1.岩石：是组成地壳的基本物质，它是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体。一般认为它是均质的和连续的。
岩体：是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。（区别是岩体包含若干不连续面。）
结构面：岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面和不连续面，它是在地质发展历史中，尤其是在地质构造变形过程中形成的。
结构体：被结构面分割而形成的岩块，四周均被结构面所包围，这种由不同产状的结构面组合切割而形成的单元体成为结构体。
2.岩体结构分为六类：块状结构、镶嵌、层状、碎裂、层状碎裂、松散结构
3.风化作用：岩石长期暴露在地表之后，经受太阳辐射热、大气、水及生物等作用，使岩石结构逐渐破碎、疏松，或矿物成分发生次生变化，称为风化。
衡量岩石（块）风化程度的指标：（1）定性指标：颜色、矿物蚀变程度、破碎程度及开挖锤击技术特征等。（2）定量指标：风化空隙率指标Iw、波速比指标kv和风化系数kfδ等。
岩石风化分级：未微中等强全
4.相对密度G s：岩石的干重量W s（KN）除以岩石的实体积V s（m3）（不包括岩石中孔隙体积）所得的量与1个大气压下4℃时纯水的重度（γw）的比值。G s=W s / (V s γw)。相对相对密度是一个无量纲量，其值可用比重瓶法测定，试验时先将岩石研磨成粉末并烘干；然后用量杯量取相同体积的纯水和岩石粉末并分别称重，其比值即为岩石的相对密度。岩石的相对密度取决于组成岩石的矿物相对密度，岩石中重矿物含量越多其相对密度越大，大部分岩石的相对密度介于2.50～2.80之间。
5.孔隙率n：岩石试样中孔隙体积Vv与岩样总体积V
之比。
孔隙比e：指孔隙的体积VV与固体的体积Vs的比值。
6.含水率w：天然状态下岩石中水的重量W w与岩石烘
干重量W s的百分比。w=W W / W s ×100%
吸水率W a：指干燥岩石试样在一个大气压和室温条件下
吸入水的重量W w与岩样干重量W s的百分率。w a=W W/ W s=
（W o-W s）/ W s ×100%
7.渗透性：指在水压力作用下，岩石的孔隙和裂隙透过
水的能力。渗透系数的量纲与速度的量纲相同。（渗透
系数的大小取决于①岩石的物理特性和结构特性②流
体的物理化学特性）
8.膨胀性：指岩石浸水后体积增大的性质。岩石膨胀性
一般用膨胀力和膨胀率两项指标表示。
膨胀力Pe：指原状岩（土）样在体积不变时，由浸水
膨胀而产生的最大内应力。（常用平衡加压法测定）。
膨胀率δep（％）：在一定压力下，试样浸水膨胀后的
高度增量与原高度之比，用百分数表示。
9.崩解性：是指岩石与水作用时失去黏结性并变成完全
丧失强度的松散物质的性能。这种现象是由于水化作用
削弱了岩石内部的结构联结而造成的。
10.软化性：指岩石与水相互作用时强度降低的特性。
影响因素：矿物成分（亲水性可溶性）、粒间联结方式
（结晶联结胶结联结）、孔隙率、微裂隙发育程度等。
岩石的软化性一般用软化系数表示，软化系数是岩样饱
水状态下的抗压强度R cw与干燥状态的抗压强度R c的比
值。ηc=R cw/R c ，软化系数总是小于1的。
11.岩石的抗冻性：指岩石抵抗冻融破坏的性能。
抗冻系数Cf：指岩样在±25℃的温度区间内，经多次
“降温、冻结、升温、融解”循环后，岩样抗压强度下
降量与冻融前的抗压强度的比值，用百分率表示。
岩石在反复冻融后其强度降低的主要原因：一是构成岩
石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化时由于矿物
的胀缩不均而导致岩石结构的破坏；二是当温度降低到
0°C以下时，岩石孔隙中的水将结冰，其体积增大约
9%，会产生很大的膨胀压力，使岩石的结构发生改变，
直至破坏。
12.岩石强度：指岩石在荷载作用下破坏时所承受的最
大荷载应力。有抗压强度（单轴、三轴）、抗剪强度、
抗拉强度。影响因素：①岩石特性（矿物组成、结构特
征、风化程度各向异性）②环境条件（水、温度）③试
验条件（围岩大小、端部效应、试件形状和尺寸、加载
速率）
13.端部效应：加压板与试件端部存在摩擦力，约束试
件端部的侧向变形，导致端部应力状态不是非限制性的
而出现复杂应力状态。
减小“端部效应”：将试件端部磨平，并抹上润滑剂，
或加橡胶垫层等。使试件长度达到规定要求，以保证在
试件中部出现均匀应力状态。
14.高径比h/D＝2～2.5为宜。
15.加载速率影响：加载速率增加，强度和弹性模量增
加，峰值应力越明显。
16.围压影响：岩石抗压强度随围压增加而提高。通常
岩石类脆性材料随围压的增加而具有延性。
17.确定岩石抗剪强度的方法：①直接剪切试验②楔形
剪切试验③三轴压缩试验
18.库仑准则：若用σ和τ代表受力单元体某一平面上
的正应力和剪应力，则当τ达到如下大小时，该单元就
会沿此平面发生剪切破坏，即式中：c——黏
聚力；f——内摩擦系数。引入内摩擦角，并定义f=tan
φ，这个准则在τ—σ平面上是一条直线。若将τ和σ
用主应力σ1和σ3表示（这里σ1> σ3），则：
式中：θ—剪切面法线方向与最
大主应力σ1的夹角。
（库仑准则不适合σ3<0和高围压的情况。）
19.岩石典型应力-应变曲线：①OA段：曲线稍微向上
弯曲，属于压
密阶段，这期
间岩石中初始
的微裂隙受压
闭合；②AB段：
接近于直线，
近似于线弹性
工作阶段；
③BC段：曲线向下弯曲，属于非弹性阶段，主要是在
平行于荷载方向开始逐渐生成新的微裂隙以及裂隙的
不稳定，B点是岩石从弹性转变为非弹性的转折点；④
CD段：为破坏阶段，C点的纵坐标就是单轴抗压强度
RC。
20.①弹性变形：能恢复的变形。②塑性变形：不可恢
复的变形。③变形模量：在应力-应变曲线上的任何点
与坐标原点相连的割线的斜率。④残余强度：破坏后的
岩石仍可能具有一定的强度，从而也具有一定的承载能
力。
21．a.流变性:岩石在力的作用下发生与时间相关的变
形的性质。b.蠕变：指在应力为恒定的情况下岩石变形
