岩石力学习题 刘佑荣
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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。
练习题一、名词解释:1、各向异性:岩石的全部或部分物理、力学性质随方向不同而表现出差异的性质。
2、软化系数:饱水岩样抗压强度与自然风干岩样抗压强度的比值。
3、初始碎胀系数:破碎后样自然堆积体积与原体积之比。
4、岩体裂隙度K:取样线上单位长度上的节理数。
5、本构方程:描述岩石应力与应变及其与应力速率、应变速率之间关系的方程(物理方程)。
6、平面应力问题:某一方向应力为0。
(受力体在几何上为等厚薄板,如薄板梁、砂轮等)1.平面应变问题:受力体呈等截面柱体,受力后仅两个方向有应变,此类问题在弹性力学中称为平面应变问题。
2.给定载荷:巷道围岩相对孤立,支架仅承受孤立围岩的载荷。
3.长时强度:作用时间为无限大时的强度(最低值)。
4.扩容现象:岩石破坏前,因微裂隙产生及内部小块体相对滑移,导致体积扩大的现象5.支承压力:回采空间周围煤岩体内应力增高区的切向应力。
1.平面应力问题:受力体呈等厚薄板状,所受应力为平面应力,在弹性力学中称为平面应力问题。
2.给定变形:围岩与母体岩层存在力学联系,支架承受围岩变形而产生的压力,这种工作方式称为给定变形。
3.准岩体强度:考虑裂隙发育程度,经过修正后的岩石强度称为准岩体强度。
4.剪胀现象:岩石受力破坏后,内部断裂岩块之间相互错动增加内部空间在宏观上表现体积增大现象。
5.滞环:岩石属滞弹性体,加卸载曲线围成的环状图形,其面积大小表示因内摩擦等原因消耗的能量。
1、岩石的视密度:单位体积岩石(包括空隙)的质量。
2、扩容现象:岩石破坏前,因微裂隙产生及内部小块体相对滑移,导致体积扩大的现象。
3、岩体切割度Xe:岩体被裂隙割裂分离的程度:4、弹性后效:停止加、卸载,应变需经一段时间达到应有值的现象。
5、粘弹性:岩石在发生的弹性变形具有滞后性,变形可缓慢恢复。
6、软岩(地质定义):单轴抗压强度小于25MPa的松散、破碎、软弱及风化膨胀类岩石。
1.砂土液化:饱水砂土在地震、动力荷载或其它物理作用下,受到强烈振动而丧失抗剪强度,使砂粒处于悬浮状态,致使地基失效的作用或现象。
(完整版)岩石力学考试试题含答案一、选择题(每题2分,共20分)1. 岩石力学是研究岩石的()A. 物理性质B. 化学性质C. 力学性质D. 热学性质答案:C2. 以下哪种岩石属于沉积岩?()A. 花岗岩B. 片麻岩C. 砂岩D. 大理石答案:C3. 岩石的三轴抗压试验中,以下哪个方向的抗压试验结果最高?()A. 沿着岩石层理方向B. 垂直于岩石层理方向C. 沿着岩石节理方向D. 与岩石层理和节理无关答案:B4. 以下哪个因素对岩石的力学性质影响最大?()A. 岩石类型B. 岩石结构C. 岩石成分D. 岩石的水分含量答案:A5. 岩石力学中的强度准则,以下哪个是正确的?()A. 最大拉应力准则B. 最大拉应变准则C. 最大剪应力准则D. 最大正应力和最大剪应力的组合准则答案:D二、填空题(每题2分,共20分)6. 岩石力学中的三个基本假设分别是:连续性假设、各向同性假设和______假设。
答案:线性假设7. 岩石的三轴抗压试验中,当围压较小时,岩石的破裂形式主要是______。
答案:拉伸破坏8. 岩石力学中的弹性模量是描述岩石在______条件下变形能力的参数。
答案:弹性9. 岩石力学中的泊松比是描述岩石在______条件下横向应变与纵向应变之比的参数。
