岩石力学课后思考题答案

岩石：是由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而形成的多种矿

物颗粒的集合体，是组成地壳的基本物质。

岩体：是相对于岩块而言的，是指地面或地下工程中范围较大的、由岩块（结

构体）和结构面组成的地质体。

岩石结构：是指岩石中矿物颗粒的大小、形状、表面特征、颗粒相互关系、胶

结类型特征等。

岩石构造：是指岩石中不同矿物集合体之间及其与其他组成部分之间在空间排

列方式及充填形式。

岩石的密度：是指单位体积岩石的质量，单位为。

块体密度：是指单位体积岩石（包括岩石孔隙体积）的质量。

颗粒密度：是岩石固相物质的质量与其体积的比值。

孔隙性：把岩石所具有的孔隙和裂隙特性，统称为岩石的孔隙性。

孔隙率：岩石试件中孔隙体积与岩石试件体积之比

渗透系数：岩石渗透系数是表征岩石透水性的重要指标，渗透系数K在数值

上等于水力梯度为1时的渗流速度，单位为cm/s或m/do

软化系数：软化系数K为岩石试件的饱和抗压强度Q （MPa）与干抗压强度Q

c （MPa）的比值。

岩石的膨胀性：是指岩石浸水后发生体积膨胀的性质。

岩石的吸水性：岩石在一定的实验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水

性，其吸水量的大小取决于岩石孔隙体积的大小及其敞开或封闭的程度等。

扩容：是指岩石在外力作用下，形变过程中发生的非弹性的体积增长。

弹性模量：是指在单向压缩条件下，弹性变形范围内，轴向应力与试件轴向应

变之比，即

E =Q £ 。

变形模量：是指岩石在单轴压缩条件下，轴向应力与轴向总应变（为弹性应

变£ e和塑性应变£ p之和）之比。

泊松比：在单向载荷作用下，横向应变（£ x = £ y ）与轴向应变（£ z ） 之比。

脆性度：通常把抗压强度与抗拉强度的比值称为脆性度，n =

尺寸效应：岩石试件的尺寸越大，则强度越低，反之越高，这一现象称为尺寸

效应。

常规三轴试验：常规三轴试验的应力状态为a 1 > a 2 = a 3 > 0，即岩 石试件受轴压和围压作用，试验主要研究围压（a 2 = a 3 ）对岩石变 形、强度或破坏的影响。

真三轴试验：真三轴试验的应力状态为a 1 > a 2 > a 3 > 0，即岩石试 件在三个彼此正交方向上受到不相等的压力，试验的主要目的是研究中间主应 力（a 2）的影响。

