岩体力学习题集
一、名词解释
1、岩体
2、弹性
3、脆性
4、三轴抗压强度
5、抗压强度
6、抗拉强度
7、抗剪强度
8、莫尔强度理论
9、强度判据
10、稳定性系数
11、蠕变
12、残余强度
13、天然应力
14、剪切刚度
15、强度理论
17、八面体强度理论
18、极限强度
20、孔隙比
21、法向刚度
22、围岩应力
23、软化系数
24、变形模量
25、几何边界条件
26、长期强度
27、主应力
29、主平面
30、结构面
31、滑坡
32、塑性
33、围岩抗力系数
35、弹性模量
36、动弹性模量
38、强度曲线
39、内摩擦角
40、切线模量
41、岩体力学
42、单轴抗压强度
43、重分布应力
44、围岩压力
45、围岩抗力
46、强度
47、弹性极限
48、强度极限
49、脆性破坏
50、渗透系数
52、割线模量
53、爬坡角
54、岩石吸水率
56、尺寸效应
57、应力集中系数
58、初始模量
59、抗冻系数
60、岩爆
61、泊松比
62、强度包络线
63、普氏系数
64、自然平衡拱
65、RQD
66、格里菲斯强度理论
68、横波
69、纵波
71、饱和吸水率
72、法向刚度
二、填空题
1．表征岩石抗剪性能的基本指数是（）和（）。
2．如果将岩石作为弹性体看待，表征其变形性质的基本指标是（）和（）。
3．岩石在单轴压力作用下，随加荷、卸荷次数的增加，变形总量逐次（），变形增量逐次（）。
4．所谓洞室围岩一般是指洞室周围（）倍半径范围内的岩体。
5．边坡岩体中，滑移体的边界条件包括（）、（）和（）三种类型。
6．垂直于岩石层面加压时，其抗压强度（），弹性模量（）；顺层面加压时的抗压强度（），弹性模量（）。
7．莫尔强度理论认为：岩石的破坏仅与（）应力和（）应力有关，而与（）应力无关。
8．岩石在复杂应力状态下发生剪切破坏时，破坏面的法线与最大主应力之间的夹角总是等于（）的；而破坏面又总是与中间主应力（）。
9．不论何种天然应力条件下，边坡形成后，在边坡表面岩体中的最大主应力的作用方向与边坡面（），最小主应力作用方向与边坡面（）。
10．主要的岩体工程分类有（）、（）、（）、（）等。
11．水对边坡岩体的影响表现在（）、（）和（）。
12．天然应力场的主要成分有（）、（）和（）。
14．结构面在法向应力作用下，产生（）变形，其变形性质用指标（）表征。
15．岩石抗拉强度的试验室方法有（）和（）。
16．地质结构面按力学条件可分为（）和（）。
17．岩体结构类型可分为（）、（）、（）、（）和（）。
18．岩体的强度处在（）强度与（）强度之间。
19．结构面的线连续性系数是在（）至（）变化的。
20．水对岩石力学性质的影响表现在（）、（）和（）。
21．格里菲斯强度理论认为材料破坏的原因是（）。
22．八面体强度理论认为材料破坏的原因是（）。
23．有一对共轭剪性结构面，其中一组走向为N30E，而另一组为N30W，则岩体中最大主应力方向为（）。如果服从库仑－纳维尔判据，则岩体的内摩擦角为（）。
24．软弱夹层的基本特点有（）、（）、（）、（）和（）。
25．岩体中逆断层形成时，最大主应力方向为（），最小主应力方向为（）。
26．原生结构面据其成因中划分为（）、（）、（）。
27．表征岩块变形特性的指标有（）和（）。
28．根据库仑强度理论，最大主应力与破裂面的夹角为（）。
29．据岩体力学的观点看，岩体的破坏类型有（）和（）。
30．岩体中的结构面据其地质成因分为（）、（）和（）。
31．岩体中一点的水平天然应力与铅直天然应力之比称为（）。
32．岩体中正断层形成时的应力状态是：最在主应力方向为（），最小主应力方向为（）。33．均质各向同性的连续岩体中的圆形洞室洞壁上一点的剪应力为（）。
34．洞室围岩压力的基本类型有（）、（）、（）和（）。
35．边坡形成后，边坡表面岩体中的最大主应力作用方向与边坡面（），最小主应力作用方向与边坡面（）。
36．岩体是由（）和（）两个最基本的要素组成的。
37．根据边坡岩体面形态、数目、组合特征把岩体边坡的破坏类型划分为（）、
（）、（）和（）。
三、选择题
38.大部分岩体属于（ ）。
（A ）均质连续材料 （B ）非均质材料
（C ）非连续材料 （D ）非均质、非连接、各向异性材料
39岩石的弹性模量一般指（ ）。
（A ）弹性变形曲线的斜率 （B ）割线模量
（C ）切线模量 （D ）割线模量、切线模量及平均模量中的任一种
40由于岩石的抗压强度远大于它的抗拉强度，所以岩石属于（ ）。 （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
41岩石的抗压强度随着围岩的增大（ ）。
（A ）而增大 （B ）而减小 （C ）保持不变 （D ）会发生突变
42劈裂试验得出的岩石强度表示岩石的（ ）。
（A ）抗压强度 （B ）抗拉强度 （C ）单轴抗拉强度 （D ）剪切强度
43格里菲斯准则认为岩石的破坏是由于（ ）。
（A ）拉应力引起的拉裂破坏 （B ）压应力引起的剪切破坏 （C ）压应力引起的拉裂破坏 （D ）剪应力引起的剪切破坏
44岩石的吸水率是指（ ）。
（A ）岩石试件吸入水的重量和岩石天然重量之比 （B ）岩石试件吸入水的重量和岩石干重量之比 （C ）岩石试件吸入水的重量和岩石饱和重量之比 （D ）岩石试件天然重量和岩石饱和重量之比
45已知某岩石饱水状态与干燥状态的单轴抗压强度比为0.78，则该岩石（ ）。 （A ）软化性强，工程地质性质不良 （B ）软化性强，工程地质性质较好 （C ）软化性弱，工程地质性质较好 （D ）软化性弱，工程地质性质不良
46在岩石抗压强度试验中，若加荷速率增大，则岩石的抗压强度（ ）。 （A ）增大 （B ）减小 （C ）不变 （D ）无法判断
47按照库仑—莫尔强度理论，若岩石强度曲线是一条直线，则岩石破坏时破裂面与最大主应力作用方向的夹角为（ ）。
（A ）45° （B ）2
45?+? （C ）2
45?
-? （D ）60°
48按照格理菲斯强度理论，脆性岩体破坏主要原因是（ ）。
（A ）受拉破坏 （B ）受压破坏 （C ）弯曲破坏 （D ）剪切破坏
49在缺乏试验资料时，一般取岩石抗拉强度为抗压强度的（ ）
（A ）1/2~1/5 （B ）1/10~1/12 （C ）2~5倍 （D ）10~50倍
50岩体的强度小于岩石的强度主要是由于（）。
（A）岩体中含有大量的不连续面（B）岩体中含有水
（C）岩体为非均质材料（D）岩石的弹性模量比岩体的大
51影响岩体质量的主要因素为（）。
（A）岩石类型、埋深（B）岩石类型、含水量、温度
（C）岩体的完整性和岩石的强度（D）岩体的完整性、岩石强度、裂隙密度、埋深
52沉积岩中的沉积间断面属于哪一种类型的结构面？（）
（A）原生结构面（B）构造结构面（C）次生结构面
53岩体结构体是指由不同产状的结构面组合围限起来，将岩体分割成相对的完整坚硬的单无块体，其结构类型的划分取决于（）
（A）结构面的性质（B）结构体型式
（C）岩石建造的组合（D）三者都应考虑
54初始地应力主要包括（）。
（A）自重应力（B）构造应力
（C）自重应力和构造应力（D）残余应力
四、辨别正误
1．石英砂岩的强度随石英颗粒的含量增加而增大。（）
2．相邻两条结构面的垂直距离就是结构面的密度。（）
3．一般情况下，岩体的强度可以用岩块的强度来代替。（）
4．从岩体本身性质来分析，可以用连续介质理论来解决岩体力学问题。（）
5．岩石的泊松比是指单向压缩条件下，侧向应变与侧向应力之比。（）
6．结构面的密度不随方向而变化。（）
7．边坡岩体坡面一点的最大主应力是垂直于坡面，而最小主应力则平等于坡面，且都不为零。（）8．单位体积内岩石的质量定义为岩石的颗粒密度。（）
9．天然铅直应力是随深度增加而增大的。（）
10．一般情况下，岩块的三轴压缩强度比抗压强度大。（）
11．岩块在单轴受压条件下，能承受的最大主应力叫岩块的强度。（）
12．在普通试验机上测出的应力－应变关系，就是岩石的应力－应变全过程曲线。（）
13．岩块的弹性模量可以用作用于它上面的应力与位移之比来表示。（）
14．坡度影响边坡应力轨迹形式。（）
15．岩体作为力学介质研究时，其与钢、混凝土等人工力学介质的根本区别在于岩体中有天然应力、多裂隙交切及是三相介质。（）
16．岩体中地下水的水压力效应，使岩体中结构面抗剪强度增大。（）
17．可能滑动面上可供利用力与抗滑力之比值定义为稳定性系数。（）
18．研究的岩体实际上是已经受过破裂和变形的地质体。（）
19．天然中铅直应力一般随深度增加而增大。（）
20．在普通试验机上测出的应力与应变的关系，就是岩石应力－应变全过程曲线。（）
21．饱水岩样的单轴抗压强度与干抗压强度之比定义为岩石的软化系数。（）
22．岩体的强度就是岩块的强度。（）
23．从岩体本身性质分析，可用连续介质力学理论解决岩体力学问题。（）
24．在荷载作用下，结构面抵抗破坏的最大能力叫做剪切强度。（）
25．一般情况下岩块的抗压强度随加荷速度的增大而增大。（）
26．三向受压条件下，岩石破坏前的应变比单向受压要大。（）
27．饱水岩体的单轴抗压强度与干抗压强度之比定义为岩石的软化系数。（）
28．在荷载作用下，结构面抵抗破坏的最在能力叫剪切强度。（）
29．一般来说，岩块的单轴抗压强度随加荷速度的增在而减小。（）
30．地下洞室洞壁支护的目的是不让洞壁围岩向洞内产生位移。（）
五、问答题
