4.9岩体水力学性质 岩体的水力学性质是指岩体的渗透恃性及在渗流作用下所表现出的力学性质。水在岩体中的作用包括两个方面：一方面是水对岩石的物理化学作用，在工程上常用软化系数来表示；另一方面是水与岩体相互相耦合作用下的力学效应，包括裂隙水压力与渗流动水压力等的力学作用效应。在裂隙水压力的作用下，减少了岩体内的有效应力，从而降低了岩体的剪切强度；在渗流动水压力作用下，改变了岩体中的应力场和破坏机理，直接影响岩体工程的稳定性。 影响岩体水力学特性的重要因素是结构面的几何特性和力学特性，包括结构面的分布密度、产状、延展性、张开度、粗糙起伏度、充填与胶结特征等。同时，还受到岩体应力状态及水流特征的影响。在研究岩体水力学特征时，以上诸多因素不可能全部考虑到。往往先从最简单的单个结构面开始研究，而且只考虑平面光滑无充填时的情况，然后根据结构面的连通性、粗糙起伏及充填等情况进行适当的修正。对于含多组结构面的岩体水力学特征则比较复杂，研究成果不多，一般用等效连续介质模型和数值模拟方法来研究。 4.9.1.单个结构面的水力特征 设结构面为一平直光滑无限延伸的面，张开度e 各处相等。取坐标系xoy ，如图4.45所示。水流沿结构面延伸方向流动，当忽略结构面壁的渗透性时，则稳定流情况下，各水层间的剪应力τ和静水压力p 之间的关系，由水力平衡条件得 p y x τ??=?? （4.68） 由牛顿滞定理，得 x u y τη?=? （4.69） 由上两式得 22x u p y y x ??=?? （4.70） 式中：x u —－为沿x 方向的水流速度； η——为水的动力粘滞系数，（0.1a P s ?） 。 该模型的边界条件为： ,02 0,0x x e y u u y y =±=?==? （4.71） 设结构面张度e 很小，静水压力p 沿y 轴的变化忽略不计。用分离变量法，解方程（4.70），并代入边界条件（4.71），得 22 24(1)8x e p y u x e η?=--? （4.71）
水力学练习题及参考答案 一、是非题(正确的划“√”，错误的划“×) 1、理想液体就是不考虑粘滞性的实际不存在的理想化的液体。（√） 2、图中矩形面板所受静水总压力的作用点与受压面的形心点O重合。(×) 3、园管中层流的雷诺数必然大于3000。(×) 4、明槽水流的急流和缓流是用Fr判别的，当Fr＞1为急流。(√) 5、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。（×） 6、水流总是从流速大的地方向流速小的地方流动。（×） 6、达西定律适用于所有的渗流。（×） 7、闸孔出流的流量与闸前水头的1/2次方成正比。（√） 8、渐变流过水断面上各点的测压管水头都相同。(√) 9、粘滞性是引起液流运动能量损失的根本原因。(√) 10、直立平板静水总压力的作用点就是平板的形心。（×） 11、层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。(√) 12、陡坡上出现均匀流必为急流，缓坡上出现均匀流必为缓流。(√) 13、在作用水头相同的条件下，孔口的流量系数比等直径的管嘴流量系数大。(×) 14、两条明渠的断面形状、尺寸、糙率和通过的流量完全相等，但底坡不同，因此它们 的正常水深不等。(√) 15、直立平板静水总压力的作用点与平板的形心不重合。（√） 16、水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。(×) 17、水头损失可以区分为沿程水头损失和局部水头损失。(√) 18、牛顿内摩擦定律适用于所有的液体。(×) 19、静止液体中同一点各方向的静水压强数值相等。（√） 20、明渠过流断面上各点的流速都是相等的。(×) 22、静止水体中,某点的真空压强为50kPa，则该点相对压强为-50 kPa。(√) 24、满宁公式只能适用于紊流阻力平方区。(√) 25、水深相同的静止水面一定是等压面。(√) 26、恒定流一定是均匀流，层流也一定是均匀流。（×） 27、紊流光滑区的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。(√) 28、陡坡上可以出现均匀的缓流。(×) 29、满宁公式只能适用于紊流阻力平方区。(√) 30、当明渠均匀流水深大于临界水深，该水流一定是急流。(×)
第一章 绪论 1-1．20℃的水2.5m 3 ，当温度升至80℃时，其体积增加多少 [解] 温度变化前后质量守恒，即2211V V ρρ= 又20℃时，水的密度3 1/23.998m kg =ρ 80℃时，水的密度32/83.971m kg =ρ 32 1 125679.2m V V == ∴ρρ 则增加的体积为3 120679.0m V V V =-=? 1-2．当空气温度从0℃增加至20℃时，运动粘度ν增加15%，重度γ减少10%，问此时动力粘度μ增加多少（百分数） [解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+==Θ 原原原μρν035.1035.1== 035.0035.1=-=-原 原 原原原μμμμμμΘ 此时动力粘度μ增加了% 1-3．有一矩形断面的宽渠道，其水流速度分布为μρ/)5.0(002.02 y hy g u -=，式中ρ、μ分别为水的密度和动力粘度，h 为水深。试求m h 5.0=时渠底（y =0）处的切应力。 [解] μρ/)(002.0y h g dy du -=Θ )(002.0y h g dy du -==∴ρμ τ 当h =，y =0时 )05.0(807.91000002.0-??=τ Pa 807.9= 1-4．一底面积为45×50cm 2 ，高为1cm 的木块，质量为5kg ，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，木块运动速度u=1m/s ，油层厚1cm ，斜坡角 （见图示），求油的粘度。
