巖石力學(xué)與工程習(xí)題答案

1．

構(gòu)成巖石的重要造巖礦物有正長石、斜長石、石英、黑云母、白云母、角閃石、輝石、橄欖石、方解石、白云石、高嶺石、赤鐵礦。

2．

為什么說基性巖和超基性巖最容易風(fēng)化？

答：基性巖石和超基性巖石重要由易風(fēng)化的橄欖石、輝石及基性斜長石組成。所以基性巖石和超基性巖石

非常容易風(fēng)化。

3、常見巖石的結(jié)構(gòu)連結(jié)類型有那幾種？

1.結(jié)晶連結(jié)：巖石中礦物顆粒通過結(jié)晶互相嵌合在一起，如巖漿巖、大部分變質(zhì)巖以及部分沉積巖的結(jié)構(gòu)連結(jié)。

2.膠結(jié)連結(jié)：指顆粒與顆粒之間通過膠結(jié)物質(zhì)連結(jié)在一起的連結(jié)。如沉積碎屑巖、部分粘土巖的結(jié)構(gòu)連結(jié)。

4．

何謂巖石中的微結(jié)構(gòu)面，重要指那些，各有什么特點(diǎn)？

答：巖石中的微結(jié)構(gòu)面（或缺陷）是指存在于礦物顆粒內(nèi)部或礦物顆粒及礦物集合體之間微小的弱面及空隙。它涉及礦物的解理、晶格缺陷、晶粒邊界、粒間空隙、微裂隙等。

礦物的解理面：是指礦物晶體或晶粒受力后沿一定結(jié)晶方向分裂成的光滑平面。

晶粒邊界：礦物晶體內(nèi)部各粒子都是由各種離子鍵、原子鍵、分子鍵等相連結(jié)。由于礦物晶粒表面電價不平衡而使礦物表面具有一定的結(jié)合力，但這種結(jié)合力一般比起礦物內(nèi)部的鍵連結(jié)力要小，因此，晶粒邊界就相對軟弱。微裂隙：是指發(fā)育于礦物顆粒內(nèi)部及顆粒之間的多呈閉合狀態(tài)的破裂跡線，也稱顯微裂隙。

粒間空隙：多在成巖過程中形成，如結(jié)晶巖中晶粒之間的小空隙，碎屑巖中由于膠結(jié)物未完全充填而留下的空隙。粒間空隙對巖石的透水性和壓縮性有較大的影響。

晶格缺陷：有由于晶體外原子入侵結(jié)果產(chǎn)生的化學(xué)上的缺陷，也有由于化學(xué)比例或原子重排列的毛病所

產(chǎn)生的物理上的缺陷。它與巖石的塑性變形有關(guān)。

5．

自然界中的巖石按地質(zhì)成因分類，可分為幾大類，各大類有何特點(diǎn)？

答：根據(jù)地質(zhì)學(xué)的巖石成因分類可把巖石分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。

巖漿巖特點(diǎn)：

1）深成巖：常形成較大的入侵體。顆粒均勻，多為粗-中粒狀結(jié)構(gòu)，致密堅硬，孔隙很小，力學(xué)強(qiáng)度高，

透水性較弱，抗水性較強(qiáng)。2）淺成巖：成分與深成巖相似，但產(chǎn)狀和結(jié)構(gòu)都不相同，多為巖床、巖墻和巖脈。均勻性差，與其他

巖種相比，它的性能較好。3）噴出巖：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，巖性不均一，連續(xù)性較差，透水性較強(qiáng)，軟弱結(jié)構(gòu)面比較發(fā)育。

沉積巖特點(diǎn)：1）火山碎屑巖：具有巖漿和普通沉積巖的雙重特性和過渡關(guān)系，各類火山巖的性質(zhì)差別很大。2）膠結(jié)碎屑巖：是沉積物通過膠結(jié)、成巖固結(jié)硬化的巖石。其性質(zhì)取決于膠結(jié)物的成分、膠結(jié)形式和

碎屑物成分和特點(diǎn)。3）粘土巖：涉及頁巖和泥巖。其性質(zhì)較差。4）化學(xué)巖和生物巖：碳酸鹽類巖石，以石灰石分布最廣。結(jié)構(gòu)致密、堅硬、強(qiáng)度較高。

變質(zhì)巖特點(diǎn)：是在已有巖石的基礎(chǔ)之上，通過變質(zhì)混合作用后形成的。在形成過程中由于其形成的溫度和

壓力的不同而具有不同的性質(zhì)，形成了變質(zhì)巖特有的片理、剝理和片麻結(jié)構(gòu)等。據(jù)有明顯的不均勻性和各向異性。變質(zhì)巖特點(diǎn)1）

接觸變質(zhì)巖：侵入體周邊形成巖體。巖體透水性強(qiáng)，抗風(fēng)化能力減少。2）

動力變質(zhì)巖：構(gòu)造作用形成的斷裂帶及附近受到影響的巖石。它的膠結(jié)不好，裂隙、孔隙發(fā)育，

強(qiáng)度低，透水性強(qiáng)。3）

區(qū)域變質(zhì)巖：這種變質(zhì)巖的分布范圍廣，巖石厚度大，變質(zhì)限度均一。一般塊狀巖石性質(zhì)較好，

層狀片狀巖石性質(zhì)較差。

6．

表達(dá)巖石物理性質(zhì)的重要指標(biāo)及其表達(dá)方式是什么？

答：指由巖石固有的物理組成和結(jié)構(gòu)特性所決定的比重、容重、孔隙率、水理性等基本屬性。

7、

巖石破壞有幾種形式？對各種破壞的因素作出解釋。

答：試件在單軸壓縮載荷作用破壞時，在試件中可產(chǎn)生三種破壞形式:

(1)X狀共軛斜面剪切破壞，破壞面上的剪應(yīng)力超過了其剪切強(qiáng)度，導(dǎo)致巖石破壞。

(2)單斜面剪切破壞，破壞面上的剪應(yīng)力超過了其剪切強(qiáng)度，導(dǎo)致巖石破壞。

(3)拉伸破壞，破壞面上的拉應(yīng)力超過了該面的抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致巖石受拉伸破壞。

9、

什么是全應(yīng)力-應(yīng)變曲線？為什么普通材料實(shí)驗機(jī)得不出全應(yīng)力-應(yīng)變曲線？

答：全應(yīng)力應(yīng)變曲線：能顯示巖石在受壓破壞過程中的應(yīng)力、變形特性，特別是破壞后的強(qiáng)度與力學(xué)性質(zhì)

的變化規(guī)律。由于材料實(shí)驗機(jī)的剛度小，在試件壓縮時，其支柱上存在很大的變形和變形能，在試件快要破壞時，該變形能忽然釋放，加速試件破壞，從而得不出極限壓力后的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。

11.在三軸壓縮實(shí)驗條件下，巖石的力學(xué)性質(zhì)會發(fā)生哪些變化？

答：三軸壓縮條件下，應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖1-31、1-32所示，圍壓對巖石變形的影響重要有：

(1)隨著圍壓(σ

2=

σ

3)

的增大，巖石的抗壓強(qiáng)度顯著增長；

(2)隨著圍壓(σ

2=

σ

3)

的增大，巖石破壞時，巖石的變形顯著增長；

(3)隨著圍壓(σ

2=

σ

3)

的增大，巖石的彈性極限顯著增長；

(4)隨著圍壓(σ

2=

σ

3)

的增大，巖石的應(yīng)力應(yīng)變曲線形態(tài)發(fā)生明顯的改變，巖石的性質(zhì)發(fā)生了變化，由彈脆性---彈塑性---應(yīng)變硬化。抗壓強(qiáng)度顯著增長；

12.什么是莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線？如何根據(jù)實(shí)驗結(jié)果繪制莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線？

答：三軸抗壓強(qiáng)度實(shí)驗得出：對于同一種巖石的不同試件或不同實(shí)驗條件（不同的圍壓時的最大軸向壓力值）給出了幾乎恒定的強(qiáng)度指標(biāo)值（直線性強(qiáng)度曲線時為巖石的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角）。這一強(qiáng)度指標(biāo)以莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線的形式給出.在不同圍壓條件下，得出不同的抗壓強(qiáng)度，因而可以做出不同的莫爾應(yīng)力圓,這些莫爾應(yīng)力圓的包絡(luò)線就是莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線。

16.線彈性體、完全彈性體、彈性體三者的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系有什么區(qū)別？

答：完全彈性體：循環(huán)加載時的σ

-ε

關(guān)系為曲線。加載途徑與卸載途徑完全重合。

線彈性體：循環(huán)加載時的σ

-ε關(guān)系為直線。加載途徑與卸載途徑完全重合。彈性體巖石：加載途徑與卸載途徑不同，但反復(fù)加載與卸載時，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系總是服從此環(huán)路的規(guī)律。

19.影響巖石力學(xué)性質(zhì)的重要因素有哪些，如何影響的？

答：影響巖石力學(xué)性質(zhì)的重要因素有水、溫度、加載速度、風(fēng)化限度及圍壓。

(1)

水對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響

1）

連結(jié)作用：束縛在礦物表面的水分子通過其吸引力作用將礦物顆粒拉近、接緊，起連接作用。

2）

潤滑作用：由可溶鹽、膠體礦物連接的巖石，當(dāng)有水入侵時，可溶鹽溶解，膠體水解，導(dǎo)致礦物顆

粒間連接力減弱，摩擦力減低，從而減少巖石的強(qiáng)度。

3）

水楔作用：當(dāng)兩個礦物顆?？康煤芙?，有水分子補(bǔ)充到礦物表面時，礦物顆粒運(yùn)用其表面吸附力將

水分子拉倒自己周邊，在兩個顆粒接觸處由于吸著力作用使水分子向兩個礦物顆粒之間的縫隙內(nèi)擠入，這種現(xiàn)象稱水楔作用。（a）使巖石體積膨脹，產(chǎn)生膨脹壓力

(b)水膠連接代替膠體連接產(chǎn)生潤

滑作用，減少巖石強(qiáng)度

4）

孔隙壓力作用：巖石受壓時，巖石內(nèi)孔隙水來不及排出，在孔隙內(nèi)產(chǎn)生很高的孔隙壓力，減少了巖

石的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角，減小了巖石的抗剪強(qiáng)度。5）

溶蝕-潛蝕作用：巖石中滲透水在流動過程中可將巖石中可溶物質(zhì)溶解帶走，從而使巖石強(qiáng)度大為減低。(2)