1、对岩石进行单轴抗压试验，如果发生剪切破坏，破坏面是否一定是试样中的最大剪应力面？为什么？如果发生拉断破坏，此时的抗压强度是否即为抗拉强度？为什么？
2、什么叫岩石？什么叫岩体？两者主要区别在哪里？又有何关系？
3、什么是岩体的弹性模量？什么是岩体的变形模量？试用图加以说明。
4、岩体的静力弹性模量与动力弹性模量哪个大？为什么？
6、岩石的动力强度与静力强度那个大？为什么？
7、岩体中应力波波形通常以哪些参数来标记？试用图说明。
8、应力波对物体的效应，与刚体动力学与弹性理论有什么区别？为什么声波法或地震法可以用来测定岩体的某些动力学参数？确定哪些参数？
10、岩石在单轴压缩下的应力－应变曲线有哪几种类型？并用图加以说明。
11、岩石与岩体的主要区别在哪里？以及其强度之间的关系是怎样的？
12、试分别从地质和工程两个方面，简要叙述影响围岩压力的一些主要因素是什么？
13、试用莫尔应力圆画出：（1）单向拉伸；（2）单向压缩；（3）纯剪切；（4）双向压缩；（5）双向拉伸。
14、常用的岩石强度指标有哪几种？
15、试述岩石力学的研究对象，研究范围和研究动态。
16、采用应力解除法如何测定岩体中的应力？并用示意图表示。
17、用图来表示岩体变形与时间的关系曲线，并指出几个不同的阶段。
18、格里菲斯强度理论的基本要点是什么？并写出该强度理论的破坏准则。
19、在岩体中传播的弹性波有哪两大类型？其特征是什么？并写出半无限均质体波速与其弹性常数（弹性模量、泊松比）的关系式。
20、加载速率对岩石动力强度的影响怎样？并举例说明之。
21、岩石在单轴压缩下典型的应力——应变曲线有哪几种类型，并用图线加以说明。
22、什么是变形模量？页岩和石灰岩的变形模量大致多少？
23、什么叫滑坡？组成滑坡的要素有哪些？什么叫崩塌？它与滑坡有什么区别？
24、影响边坡稳定有哪些主要因素？试举例说明。
25、用应力解除法来测量岩体的原岩应力，其工序有哪些？用图示加以说明。
26、什么叫真三轴试验机？什么叫假三轴试验机？
27、什么叫岩块的变性模量？以“S”型应力－应变曲线为例表示出岩块的几种变性模量（图加简要文字说明）。
28、塑性状态下圆形巷道围岩应力分布如何？
29、试简单叙述岩体力学的发展历史？你对岩体力学的发展远景如何看法？
30、均质连续、各向同性的弹性岩体中开挖水平圆形洞室时，围岩中的重分布应力有何特点。
31、边坡岩体最容易从哪些部位首先破坏？为什么？
32、试述边坡稳定性研究的基本原则和方法。
33、什么叫蠕变？用图表示蠕变的应力（σ）与时间（t）关系曲线。
34、岩块的抗压强度与抗拉强度哪个大？为什么？
35、如何获得岩体结构面的强度指标？请用解析法或图解法说明。
五、计算题
1、已知σx＝50MPa，
＝10MPa，τxy＝0，θ＝30°。
σy
及剪应力τn。
（1）求与X轴夹角40°的EF斜面上的法向应力
σn
（2）作出相应的莫尔应力圆，并写出莫尔应力圆的方程。
2、将一个岩石试件置于压力机上施加压力，直到1MPa时发生破坏。已知破坏面与最大主应力所在的平面成60°，并假定抗剪强度随正应力呈线性变化。试求：
（1）在正应力为零的那个面上的抗剪强度等于多少？
（2）破坏面上的正应力和剪应力。
=100MPa，岩体天然密3、拟在地表以下1500m处开挖一水平圆形洞室，已知岩体的单轴抗压强度σ
c
度ρ=2.75g/cm3，岩体中天然应力比值系数λ=1，试评价该地下洞室开挖后的稳定性。
4、设已知某地块处于简单的压缩情况，及在走向NW45°的截面上的正应力＝－120MPa，剪应力τn＝40MPa，求最大压应力的大小及其方向。
5、在某矿发现石灰岩中两组铅直的剪切面，其走向分别为NE10°和NE65°，试求最大主应力的方向。
6、某岩石的室内剪切试验成果如下，当正应力分别为6MPa和10MPa时，剪切强度分别为19.2MPa和22MPa，假设该岩石强度服从莫尔斜直线理论，试求：
(1)该岩石的剪切强度参数；
(2)当侧限压力σ
3
=10MPa时该岩石的三轴压缩强度。
7、在地表以下200m深度处的岩体中开挖一洞径2R
=2m的水平圆形遂洞，假定岩体的天然应力为静水压力状态，岩体的天然密度ρ=2.7g/cm3，试求：
(1)洞壁、2倍洞半径、2倍洞半径处的重分布应力；
(2)根据以上计算结果说明围岩中重分布应力的分布特征；
(3) 若围岩的抗剪强度C
m =0.4，υ
m
=30°，试评价该洞室的稳定性；
(4)洞室若不稳定，试求其塑性变形区的最大半径（R
1
）
8、某圆形水平洞室开挖于地表以下1500m深处，已知岩体为均质连续各向同性的弹性体。单轴抗压强度σc=100MPa，岩体的密度为2.5g/cm3，岩体的天然应力比值系数λ＝1。试评价该洞室开挖后的稳定性。
9、若σ
1为最大主应力，σ
3
为最小主应力，C为粘聚力，φ为岩石的内摩擦角，导出以极限主应力表
达的岩石强度方程。
10、在均质、连续、各向同性的岩体中，测得地面以下100m深度处的天然应力为σ
V =26MPa，σ
H
=17.3MPa，
拟定在该深度处开挖一水平圆形隧道，半径R
=3m，试求：
(1)沿θ=0°和θ=90°方向上重分布应力（σ
r 、σ
θ
）随r变化的曲线；
(2)设岩体的C
m =0.04MPa，υ
m
=30°，用图解法求洞顶与侧壁方向破坏圈厚度。
11、已知岩块C=10MPa，υ=60°，用库仑—莫尔准则计算当围压为0和5MPa时试件破坏时的轴压。
12、有一个花岗岩岩柱，该花岗岩抗剪强度指标：凝聚力C=20MPa，υ＝30°。岩柱的横截面积A=5000cm2，柱顶承受荷载p＝30MN，自重忽略不计。
(1)试问：是否会发生剪切破坏？
(2)若岩柱中有一软弱结构面，其法线与轴线成75°角，试问：是否会沿此面发生破坏？
13、某矿石灰岩试验成果如下：其单向抗压强度σc=10MPa；当侧压力σ
1＝σ
2
＝30MPa，其破坏时
σ1=210MPa；当侧压力σ2＝σ3＝60MPa时，其破坏时σ1＝320MPa。试问，当侧压力σ2＝σ3＝50MPa时，
其破坏时的最大主应力σ
1
应等于多少？
14、某岩石室内抗剪试验成果为当正应力分别为6MPa和10MPa时，剪切强度为19.2MPa和22MPa。设岩石强度服从直线型莫尔强度判据：
①求该岩石的抗剪强度参数（C、υ值）；
②当侧限压力σ
3为5MPa时，求该岩石的三轴压缩强度（σ
1m
）。
15、闪长岩的单向抗拉强度σt=24MPa；单向抗压强度σc=142MPa。当抗剪强度τ=42MPa时，试求破坏面的方向及正应力，最大主应力和最小主应力各等于多少？
16、某矿石英砂的试验成果，其单向抗拉强度σt=16MPa,单向抗压强度σc=120MPa，试求该岩石的抗剪强度的C、υ值。
17、安山岩的单轴抗压强度σc=100MPa。当该岩石进行三轴试验时，当侧压力σ
2＝σ
3
＝20MPa，岩石
的三向抗压强度σ
1
＝260MPa。计算内摩擦角υ和凝聚力c；
18、在石灰岩层中开一圆形洞室，半径a=1.5m，埋置深度H＝800m，石灰岩的单轴抗压强度σc=40MPa，内摩擦角υ＝32°，岩石容重ρ＝2.8g/cm3，为了便于比较，分别用芬纳公式，修正芬纳公式和卡斯特纳公式计算塑性区的半径R，以及塑性圈的厚度。
19、某部门拟在地表下1500m处深度开挖一断面为圆形的洞室，已知岩体的极限抗压强度σc=100MPa，岩体的天然容重ρ=2.75g/cm3，岩体的天然应力比值系数λ＝1，试评价开后地下洞室的稳定性。
20、在某结晶岩体中开挖一直径为6m的水平圆形洞室，洞的埋深为2000m，岩体的平均密度ρ＝2.7g/cm3，假设岩体中的天然应力比值系数k=1，试求：
(1)θ＝0°方向洞壁一点A和距洞壁3m处B点的重分布应力值；
(2)若已知围岩的剪切包络线为斜直线，且C＝5MPa，υ＝30°，试判断A、B两点是否会破坏？
21、已知岩石的单轴抗拉强度σt=15MPa。试用格里菲斯强度曲线来判断裂隙在侧压力σ
3
＝20MPa时，
裂隙进一步破坏的最在主应力σ
1
等于多少？它是属于何种强度条件下的破坏？
22、已知岩石试件的凝聚力C＝9.5MPa，其内摩擦角υ＝38°，试用库仑准则和格里菲斯理论求其单向抗压强度。
23、已知某采场围岩的力学指标：σc=100MPa，σt=-20MPa，凝聚力C＝45MPa，内摩擦角υ＝48°，
若该采场顶板某点主应力σ
1＝200MPa，σ
3
＝10MPa。试求：
（1）由莫尔库仑强度理论判断，该点是否会破坏？
（2）由格里菲斯强度理论判断，该点是否破坏？
（3）若会破坏，它们破坏面与最大主应力的夹角是多少？
24、圆形隧道的半径a=1.5m，埋藏深度H＝100m，岩石容重γ＝2.7g/cm3，泊松比μ＝0.2。
（1）试绘出θ=0、π/2处隧道围岩的径向和切向应力分布图，与隧道周边的距离等于多少时才是原岩应力。
（2）试绘应力集中系数图，分析最大应力集中在什么位置。
（3）分析应力分布特点是什么？
（4）假若侧压系数λ＝0时应力分布图又如何？
25、已知大理岩单向抗压强度σc=80MPa，内摩擦角＝25°，试计算侧压为40MPa时，其三轴抗压强度为多少？
26、已知白云质灰岩通过弹性波测量，其纵波速度V p=5500m/s，横波速度V s=3300m/s。岩体的容重γ=2.71g/cm3，泊桑比μ=0.23。试求岩体的动弹性参数。