岩石三轴压缩强度：是指岩石在三轴压缩荷载作用下，试件破坏时所承受的最

大轴向压应力。

流变性：是指介质在外力不变条件下，应力或应变随时间而变化的性质。

蠕变：是指介质随在大小和方向均不改变的外力作用下，介质的变形随时间的

变化而增大的现象。

松弛：是指介质的变形（应变）保持不变时，内部应力随时间变化而降低的现

象。

弹性后效：是指对介质加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。其是一种

延迟发生的弹性变形和弹性恢复，外力卸除后最终不留下永久变形。

岩石长期强度：岩石的强度是随外载作用时间的延长而降低，通常把作用时

间t f 8的强度（最低值）S 8称为岩石长期强度。

强度准则：它表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关系，一

般可以用破坏条件下（极限应力状态）的应力间关

系a 1 = f （a 2 , a 3 ）或T = f （a ）来表示。通过强度准则判断 岩石在什么样应力、应变条件下破坏。

岩石结构与岩石构造有何区别？并举例加以说明。岩石结构是指岩石中矿物颗

粒的大小、形状、表面特征、颗粒相互关系、胶结类型特征等。岩石颗粒间连

接方式分为结晶连接和胶结连接两类。岩石构造是指岩石中不同矿物集合体之

间及其与其他组成部分之间在空间排列方式及充填形式。如层理、片理、流面

岩石颗粒间连接方式有哪几种？岩石颗粒间连接方式分为结晶连接和胶结连接

两类。

岩石物理性质的主要指标及其表达式是什么？岩石的密度 孔隙率 吸水性 （含水率、吸水率、饱和吸水率与饱水系数）渗透系数 软化系数： 岩石的

自由膨胀率：

何谓岩石的水理性？水对岩石力学性质有何影响？

岩石在水溶液作用下所表现出的力学的、物理的、化学的作用性质，称为岩石

的水理性质。主要影响：岩石的吸水率愈高，岩石质量愈差。吸水性较大的岩

石（如软岩）当吸水后往往产生膨胀，它会给井巷支护造成很大的压力。岩石

渗透系数 溶蚀作用使岩石致密程度降低，孔隙率增大，导致岩石强度降低。

岩石浸水饱和后强度降低的性质，具有软化性。通常含粘土质矿物岩石遇水易

于产生膨胀，影响岩石工程稳定。 岩石受载时会产生哪些类型的变形?岩石的塑性和流变性有什么不同?从岩石的

破坏特征看，岩石材料可分为哪些类型？

按照应力一应变一时间的关系，岩石的变形可分为弹性变形、塑性变形和粘性

（流动）变形三种。弹性（elasticity）在一定的应力范围内，物体受外力作

用产生全部变形，而去除外力（卸荷）后能够立即恢复其原有的形状和尺寸大小 的性质，称为弹性。塑性（plasticity）物体受力后产生变形，在外力去除 （卸荷）后不能完全恢复原状的性质，称为塑性。不能恢复的那部分变形称为塑 性变形，或称永久变形、残余变形。粘性（viscosity）物体受力后变形不能在 瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质，称为粘性。应变速率随应力 变化的变形称为流动变形。根据岩石材料的应力应变曲线所表现出的破坏特 征，可将岩石划分为脆性材料和延性材料。脆性（brittle）物体受力后，变形 很小时就发生破裂的性质，称为脆性。延性（ductile）物体能承受较大塑性变 形而不丧失其承载力的性质，称为延性。

简述岩石单向压缩条件下的变形特征？

试件受载后直到破坏历经以下五个阶段：1）微裂隙压密阶段（O-A）岩石试件

受载初期，内部已存在裂隙及孔隙受压闭合，岩石被逐渐压密，形成早期的非

线性变形。（2）弹性变形阶段（A-B）在此阶段应力应变曲线保持线性关系，

服从虎克定律b = Eg。试件中原有裂隙继续被压密，体积变形表现继续被 压缩。（3）裂隙发生和扩展阶段（B-C）在此阶段轴向（g l ）曲线仍保持近

于直线；过B点后，随载荷增加，曲线g v偏离直线。新的裂隙产生，呈 稳定状态发展。岩石变形表现为塑性变形。（4）裂隙不稳定发展直到破裂阶 段（C-D） 从g v曲线看出，C点切线斜率为无穷大（db / d

g v = 8 ），是g v曲线拐点。过C点后，试件体积增大。裂隙进入不稳 定发展阶段，裂隙扩展接交形成滑动面，导致岩石试件完全破坏。（5）破裂 后阶段（D-E ）岩石试件通过峰值应力后，其内部结构遭到破坏，但试件基本 保持整体状。裂隙快速发展，交叉且相互联合形成宏观断裂面。试件具有残余

强度。

简述循环荷载条件下岩石的变形特征。在逐级循环加载条件下。如果卸载 点P超过屈服点，形成塑性回滞环。随循环次数增加，卸载应力下的岩石材 料的弹性有所增强。加、卸荷过程并未改变岩石变形的基本习性，这种现象也 称为岩石记忆。在反复循环加载（在同一荷载水平上反复加卸载）条件下。当

