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(-+==
原原原μρν035.1035.1==
035.0035.1=-=-原
原
原原原μμμμμμ
此时动力粘度μ增加了3.5%
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
-=
)(002.0y h g dy
du
-==∴ρμ
τ 当h =0.5m ，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22.620 （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 μ
τ=，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=0.02Pa ．s 。若导线以速率50m/s 拉过模具，试求所需牵拉力。（1.O1N ）
[解] 2
53310024.51020108.014.3m dl A ---?=????==π
N A h u F R 01.110024.510
05.05002.053=????==∴--μ
1-7．两平行平板相距0.5mm ，其间充满流体，下板固定，上板在2Pa 的压强作用下以0.25m/s 匀速移动，
求该流体的动力粘度。
[解] 根据牛顿内摩擦定律，得
dy
du /
τμ=
s Pa ??=?=∴--33
10410
5.025
.0/
2μ 1-8．一圆锥体绕其中心轴作等角速度16rad
s
ω=旋转。锥体与固定壁面间的距离δ=1mm ，用
0.1Pa s μ=?的润滑油充满间隙。锥体半径R=0.3m ，高H=0.5m 。求作用于圆锥体的阻力矩。
（39.6N ·m ）
[解] 取微元体如图所示
微元面积：θ
ππcos 22dh
r dl r dA ?=?= 切应力：δ
ωμμ
τ0-==r dy du 阻力：dA dT τ=
阻力矩：r dT dM ?=
dA r rdT dM M ???===τ
1-9．一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
2-2．密闭水箱，压力表测得压强为4900Pa 。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
=+-=+=' 2-3．多管水银测压计用来测水箱中的表面压强。图中高程的单位为m 。试求水面的绝对压强p abs 。
[解] )2.13.2()2.15.2()4.15.2()4.10.3(0-+=-+---+g p g g g p a 汞水汞水ρρρρ
g p g g g p a 汞水汞水ρρρρ1.13.11.16.10+=+-+
kPa g g p p a 8.3628.9109.28.9106.132.2980009.22.2330=??-???+=-+=水汞ρρ
2-4． 水管A 、B 两点高差h 1=0.2m ，U 形压差计中水银液面高差h 2=0.2m 。试求A 、B 两点的压强差。（22.736N
／m 2）
[解] 221)(gh p h h g p B A 水银水ρρ+=++
Pa h h g gh p p B A 22736)2.02.0(8.9102.08.9106.13)(33212=+??-???=+-=-∴水水银ρρ
2-5．水车的水箱长3m,高1.8m ，盛水深1.2m ，以等加速度向前平驶，为使水不溢出，加速度a 的允许值是多少？
[解] 坐标原点取在液面中心，则自由液面方程为： x g
a z -
=0 当m l
x 5.12-=-
=时，m z 6.02.18.10=-=，此时水不溢出 20/92.35
.16
.08.9s m x gz a =-?-=-=∴
2-6．矩形平板闸门AB 一侧挡水。已知长l =2m ，宽b =1m ，形心点水深h c =2m ，倾角α=45，闸门上
缘A 处设有转轴，忽略闸门自重及门轴摩擦力。试求开启闸门所需拉力。
[解] 作用在闸门上的总压力：
N A gh A p P c c 392001228.91000=????=?==ρ
作用点位置：m A y J y y c c c D 946.21245
sin 221121
45sin 2
3
=????+=+=
m l h y c A 828.12
2
45sin 22sin =-=-=
α )(45cos A D y y P l T -=?∴
kN l y y P T A D 99.3045cos 2)
828.1946.2(3920045cos )(=?-?=-=
2-7．图示绕铰链O 转动的倾角α=60°的自动开启式矩形闸门，当闸门左侧水深h 1=2m ，右侧水深h 2=0.4m
时，闸门自动开启，试求铰链至水闸下端的距离x 。
[解] 左侧水作用于闸门的压力：
b h h g
A gh F c p ??==
60sin 21
1111ρρ 右侧水作用于闸门的压力：
b h h g
A gh F c p ??== 60
sin 22
2222ρρ
)60sin 31(60sin 2)60sin 31(60sin 22
22111
h x b h h g h x b h h g
-?=-??ρρ )60sin 31()60sin 31(22
2
121 h x h h x h -=-? )60sin 4.031(4.0)60sin 231(22
2
-?=-??x x
m x 795.0=∴
2-8．一扇形闸门如图所示，宽度b=1.0m ，圆心角α=45°，闸门挡水深h=3m ，试求水对闸门的作用力及
方向
12
1211()()
3sin 603sin 60
p p h h F x F x ∴-
=-
[解] 水平分力：
kN b h h g A gh F x c px 145.4432
.381.910002=???=??==ρρ
压力体体积：
3
2
22
21629.1)45sin 3(8]321)345sin 3(3[)45sin (8]21)45sin (
[m h h h h h V =-?+-?=-+-=
ππ 铅垂分力：
kN gV F pz 41.111629.181.91000=??==ρ
合力：
kN F F F pz px p 595.4541.11145.44222
2=+=+=
方向：
5.14145
.4441
.11arctan
arctan
===px
pz F F θ
2-9．如图所示容器，上层为空气，中层为3m N 8170=石油ρ的石油，下层为3
m N 12550=甘油ρ
的甘油，试求：当测压管中的甘油表面高程为9.14m 时压力表的读数。 [解] 设甘油密度为1ρ，石油密度为2ρ，做等压面1--1，则有
)66.362.7()66.314.9(211?-?+=?-?=g p g p G ρρ g p g G 2196.348.5ρρ+= g g p G 2196.348.5ρρ-=
96.317.848.525.12?-?=
2kN/m 78.34=
2-10．某处设置安全闸门如图所示，闸门宽b=0.6m ，高h 1= 1m ，铰接装置于距离底h 2= 0.4m ，闸门可绕A 点转动，求闸门自动打开的水深h 为多少米。 [解] 当2h h h D -<时，闸门自动开启
612121)2
(121)2(113
1
1-+
-=-+-=+=h h bh h h bh h h A h J h h c C c D 将D h 代入上述不等式
4.06
12121-<-+-h h h
1.06
121
<-h
得 ()m 3
4
>h
2-11．有一盛水的开口容器以的加速度3.6m/s 2沿与水平面成30o 夹角的斜面向上运动，试求容器中水面的倾角。
[解] 由液体平衡微分方程
)d d d (d z f y f x f p z y x ++=ρ
030cos a f x -=，0=y f ，)30sin (0a g f z +-=
在液面上为大气压，0d =p
0d )30sin (d 30cos 00=+--z a g x a
269.030sin 30cos tan d d 00=+==-a g a x z α 015=∴α
2-12．如图所示盛水U 形管，静止时，两支管水面距离管口均为h ，当U 形管绕OZ 轴以等角速度ω旋转时，
求保持液体不溢出管口的最大角速度ωmax 。
[解] 由液体质量守恒知，I 管液体上升高度与 II 管液体下降高度应相等，且两者液面同在一等压面上，满足等压面方程：
C z g
r =-22
2ω
液体不溢出，要求h z z 2II I ≤-， 以b r a r ==21,分别代入等压面方程得：
2
22
b a gh
-≤ω
2
2max 2
b
a gh
-=∴ω 2-13．如图，0
60=α，上部油深h 1＝1.0m ，下部水深h 2＝2.0m ，油的重度γ=8.0kN/m 3，求：平板ab 单位
宽度上的流体静压力及其作用点。
[解] 合力
kN
2.4660sin 60sin 2160sin 2102
1
022011＝＋油水油h h h h h h b P γγγ+=Ω= 作用点：
m
h kN h h P 69.262.460sin 21'10
1
1
1===油γ m h kN h h P 77.009.2360
sin 21'20
2
22===水γ m h kN
h h P 155.148.1860sin '30
2
1
3===油γ
'
'''
闸门右侧水压力：
kN b h gh P 74.27145sin 2
28.9100021sin 21222=?????=?=
αρ 作用点：
m h h 943.045
sin 32
sin 32'2===
α 总压力大小：kN P P P 67.3474.2741.6221=-=-=
对B 点取矩：
'
D '22'11Ph h P h P =-
'D 67.34943.074.27414.141.62h =?-?
