龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/7e4164759.html, 岩质边坡岩体节理结构面抗剪强度的确定方法 作者：刘远亮韩佳泳徐标 来源：《城市建设理论研究》2013年第31期 摘要：在岩质边坡地质勘察工作中，岩体节理结构面的抗剪强度是岩质边坡勘察要确定的重要参数，而节理结构面抗剪强度的确定一直是该领域的技术难题，本文将提出一种新的、操作性强的方法，利用抗圧试验求取节理结构面抗剪强度，并应用到实际边坡勘察工作中，实践证明，通过该方法确定的结构面抗剪强度更接近实际情况并更具有实用意义，而且操作、计算方便，对类似的边坡工程有一定参考价值。 关键词: 地质勘察；节理结构面；抗剪强度 中图分类号：U213.1+3文献标识码：A 引言 结构面是岩体中力学强度较弱的部位或岩性相对软弱的夹层所构成岩体的不连续面，包括了一切的地质分离面。不同的结构面，其力学性质不同、规模大小不一。节理是岩石中的裂隙，其两侧岩石没有明显的位移。地壳上部岩石中最广泛发育的一种断裂构造，而岩体节理结构面抗剪强度是岩质边坡地质勘察工作要确定的重要力学参数，也是影响边坡稳定性的重要因素之一，因为边坡岩体的破坏通常大多是沿结构面发生破坏的，符合―最弱环节‖原理。目前如何求取节理结构面抗剪强度一直是工程界的技术难题。 节理结构面抗剪强度常用的求取方法主要有以下3种：(1)根据试验(原位剪切试验或室内直剪试验)分析选取。(2) 按规范或估算法选取。规范主要有国标、水利及铁路等行业规范标准等。(3)利用极限平衡法或数值分析进行反演确定。 岩体节理结构面抗剪强度确定方法 本文提出一种新的方法，利用―抗圧试验求取节理结构面抗剪强度‖。 1、计算原理：在岩石单轴抗压强度试验中，有大量的试验块体在轴向应力作用下未产生抗压性碎裂破坏，而是沿着岩石的节理面滑动分离成二块（见图1），这类破坏模式计算的抗压强度并不是真正的岩石单轴抗压强度，其数值与典型碎裂破坏模式的抗压强度严重偏小，不宜参加抗压强度标准值的统计计算。而利用这类破坏模式的实验数据，可求得沿节理面滑动的抗剪强度，即节理结构面的抗剪强度。
土木工程试验与量测技术B复习问答题集锦(含答案) 第一章绪论 1.学习该课程的目的和意义： 答：①重要手段——测试技术是从根本上保证岩土工程设计的精确性、代表性以及经济合理性的重要手段。 ②必备技术——室内试验、原位测试可提供基本设计数据，现场检测及监测可有效控制现场施工质量，确保施工安全和保护周边环境，为今后类似工程提供经验数据。 ③基本知识——岩土工程测试、检测与监测是从事岩土工程工作的人员所必需的基本知识，是从事理论研究的基本手段。 2.研究对象及其特点 答：研究对象是岩土体——古老而普通的建筑材料，可作为各类建筑物的天然地基和周边介质。结构物的确定主要取决于岩土体的具体工程性质。特点：力学性质复杂多变，具有很强的不确定性和变异性。 第二章：测试技术基础知识 1．什么是测试？什么是测试系统？测试系统有哪些测试环节？ 答：测试是以确定量值为目的的一系列操作，也就是将被测试值与同种性质的标准量进行比较，确定被测试值对标准量的倍数。 测试系统是传感器与测试仪表、变换装置等的有机组合。测试系统包括了数据传输环节、数据处理环节、数据显示环节。如图示：被测对象→传感器→数据传输环节→数据处理环节→数据显示环节
2．传感器的定义、组成及各组成部分的作用。 答：传感器是指能感受规定的物理量，并按一定规律转换成可用输入信号的器件或装置。由敏感元件、转换元件、测试电路三部分组成。 ①敏感元件能直接感受（或响应）被测量，即将被测量通过敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其他量；②转换元件则将上述非电量转换成电参量；③测量电路作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部分。 3．什么是传感器的静态特性、动态特性？ 答：静态特性和动态特性可用来表征一个传感器性能的优劣。 静态特性是指当被测量的各个值处于稳定状态（静态测量下）时，传感器的输出值与输入值之间关系的数学表达式、曲线或数表。 动态特性是指被测量随时间变化时，传感器的输出值与输入值之间关系的数学表达式、曲线或数表。 4．传感器的静态特性参数有哪些？具体作用？ 答：主要有灵敏度、线性度（直线度）、回程误差（迟滞性）。 ①灵敏度是稳态时传感器输出量y和输入量x之比，或输出量y 的增量和输入量x的增量之比；②线性度，是评价非线性程度的参数，传感器的输出-输入校准曲线与理论拟合曲线之间的最大偏差与传感器满量程输出之比；③回程误差，输入逐渐增加到某一值与输入逐渐减小到同一输入值时的输出值不相等，叫迟滞现象，回程误差表示这