溫度對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響：隨著溫度的增高，巖石的延性加大，屈服點(diǎn)減少，強(qiáng)度也減少。(3)

加載速度對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響：加載速率越快，測得的彈性模量越大，獲得的強(qiáng)度指標(biāo)越高。國際巖石力學(xué)學(xué)會建議的加載速率為

0.5~1Mpa/s。(4)

圍壓對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響：巖石在三軸壓縮條件下，巖石的強(qiáng)度和彈性極限都有顯著增長。(5)

風(fēng)化對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響a)

減少巖體結(jié)構(gòu)面的粗糙限度并產(chǎn)生新的裂隙，b)

巖石在化學(xué)風(fēng)化過程中，礦物成分發(fā)生變化，巖體強(qiáng)度減少。

2.地應(yīng)力對巖體的影響體現(xiàn)在哪幾個方面？

答：地應(yīng)力對巖體力學(xué)性質(zhì)的影響重要有：

(1)地應(yīng)力影響巖體的承載能力：圍壓越大、承載能力越大。(2)地應(yīng)力影響巖體的變形和破壞機(jī)制。如在低圍壓條件下破壞的巖體，在高圍壓條件下呈現(xiàn)出塑性變

形和塑性破壞。(3)地應(yīng)力影響巖體中的應(yīng)力傳播的法則。非連續(xù)介質(zhì)巖體在高圍壓條件下，其力學(xué)性質(zhì)具有連續(xù)介質(zhì)巖體的特性。

3．巖體結(jié)構(gòu)劃分的重要依據(jù)是結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體

4.簡述各類巖體結(jié)構(gòu)重要地質(zhì)特性。

答：(1)完整結(jié)構(gòu)巖體的地質(zhì)特性多半是碎裂巖體中的結(jié)構(gòu)面被后生作用愈合而成。

后生愈合作用有兩種：其一為壓力愈合，

其二為膠結(jié)愈合。(2)塊裂結(jié)構(gòu)巖體的地質(zhì)特性：

多組或至少有一組軟弱結(jié)構(gòu)面切割及堅硬結(jié)構(gòu)面參與切割成塊狀結(jié)構(gòu)體的高級序巖體結(jié)構(gòu)。其軟弱結(jié)

構(gòu)面重要為斷層、層間錯動也是重要的軟弱結(jié)構(gòu)面之一，參與切割的堅硬結(jié)構(gòu)面一般延展較長，多數(shù)

為錯動過的堅硬結(jié)構(gòu)面，(3)板裂結(jié)構(gòu)體的地質(zhì)特性：

重要發(fā)育于通過褶皺作用的層狀巖體內(nèi)，受一組軟弱結(jié)構(gòu)面的切割，結(jié)構(gòu)體呈板狀。軟弱結(jié)構(gòu)面重要

為層間錯動面結(jié)構(gòu)體多數(shù)為組合板狀結(jié)構(gòu)體。(4)碎裂結(jié)構(gòu)巖體的地質(zhì)特性：

巖體的結(jié)構(gòu)面重要為原生結(jié)構(gòu)面及構(gòu)造結(jié)構(gòu)面。塊狀碎裂結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體塊度大，大多為1~2米，層狀

碎裂結(jié)構(gòu)的塊度小，起塊度與巖層厚度有關(guān)。如圖2.2d。(5)斷續(xù)結(jié)構(gòu)巖體的地質(zhì)特性結(jié)構(gòu)面不連續(xù)，對巖體切割而不斷，個別地方也有連續(xù)貫通構(gòu)。(6)散體結(jié)構(gòu)巖體的地質(zhì)特性(a)碎屑狀散體結(jié)構(gòu)巖體

結(jié)構(gòu)面:無序分布，結(jié)構(gòu)面中有軟弱的，也有堅硬的。

結(jié)構(gòu)體重要為角礫(b)糜棱化散體結(jié)構(gòu)巖體：重要指斷層泥而言。

5．簡述工程巖體的惟一性

答：在不同的巖體工程條件下，巖體結(jié)構(gòu)可視為塊裂結(jié)構(gòu)，斷續(xù)結(jié)構(gòu)和碎裂結(jié)構(gòu)。因此，巖體結(jié)構(gòu)是相對的，而在擬定的地質(zhì)條件和工程尺寸條件下，工程巖體結(jié)構(gòu)才是唯一擬定的。

6．

按結(jié)構(gòu)面成因、結(jié)構(gòu)面通常分為幾種類型？

答：.結(jié)構(gòu)面按成因分：原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面、次生結(jié)構(gòu)面

原生結(jié)構(gòu)面：成巖階段所形成的結(jié)構(gòu)面。巖石成因不同又分為沉積結(jié)構(gòu)面、火成結(jié)構(gòu)面和變質(zhì)結(jié)構(gòu)面。

構(gòu)造結(jié)構(gòu)面：巖體在構(gòu)造運(yùn)動作用下形成的結(jié)構(gòu)面。

次生結(jié)構(gòu)面：在外力作用下（風(fēng)化、地下水、卸載、爆破等）形成的各種界面。

7．

結(jié)構(gòu)面的級別及其特性。

答：根據(jù)結(jié)構(gòu)面的發(fā)育限度、規(guī)模大小、組合形式等可以將結(jié)構(gòu)面分為五級.