（大
])(2[
2022
z r r g
g p p a --=-ωρ
在顶盖下表面，0=z ，此时压强为
)(2
1
2022r r p p a -=
-ρω 顶盖下表面受到的液体压强是p ，上表面受到的是大气压强是p a ，总的压力为零，即
02)(2
12)(02022
=-=-??
rdr r r rdr p p R R
a πρωπ
积分上式，得 22
021R r =
，m R
r 22
0==
2-16．已知曲面AB
[解] b gD P x 22121ρρ-=
16
14.39810??
=2-17
[证明] 形心坐标2()5210
c c h h z h H a h H a ==---=-- 则压力中心的坐标为
32
1
;12
()1012(/10)
c
D D c c c D J z h z z A
J Bh A Bh h h z H a H a h ==+=
==--+
-- 当D H a z ->，闸门自动打开，即1415
H a h >+
2144z P g D b πρ??
== ???
第三章 流体动力学基础
3-1．检验xy z y x z y u y x u y x ++-=+=+=)(4u ,2 ,2z 22不可压缩流体运动是否存在？ [解]（1）不可压缩流体连续方程
0=??+??+??z
u y u x u z
y x （2）方程左面项
x x u x 4=??；y y u y 4=??；)(4y x z
u
z +-=?? （2）方程左面=方程右面，符合不可压缩流体连续方程，故运动存在。
3-2．某速度场可表示为0=+-=+=z y x u t y u t x u ；；，试求：（1）加速度；（2）流线；（3）t= 0时通过x =-1，y =1点的流线；（4）该速度场是否满足不可压缩流体的连续方程？ [解] （1）t x a x ++=1
t y a y -+=1 写成矢量即 j i a )1()1(t y t x -++++=
0=z a
（2）二维流动，由
y
x u y u x d d =，积分得流线：1)ln()ln(C t y t x +--=+ 即 2))((C t y t x =-+
（3）1,1,0=-==y x t ，代入得流线中常数12-=C
流线方程：1-=xy ，该流线为二次曲线
（4）不可压缩流体连续方程：
0=++z
u y u x u z
y x ?????? 已知：0,1,1=-==z
u y u x u z y x ??????，故方程满足。 3-3．已知流速场j z y x i xy y x u )3()24(3
3+-+++=，试问：（1）点（1，1，2）的加速度是多少？（2）
是几元流动？（3）是恒定流还是非恒定流？（4）是均匀流还是非均匀流？ [解]
32433=++=++=z y x u z y x u xy y x u
)2)(3()12)(24(0323+++-+++++???+??+??+??==
x z y x y x xy y x z
u
u y u u x u u t u dt du a x z x y x x x x x
代入（1，1，2）
103
0)12)(213()112)(124(0=?+++-+++++=?x x a a
同理：
9=?y a
因此 （1）点（1，1，2）处的加速度是j i a
9103+=
（2）运动要素是三个坐标的函数，属于三元流动 （3）
0=??t
u
，属于恒定流动 （4）由于迁移加速度不等于0，属于非均匀流。
3-4．以平均速度v =0.15 m/s 流入直径为D =2cm 的排孔管中的液体，全部经8个直径d =1mm 的排孔流出，假定每孔初六速度以次降低2%，试求第一孔与第八孔的出流速度各为多少？
[解] 由题意s L s m D v
q V /047.0/10047.002.04
15.04
3322
=?=??
==-π
π
1298.0v v =；12398.0v v =；······；17
898.0v v =
n V S v d v v v v d q 12
17
12112
4
)98.098.098.0(4
ππ=
++++=
式中S n 为括号中的等比级数的n 项和。
由于首项a 1=1，公比q=0.98，项数n=8。于是
462.798
.0198.011)1(8
1=--=--=q q a S n n
s m S d q v n V /04.8462
.7001.010047.04142
3
21=????==-ππ s m v v /98.604.898.098.07178=?==
3-5．在如图所示的管流中，过流断面上各点流速按抛物线方程：])(
1[2
max r r u u -=对称分布，式中管道半径r 0=3cm ，管轴上最大流速u max =0.15m/s ，试求总流量Q 与断面平均流速v 。
[解] 总流量：??-==002
0max 2])(1[r A rdr r r u udA Q π
s m r u /1012.203.015.02
2
34220max -?=??=
=
π
π
断面平均流速：s m u r r u r Q
v /075.02
2max
20
2
0max 20==
==
ππ
π 3-6．利用皮托管原理测量输水管中的流量如图所示。已知输水管直径d =200mm ，测得水银差压计读书h p =60mm ，若此时断面平均流速v =0.84u max ，这里u max 为皮托管前管轴上未受扰动水流的流速，问输水管中的流量Q 为多大？（3.85m/s ）
[解] g
p g u g p A A ρρ=+22
p p A A h h g p g p g u 6.12)1(22=-'=-=∴
ρ
ρρρ s m h g u p A /85.306.06.12807.926.122=???=?= s m v d Q /102.085.384.02.04
4
322=???=
=
π
π
3-7．图示管路由两根不同直径的管子与一渐变连接管组成。已知d A =200mm ，d B =400mm ，A 点相对压强
p A =68.6kPa ，B 点相对压强p B =39.2kPa ，B 点的断面平均流速v B =1m/s ，A 、B 两点高差△z=1.2m 。试判断流动方向，并计算两断面间的水头损失h w 。
[解] B B A A v d v d 2
24
4
π
π
=
s m v d d v B A B A /41)200
400(2
22
=?==∴
假定流动方向为A →B ，则根据伯努利方程
w B
B B B A A A A h g
v g p z g v g p z +++=++222
2αραρ
其中z z z A B ?=-，取0.1≈=B A αα
z g
v v g p p h B
A B A w ?--+-=∴22
2ρ
2.1807
.9214980739200686002
2-?-+-=
056.2>=m
故假定正确。
3-8．有一渐变输水管段，与水平面的倾角为45o，如图所示。已知管径d 1=200mm ，d 2=100mm ，两断面的间距l =2m 。若1-1断面处的流速v 1=2m/s ，水银差压计读数h p =20cm ，试判别流动方向，并计算两断面间的水头损失h w 和压强差p 1-p 2。
[解] 2221214
4
v d v d π
π
=
s m v d d v /82)100
200(2
122212=?==∴
假定流动方向为1→2，则根据伯努利方程
w h g
v g p l g v g p +++=+245sin 22
2222111αραρ
其中
p p h h l g p p 6.12)1(45sin 21=-'
=--ρ
ρρ ，取0.121≈=αα 054.0807
.9264
42.06.1226.122
221<-=?-+?=-+=∴m g v v h h p w
故假定不正确，流动方向为2→1。
由
p p h h l g p p 6.12)1(45sin 21=-'
=--ρ
ρρ
得 )45sin 6.12(21
l h g p p p +=-ρ
kPa 58.38)45sin 22.06.12(9807=+??=
3-9．试证明变截面管道中的连续性微分方程为
0)(1=??+??s
uA A t ρρ，这里s 为沿程坐标。 [证明] 取一微段ds ，单位时间沿s 方向流进、流出控制体的流体质量差△m s 为
)
()()21)(21)(21()21)(21)(21(略去高阶项s
uA ds s A
A ds s u u ds s ds s A A ds s u u ds s m s ??-=??+??+??+-??-??-??-
=?ρρρρρ因密度变化引起质量差为 Ads t
m ??=
?ρ
ρ 由于ρm m s ?=?