第一章 绪论 岩石力学 是一门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，是力学的一个分支。 研究目的在于解决水利、土木工程等建设中的岩石工程问题。它是一门新兴的， 与有关学科相互交叉的工程学科，需要应用数学、固体力学、流体力学、地质学、 土力学、土木工程学等知识，并与这些学科相互渗透。应用： 水利水电 道路 建设 采矿工程 等 煤与瓦斯突出预测及处理理论和技术 铁路隧道设计和施工技术 水库诱发地 震的预报问题 地震预报中的岩石力学问题 岩体力学的研究对象： 岩石 由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而 形成的自然物体 岩体力学的发展历程： 20世纪以前萌芽阶段 宋应星《天工开物》 古德恩维地表移动范围 20世纪初到20世纪50年代第二阶段 松散介质学派 卡曼型三轴试验机 三下 开采 20世纪50年代到现在现代阶段 弹塑性理论 流变理论 百花齐放 世界各国成立岩石力学学会 论文的发表 数值模拟方法 矿山岩体力学的特点及其研究范围 采深大 计算精度低 位置受限 不断移动 由于大面积开采还会引起采空区上方大量岩层移动和破坏，研究这些岩层的 运动、破坏和平衡规律及其控制方法，是矿山岩石力学的重要课题，这也是区别 于其他应用性岩石力学学科的重要内容。 矿山岩体力学的研究目的和方法 在安全、经济、高强度、高指标的原则下最大限度地开采地下资源。 矿山岩石力学的研究方法是科学实践和理论分析相结合，二者互相联系，互相 促进。 岩石的物理性质 密度、视密度、孔隙性、碎胀性和压实性、吸水性、透水性、软化性、膨胀性和 崩解性 密度是指单位体积的岩石（包括空隙）的质量 容重是指单位体积的岩石（包括空隙）的重量 通常，岩石的容重愈大则它的 性质就愈好 孔隙度是岩石中各种孔洞、裂隙体积的总和与岩石总体积之比， 故也称为孔隙率 通常根据岩石的密度和干视密度经计算而求得 碎胀性是岩石破碎以后的体积将比整体状态下增大的性质 吸水性是指遇水不崩解的岩石在一定的试验条件下(规定的试样尺寸和试验压力) 吸入水分的能力，通常以岩石的自然吸水率和强制吸水率表示。岩石的自然吸水 率是试件在大气压力作用下吸入水分的质量与试件的干质量之比 透水性是岩石能被水透过的性能。达西定律可知Q=KAI 软化系数是指水饱和岩石试件的单向抗压强度与干燥岩石试件单向抗压强度之 比 33 2.710kg/m ?
一、节理 （一）基本概念 1、节理：岩石受力作用形成的破裂面或裂纹，称为节理，它是破裂面两侧的岩种构造。 节理的产状也可用走向、倾向和倾角进行描述。 2、节理组和节理系：在同一时期，同一成因条件下形成的，彼此相互平行或近组；在同一构造应力作用下，形成有规律组合的节理组，叫节理系。 （二）节理分类 1、按节理的成因分类 节理按成因可分为原生节理、构造节理和表生节理。 (1)原生节理：指岩石形成过程形成的节理，如玄武岩的柱状节理 (2)构造节理：是岩石受地壳构造应力作用产生的，这类节理具有明显的方向性和对地下水的活动和工程建设的影响也较大。构造节理与褶皱、断层及区域性地质构它们常常相互伴生，是工程地质调查工作中的重点对象(相对于节理、表生节理)。 (3)表生节理：又称风化节理、非构造节理，是岩石受外动力地质作用(风、水、化作用产生的风化裂隙等，这类节理限在空间分布上常局限于地表浅部岩石中，对有较大的影响。 2、按力学性质进行分类 (1)张节理:在垂直于主张应力方向上发生张裂而形成的节理，叫张节理。张节理尤其在褶皱转折端等张拉应力集中的部位最发育，它主要有以下特征：裂口是张开的，剖面呈上宽下窄的楔形，常被后期物质或岩脉填充； 节理面粗糙不平，一般无滑动擦痕和磨擦镜面；
产状不稳定，沿其走向和倾向都延伸不远即行尖灭； 在砾岩或砂岩中发育的张节理常常绕过砾石、结核或粗砂粒，其张裂面明显凹凸张节理追踪X型剪节理发育呈锯齿状。 (2)剪节理：岩石受剪应力作用发生剪切破裂而形成的节理，叫剪节理，它一般夹角的平面上产生，且共轭出现，呈X状交叉，构成X型剪节理。它具有以下特征剪节理的裂口是闭合的，节理面平直而光滑，常见有滑动擦痕和磨光镜面； 剪节理的产状稳定，沿其走向和倾向可延伸很远； 在砾岩或砂岩中发育的剪节理常切砾石、砂粒、结核和岩脉，而不改变其方向； 剪节理的发育密度较大，节理间距小而且具有等间距性，在软弱薄层岩石中常常 张节理剪节理 3、按节理与岩层走向关系分类 (1)走向节理：节理延伸方向大致与岩层走向平行。 (2)倾向节理：节理延伸方向大致与岩层走向垂直。 (3)斜交节理：节理延伸方向与岩层走向斜交。 4、根据节理与褶皱轴的关系，可将节理分为： (1) 纵节理-节理走向与褶皱轴向平行 (2) 横节理-节理走向与褶皱轴向直交
岩石岩体区别:岩石可以瞧作就是一种材料,岩体就是岩石与各种不连续面的组合体;岩石可以瞧作就是均质的,岩体就是非均质的(在一定的工程范围内);岩石具有弹、塑、粘弹性,岩体受结构面控制,性质更复杂,强度更低;岩体通常就是指一定工程范围内的地质体,岩石则无此概念。 岩石力学就是一门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,就是力学的一个分支。研究目的在于解决水利、土木工程等建设中的岩石工程问题。它就是一门新兴的,与有关学科相互交叉的工程学科,需要应用数学、固体力学、流体力学、地质学、土力学、土木工程学等知识,并与这些学科相互渗透。 研究对象:对象:岩石—对象—岩石材料—地壳中坚硬的部分; 复杂性:地质力学环境的复杂性(地应力、地下水、物理、化学作用等) 研究的基本内容: 基本理论岩体地应力 材料实验——三大部分→岩体的强度 工程应用岩体的变形