27、圆形洞室半径a =2.5m ，埋藏深度H ＝120m ，岩石容重γ＝2.1g/cm 3，泊松比μ＝0.2，侧压系数λ=0.5，岩体的弹性模量E ＝2×104MPa 。试求硐顶和硐壁的应力以及位移。
28、在坚硬的岩体中开挖一个近似椭圆形洞室，硐跨2a =8m ，硐高2b =12m ，硐体埋藏深度H ＝200m ，岩体容重ρ=2.5g/cm 3，泊松比μ=0.35，岩石单轴抗压强度σc =96MPa ，求洞室是否稳定。
29、某矿表土深度为150m ，表土的平均容重γ＝1.80g/cm 3
，粘聚力C ＝0，内摩擦角υ＝20°，岩体的平均容重γ＝2.6g/cm 3，岩体的泊松比μ=0.25。试求离地表深度150m 处表土内的自重应力以及300m 深度处的原岩自重应力，并作出应力圆。
30. 已知岩样的容重γ=24.5kN/m 3
，比重85.2=s G ，天然含水量(同土力学概念)%80=ω，试计算该
岩样的孔隙率n ，干容重d γ及饱和容重m
γ。
31. 有一长2.0m 、截面积0.5m 2的大理岩柱体，求在环境温度骤然下降40℃条件下，岩柱散失的热量及因温差引起的变形大小？(已知大理岩石比热C g J c
/85.0=，线膨胀系数
C
/1105.15-?=α)。
32.在由中粒花岗岩构成的工程岩体中，有三组原生节理互成直角相交，各组节理的间距分别为20cm 、30cm 和40cm ，试计算裂隙频率和结构体的大小，并判断该岩体属于哪种结构类型。
33.据现场观测，中粒花岗岩体中节理均呈微张开(宽度小于1mm)，节理面有轻度风化，但保持潮湿状态，又实测点荷载指数为7.5，如按最有利的条件开凿直径5m 的隧洞，试估算无支护条件下的洞壁最长稳定时间。
34.将一个岩石试件进行单轴试验，当压应力达到120MPa 时即发生破坏，破坏面与大主应力平面的夹角(即破坏所在面与水平面的仰角)为60°，假定抗剪强度随正应力呈线性变化(即遵循莫尔库伦破坏准则)，试计算：
1)内摩擦角。
2)在正应力等于零的那个平面上的抗剪强度。
3)在上述试验中与最大主应力平面成30°夹角的那个平面上的抗剪强度。 4)破坏面上的正应力和剪应力。
5)预计一下单轴拉伸试验中的抗拉强度。
6)岩石在垂直荷载等于零的直接剪切试验中发生破坏，试画出这时的莫尔圆。
7)假若岩石的抗拉强度等于其抗压强度的10%，你如何改变莫尔包络线去代替那种直线型的破坏包络线。
8)假若将一个直径为8cm 的圆柱形试件进行扭转试验，试预计一下要用多大的扭矩才能使它破坏？
35.将直径为3cm 的岩心切成厚度为0.7cm 的薄岩片，然后进行劈裂试验，当荷载达到10000N 时，岩片即发生开裂破坏，试计算试件的抗拉强度。
36.岩石试件的单轴抗压强度为130MPa ，泊松比25.0=μ。
1)岩石试件在三轴试验中破坏，破坏时的最小主应力为130MPa ，中间主应力为260MPa ，试根据八面体剪应力理论的破坏准则推算这时的最大主应力1σ；
2)根据最大正应变理论的破坏准则，回答1)提出的问题。 习题3-4 上题中，设 50=β，
35=j
?
，100=j c kPa ，垂直应力1000=y
σ
kPa 。在这岩体内
开挖一个洞室，必须对边墙施加150kPa 的水平压力才能使边墙稳定，试推算节理面上的孔隙水压力w p 。
37.用直径为5cm 、高度为10cm 的圆柱形粘土岩试样进行单轴压缩试验，已测得的轴向力和变形量如表4-7所示，试计算相应于弹性变形的E 和μ。
轴向力
(N)
轴向压缩量 (mm)
侧向膨胀量 (mm)
轴向力 (N)
轴向压缩量 (mm) 侧向膨胀量 (mm)
0 0 0 0 0.080 0.016
600 0.030 2500 0.140 1000 0.050 5000 0.220 1500 0.070 6000 0.260 2000 0.090 7000 0.300 2500
0.110 0.018 7500
0.330 0.056 0 0.040 0.009
0 0.120 0.025
2500 0.110 7500 0.330 3000 0.130 9000 0.400 4000 0.170 10000
0.440 0.075 5000
0.220
0.037
0.160
0.035
38.在用地震波法动力测试中，已经测得纵波波速s m C p /4500=，横波波速s m C s /2500=，设岩体的密度3/2700m kg =ρ，试计算E 和μ。
39.在圆形试验洞的洞壁上的测点1处进行应力测量(用应力解除法)，应变花按等边三角形布置，见题5-1图中黑粗线，其中有一应变元件布置成与z 轴平行量测1ε(见题5-1图)。今测得三个方向的应变为：6110402-?=ε，6210334-?=ε，6310298-?=ε，已知岩石的弹性模量E =4×104MPa ，泊松比μ=0.25。
1)试求测点1处的大小主应变max ε、min ε以及它们的方位。 2)试求大、小主应力max
σ
、min σ。
3)试求该点处的纵向应力z σ(即沿z 方向的法向应力)。
4)今在与点1同一横断面上的测点2处测得切向应力2,θσ=10.8MPa ，试求岩体的初始应力v p 和h p 。
40.某地拟开挖大跨度的圆形隧洞，需事先确定开挖后洞壁的应力值。为此在附近相同高程的试验洞内作了岩体应力测量工作，测得天然应力为：4.1=v p MPa ，h p =2MPa ，试求开挖后洞壁A 、B 、C 三点的应力。
41.在上题中，将洞室改为宽高比B/h =0.5的椭圆洞室，试计算相应点A 、B 的应力；其次改为B/h =2的椭圆洞室，计算相应点A 、B 的应力，试讨论三种情况中哪一种最有利，哪一种最不利。
42.今在10=K 的均质石灰岩体地表下100m 深度处开挖一个圆形洞室，已知岩体的物理力学性指标为：25=γkN/m 3，C =0.3MPa ，?=36°试问洞壁是否稳定？
43.设有一排宽度为15m 、高度h =7.5m 的圆角矩形洞室。它们的间距(中心到中心)为25m 。这排洞室在均质、各向同性的砂岩中的300m 深度处。岩体的物理力学性指标为：γ=25.6kN/m 3，抗压强度
c R =100MPa ，抗拉强度t R =10MPa ，泊松比μ=0.5，10=K ，试求洞群的安全系数。
44.在地下50m 深度处开挖一地下洞室，其断面尺寸为5m ×5m 。岩石性质指标为：凝聚力c =200kPa ，
内摩擦角
33=?，容重γ=25kN/m 3，侧压力系数7.00=K 。已知侧壁岩石不稳，试用太沙基公式计算
洞顶垂直山岩压力及侧墙的总的侧向山岩压力。
45.某圆形隧洞直径8m ，围岩裂隙很发育，且裂隙中有泥质填充。隧洞埋深为120m ，围岩的力学指标为：c =400kPa ，?=40°，考虑到隧洞衬砌周围的回填不够密，凝聚力和内摩擦角均有相应的降低。 1)试求塑性松动圈子的厚度(取c 0=0.25c )；
2)试求松动压力a p 。
46.设有一直墙拱顶地下洞室，围岩中有一组结构面，其倾角β=46°。结构面的强度指标为j c =0，j ?=40°。结构面上的孔隙水压力w p =200kPa 。已知洞室侧壁垂直应力为y σ=1MPa ，洞顶的水平应力
x σ=500kPa ，
问侧壁和洞顶是否稳定，若不稳定，则进行支护，洞壁支护和洞顶支护上的压力各为多少？
47.在岩石中开挖一圆形洞室，其半径m r 50=，用喷混凝土层支护。混凝土抗压强度为24MPa ，已知i p =0.4MPa ，求喷层厚度。
48.有压隧洞的最大内水压力p =2.8MPa ，隧洞(内)半径为2.3m ，用厚度为0.4m 的混凝土衬砌。已知混凝土的弹性模量1E =1.8×104MPa ，泊松比333.01=μ。岩石的弹性模量2E =1.1×104MPa ，泊松比
2μ=0.367。试求：
1)离中心2.5m 处的衬砌内的应力；
2)离中心3.5m 处的围岩附加应力。
49.有压隧洞的最大内水压力p =2.5MPa ，隧洞直径为4m ，用厚度为0.4m 的混凝土衬砌，已知混凝土的弹性模量E '=1.5×104MPa ，泊松比1μ=0.3，岩石弹性抗力系数0k (注意：即半径为1m 时的
k )=5000MPa/m ，试求离隧洞中心5m 处的附加应力。
50.设岩基上条形基础受倾斜荷载，其倾斜角
18=δ，基础的埋置深度为3m ，基础宽度b =8m 。岩基岩体的物理力学性指标是：γ=25kN/m 3，c =3MPa ，?=31°，试求岩基的极限承载力，并绘出其相应的滑动面。
51.某混凝土坝重90000kN(以单位宽度即1m 计)，建在岩基上。岩基为粉砂岩，干容重d γ=25kN/m 3，孔隙率n =10%。坝基内有一倾向上游的软弱结构面BC ，该面与水平面成15°角。结构面的强度指标为：凝聚力j c =200kPa ，内摩擦角j ?=20°。建坝后由于某原因在坝踵岩体内产生一条铅直张裂隙，与软弱结构面BC 相交，张裂隙的深度为25m ，设BC 内的水压力按线性规律减少。问库内水位上升高度H 达到何值时，坝体和地基开始沿BC 面滑动？
52.有一岩坡如题9-1图所示，坡高H =100m ，坡顶垂直张裂隙深40m ，坡角 35=α，结构面倾角
20=β。岩体的性质指标为：γ=25kN/m 3
，j c =0，j ?=25°。试问当裂隙内的水深w Z 达何值时，岩坡
处于极限平衡状态？
53.已知均质岩坡的 30=?，c =300kPa ，γ=25kN/m 3