[解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力T 平衡时，等速下滑 y u A T mg d d sin μθ== 001 .0145.04.062 .22sin 8.95sin ????= = δθμu A mg s Pa 1047.0?=μ 1-5．已知液体中流速沿y 方向分布如图示三种情况，试根据牛顿内摩擦定律y u d d μτ=，定性绘出切应力沿y 方向的分布图。 [解] 1-6．为导线表面红绝缘，将导线从充满绝缘涂料的模具中拉过。已知导线直径0.9mm ，长度20mm ，涂料的粘度μ=．s 。若导线以速率50m/s 拉过模具，试求所需牵拉力。（） y u u u u y u u y ττ= 0y τ τ y 0 τττ =0 y
第27卷 第12期 岩石力学与工程学报 V ol.27 No.12 2008年12月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec .，2008 收稿日期：2008–08–07；修回日期：2008–09–16 作者简介：蒋宇静(1962–)，男，博士，1982 年毕业于山东矿业学院，现任教授，主要从事岩石力学和土木工程方面的教学与研究工作。E-mail ：jiang@civil.nagasaki-u.ac.jp 岩石裂隙渗流特性试验研究的新进展 蒋宇静1， 2，李 博1，王 刚2，李术才3 (1. 长崎大学 工学部，日本 长崎 852–8521；2. 山东科技大学，山东 青岛 266510； 3. 山东大学 岩土与结构工程研究中心，山东 济南 250061) 摘要：综述国内外关于岩体裂隙渗流特性的研究成果，并进行相应的分析和讨论。分析表明：试验研究在岩体裂隙渗流特性方面具有不可替代的作用；许多研究者根据试验结果提出相应的经验公式，但关于岩石裂隙渗流应力耦合特性研究的计算公式还没有统一的认识。分析结论也为今后的岩体裂隙渗流特性的试验研究提供了有益的方向。 关键词：岩石力学；岩石裂隙；试验研究；力学开度；水力等效开度；应力渗流耦合；综述 中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)12–2377–10 NEW ADV ANCES IN EXPERIMENTAL STUDY ON SEEPAGE CHARACTERISTICS OF ROCK FRACTURES JIANG Yujing 1， 2，LI Bo 1，WANG Gang 2，LI Shucai 3 (1. Faculty of Engineering ，Nagasaki University ，Nagasaki 852–8521，Japan ； 2. Shandong University of Science and Technology ，Qingdao ，Shandong 266510，China ； 3. Research Center of Geotechnical and Structural Engineering ，Shandong University ，Jinan ，Shandong 250061，China ) Abstract ：The researches on seepage characteristic of rock joints are reviewed and analyzed. The results show that the experimental study plays a very important role in researching on hydro-mechanical characteristic of rock joints. Many researchers bring forward the experiential computation formulations according to the experimental researches ，but there are not consistent understandings about them. The available research directions are put forward for the future research on hydro-mechanical characteristics of fractured rock masses. Key words ：rock mechanics ；rock fractures ；experimental study ；mechanical aperture ；hydraulic equivalent aperture ；stress-fluid coupling ；review 1 引 言 裂隙岩体中空隙的尺寸和连通程度一般都远小于岩体中节理裂隙，而且裂隙的水力传导系数远大于完整岩石中孔隙的渗透系数，因此节理裂隙是岩体中水运动的主要通道[1 ，2] 。