裂隙水力学 研究方法: 物理模拟→岩石物理力学性质常规实验,地质力学模型试验; 数学模型→如有限元等数值模拟; 理论分析→用新的力学分支,理论研究岩石力学问题; 由于岩石中存在各种规模的结构面(断裂带、断层、节理、裂隙)→致使岩石的物理力学性质→不连续、不均匀、各向异性→因此,有必要引入刻划不均一程度的参数。 各向异性:指岩石的强度、变形指标(力学性质)随空间方位不同而异的特性。 岩石的基本物理力学性质 岩石力学问题的研究首先应从岩石的基本物理力学性质研究入手, 1.岩石的容重:指单位体积岩石的重量。2、比重(Gs)指岩石干重量除以岩石的实体积(不含孔隙体积)的干容重与4?c 水的容重的比值。3、孔隙率(n%)指岩石内孔隙体积与总体积之比。4、天然含水量:指天然状态下,岩石的含水量与岩石干重比值的百分比。5、吸水率:指岩石在常温条件下浸水48小时后,岩石内的含水量与岩石干容重的比值。6、饱与含水率:指岩样在强制状态(真空、煮沸或高压)下,岩样最大吸水量与岩石干重量比值。7、饱水分数:指岩石吸水
固体中的应力波 李清 中国矿业大学（北京）
参考书： 1 王礼立. 《应力波基础》第2版(2005年8月1日)，国防工业出版社 2 李玉龙. 《应力波基础简明教程》第1版 (2007年4月1日)，西北工业大学 3 丁启财(美国). 《固体中的非线性波》，中国友谊出版公司 4 宋守志. 《固体中的应力波》，煤炭工业出版社 5 杨善元. 《岩石爆破动力学基础》，煤炭工业出版社 6 莱茵哈特(杨善元译). 《固体中的应力瞬变》，煤炭工业出版社 7 徐小荷. 《冲击凿岩的理论基础与电算方法》，东工出版社 8 郭自强. 《固体中的波》，地震出版社
目录 第0章绪论 (1) 1 波动现象 (1) 2 应力波的概念 (1) 3 应力波分类 (3) 4 应力波理论与其它力学理论的关系 (3) 5 应力波理论的发展 (3) 6 应力波理论在岩土工程中的应用 (3) 第1章一维应力波基础 (4) §1.1波动方程及其解 (4) 1.1.1 一维纵波的波动方程 (4) 1.1.2 波的传播速度 (4) 1.1.3 波动方程的解 (5) 1.1.4 解的物理意义 (6) §1.2 应力波的几个基本参量 (7) §1.3 应力波的能量 (7) §1.4 波的衰减 (8) 1.4.1 原因 (8) 1.4.2 度量 (8) 1.4.3 衰减率α的测定 (9) §1.5 考虑杆的横向效应的波动方程 (10) §1.6 杆中的扭转波与弯曲波 (12) 1.6.1 扭转波 (12) 1.6.2 弯曲波 (13) 第2章二维和三维弹性波理论基础 (14) §2.1 弹性体的运动微分方程 (14) §2.2 弹性体的无旋波与等容波 (15) 2.2.1 无旋波(纵波、P波) (15) 2.2.2 等容波(横波、S波) (16) §2.3 平面波的传播 (17) 2.3.1 平面纵波(V//c) (17) 2.3.2 平面横波(V⊥c) (18) §2.4 薄板中的应力波 (19) 2.4.1 控制方程 (19) 2.4.2 纵波 (20) 2.4.3 横波 (21) 2.4.4 各种波速关系 (21) §2.5 球面波 (22) 2.5.1 波动方程及其解 (22) §2.6 柱面波 (23) 第3章应力波的相互作用 (24) §3.1 一维应力波在界面的反射和透射 (24) 3.1.1 应力波在不同介质界面的反射和透射 (25) 3.1.2应力波在变截面杆中的反射和透射 (26)
2012.11.低应变现场考试提问题目及答案 1、低应变采样时间间隔应根据什么合理选择？ 答：采样时间间隔应根据桩长、桩身波速、和频域分辨率合理选择。时域信号采样点数不宜少于1024点。 2、低应变数据采集时，设置采样间隔时要如何估算？ 按照规范“时域信号分析的时间段长度应在2L/c时刻后延续不少于5ms；”的要求及一般仪器采集点数为1024的实际情况。（如仪器采集点数不同，应根据情况变化）采样间隔估计应由下式估算： {[(2L/V)*1000ms+5ms]/1024}*1000us其中L为桩长，V为估计桩的波速。 3、反射波法检测中，用加速度计测得的原始信号是什么曲线，实际显示的曲线是什 么曲线？。 答：实际测得的是加速度时程曲线，实际显示的是经过积分的速度时程曲线。 4、低应变完整性检测时，对于浅部缺陷一般要求什么样的锤击激振能量？什么 样的激振频率？ 答：低应变完整性检测时，对于浅部缺陷一般要求小的锤击激振能量和高的激振频 率。 5、低应变完整性检测时，有利于桩底信号的获取时需要什么样的锤击能量？什么样 的激振频率？ 答：低应变完整性检测时，有利于桩底信号获取时需要大的锤击能量和低的激振频 率。 6、通俗一点的说法，在选择低应变完整性检测激振锤时有什么原则？ 答：小桩用小锤，打桩用大锤，小桩用硬锤大桩用软锤。实际上，小锤产生小的激 振能量，大锤桩产生大的激振能量，同时，硬的锤子产生较高的激振频率，软的锤 子产生较低的激振频率。
