巖石力學(xué)作業(yè)題.doc

巖石力學(xué)習(xí)題 1.什么叫巖石？什么叫巖體？它們之間的區(qū)別何在？答：巖石，是組成地殼的基本物質(zhì)，它是由礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律凝聚而成的自然地質(zhì)體。 巖體，是指一定工程范圍內(nèi)的自然地質(zhì)體，它經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的自然歷史過程，經(jīng)受了各種地質(zhì)作用，并在地應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，在其內(nèi)部保留了各種永久變形和各種各樣的地質(zhì)構(gòu)造形跡（不整合、褶皺、斷層、層里、節(jié)理、劈理等不連續(xù)面。 巖石和巖體的重要區(qū)別就是巖體包含若干連續(xù)面，巖體的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于巖石強(qiáng)度。2.巖石按照成因分成哪幾類？其各自的成因及特征是什么?試舉出幾種巖石實(shí)例。答：按照成因，巖石可分成巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖三大類。巖漿巖是由巖漿冷凝而成的巖石。組成巖漿巖的各種礦物化學(xué)成分和物理性質(zhì)較為穩(wěn)定，它們之間的連接是牢固的，具有較高的力學(xué)強(qiáng)度和均勻性（橄欖巖、流紋巖）。沉積巖是由母巖在地表經(jīng)風(fēng)化剝蝕而產(chǎn)生的物質(zhì)，通過搬運(yùn)、沉積、和固結(jié)作用而形成的巖石。沉積巖的物理力學(xué)特性與礦物和巖屑的成分，膠結(jié)物的性質(zhì)有很大關(guān)系，另外，沉積巖具有層理構(gòu)造（礫巖、頁巖、泥巖）。變質(zhì)巖是由巖漿巖、沉積巖甚至變質(zhì)巖在地殼中受到高溫、高壓及化學(xué)活動(dòng)性流體的影響下發(fā)生編制而形成的巖石。它的物理性質(zhì)與原巖的性質(zhì)、變質(zhì)作用的性質(zhì)和變質(zhì)程度有關(guān)（片麻巖、板巖、大理巖）。3.什么叫巖石力學(xué)？其研究?jī)?nèi)容是什么？研究方法有哪些？答：巖石力學(xué)是研究巖石及巖體在各種不同受力狀態(tài)下產(chǎn)生變形和破壞的規(guī)律，并在工程地質(zhì)定性分析的基礎(chǔ)上定量地分析巖體穩(wěn)定性的一門學(xué)科。巖石力學(xué)研究的內(nèi)容：(1)基本原理，包括巖石的破壞、斷裂、蠕變及巖石內(nèi)應(yīng)力、應(yīng)變理論等的研究；（2）實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)，包括各種靜力和動(dòng)力方法，以確定巖塊和巖體在靜力和動(dòng)力作用下的性狀及tanti內(nèi)的初始應(yīng)力；（3）在實(shí)際應(yīng)用方面，包括地表巖石地基的穩(wěn)定和變形問題、巖石邊坡的穩(wěn)定性等問題的研究。研究方法有科學(xué)實(shí)驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法。4.巖石的物理性質(zhì)指標(biāo)主要有哪些？它們是如何定義的？答：質(zhì)量密度（單位體積的質(zhì)量）；重度（單位體積的重量）；相對(duì)密度（巖石的干重量除以巖石的實(shí)體積所得的量與1個(gè)大氣壓下4攝氏度的純水的重度的比值）；孔隙率（孔隙體積與總體積百分比）；孔隙比（孔隙體積與固體的體積之比）；含水率（天然狀態(tài)下巖石中水的重量與巖石烘干重量的百分比）；吸水率（干燥巖石試樣在一個(gè)大氣壓和室溫條件下吸入水的重量與巖石干重百分比）；飽水率（巖樣在強(qiáng)制狀態(tài)（真空、煮沸、高壓）下，巖樣的最大吸水重量與巖樣烘干重量的百分比）；滲透性（在水壓力作用下，巖石的孔隙和裂隙透過水的能力）；膨脹性（巖石浸水后體積增大的性質(zhì)）；崩解性（巖石與水相互作用時(shí)失去黏結(jié)性并變成完全喪失強(qiáng)度的松散物質(zhì)的性能）；軟化性（巖石與水相互作用時(shí)強(qiáng)度降低的特性）；抗凍性（巖石抵抗凍融破壞的性能稱為巖石的抗凍性）。5.巖石的容重、密度取決于何種因素？與巖石的力學(xué)性質(zhì)有何相關(guān)性？答：巖石的容重、密度取決于組成巖石的礦物成分、孔隙大小以及含水量。巖石的重度在一定程度上反映出巖石力學(xué)性質(zhì)的優(yōu)劣，通常巖石的重度愈大，其力學(xué)性質(zhì)愈好。6.巖石的比重取決于何種因素？答：巖石的比重取決于組成巖石的礦物的相對(duì)密度，巖石中重礦物越多其比重越大，大部分巖石比重介于2.502.80之間。7.