裂隙岩体中存在的节 理裂隙等缺陷严重影响着岩体的渗透特性。岩体渗流特性的研究在各种地质工程应用中占有重要的地位，比如水利水电工程、采矿和石油工程、核废料储存工程。法国Malpasset 拱坝(1959)在初次蓄水时 发生溃坝，意大利的瓦依昂边坡失稳(1963)等事故引起了人们对裂隙岩体渗流问题的高度重视。在当前日益增长的环境控制条件下，流入开挖区域水量的估计和污染矿水的排泄程序都是地下工程的发展和运营时期的重要影响因素；在核废料储存工程中，地下水的辐射污染也需要特别注意和预防。 裂隙岩体的渗流场受应力环境的影响，而渗流场的变化反过来又对应力场产生影响，这种相互影响称之为应力渗流耦合。渗流场与应力场相互耦合是岩体力学中的一个重要特性。在岩体工程实践中，节理变形影响节理开度及其渗流性质，从而使
水力学模拟试题及答案 1、选择题：（每小题2分） （1）在水力学中，单位质量力是指（） a、单位面积液体受到的质量力； b、单位体积液体受到的质量力； c、单位质量液体受到的质量力； d、单位重量液体受到的质量力。 答案：c （2）在平衡液体中，质量力与等压面（） a、重合； b、平行 c、相交； d、正交。 答案：d （3）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为 a、1 kN/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m2 答案：b （4）水力学中的一维流动是指（） a、恒定流动； b、均匀流动； c、层流运动； d、运动要素只与一个坐标有关的流动。 答案：d （5）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=（） a、8； b、4； c、2； d、1。 答案：b （6）已知液体流动的沿程水力摩擦系数 与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于 a、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流粗糙区 答案：c （7）突然完全关闭管道末端的阀门，产生直接水击。已知水击波速c=1000m/s，水击压强水头H=250m，则管道中原来的流速v0为 a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m 答案：c （8）在明渠中不可以发生的流动是（） a、恒定均匀流； b、恒定非均匀流； c、非恒定均匀流； d、非恒定非均匀流。 答案：c （9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（）。 a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。 答案：b （10）底宽b=1.5m的矩形明渠，通过的流量Q =1.5m3/s，已知渠中某处水深h = 0.4m，则该处水流的流态为 a、缓流； b、急流； c、临界流；
高等岩石力学 读书报告 学院：国土资源工程学院 专业：地质工程 姓名：曾敏 学号：2006201071 高等岩石力学读书报告 岩石力学是研究岩石在外界因素(如荷载、水流、温度变化等)作用下的应力、应变、破坏、稳定性及加固的学科。又称岩体力学，它是力学的一个分支。研究的目的在于解决水利、土木工程等建设中的岩石工程问题。它是近代发展起来的一门新兴学科，是一门应用性的基础学科。对于岩石力学的定义有很多种说法，这里推荐一种较广义、较严格的定义：“岩石力学是研究岩石的力学性状的一门理论科学，同时也是应用科学；它是力学的一个分支，研究岩石对于各种物理环境的力场所产生的效应。”这个定义既概括了岩石力学所研究的破碎与稳定两个主要方面的内容，也概括了岩石受到一切力场作用所引起的各种力学效应。岩石力学的理论基础相当广泛，涉及固体力学、流体力学、计算数学、弹塑性理论、工程地质和地球物理学等学科，并与这些学科相互渗透。 岩石力学主要理论基础及与其他学科的结合 岩石力学是一门应用性的基础学科。它的理论基础相当广泛，涉及到很多基础及应用学科。岩石力学的力学分支基础 1、固体力学 固体力学是力学中形成较早、理论性较强、应用较广的一个分支，它主要研究可变形固体在外界因素(如载荷、温度、湿度等)作用下，其内部各个质点所产生的位移、运动、应力、应变以及破坏等的规律。在采矿工程中用到的固体力学主要有：材料力学，结构力学，弹、塑性力学，复合材料力学，断裂力学和损伤力学。如把采场上覆岩层看作是梁或板结构用的就是结构力学理论；采用弹性力学研究巷道周围的应力分布。 2、流体力学 流体力学主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律。流体力学中研究得最多的流体是水和空气。