发布时间 : 星期日 文章《岩石力学》习题汇总及答案 - 图文更新完毕开始阅读e4cc1a4dcf84b9d528ea7adf
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Pw时，结构面开始破坏，则Pw称为破坏水压力。
?1??3?mRc?3?sRc2 (3-41)28. Hoek-Brown经验方程：
?1??3?mRc?3?sRc2 (3-41)
令ζ3=0，得岩体单轴抗压强度Rmc： ?1?Rmc?sRc (3-42)对于完整岩石，s=1，则Rmc=Rc，即为岩块抗压强度。对于裂隙岩石，s＜1。
抗拉强度：将ζ1=0代入方程（3-41）中，并对ζ3求解所得的二次方程，可解得岩体的单轴抗拉强度为
12Rml?Rcm?m3-43?4s）的剪应力表达式为 (3-43) 剪切强度：式（2B ?????ARc??T? (3-44） ?Rc?式中：η——岩体的剪切强度； ζ ——岩体法向应力；
A，B——常数，查表3-21求得； 12 T=m?m?4s,查表3?21求得。229.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Kn，切向刚度为Ks。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ζn作用下的岩体参数：沿n方向加荷时，在ζn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η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：
Ed?1??d?vp ? (3-61)?????1??1?2? dd Edvs? (3-62) 2??1??d?3
式中：Ed——动弹性模量；μd——动泊松比；ρ——介质密度。岩石质量密度γ（kg/m）=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ζh=ζv= γH,式中：ζh、ζv-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ζv=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。
??h??H???H上式中 称为侧压力系数。
1??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1??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 /ζmax）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（ζ1，ζ2）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=ζ1+ζ2-2（ζ1-ζ2）cos2θ ，ζr=0 式中ζθ 、σr——钻孔周边的切向应力和径向应力；θ——周边一点与ζ1轴的夹角。当θ=0°时， ζθ取得极小值，此时ζθ =3ζ2-ζ1 。
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3ζ2-ζ1和岩石抗拉强度Rt之和后，在θ=0°处，也即ζ1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 = 3ζ2-ζ1+ 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ζ2相平衡，即Ps =ζ2 只要测出岩石抗拉强度Rt,即可由Pi和Ps，求出ζ1和ζ2，这样ζ1和ζ2的大小和方向就全部确定了，即：ζ2= Ps ζ1=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 =3ζ2-ζ1+Rt-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Pr，则有 Pr = 3 ζ2 - ζ1 – 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。
?1??d??1?2?d? (3-65) 2 Ed?vmp?1??d
2 或： Ed?2vms??1??d? (3-66)22 vmp?2vms ?d?2 (3-67)2 2vmp?vms
Ed2 Gd? ?vmp? (3-68)
2?1??d?
式中： ?—岩体密度（g/cm3）； Gd—动剪切模量（GPa）。??
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
名词解释：
1. 结构面：地质历史发展过程中，在岩体内部形成的具有一定方向、一定规模、一定形态、和特征的面状、缝状、
层状、带状的地质界面。
2. 重度r：岩石的单位体积（包括岩石孔隙体积）的重力。（受矿物成分、孔隙大小、含水多少控制） 3. 比重Gs：岩石的干的重力除以岩石的实体体积（不包括孔隙），再与4℃时水的重度相比。（取决于岩石的矿物比
重）
4. 孔隙率：岩石中试样孔隙体积与岩石试样总体积的百分比，是反映岩石致密程度和岩石质量的重要参数。（孔隙率
越大，岩石的抗压强度越低）
5. 吸水率：干燥岩石试样在一个大气压和室温条件下，岩石吸入水的重力对岩石干重力之比的百分率。 6. 饱水率：岩石试样在高压或真空情况下，强制吸入水的重量对岩石干重之比的百分率。 7. 抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的能力。 8. 渗透系数：介质对某种物体的渗透能力。 9. 膨胀性：岩石浸水后体积增大的性质。
10. 崩解性：岩石与水相互作用时失去粘结性并完全丧失强度的松散物质的性能。 11. 模量比：弹性模量与单轴抗压强度的比值。 12. RQD：岩石质量指标。
岩心采取率：工程中采用直径为75mm的双层岩心管金刚石钻进，提取直径为54mm的岩心长度大于10cm的岩心长度之和与钻孔总进尺的百分比。
13. 体积模量K：平均应力与体积应变之比。{[（ζx +ζy +ζz ）/3 ]/(△V/V)}
14. 剪切模量G：材料在弹性变形阶段内剪应力和对应的剪应变的比值。G=E/[2*(1+u)] 15. 弹性抗力系数k（岩石反力系数）：使隧洞周围的岩石达到一个单位变形时所需要的压力的大小。 16. 蠕变：在应力不变的情况下岩石变形（或应变ε）随着时间t而增长。 17. 测压比：平均水平应力ζh,av与垂直应力ζv的比值。
18. 海姆假说：在岩体深处的初始垂直应力与其上覆岩体的重量成正比，而水平应力大致与垂直应力相等。 19. 应力集中系数：地下洞室开挖后洞室上的一点切向应力与洞室开挖前洞壁上的天然应力的比值。 20. 山岩压力：由于洞室围岩的变形和破坏而作用在支护或衬砌上的压力。
21. 岩石的坚固系数：将岩石看作没有凝聚力的大块散粒体时的内摩擦系数，包括由于凝聚力推到的摩擦系数与原岩
石中的内摩擦系数之和。 填空：
1. 结构面的类型：原生结构面、构造结构面、次生结构面。岩体结构类型：整体块状结构、层状结构、破裂结构、散体结构。
2. 岩石力学的研究内容：岩石在荷载作用下的应力、变形、破坏规律以及工程稳定性等问题。岩石力学的研究方法：工程地质研究法、试验法、数学力学分析法、综合分析法。
3. RMR（地质力学分类法）包括完整岩石的强度、RQD、节理的间距、节理的状态、地下水情况。 4. 岩体的破坏形式：脆性破坏、延性破坏、弱面剪切破坏。
5. 影响岩石抗压强度的因素：矿物成分、结晶程度和颗粒大小、胶结情况、生成条件、风化作用、密度、水的作用、试件形状和尺寸、加荷速率。
6. 直剪曲线的3个阶段：弹性阶段、裂隙发展增长阶段、强度降低阶段。
7. 岩石完全应力—应变曲线分为压密阶段、弹性工作阶段、塑形性状阶段、材料的破坏阶段。 8. 影响岩石应力应变曲线的因素：荷载速率、温度、侧向压力、各向异性。 9. 岩石的蠕变分为初级蠕变（暂时蠕变）、二次蠕变（稳定蠕变）、加速蠕变（第三期蠕变）。
10. 影响山岩压力的因素：洞室的形状和大小、地质构造、支护的形式和刚度、洞室深度、时间、施工方法。
11. 压力拱理论稳定条件：沿着拱的切线方向仅作用着压力，适用条件：能够形成压力拱，即洞室上方有足够的厚度且有相当稳定的岩体。
12. 大坝的失稳形式：表层滑动破坏、深层滑动破坏、混合滑动破坏。 13. 岩石边坡的几种破坏类型：松弛张裂、崩塌、倾倒、蠕动、滑坡。
14. 边坡加固措施：排水、削顶压底、用混凝土填塞岩石断裂部分、用锚栓或预应力缆索加固、挡墙和锚索相连接加固、用混凝土挡墙或支墩加固、格勾。 问答题：
1. 简述τ=σtgυ + c曲线的制作方法。