0)(1)(=??+?????-=??s
uA A t ds s
uA Ads t ρρρρ 3-10．为了测量石油管道的流量，安装文丘里流量计，管道直径d 1=200mm ，流量计喉管直径d 2=100mm ，
石油密度ρ=850kg/m 3
，流量计流量系数μ=0.95。现测得水银压差计读数h p =150mm 。问此时管中流量Q 多大？
[解] 根据文丘里流量计公式得
036.0873.3139.01)1.02
.0(807
.9242.014.31)(2442
4212
1==-??=-=d d g d K π s
L s m h K q p V /3.51/0513.015
.0)185
.06
.13(036.095.0)1(
3==?-??=-'=ρρμ 3-11．离心式通风机用集流器A 从大气中吸入空气。直径d =200mm 处，接一根细玻璃管，管的下端插入
水槽中。已知管中的水上升H =150mm ，求每秒钟吸入的空气量Q 。空气的密度ρ为1.29kg/m 3
。
[解] gh p p p gh p a a 水水ρρ-=?=+22
s m h g v h g v g
v gh p g p g v p g p a a a /757.4729.115.01000807.92222g 2g 00022
2222
2
2=???==?=?
+
-=?++=++气水气水气水气气气ρρρρρρρρρ
s m v d q V /5.14
757.472.014.343222
=??==π
3-12．已知图示水平管路中的流量q V =2.5L/s ，直径d 1=50mm ，d 2=25mm ，，压力表读数为9807Pa ，若水头
损失忽略不计，试求连接于该管收缩断面上的水管可将水从容器内吸上的高度h 。
[解]
s m d q v s m d q v v d v d q V V V /093.5025
.014.310
5.244/273.105
.014.3105.244442
3
2222
3
21122
2121=???==
=???==?==--ππππ
O mH g g p g v v g p p g
v v g p p p g v p p g v
g p a a a 22
2
12
12
222
12
2212
222
112398.0807
.910009807
2273.1093.522)(2g 020=?--=--=-?
-=-+?+-+=++ρρρρρ
O mH g
p p h p gh p a a 22
22398.0=-=
?=+ρρ 3-13．水平方向射流，流量Q=36L/s ，流速v =30m/s ，受垂直于射流轴线方向的平板的阻挡，截去流量Q 1=12 L/s ，并引起射流其余部分偏转，不计射流在平板上的阻力，试求射流的偏转角及对平板的作用力。（30°；456.6kN ）
[解] 取射流分成三股的地方为控制体，取x 轴向右为正向，取y 轴向上为正向，列水平即x 方向的动量方程，可得：
022cos v q v q F V V ραρ-='-
y 方向的动量方程：
?
=?===?=?-=305.02412sin sin sin 00
221111221122αααραρv v v q v q v q v q v q v q V V V V V V
不计重力影响的伯努利方程：
C v p =+
2
2
1ρ 控制体的过流截面的压强都等于当地大气压p a ，因此，v 0=v 1=v 2
N
F N
F F 5.4565.45630
10361000cos 301024100033='?-='-????-???='---α 3-14．如图（俯视图）所示，水自喷嘴射向一与其交角成60o的光滑平板。若喷嘴出口直径d =25mm ，喷射流量Q =33.4L/s ，，试求射流沿平板的分流流量Q 1、Q 2以及射流对平板的作用力F 。假定水头损失可忽略不计。
[解] v 0=v 1=v 2
s m d Q v /076.68025.014.3104.33442
3
20=???==-π
x 方向的动量方程：
s
L Q Q Q Q s
L Q Q Q Q Q Q Q Q Q Qv v Q v Q /05.2575.0/35.825.05.060cos 60cos )(0212222102211==-=?==?+=-??+=??--+=ρρρ
y 方向的动量方程：
N
Qv F v Q F 12.196960sin )
60sin (000=?='??--='ρρ
3-15．图示嵌入支座内的一段输水管，其直径从d 1=1500mm 变化到d 2=1000mm 。若管道通过流量q V =1.8m 3/s 时，支座前截面形心处的相对压强为392kPa ，试求渐变段支座所受的轴向力F 。不计水头损失。
[解] 由连续性方程：
s
m d q v s m d q v v d v d q V V V /29.20.114.38
.144/02.15.114.38.1444
42
222221122
2121=??===??==?==
ππππ；
伯努利方程：
kPa v v p p g v
p g v g p 898.3892
29
.202.110001039222g 0202
232
221122
2
2211=-?+?=-?
+=?++=++ρρρ
动量方程：
kN
F F F v v q d p F d p v v q F F F V V p p 21.382228617.30622518.692721)02.129.2(8.110004
0.114.310898.38945.114.310392)
(44
)(23
23122
22
2
11
1221='?--='?-??=???-'-????-=-'-?-=-'-ρππρ
3-16．在水平放置的输水管道中，有一个转角0
45=α的变直径弯头如图所示，已知上游管道直径
mm d 6001=，下游管道直径mm d 3002=，流量0.425V q =m 3/s ，压强kPa p 1401=，求水流对这段
弯头的作用力，不计损失。
[解] （1）用连续性方程计算A v 和B v
1221440425 1.50.6V q .v πd π?=
==?m/s ； 22
2
2440425
6.020.3Q .v πd π.?===?m/s （2）用能量方程式计算2p
210.1152v g =m ；22
1.8492v g
=m 22
12211409810.115 1.849122.9822v v p p g .()g g ρ??=+-=+?-= ???
kN/m
2
（3）将流段1-2做为隔离体取出，建立图示坐标系，弯管对流体的作用力R 的分力为Y X R R 和，列出y x 和两个坐标方向的动量方程式，得
2222cos 45(cos 450)
4
y p d F Q v π
ρ-?+=?-
22
1
12
221cos 45(cos 45)4
4
x p d p d F Q v v π
π
ρ-?-=?-
将本题中的数据代入：
22
112
221cos 45(cos 45)4
4
x V F p d p d q v v π
π
ρ=-?-?-=32.27kN
2
2
22cos 45cos 454
y V F p d q v π
ρ=?+?=7.95 kN
F ==33.23kN
1
0tan 13.83y x
F F θ-==
水流对弯管的作用力F 大小与F 相等，方向与F 相反。
3-17．带胸墙的闸孔泄流如图所示。已知孔宽B =3m ，孔高h =2m ，闸前水深H =4.5m ，泄流量q V =45m 3/s ，闸前水平，试求水流作用在闸孔胸墙上的水平推力F ，并与按静压分布计算的结果进行比较。