答案:轴向拉伸10. 岩石力学中的抗剪强度是描述岩石在______条件下抵抗剪切破坏的能力。
答案:剪切三、判断题(每题2分,共20分)11. 岩石的力学性质与岩石的成分和结构无关。
()答案:错误12. 岩石的抗压强度大于抗拉强度。
()答案:正确13. 岩石的泊松比越大,说明岩石的横向变形能力越强。
()答案:正确14. 岩石的三轴抗压试验中,围压越大,岩石的抗压强度越低。
()答案:错误15. 岩石的力学性质只受岩石本身的影响,与外部环境无关。
()答案:错误四、简答题(每题10分,共30分)16. 简述岩石力学中的摩尔-库仑准则。
答案:摩尔-库仑准则是一个描述岩石在剪切破坏条件下的强度准则。
岩石力学习题岩石力学习题第一章绪论1.1 解释岩石与岩体的概念,指出二者的主要区别与联系。
1.2 岩体的力学特征是什么?1.3 自然界中的岩石按地质成因分类可分为几大类,各有什么特点?1.4 简述岩石力学的研究任务与研究内容。
1.5 岩石力学的研究方法有哪些?第二章岩石的物理力学性质2.1 名词解释:孔隙比、孔隙率、吸水率、渗透性、抗冻性、扩容、蠕变、松弛、弹性后效、长期强度、岩石的三向抗压强度2.2 岩石的结构和构造有何区别?岩石颗粒间的联结有哪几种?2.3 岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么?2.4 已知岩样的容重γ=22.5kN/m 3,比重80.2=s G ,天然含水量%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。
2.5 影响岩石强度的主要试验因素有哪些?2.6 岩石破坏有哪些形式?对各种破坏的原因作出解释。
2.7 什么是岩石的全应力-应变曲线?什么是刚性试验机?为什么普通材料试验机不能得出岩石的全应力-应变曲线?2.8 什么是岩石的弹性模量、变形模量和卸载模量?2.9 在三轴压力试验中岩石的力学性质会发生哪些变化?2.10 岩石的抗剪强度与剪切面上正应力有何关系?2.11 简要叙述库仑、莫尔和格里菲斯岩石强度准则的基本原理及其之间的关系。
2.12 简述岩石在单轴压力试验下的变形特征。
2.13 简述岩石在反复加卸载下的变形特征。
2.14 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?2.15 什么叫岩石的流变、蠕变、松弛?2.16 岩石蠕变一般包括哪几个阶段?各阶段有何特点?2.17 不同受力条件下岩石流变具有哪些特征?2.18 简要叙述常见的几种岩石流变模型及其特点。
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?2.20 请根据τσ-坐标下的库仑准则,推导由主应力、岩石破断角和岩石单轴抗压强度给出的在13σσ-坐标系中的库仑准则表达式c σθσσ+=231tan ,式中φφσsin 1cos 2-=c c 。
岩体力学习题1、何谓岩体力学谈谈你对岩体力学的认识和看法。
答:岩体力学(rock mass mechanics)是力学的一个分支学科,是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学,是一门应用型基础学科。
岩体力学的应用范围涉及广泛,如水利水电工程、采矿工程、道路交通工程、国防工程、海洋工程、核电站等。
岩体力学的发展与人类工程实践分不开,而今,由于矿产资源勘探开采、能源开发及地球动力学研究等的需要,工程规模越来越大,涉及的岩体力学问题越来越复杂,这对岩体力学提出了更高的要求。