对于地下采矿工程来说，其研究对象就是地下水与瓦斯等矿井气体。 3、爆炸力学 爆炸力学主要研究爆炸的发生和发展规律，以及爆炸的力学效应的利用和防护。它从力学角度研究爆炸能量突然释放或急剧转化的过程，以及由此产生的强冲击波(又称激波)、高速流动、大变形和破坏、抛掷等效应。同时爆炸力学是流体力学、固体力学和物理学、化学之间的一门交叉学科。地下开采中的巷道掘进，露天开采中的采剥都要进行爆破。 4、计算力学 计算力学是综合力学、计算数学和计算机科学的知识，以计算机为工具研究解决力学问题的理论、方法，以及编制软件的学科。从20世纪50年代以来，它在力学的各分支学科和边缘学科中得到了很大的发展，无论是在科学研究还是工程技术中均得到了广泛应用，现在它已成为力学除理论研究和实验研究之外的第3种手段。常见的计算力学方法并已广泛用到数值模拟计算中的有：材料非线性有限元法、几何非线性有限元法、热传导和热应力有限元法、弹性动力学有限元法、边界元法、离散元法、无网格法、有限差分法、非连续变形分析等。以计算力学为基础的数值模拟方法在采矿工程中的研究应用也正广泛地开展起来。
岩体渗透结构类型及其渗透特征 李清波闫长斌 （黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州 450001） 摘要分析了控制岩体渗透特征的主要因素，提出了岩体渗透结构类型的划分原则以及不同渗透结构的宏观渗透特征，并给出了工程实例，对水库渗漏问题评价及防渗、排水工程设计具有重要意义。 关键词裂隙岩体；渗透结构类型；渗透特征；防渗排水 1 引言 在水利水电工程建设中，经常遇到与岩体渗流相关的水文地质问题。由于岩体中通常发育有裂隙或溶蚀管道，受裂隙、溶蚀管道分布的方向性和不均匀性控制，地下水在岩体中的渗流状态远较在土体中复杂，一般具有明显的各向异性和不均一性。如对其认识不足，则可能导致防渗、排水工程的低效甚至失误。 国内外学者在裂隙岩体的渗透特性研究方面取得的成果[1]~[5]表明，岩性、断裂构造、风化卸荷作用及岩溶作用是控制岩体渗透结构及其宏观渗透特征的主要因素。谷徳振先生[7]以地质体结构为基础，将岩体划分为不透水体、统一含水体、层状含水体、脉状含水体、管道含水体等水文地质结构类型。孙广忠先生[8]提出了以透水体（层）和隔水体（层）为基本单元划分岩体水力学结构的概念，将透水体划分为孔隙透水体（层）、裂隙透水体（层）和管道透水体三种类型，将隔水体划分为块状隔水体、夹层或带状隔水体、层状隔水体三种类型。万力[1]等研究了砂泥岩互层裂隙地层的渗透性特征，指出砂泥岩互层地层具有层状、带状和壳状三种渗透结构。周志芳 [2]等则提出了块状岩体的水文地质结构类型划分意见。 本文在上述研究的基础上，系统地提出了岩体渗透结构类型的划分原则及各类渗透结构所具有的宏观渗透特征，对水库渗漏问题评价及防渗、排水工程设计具有重要意义。 2 控制岩体渗透特征的主要因素
消防水力学基础知识 一、判断题 1、水有三种状态：固体、液体和气体。液体与固体的主要区别是液体容易流动，液体与气体的主要区别是液体体积不易压缩。（） 2、水温升高 10℃，单位体积的水需要的热量，称为比热容。（） 3、水的比热容比其他液体的比热容都要小。（） 4、单位体积的水由液体变成气体需要吸收的热量称为水的汽化热。（） 5、纯净的水当温度下降到 4℃时，开始凝结成冰。（） 6、液体单位体积内所具有的重量称为密度。（） 7、液体单位体积内所具有的质量称为容重。（） 8、水结成冰，由液体状态变成固体状态，水分子间的距离减小，因而体积随之减小。（） 9、处于流动状态的水不易结冰。因此，为不使水带内的水冻结成冰，在冬季火场上，当消防队员需要转移阵地时不要关闭水枪。（） 10、粘滞性在液体流动时是不显示作用的。（） 11、水在管道或水带内流动要客服内摩擦力，因此，会产生水头损失。（） 12、水的体积随压力增加而增加的性质称为水的压缩性。（） 13、水的体积随水温升高而增大的性质称为水的膨胀性。（） 14、水中含有杂质越多，电阻率越大，导电性能越大。（） 15、水取用方便，分布广泛，同时由于水在化学上呈中性，无毒，且冷却效果非常好，因此，它是最常用、最主要的灭火剂。（） 16、水与锌粉、镁铝粉等金属粉末接触，在火场高温情况下不会助长火势扩大和火灾蔓延。（） 17、锂、钾、钠、锶、钾钠合金等活泼金属与水化合时，夺取水中的氧原子，放出氢气和大量的热量，使释放出的来的氢气与空气中氧气相混合形成的爆炸性混合物，发生自燃或爆炸。（） 18、水与硅化镁、硅化铁等接触，会释放出自燃物四氢化硅，四氢化硅易与空气中的氧反应，发生闪燃。（）