随时间发展的现
象；c.松弛指在应
变保持恒定的情
况下岩石的应力
随时间而减少的
现象。d.弹性后效
指在卸载过程中
弹性应变滞后于
应力的现象。
22.蠕变：第Ⅰ阶段：称为初始蠕变段。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ε∝㏒t。第Ⅱ阶段：称为等速蠕变段或稳定蠕变段。
在此阶段内变形缓慢，应变与时间近于线性关系。
第Ⅲ
阶段：称为加速蠕变段。此阶段内呈加速蠕变，将导致岩石的迅速破坏。
23.蠕变模型：a.弹性单元、b.塑性单元、c.粘性单元 24.马克斯威尔模型用弹性单元和粘性单元串联而成。本构方程
25. 岩石的强度是随外荷载作用时间的延长而降低的，
通常把作用时间t
→∞的强度S ∞称为岩石的长期强度。 26.软弱夹层：指在坚硬岩层中夹有力学强度低、泥质或炭质含量高、遇水易软化、延伸较长和厚度较薄的软弱岩层。
27.结构面的几何形态：平直型、波浪型、锯齿型、台阶型
研究结构面的形态，主要是研究其凹凸度与强度的关系。
20．结构面的延展性：是指结构面在某一方向上的连续性或结构面连续段长短的程度。按结构面的延展特性，可分为三种型式：非贯通性的、半贯通性的及贯通性的结构面。
21. 切割度：假设有一平直的断面，它与考虑的结构面重叠而且完全地横贯所考虑的岩体，令其面积为A ，则结构面的面积a 与它之间的比率，即为切割度X e 。
结构面的线密度K （裂隙度）指同一组结构
面沿着法线方向单位长度上结构面的数目。
结构面间距：结构面间距是指同一组结构面在法线方向上，该组结构面的平均间距。
结构面的张开度：是指结构面裂口开口处张开的程度。 22. 剪胀：在剪应力作用下，模型上半部沿凸台斜面滑动，除有切向运动外，还产生向上的移动。这种剪切过
程中产生的法向移动分量称之“剪胀”。 23. 工程岩体：指岩石工程影响范围内的岩体。 工程岩体分类：是通过岩体的一些简单和容易实测的指标，把地质条件和岩体力学性质参数联系起来，并借鉴已建工程设计、施工和处理等成功与失败方面的经验教训，对岩体进行归类的一种工作方法。其目的是通过分类，概括地反映各类岩体的质量好坏，预测可能出现的岩体力学问题，为工程设计、支护衬砌、建筑选型和施工方法选择等提供参数和依据。
24.岩石质量指标（RQD)分类法：岩石质量指标RQD 是指钻探时岩芯的复原率，或称岩芯采取率。RQD 定义为：单位长度的钻孔中10cm 以上的岩芯占有的比例。即：
RQD =L p (＞10cm 的岩芯断块累计长度) / Lt （岩芯进尺总长度）×100%
根据RQD 值的大小将岩体质量划分为5类。<25很差25-50差50-75一般75-90好>90很好
评述：RQD 法是一种单因素分类法。RQD 法的不足：①RQD 忽略了节理方位、节理连续性的影响。②RQD 不能反映节理间的软弱充填物的情况。
25.岩体质量指标RMR 分类法：由南非人宾尼亚斯基提出。五项参数：岩块强度、RQD 值、节理间距、节理条件、地下水。得到的总分RMR 的初值，根据节理裂隙的产状变化对RMR 的初值加以修正，修正的目的是在于进一步强调节理裂隙对岩体的稳定产生的不利影响，最后用修正的总分既可以求得所研究岩体类别及相应的无支护地下工程的自稳时间和岩体强度指标值。 26. 节理面稳定判别（图解法）
节理面的抗剪强度一般总是低于岩石的抗剪强度，如图
3-17所示（直线2低于直线1）。但这并不意味着破坏总是沿节理面发生，有以
下几种情况：
●应力圆与直线2相切或相割，但低于直线1：若应力点在直线2之下，则节理岩体稳定；若应力点在直线2之上，则节理面不稳定。
●应力圆与直线1相切或相割：节理应力点在直线2之下，则节理面稳定，节理岩体不稳定，破裂面与节理面不重合；节理应力点在直线2之上，则节理面不稳定。直线2以上的应力圆弧不能作为判别岩块是否稳定的依据，因为此时岩体已沿节理面发生破坏。
27.破坏水压力：若结构面在无水状态下是稳定的，若
给结构面充水，当水压力达到P w 时，结构面开始破坏，则P w 称为破坏水压力。 28. Hoek-Brown 经验方程： 令σ3=0，得岩体单轴抗压强度R mc ：
对于完整岩石，s=1，则R mc =R c ，即为岩块抗压强度。对于裂隙岩石，s ＜1。
抗拉强度：将σ1=0代入方程（3-41）中，并对σ3求解所得的二次方程，可解得岩体的单轴抗拉强度为 剪切强度：式（3-43）的剪应力表达式为
式中：τ——岩体的剪切强度； σ ——岩体法向应力； A ，B ——常数，查表3-21求得；
29.层状岩体变形参数估算：层状岩体可概化地质力学模型。假设各岩层厚度相等为S ，且性质相同，层面的张开度可忽略不计。根据室内试验成果，设岩块的弹性模量为E ，泊松比为μ，剪切模量为G ，层面的法向刚度为K n ，切向刚度为K s 。取n-t 坐标系，n 垂直层面，t 平行层面。在以上假定条件下取一由岩块和层面组成的单元体（图3-32b ）来考察岩体的变形。
讨论以下几种受载情况下的岩体变形参数估算：A.法向应力σn 作用下的岩体参数：沿n 方向加荷时，在σn 作用下，岩块产生的法向变形ΔVr 和层面产生的法向变形ΔVj 分别为：
则岩体的总变形ΔVn 为：
简化后得层状岩体垂直层面方向的
变形模量Emn 为：
假设岩块本身是各向同性的，n 方向加荷时，由t 方向
的应变可求出岩体的泊松比μnt 为：
沿t 方向时，岩体的变形主要是岩块引起
的，因此岩体的变形模量Emr 和泊松比μtn 为：Emr = E ，μtn = μ
B ．剪应力作用下的岩体变形参数：对岩体施加剪应力τ时，则岩体剪切变形由沿层面滑动变形Δu 和岩块的剪切变形Δur 组成，分别为： 岩体的剪切变形Δuj 为： 简化后得岩体的剪切模量Gmr 为：
可求出表征层状岩体变形性质的5个参数。法向应力垂直于层面时的变形模量Emn 和泊松比μnt ；法向应力平行于层面时的变形模量Emr 泊松比μtn ；剪应力作用下的剪切模量Gmr 。
30.纵波速度Vp 和横波速度Vs(km/s)可表示为：
d 11 2-49 (2-50)dt d E E dt σσεεσηη??