7、实心桩进行低应变完整性检测时，激振位置及传感器安装部位主要有什么要求？答：实心桩的激振点位置应选择在桩中心，测量传感器安装位置宜为距桩中心2/3半径处。 8、空心桩（管桩）进行低应变完整性检测时，激振位置及传感器安装部位主要有什么要求？ 空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成的 夹角宜为90°，激振点和测量传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。 9、低应变完整性检测时，信号采集和筛选有什么主要要求？ 答：根据桩径大小，桩心对称布置2～4个检测点；每个检测点记录的有效信号数不 宜少于3个。 10、对于锤击式预应力管桩，在进行低应变完整性检测时，除了常规需要收集的信 息外，尚应特别注意收集哪些信息便于对采集数据进行分析认识？ 答：尚应特别注意收集接桩情况，收锤情况，总锤击数等此工艺特有的数据信息以 及观察管桩是否有开裂现象等，为以后分析低应变检测数据提供参考依据。 11、简述应力波反射法的原理。 答：用小扰动激振桩顶，使产生的应力波沿桩身传播，用仪器记录桩顶传感器安装 部位振动时程曲线，利用一维波动理论，根据桩身各阻抗变化界面反射信号，对桩 身完整性进行分析。 12、在低应变完整性检测时，如果根据桩底信号判断，桩的波速明显偏高，且超出 常识范围。这时，这个桩的实际桩长可能有什么样的偏差？ 答：偏短了。 13、对于砼实心桩，当检测点距桩中心点多远处时，所受干扰相对较小；对空心桩， 当检测点与激振点平面夹角约为多少度时也有类似效果？ 答：对于砼实心桩，检测点位于距桩中心2/3处所受干扰最少；对于空心桩，当检测点与激振点平面夹角为90度时也有类似效果。
************ 《岩石力学》课程论文 专业 ******* 年级班别 ****** 学号 ******* 姓名 ****** 土木工程与建设管
岩体的强度在检测中的应用 摘要：随着地球板块的运动越来越剧烈，地震等多种地质灾害的发生，人们 清晰地认识到岩体强度的重要性。故此，岩体强度的确定方法尤其重要。本 文介绍试验确定法以及及估算法。 关键字：试验确定法；估算法；岩体强度 引言 目前在岩石力学与工程领域中广泛采用了数值模拟技术，但是在进行数值模拟时遇 到的最主要的困难之一就是如何准确地确定岩体强度参数以开展模拟计算。公认比 较准确的仅限于室内岩石力学试验参数，同时现场岩体原位试验成本都十分昂贵， 因此寻找适合的岩体强度估算方法就成为摆在众多研究人员面前的一个问题。 1 岩体强度的确定方法 1．试验的确定法 （一）岩体单轴抗压强度的测定 切割成的试件。在拟加压的试件表面抹一层水泥砂浆，将表面抹平，并在其上放置方木和工字钢组成的垫层，以便把千斤顶施加的荷载经垫层均匀传给试体。根据试体受载截面积，计算岩体的单轴抗压强度。 （二）岩体的抗剪强度的测定 一般采用双千斤顶法：一个垂直千斤顶施加的正压力，另一个千斤顶施加的横 推力。 为使剪切面上不产生力矩效应，合力通过剪切面中心，使其接近于纯剪切破坏，另外一个千斤顶成倾斜布置。一般采取倾角a=15°。试验时，每组试体应有5个以 上，剪切面上应力按式（1-1）计算。然后根据τ、σ绘制岩体的强度曲线。 F a T P sin += σ a f t cos =τ （1-1）
（三）岩体三轴压缩强度试验 地下工程的受力状态是思维的，所以做三轴力学试验非常重要。但由于现场原位三轴力学实验在技术上很复杂，只在非常必要时才进行。现场岩体三轴试验装置，用千斤顶施加轴向荷载，用压力枕施加围压荷载。 根据围压情况可分为等围压三轴试验（32σσ=）和真三轴试验（321σσσ>>）。研究表明，中间主应力在岩体强度中起重要作用，再多节理的岩体中尤为重要。因此，真三轴试验越来越受重视。而等围压三轴试验的实用性更强。 2．经验的估算法 （一）准岩体强度 这种方法实质是用某种简单的试验指标来修正岩块强度作为岩体强度的估算值。 节理，裂隙等结构面是影响岩体强度的主要因素，其分布情况可通过弹性波传 播来查明。弹性波穿过岩体时,遇到裂隙便发生绕射或被吸收，传播速度将有所降低。裂隙越多，波速降低越大，小尺寸试件含裂隙少，传播速度大。因此根据弹性波在岩石试块和岩体中的传播速度比，可判断岩体中裂隙发育程度。称此比值的平方为岩体完整性（龟裂）系数，以K 表示。 2 ???? ??=K cl ml νν （二）Hoek-Brown 经验方程 1) Hoek-Brown 强度准则的发展历史 最初的Hoek-B rown 强度准则是Hoek E 在专著《岩石地下工程》( Underground Excavations in Rock,1980)一书中发展起来的。当时在设计地下岩石开挖工程时需要输入一些参数, 这就要求提供一个准则来估算岩体强度。Hoek E 和Brown E T 在分析Giffith 理论和修正的Griffith 理论的基础上, 凭借自己在岩石力学方面深厚的理论功底和丰富的实践经验, 通过对大量岩石三轴试验资料和岩体现场试验成果的统计分析,用试错法导出的岩块和岩体破坏时极限主应力之间的关系式（2-1） , 即为Hoek-Brown 强度准则 , 也称为狭义Hoek-Brown 强度准则。Hoek, Brown 最为突出的贡献是将数学公式与地质描述联系到了一起。起初使用的Bieniawski 岩体分级系统( RMR 法)、后来使用的地质强度指数法(GSI 法)、随后发展完善的Hoek-Brown 准则都使用了GSI 系统。