一、单项选择题 （每小题3分，共计12分） 1．在水力学中，单位质量力是指 （c ） a 、单位面积液体受到的质量力； b 、单位体积液体受到的质量力； c 、单位质量液体受到的质量力； d 、单位重量液体受到的质量力。 2．在平衡液体中，质量力与等压面 （d ） a 、重合； b 、平行 c 、相交； d 、正交。 3．液体只受重力作用，则静止液体中的等压面是 （b ） a 、任意曲面； b 、水平面 c 、斜平面； d 、旋转抛物面。 4．液体中某点的绝对压强为88kN/m 2 ，则该点的相对压强为 （ b ） a 、10 kN/m 2 b 、-10kN/m 2 c 、12 kN/m 2 d 、-12 kN/m 2 二、填空题 （每小题3分，共计12分） 1．牛顿内摩擦定律适用的条件是 层流运动 和 牛顿液体 。 2．理想液体的概念是指 。没有粘滞性的液体 3．液体中某点的相对压强值为20kN/m 2 ，则该点的绝对压强值为 kN/m 2 ，真空度为 。118、0 4．当压力体与受压面在同一侧，铅垂方向的作用力的方向是向 。下 三、判断题 （每小题3分，共计6分） 1．作用任意平面上静水总压力的作用点与平面的形心点重合。 （×） 2．均质连续静止液体内任何一点的测压管水头等于常数。 （√） 四、问答题 （每小题4分，共计8分） 1．液体的基本特征是什么？ 答案：易流动的、不意被压缩的、均匀等向的连续介质。 2．什么是液体的粘滞性？它对液体运动有什么影响？ 答案：对于流动的液体，如果液体内部的质点之间存在相对运动，那么液体质点之间也要产生摩擦力来反抗这种相对运动的发生，我们把液体这种相对运动的发生，我们把液体的这种特性称为粘滞性；黏滞性是液体在流动中产生能量损失的根源 五、作图题（每小题4分，共计12分） 1．试绘制图中AB 面上的静水压强分布图 2．试绘制图中曲面ABC 上的水平方向静水压强分布图及压力体图 3．容器内充满了液体，测压管液面如图所示，试绘制图中曲面ABC 上的压力体图 六、计算题 （共4题，计50分） 1. 如图所示，平板在水面上作水平运动，速度为v=10cm/s ，平板与下部固定底板的距离为δ=1mm ，平板带动水流运动速度呈直线分布，水温为20C ，试求：作用平板单位面积上的摩擦力。 （10分） 解:
2012年岩石力学与岩石工程留学申请选校总结（原创） 离天天翻腾全球各大高校的网站，选择导师的那个苦逼时候已经有段时间了，趁等签证的空隙，总结一下自己以前物色学校的经历和经验，分享出来供以后的欲出国读博的学弟学妹们借鉴。由于自己喜欢的方向主要偏向岩石边坡工程和岩石地下工程，因此在申请的时候主要关注了全球在此方向有研究的高校。岩石力学与岩石工程方向相关的申请参考资料较少，希望本文能对欲从事和已经在从事这方面研究的，并有意向出国深造的童鞋们在找外导的时候有所帮助。不足或者不对的地方欢迎大家拍砖，但请手下留情。 1. 英国 提到对岩石力学的贡献就不得不提到英国。而提到英国就不得不提到帝国理工学院（Imperial College London），当今全球岩石力学领域的大牛可以说一大部分都曾在帝国理工学院工作或者学习过，像E.T. Hoek和E. Brown，Hoek曾经担任过帝国理工学院的教授，Brown在帝国理工学院学习后并任教。也正是那时，两个人合作提出了著名的Hoek-Brown强度准则。此外像提出Q分类系统的N. Barton，和E. Hoek合作编写过Rock Slope Engineering 的John Bray，前任过国际岩石力学协会主席、英国皇家工程院院士的J.A. Hudson，现任国际岩石力学协会副主席的Jian Zhao （赵坚），岩石结构面研究的S.D. Priest，澳大利亚皇家科学院院士Brady B.H.G（和Brown合作编写过Rock mechanics for underground mining一书）等都曾博士毕业于帝国理工学院的Rock Mechanics Group。可以说上世纪70、80甚至90年代，帝国理工学院都是岩石力学的天下，创造了国际岩石力学领域近半数的研究成果。然而现在这些国际大牛中的一大部分要么转投他校，要么退休在家养老，帝国理工学院在岩石力学领域的研究势头和研究的密集程度已远不如当年。仅留的部分教授现在都在搞数值方面的研究，唯一剩下从事工程岩石力学研究的J. Harrison教授也于2010年去了多伦多大学（Harrison曾与Hudson 合编过著名的Engineering Rock Mechanics一书，这位也将是我未来的老板）。瘦死的骆驼终归比马大，现在International Journal of Rock Mechanics and Mining Engineering的主编依然是帝国理工学院的Robert Zimmerman教授。 利兹大学的Prof. Steve Hencher，Rock Mechanics and Rock Engineering的副主编，不过他大部分时间都呆在香港，即使申请到他的博士，估计也不会有什么时间带。 此外诺丁汉大学和曼彻斯特大学等都有相关领域的学者，但是由于规模和人数比较少，不再列举，感兴趣的可以搜索其网站。 英国有一个很大的好处就是读博的话只需要三年，而且雅思成绩要求也不高，像帝国理工学院这样的牛校，雅思也只要求6.5，其他大部分学校6分就够了。对于雅思暂时考的不是很理想，而且想赶紧博士毕业了去工作的，英国绝对是你的不二选择。 2. 北欧 本人对北欧国家没有太多的关注，一个最大的原因就是北欧大部分高校的英文网站信息不全，这里只简单的介绍几个。德国的话可以关注下慕尼黑工业大学。想去荷兰的同学可以关注下代尔夫特理工大学，世界上顶尖的理工大学之一，并被誉为欧洲的麻省理工学院。瑞典的话可以看下瑞典皇家工学院School of Architecture and the Built Environment的Lanru Jing（井兰如）教授，研究方向偏向岩石水力学，曾经跟中国地质大学的潘别桐教授合作过，也算是此领域的大牛。此外挪威的挪威科技大学、挪威岩土工程研究所（NGI）等都是地质工程领域的顶尖研究机构。 3. 瑞士 瑞士最有名的应该算是苏黎世联邦理工（ETH）和洛桑联邦理工（EPFL），瑞士以其极高的可研水平和优美的环境吸引了大量中国留学生的青睐。苏黎世联邦理工的在全球排名应该可以进前十，Simon L?w教授有一帮非常庞大的科研团队，主要集中在岩石边坡和隧道工程的研究。还有一位忘了名字的教授，主要偏向隧道工程方面的研究。想去瑞士留学的同学都可以