??=+=+ ???????（）或2133 (3-41)c c mR sR σ
σσ=++1 (3-42)
mc c R sR σ==()
21
4 (3-43)2
ml
c R R m m s =
-+ (3-44B
c c AR T R στ??
=-????
）()
24,321m m s -+-1
T=查表求得。2
()()()
()
62)
-(3 1261)
-(3 2111d d
s d d d d p E v E v μρμμρμ+=
-+-=
21
33 (3-41)
c c mR sR σ
σσ=++
式中：E d ——动弹性模量；μd ——动泊松比；ρ——介质密度。岩石质量密度γ（kg/m 3
）=ρg
31.结构面对弹性波的传播：起隔波或导波作用，致使沿结构面传播速度大于垂直结构面传播的速度，造成波速及波动特性的各向异性。
32. 结构效应:结构面的影响包括结构面方位、密度、充填特征及其组合关系等方面的影响。结构面方位的影响主要表现在岩体变形随结构面及应力作用方向间夹角的不同而不同，即导致岩体变形的各向异性。另外，岩体的变形模量也具有明显的各向异性。结构面密度的影响主要表现在随结构面密度增大，岩体完整性变差，变形增大，变形模量减小。
结构面的张开度及充填特征对岩体的变形也有明显的影响。一般来说，张开度较大且无充填或充填较薄时，岩体变形较大，变形模量较小；反之，则岩体变形较小，变形模量较大。
33.地应力:是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力。当工程开挖后，应力受到开挖扰动的影响而重新分布，重分布后形成的应力则称为二次应力或诱导应力。 34..海姆假定地应力是一种静水应力状态，即地壳中任意一点的应力在各个方向上均相等，且等于单位面积上覆岩层的重量，即σh=σv= γH,式中：σh 、σv-分别为水平和垂直应力；γ-上覆岩层重力密度；H-深度。 金尼克假说他认为地壳中各点的垂直应力等于上覆岩层的重量σv=γH ，而侧向应力（水平应力）是泊松效应的结果，即： 式中：μ-上覆岩层的泊松比。
上式中 称为侧压力系数。
35.地应力场的组成：1大陆板块边界受压引起的应力
场2地幔热对流引起的应力场3由地心引力引起的应力场4岩浆侵入引起的应力场5地温梯度引起的应力场6地表剥蚀产生的应力场。自重应力场和构造应力场叠加
起来构成岩体中初始的应力场的主体。
36.高地应力判别准则：高地应力是一个相对的概念。不同的岩石具有不同的弹模，因而其储能性能也不同。一般来说,地区初始地应力大小与该地区岩体的变形特性有关，岩质坚硬，则储存弹性能多，地应力也大。因此，高地应力是相对围岩强度而言的。即应以围岩内部的最大地应力与围岩强度（Rb ）的比值（围岩强度比= Rb /σmax ）来 判别是否是高地应力。
37.直接测量法是由测量仪器直接测量和记录各种应力的量，如补偿应力、恢复应力、平衡应力，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。在计算过程中并不涉及不同物理量的换算，不需要知道岩石的物理力学性质和应力应变关系。
间接测量法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。为了计算应力值，首先必须确定岩体的某些物理力学性质以及所测物理量和应力的相互关系。 前者水压致裂法，后者套孔应力解除法。
38.水压致裂法：是一种将钻孔的某一段的两端封堵起来，然后对封堵段注入高压水，使钻孔孔壁破裂从而测定地应力的方法。从弹性力学理论可知，当一个位于无限体中的钻孔受到无穷远处二维应力场（σ1，σ2）的作用时，离开钻孔端部一定距离的部位处于平面应变状态。在这些部位，钻孔周边的应力为σθ=σ1+σ2-2（σ1-σ2）cos2θ ，σr=0 式中σθ 、σr ——钻孔周边的切向应力和径向应力；θ——周边一点与σ1轴的夹角。当θ=0°时， σθ取得极小值，此时σθ =3σ2-σ1 。
如果采用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Rt 之和后，在θ=0°处，也即σ1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Pi,则有
Pi = 3σ2-σ1+ Rt 。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Ps,则Ps 应和原岩应力σ2相平衡，即Ps =σ2 只要测出岩石抗拉强度R t,即可由Pi 和Ps ，求出σ1和σ2，这样σ1和σ2的大小和方向就全部确定了，即：σ2= Ps σ1=3 Ps- Pi+ Rt 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,则变为 Pi =3σ2-σ1+R t-P0在水压致裂试验中增加一个环节在初始裂隙产生后，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，记裂隙重开的压力为P r ，则有 P r = 3 σ2 - σ1 – P0 39．声发射法是一种通过声发射中的凯泽效应来测量岩体应力的方法。所谓凯泽效应，是指德国人凯泽发现的一种现象，即：多晶金属的应力从其历史最高水平释放后，再重新加载，当应力未达到先前最大应力值时，很少有声发射产生；而当应力达到和超过历史最高水平后，则大量产生声发射。从很少产生声发射到大量产生声发射的转折点称为凯泽点。该点对应的应力即为材料先前受到的最大应力。后来，大量试验证明，许多岩石材料也具有显著的凯泽效应。人们通过对岩石试件进行加载声发射试验，测定凯泽点，即可找出试件以前所受的最大应力，也即是岩石历史上所经历的最大地应力。 40.侧压力系数的影响：λ较小时，如λ=0.2，洞顶和洞底将出现拉应力；当λ由小变大时，洞顶、底拉应力趋于减小逐渐转为压应力，且压应力随λ增大而增大；
随λ由小变大，两侧的压应力则趋于减小。
开尔文模型
广义马克斯威尔模型
广义开尔文模型
柏格斯模型