一章: 1、叙述岩体力学的定义、 岩体力学主要就是研究岩体与岩体力学性能的一门学科,就是探讨岩石与岩体在其周围物理环境(力场、温度场、地下水等)发生变化后,做出响应的一门力学分支。 2、何谓岩石？何谓岩体？岩石与岩体有何不同之处？ (1)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。(2)岩体:一定工程范围内的自然地质体。(3)不同之处:岩体就是由岩石块与各种各样的结构面的综合体。 3、何谓岩体结构？岩体结构的两大要素就是什么？ (1)岩体结构就是指结构面的发育程度及其组合关系;或者就是指结构体的规模、形态及其排列形式所表现的空间形态。(2)结构体与结构面。 4、岩体结构的六大类型？ 块状、镶嵌、层状、碎裂、层状碎裂、松散结构。 5.岩体有哪些特征？ 6.(1)不连续;受结构面控制,岩块可瞧作连续。(2)各向异性;结构面有一定的排列趋势,不同方向力学性质不同。(3)不均匀性;岩体中的结构面方向、分布、密度及被结构面切割成的岩块的大小、形状与镶嵌情况等在各部位不同,各部位的力学性质不同。(4)赋存地质因子特性(水、气、热、初应力)都会对岩体有一定作用。 二章: 1、岩石物理力学性质有哪些？ 岩石的质量指标,水理性质指标,描述岩石风化能力指标,完整岩石的单轴抗压强度,抗拉强度,剪切强度,三向压缩强度与各种受力状态相对应的变形特性。 2、影响岩石强度特性的主要因素有哪些？ 对单轴抗压强度的影响因素有承压板、岩石试件尺寸及形状(形状、尺寸、高径比),加载速率、环境(含水率、温度)。对三相压缩强度的影响因素:侧向压力、试件尺寸与加载速率、加载路径、空隙压力。 3.什么就是岩石的应力应变全过程曲线？ 所谓应力应变全过程曲线就是指在刚性实验机上进行实验所获得的包括岩石达到峰值应力之后的应力应变曲线。 4、简述岩石刚性实验机的工作原理？:压力机加压(贮存弹性应能)岩石试件达峰点强度(释放应变能)导致试件崩溃。AA′O2O1面积—峰点后,岩块产生微小位移所需的能。ACO2O1面积——峰点后,刚体机释放的能量(贮存的能量)。ABO2O1——峰点后,普通机释放的能量(贮存的能量)。当实验机的刚度大于岩石的刚度,才有可能记录下岩石峰值应力后的应力应变曲线。 5、莫尔强度理论,格尔菲斯强度理论与E、hoek与E、T、brown提出的经验理论的优缺点？ 莫尔强度理论优点就是使用方便,物理意义明确;缺点就是1不能从岩石破坏机理上解释其破坏特征2忽略了中间主应力对岩石强度的影响;格尔菲斯强度理论优点就是明确阐明了脆性材料破裂的原因、破裂所需能量及破裂扩展方向;缺点就是仅考虑岩石开裂并非宏观上破坏的缘故。E、hoek与E、T、brown提出的经验理论与莫尔强度理论很相似其优点就是能够用曲线来表示岩石的强度,但就是缺点就是表达式稍显复杂。
比较长，大家可以通过查找的方式来找题，如果找不到就是我没作，大家自己蒙吧 一、单选题 莫尔强度理论不适用的岩石类型是（）。A A、劈裂破坏 B、塑性流动破坏 C、X形剪切破坏 D、单斜面剪切破坏 依据库仑准则岩石的剪切破坏角（）。B A、小于45° B、等于45° C、大于45°
D、随正应力变化 某岩层的岩石抗拉强度22MPa，单轴抗压强度为280MPa，则该岩层的普氏系数为（）。C A、2.2 B、22 C、28 D、280 就岩石力学而言，岩体与岩块的最重要区别是（）B A、岩体大于岩块 B、岩体中存在不连续面 C、岩体仍存在于地壳内 具有崩解性岩石的软化系数为（）。D
A、1.0 B、＜1 C、＞0 D、0 （）符合单轴压缩国家标准，并被广泛采用的岩石试件形状。C A、正方形 B、正棱柱体 C、圆柱体 D、长方体 不属于巷道围岩范围内的是（）C A、减压区
B、弹性承载区 C、稳压区 D、塑性承载区 直径为（）mm的圆柱体试件径向点载荷试验的点载荷指标值为标准试验值。B A、100 B、50 C、25~50 D、25 已知某岩石的强度曲线为，则该岩石内摩擦角和内聚力为（）B A、60°，根号3MPa B、30°，根号3MPa
C、30°，3分之根号3MPa D、60°，3分之根号3MPa 岩体各向异性最明显时的节理组数为（）。B A、0 B、1 C、2 D、2 采用双千斤顶法测定岩体抗剪强度时，剪切千斤顶加载方向与剪切面夹角为（）°。B A、0 B、15 C、30
D、45 符合岩石的三轴抗压强度的性质的是（）。A A、随σ3增大三轴抗压强度明显增大 B、σ2对三轴抗压强度无影响 C、σ3对三轴抗压强度无影响 D、对三轴抗压强度的影响σ2比σ3大 表示岩石抗剪强度的参数是指（）。D A、抗切强度 B、内聚力 C、内摩擦角 D、内聚力和内摩擦角
第一章习题 1-1 试举例证明，什么是均匀的各向异性体，什么是非均匀的各向同性体，什么是非均匀的各向异性体。 1．均匀的各向异性体： 如木材或竹材组成的构件。整个物体由一种材料组成，故为均匀的。材料力学性质沿纤维方向和垂直纤维方向不同，故为各向异性的。 2．非均匀的各向同性体： 实际研究中，以非均匀各向同性体作为力学研究对象是很少见的，或者说非均匀各向同性体没有多少可讨论的价值，因为讨论各向同性体的前提通常都是均匀性。设想物体非均匀（即点点材性不同），即使各点单独考察都是各向同性的，也因各点的各向同性的材料常数不同而很难加以讨论。 实际工程中的确有这种情况。如泌水的水泥块体，密度由上到下逐渐加大，非均匀。但任取一点考察都是各向同性的。 再考察素混凝土构件，由石子、砂、水泥均组成。如果忽略颗粒尺寸的影响，则为均匀的，同时也必然是各向同性的。反之，如果构件尺寸较小，粗骨料颗粒尺寸不允许忽略，则为非均匀的，同时在考察某点的各方向材性时也不能忽略粗骨料颗粒尺寸，因此也必然是各向异性体。因此，将混凝土构件作为非均匀各向同性体是很勉强的。 3．非均匀的各向异性体： 如钢筋混凝土构件、层状复合材料构件。物体由不同材料组成，故为非均匀。材料力学性质沿纤维方向和垂直纤维方向不同，故为各向异性的。 1-2一般的混凝土构件和钢筋混凝土构件能否作为理想弹性体一般的岩质地基和土质地基能否作为理想弹性体 理想弹性体指：连续的、均匀的、各向同性的、完全（线）弹性的物体。 一般的混凝土构件（只要颗粒尺寸相对构件尺寸足够小）可在开裂前可作为理想弹性体，但开裂后有明显塑性形式，不能视为理想弹性体。 一般的钢筋混凝土构件，属于非均匀的各向异性体，不是理想弹性体。 一般的岩质地基，通常有塑性和蠕变性质，有的还有节理、裂隙和断层，一般不能视为理想弹性体。在岩石力学中有专门研究。 一般的土质地基，虽然是连续的、均匀的、各向同性的，但通常具有蠕变性质，变形与荷载历史有关，应力-应变关系不符合虎克定律，不能作为理想弹性体。在土力学中有专门研究。 1-3 五个基本假定在建立弹性力学基本方程时有什么用途 连续性假定使变量为坐标的连续函数。完全（线）弹性假定使应力应变关系明确为虎克定律。均匀性假定使材料常数各点一样，可取任一点分析。各向同性使材料常数各方向一样，坐标轴方位的任意选取不影响方程的唯一性。小变形假定使几何方程为线性，
绪论 1、试述岩土工程、工程地质的含义与联系。 （1）岩土工程：是以工程地质学、土力学、岩石力学及地基基础工程学为理论基础，以解决和处理在建筑过程中出现的所有与岩土体有关的工程技术问题，是一门地质与工程建筑全方位结合的专业学科，属土木工程范畴。 （2）工程地质：是调查、研究、解决与人类活动及各类工程建筑有关的地质问题的科学。（3）区别：工程地质是地质学的一个分支，其本质是一门应用科学；岩土工程是土木工程的一个分支，其本质是一种工程技术。从事工程地质工作的是地质专家(地质师)，侧重于地质现象、地质成因和演化、地质规律、地质与工程相互作用的研究；从事岩土工程的是工程师，关心的是如何根据工程目标和地质条件，建造满足使用要求和安全要求的工程或工程的一部分，解决工程建设中的岩土技术问题。因此，无论学科领域、工作内容、关心的问题，工程地质与岩土工程的区别都是明显的。 （4）联系：工程地质是岩土工程的基础，岩土工程是工程地质的延伸。 2、简述岩土工程勘察的任务与目的。 基本任务：按照建筑物或构筑物不同勘察阶段的要求，为工程的设计、施工以及岩土体治理加固、开挖支护和降水等工程提供地质资料和必要的技术参数，对有关的岩土工程问题作出论证、评价。 具体任务： （1）阐述建筑场地的工程地质条件，指出场地内不良地质现象的发育情况及其对工程建设的影响，对场地稳定性作出评价。 （2）查明工程范围内岩土体的分布、性状和地下水活动条件，提供设计、施工和整治所需的地质资料和岩土技术参数。 （3）分析、研究有关的岩土工程问题，并作出评价结论。 （4）对场地内建筑总平面布置、各类岩土工程设计、岩土体加固处理、不良地质现象整治等具体方案作出论证和建议。 （5）预测工程施工和运行过程中对地质环境和周围建筑物的影响，并提出保护措施的建议。 岩土工程勘察的目的是：运用各种勘察测试手段和方法，对建筑场地进行调查研究，分析判断修建各种工程建筑物的地质条件以及建设对自然地质环境的影响；研究地基、基础和上部结构共同工作时，保证地基强度、稳定性以及不致产生过大沉降变形的措施，分析并提出地基的承载能力；提供基础设计、施工以及必要时进行地基加固所需要的工程地质和岩土工程资料。 工程地质勘察的目的：为工程建筑对象选择适宜的地质环境，从而为该工程在技术上的可能性和经济上的合理性提供保证。并不致对地质环境产生不应有的破坏，以致影响工程本身和人类的生活环境。 工程地质勘察的目的就是查明工程地质条件，分析存在的工程地质问题。 3、岩土工程的研究内容有哪些？ 岩土工程是以求解岩体与土体工程问题，包括地基与基础、边坡和地下工程等问题，作为自己的研究对象。它涉及到岩体与土体的利用、整治和改造，包括岩土工程的勘察、设计、施工和监测四个方面。 4、我国岩土工程勘察的现状如何？ 从目前国内大量的实践可看出，岩土工程勘察侧重于解决土体工程的场地评价和地基稳定性问题，而对地质条件较复杂的岩体工程，尤其是重大工程（如水电站、核电站、铁路干线等）的区域地壳稳定性，边坡和地下洞室围岩稳定性的分析、评价，仅由岩土工程师是无法胜任的，必须有工程地质人员的参与才能解决。这就要求岩土工程与工程地质在发挥各自学科专
隧道工程课后习题参考答案 一、名词解释： 1、隧道：修建在地下、两端有出入口，供车辆、行人、水流及管线等通过的通 道。 2、复合式衬砌：把衬砌结构分成不止一层，在不同的时间上先后施作的衬砌。 3、洞门：在隧道洞口用圬工结构砌筑并加以一定建筑物装饰的支挡结构物。 4、明洞：用明挖法修建的隧道。 5、避车洞：列车通过隧道时，为保证洞内人员及维修设备安全，在隧道两侧边 墙上交错均匀地修建了洞室，用于躲避列车，故称之为避车洞。 6、纵向式通风：在通风机的作用下使风流沿着隧道全长方向流动的通风方式。 7、围岩:是指隧道开挖后其周围产生应力重分布范围内的岩体，或指隧道开挖后 对其稳定性产生影响的那部分岩(土)体。 8、围岩分级：根据岩体的若干指标，按照稳定性将围岩分成不同的级别。 9、洞口段：指洞口浅埋段，即开挖可能给洞口地表造成不良影响的范围。 10、岩爆：岩体中聚集的高弹性应变能因隧道开挖而发生的一种应力突发现象。 二、简答题： 1.隧道按使用功能分类时有哪些？ 答：交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道、军工与人防工程 2.交通山岭隧道的主要功能及特点。 答：功能：1.克服高程障碍，2.裁弯取直(缩短线路)，3.避开不良地质地段， 4、避开其他重要建筑物等；特点：优点1.缩短线路长度，减少能耗， 2. 节约地皮，3.有利于环境保护 ,4.应用范围广泛；缺点1.造价较高， 2. 施工期限，3.施工作业环境和条件较差。 3.隧道工程勘察的基本内容是什么？地质调查后应提供的主要资料有哪些？ 答：基本内容：（1）隧道工程调查，（2）隧道路线确定，（3）洞口位置选择。 资料选择：隧道所在地区自然条件调查、隧道工程对周围环境影响的调查、 工程地质及水文地质的勘察、地形测量、导线测量。 4.越岭隧道位置选择时要考虑的主要因素是什么？ 答：路线总方向上的垭口2.地质条件3.隧道长度4.两侧展线难易程度5.工
一、绪论 岩体力学：研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的科学。. 二、1．从工程的观点看，岩体力学的研究内容有哪几个方面？ 答：从工程观点出发，大致可归纳如下几方面的内容： 1）岩体的地质特征及其工程分类。2）岩体基本力学性质。3）岩体力学的试验和测试技术。4）岩体中的天然应力状态。5）模型模拟试验和原型观测。6）边坡岩体、岩基以及地下洞室围岩的变形和稳定性。7）岩体工程性质的改善与加固。 2．岩体力学通常采用的研究方法有哪些？ 1）工程地质研究法。2）试验法。3）数学力学分析法。4）综合分析法。 二、岩块和岩体的地质基础 一、1、岩块：岩块是指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。有些学者把岩块称为结构体、岩石材料及完整岩石等。 2、波速比k v：波速比是国标提出的用来评价岩的风化程度的指标之一，即风化岩块和新鲜岩块的纵波速度之比。 3、风化系数k f：风化系数是国标提出的用来评价岩的风化程度的指标之一，即风化岩块和新鲜岩块饱和单轴抗压强度之比。 4、结构面：其是指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度、厚度相对较小的地质面或带。它包括物质分异面和不连续面，如层面、不整合、节理面、断层、片理面等，国内外一些文献中又称为不连续面或节理。 5、节理密度：反映结构发育的密集程度，常用线密度表示，即单位长度内节理条数。 6、节理连续性：节理的连续性反映结构面贯通程度，常用线连续性系数表示，即单位长度内贯通部分的长度。 7、节理粗糙度系数JRC：表示结构面起伏和粗糙程度的指标，通常用纵刻面仪测出剖面轮廓线与标准曲线对比来获得。 8、节理壁抗压强度JCS：用施密特锤法（或回弹仪）测得的用来衡量节理壁抗压能力的指标。 9、节理张开度：指节理面两壁间的垂直距离。
第二章 岩体的基本物理力学性质 10、一个5510cm cm cm ??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，煤油的度数为0.53cm ，装入岩粉后静置半小时，得读数为20.33cm ，求：该岩石的天然密度、干密度、颗粒密度、岩石天然空隙率。 解：天然密度3678 2.71/5510m g cm V ρ== =?? 干密度3650 2.6/5510s d m g cm V ρ== =?? 颗粒密度360 3.03/20.30.5 s s s m g cm V ρ= ==- 天然孔隙率 2.6110.143.03 V d s V n V ρρ==-=-= 12、已知岩石单元体A —E 的应力状态如图所示，并已知岩石的4c MPa =,35?=?,试求： （1）各单元的主应力的大小、方向，并作出莫尔应力图。 （2）判断在此应力下，岩石单元体按莫尔-库伦理论是否会破坏？ 解：（1）A 单元： 主应力大小：13 5.00 5.0022x y MPa σσσσ++= ±= 方向：与x σ的夹角20 tan 200 5.0 xy x y τθσσ== =--，0θ=? 莫尔应力图：圆心： 13 5.00 2.522σσ++= = 半径：1 3 5.00 2.522 σσ--==
B 单元： 主应力大小：13 4.000 4.022x y MPa σσσσ++= ±=±=- 方向：与x σ的夹角2 4.0 tan 20 xy x y τθσσ== =∞-，45θ=? 莫尔应力图：圆心： 13 4.0 4.0 022 σσ+-= = 半径：1 3 4.0( 4.0) 4.022 σσ---== C 单元：主应力大小： 13 5.705.000.7022x y MPa σσσσ++==±=- 方向：与x σ的夹角22 2.0 tan 20.85.00 xy x y τθσσ?= = =--
10.一个5cm*5cm*10cm 的试样，其质量为678g，用球磨机磨成岩粉状并进行风干，天平称得其重量为650g，取其中岩粉60g作颗粒密度试验，岩粉装入李氏瓶前，煤油的读书为0.5cm3，装入岩粉后静置半小时，得读数为20.3cm3，求：该岩石的天然密度、干密度、颗粒密度、岩石天然孔隙率（不计煤油随温度的体积变化）。 解：天然密度:ρ=m/v=678/（5*5*10）=2.7g/cm３干密度:ρd=m s/v=650/（5*5*10）=2.6g/cm３ 颗粒密度:ρs=m s/v s=60/(20.3-0.5)=3.0g/cm３ 岩石天然孔隙率: n=1-ρd/ρs=1-2.6/3.0=0.133=13.3% 12.已知岩石单元体A-E的应力状态如图所示，并已知岩石的c=4MP，φ=35°，试求： （1）各单元体的主应力的大小、方向，并作出莫尔应力圆。（2）判断在此应力下，岩石单元体按莫尔-库伦理论是否会破坏？（单位：MP） A. σy=5.0 B. τxy=4.0 C. σx=5.0 τxy=2.0 D.σy=6.0,σx=6.0 E. σx=10.0, σy=1.0,τxy=3.0