Ⅰ級結(jié)構(gòu)面:

對區(qū)域構(gòu)造起控制作用的斷裂帶,延伸數(shù)十公里,深度可穿一個構(gòu)造層.

Ⅱ級結(jié)構(gòu)面:

延伸性強(qiáng)而寬度有限的地質(zhì)界面,延伸數(shù)百米。

Ⅲ級結(jié)構(gòu)面：局部性的斷裂結(jié)構(gòu)，重要指小斷層，延伸數(shù)十米。

Ⅳ級結(jié)構(gòu)面：一般延展性較差，無明顯的寬度的結(jié)構(gòu)面，延伸數(shù)米。

Ⅴ級結(jié)構(gòu)面：延伸性甚差的微裂隙、節(jié)理。

8．描述結(jié)構(gòu)面狀態(tài)的指標(biāo)。

答：結(jié)構(gòu)面狀態(tài)的指標(biāo)涉及：

（1）結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀：對巖體是否會沿某一結(jié)構(gòu)面滑動起控制作用。（2）結(jié)構(gòu)面形態(tài)：決定結(jié)構(gòu)面抗滑力的大小。結(jié)構(gòu)面起伏越大，抗滑力也越大。（3）結(jié)構(gòu)面的延展尺度：在工程范圍內(nèi)，延展尺度最大的結(jié)構(gòu)面，控制著巖體的強(qiáng)度。（4）結(jié)構(gòu)面的密集限度：以巖體裂隙度

K

和切割度

X

表達(dá)巖體結(jié)構(gòu)面的密集限度。

9．

結(jié)構(gòu)面的剪切變形、法向變形與巖石強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)面粗糙性和法向力有關(guān)。

10.結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的尺寸效應(yīng)體現(xiàn)在哪幾個方面？

答：結(jié)構(gòu)面試塊長度增長，平均峰值摩擦角減少，試塊面積增長，剪切應(yīng)力呈現(xiàn)出減小趨勢。此外，還體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）隨著結(jié)構(gòu)面尺寸的增大，達(dá)成峰值強(qiáng)度時的位移量增大；（2）試塊尺寸增長，

剪

切破壞形式由脆性破壞向延伸破壞轉(zhuǎn)化；（3）尺寸增長，峰值剪脹角減小，結(jié)構(gòu)面粗糙度減小，尺寸效應(yīng)也減小。

11.

巖體在多次循環(huán)荷載作用下巖體變形有什么特性？

答：

巖體在加載過程中，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈上凹型，半途卸載回彈變形有滯后現(xiàn)象，并出現(xiàn)不可恢復(fù)的殘余

變形，不管每一級加載與卸載循環(huán)曲線都是開環(huán)型。巖體在循環(huán)荷載作用下，而卸載時荷載又不降至零時，

相應(yīng)的變形過程將出像閉環(huán)型式。

15.巖體中水滲流與土體中水滲流有什么區(qū)別？

答：巖體的水力學(xué)性質(zhì)指巖體的滲透性能及在滲流作用下所表現(xiàn)的力學(xué)性質(zhì)。

(1)土體的滲流以孔隙為主。

特點(diǎn)：(a)土體滲透性大小取決于巖性，土體中顆粒愈細(xì)，滲透性愈差；(b)土體可看作多孔連續(xù)介質(zhì)；(c)土體的滲透性一般具有均質(zhì)（或非均質(zhì)）各向同性（黃土為各向異性）；(d)土體滲流符合達(dá)西滲流定律。

巖體的滲流以裂隙為主。特點(diǎn)：(a)巖體滲流大小取決于巖體中結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)及巖塊的性質(zhì)；(b)巖體滲流以裂隙導(dǎo)水，微裂隙和孔隙儲水為其特性；(c)巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)滲流具有定向性；(d)巖體一般看作非連續(xù)介質(zhì)（對于密集裂隙可看作等效連續(xù)介質(zhì)）；(e)巖體的滲流具有高度的非均質(zhì)性和各向異性；(f)一般巖體中的滲流符合達(dá)西定律（巖溶管道流一般為紊流，不符合達(dá)西定律）；(g)巖體滲流受應(yīng)力場影響明顯；(h)復(fù)雜裂隙系統(tǒng)中的滲流，在裂隙交叉處，具有“偏流效應(yīng)”，即裂隙水流經(jīng)大小不同裂隙交叉

時，水流偏向?qū)挸严兑粋?cè)流動。

16.