巖石含空隙指標(biāo)與巖石力學(xué)性質(zhì)有何關(guān)系？答：巖石含空隙指標(biāo)值越大巖石力學(xué)性質(zhì)就越差。8.巖石的吸水率取決于何種因素？與巖石力學(xué)性質(zhì)有何關(guān)系？答：巖石吸水率大小取決于巖石中孔隙數(shù)量多少和細(xì)微裂隙的連通情況。吸水率愈大，巖石的力學(xué)性能就愈差。9.巖石的飽水指標(biāo)與巖石的抗凍性有何相關(guān)性？答：巖石飽水指標(biāo)反映巖石中張開型裂隙和孔隙的發(fā)育情況，對(duì)巖石的抗凍性有較大影響。飽水系數(shù)(吸水率與飽水率百分比)一般在0.50.8之間。試驗(yàn)表明，飽水系數(shù)91%時(shí)，可免遭凍脹破壞。10.巖石的軟化、膨脹和崩解的機(jī)理是什么？它們與巖石的力學(xué)性質(zhì)有何關(guān)系？答：巖石的軟化機(jī)理，由于水分子進(jìn)入顆粒間的間隙而消弱了顆粒間的聯(lián)結(jié)造成的；崩解機(jī)理，由于水花過程中消弱了巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)引起的；膨脹機(jī)理，經(jīng)水化作用后相鄰顆粒間產(chǎn)生的契劈效應(yīng)，當(dāng)契劈作用力大于結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)力，巖石顯示膨脹性。巖石的軟化、崩解和膨脹性質(zhì)越好，巖石力學(xué)性質(zhì)就越差。11.試推導(dǎo)用巖石的干容重、比重和水的容重表示巖石的空隙率和空隙比。答：已知巖石干容重；比重；水的容重 據(jù)土力學(xué)公式：空隙比e = ；空隙率12、巖石的吸水性與空隙率有什么關(guān)系？答案：因?yàn)閹r石中包含空隙，才導(dǎo)致巖石吸水性的存在。空隙越多，吸水性越明顯。巖石的吸水率是在常溫常壓下進(jìn)行的，水只能進(jìn)入大開空隙，而小開空隙和閉空隙水不能進(jìn)入，因此它與大開空隙率有關(guān)。巖石的飽和吸水率在高壓(或真空)條件下浸水，一般認(rèn)為水能進(jìn)入所有開空隙中，因此它與開空隙率有關(guān)。13.試推導(dǎo)巖石吸水率與巖石大開空隙率的關(guān)系。解：設(shè)巖石的大開空隙率，大開空隙體積占總空隙體積的百分比為k，巖石相對(duì)密度為，則巖石吸水率與大開空隙率的關(guān)系表示如下：14.試推導(dǎo)巖石飽水率與巖石開型空隙率的關(guān)系。解：通常認(rèn)為，在高壓條件下水能進(jìn)入巖樣所有敞開的空隙中。所以，由上題可知，巖石飽和吸水率與開型空隙率的關(guān)系如下（為巖石相對(duì)密度，為大開空隙率）：15.何謂巖石強(qiáng)度，取決于哪些因素？答：巖石在荷載作用下破壞時(shí)所承受的最大荷載應(yīng)力稱為巖石的強(qiáng)度。巖石的強(qiáng)度決定于很多因素，巖石結(jié)構(gòu)、風(fēng)化程度、水、溫度、圍壓大小、各向異性等都影響巖石的強(qiáng)度。16.表示巖石強(qiáng)度的指標(biāo)主要有哪些？格式如何定義的？答：巖石的強(qiáng)度指標(biāo)主要有抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度。其中，抗壓強(qiáng)度包括單軸抗壓強(qiáng)度（巖石試件在單軸壓力作用下所能承受的最大壓力）、三軸抗壓強(qiáng)度（巖石試件在三個(gè)方向應(yīng)力作用下的強(qiáng)度）；抗剪強(qiáng)度（巖石抵抗剪切破壞的極限能力）；抗拉強(qiáng)度（巖石試件在單軸拉力作用下抵抗破壞的極限能力）。17. 巖石的抗壓、抗拉、抗剪指標(biāo)試驗(yàn)方法各有哪些，有何優(yōu)缺點(diǎn)？答：抗壓指標(biāo)試驗(yàn)方法有直接單軸抗壓試驗(yàn)，普通三軸試驗(yàn)和真三軸試驗(yàn)?？估笜?biāo)試驗(yàn)有直接抗拉試驗(yàn)（缺點(diǎn)：試樣制備困難，且不易與拉力機(jī)固定），霹靂法（優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行，只要有普通壓力機(jī)就可以進(jìn)行試驗(yàn)）?？辜糁笜?biāo)試驗(yàn)方法有直接剪切試驗(yàn)（缺點(diǎn)：強(qiáng)度曲線并不是絕對(duì)嚴(yán)格的直線），契形剪切試驗(yàn)，三軸壓縮試驗(yàn)（優(yōu)點(diǎn)：結(jié)果較精確）。18.試件的大小、形狀是如何影響巖石的力學(xué)性質(zhì)的？原因是什么？答：試件的形狀、和尺寸大小對(duì)強(qiáng)度的影響主要表現(xiàn)在高徑比或高寬比和橫斷面積上。試件太長(zhǎng)、高徑比太大，會(huì)由于彈性不穩(wěn)定提前發(fā)生破壞，降低巖石的強(qiáng)