2、何谓岩块、岩体试比较岩块与岩体,岩体与土有何异同点答:岩块(rock 或rock block)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。
岩体(rockmass)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,是岩体类型研究的对象。
岩块与岩体的异同点:岩块和岩体均为岩石物质和岩石材料。
然而,岩体与岩块在性质上有本质的区别,其根本原因之一是岩体中存在有各种各样的结构面及不同于自重应力的天然应力场和地下水。
相对岩块而言,岩体的各向异性和不连续性更为显著,研究中通常把岩块近似地视为均质、各向同性的连续介质。
岩体与土的异同点:岩石和土一样,是由固体、液体和气体三相组成的。
岩石是有较多缺陷的多晶材料,具有相对较多的孔隙。
同时,由于岩石经受过多种地质作用,还发育有各种成因的裂隙,如原生裂隙、风化裂隙及构造裂隙等。
所以,岩石的空隙性比土复杂得多,即除了孔隙外,还有裂隙存在。
另外,岩石中的空隙有些部分往往是互不连通的,而且与大气也不相通。
!3、何谓岩体分类RMR分类和Q分类各自用哪些指标表示怎样求得答:岩体分类(rock mass classification)是通过岩体的一些简单和容易实测的指标,将工程地质条件和岩体参数联系起来,并借鉴已建工程设计、施工和处理等方面成功与失败的经验教训,对岩体进行归类的一种工作方法。
练习题一、名词解释:1、各向异性:岩石的全部或部分物理、力学性质随方向不同而表现出差异的性质。
2、软化系数:饱水岩样抗压强度与自然风干岩样抗压强度的比值。
3、初始碎胀系数:破碎后样自然堆积体积与原体积之比。
4、岩体裂隙度K:取样线上单位长度上的节理数。
5、本构方程:描述岩石应力与应变及其与应力速率、应变速率之间关系的方程(物理方程)。
6、平面应力问题:某一方向应力为0。
(受力体在几何上为等厚薄板,如薄板梁、砂轮等)1.平面应变问题:受力体呈等截面柱体,受力后仅两个方向有应变,此类问题在弹性力学中称为平面应变问题。
2.给定载荷:巷道围岩相对孤立,支架仅承受孤立围岩的载荷。
3.长时强度:作用时间为无限大时的强度(最低值)。
4.扩容现象:岩石破坏前,因微裂隙产生及内部小块体相对滑移,导致体积扩大的现象5.支承压力:回采空间周围煤岩体内应力增高区的切向应力。
1.平面应力问题:受力体呈等厚薄板状,所受应力为平面应力,在弹性力学中称为平面应力问题。
2.给定变形:围岩与母体岩层存在力学联系,支架承受围岩变形而产生的压力,这种工作方式称为给定变形。
3.准岩体强度:考虑裂隙发育程度,经过修正后的岩石强度称为准岩体强度。
4.剪胀现象:岩石受力破坏后,内部断裂岩块之间相互错动增加内部空间在宏观上表现体积增大现象。
5.滞环:岩石属滞弹性体,加卸载曲线围成的环状图形,其面积大小表示因内摩擦等原因消耗的能量。
1、岩石的视密度:单位体积岩石(包括空隙)的质量。
2、扩容现象:岩石破坏前,因微裂隙产生及内部小块体相对滑移,导致体积扩大的现象。
3、岩体切割度Xe:岩体被裂隙割裂分离的程度:4、弹性后效:停止加、卸载,应变需经一段时间达到应有值的现象。
5、粘弹性:岩石在发生的弹性变形具有滞后性,变形可缓慢恢复。
6、软岩(地质定义):单轴抗压强度小于25MPa的松散、破碎、软弱及风化膨胀类岩石。
1.砂土液化:饱水砂土在地震、动力荷载或其它物理作用下,受到强烈振动而丧失抗剪强度,使砂粒处于悬浮状态,致使地基失效的作用或现象。