解：σ1=（σx+σy ）/2+22)2( xy y x τσσ+-, σ3=（σx+σy ）/2-22)2(xy y x τσσ+- A ：①.σ1=(0+5.0)/2+2.5=5.0 ,σ3=(0+5.0)/2-2.5=0 θ=)2arctan(21y x xy σστ-=0° ②.σ1=ξσ3+σc ，σc =2ccos φ/(1-sin φ), ξ=(1+sin φ)/(1-sin φ) 带入数据可得： σc =5.92 ξ=3.69 σ1=ξσ3+σc =3.69σ3+5.92， 带入σ3=0，得σ1=5.92 而题中σ1=5.0，小于5.92，所以岩石单元体不会破坏 B:①.σ1=0+4.0=4.0 ,σ3=0-4.0=-4.0
1 第一章习题与思考题答案 1．构成岩石的主要造岩矿物有那些？ 答：岩石的主要物质成分: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 铁矿等。 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？ 答：岩石中结构连结的类型主要有两种： 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新排列的毛病所 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:岩浆岩分三大类，其特点： 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
一章： 1.叙述岩体力学的定义 . 岩体力学主要是研究岩体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、地下水等）发生变化后，做出响应的一门力学分支。 2.何谓岩石？何谓岩体？岩石与岩体有何不同之处？ （ 1）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。（2）岩体：一定工程范围内的自然地质体。（3）不同之处：岩体是由岩石块和各种各样的结构面的综合体。 3.何谓岩体结构？岩体结构的两大要素是什么？（1）岩体结构是指结构面的发育程度及其组合关系；或者是指结构体的规模、形态及其排列形式所表现的空间形态。（2）结构体和结构面。 4.岩体结构的六大类型？ 块状、镶嵌、层状、碎裂、层状碎裂、松散结构。 5.岩体有哪些特征？ 6.（1）不连续；受结构面控制，岩块可看作连续。（2）各向异性；结构面有一定的排列趋势，不同方向力学性质不同。（ 3）不均匀性；岩体中的结构面方向、分布、密度及被结构面切割成的岩块的大小、形状和镶嵌情况等在各部位不同，各部位的力学性质不同。（4）赋存地质因子特性（水、气、热、初应力）都会对岩体有一定作用。 ——- 二章： 1.岩石物理力学性质有哪些？ 岩石的质量指标，水理性质指标，描述岩石风化能力指标，完整岩石的单轴抗压 强度，抗拉强度，剪切强度，三向压缩强度和各种受力状态相对应的变形特性。 2.影响岩石强度特性的主要因素有哪些？对单轴抗压强度的影响因素有承压板、岩石试件尺寸及形状（形状、尺寸、高径比），加载速率、环境（含水率、温度）。对三相压缩强度的影响因素：侧向压力、试件尺寸与加载速率、加载路径、空隙压力。 3.什么是岩石的应力应变全过程曲线？所谓应力应变全过程曲线是指在刚性实验机上进行实验所获得的包括岩石达到峰值应力之后的应力应变曲线。 4.简述岩石刚性实验机的工作原理？：压力机加压（贮存弹性应能）岩石试件达 峰点强度（释放应变能）导致试件崩溃。AA 0201面积一峰点后，岩块产生微小位移所需的能。AC020面积一一峰点后，刚体机释放的能量（贮存的能量）。AB020—1 —峰点后，普通机释放的能量（贮存的能量）。当实验机的刚度大于岩石的刚度，才有可能记录下岩石峰值应力后的应力应变曲线。 5.莫尔强度理论，格尔菲斯强度理论和和提出的经验理论的优缺点？莫尔强度理论优点是使用方便，物理意义明确；缺点是 1 不能从岩石破坏机理上解释其破坏特征2 忽略了中间主应力对岩石强度的影响；格尔菲斯强度理论优点是明确阐明了脆性材料破裂的原因、破裂所需能量及破裂扩展方向；缺点是仅考虑岩石开裂并非宏观上破坏的缘故。和提出的经验理论与莫尔强度理论很相似其优点是能够用曲线来表示岩石的强度，但是缺点是表达式稍显复杂。 6.典型的岩石蠕变曲线有哪些特征？ 典型的岩石蠕变曲线分三个阶段第I阶段：称为初始蠕变段或者叫瞬态蠕变阶段。在此阶段的应变一时间曲线向下弯曲；应变与时间大致呈对数关系，即￡*
一章： 1.叙述岩体力学的定义. 岩体力学主要是研究岩体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、地下水等）发生变化后，做出响应的一门力学分支。 2.何谓岩石？何谓岩体？岩石与岩体有何不同之处？ （1）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。（2）岩体：一定工程范围内的自然地质体。（3）不同之处：岩体是由岩石块和各种各样的结构面的综合体。 3.何谓岩体结构？岩体结构的两大要素是什么？ （1）岩体结构是指结构面的发育程度及其组合关系；或者是指结构体的规模、形态及其排列形式所表现的空间形态。（2）结构体和结构面。 4.岩体结构的六大类型？ 块状、镶嵌、层状、碎裂、层状碎裂、松散结构。 5.岩体有哪些特征？ 6.（1）不连续；受结构面控制，岩块可看作连续。（2）各向异性；结构面有一定的排列趋势，不同方向力学性质不同。（3）不均匀性；岩体中的结构面方向、分布、密度及被结构面切割成的岩块的大小、形状和镶嵌情况等在各部位不同，各部位的力学性质不同。（4）赋存地质因子特性（水、气、热、初应力）都会对岩体有一定作用。 二章： 1.岩石物理力学性质有哪些？ 岩石的质量指标，水理性质指标，描述岩石风化能力指标，完整岩石的单轴抗压强度，抗拉强度，剪切强度，三向压缩强度和各种受力状态相对应的变形特性。 2.影响岩石强度特性的主要因素有哪些？ 对单轴抗压强度的影响因素有承压板、岩石试件尺寸及形状（形状、尺寸、高径比），加载速率、环境（含水率、温度）。对三相压缩强度的影响因素：侧向压力、试件尺寸与加载速率、加载路径、空隙压力。 3.什么是岩石的应力应变全过程曲线？ 所谓应力应变全过程曲线是指在刚性实验机上进行实验所获得的包括岩石达到峰值应力之后的应力应变曲线。 4.简述岩石刚性实验机的工作原理？：压力机加压（贮存弹性应能）岩石试件达峰点强度（释放应变能）导致试件崩溃。AA′O2O1面积—峰点后，岩块产生微小位移所需的能。ACO2O1面积——峰点后，刚体机释放的能量（贮存的能量）。ABO2O1——峰点后，普通机释放的能量(贮存的能量)。当实验机的刚度大于岩石的刚度，才有可能记录下岩石峰值应力后的应力应变曲线。 5.莫尔强度理论，格尔菲斯强度理论和E.hoek和E.T.brown提出的经验理论的优缺点？ 莫尔强度理论优点是使用方便，物理意义明确；缺点是1不能从岩石破坏机理上解释其破坏特征2忽略了中间主应力对岩石强度的影响；格尔菲斯强度理论优点是明确阐明了脆性材料破裂的原因、破裂所需能量及破裂扩展方向；缺点是仅考虑岩石开裂并非宏观上破坏的缘故。E.hoek和E.T.brown提出的经验理论与莫尔强度理论很相似其优点是能够用曲线来表示岩石的强度，但是缺点是表达式稍显复杂。 6.典型的岩石蠕变曲线有哪些特征？