1h H H μ
σγλγμ
==-1μ
λμ
=-()()()(
)()
）。
动剪切模量（—）；岩体密度（—式中：或：GPa v E v v v v v E v E mp d d d ms
mp ms mp d d ms d d
d d mp d G g/cm 68)
-(3 12G 67)
-(3
22 66)
-(3 12 65)
-(3
1211 32
222
22
2
ρρμμμρμμμρ=+=
--=+=--+
=
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：
一、绪论 一、解释下例名词术语 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、简答题 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。目的是研究岩块和岩体的地质与结构性，为岩体力学的进一步研究提供地质模型和地质资料。 2）试验法。其目的主要是为岩体变形和稳定性分析提供必要的物理力学参数。 3）数学力学分析法。通过建立岩体模型和利用适当的分析方法，预测岩体在各种力场作用下变形与稳定性。 4）综合分析法。这是岩体力学研究中极其重要的工作方法。由于岩体力学中每一环节都是多因素的，且信息量大，因此，必须采用多种方法考虑各种因素进行综合分析和综合评价才能得出符合实际的正确结论，综合分析是现阶段最常用的方法。 二、岩块和岩体的地质基础 一、解释下例名词术语 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。 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。
(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下： ) 21(3ν-= E K ) 1(2ν+= E G （7.2） 当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5，因为计算的K 值将会非常的高，偏离实际值很多。最好是确定好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计)，然后再用K 和ν来计算G 值。 表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性（实验室值）（Goodman,1980） 表7.1 土的弹性特性值（实验室值）（Das,1980） 表7.2 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况，横切各向同性弹性模型需要5 中弹性常量：E 1, E 3, ν12,ν13和G 13；正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。这些常量的定义见理论篇。 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。一些学者已经给出了用各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数（实验室） 表7.3
流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量K f ，如果土粒是可压缩的，则要用到比奥模量M 。纯净水在室温情况下的K f 值是2 Gpa 。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态（见理论篇第三章流体-固体相互作用分析），则尽量要用比较低的K f ，不用折减。这是由于对于大的K f 流动时间步长很小，并且，力学收敛性也较差。在FLAC 3D 中用到的流动时间步长,? tf 与孔隙度n ，渗透系数k 以及K f 有如下关系： ' f f k K n t ∝ ? （7.3） 对于可变形流体（多数课本中都是将流体设定为不可压缩的）我们可以通过获得的固结系数νC 来决定改变K f 的结果。 f 'K n m k C + = νν （7.4） 其中 3 /4G K 1 m += ν f 'k k γ= 其中，' k ——FLAC 3D 使用的渗透系数 k ——渗透系数，单位和速度单位一样（如米/秒） f γ——水的单位重量 考虑到固结时间常量与νC 成比例，我么可以将K f 的值从其实际值（Pa 9 102?）减少，利用上面得表达式看看其产生的误差。 流动体积模量还会影响无流动但是有空隙压力产生的模型的收敛速率（见1.7节流动与力学的相互作用）。如果K f 是一个通过比较机械模型得到的值，则由于机械变形将会产生孔隙压力。如果K f 远比k 大，则压缩过程就慢，但是一般有可能K f 对其影响很小。例如在土体中，孔隙水中还会包含一些尚未溶解的空气，从而明显的使体积模量减小。 在无流动情况下，饱和体积模量为： n K K K f u + = （7.5） 不排水的泊松比为：
岩体力学期末考试复习资料 第一章岩体地质与结构特征 1、结构面：是指地质历史发展中，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。 2、岩体：在地质历史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与一定的天然应力和地下水等地质环境中的地质体，是岩体力学研究的对象。 3、结构面的分类 （1）根据地质成因类型分为原生结构面、构造结构面、次生结构面； （2）根据力学成因类型分为张性结构面、剪性结构面； （3）根据结构面的规模和分级为五级； 1)Ⅰ级结构面：延伸几km~几十km 以上，破碎带宽度几十m 以上 的大断层，对区域构造起控制作用。 2)Ⅱ级结构面：延伸几百m~几km，破碎带宽度几m~几十mm 的断层、层 间错动带、接触带、风化夹层等，对山体稳定起控制作用。 3)Ⅲ级结构面：延伸几百m 的断层、接触带、风化夹层等，宽度小于1m， 对岩体稳定起控制作用。 4)Ⅳ级结构面：延伸在几十m 范围内的节理、裂隙，未错动、不夹泥，影 响岩体质量。 5)Ⅴ级结构面：延伸差，无厚度，随机分布的隐裂隙等细小结构面，影响 岩石质量。 4、结构面的基本特征 （1）方位（产状）：结构面在空间的分布状态，用倾向、倾角表示。 （2）间距：相邻结构面之间的垂直距离。 线裂隙率Ks：沿测线方向单位长度上结构面或裂隙的条数。(s为结构面平均间距) Ks=1 s 面裂隙率Ka:单位测量面积中裂隙面积所占的百分率。