，问当岩坡高度为200m 时，坡角应当采用多少度？
54.上题中如果已知坡角为50度，问极限的坡高是多少？
55.设岩坡的坡高50m ，坡角 55=α，坡内有一结构面穿过，其倾角 35=β，在边坡坡顶面线10m 处有一条张裂隙，其深度为Z=18m 。岩石性质指标为γ=26kN/m 3，i c =60kPa ，
30=j ?，求水深w Z 对
边坡安全系数s F 的影响。
《岩石力学》测试题一 西南科技大学考试试题单 考试科目：岩石力学 （不必抄题，但必须写明题号，试题共计三大题） 一、解释下列术语（每小题4分，共28分） 1.岩石的三向抗压强度岩石在三向同时受压时每个单向分别的强度极限 2.结构面具有一定形态而且普遍存在的地质构造迹象的平面或曲面。不同的结构面，其 力学性质不同、规模大小不一。 3.原岩应力岩石在地下未受人类扰动时的原始应力状态 4.流变在外力作用下，岩石的变形和流动 5.岩石的碎胀性岩石破碎后的体积VP比原体积V增大的性能称为岩石的碎胀性，用碎胀系数ξ来表示。 6.蠕变岩石在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象 7.矿山压力地下矿体被开采后，其周围岩体发生了变形和位移，同时围岩内的应力也 增大和减小，甚至改变了原有的性质。这种引起围岩位移的力和岩体变化后的应力就叫矿山压力。 二、简答题（每小题7分，共42分） 1.岩石的膨胀、扩容和蠕变等性质间有何异同点？ 都是岩石形状改变的一种类型，膨胀和扩容时岩石的体积会增大，扩容和蠕变时需要受力2.岩体按结构类型分成哪几类？各有何特征？ 整体块状 层状 碎裂
散体 3.用应力解除法测岩体原始应力的基本原理是什么？ 4.格里菲斯强度理论的基本要点是什么？ 5.在不同应力状态下，岩石可以有几种破坏形式？ 压缩破坏拉伸破坏剪切破坏 6.喷射混凝土的支护作用主要体现在哪些方面？ 喷射混凝土的厚度是否越大越好？为什么？ 三、计算题（30分） 1.将一岩石试件进行三向抗压试验，当侧压σ2= σ3=300kg/cm2时，垂直加压到2700kg/cm2试件破坏，其破坏面与最大主平面夹角成60°，假定抗剪强度随正应力呈线性变化。试计算：（1）内磨擦角φ；（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；（4）假如该试件受到压缩的最大主应力和拉伸最小主应力各为800kg/cm2，试用莫尔园表示该试件内任一点的应力状态？（本题20分） 2.岩体处于100m深，上部岩体的平均容重γ=2.5T/M3，泊松比μ=0.2，自重应力为多少？当侧压力系数为1.0时，自重应力为多少？（本题10分 《岩石力学》测试题二 双击自动滚屏
1、岩体的强度小于岩石的强度主要是由于（）。 （ A ）岩体中含有大量的不连续面 （ B ）岩体中含有水 （ C ）岩体为非均质材料 （ D ）岩石的弹性模量比岩体的大 2、岩体的尺寸效应是指（）。 （ A ）岩体的力学参数与试件的尺寸没有什么关系 （ B ）岩体的力学参数随试件的增大而增大的现象 （ C ）岩体的力学参数随试件的增大而减少的现象 （ D ）岩体的强度比岩石的小 3 、影响岩体质量的主要因素为（）。 （A）岩石类型、埋深 （B）岩石类型、含水量、温度 （C）岩体的完整性和岩石的强度 （D）岩体的完整性、岩石强度、裂隙密度、埋深 4、我国工程岩体分级标准中岩石的坚硬程序确定是按照（）。 （A）岩石的饱和单轴抗压强度 （B）岩石的抗拉强度 （C）岩石的变形模量 （D）岩石的粘结力 5、下列形态的结构体中，哪一种具有较好的稳定性？（） （A）锥形（B）菱形（C）楔形（D）方形 6、沉积岩中的沉积间断面属于哪一种类型的结构面？（） （A）原生结构面（B）构造结构面（C）次生结构面 7、岩体的变形和破坏主要发生在（） （A）劈理面（B）解理面（C）结构 （D）晶面 8、同一形式的结构体，其稳定性由大到小排列次序正确的是（） （A）柱状>板状>块状 （B）块状>板状>柱状 （C）块状>柱状>板状 （D）板状>块状>柱状 9、不同形式的结构体对岩体稳定性的影响程度由大到小的排列次序为（） （A）聚合型结构体>方形结构体>菱形结构体>锥形结构体 （B）锥形结构体>菱形结构体>方形结构体>聚合型结构体 （C）聚合型结构体>菱形结构体>文形结构体>锥形结构体 （D）聚合型结构体>方形结构体>锥形结构体>菱形结构体 10、岩体结构体是指由不同产状的结构面组合围限起来，将岩体分割成相对的完整坚硬的单无块体，其结构类型的划分取决于（） （A）结构面的性质（B）结构体型式 （C）岩石建造的组合（D）三者都应考虑
二、岩块和岩体的地质基础 一、解释下例名词术语 5、节理密度：反映结构面发育的密集程度，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。 10、岩体：岩体是指在地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构，赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。 11、结构体：岩体中被结构面切割围限的岩石块体。 12、岩体结构：岩体中结构面与结构体的排列组合特征。 14、岩石质量指标RQD：大于10cm的岩芯累计长度与钻孔进尺长度之比的百分数。 二、简答题 (1) 岩体中的结构面按成因有哪几种分法？分别是什么？ 答：结构面的成因类型分成两种，一是地质成因类型，根据地质成因的不同，可将结构面划分为原生结构面、构造结构面和次生结构面三类；按破裂面的力学成因可分为剪性结构面和张性结构面两类。 (2) 结构面的连续性有几种定义方法？如何定义？ 结构面的连续性反映结构面的贯通程度，常用线连续系数和面连续性系数表示。线连续性系数是指结构面迹线延伸方向单位长度内贯通部分的总和；面连续性系数是指结构面单位面积内贯通部分面积的总和。 (5) 在我国，通常将岩体结构分为哪几类？. 将岩体结构划分为5大类，即：整体状结构、块状结构、层状结构、碎裂状结构、散体状结构。 (6) 通常用哪些指标评价岩体的风化程度？ 答：岩石的风化程度可通过定性指标和某些定量指标来表述，定性指标主要有：颜色、矿物蚀变程度、破碎程度及开挖锤击技术特征等。定量指标主要有风化空隙率指标和波速指标等。国标《岩土工程勘察规范》中提出用风化岩块的纵波速度、波速比和风化系数等指标来评价岩块的风化程度。 (7) 怎样用软化系数评价岩体的软化？ 答：岩石浸水饱和后强度降低的性质称为岩石的软化性。软化性用软化系数K R表达，它定义为岩石饱和抗压强度与干抗压强度之比。当软化系数K R>0.75时，岩石的软化性弱，同时也说明岩石的抗冻性和抗风化能力强，而K R<0.75的岩石则是软化性较强和工程地质性质较差的岩石。 (8) 按岩体力学的观点，岩体具有什么样的力学特征？ 答：非均质、非连续、各向异性。 (9) 岩体的不连续性是如何表现的？ 答：岩体中存在的各种结构面，如断层，节理、劈理、层理、卸荷裂隙、风化裂隙等，使介质材料在空间的连续性中断。 (10) 为什么说岩体具有不均匀的物理力学性质？ 答：岩体物理力学性质的不均匀性由物质组成不均匀和节理发育不均匀形成。物质组成的不均匀主要是组成岩体的岩块岩性的差别，如砂页岩互层，泥岩夹灰岩等。节理发育不均匀主要是在不同地质构造部位或不同岩石类型中，节理发育差别，如褶皱核部与翼部，砂岩与页岩中等。 (11) 岩体的各向异性怎样产生的？ 答：主要是层理、节理、片理面、片麻理面等的存在，造成平行结构面方向和垂直结构面方向物理力学性质不同。 (12) 怎样确定节理粗糙度系数JRC？ 答：在实际工作中，可用结构面纵剖面仪测出所研究结构面的粗糙剖面，然后与标准剖面进行对比，即可求得结构面的粗糙系数JRC。 (13) 怎样测定节理壁抗压强度JCS？ 答：一般用回弹仪在野外测定，确定方法是：用试验测得的回弹值，查图或用公式计算，求得JCS。
1..简述岩石的强度特性和强度理论，并就岩石的强度理 论进行简要评述。 答：岩石作为一种天然工程材料的时候，它具有不均匀性、各向异性、不连续等特点，并且受水力学作用显著。在地表部分，岩石的破坏为脆性破坏，随着赋存深度的增加，其破坏向延性发展。 岩石强度理论是判断岩石试样或岩石工程在什么应力、应变条件下破坏。当然岩石的破坏与诸多因素有关，如温度、应变率、湿度、应变梯度等。但目前岩石强度理论大多只考虑应力的影响，其他因素影响研究并不深入，故未予考虑。 (1). 剪切强度准则 a.Coulomb-Navier准则 Coulomb-Navier准则认为岩石的破坏属于在正应力作用下的剪切破坏，它不仅与该剪切面上剪应力有关，而且与该面上的正应力有关。岩石并不沿着最大剪切应力作用面产生破坏，而是沿其剪切应力和正应力最不利组合的某一面产生破裂。即：? τtan σ =C +
式中?为岩石材料的内摩擦角，σ为正应力，C为岩石粘聚力。 b. Mohr破坏准则 根据实验证明：在低围压下最大主应力和最小主应力关系接近于线性关系。但随着围压的增大，与关系明显呈现非线性。为了体现这一特点，莫尔准则在压剪和三轴破坏实验的基础上确定破坏准则方程，即：()σ τf = 此方程可以具体简化为斜直线、双曲线、抛物线、摆线以及双斜直线等各种曲线形式，具体视实验结果而定。 虽然从形式上看，库仑准则和莫尔准则区别只是在于后者把直线推广到曲线，但莫尔准则把包络线扩大或延伸至拉应力区。 c. 双剪的强度准则 Mohr强度准则是典型的单剪强度准则，没有考虑第二主应力的作用。我国学者俞茂宏从正交八面体的三个主应力出发，提出了双剪强度理论和适用于岩土介质的广义双剪强度理论，并得到了双剪统一强度理论：