《岩石力学》考试题及答案(A 卷)班级 姓名 序号 成绩 _____ _______一、概念题(每小题5分,共6题,共30分)1.岩石力学及其特点2.弹性力学中的基本假设3.岩石的弹性和塑性4.岩石的残余强度5.按照结构体的体态特征,岩体结构的基本类型6.地应力的直接测量法二、简答题(每小题10分,共3题,共20分)1.简述浅部地壳应力分布的一般规律2.受深部净水压力的圆形巷道半径为a ,写出距圆心为r 处围岩应力表达式,并画出其曲线。
(a 为已知数)三、论述题(本题15分)1.试论述岩石应力—应变全过程各个阶段特点,并作曲线图表示。
四、计算题(1小题15分,2小题20分,共35分)1.假设平面问题的体力不计,即0x y f f ==,图示矩形梁(长为l ,高为h )分别承受两种应力函数:314y φ=,与32423y x y φ=++。
问:(1)对应应力函数1φ,求解其应力分量。
(2)说明两应力函数1φ和2φ,各应力分量是否相同(3)分析其能解决什么样的力学问题,绘图表示其边界条件。
图1 矩形梁与坐标轴平面图2.设某岩体的结构体强度符合莫尔—库仑强度准则,10 C MPa =,30ϕ=°,受三轴压应力作用,其中3 5 MPa const σ==。
若此岩体受1σ、3σ的作用方向分别为铅直和水平,而岩体内仅包括有一条节理。
该节理面的j C 1MPa =,j 10ϕ=°。
节理对水平的倾角或为30°,或为60°,或为75°,或为90°。
问:(1)不考虑节理面影响,岩体极限平衡时的1σ=?(2)在何种情况下,节理不破坏?(3)在何种情况下,节理不破坏,仅岩块破坏?(4)在何种情况下,节理破坏,且节理面与岩块的可能破裂面重合?(5)在何种情况下,岩块和节理都破坏,但岩石破裂面并不与节理面重合?《岩石力学》考试题答案一、概念题(每小题5分,共6题,共30分)1.岩石力学及其特点岩石力学是研究岩石的力学性状的一门理论和应用科学,它是力学的一个分支,是探讨岩石对周围物理环境中力场的反应。
《岩石力学》习题库及答案一、选择题l、下列哪一项不是岩石力学的研究对象?A. 岩石的强度B.岩石的变形C.岩石的硬度D.岩石的弹性答案:D解释:岩石力学主要研究岩石的强度、变形和硬度,而弹性是材料的一种性质,不是岩石力学的研究对象。
2、下列哪一种岩石的力学性质最符合“岩石力学”的研究对象?A. 花岗岩B.页岩C.石灰岩D.砂岩答案:A解释:花岗岩是一种典型的岩石,其力学性质最符合岩石力学的研究对象。
页岩、石灰岩和砂岩的力学性质与花岗岩有所不同,因此不是最符合岩石力学研究对象的选项。
3、下列哪一种现象不属于岩石力学的研究范畴?A. 地震波传播B.岩石的破裂C.岩石的流变D.岩石的摩擦与粘着答案:A解释:地震波传播属于地震学的范畴,不是岩石力学的研究范畴。
岩石的破裂、流变和摩擦与粘着都是岩石力学的研究范畴。
二、简答题4、请简述岩石力学的主要研究内容。
答案:岩石力学主要研究岩石的强度、变形和硬度等力学性质,以及岩石在各种力场作用下的响应。
具体包括:岩石的应力—应变关系、强度准则、破裂准则、屈服准则、蠕变和松弛、加载和卸载条件下的变形特性等。
41、请简述岩石力学在工程中的应用。
答案:岩石力学在工程中有着厂泛的应用,包括地质工程、土木工程、采矿工程、水利工程等领域。
例如,在地质工程中,岩石力学可以应用于岩体稳定性分析、地质构造分析等方面;在土木工程中,岩石力学可以应用于地基基础设计、隧道及地下工程设计等方面;在采矿二程中,岩石力学可以应用于矿山安全防护、矿产资源开发等方面;在水利工程中,岩石力学可以应用于坝体结构分析、河床稳定性分析等方面。
供应链管理习题库及参考答案供应链管理:库及参考答案随着全球化的推进和互联网技术的发展,供应链管理成为了企业运营中不可或缺的一部分。
有效的供应链管理能够提高企业的效率和效益,增强企业的竞争力。