第2章岩石及其工程地质性质 【教学基本要求】 1．? 了解地球的内圈层构造，知道地球的外圈层。 2．? 了解地质作用。 3．理解矿物（晶体）的形态，矿物的颜色、透明度、光泽、硬度、解理及断口等物理性质，理解主要硅酸氧化物造岩矿物的室内鉴定特征。 4．理解岩浆岩、沉积岩、变质岩的成因、矿物成分、结构、构造、分类及代表性岩石的特征。了解岩浆岩5．理解岩石的物理性质、水理性质及其力学性质指标，掌握岩石的坚硬程度分类。 【学习重点】 1、地质作用的类型及其对地壳改造的作用。 2、常见造岩矿物的主要形态及其主要的物理性质。 3、岩浆岩、沉积岩、变质岩的主要矿物成分及其结构、构造。 4、岩石工程地质性质指标的基本概念及其意义。 【内容提要和学习指导】 2.1 地球的总体特性 地球是一个不标准的旋转椭球体，赤道半径(a)6378.14km，两极半径(b)6356.779km ，地球的扁平率（）为 附近稍微凸出，极区稍微扁平，赤道与极地半径相差22km。 1、地球的圈层构造 地球具有一定的圈层构造，以地表为界分为外圈和内圈，外圈包括大气圈、水圈和生物圈；内圈通常分为地核。地壳是莫霍面以上固体地球的表层部分，平均厚度约为33km，大陆地壳厚度较大，大洋地壳厚度较；地下、古登堡面以上部分，厚度约2900km，是地球的主体部分，主要由固态物质组成；地核是地球内古登堡面以分，厚度为3500km。 2、地质作用 在自然界中所发生的一切可以改变固体地球的物质组成、构造和地表形态的作用称为地质作用。根据地质源，地质作用可分为内动力地质作用和外动力地质作用两大类。由地球内部能如地球的旋转能、重力能、放射热能等产生的地质应力所引起的地质作用即内动力地质作用，主要在地下深处进行，并可波及地表。内动力地地壳运动、地震作用、岩浆作用和变质作用。岩浆岩、变质岩等便是内动力地质作用的产物。由地球范围以外阳得辐射能、日月的引力能等为主要能源在地表或地表附近进行的地质作用，称为外动力地质作用。外力作用水、大气、生物以外部能为能源，改造雕塑地壳（主要是地壳表面）的过程，外力作用的主要类型有：风化作用搬运作用、沉积作用和成岩作用。 2.2 造岩矿物 岩石是在地质作用下产生的，由一种或多种矿物以一定的规律组成的自然集合体。他构成了地球的固体部石分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。由于岩石是由矿物组成的，所以要认识岩石，分析岩石在各种自然条进而对岩石及其组成的周围环境进行工程地质评价。就必须首先了解矿物。 矿物是天然形成的元素单质和无机化合物，其化学成分和物理性质相对均一和固定，一般为结晶质。自然都是在一定的地质环境中形成的，随后并因经受各种地质作用而不断的发生变化。每一种矿物只是在一定的物下才是相对稳定的，当外界条件改变到一定程度后，矿物原来的成分、内部构造和性质就会发生变化，形成新的 1、矿物的（肉眼）鉴定特征 矿物的形态和矿物的物理性质决定于其化学成分和晶体格架的特点。因此，是鉴别矿物的重要依据。1）指矿物单体及同种矿物集合体的形态。矿物集合体的形态取决于单体的形态和它们的集合方式。集合体按矿物晶肉然可辨认晶体颗粒的显晶矿物集合体和肉眼不能辨认的隐晶质或非晶质矿物集合体。显晶矿物集合体有规则
岩体水力学中多相介质的几种耦合作用问题一．引言 岩体水力学是介于岩体力学和渗流力学之间的一门新兴的边缘学科，主要研究水与岩体相互作用下，地下水的渗流规律及工程岩体的变形破坏规律。多相介质的耦合相互作用是岩体水力学研究的核心。 60年代末70年代初，法国国家地质局矿产地质研究所的C.Louis教授，在他的论著Rock Hydraulics中，首次提出了岩体水力学这一新的学科概念。他认为这一学科的主要目的是分析裂隙岩体的水力学性质和特征，研究液流现象及其效果。80年代及90年代初，已经有了很大的发展。综合近年来土木工程中大量有关地下水渗流与岩体相互作用问题的研究成果，可以把岩体水力学概述为介于岩体力学和渗流力学之间的一门边缘学科。由于这一学科从一开始就与实际工程建设密切相关，因而是一门应用性很强的学科。 二．裂隙岩体水岩的相互作用 水在岩体中的作用包括两个方面：一方面是水对岩体的物理化学作用，在工程上常用软化系数表示；另一方面是水与岩体相互耦合作用下的力学效应，包括空隙水压力与渗流动水压力等的力学作用效应。 裂隙岩体渗流模型有三种，即孔隙介质模型（等效连续介质模型及基于裂隙网格水力学的裂隙网格模型）、双重介质模型和似双重介质模型。目前普遍采用后一种模型，即将大的裂隙按渗流模型考虑，而将数量众多的细小裂隙按等效连续介质处理，这样既实用简单又基本上模拟了裂隙岩体结构的力学特征。