《岩石力学》练习题九 双击自动滚屏学院：环境工程学院课程名称：岩石力学命题人： 专业班级：学号：学生层次：第页共页 一、解释下列术语（18分，每小题3分） 1.岩石的峰值强度 2.隧道围岩应力 3.岩体结构 4.剪切破坏 5.岩石的渗透性 6. 蠕变 二、问答题（47分） 1.简述新奥法法支护的设计原理和施工方法。（8分） 2.在静水压力状态下，围岩应力的分布有何特征？（10分） 3.简述岩石力学中常用的莫尔――库仑强度理论和格里菲斯强度理论的基本假设与 适用条件？（12分） 4.体积应变曲线是怎样获得的？它在分析岩石的力学特征上有何意义？（10分） 5.解释岩石与岩体的概念，指出二者的主要区别和相互关系？（7分） 三、计算题（35分） 1. 已知某岩体的抗剪强度指标为粘结力c=2Mpa、内摩擦角υ＝30°，它的抗拉强度σt＝－1Mpa。已测出该岩体中某点的最大主应力σ1＝12MPa，最小主应力σ3＝3Mpa。试分别用莫尔――库仑强度理论和格里菲斯强度理论判断该点的岩石是否破坏。（20分） 2. 当测得一种岩石的单轴抗压强度为8Mpa。在常规三轴试验中，当围压加到4Mpa 时测得的抗压强度为16.4Mpa。求这种岩石的粘结力c和内摩擦角υ的值。（15分） 《岩石力学》练习题八 双击自动滚屏学院：环境工程学院课程名称：岩石力学命题人： 专业班级：学号：学生层次：第页共页 一、解释下列术语（18分，每小题3分） 1.残余强度 2.岩体原始应力 3.岩体结构 4.塑性破坏 5.岩石的渗透性 6. 岩石 的RQD质量指标
二、问答题（47分） 1.用应力解除法测岩体应力的基本原理是什么？（8分） 2.简述新奥法法支护的设计原理和施工方法。（10分） 3.简述岩石力学中常用的莫尔――库仑强度理论和格里菲斯强度理论的基本假设与 适用条件？（12分） 4.在实验室用岩块制成的岩石试件测出的岩石强度及变形参数一般不能直接用于工 程设计，为什么？（10分） 5.解释岩石与岩体的概念，指出二者的主要区别和相互关系？（7分） 三、计算题（35分） 1. 在岩石常规三轴试验中，已知侧压力σ3分别为5.1MPa、20.4MPa、0Mpa时，对应的破坏轴向压力分别是179.9MPa、329MPa、161Mpa，近似取包络线为直线，求岩石的c和υ值。（15分） 2. 已知某岩体的抗剪强度指标为粘结力c=2Mpa、内摩擦角υ＝30°，它的抗拉强度σt＝－1Mpa。已测出该岩体中某点的最大主应力σ1＝12MPa，最小主应力σ3＝3Mpa。试分别用莫尔――库仑强度理论和格里菲斯强度理论判断该点的岩石是否破坏。（20分） 《岩石力学》练习题七 双击自动滚屏学院：环境工程学院课程名称：岩石力学命题人： 专业班级：学号：学生层次：第页共页 一、解释下列术语（18分，每小题3分） 1.岩体结构 2.冲击地压 3.长期强度 4.岩石的RQD质量指标 5.岩石的渗透性 6.莫尔强度理论 二、问答题（47分） 1.解释岩石与岩体的概念，指出二者的主要区别和相互关系？（8分） 2.岩体中的天然应力是哪些因素引起的？（10分） 3.简述岩石力学中常用的莫尔――库仑强度理论和格里菲斯强度理论的基本假设与 适用条件？（12分） 4.简述新奥法法支护的设计原理和施工方法。（10分）
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。
岩石力学试卷（闭卷） 一、填空题（每空1分，共20分） 1、沉积岩按结构可分为（）、（），其中，可作为油气水在地下的良好储层的是（），不能储存流体，但是可作为油气藏的良好盖层的是（）。 2、为了精确描述岩石的复杂蠕变规律，许多学者定义了一些基本变形单元，它们是（）、（）、 （）。 3、在水力压裂的加压过程中，井眼的切向或垂向的有效应力可能变成拉应力，当此拉应力达到地层的（） 时，井眼发生破裂。此时的压力称为（）。当裂缝扩展到（）倍的井眼直径后停泵，并关闭液压系统，形成（），当井壁形成裂缝后，围岩被进一步连续地劈开的压力称为（）。如果围岩渗透性很好，停泵后裂缝内的压力将逐渐衰减到（）。 4、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（），而破坏前应变则随着应变率降低而（）。 5、一般可将蠕变变形分成三个阶段：第一蠕变阶段或称（）；第二蠕变阶段或称（）；第三蠕 变阶段或称（）。但蠕变并一定都出现这三个阶段。 6、如果将岩石作为弹性体看待，表征其变形性质的基本指标是()和()。 二、选择题（每题2分，共10分） 1、格里菲斯强度准则不能作为岩石的宏观破坏准则的原因是（） A、该准则不是针对岩石材料的破坏准则 B、该准则没有考虑岩石的非均质的特性 C、该准则忽略了岩石中裂隙的相互影响 2、在地下，岩石所受到的应力一般为（）。 A、拉应力 B、压应力 C、剪应力 3、一般情况下，岩石的抗拉强度（）抗压强度。 A、等于 B、小于 C、大于 4、地层坍塌压力越高，井壁越（）。 A、稳定 B、不稳定 C、无关 5、初始地应力主要包括（） A、自重应力和残余应力 B、构造应力和残余应力 C、自重应力和构造应力
岩石力学考试试题 1、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面 （B ）岩体中含有水 （C ）岩体为非均质材料 （D ）岩石的弹性模量比岩体的大 2、岩体的尺寸效应是指（ C ）。 （A ）岩体的力学参数与试件的尺寸没有什么关系 （B ）岩体的力学参数随试件的增大而增大的现象 （C ）岩体的力学参数随试件的增大而减少的现象 （D ）岩体的强度比岩石的小 3 、影响岩体质量的主要因素为（ C ）。 （A）岩石类型、埋深 （B）岩石类型、含水量、温度 （C）岩体的完整性和岩石的强度 （D）岩体的完整性、岩石强度、裂隙密度、埋深 4、我国工程岩体分级标准中岩石的坚硬程序确定是按照（A ）。 （A）岩石的饱和单轴抗压强度 （B）岩石的抗拉强度 （C）岩石的变形模量 （D）岩石的粘结力
5、下列形态的结构体中，哪一种具有较好的稳定性？（ D ）（A）锥形（B）菱形（C）楔形（D）方形 6、沉积岩中的沉积间断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 7、岩体的变形和破坏主要发生在（ C ） （A）劈理面（B）解理面（C）结构 （D）晶面 8、同一形式的结构体，其稳定性由大到小排列次序正确的是（ B ） （A）柱状>板状>块状 （B）块状>板状>柱状 （C）块状>柱状>板状 （D）板状>块状>柱状 9、不同形式的结构体对岩体稳定性的影响程度由大到小的排列次序为（ A ） （A）聚合型结构体>方形结构体>菱形结构体>锥形结构体（B）锥形结构体>菱形结构体>方形结构体>聚合型结构体（C）聚合型结构体>菱形结构体>文形结构体>锥形结构体（D）聚合型结构体>方形结构体>锥形结构体>菱形结构体10、岩体结构体是指由不同产状的结构面组合围限起来，将岩体分割成相对的完整坚硬的单无块体，其结构类型的划分取决于
2020年硕士研究生统一入学考试 矿山岩体力学 第一部分考试说明 一、考试性质 矿山岩体力学学是东北大学资源与土木工程学院采矿工程专业、矿业工程专业硕士生（采矿方向）入学考试的专业基础考试科目，考试对象为参加东北大学资源与土木工程学院采矿工程专业、矿业工程专业（采矿方向）2020年全国硕士研究生入学考试的准考考生。 二、考试形式与试卷结构 1. 答卷方式：闭卷，笔试 2. 答题时间：180分钟 3. 考试题型及比例(均为约占) 术语解释15% 简答题15% 计算题20% 分析、论述题30% 应用题20% 4. 参考书目 赵文. 《岩石力学》，中南大学出版社，2010 蔡美峰. 《岩石力学与工程》，科学出版社，2002 郑永学. 《矿山岩体力学》，冶金工业出版社，1988 Brady B.H.G., Brown E.T./佘诗刚、朱万成、赵文等译. 《地下采矿 岩石力学/Rock Mechanics for Underground Mining》，科学出版社， 2010
第二部分考查要点 一、基础知识 1．完整岩石的物理性质、力学性质、影响因素等； 2．岩体结构及岩体力学性质，结构面的力学性质、岩体质量评价；3．地应力及其测量方法； 4．岩石支护与加固 5．相似材料模型 6．岩石力学数值分析方法分类及其适用条件 二、露天矿边坡 1．露天边坡稳定性的影响因素、破坏形式； 2．稳定性分析和计算； 3．露天矿边坡的治理。 三、金属矿床地下开采 1.与地压有关的概念，围岩与支架力学模型； 2.巷道地压、竖井地压、采场地压、地压控制方法； 3.采空区处理、井巷维护原则与支护