下面,我们将探讨供应链管理的概念、关键构成要素、面临的挑战以及如何进行优化。
一、供应链管理的概念供应链管理是指对供应链中的物流、信息流、资金流进行计划、协调和控制,以实现供应链的高效运作和优化。
岩 体 力 学 习 题1、何谓岩体力学? 谈谈你对岩体力学的认识和看法。
答:岩体力学(rock mass mechanics )是力学的一个分支学科,是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学,是一门应用型基础学科。
岩体力学的应用范围涉及广泛,如水利水电工程、采矿工程、道路交通工程、国防工程、海洋工程、核电站等。
岩体力学的发展与人类工程实践分不开,而今,由于矿产资源勘探开采、能源开发及地球动力学研究等的需要,工程规模越来越大,涉及的岩体力学问题越来越复杂,这对岩体力学提出了更高的要求。
2、何谓岩块、岩体? 试比较岩块与岩体,岩体与土有何异同点?答:岩块(rock 或rock block )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。
岩体(rockmass )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,是岩体类型研究的对象。
岩块与岩体的异同点:岩块和岩体均为岩石物质和岩石材料。
然而,岩体与岩块在性质上有本质的区别,其根本原因之一是岩体中存在有各种各样的结构面及不同于自重应力的天然应力场和地下水。
相对岩块而言,岩体的各向异性和不连续性更为显著,研究中通常把岩块近似地视为均质、各向同性的连续介质。
岩体与土的异同点:岩石和土一样,是由固体、液体和气体三相组成的。
岩石是有较多缺陷的多晶材料,具有相对较多的孔隙。
同时,由于岩石经受过多种地质作用,还发育有各种成因的裂隙,如原生裂隙、风化裂隙及构造裂隙等。
所以,岩石的空隙性比土复杂得多,即除了孔隙外,还有裂隙存在。
另外,岩石中的空隙有些部分往往是互不连通的,而且与大气也不相通。
3、何谓岩体分类? RMR 分类和Q 分类各自用哪些指标表示? 怎样求得?答:岩体分类(rock mass classification )是通过岩体的一些简单和容易实测的指标,将工程地质条件和岩体参数联系起来,并借鉴已建工程设计、施工和处理等方面成功与失败的经验教训,对岩体进行归类的一种工作方法。
RMR 分类,即岩体地质力学分类,由岩块强度、RQD 值、节理间距、节理条件及地下水5类参数组成。
分类时,根据各类参数的实测资料,按岩体地质力学分类表的标准评分,然后将各类参数的评分值相加得岩体质量总分RMR 值。
并按节理方向及节理走向和倾角对隧道开挖的影响对总分作适当的修正。
最后用修正后的岩体质量总分RMR值,对照按总评分值确定的岩体级别及岩体质量评价表,求得岩体的类别及相应的不支护地下开挖的自稳时间和岩体强度指标(粘聚力和内摩擦角)。
RMR 值变化在0—100之间,据RMR 值把岩体分为5级。
Q 分类,即巴顿岩体质量分类,用岩体质量指标Q 值对岩体进行分类,Q 值的定义如下:r w n a RQD J J Q J J SRF =⨯⨯式中,RQD 为岩石质量指标、n J 为节理组数、r J 为节理粗糙系数、a J 为节理蚀变系数、w J 节理折减系数、SRF 为应力折减系数。
分类时,根据这6个参数的实测资料,查表确定各自的数值后,代入上式求得岩体质量指标Q 值。
以Q 值为依据将岩体分为9类。
4、试述围压对岩块变形、破坏及强度的影响答:围压对岩块变形的影响:试验研究表明:有围压作用时,岩石的变形性质与单轴压缩时不尽相同。