Ka=各裂隙面积(长?宽)之和 所测量的岩体面积 ×100% 体积裂隙率Kv:单位测量岩体中裂隙体积所占的百分率。 Kv=各裂隙体积(长?宽?厚)之和 s所测量的岩体体积 ×100% 单位体积裂隙数Jv:单位岩体体积内通过的总裂隙数。 （3）延续性：表征结构面的展布范围和延伸长度。 （4）粗糙度：指结构面侧壁的粗糙程度，用起伏度和起伏差表示。形态: 台阶形; 波浪形; 平直形；剖面类型: 粗糙的; 平坦的; 光滑的。 （5）结构面侧壁强度:与岩石类型和岩体风化或蚀变有关。 （6）张开度：指结构面相邻岩壁间的垂直距离，用插尺测定。 （7）充填物：指充填于结构面相邻岩壁间的物质。 1)机械充填（砂、粘土、粉土、角砾等） 2)胶结充填（方解石、石英、石膏） 3)敷膜式充填（钙膜、泥膜、铁锰渲染） 充填物厚度(t)与起伏差(h)之比:t > h :填充物决定结构面力学性质；t < h :侧壁特征决定结构面力学性质。 （8）渗流； （9）节理组数； （10）块体大小； （11）岩石质量指标 RQD: 用直径为 75mm 的金刚石钻头和双管单动直径岩芯管在岩石中钻进，连续取直径为 54mm 的岩芯，回次钻进所取岩芯中，长度大于 10cm 的岩芯段长度之和与该回次进尺之比的百分数，表征岩体的节理、裂隙等发育程度的指标。 （12）岩体的完整性系数K V K V=(V pm V pr )^2
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
岩体力学复习资料(考点归纳总结版) 1.岩石：是组成地壳的基本物质，它是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体。一般认为它是均质的和连续的。 岩体：是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。（区别是岩体包含若干不连续面。） 结构面：岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面和不连续面，它是在地质发展历史中，尤其是在地质构造变形过程中形成的。结构体：被结构面分割而形成的岩块，四周均被结构面所包围，这种由不同产状的结构面组合切割而形成的单元体成为结构体。 2.岩体结构分为六类：块状结构、镶嵌、层状、碎裂、层状碎裂、松散结构 3.风化作用：岩石长期暴露在地表之后，经受太阳辐射热、大气、水及生物等作用，使岩石结构逐渐破碎、疏松，或矿物成分发生次生变化，称为风化。 衡量岩石（块）风化程度的指标：（1）定性指标：颜色、矿物蚀变程度、破碎程度及开挖锤击技术特征等。（2）定量指标：风化空隙率指标Iw、波速比指标kv和风化系数kfδ等。 岩石风化分级：未微中等强全 4.相对密度G s：岩石的干重量W s（KN）除以岩石的实体积V s（m3）（不包括岩石中孔隙体积）所得的量与1个大气压下4℃时纯水的重度（γw）的比值。G s=W s/ (V sγw)。相对相对密度是一个无量纲量，其值可用比重瓶法测定，试验时先将岩石研磨成粉末并烘干；然后用量杯量取相同体积的纯水和岩石粉末并分别称重，其比值即为岩石的相对密度。岩石的相对密度取决于组成岩石的矿物相对密度，岩石中重矿物含量越多其相对密度越大，大部分岩石的相对密度介于2.50～2.80之间。 5.孔隙率n：岩石试样中孔隙体积Vv与岩样总体积V之 比。 孔隙比e：指孔隙的体积VV与固体的体积Vs的比值。 6.含水率w：天然状态下岩石中水的重量W w与岩石烘干 重量W s的百分比。w=W W / W s ×100% 吸水率W a：指干燥岩石试样在一个大气压和室温条件下 吸入水的重量W w与岩样干重量W s的百分率。w a=W W / W s= （W o-W s）/ W s ×100% 7.渗透性：指在水压力作用下，岩石的孔隙和裂隙透过 水的能力。渗透系数的量纲与速度的量纲相同。（渗透系 数的大小取决于①岩石的物理特性和结构特性②流体的 物理化学特性） 8.膨胀性：指岩石浸水后体积增大的性质。岩石膨胀性 一般用膨胀力和膨胀率两项指标表示。 膨胀力Pe：指原状岩（土）样在体积不变时，由浸水膨 胀而产生的最大内应力。（常用平衡加压法测定）。 膨胀率δep（％）：在一定压力下，试样浸水膨胀后的高 度增量与原高度之比，用百分数表示。 9.崩解性：是指岩石与水作用时失去黏结性并变成完全 丧失强度的松散物质的性能。这种现象是由于水化作用 削弱了岩石内部的结构联结而造成的。 10.软化性：指岩石与水相互作用时强度降低的特性。影 响因素：矿物成分（亲水性可溶性）、粒间联结方式（结 晶联结胶结联结）、孔隙率、微裂隙发育程度等。岩石的 软化性一般用软化系数表示，软化系数是岩样饱水状态 下的抗压强度R cw与干燥状态的抗压强度R c的比值。η c=R cw/R c ，软化系数总是小于1的。 11.岩石的抗冻性：指岩石抵抗冻融破坏的性能。 抗冻系数Cf：指岩样在±25℃的温度区间内，经多次“降 温、冻结、升温、融解”循环后，岩样抗压强度下降量 与冻融前的抗压强度的比值，用百分率表示。 岩石在反复冻融后其强度降低的主要原因：一是构成岩 石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化时由于矿物 的胀缩不均而导致岩石结构的破坏；二是当温度降低到 0°C以下时，岩石孔隙中的水将结冰，其体积增大约9%， 会产生很大的膨胀压力，使岩石的结构发生改变，直至 破坏。 12.