南华09级岩体力学考试(完整答案版)

一、名词解释题：1、岩石的扩容：指岩石受外力作用后，发生非线性的体积膨胀，且这一体积膨胀是不可逆的。

2、弹性后效：指岩石具有随时间的增长应变逐渐恢复的特性。

3、岩体构造应力：在各种地壳构造运动作用力的影响下，地壳中所产生的应力称为构造应力。

4、岩石的水理性：指与水相互作用表现出的性质，包括岩石的含水率、吸水率及岩石的渗透性。

5、岩石的膨胀性：指含粘土矿物的岩石遇水膨胀的特性，通常以岩石的自由膨胀率、岩石的侧向约束膨胀率、膨胀压力等来表述。

6、岩石的崩解性：岩石与水相互作用时，失去粘结并成为完全丧失强度的松散物质的性能。

7、岩石的流变性：包括岩石的蠕变、应力松弛和长期强度。

其中，蠕变是指岩石在恒定外力作用下，应变随时间增长而增长的特性；应力松弛指在应变保持不变的条件下，应力随时间增长而减少的特性；长期强度指在长期荷载作用下岩石的强度。

8、粘弹性波：指在非线性弹性体中传播的波。

9、塑性波：指应力超过介质弹性极限的波。

10、冲击波：指在固体介质的变形性质能使大扰动的传播速度远比小扰动的传播速度大时，在介质中形成的波头陡峭的、以超声速传播的波。

11、结构面：指具有极低的或没有抗拉强度的不连续面，包括一切地质分离面。

12、水压致裂法：是指通过液压泵向钻孔内拟定测量深度处加液压将孔壁压裂，测定压裂过程中的各特征点压力及开裂方位，以此计算测点附近岩体中初始应力大小和方向的一种方法。

13、岩体结构：指结构面的发育程度及其组合关系；或者指结构体的规模、形态及其排列形式所表现的空间形态。

14、岩石流变：指岩石的蠕变、应力松弛、与时间有关的扩容，以及强度的时间效应等特性。

15、声发射：指材料在受到外荷载作用时，其内部贮存的应变能快速释放产生弹性波，从而发出声响。

二、填空1、结构面发育的密集程度通常用（线密度）和（间距）表示，结构面形态通常考虑结构面侧壁的（起伏状态）和（粗糙度）两个方面。

2、表征岩石抗剪强度的基本指标是（内聚力C ）和（内摩擦角$ ）。

3、垂直层面加压时，岩体的抗压强度比平行层面加压时（大），而变形模量则比平行层面加压时（小）。

4、有一对共轭剪节理，其中一组走向为N30°E，另一组走向为N30W，问形成该剪节理的最大主应力"的方向为（SN （南北））；假定岩石强度服从莫尔直线型强度理论，则该岩体的内摩擦角①为（300）。

5、RMR分类依据的分类指标为（岩块强度）、（RQD值）、（节理间距）、（节理条件）和（地下水条件）。

6、从力学的观点出发，岩石的脆性破坏有（拉张破坏）和（剪破坏）两种。

7、按边坡岩体中滑动面形态、数目及组合关系，把边坡岩体破坏类型划分为（圆弧破坏）、（平面破坏）、（锲体破坏）和（倾覆破坏）四种。

8、岩体天然应力的测量方法主要有（应力恢复法）、（套心法）和（水压致裂法）。

9•结构面按地质成因可分为（原生结构面）、（构造结构面）和（次生结构面）。

10.表征岩石变形性质的基本指标是（变形模量）和（泊松比）。

11.某工程中的岩体定量指标如下：①单轴饱和抗压强度Rc=62 MPa;②岩石弹性纵波速度为4200m/s;③岩体弹性纵波速度为2400 m/s;则据《工程岩体分级标准》（GB 50218-1994）,该岩体的完整性指数Kv=0.3312.测定岩石抗拉强度的方法有（直接拉伸法）和（间接法）。