练习题 三、简答题： 1、什么是全应力应变曲线？为什么普通材料试验机得不出全应力应变曲线？ 答：在单轴压缩下，记录岩石试件被压破坏前后变形过程的应力应变曲线。 普通材料实验机整体刚度相对较小，对试件施加载荷产生的反作用力将使实验机构件产生较大变形（弹性能储存），当岩石试件被压坏时，试件抗压能力急剧下降，致使实验机弹性变形迅速恢复（弹性能释放）摧毁岩石试件，而得不到岩石破坏后的应力应变曲线。刚性实验机在施加载荷时，自身变形极小，储存的弹性能不足以摧毁岩石试件，因此可以得到岩石破坏后的应力应变曲线。 2、简述岩石在三轴压缩下的变形特征。 答：E、μ与单轴压缩基本相同； 随围压增加——三向抗压强度增加；峰值变形增加；弹性极限增加；岩石由弹脆性向弹塑性、应变硬化转变。3、按结构面成因，结构面通常分为几种类型？ 答：按成因分类有三种类型：①原生结构面——成岩阶段形成的结构面；②构造结构面——在构造运动作用下形成的结构面；③次生结构面——由于风化、人为因素影响形成的结构面。 4、在巷道围岩控制中，可采取哪些措施以改善围岩应力条件？ 答：选择合理的巷道断面参数（形状、尺寸），避免拉应力区产生（无拉力轴比）； 巷道轴线方向与最大主应力方向一致； 将巷道布置在减压区（沿空、跨采、卸压）。 5、地应力测量方法分哪两类？两类的主要区别在哪里？每类包括哪些主要测量技术？ 答：分为直接测量法和间接测量法。 直接测量法是用测量仪器直接测量和记录各种应力量。 间接测量法，不直接测量应力量，而是借助某些传感元件或某些介质，测量和记录岩体中某些与应力有关的物理量的变化，通过其与应力之间存在的对应关系求解应力。 直接测量法包括：扁千斤顶法、水压致裂法、刚性包体应力计法和声发射法等。 间接测量法包括：套孔应力解除法、局部应力解除法、松弛应变测量法、孔壁崩落测量法、地球物理探测法。 1．岩石的塑性和流变性有什么不同? 答：塑性指岩石在高应力（超过屈服极限）作用时，产生不可恢复变形的性质。流变性指岩石在任何应力作用下，随时间增长而产生的不可恢复的变形。相同点：均为不可恢复变形；不同点：变形产生的原因、机理不同。 2．试叙述构造应力对原岩应力场的影响及其特点。 答：影响：加大了水平应力和应力不均衡分布。构造应力特点： 1）分布不均，在构造区域附近最大；2）水平应力为主，浅部尤为明显；3）具有明显的方向性；4）坚硬岩层中明显，软岩中不明显；5） 3．简述围压对岩石力学性质的影响。 围压可改变岩石的力学性状。围压增大致使塑性增大、峰值强度增高、破坏前变形加大。实验时加载速率大，导致弹性摸量大、强度指标高。 4．影响巷道围岩稳定的主要因素有哪些？ 围岩强度、应力集中程度、原始应力大小、巷道支架的支撑力 5．采用锚杆支护时如何选择锚杆的杆径？ 锚杆杆径确定：一般先确定锚固力，然后由拉断力≥锚固力确定拉断力，再确定杆径。 1．岩石受载时会产生哪些类型的变形? 岩石受载可发生弹性变形、塑性变形和粘性变形。一般岩石呈现粘弹性性质（滞弹性），即应变的产生和恢复滞后于应力变化。 2．程岩体比尼奥斯基分类法依据哪些指标对岩体进行分类？ 依据岩块强度、RQD、节理间距、节理条件、地下水条件五个指标进行分类。 3．岩体与岩石相比，其变形性质有何特点？ 岩体变形与岩石相比E低，峰值强度低，残余强度低，μ高；达到峰值后，岩体呈柔性破坏，并保留一定残余强度；各向异性显著，不同结构面分布呈现不同变形性质。 4．试分析支承压力的有利因素与不利因素。 有利：压酥煤体，便于落煤，节省能耗。不利：破坏煤体引起片帮，不利顶板管理；破坏顶板，生成采动裂隙，造成
构成岩石的主要造岩矿物？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、赤铁矿等 为什么基性岩和超基性岩最容易风化？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常容易风化。 常见岩石的结构连结类型？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）、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） 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。包括：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。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。粒间空隙：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。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新排列的毛病所产生的物理上的缺陷。 自然界中的岩石按地质成因分为几大类，各大类有何特点？（岩浆岩、沉积岩和变质岩）岩浆岩: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，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：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：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。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。 岩石物理性质的主要指标及其表示方式？指由岩石固有的物理组成和结构特性所决定的比重（Gs=Ws ／Vs·γs）容重（γ=W／V）孔隙率n、水理性（天然含水率、吸水、透水、软化、抗冻）基本属性。岩石破坏有几种形式？破坏的原因。三种，(1)X状共轭斜面剪切破坏，(2)单斜面剪切破坏，这两种破坏都是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。 劈裂法实验时岩石承受对称压缩，为什么在破坏面上出现拉应力？劈裂法试验的基本原理如图 沿y-y方向（σy）和垂直y-y（σx）均为压应力， 而离开边缘后，沿y-y方向仍为压应力，但应力值比边缘 处显著减少，并趋于均匀化；垂直y-y方向变成压应力。 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？能显示岩石在受压破坏过程中以及超过峰值强度破坏后的应力、变形特性和强度特征。由于普通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。 如何根据全应力-应变曲线？（a）预测岩爆：左半部分OEC 代表达到峰值强度时,积累在岩石试件中的应变能，右边CED 代表试件从破坏到破坏整个过程所消耗的能量。如果A>B,可能产生岩爆，如果A 【最新整理，下载后即可编辑】 2.17 不同受力条件下岩石流变具有哪些特性？ 答：（1）恒应力长期作用下岩石的流变体现为蠕变，蠕变指岩石材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。蠕变可分为三个阶段：第一阶段：蠕变速率（Δε/Δt ）随时间而呈下降趋势。第二阶段：蠕变速率不变，即（Δε/Δt ）为常数，这一段是直线。第三阶段：蠕变速率随时间而上升，随后试样断裂。 （2）在应变一定的情况下，岩石的流变体现为松弛，松弛分为立即松弛——变形保持恒定后，应力立即消失到零；完全松弛——变形保持恒定后，应力逐渐消失，直到应力为零；不完全松弛——变形保持恒定后，应力逐渐消失，但最终不能完全消失，而趋于某一值。 （3）岩石强度随外荷载作用时间的延长而降低的特性称作岩石的长期强度，岩石长期强度也是岩石流变特性的体现。 2.18 简要叙述常见的几种岩石流变模型及其特点。 答：（1）马克斯威尔（Maxwell）模型。这种模型是由弹性单元和黏性单元串联而成，当骤然施加应力并保持为常量时，变形以常速率不断发展。 （2）开尔文（Kelvin ）模型。它是由弹性单元和黏性单元并联 而成，当骤然施加应力时，应变速率随着时间逐渐递减，在t 增长到一定值时剪应变就趋于零。 （3）广义马克斯威尔模型。该模型由开尔文模型与黏性单元串 联而成，剪应力开始以指数速率增长，逐渐趋近于常速率。 （4）广义开尔文模型。该模型由开尔文模型与弹性单元串联而 成，开始产生瞬时应变，随后剪应变以指数递减速率增长，最 终应变速率趋于零，应变不再增长。 （5）柏格斯（Burgers ）模型。这种模型由开尔文模型与马克斯 威尔模型串联而成，蠕变曲线开始有瞬时变形，随后剪应变以 指数递减速率增长，最后趋于以不变的速率增长。 2.19 什么是岩石的长期强度？它与岩石的瞬时强度有什么关系？ 答：岩石的长期强度指岩石强度随外荷载作用时间的延长而降 低的性能，即作用时间t →∞的强度s ∞。岩石的瞬时强度小于岩 石的长期强度，对于不同的岩石，长期强度与瞬时强度之比为 0.4—0.8。 2.20请根据σ—τ坐标下的库伦准则，推导由主应力、岩石破断 角和岩石单轴抗压强度给出的在σ3—τ1坐标系中的库伦准则表达 式 σ1=σ3tan 2 θ+σc ,式中 σc =2ccosψ1?sinψ 。 答： 中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案 岩石力学(专科) 一、名词解释： 1.岩体 2.围岩 3.稳定蠕变 4.柔性支护 5.塑性破坏 6.稳定蠕变 7.剪胀8.长期强度 9.脆性破坏10.端部效应 11.构造应力12.松脱地压 13.非稳定蠕变14.结构面充填度 15.变形地压16.延性 17.蠕变18.岩体结构 19.真三轴试验20.扩容 21.剪胀率 二、问答题： 1.解释锚杆支护的挤压加固作用，并指出其适用条件。 2.说明不连续面的起伏对不连续面抗剪强度的作用，写出无充填规则齿状不连续面的抗剪强度表达式。 3.解释锚杆支护的组合作用，并指出其适用条件。 4.什么是常规三轴压缩试验？试指出在常规三轴试验中，随围压增大，岩石的抗压强度和变形特征。 5.解释断层和水对露天矿边坡稳定性的作用。 6.说明岩石单轴压缩试验中产生端面效应的原因，如何消除端部效应对试验结果的影响？ 7.岩石有哪些基本破坏方式？莫尔-库论理论和格里菲斯理论分别适用于哪种破坏方式？ 8.对岩石进行三轴压缩试验，试问在不同的围压条件下，岩石的变形性质、弹性模量和强度可能发生的变化是什么？ 9.简述采用喷射混凝土对巷道进行支护的力学作用。 10.如何根据岩石的单轴压缩试验曲线确定岩石的三种弹模？岩石的三种弹模分别反映岩石的什么特征? 11.岩石在普通试验机上进行单轴压缩试验，试问有哪几种典型的应力应变曲线形式（要求画出相应的曲线）？ 三、判断题： 1.图1所示为被一组节理切割的岩体所处的受力状态（应力圆）以及组成岩体的岩石的强度曲线（a ）和节理强度曲线（b ），图中节理面法线与最大主应力之间的夹角为α。试判别图中表示的分析结果是否正确。 [ ] a.岩体沿节理剪切破坏( ) b. 岩体沿节理剪切破坏( ) 图1 2.设计一条水平坑道断面如图2所示，其长轴与原岩应力分量p 平行，短轴与原岩应力分量q 平行。已知1/>q p 。这样的坑道断面布置将使围岩处于较好的应力状态或是不好的应力状态。 [ ] 2.17 不同受力条件下岩石流变具有哪些特性？ 答：（1）恒应力长期作用下岩石的流变体现为蠕变，蠕变指岩石材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。蠕变可分为三个阶段：第一 阶段：蠕变速率（Δε/Δt ）随时间而呈下降趋势。第二阶段：蠕变速率不变，即（Δε/Δt ）为常数，这一段是直线。第三阶段：蠕变速率随时间而上升，随后试样断裂。 （2）在应变一定的情况下，岩石的流变体现为松弛，松弛分为立即松弛——变形保持恒定后，应力立即消失到零；完全松弛——变形保持恒定后，应力逐渐 消失，直到应力为零；不完全松弛——变形保持恒定后，应力逐渐消失，但最 终不能完全消失，而趋于某一值。 （3）岩石强度随外荷载作用时间的延长而降低的特性称作岩石的长期强度，岩石长期强度也是岩石流变特性的体现。 2.18 简要叙述常见的几种岩石流变模型及其特点。 答：（1）马克斯威尔（Maxwell）模型。这种模型是由弹性单元和黏性单元串 联而成，当骤然施加应力并保持为常量时，变形以常速率不断发展。 （2）开尔文（Kelvin）模型。它是由弹性单元和黏性单元并联而成，当骤然施加应力时，应变速率随着时间逐渐递减，在t增长到一定值时剪应变就趋于零。 （3）广义马克斯威尔模型。该模型由开尔文模型与黏性单元串联而成，剪应力开始以指数速率增长，逐渐趋近于常速率。 （4）广义开尔文模型。该模型由开尔文模型与弹性单元串联而成，开始产生瞬时应变，随后剪应变以指数递减速率增长，最终应变速率趋于零，应变不再增长。 （5）柏格斯（Burgers）模型。这种模型由开尔文模型与马克斯威尔模型串联 而成，蠕变曲线开始有瞬时变形，随后剪应变以指数递减速率增长，最后趋于 以不变的速率增长。 2.19 什么是岩石的长期强度？它与岩石的瞬时强度有什么关系？ 答：岩石的长期强度指岩石强度随外荷载作用时间的延长而降低的性能，即作 一章： 1、叙述岩体力学得定义、 岩体力学主要就是研究岩体与岩体力学性能得一门学科，就是探讨岩石与岩体在其周围物理环境（力场、温度场、地下水等）发生变化后，做出响应得一门力学分支。 2、何谓岩石？何谓岩体？岩石与岩体有何不同之处？ （1）岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成得自然物体。（2）岩体：一定工程范围内得自然地质体。（3）不同之处：岩体就是由岩石块与各种各样得结构面得综合体。 3、何谓岩体结构？岩体结构得两大要素就是什么？ （1）岩体结构就是指结构面得发育程度及其组合关系；或者就是指结构体得规模、形态及其排列形式所表现得空间形态。（2）结构体与结构面。 4、岩体结构得六大类型？ 块状、镶嵌、层状、碎裂、层状碎裂、松散结构。 5.岩体有哪些特征？ 6.（1）不连续；受结构面控制，岩块可瞧作连续。（2）各向异性；结构面有一定得排列趋势，不同方向力学性质不同。（3）不均匀性；岩体中得结构面方向、分布、密度及被结构面切割成得岩块得大小、形状与镶嵌情况等在各部位不同，各部位得力学性质不同。（4）赋存地质因子特性（水、气、热、初应力）都会对岩体有一定作用。 二章： 1、岩石物理力学性质有哪些？ 岩石得质量指标，水理性质指标，描述岩石风化能力指标，完整岩石得单轴抗压强度，抗拉强度，剪切强度，三向压缩强度与各种受力状态相对应得变形特性。 2、影响岩石强度特性得主要因素有哪些？ 对单轴抗压强度得影响因素有承压板、岩石试件尺寸及形状（形状、尺寸、高径比），加载速率、环境（含水率、温度）。对三相压缩强度得影响因素：侧向压力、试件尺寸与加载速率、加载路径、空隙压力。 3.什么就是岩石得应力应变全过程曲线？ 所谓应力应变全过程曲线就是指在刚性实验机上进行实验所获得得包括岩石达到峰值应力之后得应力应变曲线。 4、简述岩石刚性实验机得工作原理？：压力机加压（贮存弹性应能）岩石试件达峰点强度（释放应变能）导致试件崩溃。AA′O2O1面积—峰点后，岩块产生微小位移所需得能。ACO2O1面积——峰点后，刚体机释放得能量（贮存得能量）。ABO2O1——峰点后，普通机释放得能量(贮存得能量)。当实验机得刚度大于岩石得刚度，才有可能记录下岩石峰值应力后得应力应变曲线。 5、莫尔强度理论，格尔菲斯强度理论与E、hoek与E、T、brown提出得经验理论得优缺点？ 莫尔强度理论优点就是使用方便，物理意义明确；缺点就是1不能从岩石破坏机理上解释其破坏特征2忽略了中间主应力对岩石强度得影响；格尔菲斯强度理论优点就是明确阐明了脆性材料破裂得原因、破裂所需能量及破裂扩展方向；缺点就是仅考虑岩石开裂并非宏观上破坏得缘故。E、hoek与E、T、brown提出得经验理论与莫尔强度理论很相似其优点就是能够用曲线来表示岩石得强度，但就是缺点就是表达式稍显复杂。岩石力学课后作业(完整资料).doc
(完整版)岩石力学复习题及参考答案
岩石力学课后作业
岩体力学课后习题答案
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