岩石力学 一、单项选择题(每小题1分，共10分) 1、绝大多数得岩浆岩是由下列组成（） A、结晶矿物 B、非结晶矿物 C、母岩 D、岩石块体 2、下列说法正确的是（） A、等围三轴试验得实用性弱 B、地下工程是三围的，所以做三轴力学实验很重要 C、岩体强度不是岩体工程设计的重要参数 D、节理结构面不是影响岩体强度得重要因素 3、关于围岩得说法错误的是（） A、围岩愈好洞室逾稳定 B、围岩压力大小与洞室跨度成反比 C、围岩逾差压力值相应就大 D、围岩压力大小与洞室跨度成正比 4、下面关于平面滑动得一般条件错误的是（） A、滑动面的走向必须与坡面平行或接近平行 B、滑动面得倾角必须大于坡面倾角 C、滑动面的倾角必须大于该平面的摩擦角 D、岩体中必须存在对于滑动阻力很小的分离面 5、岩浆岩体产生的裂隙一般是张开的，从冷却表面向深处一般为数米到多少米？（） A、10-20m B、5-10m C、10-15m D、20-25m 6、岩体力学性质的改变对边坡稳定性的影响错误的（） A、坡体岩体风化越深，稳定坡脚越小 B、风化作用使坡体强度减小，坡体稳定性大大降低 C、坡体岩体风化越深，稳定坡脚越大 D、坡体岩体风化越深，斜坡稳定性越差 7、对片麻岩渗透系数与应力关系得试验表明当应力变化范围为5MPa时，岩体渗透系数相差---倍。（） A、20 B、70 C、100 D、50 8、世界上测定原岩应力最深测点已达（） A、2000m B、3000m C、4000m D、5000m 9、对于山岭地下工程，一般埋深超过多少米基本上都可以划分为深埋地下工程（） A、10 B、50 C、30 D、40 10、地下开挖体得变形和破坏，除于岩体内得初始应力状态和洞形有关外，主要取决。（） A、围岩的岩性 B、围岩的结构 C、围岩的岩性及结构 D、围岩的大小
岩石力学试卷（闭卷） 、填空题（每空1分，共20 分） 1、沉积岩按结构可分为（）、（），其中，可作为油气水在地下的良好储层的是（），不能储存流体，但是可作为油气藏的良好盖层的是（）。 2 、为了精确描述岩石的复杂蠕变规律，许多学者定义了一些基本变形单元，它们是（）、（）、（）。 3、在水力压裂的加压过程中，井眼的切向或垂向的有效应力可能变成拉应力，当此拉应力达到地层的（）时，井眼发生破裂。此时的压力称为（）。当裂缝扩展到（）倍的井眼直径后停泵，并关闭液压系 统，形成（），当井壁形成裂缝后，围岩被进一步连续地劈开的压力称为（ 、选择题（每题2分，共10 分） 1、格里菲斯强度准则不能作为岩石的宏观破坏准则的原因是（ A 、该准则不是针对岩石材料的破坏准则 B、该准则没有考虑岩石的非均质的特性 C、该准则忽略了岩石中裂隙的相互影响 2、在地下，岩石所受到的应力一般为（）。 A、拉应力 B、压应力 C、剪应力 3、一般情况下，岩石的抗拉强度（）抗压强度。 A、等于 B、小于 C、大于 4、地层坍塌压力越高，井壁越（）。 A、稳定 B、不稳定 C、无关 5、初始地应力主要包括（） A 、自重应力和残余应力 B 、构造应力和残余应力 C、自重应力和构造应力 三、判断改错题（每题2分，共10 分） 1、岩石中的孔隙和裂隙越多，岩石的力学性质越好。）。如果围岩渗透性 很好，停泵后裂缝内的压力将逐渐衰减到（）。 4、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），而破坏前应变则随着应变率降低而（）。 5、一般可将蠕变变形分成三个阶段：第一蠕变阶段或称（ 变阶段或称（）。但蠕变并一定都出现这三个阶段。 ）；第二蠕变阶段或称（）；第三蠕6、如果将岩石作为弹性体看待，表征其变形性质的基本指标是（）和（）。
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
20～20学年第学期级专业试题 学号：姓名： ……………………………………密…………封……………线………………………………… 一二三四五六七八九总分 一、简答题：（30分） 1、岩石的常用物理指标有哪些？它们与岩石的强度之间大致有什么关系？（5分） 2、现场测定岩体变形指标的试验方法有哪些？（5分） 3、简述水对岩石强度的影响。（5分） 4、影响岩石应力-应变曲线主要因素有哪些？是如何影响的？（5分） 5、什么是岩体初始应力场？岩体内产生应力的原因有哪些？（5分） 第1页共6 页
20～20学年第学期级专业试题 学号：姓名： ……………………………………密…………封……………线………………………………… 6、何谓喷锚支护，它与传统的老式支护有何区别？（5分） 二、作图题（5分） 什么是岩石的蠕变？试作图说明岩石流变三阶段的特点： 三、填空题: （0.5/空）(共20分) 1、岩石力学是研究岩石的，是探讨岩石对 。岩石力学研究的主要领域可概括为、、。研究方法主要有、、、。 2、岩石的破坏形式：、、。 3、影响岩石抗压强度的主要因素一般有：、和、、 、、、、、等。 4、格里菲斯理论把岩石看作为有材料，岩石之所以破坏是由于在 引起细小裂隙的发生发展所致。修正的格里菲斯理论则认为岩石破坏除拉 第2页共6 页20～20学年第学期级专业试题
应力集中所致外，还可以是引起裂隙沿裂隙长轴方向发生 。 5、已知材料的弹性模量E 和泊松比μ，用它们来表示G:λ：、 K:。 6、在1=o k 的四周等压地应力场rH v h ==σσ作用下，围岩中的径向应力r σ都岩体中的初始应力；切向应力θσ则岩体中的初始应力，在洞壁上达最大值。由理论上可以证明，开挖洞室的影响范围是。 7、岩压力是由于洞室开挖后岩体和而形成的。由于岩体而对支护或衬砌的压力，称为“变形压力”；将由于岩体而而对支护或衬砌的压力，称为“松动压力”。 8、按压力拱理论分析，在可形成压力拱的洞室内，压力拱的高度是 ，洞室顶部的最大垂直压力在拱轴线上大小为，洞室任何其它点的垂直山岩压力等于。 四、选择题：（2/题）（共10分） 1、岩石与岩体的关系是（ ）。 （A ）岩石就是岩体 （ ）（B ）岩体是由岩石和结构面组成的 （ ） （C ）岩体代表的范围大于岩石 （ ） （D ）岩石是岩体的主要组成部分 （ ） 2、a.)(42 y xy Rt Rt στ+=（ ） b.)(42 y xy Rc Rt στ+=（ ） c.)(42 x xy Rt Rt στ+= （ ） d.)(42 x xy Rc Rt στ+= （ ） 3、岩质边坡的圆弧滑动破坏，一般发生在（ ）。 （A ）不均匀岩体 （B ）薄层脆性岩体 （C ）厚层泥质岩体 （D ）多层异性岩体 4、计算岩基极限承载力的公式中，承载力系数主要取决于下列哪一个指标？ （ ） （A ） （B ）C （C ） （D ）E 5、下列关于岩石初始应力的描述中，哪个是正确的？（ ）。 （A ）垂直应力一定大于水平应力； （B ）构造应力以水平应力为主； （C ）自重应力以压应力为主 ； （D ）自重应力和构造应力分布范围基本一致； 第 3页 共 6 页 20～20学年 第学期 级专业 试题 学号： 姓名： ……………………………………密…………封……………线………………………………… 五、计算题：（35分）
岩体：是指在地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。 结构面：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界面或带。 结构面的成因类型：（一）地质成因类型：1、原生结构面 2、构造结构面 3、次生结构面； （二）力学成因类型：1、张性结构面 2、剪性结构面 岩石的吸水性指标： 1、 吸水率：是指岩石试件在大气压力和室温条件下自由吸入水的质量m w1与岩样干质量 m s 之比。 2、 饱和吸水率：是指岩石试件在高压（一般压力为15MP ）或真空条件下吸入水的质量m w2 与岩样干质量m s 之比。 3、 饱水系数：岩石的吸水率Wa 与饱和吸水率Wp 之比。 岩石的软化性指标： 软化系数（K R ）：岩石试件的饱和抗压强度与干抗压强度的比值。 软化系数是评价岩石力学性质的重要指标。 当软化系数K R ＞0.75时，软化性弱，抗冻性和抗风化能力强；当软化系数K R ＜0.75时，软化性较强，工程地质性质差。 岩石的抗冻性指标： 1、 抗冻系数（Rd ）：是指岩石试件经反复冻融后的干抗压强度与冻融前干抗压强度之比。 2、 质量损失率（Km ）：是指冻融试验前、后干质量只差（m s2-m s1）与试验前干质量m s1之 比。 岩石单轴抗压强度，实验方法：（1）抗压实验——完整 （2）点荷载实验——分散 岩石的三轴压缩强度 单轴抗拉强度：岩块试件在单向拉伸时能承受的最大拉应力。 岩石单轴抗拉强度的确定：岩块的抗拉强度是通过室内试验测定的，其方法包括直接拉伸法和间接法两种。在间接法中，又有劈裂法、抗弯法及点载荷法等。其中以劈裂法和点载荷法最常用。 剪切强度： 1、 抗剪断强度：是指试件在一定的法向应力作用下，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。 2、 抗切强度：是指试件上的法向应力为零时，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。 3、 摩擦强度：是指试件在一定的法向应力作用下，沿已有破裂面（层面、节理等）再次剪 切破坏是的最大剪应力。 结构面的变形与强度性质： 1、 法向刚度：在法向应力作用下，结构面产生单位法向变形所需要的应力，数值上等于σn -V ｊ曲线上一点的切线斜率。是反映结构面法向变形性质的重要参数。 2、 剪切刚度：是反映结构面剪切变形性质的重要参数，其数值等于峰值前τ-?u 曲线上任 一点的切线斜率。 3、 ① ② ) 2/45()2/45(2sin 1sin 122φσσφφφσ+=+=-+=o c t o c tg Ctg C )tan(i b +=φστC +=φστtan
