岩体力学复习题整理

岩体力学复习题
一、判断（含填空）
1、结构面组数越多，岩体强度越接近于结构面强度。

（V ）*
2、.在原岩体内存在着原岩应力，其方向与水平方向垂直。

（X）
3、岩石蠕变与岩石类别有关，与应力大小有关。

（V）
4、.弱面不仅能承受压缩及剪切作用，还能承受拉伸作用。

（X）
5、岩石限制性剪切强度不是固定值，与剪切面上作用的正压力有关。

（V）
6、随开采深度增加，巷道围岩变形将明显增大。

（V）
7、从巷道周边围岩受力情况看，拱型断面巷道要比梯形巷道断面差。

（X）
8、塑性变形与静水应力无关，只与应力偏量有关，与剪应力有关。

（V）
9、平行层理面的波速（或动弹性模量）总是大于垂直于层理面。

（V）
10、在我国工程岩体分级标准中，软岩表示岩石的饱和单轴抗压强度为5~15MPa。

（V）
11、岩石三向抗压强度不是一个固定值，将随围压变化而改变。

（V）
12、结构面组数越多，岩体越接近于各向异性。

（X）
13、软弱岩层受力后变形较大，表明构造应力在软弱岩层中表现显著。

（X）
14、对无粘聚力的松散体，由地表开始侧压力随深度成线性增长。

（V）（
15、我国工程岩体分级标准中是根据①结构面；②地下水；③地应力对岩石基本质量进行修正的。

（V）
16、岩石中含有的亲水性和可溶性矿物越多，软化系数越小。

（X）
17、适用于拉伸破坏的判据是格里菲斯判据。

（V）
18、莫尔判据没有考虑中间主应力对岩石破坏的影响。

（V）
19、结构面的剪切刚度，随结构面的规模增大而减小。

（V）
20、随深度的增大，铅直天然应力而增大。

（V）
二、名词解释（含填空）
1、岩石：指地壳中由矿物或岩屑，在地质作用下按一定规律聚集而成的自然物体（或集合体）。

2、岩体：指在自然界中处于一定地质环境中的各种岩性和结构特征的岩石所组成的集合体（或自然地质体）。

3、结构面：指在地质历史（尤其是地质构造影响）过程所形成的具有一定方向，厚度较小和一定延展长度的地质界面。

如：层理、节理、片理等。

（包括物质分介面和不连续面），统称结构面。

___ 4、结构体：指由不同产状的结构面相互切割而形成的单元块体（岩块）。

、
5、岩体的各向异性：岩体的物理力学性质随取向不同而具有明显方向性差异的性质。

6、岩体力学：主要研究岩石和岩体力学性能的一门学科，是探讨岩石和岩体在其周围物理环境（力场、温度场、地下水场等）发生变化后，作出响应的一门力学分支。

7、岩石的软化系数：岩石饱水状态的抗压强度与其干燥状态的抗压强度的比值。

8、构造应力场：通常指导致构造运动的地应力场，或指一定区域内具有生成联系的各种构造行迹在不同部位应力状态的总体。

9、峰值强度：岩石应力应变曲线上对应最大应力值。

10、弹性模量：指岩石受力后在弹性范围内的应力应变的斜率。

11、泊松比：岩石在单向受压条件下，横向应变与纵向应变之比。

12、松弛：物体变形保持一定，内部应力随时间增长而逐渐减小的现象。

13、蠕变：在恒定的外力作用下，变形随时间不断增长的现象。

14、弹性变形：岩石在外力作用下产生变形，当外力取消后，岩石的变形即可消失并能完全恢复的变形
称为弹性变形。

15、塑性变形：岩石在外力的作用下产生形变，当施加的外力撤除或消失后，岩石的变形不能恢复原状
的一种物理现象。

16、剪胀：结构面滑移过程中，不仅产生切向位移，也有法向位移，从而使结构面总体张开，岩体体积
膨胀，这种现象即为剪胀。

17、弹性波：在线弹性体（应力应变关系服从虎克定律）的介质中传播的波。