岩石强度：指岩石在荷载作用下破坏时所承受的最大 荷载应力。有抗压强度（单轴、三轴）、抗剪强度、抗拉 强度。影响因素：①岩石特性（矿物组成、结构特征、 风化程度各向异性）②环境条件（水、温度）③试验条 件（围岩大小、端部效应、试件形状和尺寸、加载速率） 13.端部效应：加压板与试件端部存在摩擦力，约束试件 端部的侧向变形，导致端部应力状态不是非限制性的而 出现复杂应力状态。 减小“端部效应”：将试件端部磨平，并抹上润滑剂，或 加橡胶垫层等。使试件长度达到规定要求，以保证在试 件中部出现均匀应力状态。 14.高径比h/D＝2～2.5为宜。 15.加载速率影响：加载速率增加，强度和弹性模量增 加，峰值应力越明显。 16.围压影响：岩石抗压强度随围压增加而提高。通常 岩石类脆性材料随围压的增加而具有延性。 17.确定岩石抗剪强度的方法：①直接剪切试验②楔形剪 切试验③三轴压缩试验 18.库仑准则：若用σ和τ代表受力单元体某一平面上 的正应力和剪应力，则当τ达到如下大小时，该单元就 会沿此平面发生剪切破坏，即式中：c——黏 聚力；f——内摩擦系数。引入内摩擦角，并定义f=tan φ，这个准则在τ—σ平面上是一条直线。若将τ和σ 用主应力σ1和σ3表示（这里σ1> σ3），则： 式中：θ—剪切面法线方向与最 大主应力σ1的夹角。 （库仑准则不 适合σ3<0和高 围压的情况。） 19.岩石典型应 力-应变曲线： ①OA段：曲线稍 微向上弯曲，属 于压密阶段，这期间岩石中初始的微裂隙受压闭合；②AB 段：接近于直线，近似于线弹性工作阶段；③BC段：曲 线向下弯曲，属于非弹性阶段，主要是在平行于荷载方 向开始逐渐生成新的微裂隙以及裂隙的不稳定，B点是 岩石从弹性转变为非弹性的转折点；④CD段：为破坏阶 段，C点的纵坐标就是单轴抗压强度RC。 20.①弹性变形：能恢复的变形。②塑性变形：不可恢复 的变形。③变形模量：在应力-应变曲线上的任何点与坐 标原点相连的割线的斜率。④残余强度：破坏后的岩石 仍可能具有一定的强度，从而也具有一定的承载能力。 21．a.流变性:岩石在力的作用下发生与时间相关的变形 的性质。b.蠕变：指在应力为恒定的情况下岩石变形随 时间发展的现象；c.松弛指在应变保持恒定的情况下岩 石的应力随时间 而减少的现象。d. 弹性后效指在卸 载过程中弹性应 变滞后于应力的 现象。 22.蠕变：第Ⅰ阶 段：称为初始蠕变 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ε∝㏒t。第Ⅱ阶段：称为等速蠕 变段或稳定蠕变段。在此阶段内变形缓慢，应变与时间 近于线性关系。第Ⅲ阶段：称为加速蠕变段。此阶段内
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
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 1、A 2、C 3、C 4、A 5、D 6、A 7、C 8、B 9、A 10、D 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
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（）。
岩块：不含显著结构面的岩石块体，是构成岩石的最小岩石单元体。岩体：通常是指一定工程范围内的自然地质体。 结构面：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。 岩石的结构：矿物颗粒的形状、大小和联结方式所决定的结构特征。 岩石的构造：各种不同结构的矿物集合体的各种分布和排列方式。 岩石的水理性质：岩石在含水或者浸水等条件下体现主来的的与水作用有关的性质。包括：吸水性，软化性，崩解性，膨胀性，抗冻性和渗透性。表征吸水率的指标：含水率、吸水率、饱和吸水率、饱水系数。 含水率：岩石空隙中含水的质量与固体质量之比。 吸水率：一定实验条件下岩石吸入水的质量和岩石固体质量之比，用百分数表示。 软化性：岩石在保水状态下强度相对降低的性能，用软化系数来表征。 软化系数：饱和岩石单轴抗压强度与干燥岩石单轴抗压强度的比值。 崩解性：岩石与水相互作用时失去粘结性并且变成完全丧失强度松散物质的性能。 膨胀性：岩石浸水后体积增大的性质。抗冻性：岩石地抗冻融破坏的能力。 岩石密度：单位体积内岩石的质量。岩石颗粒密度：岩石固体部分的质量与固体体积比值。 岩体和岩块的区别：块，强度高，无结构面，体积小，连续性均匀介质，研究方法简单，反应工程实际较差。体相反。 岩石应力应变全过程曲线：孔隙裂隙压密阶段 OA，弹性变形阶段 A B，微弹性裂隙稳定发展阶段 BC，非稳定破裂阶段 CD，破坏后阶段 DE。 岩石的拉伸破坏实验分为：直接拉伸实验法、抗弯法、劈裂法、点载荷实验法。后两种常用。 单轴抗压强度：岩石在单轴压缩荷载作用下所能承受的最大压应力。 单轴抗拉强度：岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏是所能承受的最大拉应力。 泊松比：在材料的比例极限内，由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值。 变形模量：在部分侧限条件下，其应力增量与相应的应变增量的比值。 残余强度：达到峰值强度之后，强度急剧下降并且不等于 0 的强度值。 岩石三周抗压强度：岩石在三周荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压应力。 脆性：在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的变形即断裂破坏的性质。 延性：结构，构件或构件的某个截面从屈服开始到达最大承载能力或到达以后而承载能力还没有明显下降期间的变形能力。 弹性：物体在外力作用下发生形变，当外力撤消后能恢复原来大小和形状的性质。 塑性：一种在某种给定载荷下,材料产生永久变形的材料特性。粘性：度量流体粘性大小的物理量。 抗剪强度：岩石的剪切荷载作用下达到剪切破坏前所能承受的最大切应力。岩石剪切试验分为：岩石抗剪实验、抗切试验以及弱面剪切试验。 抗剪断强度：一定正应力作用下的岩石试件沿预定剪切面剪断时的最大切应力。是岩石内聚力和内摩擦力的综合体现。岩石抗切试验通常有单（双）面剪切及冲孔试验。取决于岩石内聚力。 岩石流变包括：蠕变、松弛、弹性后效和粘性流动。 蠕变：应力保持不变应变随时间增长而增加的现象。 松弛：应变保持不变应力随时间增加而减小的现象。