3.9. 隐式节理模型: 节理岩(Jointed Rock)模型 岩土材料在各方向上的特性值可能会不同，从而引起各方向在荷载作用下的反应不同，这样的特性叫做各向异性(anisotropic)。各向异性又分为弹性各向异性和塑性各向异性。弹性各向异性是指各方向使用不同的弹性刚度值，塑性各向异性是指像节理岩模型那样在各方向上使用不同的强度特性值。 节理岩模型是各向异性弹性-完全塑性(anisotropic elastic perfectly-plastic)模型，即同时具有弹性横观同性(transversely isotropic elastic)模型和塑性各向异性(anisotropic plastic)模型的特点。节理模型适合于模拟分层的岩石，该模型可模拟具有三个层方向和结合方向的完整岩。完整岩要输入五个参数和一个方向，是属于横观同性弹性材料，其各向异性特点表现在断层等现象上。假定主结合方向的剪切应力遵循库伦(Coulomb)准则，沿着该方向产生最大剪切应力时将产生塑性滑动(plastic sliding)。可以定义三个滑动方向(平面)的强度，第一个平面假定与弹性横观同性方向一致。各平面可具有不同的剪切刚度。 M ajor joint direction 图2.31 节理模型示意图 节理模型适合模拟具有连续的接缝或接缝的集合的岩石，接缝应平行且接缝中不能填充有断层粘土，接缝宽度与结构物的尺寸也要小很多。 节理模型的几个基本特性值如下： A. 完整岩的横观同性弹性特性: ,,,,x z xy zx xz E E G νν B. 三个方向上遵循库伦准则的剪切磨坏参数: ,i i c φ 3.9.1. 横观同性弹性材料刚度 节理模型中的横观同性特性与前面章节中介绍的正交异性材料相同。 3.9.2. 三个方向上的塑性反应 为了考察具有局部坐标系(n, s, t)的平面的塑性条件，需要先计算笛卡尔坐标下的应力。局部坐标应力包括正应力n σ和两个独立的剪切应力 s τ和t τ。 T i i σσ=T (2.96)
第一章绪论 岩石力学是一门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，是力学的一个分支。研究目的在于解决水利、土木工程等建设中的岩石工程问题。它是一门新兴的，与有关学科相互交叉的工程学科，需要应用数学、固体力学、流体力学、地质学、土力学、土木工程学等知识，并与这些学科相互渗透。应用：水利水电道路建设采矿工程等 煤与瓦斯突出预测及处理理论和技术铁路隧道设计和施工技术水库诱发地震的预报问题地震预报中的岩石力学问题 岩体力学的研究对象：岩石由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体 岩体力学的发展历程： 20世纪以前萌芽阶段宋应星《天工开物》古德恩维地表移动范围 20世纪初到20世纪50年代第二阶段松散介质学派卡曼型三轴试验机三下开采 20世纪50年代到现在现代阶段弹塑性理论流变理论 百花齐放世界各国成立岩石力学学会论文的发表数值模拟方法 矿山岩体力学的特点及其研究范围 采深大计算精度低位置受限不断移动 由于大面积开采还会引起采空区上方大量岩层移动和破坏，研究这些岩层的运动、破坏和平衡规律及其控制方法，是矿山岩石力学的重要课题，这也是区别于其他应用性岩石力学学科的重要内容。 矿山岩体力学的研究目的和方法 在安全、经济、高强度、高指标的原则下最大限度地开采地下资源。 矿山岩石力学的研究方法是科学实践和理论分析相结合，二者互相联系，互相促进。 岩石的物理性质 密度、视密度、孔隙性、碎胀性和压实性、吸水性、透水性、软化性、膨胀性和崩解性 密度是指单位体积的岩石（包括空隙）的质量 容重是指单位体积的岩石（包括空隙）的重量通常，岩石的容重愈大则它的性质就愈好 孔隙度是岩石中各种孔洞、裂隙体积的总和与岩石总体积之比， 故也称为孔隙率通常根据岩石的密度和干视密度经计算而求得 碎胀性是岩石破碎以后的体积将比整体状态下增大的性质 吸水性是指遇水不崩解的岩石在一定的试验条件下(规定的试样尺寸和试验压力)吸入水分的能力，通常以岩石的自然吸水率和强制吸水率表示。岩石的自然吸水率是试件在大气压力作用下吸入水分的质量与试件的干质量之比 透水性是岩石能被水透过的性能。达西定律可知Q=KAI 软化系数是指水饱和岩石试件的单向抗压强度与干燥岩石试件单向抗压强度之比 膨胀性和崩解性主要取决于其胶结程度及造岩矿物的亲水性，一般含有大量粘土33 2.710kg/m ?