18、岩体的初始应力：指岩体在天然状态下所存在的内在应力。

19、流变包括：蠕变、松弛、弹性后效。

20、岩块抗拉强度测定方法：直接拉伸法和间接法；间接法有：劈裂法、抗弯法、点荷载法。

21、岩石法向变形曲线分为：直线型、（下凹型）、上凸型、（S型）；又称为（弹性）、弹-塑性、（塑-弹性）、塑-弹-塑性岩体。

22、岩体中初始应力分为：自重应力、构造应力，以构造应力为主。

23、围岩压力分为：形变岩压力、松动岩压力、冲击岩压力。

膨胀压力。

24、岩石的泊松比：是指在弹性阶段中，岩石的横向应变与纵向应变的比值。

25、影响抗剪强度因素：结构面的形态、连续性、胶结充填特征、岩壁性质。

26、背斜褶曲的两翼自重应力大，而中部自重应力低，显示出承载拱的受力特点。

27、岩体初始应力的量测方法，根据测量原理的不同可分为：水压致裂法、应力解除法、应力恢复法、声发射法、应变恢复法等八类。

三、简答题
1、岩体和岩石的各自特征是什么？两者有何区别和联系？*
答：特征：岩体：不连续性、非均匀性、各向异性、有条件转化性；岩石：是一种地质材料，是组成岩体的固相基质，是连续、均匀、各向同性或正交各向同性的力学介质；
区别联系：：（1）岩体赋存于一定地质环境之中，地应力、地温、地下水等因素对其物理力学性质有很大影响，而岩石试件只是为实验而加工的岩块，已完全脱离了原有的地质环境。

（2）岩体在自然状态下经历了漫长的地质作用过程，其中存在着各种地质构造面，如不整合、褶皱、断层、节理，裂隙等而岩石相对完整。

（3）一定数量的岩石组成岩体，且岩体无特定的自然边界，只能根据解决问题的需要来圈定范围。

（4）岩体是地质体的一部分，并且是由处于一定地质环境中的各种岩性和结构特征岩石所组成的集合体，也可以看成是由结构面所包围的结构体和结构面共同组的。

《36
2、结构面按其成因通常分为哪几种类型？各自有何特点？
答：成因类型：（1）原生结构面—一在成岩过程（建造过程）中形成的结构面。

其特征与岩体成因紧密相关，它包括沉积结构面、火成结构面和变质结构面。

（2）构造结构面一一岩体在改造过程中受构造应力作用产生的破裂面或破碎带，如劈裂、节理、层间错动及断层等。

它是岩体中分布最广的一类结构面。

结构面的产状空间分布取决于构造应力场与岩性条件，他们的力学成因、规模、发育历史及次生变化影响并制约着岩体的工程地质性质。

（3）次生结构面一一次生结构面是指岩体在外营利（风力、卸荷、地下水、应力应变、人工爆破等）作用下形成的结构面。

其特点是局限于岩体表层，规模小、数量多、多呈无序性，不平整和不连续状态。

它们往往是受原生结构面和构造结构面控制的，或在此基础上发展起来的。

3、何为岩体结构控制论，岩体结构对岩体的影响有哪些？试述岩体结构控制论的基本原理及其实际意义？
答：岩体结构控制论有两个层次第一个层次是岩体结构对岩体变形、岩体破坏、岩体力学性质规律的控制,这是岩体结构力学基础理论,是岩体结构力学的核心。

第二个层次是应用这个基础理论
作指导去解决岩体工程实际问题。

答：岩体结构控制论的基本原理：大量实践与试验研究表明，岩体的应力传播、变形破坏以及岩体力学介质属性无不受控于岩体结构。

岩体结构对工程岩体的控制作用主要表现在三方面，即岩体的应力传播特征、岩体的变形与破坏特征及工程岩体的稳定性。

答：实际意义：在工程地质模型基础上，经初步岩体结构分析，对岩体稳定性可作出宏观与定性的判断；依据岩体结构，尤其是结构面（特别是控制性结构面与软弱结构面）与工程岩体的依存关系，可准确确定岩体稳定性的边界条件；充分认识结构控制作用，将大大提高岩体稳定性分析的准确性。