地下水對巖體的物理、化學(xué)作用體現(xiàn)在哪幾個方面？

答：地下水對巖體的影響分為：物理的、化學(xué)的和力學(xué)的影響。

(1)巖體的物理作用：

(a)潤滑作用：在裂隙面上，水使裂隙面之間的摩擦系數(shù)減小。

(b)軟化和泥化作用：結(jié)構(gòu)面內(nèi)某些物質(zhì)與水結(jié)合后變軟并成泥，減小了結(jié)構(gòu)面之間的粘聚力和摩擦力。

(c)結(jié)合水的強(qiáng)化作用：在非飽和狀態(tài)下，巖體含水能增強(qiáng)巖體顆粒之間的聯(lián)系，從而增長巖體的強(qiáng)度。

(2)對巖體的化學(xué)作用：

(a)離子互換作用：富含

Ca、Mg

離子的地下水在流經(jīng)富含

Na

離子的巖土?xí)r，Ca、Mg

離子置換巖土中的

Na

離子，

一方面，由水中

Na

離子富集使天然地下水軟化，另一方面，巖土中的

Ca、Mg

離子增長了孔隙度和滲透性能。

(b)溶解作用和溶蝕作用：大氣降雨中的酸性物質(zhì)在地下水中對巖石中的石灰?guī)r、白云巖、石膏等產(chǎn)生溶蝕作用，使巖體產(chǎn)生裂隙和溶洞，增長了巖體的滲透性能。

(c)水化作用：水滲透到巖體的礦物結(jié)晶格架中，使巖體的結(jié)構(gòu)發(fā)生微觀及宏觀的改變，減小了巖體的內(nèi)聚

力，膨脹巖體與水結(jié)合，使起巖體內(nèi)部產(chǎn)生膨脹力。

(d)水解作用：當(dāng)巖土體中的陽離子與水作用，使地下水中的

H+

（M

++H

O=M

OH+H+）濃度增長，水的酸度增長，當(dāng)巖土體中的陰離子與水作用，使地下水中的

OH-

濃度增長，水的堿度增長。水解作用一方面改變地下水的

PH

值。

巖體的力學(xué)性質(zhì)：

(e)氧化還原作用：巖土體與氧氣作用發(fā)生氧化反映，巖土體的礦物組成發(fā)生改變，地下水的化學(xué)組成也發(fā)生改變（如硫化鐵氧化后生成氧化鐵和硫酸），從而影響巖土體的力學(xué)性質(zhì)。

17.敘述地下水對巖土體的力學(xué)作用。

答：對巖土體產(chǎn)生的力學(xué)作用：重要通過空隙靜水壓力和空隙動水壓力作用對巖土的力學(xué)性質(zhì)施加影響。前者減小巖土體的有效應(yīng)力而減少巖土體的強(qiáng)度，在裂隙巖土體中的空隙靜水壓力可使裂隙產(chǎn)生擴(kuò)容變形；

后者對巖土體產(chǎn)生切向的推力以減少巖土體的抗剪強(qiáng)度。

18.巖體質(zhì)量分類有和意義？

答：為了在工程設(shè)計與施工中能區(qū)分巖體質(zhì)量的好壞和表現(xiàn)在穩(wěn)定性上的差別，需要對巖體做出合理分類，作為選擇工程結(jié)構(gòu)參數(shù)、科學(xué)管理生產(chǎn)以及評價經(jīng)濟(jì)效益的依據(jù)之一，也是巖石力學(xué)與工程應(yīng)用方面的基礎(chǔ)性工作。

1．

簡述地應(yīng)力測量的重要性。

(1)應(yīng)力測量為各種巖體工程進(jìn)行科學(xué)合理的開挖設(shè)計和施工提供依據(jù)；(2)地應(yīng)力狀態(tài)對地震預(yù)報、區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價、油田油井的穩(wěn)定性、核廢料儲存、巖爆、煤和瓦斯突出

的研究以及地球動力學(xué)的研究也有重要的意義。

2．地應(yīng)力是如何形成的？控制某一工程區(qū)域地應(yīng)力狀態(tài)的重要因素是什么？

答：地應(yīng)力是存在于地層中的未受工程擾動的天然應(yīng)力，也稱巖體初應(yīng)力、絕相應(yīng)力或原巖應(yīng)力。地應(yīng)力重要與地球的各種動力運(yùn)動過程有關(guān)，涉及板塊邊界受壓、地幔熱對流、地球內(nèi)應(yīng)力、地心引力、地球旋

轉(zhuǎn)、巖漿入侵和地殼非均勻擴(kuò)容等?？刂颇骋还こ虆^(qū)域地應(yīng)力狀態(tài)的重要因素是構(gòu)造應(yīng)力場和重力應(yīng)力場。

1）、大陸板塊邊界受壓引起的應(yīng)力場。2）、地幔熱對流引起的應(yīng)力場。3）、由地心引力引起的應(yīng)力場。4）、

巖漿入侵引起的應(yīng)力場。5）、地溫梯度引起的應(yīng)力場。6）、地表剝蝕產(chǎn)生的應(yīng)力場。

3．簡述地殼淺部地應(yīng)力分布的基本規(guī)律。

答：地應(yīng)力分布的一些基本規(guī)律：

(1)地應(yīng)力是一個相對穩(wěn)定的應(yīng)力場，它是時間和空間的函數(shù)；

(2)實(shí)測垂直應(yīng)力基本等于上覆巖層的重量

(3)水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力；

(4)平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值隨深度的增長而減小，

σ

h，average

=(σ

h,max

+σ

h,min

)/2

100/H

+

0.3<=σ

h，average

/σ

v

<=1500/H

+0.5

(5)最大水平應(yīng)力與最小水平應(yīng)力也隨深度呈線形增長關(guān)系；

σ

h，max

=6.7

+0.0444·H

(Mpa)

σ

h，min

=0.8

+0.0329·H

(Mpa)

(6)最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力之值一般相差較大，顯示出很強(qiáng)的方向性。