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￡*
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。 [ ]
主要内容：岩石力学是研究岩石的力学性状的一门理 论和应用学科，它是力学的一个分支，是探讨岩石对 其周围物理环境中立场的反应。岩石力学是一门 认识和控制岩石系统的力学行为和工程功能的学科。 岩石力学是一门关于岩石的力学效应和工程岩体的 力学行为规律的学科。 地应力：是存在于地层中的未受工程扰动的天然应 力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。它是 引起各种地下或露天岩石开挖工程变形和破坏的根 本作用力。决定洞室布置的决定性因素之一，稳定性 分析的重要参数。重力作用和构造运动是引起地应力 的主要原因。 地应力的成因：大陆板块边界受压\地幔热对流\板块 边界受压\岩浆侵入\岩体自重应力场 地应力测量基本原理：测量原始地应力就是确定存在 于拟开挖岩体及其周围区域的未受扰动的三维应力 状态，这种测量通常是通过一点一点的量测来完成 的。岩体中一点的三维应力状态可由选定坐标系中的 六个分量σx ，σy ，σz ，τxy ,τyz ,τxz 来表示。直接测量法：由测量仪器直接测量和记录各种应力 量，并由这些应力量和原岩应力的相互关系，通过计 算获得原岩应力值。间接测量法：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 间接物理量的变化，然后由测得的间接物理量的变 化，通过已知的公式计算岩体中的应力值。 应力解除法原理：当需要测定岩体中某点的应力状态 时，人为的将该处岩体单元和周围的岩体分离，此时， 岩体单元上所受的拉力将被解除。同时，该单元体的 几何尺寸也将产生弹性恢复。应用一定的仪器，测定 弹性恢复的应变值或变形值，并且认为岩体时连续、 均质和各向同性的弹性体，于是就可以借助弹性理论 的解答计算岩体单元所受的应力状态。 步骤:(1)在测试地点打大孔(2)从大孔底打同心小孔 (3)在小孔中央位置安装测量探头(4)用薄壁钻头延伸大孔，使小孔周围岩芯实现应力解除（5）将岩芯与探头一并取回，进行围压率定和温度标定试验。（6）数据修正和处理，计算地应力值 直接测量法(水压致裂法)：原理：水压致裂系统将钻 孔某段封隔起来，并向该段钻孔注入高压水，当水压 超过3σ2-σ1和岩石抗拉强度T之和后，在θ＝0o处，也即所在方位将发生孔壁开裂。设钻孔壁发生初始开裂时的水压为P i，则有P i=3σ2-σ1+T 如果继续向封隔段注入高压水，使裂隙进一步扩展， 当裂隙深度达到3倍钻孔直径时，此处已接近原岩应 力状态，停止加压，保持压力恒定，将该恒定压力记 为P s,P s应和原岩应力σ2相平衡，即P s2=σ2 在钻孔中存在裂隙水的情况下，如封隔段处的裂隙 水压力为P0,则Pi=3σ2-σ1+T-P0 在初始裂隙产生后，将水压卸除，使裂隙闭合， 然后再重新向封隔段加压，使裂隙重新打开，记裂隙 重开时的压力为P r，则有P r=3σ2-σ1- P0 由以上两式求σ1和σ2就无须知道岩石的抗拉 强度。因此，由水压致裂法测量原岩应力将不涉及岩 石的物理力学性质，而完全由测量和记录的压力值来 决定。 步骤：1）打钻孔到准备测量应力的部位，井将钻孔 中待加压段用封隔器密封起来，钻孔直径与所选用的 封隔器的直径相一致。封隔器一般是充压膨胀式的， 充压可用液体，也可用气体。2）向二个封隔器的隔 离段注射高压水，不断加大水压，直至孔壁出现开裂， 获得初始开裂压力；然后继续施加水压以扩张裂隙， 当裂隙扩张至3倍直径深度时，关闭高水压系统，保 持水压恒定，此时的应力称为关闭压力，记为；最后 卸压，使裂隙闭合。在整个加压过程中，同时记录压 力-时间曲线图和流量-时间曲线图，确定P i，P s值。 3）重新向密封段注射高压水，使裂隙重新打开并记下裂隙重开时的压力P r和随后的恒定关闭压力P s。这种卸压-重新加压的过程重复2—3次，以提高测试数据的准确性。P r和P s同样由压力-时间曲线和流量-时间曲线确定。4）将封隔器完全卸压，连同加压管等全部设备从钻孔中取出。5）测量水压致裂裂隙和钻孔试验段天然节理、裂隙的位置、方向和大小，测量可以采用井下摄影机、井下电视、井下光学望远镜或印模器。 岩石的孔隙性：天然岩石包含着数量不等，成因各异 的孔隙和裂隙，是岩石的重要结构特征之一，统称为 岩石的孔隙性。用孔隙率n表示 水理性：岩石与水相护作用时所表现的性质称为岩石 的水理性。包含岩石的吸水性，透水性，软化性和抗 冻性。 软化性：岩石浸水后强度降低的性能称为岩石的软化 性，岩石的软化性常用软化系数来表示。软化系数是 岩样保水状态的抗压强度与自然风干状态抗压强度 的比值，用小数表示，ηc=σcw/σ c η（η≤1）越小，表示岩石受水的影响越大。 岩石的抗冻性：岩石抵抗冻（胀）融破坏的性能，通 常用抗冻系数表示。岩的抗冻系数是指岩样在±25℃ 的温度区间内，反复降温、冻结、升温、融解，其抗 压强度有所下降，岩样抗压强度的下降值与冻融前的 抗压强度之比：c f=(σc-σcf)/σ c c f 越大，抗冻性越差。 岩石的强度：岩石在各种荷载作用下达到破坏时所能 承受的最大应力称为岩石的强度。如在单轴压缩荷载 作用下能承受的最大压应力称为单轴抗压强度。进行 岩石强度试验所选用的试件必须是完整岩块，而不应 包含节理裂隙。 影响因素：试件尺寸、试件形状、试件三维尺寸比例、 加载速率、湿度。 岩体的强度：岩体的强度是指岩体抵抗外力破坏的能 力。它有抗压强度、抗拉强度和抗剪强度之分。 水对岩石强度的影响： 结合水：产生三种作用：连结作用、润滑作用、水楔 作用。 连结作用：将矿物颗粒拉近、接紧，起连结作用。 润滑作用：可溶盐溶解，胶体水解，使原有的连结变 成水胶连结，导致矿物颗粒间连结力减弱，摩擦力减 低，水起到润滑剂的作用。 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着力将水分子 拉到自己周围，在两个颗粒接触处由于吸着力作用使 水分子向两个矿物颗粒之间的缝隙内挤入。 孔隙压力作用：孔隙压力，减小了颗粒之间的压应力， 从而降低了岩石的抗剪强度，使岩石的微裂隙端部处 于受拉状态从而破坏岩石的连结。 溶蚀－潜蚀作用：岩石中渗透水在其流动过程中可将 岩石中可溶物质溶解带走，有时将岩石中小颗粒冲走，使岩石强度大为降低，变形加大。 除了上述五种作用外，水在冻融时的胀缩作用对岩石 力学强度破坏很大 岩石强度理论：是研究岩石在各种应力状态下的强度 准则的理论，强度准则又称破坏判据，它表征岩石在 极限应力状态下(破坏条件)的应力状态和岩石强度 参数之间的关系。 库仑准则：观点：①岩石破坏为剪切破坏；②岩石抗 能力由两部分组成（内聚力、内摩擦力）。③强度准 则形式－直线型：τ=C+σtanφ应用：①判断岩 石在某一应力状态下是否破坏（用应力圆）。②预测 破坏面的方向③进行岩石强度计算。评价：①是最 简单的强度准则，是莫尔强度理论的一个特例。②不 仅适用于岩石压剪破坏，也适用于结构面压剪破坏。 ③不适用于受拉破坏。 莫尔强度理论的评价： 优点：①适用于塑性岩石，也适用于脆性岩石的剪切 破坏；②较好解释了岩石抗拉强度远远低于抗压强 度特征；③解释了三向等拉时破坏，三向等压时不破 坏现象；④简单、方便:同时考虑拉、压、剪,可判断 破坏方向. 不足：①忽视了σ2 的作用，误差：±10％； ②没有考虑结构面的影响；③不适用于拉断破坏； ④不适用于膨胀、蠕变破坏。 格里菲斯强度理论 基本假设（观点）：①物体内随机分布许多裂隙；② 所有裂隙都张开、贯通、独立；③裂隙断面呈扁平椭 圆状态；④在任何应力状态下，裂隙尖端产生拉应力 集中，导致裂隙沿某个有利方向进一步扩展。⑤ 最终在本质上都是拉应力引起岩石破坏。 优点：①岩石抗压强度为抗拉强度的8倍，反映了岩 石的真实情况；②证明了岩石在任何应力状态下都是 由于拉伸引起破坏；③指出微裂隙延展方向最终与最 大主应力方向一致。不足：①仅适用于脆性岩石， 对一般岩石莫尔强度准则适用性远大于Griffith准 则。②对裂隙被压闭合，抗剪强度增高解释不够。③ Griffith准则是岩石微裂隙扩展的条件，并非宏观破 坏。 流变：指材料的应力-应变关系与时间因素有关的性 质，材料变形过程中具有时间效应的现象，称为流变 现象。岩石的变形不仅表现出弹性和塑形，而且也具 有流变性质，岩石的流变包括蠕变、松弛、弹性后效。 蠕变是当应力不变，应变随时间增加而增长的现象。 蠕变三水平，蠕变三阶段（减速、等速、加速）不 稳定蠕变稳定蠕变松弛是当应变不变，应力随 时间增加而减小的现象。弹性后效是加载或卸载 时，弹性应变滞后于应力的现象。锚杆的作 用力 锚杆支护是通过布置在岩体内的锚杆及其辅助构件 所提供的各种作用力，使岩体中的应力状态得到一定 改善，并使岩体的变形模量及强度指标得到一定的提 高，从而对岩体变形及破坏产生一定的控制，最终达 到加固、支护的效果。概括起来，锚杆及其辅助构件 对岩体的作用力包括锚杆的轴向作用力、锚杆的横 （或斜）向作用力以及锚杆尾部辅助构件（如托盘、 刚梁、锚网等）对岩体施加的托锚力等。 