第1题 应力波在杆身存在波阻抗增大、杆端处于自由情况下，在杆头实测杆身波阻抗增大位置的多次反射波是 A.反向 B.奇数次反射反向，偶数次反射同向 C.同向 D.奇数次反射同向，偶数次反射反向 答案：B 第2题 应力波在杆身存在波阻抗增大、杆端处于自由情况下，在杆头实测杆身波阻抗增大位置的多次反射波幅值比一次入射波幅值 A.相同 B.大 C.小 D.不确定 答案：C 第3题 应力波在杆身存在波阻抗增大、杆端处于自由情况下，在杆头实测杆身波阻抗增大位置的一次反射波幅值比入射波幅值 A.相同 B.大 C.小 D.不确定 答案：C 第4题 应力波在杆身存在波阻抗增大、杆端处于自由情况下，在杆头实测杆身波阻抗增大位置的一次反射波是 A.反向 B.奇数次反射反向，偶数次反射同向 C.同向 D.奇数次反射同向，偶数次反射反向 答案：A 第5题 在上行波中，质点运动的速度方向与所受力方向 A.一致 B.相反 C.有时一致，有时相反 D.垂直 答案：B
第6题 在下行波中，质点运动的速度方向与所受力方向 A.一致 B.相反 C.有时一致，有时相反 D.垂直 答案：A 第7题 质点速度的含义及数值范围 A.单位时间里质点在其平衡点附近运动时的位移变化量，一般只有几cm/s B.单位时间内振动传播的距离，一般会达到几km/s C.单位时间内振动传播的距离，一般只有几cm/s D.单位时间里质点在其平衡点附近运动时的位移变化量，一般只有几km/s 答案：A 第8题 机械振动是什么 A.物体（质点）在其平衡位置附近来回往复的运动 B.物体（质点）或系统在连续介质中的传播过程 C.引起应力波的外载荷 D.扰动与未扰动的分界面 答案：A 第9题 两列应力波相遇，在相遇区域内，应力波有什么特性 A.反射、透射 B.散射 C.叠加 D.弥散（衰减） 答案：C 第10题 波动是什么？ A.物体（质点）在其平衡位置附近来回往复的运动 B.物体（质点）振动在空间的传播过程 C.引起应力波的外载荷 D.扰动与未扰动的分界面 答案：B 第11题
岩石力学的研究内容 水利水电建设 1、坝基及坝肩稳定性，防渗加固理论和技术； 2、有压和无压引水隧道设计、施工及加固理论技术； 3、大跨度高边墙地下厂房的围岩稳定及加固技术； 4、高速水流冲刷的岩石力学问题； 5、水库诱发地震的预报问题； 6、库岸稳定及加固方法 采矿工程 1、露天采矿边坡设计及稳定加固技术； 2、井下开采中巷道和采场围岩稳定性问题； 3、矿柱稳定性及采场结构优化设计问题； 4、软岩巷道和深部开采技术问题； 5、矿井突水预测、预报及预处理理论和技术； 6、煤与瓦斯突出预测及处理理论和技术； 7、岩爆、岩爆预报及预处理理论和技术； 8、采空区处理及地面沉降问题； 9、岩石破碎问题 铁道建设工程 1、线路边坡稳定性分析； 2、隧道设计和施工技术； 3、隧道施工中的地质超前预报及处理； 4、高地应力的岩爆理论及处理； 5、隧道人口施工技术及洞脸边坡角确定和加固措施 其他研究领域 1、核电站建设中核废料处理技术 2、石油开采中井损防治及采空区地面变形问题 3、山城及高层建筑的地基问题 4、地层热能资源开发技术问题 5、地震预报中的岩石力学问题 岩石力学发展展望 从事物的必然性出发，根据试验建立模型，处理本构关系，在特定的有限的条件下求解----正向思维 将岩体也视为一个不确定系统，用系统思维、反馈思维、全方位思维(包括逆向思维、非逻辑思维、发散思维甚至直觉思维)对工程岩体的行为进行研究----逆向思维 理论分析、数值模拟、参数测定---确定性方法 将工程岩体看成为“人地系统”。用“系统”概念来表征“岩体”可使岩体的“复杂性”得到全面科学的表达。岩石或岩石工程系统不仅是因为多因子、多层次组合而具有“复杂性”，而且还在于他们大多具有很强的“不确定性”，即模糊性和随机性---非确定性系统分析方法 土、岩石与岩体的力学性质 弹塑性本构模型理论 地应力及其测量 岩石与土的流变性质 岩土工程数值分析方法
简述“霍普金斯”杆测量材料动态应力应变曲线的原理；选用一种大型软件对其进行计算模拟，并对模拟结果进行分析。 答：选用ABAQUS大型有限元软件 一、“霍普金斯”压杆理论： Hopkinson压杆技术源于1914年B．Hopkinson测试压力脉冲的试验工作，后来R．M．Davies对它进行了改进。1949年，H．Kolsky在这些基础上建立了进行材料单轴动态压缩性能试验的试验方法，测试了高应变率下金属材料的力学性能，这个方法称为分离式Hopkinson压杆(或Kolsky杆)技术。其原理是将试样夹持于两个细长弹性杆(入射杆与透射杆)之间，由圆柱形子弹以一定的速度撞击入射弹性杆的另一端，产生压应力脉冲并沿着入射弹性杆向试样方向传播。当应力波传到入射杆与试样的界面时，一部分反射回入射杆，另一部分对试样加载并传向透射杆，通过贴在入射杆与透射杆上的应变片可记录入射脉冲，反射脉冲及透射脉冲，由一维应力波理论可以确定试样上的应力、应变率、应变随时间的变化，以及应力、应变曲线。 5O多年来，此技术广泛用在高变形速率下材料力学性能的测试。研究人员也对Hopkinson压杆试验方法进行了系统深入的研究，使该技术不断地改善和发展。J．Harding 等在1960年将用于单轴压缩试验的Hopkinson压杆推广到了单轴拉伸试验，在此基础上，1983年又提出至今被广泛使用的Hopkinson拉杆试验方法。W．E．Backer等、J．D．Campbell 等、J．Dully等又提出了Hopkinson扭杆技术，可对于试样施加高应变速率的纯扭转载荷。为提高试验精度，前人在应力波的弥散效应、三维效应、应力波分离、试样中的瞬态平衡对试验结果的影响等方面做了大量工作。 分离式Hopkinson压杆实验的示意图如下： 图8-1 分离式Hopkinson压杆示意图 上图表示了压杆、试件和测试仪器等的位置安排。压杆由高强度合金钢制成。压杆与试件的接触面需要加工得很平并且保持平行。