首先,破坏前岩块的应变随围压增大而增加;另外,随围压增大,岩块的塑性也不断增大,且由脆性逐渐转化为延性。
围压对岩块变形模量的影响常因岩性不同而异,通常对坚硬少裂隙岩石的影响较小,而对软弱多裂隙岩石的影响较大。
总的来说,随围压增大,岩块的变形模量和泊松比都有不同程度的提高。
围压对岩块破坏的影响:岩块在三轴压缩条件下的破坏型式大致分为脆性劈裂、剪切及塑性流动三类。
但具体岩块的破坏方式,除了受岩石本身性质影响外,在很大程度上受围压的控制。
随着围压的增大,岩块从脆性劈裂破坏逐渐向塑性流动过渡,破坏前的应变也逐渐增大。
围压对岩块强度的影响:理论和实践都证实,各种岩石的三轴压缩强度(σ1m )均随围压(σ3)的增加而增大。
但σ1m 的增加率小于σ3的增加率,即σ1m 与σ3成非线性关系。
此外,围压还影响岩块的残余强度。
当围压为零或很低时,应力达到峰值后曲线迅速下降至接近于零,岩块残余强度很低,而随围压增大,其残余强度也逐渐增大,直到产生应变硬化。
当然围压对强度的影响还受到岩性的制约,通常岩性愈脆,围压对强度的强化效应愈明显。
5、结构面的法向刚度与剪切刚度的定义如何?各自如何确定?答:(1)法向刚度n K (normal stiffness)是在法向应力作用下,结构面产生单位法向变形所需要的应力,数值上等于n j V σ-∆曲线上一点的切线斜率,即: n n jK V σ∂=∂∆ 结构面法向刚度的确定可直接用试验,求得结构面的n j V σ-∆曲线后,在曲线上直接求得。
具体试验又分为室内压缩试验和现场压缩试验两种。
室内压缩试验可在压力机上进行,也可在携带式剪力仪或中型剪力仪上配合结构面剪切试验一起进行。
试验时先将含结构面岩块样装上,然后分级施加法向应力n σ并测记相应的法向位移t V ∆,绘制n t V σ-∆曲线。
同时还必须对相应岩块进行压缩变形试验,求得岩块n r V σ-∆曲线。
通过这两种试验即可求得结构面的n j V σ-∆曲线。
现场压缩变形试验是用中心孔承压板法。
试验时先在制备好的试件上打垂向中心孔,在孔内安装多点位移计。
然后采用逐级一次循环法施加法向应力并测记相应的法向变形V ∆,绘制出各点的n V σ-∆曲线。
利用某级循环荷载下的应力差和相应的变形差;用下式即可求得结构面的法向刚度n K : 11ni nin n i i K V V Vσσσ++-∆==∆-∆∆ 另外,也可由下式求得某级法向应力下结构面的法向刚度。
其中的ni K 、m V 可通过室内含结构面岩块压缩试验求得。
2[1/()]ni n n ni m n K K K V σσ=-+ 在无试验资料时,可用班迪斯(Bandis ,1983)提出的经验方程求ni K 、m V ,即:7.15 1.750.02ni JCS K JRC e ⎛⎫=-++ ⎪⎝⎭()D m JCS V A B JRC C e ⎛⎫=++ ⎪⎝⎭(2)剪切刚度s K (shear stiffness)的数值等于峰值前u τ-∆曲线上任一点的切线斜率,即:s K uτ∂=∂∆ 结构面的剪切刚度可通过室内和现场剪切试验确定。
室内剪切试验是在携带式剪力仪或中型剪力仪上进行的。
试件面积约100~400cm2。
试验时将含结构面的岩块试件装入剪力仪中,先施加预定的法向应力,待其变形稳定后,再分级施加剪应力,并测记结构面相应的剪位移,绘出u τ-∆曲线。
然后在u τ-∆曲线上求结构面的剪切刚度。
现场剪切试验时也是先施加预定的法向应力,待变形稳定后,分级施加剪应力。
各级剪应力下的剪切位移可由变形传感器或自动记录装置测记。