4、简述结构面定量统计的内容？*
答：（1）产状（结构面的空间分布状态）；（2）组数（岩体中交叉分布的结构面组数）；（3）间距（同组结构面法线方向上该组结构面的平均距离）；（4）延展性（在一个暴露面上能看见的结构面迹线的长度）；（5）粗糙程度（结构面的固体表面相对与它的平均平面的凹凸不平程度）；
（6）结构面壁的抗压强度（结构面两侧岩壁的等效抗压强度）；（7）张开度（结构面两壁间的垂直距离，除水和空气外壁间无填充物）；（8）充填特征（硬性结构面、软弱结构面）；（9）渗流特征（结构面中是否存在渗流及渗流量）；（10）块体尺寸。

5、试述自重应力场与构造应力场的区别和特点。

*
答：自重应力场是岩体自重应力在空间的有规律分布；构造应力场是一定区域内具有成生联系的各种构造形迹在不同部位应力状态的总称。

两者都是天然应力场的组成部分，自重应力场是由上覆岩体的重量引起的，而构造应力是空间和时间的函数，是随构造形迹的发展而变化的非稳定应力场。

6、解释单轴压缩作用下，岩石变形全过程的特征及其内在本质。

答：岩石单轴压缩全过程分以下几个阶段：Q压密阶段，此阶段岩石中原有空隙在荷载作用下逐渐被压缩而闭合，试件体积减小。

弹性阶段，随荷载的加大岩石中裂隙进一步闭合，空隙被压缩无新的裂隙发展表现为弹性变形。

Q微裂隙发生和稳定发展阶段，当应力超过弹性极限后，岩石中原有裂隙开始发展并产生新裂隙，表现为应变的增加速率大于应力的增加速率。

Q微裂隙加速扩展阶段，应力超过屈服极限并逐渐增大的过程中，岩石内部裂隙加速扩展并局部出现宏观裂隙，当裂隙扩展为贯通的破裂面时，岩石即发生破坏。

7、岩体在单轴和三轴压缩应力作用下，其破坏特征有何异同？
单轴破坏形态有两类：圆锥形破坏，原因：压板两端存在摩擦力，箍作用（又称端部效应），在工程中也会出现；柱状劈裂破坏，张拉破坏（岩石的抗拉强度远小于抗压强度）是岩石单向压缩破坏的真实反映（消除了端部效应），消除试件端部约束的方法，润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部），加长试件。

三轴压缩应力：低围压，围压作用不明显，接近单轴压缩破坏形式；中围压，斜面剪切破坏；高围压，塑性流动破坏。

8、简述围岩分类的目的和意义？*
（1）为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供必要的基本依据。