三、简答1、岩体在力学性质上的基本特征。

答：不连续性；各向异性；不均匀性；赋存地质因子的特性。

2、岩石在单向压缩荷载作用下试件的破坏形态。

答：①圆锥形破坏，该破坏是由于试件两端面与试验机承压板之间摩擦力增大造成的。

由于试件端面与承压板之间的摩擦力，使试件端面部分形成了一个箍的作用，而这一作用随远离承压板而减弱，使其表现为拉应力，在无侧限的条件下，由于侧向的部分岩石可自由地向外变形、剥离，最终形成圆锥形破坏的形态。

②柱状劈裂破坏。

若采用有效方法消去岩石试件两端面与试验机承压板间的摩擦力，则试件的破坏形态为柱状劈裂形态，它是岩石在单轴压缩应力作用下自身所具有的破坏特性。

3、我国工程岩体分级标准（GB50218-94）进行工程岩体分级的基本思路。

答：1•首先确定岩体基本质量，计算相对应的Rc,Kv2按BQ=90+3R o+25OKv计算岩体基本质量指标BQ.按BQ进行岩体质量分级3在确定了岩体基本质量的基础上。

按[BQ]=BQ-100（K1+K2+K3）,进一步确定工程岩体的分级的修正值，以此确定工程岩体质量分级。

4、水压致裂法测定岩体初始应力的基本原理是什么？答：水压致裂法是指通过液压泵向钻孔内拟定测量深度处加液压将孔壁压碎，测定压碎过程中的各特征点压力及开裂方位，以此计算测点附近岩体中出应力大小和方向。

5、岩体的初始应力包括哪些？影响初始应力的因素是什么？答：岩体初始应力包括岩体构造应力、自重应力、渗透应力和温度应力。

岩体初始应力状态主要受地质构造和自重应力，除此之外，还收地形、地质构造形态、岩体力学性质、水、温度等因素影响。

6、岩石的全应力应变曲线分为哪几个阶段？它们与岩石的变形特征和破坏的发生发展有什么关系？答：①压密阶段，特征是应力应变曲线呈上凹型，即应变随应力的增加其增量减小，存在此特征的主要原因是岩石内的微裂隙在外力作用下发生闭合所致。

②弹性阶段，应力应变呈直线型，即应变随应力的增加呈线性增加，此时岩石由于受荷后不断出现新的裂缝和原有裂缝的扩展，是岩石产生不可逆的变形③塑性阶段，曲线呈下凹状，即随应力增加应变明显增大的现象，岩石受荷超出了其屈服应力后产生明显塑性变形，发生脆性破坏。

7、影响岩石力学性质的主要因素有哪些？答：影响岩石力学性质的主要因素有①水的影响（与水的存在方式有关）；②温度。

一般来说深度每下降100m，温度上升3C,随温度升高，岩石的岩性增加，屈服点降低，强度降低；③加荷速率，一般为0.5〜1.0Mpa/s :④围压；⑤岩石的风化程度，风化越严重，强度越低。

8、在三轴压缩试验条件下，岩石的力学性质会发生哪些变化？答：（1）随着围压（£= （3）的增大，岩石的抗压强度显著增加；（2）随着围压（（2= （B）的增大，岩石破坏时，岩石的变形显著增加；（3）随着围压（2= （B）的增大，岩石的弹性极限显著增加；（4）随着围压（2= （B）的增大，岩石的应力应变曲线形态发生明显的改变，岩石的性质发生了变化，由弹脆性---弹塑性---应变硬化。

抗压强度显著增加；9、为什么要进行岩体质量分类。

答：进行岩体质量分类，是从工程实际需要出发，对工程的岩体进行分类，并根据其好坏，进行相应的试验，赋予它必不可少的计算指标参数，以便于合理地设计和采取相应的工程措施，达到经济，合理，安全的目的。