锚杆的轴向作用力 轴向作用力是指锚杆作用于岩体的平行于杆体 长度方向的作用力，是锚杆最主要的作用力，它是锚 杆与岩体有机结合的保证，也是产生托锚力的必要条 件。轴向作用力情况主要可由锚杆的轴向正应力（锚 杆横截面上的正应力）或轴力（锚杆横截面上轴向应 力的合力）和粘锚力（锚杆与围岩接触面上的剪切作 用力）来反映。数值模拟研究结果表明，锚杆与围岩 性能的相对差异程度、锚固体所处的应力场特征、锚 固方式以及锚固长度等不相同时，轴向作用力的产生 机理、作用力大小及其分布特征等也不尽相同。 通常，锚杆的轴向变形模量大于岩体的轴向变形 模量，而锚杆的泊松比小于岩体的横向变形模量，由 此导致在同一应力场作用下两者变形量大小及相对 位移大小的差异，锚杆的轴向作用力即因此而产生。 通常，锚杆的作用效果就是对岩体在应力场作用下所 发生的变形产生约束，即当岩体产生拉伸变形时锚杆 给其以挤压作用，当岩体产生压缩变形时锚杆给其以 拉伸作用。轴向作用力的产生方式因锚固方式的不同 而有所差异：机械式锚固时，轴向作用力主要靠锚杆 与岩体间的摩擦作用产生；粘结式锚固时，轴向作用 力靠由锚固剂所形成的锚杆与围岩间的粘结及摩擦 作用而产生。 锚杆的横向作用力 锚杆的横向作用力指锚杆因对围岩沿锚杆轴向 以外的任意方向发生剪切变形及围岩间相对位移的 约束作用而在横截面及斜截面上所产生的剪应力以 及在粘结面（锚杆表面）上所产生的法向应力。这种 约束作用主要包括阻止围岩沿弱面滑移、阻止围岩中 产生新的剪切破坏面以及阻止围岩中的块体产生相 对回转等作用。 通常，在一定应力场的作用下岩体中会产生以下 类型的横向位移或位移趋势：1）各部分间会沿弱面 发生相对错动；2）沿特定方向产生新的剪切破坏面 并沿此破坏面发生错动；3）碎块状岩体发生转动。 安装锚杆后这些横向位移将受到锚杆的约束，锚杆中 的横向作用力也由此而产生。横向作用力产生的条件 可概括为三个：①锚固范围内的围岩产生一定量的横 向（斜向）剪切变形甚至相对错动。②锚杆与围岩紧 密接触，以使锚杆与岩体之间具备良好的传力性能。 ③锚杆要具有一定的抗剪切强度及刚度，以使锚杆对 岩体的横向变形产生较强的灵敏性和控制作用。 锚杆的托锚力 托锚力是指锚杆辅助构件（托盘、刚梁、锚网等） 给围岩表面施加的挤压作用力。托锚力的大小等于锚 尾处锚杆的轴力，因此，其影响因素与锚杆轴力分布 特征的影响因素基本相同，主要包括锚杆与围岩的性 质差异、锚固方式、锚固后围岩应力场的改变等，同 时还与预应力大小以及锚杆辅助构件的配置及其性 能等因素有关。通常，在锚杆最大轴力相等的条件下， 端锚时的托锚力大于全长锚固时的托锚力。 锚杆对岩土体作用的力学本质 在不同岩、土体条件下锚杆表现出不同的作用机 理，如对层状岩体的组合作用、对松碎岩、土层的挤 压作用、对节理岩体的楔固作用以及对软弱危石的悬 吊作用等。尽管锚杆的作用机理因岩、土体条件的不 同而有所差异，但是，其作用本质可归结为改善被锚 岩、土体的应力状态，提高其强度指标，形成具有较 高强度指标及较强变形适应性的锚固体。因此，锚杆 的作用效果很大程度上可由锚固体力学性质指标的 改变情况来衡量。 迄今为止，国内外关于锚杆作用可提高岩、土体强度 的观点已趋于一致，但对其途径及机理的认识还有待 商榷。 锚杆支护作用原理悬吊理论 悬吊理论认为:锚杆支护的作用就是将硐室较软弱 岩层悬吊在上部稳定岩层上，以增强较软弱岩层的 稳定性。硐室开挖以后，由于应力状态的改变，围 岩中一定区域内的松软岩层可能发生松动和破裂现 象，或由于被弱面切割的岩块因失去约束而成为关 键块体，即出现危石，此时锚杆的作用就是利用其 抗拉能力将松软岩层或危石悬吊于上部稳定岩层之 上。 悬吊理论直观的揭示了锚杆的悬吊作用，在分析过 程中不考虑围岩的自承能力，而且将被锚固体与原岩 体分开，与实际情况存在一定差距。如果顶板中没有 坚硬稳定岩层或顶板软弱岩层较厚，围岩破碎区范围 较大，无法将锚杆锚固到上面坚硬岩层或者未松动岩 层，悬吊理论就不适应。 组合梁理论 组合梁理论认为：顶板锚杆的作用，一方面体现 在锚杆的锚固力增加了各岩层间的接触压力，避免各 岩层间出现离层现象；另一方面增加了岩层间的抗剪 刚度，阻止岩层间的水平错动，从而将作用范围内的 几个岩层锚固成一个较厚的组合岩梁。这种组合岩梁 在上覆岩层载荷的作用下，其最大弯曲应变和应力大 大减小，挠度也显著减小，且组合梁越厚，梁内的最 大应力、应变和梁的挠度也就越小 组合梁理论适用于顶板由多层小厚度连续性岩 层组成的巷道，其原理是通过锚杆的轴向作用力将顶 板各分层夹紧，以增强各分层间的摩擦作用，并借助 锚杆自身的横向承载能力提高顶板各分层间的抗剪 切强度以及层间粘结程度，使各分层在弯矩作用下发 生整体弯曲变形，呈现出组合梁的弯曲变形特征，从 而提高顶板的抗弯刚度及强度。组合梁理论很好的解 释了层状岩体锚杆的支护作用，但在分析中，将锚杆 作用与围岩的自稳作用分开，与实际情况有一定差 距。并且，随着围岩条件的变化，在顶板较破碎、连 续性受到破坏时，组合梁也就不存在了。 组合拱理论 研究表明，在弹性体上安装具有预应力的锚杆，能形 成以锚头和紧固端为顶点的锥形体压缩区。它不仅能 保持自身的稳定，而且能承受地压，阻止围岩的松动 和变形，这就是挤压加固拱。其原理是通过锚杆的轴 向作用力在围岩中形成拱形压缩带，即通过锚杆的轴 向作用力将围岩中一定范围岩体的应力状态由单向 （或双向）受压转变为三向受压，从而提高其环向抗 压强度指标，使该压缩带既可承受其自身重量，又可 承受一定的外部载荷。 锚杆一方面在锥形体压缩区内产生压应力，增加 节理裂隙面或岩块间的摩擦阻力，防止岩块的转动和 滑移，亦即增大了岩体的粘结力，提高了破碎岩体的 强度；另一方面，锚杆产生的压应力，改善了围岩应 力状态，使压缩带内的岩石处于三向受力状态，从而 使岩体强度得到提高，这就是挤压加固拱的力学特 征。 组合拱理论在一定程度上揭示了锚杆支护的作 用机理，但在分析过程中没有深入考虑围岩—支护的 相互作用，只是将各支护结构的最大支护力简单相 加，从而得到复合支护结构总的最大支护力，缺乏对 被加固岩体本身力学行为的进一步探讨，计算也与实 际情况存在一定差距，一般不能作为准确的定量设 计，但可作为锚杆设计和施工的重要参考。 围岩与支架的共同作用： 支架所受的压力及变形，来自于围岩在自身平衡过程 中的变形或破裂，而导致的对支架的作用。因此，围 岩性态及其变化状态对支护的作用有重要影响。另一 方面，支护以自己的刚度和强度抑制岩体变形和破裂 的进一步发展，而这一过程同样也影响支护自身的受 力。于是，围岩与支护形成一种共同体；共同体两方 面的耦合作用即称为围岩-支架共同作用 喷射混凝土支护原理及其作用 喷射混凝土支护是以压缩空气为动力，用喷枪将细骨 料混凝土以喷射的方法覆盖到需要维护的岩面上，凝 结硬化后形成混凝土层结构的支护方式，它除了起一 定的支护作用外，还有及时封闭岩面，隔绝水、湿气 和风化对岩体的不利作用，防止岩体强度降低。其作 用主要表现在以下四个方面：1）加固与防止风化作 用2）改善围岩应力状态作用3）柔性支护结构作用 4）保持围岩的整体结构与锚杆联合使用时，主 要是用于避免锚头部位锚杆间土体的风化和松脱，可 以起到加强锚杆锚固的作用。 狭义地压：指围岩作用在支架上的压力 广义地压：巷道顶板、底板或两侧的移近，收敛,底 鼓，围岩的微观或宏观破裂，岩层移动，片帮冒顶、 支架破坏，采场垮塌等 全应力－应变曲线的特征：①孔隙裂隙压密阶段 （OA段）：即试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐 闭合，岩石被压密，形成早期的非线性变形，σ－ε 曲线呈上凹型。在此阶段试件横向膨胀较小，试件体 积随载荷增大而减小。本阶段变形对裂隙化岩石来说 较明显，而对坚硬少裂隙的岩石则不明显，甚至不显 现。②弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段（AC 段〕：该阶段的应力—应变曲线成近似直线型。其中， AB段为弹性变形阶段，BC段为微破裂稳定发展阶段。 ③非稳定破裂发展阶段，或称累进性破裂阶段（CD 段）：C点是岩石从弹性变为塑性的转折点，称为屈 服点。破裂不断发展，直至试件完全破坏。试件由体 积压缩转为扩容，轴向应变和体积应变速率迅速增 大。④破裂后阶段（D点以后段）：岩块承载力达到 峰值强度后，其内部结构遭到破坏，但试件基本保持 整体状。到本阶段，裂隙快速发展，形成宏观断裂面。 此后，岩块变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑 移，试件承载力随变形增大迅速下降，并降到零。 岩体稳定性：是指处于一定时空条件的岩体在各种力 系的作用下可能保持其力学平衡状态的程度，同时包 含了人工施筑的结构物的稳定，以及围岩自身的稳 定。两者往往是共存的。 影响因素：1岩体内的应力及其强度是决定围岩稳定 的首要因素，当岩体应力超过强度而设置支护时，支 护应力与支护强度便成了岩石工程稳定的决定性因 素。2空间特征（水文地质条件）地下水状态影响 岩石的力学性质，主要软弱结构面产状的组合关系影 响工程轴线或走向线的方位，若某一陡倾角结构面， 走向近乎平行工程轴线方位，对地下工程稳定很不 利；结构面的发育程度、规模大小、组合形式等是决 定结构体的形状、方位、大小，控制岩体稳定性的重