地應(yīng)力的上述分布規(guī)律還會受到地形、地表剝蝕、風(fēng)化、巖體結(jié)構(gòu)特性、巖體力學(xué)性質(zhì)、溫度、地下水等

因素的影響。

地應(yīng)力測量方法分哪幾類？它們的重要區(qū)別在哪里？每類涉及那些重要測量技術(shù)？

答：依據(jù)測量基本原理的不同，可將測量方法分為直接測量法和間接測量法兩大類。

直接測量法是由測量儀器直接測量和記錄各種應(yīng)力量，涉及：扁千斤頂法、水力致裂法、剛性包體應(yīng)

力計法和聲發(fā)射法。間接測量法是借助某些傳感器或某些介質(zhì)，測量和記錄巖體中某些與應(yīng)力有關(guān)的間接物理量的變化，

如巖體中的變形和應(yīng)變，然后由計算公式求出原巖應(yīng)力值。涉及：套孔應(yīng)力解除法和其他的應(yīng)力應(yīng)變解除法以及地球物理方法等。其中套孔應(yīng)力解除法是目前國內(nèi)外廣泛使用的一種方法。

4．

簡述水壓致裂法的基本原理

5．

簡述水壓致裂法的重要測量環(huán)節(jié)。

(a)打鉆孔到準(zhǔn)備測量應(yīng)力的部位；并將鉆孔中待加壓段用封隔器密封起來；(b)向隔離段注入高壓水，記錄孔裂開時的壓力值

Pi,繼續(xù)加壓，直到裂隙擴(kuò)張到孔徑的

3

倍，關(guān)閉高壓水

系統(tǒng)，保持水壓恒定，此時的應(yīng)力為關(guān)閉應(yīng)力，記為

Ps

，最后卸壓，使裂隙閉合，此時孔內(nèi)壓力為

P0

。(c)重新向密閉段注入高壓水，使裂隙重新打開，記錄裂隙重新打開時的壓力

Pr,和隨后的恒定關(guān)閉壓力

Ps,其孔內(nèi)壓力時間曲線如圖

3-9。(d)將封隔器卸壓，從孔中取出，(e)用攝象機(jī)記錄孔內(nèi)的水壓致裂裂隙，天然節(jié)理、裂隙的位置、方向和大小。

6．

對水壓致裂法的重要優(yōu)缺陷做出評價。

優(yōu)點(diǎn)(a)能測量深部應(yīng)力（已知最深為

5000

米）;(b)在沒有地下工程或硐室的條件下，對露天邊坡工程的地應(yīng)力進(jìn)行估算；缺陷

(a)只能擬定垂直鉆孔平面內(nèi)的最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力的大小和方向；(b)只合用與完整的脆性巖石中。

9．簡述套孔應(yīng)力解除法的基本測量原理和重要測試環(huán)節(jié)。

答：全應(yīng)力解除法（套孔應(yīng)力解除法）

全應(yīng)力解除法即是測點(diǎn)巖體完全脫離地應(yīng)力的作用，測量其變形值，再根據(jù)巖體的物理力學(xué)性質(zhì)計算其原

巖應(yīng)力。此種方法最為合用、可靠。

操作環(huán)節(jié)：

(a)從巖體表面向巖體內(nèi)打大鉆孔，直徑一般為

130~150mm，(b)從大鉆孔內(nèi)再打小鉆孔，直徑一般為

36~38mm，(c)在小孔中央安裝探頭，(d)再用大鉆頭打大孔，解除探頭上的壓應(yīng)力，記錄巖體的變形值，(e)取出巖芯，測量巖芯的

E，μ

等物理力學(xué)參數(shù)，(f)根據(jù)理論公式計算原巖應(yīng)力值。

套孔應(yīng)力解除法又分為：孔徑變形法、孔底應(yīng)變法、孔壁應(yīng)變法、空心包體應(yīng)變法和實(shí)心包體應(yīng)變法五種。

1.巖石力學(xué)彈性平面問題的基本方程有幾個？每一類基本方程是從什么方面考慮的？

答:

巖石力學(xué)彈性平面問題的基本方程有三組共

8

個方程:

第一組:

平衡微分方程，它考慮微元體的力學(xué)平衡。

第二組:平面問題的幾何方程，它考慮物體受理后的幾何尺寸改變關(guān)系，即位移與應(yīng)變的關(guān)系。

第三組:平面應(yīng)變本構(gòu)方程，它考慮了巖石在應(yīng)力作用下，應(yīng)力或應(yīng)力速率與應(yīng)變或應(yīng)變速率的關(guān)系。

2.什么叫巖石的本構(gòu)關(guān)系？巖石的本構(gòu)關(guān)系一般有幾種類型？

巖石的本構(gòu)關(guān)系是指巖石的應(yīng)力或應(yīng)力速率與其應(yīng)變或應(yīng)變速率的關(guān)系。

巖石的本構(gòu)關(guān)系一般分為：彈性本構(gòu)關(guān)系、彈塑性本構(gòu)關(guān)系和流變本構(gòu)關(guān)系。

3.什么叫巖石的強(qiáng)度？巖石的破壞一般有幾種類型？

巖石的強(qiáng)度是巖石抵抗外力破壞的能力。破壞是指巖石材料的應(yīng)力或應(yīng)變超過了自身的應(yīng)力或應(yīng)變的極限。巖石的破壞的形式重要有兩種：斷裂破壞（應(yīng)力達(dá)成強(qiáng)度極限）和流變破壞（出現(xiàn)顯著的塑性變形或流動現(xiàn)象）