四、分析计算题1、试分析马克斯威尔（Maxwell）模型的特点。

答：马克斯威尔模型是用弹簧和粘壶串联而成的，它所表现的是具有弹性特性和粘性特性相 结合的应力与应变关系的模型（如图）。

由模型可知:该式反映应力随时间的增长呈指数函数衰减的特性，也就是岩石所具有的应力松弛的特性。

2、某岩块的剪切强度参数为：C=50MPa ，①=60°，设岩石强度服从莫尔直线型强度理论。

如用该岩石试件做三轴试验，当围压*和轴压"分别加到50MPa 和700MPa 后，保持轴压不变，逐渐卸除 围压63,问围压卸到多少时，岩石试件破坏？解：由莫尔-库伦强度理论可知：代入数据 解得 700 sin600（700 2 50cot600） ， ' 3 01 sin 60即当围压卸到 23.46Mpa 时岩石试件破坏。

3、某工程中的岩体定量指标如下① 单轴饱和抗压强度 Rc=62 Mpa ; ② 岩石弹性纵波速度为 4200m/s ; ③岩体弹性纵波速度为2400 m/s ;试据《工程岩体分级标准》（GB 50218-1994）计算该岩体的基本质量指标 解： R c 62> 60，属坚硬岩；因 62>90K v 30 59.7 , 0.33v 0.04R , 0.4 2.88，故取 R c 59.7, K v 0.334、试分析开尔文（Kelvin ）模型的特点。

该式表现了岩石在卸载后，应变随时间的增长而逐渐恢复的特性，即弹性后效的变形特性。

5、用砂岩进行单轴和三轴压缩试验， 测得单轴抗压强度为 40MPa ,围压为10 MPa 条件下三轴 抗压强度为89MPa 。

试根据莫尔-库仑准则计算这种岩石的粘结力和内摩擦角，并根据所得结果写出强度曲线表达式。

解：根据莫尔-库伦准则，由 13c 得：1c89 40 小4.93101 sin14 9 1 一由sin0.661 ,arc 0.661 41.41 sin14.9 12c cosccc (1 sin) 40(10.661) 9Mpa1 sin2 cos2"0.6612该式反映了岩石的蠕变与时间呈直线关系的特征；当应变保持不变时，则°expEtsin1332c cot1sin 12 c cot1 sinBQ 值。

岩石完整性指数:K vv Pm 24002v P r420020.33，为破碎岩体;BQ90 3R c 250K v 90 3 59.7250 0.33 351.6答：开尔文模型是用弹簧和粘壶并联而成（如图） ，根据两个基本力学模型并联的力学特性,表现为e v E 1 exp $ev ，该式表示了具有粘弹性的岩石在恒定应力作用下应变与时间的变化规律；当时间t t 1时，进行卸载至0,则1expE(t tj; _ : I图5-4 地屋剥fife 后岩体单元iWI£力梟敕的变化肌輻翻牝帧”巒地克表而甜豉**耐斛初飯城斛帰 如囲6,蘇・H 趟毘紬孟KHB 料元，帥压力杲的•当上11岩牌也了 Y 乩自葩如前了 W 冰平助诚曲飓罪则减忙自必11酗器酬L17-' . I 一龊i ＞芒?冋见月上酔犠如处时强曲九迖斜朋叫单黄*平宜力丈于总"，吓境因之已知5000m 深处某岩体侧压力系入=0.8，泊松比卩=0.25，在岩体被剥蚀2000m 后，侧压力系数为多 少？第八节新奥法简介“新奥地利隧道施工法” （NATM ）法，由奥地利学派创始人之一米勒教授提出的。

包括三 方面的内容：1支护-围岩共同作用原理。

2、 柔性支护观点/锚喷网综合支护主要支护手段。

3、 设计、施工、监测一条龙作业方式。

优点：较好利用岩体力学特性，充分发挥围岩的自身的承载能力，合理设计支护结构和施工 顺序。

1支护-围岩共同作用原理围岩既是生产支护荷载的主体，又是承受岩层荷载的结构，支护共同承担围岩压力。

摒弃了过去岩体作为对支护结构的 荷载采用厚衬砌的传统做法。

围岩压力是变形压力和松动压力的组合，大部 分压力（特别是变形压力）由围岩自身承担，只有少部分 转移到支护结构上；支护荷载既取决于围岩的性质，又 取决于支护结构的刚度和支护时间；围岩的松动区和围 岩内的二次应力状态又与支护结构的性质和支护时间 有关。