（2）便于施工方法的总结,交流,推广。

（3）为便于行业内技术改革和管理。

9、阐述围岩分类有哪些原则？
（1）有明确的类级和适用对象。

（2）有定量的指标。

（3）类级一般分五级为宜。

（4）分
类方法简单明了、数字便于记忆和应用。

（5）根据适用对象，选择考虑因素。

10、岩石蠕变一般包括哪几个阶段？各阶段有何特点？.
蠕变曲线特征（三个阶段）：
（1）初始蠕变阶段（AB段）或称减速蠕变阶段。

本阶段内，特点是曲线呈下凹型，应变最初随时间增大较快，但其应变率随时间迅速递减，到B点达到最小值。

若在本阶段中某一点P卸载，则应变沿PQR下降至零。

其中PQ段为瞬时应变的恢复曲线，而QR段表示应变随时间逐渐恢复至零。

二者恢复不同步说明QR 段应变恢复现象称为弹性后效。

（2）等速蠕变阶段（BC段）或称稳定蠕变阶段：
本阶段内，曲线呈近似直线，即应变随时间近似等速增加，直到C点。

若在本阶段内某点（T处）卸载，则应变将沿TUV线恢复，最后保留一永久应变£p。

（3）加速蠕变阶段（CD 段）
本阶段，曲线呈上凹型，随时间增长应变速率剧烈增加，其蠕变加速发展直至岩块破坂D 点）。

11、简述岩体力学性质的影响因素？ *
答：岩体力学性质影响因素有两个方面：1、岩体的内在因素即岩石的成分、结构及岩性、岩体结构; 2、外部条件即地下水、地应力、地热及作用力特点。

12、岩体质量分级在工程中如何应用？ *
答：1、工程地质分类的基本依据之一；2、工程地质和岩体力学定量化的研究；3、岩体工程的设计和 施工：如规划、勘察、加固、支护、地下工程等。

四、选择题
1、岩体是由（B ）组成的。

（1） A 岩石B 岩石和结构面C 节理裂隙D 结构面和结构体 2、岩体是由（A ）聚集而成的 A 矿物或岩屑B 碎屑结构C 土屑D 造岩矿物 3、岩体结构的两大要素是（C ） （2） A 构造和产状B 粗糙度和起伏度C 结构面和结构体D 切割度和充填物 4、大部分岩体属于（D ） A 均质连续体B 非均质材料C 非连续材料D 非均质、非连续、各向异性材料 5、岩石的弹性模量一般指（A ） 《3》 A 弹性变形曲线的斜率 B 割线模量C 切线模量D 平均模量 6、由于岩石的抗压强度远大于其抗拉强度所以岩石属于（D ）* （13） A 脆性材料B 塑性材料C 坚硬材料D 脆性材料，但围压较大会性特性会呈现塑
C
岩体的力学参数随试件尺寸的增大而减小 D 岩体的强度比岩石的小 16影响岩体质量的主要因素为（C ） 《18 A
岩石的类型、埋深 B 岩石的类型、含水量、湿度 C 岩体的完整性和岩石的强度 D 岩石强度和裂隙密度
17 我国工程岩体分级标准中岩石的坚硬程度确定是按照（A ） （7）
A 岩石的饱和单轴抗压强度
B 岩石的单轴抗拉强度
C 岩石的变形模量
D 岩石的粘结力 19 沉积岩中沉积的层面属于哪一种类型的结构面（A ）
A 原生结构面
B 构造结构面
C 次生结构面
D 爆破结构面
20 我国工程岩体分级标准中，软岩表示岩石的饱和单轴抗压强度为（C ） 《19
8、剪胀（或扩容）发生的原因是由于（D ）
（14） A 岩石内部裂隙闭合引起的 B 压应力过大引起的 D 岩石内部裂隙逐渐张开而贯通引起的
9、岩石的抗压强度随着围压的增大而（A ）
（4）
A 增大
B 减小
C 保持不变 D
会发生突变 10、劈裂试验得出的岩石强度是岩石的（B ） A 抗压强度B 抗拉强度C 抗弯强度
D 抗剪强度 14、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结构面 B 岩体中含有水 C 岩石的强度大小引起的 （6） 《5》 C 岩体为非均质材料 （18） A
岩体的力学参数与试件尺寸没有什么关系 B 岩体的力学参数随试件尺寸的增大而增大
六、计算题
第二章 岩石的基本物理力学性质
1、有一块尺寸为7X 7X 7cm 的石英岩立方体试件。