4.對彈性平面問題，（1）應(yīng)力狀態(tài)有哪兩種？其本構(gòu)方程有什么關(guān)系？（2）假如體力為常量，其應(yīng)力分布是否與應(yīng)力狀態(tài)和材料性質(zhì)有關(guān)？為什么？

答：彈性平面問題的應(yīng)力狀態(tài)有平面應(yīng)力狀態(tài)和平面應(yīng)變狀態(tài)。

平面應(yīng)變本構(gòu)方程

平面應(yīng)力本構(gòu)方程

關(guān)系：將平面應(yīng)力問題本構(gòu)方程中的

E

換成

，換成

就可得到平面應(yīng)變問題的本構(gòu)方程。假如體力為常量，其應(yīng)力分布是否與應(yīng)力狀態(tài)和材料性質(zhì)無關(guān)。當(dāng)體積力為常數(shù)時，平面問題的相容方程和決定應(yīng)力分量的公式及邊界條件式都不含任何彈性常數(shù)。因此應(yīng)力分布與材料性質(zhì)無關(guān)。

6.用莫爾應(yīng)力圓畫出：（1）單向拉伸；（2）純剪切；（3）單向壓縮；（4）雙向壓縮，（5）雙向拉伸。

答：莫爾應(yīng)力圓如圖所示：其中純剪切應(yīng)力圓為圓點(diǎn)。

7.試證明：在發(fā)生最大與最小剪應(yīng)力的面上，正應(yīng)力的數(shù)值都等于兩個主應(yīng)力的平均值。

13.什么叫蠕變、松弛、彈性后效和流變？

答：蠕變：當(dāng)應(yīng)力不變時，變形隨時間增長而增長的現(xiàn)象。

松弛：當(dāng)應(yīng)變不變時，應(yīng)力隨時間的增長而減小的現(xiàn)象。

彈性后效：加載和卸載時，彈性應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象。巖石流變就是指材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與時間因素有關(guān)的性質(zhì)，材料變形過程中具有時間效應(yīng)的現(xiàn)象

稱為流變現(xiàn)象。

14.蠕變一般涉及幾個階段？每個階段的特點(diǎn)是什么？

答：當(dāng)作用在巖石上的應(yīng)力超過某一值時，巖石的變形速率隨著時間的增長而增長，最后導(dǎo)致巖石的破壞，

這種蠕變成為不穩(wěn)定蠕變。這是典型的蠕變曲線。根據(jù)應(yīng)變速率不同，其蠕變過程分為三個階段：

第一階段：圖中ab段，應(yīng)變速率隨時間增長而減小，又稱減速蠕變或初始蠕變階段。

第二階段：圖中bc段，應(yīng)變速率基本不變，也叫等速蠕變階段。

第三階段：圖中cd段，應(yīng)變速率迅速增長直到巖石破壞為止，也叫加速蠕變階段。

15.不同受力條件下巖石的流變具有哪些特性？

答：巖石在不同的應(yīng)力作用下，巖石變形與時間的關(guān)系各不相同。

當(dāng)作用在巖石上的應(yīng)力小于某一值時，巖石的變形速率隨時間的增長而減小，最后趨于穩(wěn)定，這中蠕變成為穩(wěn)定蠕變。

當(dāng)作用在巖石上的應(yīng)力超過某一值時，巖石的變形速率隨著時間的增長而增長，最后導(dǎo)致巖石的破壞，這種蠕變成為不穩(wěn)定蠕變。

16.描述巖石流變性質(zhì)的流變方程重要有幾種？

答：巖石的流變涉及蠕變、松弛和彈性后效。其流變方程重要有蠕變方程、松弛方程、彈性后效方程。

17.流變模型的基本元件有彈性元件、塑性元件和粘性元件

18.敘述巖石力學(xué)中常見的幾個流變模型的特點(diǎn)。

答：常見的幾個流變模型為：圣維南體、馬克思威爾體、開爾文體

19.何為巖石的長期強(qiáng)度，它與瞬時強(qiáng)度一般有什么關(guān)系？

答：巖石的長期強(qiáng)度：一般巖石在載荷達(dá)成瞬時強(qiáng)度時，巖石發(fā)生破壞。巖石在承受低于瞬時強(qiáng)度的情況

下，假如載荷連續(xù)作用在巖石上，由于流變作用，巖石也也許發(fā)生破壞。因此巖石的強(qiáng)度隨外載荷的作用時

間

的

延

長

而

減

低

，

通

常

把

作

用

時

間

t

→∞

時

的

強(qiáng)

度

稱

之

為

巖

石

的

長

期

強(qiáng)

度

。

長

期

強(qiáng)

度與瞬時強(qiáng)度的關(guān)系

20.何為巖石強(qiáng)度準(zhǔn)則？為什么要提出強(qiáng)度準(zhǔn)則？

答：巖石強(qiáng)度準(zhǔn)則（破壞判據(jù)），它表征巖石在極限應(yīng)力狀態(tài)下（破壞條件）的應(yīng)力狀態(tài)和巖石強(qiáng)度參數(shù)之

