系,它们都是活动着的地球过程的产物,同时,随着地球上主要地质过程的演变,这三类岩石之间可以互相转变。
成岩旋回图
6、岩石的物理性质主要由哪三个方面的因素决定的?
一般说来,岩石的物理性质主要由三个方面的因素决定:
第一,岩石的组成,包括组成岩石的矿物成分,岩石内部的孔隙度,岩石的饱和状态和孔隙流体的性质等;
第二,岩石内部的结构,包括矿物颗粒的大小、形状及胶结情况,岩石内部的裂隙和其它不连续界面等;
第三,岩石所处的热力学环境,包括温度、压力和地应力场等。
7、什么是沉积岩的碎屑结构?
举例说明
碎屑岩是由单个颗粒通过胶结物胶结而成的,其中有大量的孔隙,常见的胶结物有钙质、硅质、泥质等,像砂岩等。
8、什么是沉积岩的结晶结构?
举例说明
结晶沉积岩的结构是由沉积过程中生成的晶体决定的,晶体形成一种紧密排列结构,原生孔隙小,如碳酸盐岩、盐膏岩等。
9、什么是变质岩的片状结构?
变质岩的片状结构是在高温高压下,由重结晶作用和各种矿物的分离作用而造成的明暗矿物间互带,如片麻岩。
10、碎屑沉积岩不同胶结物的胶结强度是怎样一个顺序?
对于碎屑沉积岩来说,其胶结物对强度影响程度最大,即其强度主要取决于矿物颗粒间的连接强度。
不同胶结物的连接强度不同:
硅质〉铁质>钙质>泥质。
六、计算题
1、假定岩石由半径为1mm的矿物小球按立方堆积(下图)组成,计算其孔隙度和孔隙比表面积。
再假定岩石由半径为1cm的矿物小球按立方堆积组成,计算其孔隙度和孔隙比表面积。
并讨论尺度效应。
解:
①对于半径为1mm的矿物小球立方堆积的岩石,取其边长为2mm的正方体,正好容纳1个矿物小球:
②对于半径为1cm的矿物小球立方堆积的岩石,取其边长为2cm的正方体,正好容纳1个矿物小球:
③经计算可知,对于半径不同的相同粒径的矿物小球按立方堆积时,其孔隙度都为48%,但孔隙比表面积却不一样。
岩石的颗粒越细,孔隙比表面积越大。
第三章岩石的力学性质及其影响因素
一、填空题
1、围压影响着岩石的残余强度。
随着围压加大,岩石的(抗压强度)、(弹性模量)、(残余强度)、(延性)都跟着增加。
2、如果将岩石作为弹性体看待,表征其变形性质的基本参数是(弹性模量)和(泊松比)。
3、当岩石孔隙度增大时,岩石强度(降低);当围压增大时,岩石强度(增加)。
4、岩石的破坏取决于物理环境,包括(围压、温度、应变率、中间主应力及孔隙、孔隙压力)等,在低温、低围压及高应变率条件下,岩石往往表现为(脆性破坏);而在高温、高围压及低应变率的条件下,岩石往往表现为(延性破坏或延性流动)。
5、垂直于岩石层面加压时,其抗压强度(大),弹性模量(大);顺层面加压时的抗压强度(小),弹性模量(小)。
6、通常情况下,岩石的峰值应力及弹性模量随着应变率降低而(下降),而破坏前应变则随着应变率降低而(增加)。
二、选择题
1、围压增加,岩石的弹性模量(A)。
A、增大B、减小C、不变
2、岩石的峰值强度随围压的增加而(A)。
A、增大B、减小C、不变
3、岩石的变形能力越大,岩石的(B)越大。
A、脆性B、塑性C、刚性
4、剪胀(或扩容)表示(D)
A岩石体积不断减少的现象
B裂缝逐渐闭合的一种现象
C裂缝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
5、剪胀(或扩容)发生的原因是(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
6、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
7、下列那个不是水对岩石力学性质的影响(A)。
A.连接作用B.润滑作用C.孔隙水压力作用D.弱化作用
8、在岩石抗压试验中,若加载速率增大,则岩石的抗压强度(A)
A增大B减小C不变D无法判断
9、岩石的割线模量和切线模量计算时所对应的应力取值为(B)
AσB/2Bσc/2CσDDσ50
10、岩石的本构关系是指(C)。
A.应变-时间关系
B.应力-时间关系
C.应变与应力等其他函数的关系
D.应力-应变-时间关系
11、在应力应变全过程变化曲线的四个阶段中,应变硬化现象发生在哪一阶段(C)
A、微裂隙的压密阶段
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