一、判断题： 1.结构面组数越多，岩体强度越接近于结构面强度。（∨） 2.岩石三向抗压强度不是一个固定值，将随围压变化而改变。（∨） 3.流变模型元件并联组合时，各元件满足应力相等，应变相加关系。（×） 4.在未受开采影响的原岩体内存在着原岩应力，其方向与水平方向垂直。（×） 5.岩石抗压强度值的离散系数越大，说明岩石抗压强度平均值的可信度越高。（×） 6.根据服务年限要求，矿井运输大巷应按照等应力轴比设计其断面尺寸。（×） 7.岩石蠕变与岩石类别有关，与应力大小有关。（∨） 8.有粘聚力的固结岩体体，由地表开始侧压力与深度成线性增长。（×） 9.椭圆断面巷道，其长轴方向与最大主应力方向一致时，周边受力条件最差。（×） 10.在力学处理上，弱面不仅能承受压缩及剪切作用，还能承受拉伸作用。(×) 1．结构面组数越多，岩体越接近于各向异性。（×） 2．流变模型元件串联组合时，各元件满足应变相等，应力相加关系。（×） 3．软弱岩层受力后变形较大，表明构造应力在软弱岩层中表现显著。（×） 4．岩石限制性剪切强度不是固定值，与剪切面上作用的正压力有关。（∨） 5．软岩破坏为渐进过程，首先对破坏部位支护，可使软岩控制取得好的效果。（∨） 6．随开采深度增加，巷道围岩变形将明显增大。（∨） 7．从巷道周边围岩受力情况看，拱型断面巷道要比梯形巷道断面差。（×） 8．塑性变形与静水应力无关，只与应力偏量有关，与剪应力有关。（∨） 9．对无粘聚力的松散体，由地表开始侧压力即与深度成线性增长。（∨） 10巷道返修是一种较好的巷道支护对策。（×） 1.水库蓄水前，河间地块存在地下分水岭，蓄水后将不会产生库水向邻 谷的渗漏。×
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）
―――岩体力学作业之二 一、名词释义 l.结构面：①指在地质历史发展过程中，岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的宏观地质界面或带。 ②又称弱面或地质界面，是指存在于岩体内部的各种地质界面，包括物质分异面和不连续面，如假整合、不整合、褶皱、断层、层面、节理和片理等。 2.原生结构面：在成岩阶段形成的结构面，根据岩石成因的不同，可分为沉积结构面、岩浆（火成）结构面和变质结构面三类。 3.构造结构面：指在构造运动作用下形成的各种结构面，如劈理、节理、断层面等。 4.次生结构面：指在地表条件下，由于外力(如风力、地下水、卸荷、爆破等)的作用而形成的各种界面，如卸荷裂隙、爆破裂隙、风化裂隙、风化夹层及泥化夹层等。 5.结构面频率：即裂隙度，是指岩体中单位长度直线所穿过的结构面数目。 6.结构体：结构面依其本身的产状，彼此组合将岩体切割成形态不一、大小不等以及成分各异的岩石块体，被各种结构面切割而成的岩石块体称为结构体。 7.结构效应：是指岩体中结构面的方向、性质、密度和组合方式对岩体变形的影响。 8.剪胀角（angle of dilatancy）：岩体结构面在剪切变形过程中所发生的法向位移与切向位移之比的反正切值。 9.节理化岩体：是指被各种节理、裂隙切割呈碎裂结构的岩体。 10.结构面产状的强度效应：指结构面与作用力之间的方位关系对岩体强度所产生的影响。 11.结构面密度的强度效应：指结构面发育程度(数量)对岩体强度所产生的影响。 12.岩体完整性指标：是指岩体弹性纵波与岩石弹性纵波之比的平方。 13.岩体基本质量：岩体所固有的、影响工程岩体稳定性的最基本属性，岩体基本质量由岩石坚硬程度和岩体完整程度决定。 14.自稳能力：在不支护条件下，地下工程岩体不产生任何形式破坏的能力。 15.体积节理数：是指单位岩体体积内的节理(结构面)数目。 16.岩石质量指标(RQD)：长度在10cm（含10 cm)以上的岩芯累计长度占钻孔总长的百分比，称为岩石质量指标RQD(Rock Quality Designation)。 二、填空题 1.岩体是指经历过多次反复地质作用，经受过变形，遭受过破坏，形成了一定的岩石成分和结构，赋存于一定地质环境中的地质体。因此，岩体力学性质与岩体中的、以及 2 密切相关。 2.岩体由结构面和结构体组成，结构面根据形成原因通常可分为三种类型：、 和。 3.在工程岩体范围内，结构面按贯通情况可分为、以及三种类型。 4.在岩体中被各种结构面切割而成的岩石块体称为结构体。结构体的形状主要有、、1 以及菱形和锥形等，如果风化强烈或挤压严重，也可形成、、 1 等。 5.岩体抵抗外力作用的能力称为岩体的力学性质。它包括岩体的特征、特征和1 特征等。 6.岩体结构面的剪切变形与、和有关。 7.岩体结构面的几何特性是反映节理的外貌，它的组成要素包括：、、、 以及和。 8.岩体的力学性质不仅取决于岩石本身及结构面的力学性质，也与密切相关。 9.岩体的强度不仅与组成岩体的的性质有关，而且与岩体内的有关，此外还与岩体有关。 10.岩体中存在各种结构面，结构面的变形大小主要由和控制的。
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。 [ ]