間的關(guān)系，一般可表達(dá)為極限應(yīng)力狀態(tài)下的主應(yīng)力間的關(guān)系方程。σ

1

=f(σ

2

,σ

3)

或τ

=f(σ

)

各種巖石的破壞方式機(jī)理，因此提出了不同的強(qiáng)度準(zhǔn)則。提出強(qiáng)度準(zhǔn)則是為了更好地了解巖石在何種應(yīng)力

條件下發(fā)生破壞，從而避免該種應(yīng)力狀態(tài)的發(fā)生保護(hù)巖石，或促使該種應(yīng)力狀態(tài)的發(fā)生破壞巖石，達(dá)成其工程目的。

21.試論述

Coulomb,Mohr,Griffith

三準(zhǔn)則的基本原理、重要的區(qū)別及其它們之間的關(guān)系。

答：庫侖準(zhǔn)則（Coulomb）:巖石的破壞重要是剪切破壞，巖石的強(qiáng)度，既抗摩擦強(qiáng)度等于巖石自身抗剪切

摩擦的粘結(jié)力和剪切面上的法向力產(chǎn)生的摩擦力。

莫爾把庫侖準(zhǔn)則推廣到三向應(yīng)力狀態(tài)。實(shí)質(zhì)：巖石到達(dá)極限狀態(tài)時，滑動平面上的剪應(yīng)力達(dá)成一個取決于

正應(yīng)力與材料性質(zhì)的最大值，即σ

=f(τ

)。

相應(yīng)于各種應(yīng)力狀態(tài)（單軸、雙軸和三軸壓縮）下的破壞的巖石的莫爾應(yīng)力圓的包絡(luò)線，稱為莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線。假如巖石的應(yīng)力圓位于莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線內(nèi)，則巖石不會產(chǎn)生破壞，假如巖石的應(yīng)力圓與莫爾包絡(luò)線相切或相交，則巖石會產(chǎn)生破壞。莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線的曲線型式有幾種：斜直線型，二次拋物線型，

雙曲線

型等。

格里菲斯（Griffith）理論：在脆性材料中，其材料斷裂的起因是分布在材料中的微小裂紋尖端有拉應(yīng)力（這種裂紋稱為

Grifith

裂紋）所致。

區(qū)別：格里菲斯（Griffith）理論中巖石的破壞機(jī)理是巖石受到拉應(yīng)力破壞所致。庫侖準(zhǔn)則和莫爾強(qiáng)度理

論則認(rèn)為巖石破壞是巖體內(nèi)的某個面上的剪切應(yīng)力超過了剪切強(qiáng)度值。莫爾強(qiáng)度理論的包絡(luò)線涉及了庫侖

準(zhǔn)則的直線型，還涉及拋物線型和雙曲線型強(qiáng)度準(zhǔn)則，因此，應(yīng)用更廣。

1，分析邊坡工程對國民經(jīng)濟(jì)的影響作用。

答：1）邊坡工程對露天礦建設(shè)的影響，2）邊坡工程對鐵路、公路、水利建

設(shè)的影響，3）邊坡穩(wěn)定性對各種工程安全性的影響及經(jīng)濟(jì)方面的投入

2．邊坡的分類有自然邊坡和人工邊坡。

3．分析邊坡失穩(wěn)與破壞的基本類型及其力學(xué)成因。

答：邊坡變形發(fā)展到一定限度，就會發(fā)生邊坡失穩(wěn)破壞。按其破壞方式重要分為崩塌和滑坡兩

種。

（1）

崩塌：是指塊狀巖體與巖坡分離向前翻落而下。崩塌一般以邊坡表面的破壞現(xiàn)象體現(xiàn)。

（2）

滑坡：是指巖體在自重力作用下，沿坡內(nèi)軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的整體滑動。一般以深層破壞體現(xiàn)出來。

(a)面剪切滑動：塊體沿著平面滑移。常發(fā)生在由軟弱夾層或裂隙的坡面。

(b)旋轉(zhuǎn)剪切滑動：滑動面通常為弧形狀，巖體沿此弧形狀滑移。通常為均質(zhì)泥巖或頁

巖等巖層。

（3）滑塌：邊坡松散巖土的坡角大于它的內(nèi)摩擦角時，因表層蠕動進(jìn)一步發(fā)展，使它沿著剪

切變形帶順坡滑移、滾動與坐塌，從而達(dá)成穩(wěn)定坡腳的斜坡破壞過程，稱為滑塌。

（4）巖塊流動：常發(fā)生在均質(zhì)硬巖中，巖石在達(dá)成其峰值強(qiáng)度時，巖體發(fā)生破壞。而使巖體

全面崩塌的情況。

（5）

巖層曲折：當(dāng)巖層成層狀沿坡面分布時，由于巖層自身的重力作用，或由于裂隙水的冰

脹作用，增長了巖層之間的張拉應(yīng)力，使坡面巖層曲折。

4．分析影響邊坡失穩(wěn)的重要因素。

1）不連續(xù)面在邊坡破壞中的作用：2）改變斜坡外形，引起坡體應(yīng)力分布的變化3）改變斜坡巖體的力學(xué)性質(zhì)，使坡