压杆用塑料或尼龙稳定的支撑在底座上。但要注意不能影响应力波的传递。压杆分为输入杆、输出杆和动量杆三部分。输入杆中的初始脉冲是用压缩弹簧或者火药枪发射的方法，在它的端部通过一个质量块或撞击杆的碰撞加载而产生的。撞击杆与输入杆具有相同的材料和直径，因而撞击应力波可以无反射的传入输入杆。由于撞击杆自由端的反射，一个拉伸卸载波通过界面进入输入杆，所以输入杆中入射脉冲的长度是撞击杆长度的两倍。动量杆的端部用弹簧或活塞油缸吸走动量杆带走的无用动量。 初始输入应力的脉冲幅值与撞击速度成正比。当输入杆中的入射脉冲到达试件界面时，一部分脉冲被反射，另一部分脉冲通过试件透射进输入杆。这些入射、反射和透射脉冲的大小取决于试件材料的性质。在加载脉冲的作用期间，试件中发生了多次内反射，因为加载脉冲的作用时间比短试件中波的传播时间要长得多，由于这些内反射，使得试件中应力很快地趋向均匀化，因此可以忽略试件内部的波的传播效应。 如果我们能够在压杆上记录入射、反射和透射脉冲的连续的应变—时间历史，那么就可
低应变考试题目及答案
2012.11.低应变现场考试提问题目及答案 1、低应变采样时间间隔应根据什么合理选择？ 答：采样时间间隔应根据桩长、桩身波速、和频域分辨率合理选择。时域信号采样点数不宜少于1024点。 2、低应变数据采集时，设置采样间隔时要如何估算？ 按照规范“时域信号分析的时间段长度应在2L/c时刻后延续不少于5ms；”的要求及一般仪器采集点数为1024的实际情况。（如仪器采集点数不同，应根据情况变化）采样间隔估计应由下式估算： {[(2L/V)*1000ms+5ms]/1024}*1000us其中L为桩长，V为估计桩的波速。 3、反射波法检测中，用加速度计测得的原始信号是什么曲线，实际显示的曲线是什么曲线？。 答：实际测得的是加速度时程曲线，实际显示的是经过积分的速度时程曲线。 4、低应变完整性检测时，对于浅部缺陷一般要求什么样的锤击激振能 量？什么样的激振频率？ 答：低应变完整性检测时，对于浅部缺陷一般要求小的锤击激振能量和高的激振频率。 5、低应变完整性检测时，有利于桩底信号的获取时需要什么样的锤击能量？什么样的激振频率？ 答：低应变完整性检测时，有利于桩底信号获取时需要大的锤击能量和低的激振频率。 6、通俗一点的说法，在选择低应变完整性检测激振锤时有什么原则？ 答：小桩用小锤，打桩用大锤，小桩用硬锤大桩用软锤。实际上，小锤产生小的激振能量，大锤桩产生大的激振能量，同时，硬的锤子产生较高的激振频率，软的锤子产生较低的激振频率。
7、实心桩进行低应变完整性检测时，激振位置及传感器安装部位主要有什么要求？答：实心桩的激振点位置应选择在桩中心，测量传感器安装位置宜为距桩中心2/3半径处。 8、空心桩（管桩）进行低应变完整性检测时，激振位置及传感器安装部位主要有什么要求？ 空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成的夹角宜为90°，激振点和测量传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。 9、低应变完整性检测时，信号采集和筛选有什么主要要求？ 答：根据桩径大小，桩心对称布置2～4个检测点；每个检测点记录的有效信号数不宜少于3个。 10、对于锤击式预应力管桩，在进行低应变完整性检测时，除了常规需要收集的信息外，尚应特别注意收集哪些信息便于对采集数据进行分析认识？ 答：尚应特别注意收集接桩情况，收锤情况，总锤击数等此工艺特有的数据信息以及观察管桩是否有开裂现象等，为以后分析低应变检测数据提供参考依据。 11、简述应力波反射法的原理。 答：用小扰动激振桩顶，使产生的应力波沿桩身传播，用仪器记录桩顶传感器安装部位振动时程曲线，利用一维波动理论，根据桩身各阻抗变化界面反射信号，对桩身完整性进行分析。 12、在低应变完整性检测时，如果根据桩底信号判断，桩的波速明显偏高，且超出常识范围。这时，这个桩的实际桩长可能有什么样的偏差？ 答：偏短了。 13、对于砼实心桩，当检测点距桩中心点多远处时，所受干扰相对较小；对空心桩，当检测点与激振点平面夹角约为多少度时也有类似效果？ 答：对于砼实心桩，检测点位于距桩中心2/3处所受干扰最少；对于空心桩，当检测点与激振点平面夹角为90度时也有类似效果。
实验五 研究弦线上波的传播规律 一、实验目的 1.观察弦线上驻波的变化，了解并熟悉实验仪器的调整方法。 2.研究弦线振动时的振动频率与振幅变化对形成驻波的影响。波长与张力的关系； 3.在弦线张力不变时，研究弦线振动时驻波波长与振动频率的关系。 4.改变弦线张力后，研究弦线振动时驻波波长与振动频率的关系。 二、仪器和用具 可调频率的数显机械振动源、弦线支撑平台、固定滑轮、可调滑轮、砝码盘、米尺、弦线、砝码、频闪灯、分析天平等。见图1 图1 仪器结构图 1.可调频率数显机械振动源 2.振簧片 3.弦线 4.可动刀口支架 5.可动滑轮支架 6.标尺 7.固定滑轮 8.砝码与砝码盘 9.变压器 10.实验平台 11.实验桌 三、实验原理 在一根拉紧的弦线上，其中张力为T ，线密度为μ，则沿弦线传播的横波应满足下述运动方程： 2 2 22 x y T t y ??= ??μ (1) 式中x 为波在传播方向（与弦线平行）的位置坐标，y 为振动位移。将(1)式与典型的波动方程 2 2 2 22 x y V t y ??=?? 相比较，即可得到波的传播速度: μ T V = 若波源的振动频率为f ，横波波长为λ，由于λf V =，故波长与张力及线密度之间的