1.岩石：是组成地壳的基本物质，它是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体。一般认为它是均质的和连续的。 岩体：是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。（区别是岩体包含若干不连续面。） 结构面：岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面和不连续面，它是在地质发展历史中，尤其是在地质构造变形过程中形成的。 结构体：被结构面分割而形成的岩块，四周均被结构面所包围，这种由不同产状的结构面组合切割而形成的单元体成为结构体。 2.岩体结构分为六类：块状结构、镶嵌、层状、碎裂、层状碎裂、松散结构 3.风化作用：岩石长期暴露在地表之后，经受太阳辐射热、大气、水及生物等作用，使岩石结构逐渐破碎、疏松，或矿物成分发生次生变化，称为风化。 衡量岩石（块）风化程度的指标：（1）定性指标：颜色、矿物蚀变程度、破碎程度及开挖锤击技术特征等。（2）定量指标：风化空隙率指标Iw、波速比指标kv和风化系数kfδ等。 岩石风化分级：未微中等强全 4.相对密度G s：岩石的干重量W s（KN）除以岩石的实体积V s（m3）（不包括岩石中孔隙体积）所得的量与1个大气压下4℃时纯水的重度（γw）的比值。G s=W s / (V s γw)。相对相对密度是一个无量纲量，其值可用比重瓶法测定，试验时先将岩石研磨成粉末并烘干；然后用量杯量取相同体积的纯水和岩石粉末并分别称重，其比值即为岩石的相对密度。岩石的相对密度取决于组成岩石的矿物相对密度，岩石中重矿物含量越多其相对密度越大，大部分岩石的相对密度介于2.50～2.80之间。 5.孔隙率n：岩石试样中孔隙体积Vv与岩样总体积V 之比。 孔隙比e：指孔隙的体积VV与固体的体积Vs的比值。 6.含水率w：天然状态下岩石中水的重量W w与岩石烘 干重量W s的百分比。w=W W / W s ×100% 吸水率W a：指干燥岩石试样在一个大气压和室温条件下 吸入水的重量W w与岩样干重量W s的百分率。w a=W W/ W s= （W o-W s）/ W s ×100% 7.渗透性：指在水压力作用下，岩石的孔隙和裂隙透过 水的能力。渗透系数的量纲与速度的量纲相同。（渗透 系数的大小取决于①岩石的物理特性和结构特性②流 体的物理化学特性） 8.膨胀性：指岩石浸水后体积增大的性质。岩石膨胀性 一般用膨胀力和膨胀率两项指标表示。 膨胀力Pe：指原状岩（土）样在体积不变时，由浸水 膨胀而产生的最大内应力。（常用平衡加压法测定）。 膨胀率δep（％）：在一定压力下，试样浸水膨胀后的 高度增量与原高度之比，用百分数表示。 9.崩解性：是指岩石与水作用时失去黏结性并变成完全 丧失强度的松散物质的性能。这种现象是由于水化作用 削弱了岩石内部的结构联结而造成的。 10.软化性：指岩石与水相互作用时强度降低的特性。 影响因素：矿物成分（亲水性可溶性）、粒间联结方式 （结晶联结胶结联结）、孔隙率、微裂隙发育程度等。 岩石的软化性一般用软化系数表示，软化系数是岩样饱 水状态下的抗压强度R cw与干燥状态的抗压强度R c的比 值。ηc=R cw/R c ，软化系数总是小于1的。 11.岩石的抗冻性：指岩石抵抗冻融破坏的性能。 抗冻系数Cf：指岩样在±25℃的温度区间内，经多次 “降温、冻结、升温、融解”循环后，岩样抗压强度下 降量与冻融前的抗压强度的比值，用百分率表示。 岩石在反复冻融后其强度降低的主要原因：一是构成岩 石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化时由于矿物 的胀缩不均而导致岩石结构的破坏；二是当温度降低到 0°C以下时，岩石孔隙中的水将结冰，其体积增大约 9%，会产生很大的膨胀压力，使岩石的结构发生改变， 直至破坏。 12.岩石强度：指岩石在荷载作用下破坏时所承受的最 大荷载应力。有抗压强度（单轴、三轴）、抗剪强度、 抗拉强度。影响因素：①岩石特性（矿物组成、结构特 征、风化程度各向异性）②环境条件（水、温度）③试 验条件（围岩大小、端部效应、试件形状和尺寸、加载 速率） 13.端部效应：加压板与试件端部存在摩擦力，约束试 件端部的侧向变形，导致端部应力状态不是非限制性的 而出现复杂应力状态。 减小“端部效应”：将试件端部磨平，并抹上润滑剂， 或加橡胶垫层等。使试件长度达到规定要求，以保证在 试件中部出现均匀应力状态。 14.高径比h/D＝2～2.5为宜。 15.加载速率影响：加载速率增加，强度和弹性模量增 加，峰值应力越明显。 16.围压影响：岩石抗压强度随围压增加而提高。通常 岩石类脆性材料随围压的增加而具有延性。 17.确定岩石抗剪强度的方法：①直接剪切试验②楔形 剪切试验③三轴压缩试验 18.库仑准则：若用σ和τ代表受力单元体某一平面上 的正应力和剪应力，则当τ达到如下大小时，该单元就 会沿此平面发生剪切破坏，即式中：c——黏 聚力；f——内摩擦系数。引入内摩擦角，并定义f=tan φ，这个准则在τ—σ平面上是一条直线。若将τ和σ 用主应力σ1和σ3表示（这里σ1> σ3），则： 式中：θ—剪切面法线方向与最 大主应力σ1的夹角。 （库仑准则不适合σ3<0和高围压的情况。） 19.岩石典型应力-应变曲线：①OA段：曲线稍微向上 弯曲，属于压 密阶段，这期 间岩石中初始 的微裂隙受压 闭合；②AB段： 接近于直线， 近似于线弹性 工作阶段； ③BC段：曲线向下弯曲，属于非弹性阶段，主要是在 平行于荷载方向开始逐渐生成新的微裂隙以及裂隙的 不稳定，B点是岩石从弹性转变为非弹性的转折点；④ CD段：为破坏阶段，C点的纵坐标就是单轴抗压强度 RC。 20.①弹性变形：能恢复的变形。②塑性变形：不可恢 复的变形。③变形模量：在应力-应变曲线上的任何点 与坐标原点相连的割线的斜率。④残余强度：破坏后的 岩石仍可能具有一定的强度，从而也具有一定的承载能 力。 21．a.流变性:岩石在力的作用下发生与时间相关的变 形的性质。b.蠕变：指在应力为恒定的情况下岩石变形 随时间发展的现 象；c.松弛指在应 变保持恒定的情 况下岩石的应力 随时间而减少的 现象。d.弹性后效 指在卸载过程中 弹性应变滞后于 应力的现象。 22.蠕变：第Ⅰ阶段：称为初始蠕变段。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ε∝㏒t。第Ⅱ阶段：称为等速蠕变段或稳定蠕变段。 在此阶段内变形缓慢，应变与时间近于线性关系。 第Ⅲ