当试件承受20T 压力后，试块轴向收缩量0.003cm , 横向增长0.000238cm 。

求石英岩立方体试件的弹性模量和泊松比。

解：
（1）计算石英岩试件的轴向应变和横向应变：
£ Z =A LZ/L =0.003/7 = 0.00043
£ X =A LX/L =0.000238/7 = 0.000034
（2）计算试件的轴向应力：
6 Z =P/A =20000/ （7X 7）=408.16kg/cm3 =40.816MPa
（3）计算石英岩的弹性模量：
E =6 Z/£ Z =408.16/0.00043 = 9.5X 105 kg/cm3 = 0.95X 105MPa
（4）计算石英岩的泊松比：
N =£ X/£ Z =0.000034/0.00043=0.08
2、一个5cm x 5cm x 10cm 试样，其质量为678g ,用球磨机磨成岩粉并进行风干，天平秤称得其质量 为650g ,取其中岩粉60g 作颗粒密度试验，岩粉装入李氏瓶前，煤油的读数为0.5cm 3,装入岩粉后静置半 小时，得读数为20.3cm 3，求：该岩石的天然密度、干密度、颗粒密度、岩石天然空隙率。

颗粒密度P = m s s v s 天然孔隙率
n =%=1 -^=1 - 3203=0.14
s
A
21 A 25 A 26 A C
27
A
28
A
C
30
A 15 〜30 MPa
B <5 MPa
C 5 〜15 MPa
D < 2 MPa 我国工程岩体分级标准中，岩体完整性确定的依据为（D ）
RQD B 节理间距 初始应力主要包括（C 自重应力 B
构造应力 初始地应力是指
（A 未受开挖影响的原始地
应力 开挖后的岩体应力
构造应力的作用方向为（ 铅直方向 B 近水平方向 (20) 节理密度 D 岩体的完整性指数或节理数
自重应力和构造应力 D 残余应力 B D ) C 未支护时的围岩应力 支护完成后的围岩应力 断层走向方向 下列关于岩体初始应力的描述中， 垂直应力一定大于水平应力 B 自哪个是正确的？（ 倾斜方向 ）* 构造应力以水平应力为主 自重应力和构造应力分布范围基本一测定岩体的初始应力时，最普遍采用的方法是（ 应力恢复法 B 应力解除法
C 弹性波法 B ）
D 模拟试验 m 解：天然密度P = v 678 5 x 5 x 10 =2.71 g / cm 3 m 干密度p d= v 650 5 x 5 x 10 =2.6g / cm 3 60 20.3 — 0.5 =3.03g / cm 3
3、将一岩石试件进行抗压强度试验，当侧压为6 2=6 3=300 kg/cm2时，垂直
加压到2700kg/cm2，试件发生破坏，其破坏面与最大主平面夹角成60 °,设抗剪强度随正应力呈线性变化。

*
计算：(1)内摩擦角①；
(2)破坏面上的正应力和剪应力；
(3)在正应力为零的那个面上的抗剪强度。

解：(1)由已知条件作莫尔应力园和强度曲线，可知内摩擦角①=30°
(2)计算破坏面上的正应力和剪应力：
=(6 1 + 6 3) /2+(6 1 — 6 3) /2 , Cos2a (2700 + 300) /2+(2700 —300) /2，
Cos120°
= 900 kg/cm2
T = (6 1 —6 3) /2 , Sin2a
= (2700 —300) /2，Sin 120° =1039.2kg/cm2
(3)由已知条件可知，该岩石试件强度曲线方程为：T = C +6 tg①，而以上
计算的6和1为破坏面上的应力，必然满足强度曲线方程，所以把以上计算的6和1值代入得：
C = T —6 tg30°=1039.2 —900，tg30°
= 519.58 kg/cm2
4、在地表以下200m深度处的岩体中开挖一洞径2R0=2m的水平圆形遂洞，假定岩体的天然应力为静水压力状态(即人=1),岩体的天然密度p =2.7g/cm3。

试求：洞壁重分布应力。

解：
1)在地表以下200m深度处的岩体中天然应力：6 0 = p g • h = 2.7X200 = 54kg/cm2
2)当入=1 时，6 v=6 h=6 0 = 54kg/cm2
此时，6 r = 6 0(1 —R2o/r2)
6 0 =6 0(1+R2o/r2)
T r0 =0
当 r = Ro 时，6 r = 0
6 0 =6 0(1+R2o/r2) =26 0= 108 kg/cm2
T r0 =0。