三．多相介质的耦合相互作用 现在工程界普遍认为裂隙在岩体水力学中起着决定性的作用。在该领域内，把岩石介质视为各向异性的不连续体，裂隙的产生破坏了岩体的整体性，并成为液流通道。这里的裂隙构造包括岩体经历一切地质作用后形成的不连续结构，因此，它是一个广义的概念，由于地质力学作用的环境不同，因而具有不确定的方向和大小，表现出渗流的各向异性；另一方面，从水力学的观点，我们把岩体当作单元组合体，把单条裂隙的液流势扩大到整个岩体，这样由于裂隙本身的不规则性和方向性，以及充填物等的影响，在整个岩体裂隙系统中，就能确定地下水的水力势。 在岩体水力学的研究范畴中，最为突出的是液流与岩石介质的相互作用问题，目前研究的热点是渗流与应力的耦合，这实际上是工程中多相介质的耦合相互作用问题（如图1）。主要表现在以下几个方面： 1．岩层材料的多重复合构成裂隙与复合岩层的耦合相互作用 一般的，多重复合岩层界面由层理（部分为节理、劈理或断层）构造组成，各岩层（包括充填物或夹层）具有自身的力学性质，其变形特性也有差异，但在
《水力学》试卷 班级：姓名：学号：成绩： 一、单项选择题（填写唯一正确答案的编号） （本大题共10小题，每小题2分，共20分） 1.下列物理量中，有量纲的数为（） a)A．佛汝德数Fr B. 沿程阻力系数λ b)C．渗流系数k D. 堰流流量系数m 2.缓坡明渠中的均匀流是（） a)A．缓流 B. 急流 C. 临界流 D. 可以是急流或缓流 3.管流的负压区是指测压管水头线（） A在基准面以下的部分 B. 在下游自由水面以下的部分 C．在管轴线以下的部分 D. 在基准面以上的部分 4.有两条梯形断面渠道1和2，已知其流量、边坡系数、糙率和底坡相同，但底坡i1>i2， 则其均匀流水深h1和h2的关系为（） A．h1>h2 B. h1
1． 构成岩石的主要造岩矿物有正长石、斜长石、石英、黑云母、白云母、角闪石、辉石、橄榄石、方解石、白云石、高岭石、赤铁矿。 2． 为什么说基性岩和超基性岩最容易风化？ 答：基性岩石和超基性岩石主要由易风化的橄榄石、辉石及基性斜长石组成。所以基性岩石和超基性岩石 非常容易风化。 3、常见岩石的结构连结类型有那几种？ 1.结晶连结：岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩以及部分沉积岩的结构连结。 2.胶结连结：指颗粒与颗粒之间通过胶结物质连结在一起的连结。如沉积碎屑岩、部分粘土岩的结构连结。 4． 何谓岩石中的微结构面，主要指那些，各有什么特点？ 答：岩石中的微结构面（或缺陷）是指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒及矿物集合体之间微小的弱面及空隙。它包括矿物的解理、晶格缺陷、晶粒边界、粒间空隙、微裂隙等。 矿物的解理面：是指矿物晶体或晶粒受力后沿一定结晶方向分裂成的光滑平面。 晶粒边界：矿物晶体内部各粒子都是由各种离子键、原子键、分子键等相连结。由于矿物晶粒表面电价不平衡而使矿物表面具有一定的结合力，但这种结合力一般比起矿物内部的键连结力要小，因此，晶粒边界就相对软弱。微裂隙：是指发育于矿物颗粒内部及颗粒之间的多呈闭合状态的破裂迹线，也称显微裂隙。 粒间空隙：多在成岩过程中形成，如结晶岩中晶粒之间的小空隙，碎屑岩中由于胶结物未完全充填而留下的空隙。粒间空隙对岩石的透水性和压缩性有较大的影响。 晶格缺陷：有由于晶体外原子入侵结果产生的化学上的缺陷，也有由于化学比例或原子重排列的毛病所 产生的物理上的缺陷。它与岩石的塑性变形有关。 5． 自然界中的岩石按地质成因分类，可分为几大类，各大类有何特点？ 答：根据地质学的岩石成因分类可把岩石分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。 岩浆岩特点： 1）深成岩：常形成较大的入侵体。颗粒均匀，多为粗-中粒状结构，致密坚硬，孔隙很小，力学强度高， 透水性较弱，抗水性较强。2）浅成岩：成分与深成岩相似，但产状和结构都不相同，多为岩床、岩墙和岩脉。均匀性差，与其他 岩种相比，它的性能较好。3）喷出岩：结构较复杂，岩性不均一，连续性较差，透水性较强，软弱结构面比较发育。 沉积岩特点：1）火山碎屑岩：具有岩浆和普通沉积岩的双重特性和过渡关系，各类火山岩的性质差别很大。2）胶结碎屑岩：是沉积物经过胶结、成岩固结硬化的岩石。 其性质取决于胶结物的成分、胶结形式和 碎屑物成分和特点。3）粘土岩：包括页岩和泥岩。其性质较差。4）化学岩和生物岩：碳酸盐类岩石，以石灰石分布最广。结构致密、坚硬、强度较高。 变质岩特点：是在已有岩石的基础之上，经过变质混合作用后形成的。在形成过程中由于其形成的温度和 压力的不同而具有不同的性质，形成了变质岩特有的片理、剥理和片麻结构等。据有明显的不均匀性和各向异性。变质岩特点1） 接触变质岩：侵入体周围形成岩体。岩体透水性强，抗风化能力降低。2） 动力变质岩：构造作用形成的断裂带及附近受到影响的岩石。它的胶结不好，裂隙、孔隙发育， 强度低，透水性强。3） 区域变质岩：这种变质岩的分布范围广，岩石厚度大，变质程度均 一。一般块状岩石性质较好， 层状片状岩石性质较差。 6． 表示岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么？ 答：指由岩石固有的物理组成和结构特性所决定的比重、容重、孔隙率、水理性等基本属性。 7、 岩石破坏有几种形式？对各种破坏的原因作出解释。 