循环应力峰值在弹性极限以上，回滞环的面积变小，岩石越来越接近弹性变

形。岩石在反复加、卸荷曲线与应力-应变全过程曲线交点处，形成疲劳破

坏。当循环应力峰值低于某一极限应力水平时，岩石不会破坏

简述岩石在三轴压缩条件下的变形特征与强度特征。以常规三轴为例①破坏前

岩石的应变随围压b 3增大而增加；②随围压b 3增大，岩石的塑性也不 断增大，且由脆性逐渐转化为延性。通常把岩石由脆性转化为延性的临界围

压a 3称为转化围压。③岩石的峰值强度随a 3增大而增大④随a 3增 大岩石弹性模量增大，软岩增大明显，致密的硬岩增大不明显

岩石的弹性模量与变形模量有何区别？ 什么是岩石全应力一应变曲线？为什么普通材料试验机得不出全应力一应变曲 线？研究它有何意义？岩石全应力一应变曲线：应用刚性试验机或伺服试验机 得到的试件在破坏前与破坏后的应力应变全过程关系

岩石各种强度指标及其表达式是什么？

岩石抗拉强度有哪几种测定方法？在劈裂法试验中，试件承受对径压缩，为什

么在破坏面上出现拉应力破坏？

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拉伸法

两种。其中以间接拉伸法中的劈裂法和点荷载法最常用。根据弹性理论可知，

受径向压缩作用的圆盘中，在纵向直径平面上作用着几乎等值的拉应力。圆盘

试件便在拉应力作用下，沿加载方向断裂。在试件中心附近拉应力分布均匀，

应力数值近于相等。如果作用在圆盘上载荷不是理想的线集中载荷时，在距圆

盘中心上下方向0.8R（半径）处，应力值为零。大于0.8R处应力转为压应 力。在两端受力点处压应力为最大，其值为拉应力值10倍以上。但因岩石抗 拉强度很低，抗压强度较高，所以岩石试件是在拉应力作用下断裂。

岩石抗剪强度有哪几种测定方法？如何获得岩石的抗剪强度曲线？当前在实验

室测定岩石抗剪强度的方法有直剪试验、倾斜压模剪切法和三轴试验等。按照

莫尔强度理论确定岩石强度曲线一般有下述三种方法：三向压缩试验求强度曲

线，按单向抗拉、抗压强度绘制强度曲线，倾斜压模剪切法。

岩石的受力状态不同对其强度大小有什么影响？哪一种状态下的强度较大？岩

石在不同应力状态下的强度值不同，一般符合如下规律：三轴抗压强度＞双轴

抗压强度〉单轴抗压强度〉抗剪强度〉抗弯强度〉抗拉强度。

简述影响岩石单轴抗压强度的因素。这些因素主要包括两方面：一方面是岩石

本身方面的因素，如岩石的矿物组成、结构构造、密度、风化程度及含水量 等；另一方面是实验条件方面的因素，如试件的几何形状、尺寸、试件加工精 度、端面条件、加载速率及温度等因素。

岩石流变模型的基本元件有哪几种？流变模型主要由三个基本元件一弹性元 件、粘性元件、塑性元件组成。

不同受力条件下岩石流变具有哪些特征？

并不是任何岩石材料在任何应力水平上都存在蠕变的的三个阶段，一种岩石

既可以发生稳定蠕变也可以发生不稳定蠕变，这取决于岩石应力的大小。小于

次临界应力时，蠕变按稳定蠕变发展，不会导致岩石破坏；超过某一临界应力

时，蠕变向不稳定蠕变发展，并随着时间的增长，将导致岩石破坏。通常称此

临界应力为岩石的长期强度。同一种岩石的蠕变曲线，根据其应力水平，可划

分为三个类型：1）类型I：在低应力水平下，包含衰减蠕变和稳定蠕变段。

这种蠕变不导致破坏。也称为稳定蠕变。2）类型II：在中等应力水平下，包

含典型蠕变三个阶段。3）类型m：在较高应力水平下，应变率很高，几乎没 有稳态蠕变阶段。

简述本书介绍的岩石流变模型的特点。马克斯伟尔模型具有瞬时变形、等速蠕

变和松弛特性，不具有弹性后效，可模拟具有这些性质的岩石。开尔文模型具