利用各级剪应力τ下的剪切位移u ∆,可绘制出u τ-∆曲线,进而求得结构面的剪切刚度s K 。
另外,巴顿(Barton ,1977)和乔贝(Choubey ,1977)根据大量的试验资料总结分析,并考虑到尺寸效应,提出了剪切刚度Ks 的经验估算公式如下:100tan lg s n r n JCS K JRC L σφσ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭ 式中:L 为被剪切结构面的长度;r φ为结构面的残余摩擦角。
6、原位岩体的力学试验与 岩块力学试验在本质上有何区别?岩体的变形性质与岩块相比有什么区别?答:原位岩体试验对岩体的扰动小,尽可能的保持了岩体的天然结构和环境状态,且考虑了岩体的结构及结构面对岩体力学性质的影响。
而岩块试验中的试件往往经过加工,受扰动程度大,从而破坏了岩块原来的天然结构和所处的环境状态。
因此原位岩体试验成果较室内试验更符合实际。
岩体的变形性质与岩块有显著的差别。
一般情况下,岩体比岩块更易于变形,其强度也显著低于岩块的强度。
正因为如此,岩体在外力的作用下其力学属性往往表现出非均质、非连续、各向异性和非弹性。
由于岩体中存在有大量的结构面,结构面中还往往有各种充填物。
因此,在受力条件改变时岩体的变形是岩块材料变形和结构变形的总和,而结构变形通常包括结构面闭合、充填物压密及结构体转动和滑动等变形。
在一般情况下,岩体的结构变形起着控制作用。
结构面的影响是岩体的力学性质不同于岩块力学性质的本质原因。
7、试述岩体结构控制论的基本原理及其实际意义。
答:岩体结构控制论的基本原理:大量实践与试验研究表明,岩体的应力传播、变形破坏以及岩体力学介质属性无不受控于岩体结构。
岩体结构对工程岩体的控制作用主要表现在三方面,即岩体的应力传播特征、岩体的变形与破坏特征及工程岩体的稳定性。
实际意义:在工程地质模型基础上,经初步岩体结构分析,对岩体稳定性可作出宏观与定性的判断;依据岩体结构,尤其是结构面(特别是控制性结构面与软弱结构面)与工程岩体的依存关系,可准确确定岩体稳定性的边界条件;充分认识结构控制作用,将大大提高岩体稳定性分析的准确性。
8、试述岩体中水平天然应力的基本特点。
答:(1)岩体中水平天然应力以压应力为主,出现拉应力者甚少,且多具局部性质。
(2)大部分岩体中的水平应力大于铅直应力,特别是在前寒武纪结晶岩体中,以及山麓附近和河谷谷底的岩体中,这一特点更为突出。
如σhmax 和σhmin 分别代表岩体内最大和最小水平主应力,而在古老结晶岩体中,普遍存在σhmax >σhmin >σv =ρgZ 的规律。
(3)岩体中两个水平应力σhmax 和σhmin 通常都不相等。
一般来说σhmin /σhmax 比值随地区不同而变化于0.2~0.8之间。
(4)在单薄的山体、谷坡附近以及未受构造变动的岩体中,天然水平应力均小于铅直应力。
在很单薄的山体中,甚至可出现水平应力为零的极端情况。
9、试述粗糙起伏无充填结构面的剪切强度特征。
有一节理面的起伏角i=20°,基本摩擦角φb =35°,两壁岩石的内摩擦角φ=40°,C=10Mpa, 作出节理面的剪切强度曲线。
答:这类结构面的基本特点是具有明显的粗糙起伏度,这是影响结构面抗剪强度的一个重要因素。
在无充填的情况下,由于起伏度的存在,结构面的剪切破坏机理因法向应力大小不同而异,其抗剪强度也相差较大。
当法向应力较小时,在剪切过程中,上盘岩体主要是沿结构面产生滑动破坏,这时由于剪胀效应(或称爬坡效应),增加了结构面的摩擦强度。
随着法向应力增大,剪胀越来越困难。
当法向应力达到一定值后,其破坏将由沿结构面滑动转化为剪断凸起而破坏,引起所谓啃断效应。