答：试件在单轴压缩载荷作用破坏时，在试件中可产生三种破坏形式: (1)X 状共轭斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。 (2)单斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。 (3)拉伸破坏，破坏面上的拉应力超过了该面的抗拉强度，导致岩石受拉伸破坏。 9、 什么是全应力-应变曲线？为什么普通材料实验机得不出全应力-应变曲线？ 答：全应力应变曲线：能显示岩石在受压破坏过程中的应力、变形特性，特别是破坏后的强度与力学性质 的变化规律。由于材料试验机的刚度小，在试件压缩时，其支柱上存在很大的变形和变形能，在试件快要破坏时，该变形能突然释放，加速试件破坏，从而得不出极限压力后的应力应变关系曲线。 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(σ 2= σ 3) 的增大，岩石的抗压强度显著增加； (2)随着围压(σ 2= σ 3) 的增大，岩石破坏时，岩石的变形显著增加； (3)随着围压(σ 2= σ 3) 的增大，岩石的弹性极限显著增加； (4)随着围压(σ 2= σ 3) 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 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。 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
第四章消防水力学基础知识 一、判断题 1.水有三种状态：固体、液体和气体。液体与固体的主要区别是液体容易流动，液体与气体的主要区别是液体体积不易压缩。（√） 2.水温升高10℃，单体体积的水需要的热量，称为水的比热容。（×） 3.水的比热容比替他液体的比热容小。（×） 4.单位体积的水由液体变成气体需要吸收的热量称为水的汽化热。（√） 5.纯净的水当温度下降到4℃时，开始凝结成冰。（×） 6.液体单位体积内所具有的重量称为密度。（×） 7.液体单位体积内所具有的质量称为容重。（×） 8.水结成冰，由液体状态变成固体状态，水分子间的距离减小，因而体积随之减小。（×） 9.处于流动状态的水不易结冰。因此为了不使水带内的水结成冰，在冬季火场上，当消防队员需要转移阵地时不要关闭水枪。（√） 10.粘滞性的液体流动时是不显示作用的。（×） 11.水在管道或水带内流动要客服内摩擦力，因此，会长生水头流失。（√） 12.水的体积随压力增大而增加的性质成为水的压缩性（×）
13.谁的体积随水温升高而增大的性质称为水的膨胀性。（√） 14.水中含有杂志越多，电阻率越大，导电性能越大。（×） 15.水取用方便，分布广泛，同时由于水在化学上呈中性，无毒，且冷却效果非常好，因此，它是最常用，最主要的灭火剂。（√） 16.水与锌粉、美铝粉等金属粉末接触，在火场高温情况下不会助长火势扩大和火灾蔓延。（×） 17.锂、钾、钠、锶、钾钠合金等活泼金属与水化合时，多去水中的氧原子，放出氢气和大量的热量，使释放出来的氢气与空气中的氧气相混合形成的爆炸性混合物，发生自然或爆炸。（√） 18.水与硅化镁、硅化铁等接触，会释放出自燃物四氢化硅，四氢化硅易与空气中的氧反应，发生闪燃。（×） 19.不纯净的电石与水接触，能释放出乙炔气。在火场上，乙炔有助长火势扩大和火灾蔓延的可能。（√） 20.凡与水接触能引起化学反应的物质严禁用水扑救。（√） 21.消防射流是指灭火时消防射水器具喷射出来的高速水流。（√） 22.消防射水器具包括消防水枪和消防水炮等灭火器具。（√） 二.选择题（四选一） 1.
?第一章 绪论 １-２．２0℃的水2．5m 3 ，当温度升至80℃时,其体积增加多少? ［解］ 温度变化前后质量守恒，即2211V V ρρ= 又20℃时，水的密度3 1/23.998m kg =ρ 80℃时，水的密度32/83.971m kg =ρ 32 1 125679.2m V V == ∴ρρ 则增加的体积为3 120679.0m V V V =-=? 1－4．一封闭容器盛有水或油，在地球上静止时，其单位质量力为若干？当封闭容器从空中自由下落时，其单位质量力又为若干? [解］ 在地球上静止时： g f f f z y x -===；0 自由下落时: 00=+-===g g f f f z y x ； 第二章 流体静力学 ２—1．一密闭盛水容器如图所示,U 形测压计液面高于容器内液面h ＝1.5m,求容器液面的相对压强。 ［解］ gh p p a ρ+=0 kPa gh p p p a e 7.145.1807.910000=??==-=∴ρ ２—３．密闭水箱,压力表测得压强为4900P ａ.压力表中心比Ａ点高０．5ｍ，A 点在液面下1.5ｍ.求液面的绝对压强和相对压强.
［解] g p p A ρ5.0+=表 Pa g p g p p A 49008.9100049005.10-=?-=-=-=ρρ表 Pa p p p a 9310098000490000 =+-=+=' 2．８绘制题图中AB 面上的压强分布图。 h 1 h 2 A B h 2 h 1 h A B 解: B ρgh 1 ρgh 1 ρgh 1 ρgh 2
A B ρg(h2-h1) ρg(h2-h1) B ρgh