关系为： μ λT f 1= (2) 为了用实验证明公式(2)成立，将该式两边取对数，得： f T lo g log 2 1log 2 1log -- = μλ 若固定频率f 及线密度μ，而改变张力T ，并测出各相应波长λ，作log λ-log T 图，若得一直线，计算其斜率值（如为 2 1），则证明了λ∝2 1 T 的关系成立。同理，固定线密度 μ及张力T ，改变振动频率f ，测出各相应波长λ，作log λ-log f 图，如得到斜率为-1的直线则验证了λ∝f -1 。 弦线上的波长可利用驻波原理测量。当两个振幅和频率相同的相干波在同一直线上相向 传播时，其所叠加而成的波称为驻波，一维驻波是波干涉中的一种特殊情形。在弦线上出现许多静止点，称为驻波的波节，相邻两波节间的距离为半个波长。见图2。 2 λ 图2 四．实验内容 1.必做内容 （1）验证横波的波长与弦线中的张力的关系 固定一个波源振动的频率，在砝码盘上添加不同质量的砝码，以改变同一弦上的张力。 每改变一次张力(即增加一次砝码)，均要左右移动可动滑轮○5的位置，使弦线出现振幅较大 而稳定的驻波。用实验平台⑩上的标尺○6测量L 值，即可根据式(3)算出波长λ。作log λ-log T 图，求其斜率。 （2）验证横波的波长与波源振动频率的关系 在砝码盘上放上一定质量的砝码，以固定弦线上所受的张力，改变波源振动的频率，用驻波法测量各相应的波长，作log λ-log f 图，求其斜率。最后得出弦线上波传播的规律结论。 2.选做内容 验证横波的波长与弦线密度的关系 在砝码盘上放固定质量的砝码，以固定弦线上所受的张力，固定波源振动频率，通过改变弦丝的粗细来改变弦线的线密度，用驻波法测量相应的波长，作log λ-log μ图，求其斜率。得出弦线上波传播规律与线密度的关系。
公路水运工程试验检测人员继续教育自测试题 基桩检测应力波理论试题 本试题为本人在个人继续过程中收集的公路水运工程试验检测人员继续教育自测试题的题目及答案，仅为后续继续教育的同志提供方便，如觉得文件不错记得评价、点赞及下载，不建议盗用及外传，谢谢合作。 第1题 应力波在杆身存在波阻抗增大、杆端处于自由情况下，在杆头实测杆身波阻抗增大位置的多次反射波是 A.反向 B.奇数次反射反向，偶数次反射同向 C.同向 D.奇数次反射同向，偶数次反射反向 答案:B 您的答案：B 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第2题 应力波在杆身存在波阻抗增大、杆端处于自由情况下，在杆头实测杆身波阻抗增大位置的多次反射波幅值比一次入射波幅值 A.相同 B.大 C.小 D.不确定 答案:C 您的答案：C 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第3题 应力波在杆身存在波阻抗增大、杆端处于自由情况下，在杆头实测杆身波阻抗增大位置的一
次反射波幅值比入射波幅值 A.相同 B.大 C.小 D.不确定 答案:C 您的答案：C 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第4题 应力波在杆身存在波阻抗增大、杆端处于自由情况下，在杆头实测杆身波阻抗增大位置的一次反射波是 A.反向 B.奇数次反射反向，偶数次反射同向 C.同向 D.奇数次反射同向，偶数次反射反向 答案:A 您的答案：A 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第5题 在上行波中，质点运动的速度方向与所受力方向 A.一致 B.相反 C.有时一致，有时相反 D.垂直 答案:B 您的答案：B 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第6题 在下行波中，质点运动的速度方向与所受力方向 A.一致 B.相反 C.有时一致，有时相反
二、选择题： 1、锚杆支护的原理主要有（ C ）、悬吊理论、组合梁作用。 A.加固作用 B.防止风化 C. 组合挤压拱 D 改善围岩应力 2、殉爆反映了炸药对___B___的敏感度。 A、应力波 B、爆轰冲击波 C、地震波 D 水平波 3、某道岔可表示为DX615—4—12，其中15代表（ C ） A、道岔号码 B、道岔轨距 C、道岔轨型 D、道岔的曲线半径 4.巷道掘进时，用（ C ）指示巷道掘进方向 A、腰线 B、地线 C、中线 D、边线 5.掘进工作面炮眼爆破顺序为（ A ） A、掏槽眼，辅助眼，周边眼 B、掏槽眼，周边眼，辅助眼 C、辅助眼，掏槽眼，周边眼 D、周边眼，辅助眼，掏槽眼 6. 在道岔的类型中，DK代表（ C ） A 对称道岔 B 渡线道岔 C 单开道岔 D 单线道岔 7. 中线的测量多采用（ A ） A 激光指向仪 B 倾斜仪 C 水平仪 D 以上三种都可以 8. 自由面是指（ A ） A 岩石与空气相接的表面 B 岩石与药包相接的表面 C 药包与空气相接的表面 D 药包周围的空间大小 9、煤矿井下应使用下列何种炸药（ C ） A、正氧平衡炸药 B、负氧平衡炸药 C、零氧平衡炸药 D、以上三种均可 10、巷道形状的选择与下列哪项因素无关（ D ） A、服务年限 B、掘进方式 C、支护方式 D、通风方式 11、巷道设计掘进断面比计算掘进断面（ B ） A、大 B、小 C、相等 D、不一定 12、下列哪项不属于喷射混凝土支护作用原理（ A ） A、组合梁作用 B、封闭围岩防止风化作用 C、共同承载作用 D、改善围岩应力状态 13、选择道岔时应遵循的原则不包括（ C ） A、与基本轨的轨型相适应 B、与基本轨的轨距相适应 C、与行驶车辆的类别相适应 D、与车辆的载重量相适应 14. 锚喷支护效果监测内容不包括（ D ） A、位移监测 B、围岩松动圈监测 C、顶板离层监测 D、支护时间监测 15. 采用不同的调车和转载方式，装载机的工时利用率最小的是（ A ） A、固定错车场 B、长转载输送机 C、梭式矿车 D、仓式列车 三、填空 1. 传统的锚杆支护理论有悬吊理论、组合梁理论、组合拱（挤压拱）理论，近期又发展了最大水平应力理论。 2. 金属支架、石材支护、锚杆支护、锚杆支护 3. 炸药爆炸的特征放出大量热、生成大量气体和反应过程高速进行，其中爆炸生成的气体是能量的传递介质。