岩石力学与工程习题答案全解

1．构成岩石的主要造岩矿物有正长石、斜长石、石英、黑云母、白云母、角闪石、辉石、橄榄石、方解石、白云石、高岭石、赤铁矿。

2．为什么说基性岩和超基性岩最容易风化？答：基性岩石和超基性岩石主要由易风化的橄榄石、辉石及基性斜长石组成。

所以基性岩石和超基性岩石非常容易风化。

3、常见岩石的结构连结类型有那几种？1.结晶连结：岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩以及部分沉积岩的结构连结。

2.胶结连结：指颗粒与颗粒之间通过胶结物质连结在一起的连结。

如沉积碎屑岩、部分粘土岩的结构连结。

4．何谓岩石中的微结构面，主要指那些，各有什么特点？答：岩石中的微结构面（或缺陷）是指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒及矿物集合体之间微小的弱面及空隙。

它包括矿物的解理、晶格缺陷、晶粒边界、粒间空隙、微裂隙等。

矿物的解理面：是指矿物晶体或晶粒受力后沿一定结晶方向分裂成的光滑平面。

晶粒边界：矿物晶体内部各粒子都是由各种离子键、原子键、分子键等相连结。

由于矿物晶粒表面电价不平衡而使矿物表面具有一定的结合力，但这种结合力一般比起矿物内部的键连结力要小，因此，晶粒边界就相对软弱。

微裂隙：是指发育于矿物颗粒内部及颗粒之间的多呈闭合状态的破裂迹线，也称显微裂隙。

粒间空隙：多在成岩过程中形成，如结晶岩中晶粒之间的小空隙，碎屑岩中由于胶结物未完全充填而留下的空隙。

粒间空隙对岩石的透水性和压缩性有较大的影响。

晶格缺陷：有由于晶体外原子入侵结果产生的化学上的缺陷，也有由于化学比例或原子重排列的毛病所产生的物理上的缺陷。

它与岩石的塑性变形有关。

5．自然界中的岩石按地质成因分类，可分为几大类，各大类有何特点？答：根据地质学的岩石成因分类可把岩石分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。

岩浆岩特点： 1）深成岩：常形成较大的入侵体。

颗粒均匀，多为粗-中粒状结构，致密坚硬，孔隙很小，力学强度高，透水性较弱，抗水性较强。

2）浅成岩：成分与深成岩相似，但产状和结构都不相同，多为岩床、岩墙和岩脉。

均匀性差，与其他岩种相比，它的性能较好。

3）喷出岩：结构较复杂，岩性不均一，连续性较差，透水性较强，软弱结构面比较发育。

沉积岩特点：1）火山碎屑岩：具有岩浆和普通沉积岩的双重特性和过渡关系，各类火山岩的性质差别很大。

2）胶结碎屑岩：是沉积物经过胶结、成岩固结硬化的岩石。

其性质取决于胶结物的成分、胶结形式和碎屑物成分和特点。

3）粘土岩：包括页岩和泥岩。

其性质较差。

4）化学岩和生物岩：碳酸盐类岩石，以石灰石分布最广。

结构致密、坚硬、强度较高。

变质岩特点：是在已有岩石的基础之上，经过变质混合作用后形成的。

在形成过程中由于其形成的温度和压力的不同而具有不同的性质，形成了变质岩特有的片理、剥理和片麻结构等。

据有明显的不均匀性和各向异性。

变质岩特点1）接触变质岩：侵入体周围形成岩体。

岩体透水性强，抗风化能力降低。

2）动力变质岩：构造作用形成的断裂带及附近受到影响的岩石。

它的胶结不好，裂隙、孔隙发育，强度低，透水性强。

3）区域变质岩：这种变质岩的分布范围广，岩石厚度大，变质程度均一。

一般块状岩石性质较好，层状片状岩石性质较差。

6．表示岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么？答：指由岩石固有的物理组成和结构特性所决定的比重、容重、孔隙率、水理性等基本属性。

7、岩石破坏有几种形式？对各种破坏的原因作出解释。

答：试件在单轴压缩载荷作用破坏时，在试件中可产生三种破坏形式:(1)X状共轭斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。

(2)单斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。

(3)拉伸破坏，破坏面上的拉应力超过了该面的抗拉强度，导致岩石受拉伸破坏。

9、什么是全应力-应变曲线？为什么普通材料实验机得不出全应力-应变曲线？答：全应力应变曲线：能显示岩石在受压破坏过程中的应力、变形特性，特别是破坏后的强度与力学性质的变化规律。

由于材料试验机的刚度小，在试件压缩时，其支柱上存在很大的变形和变形能，在试件快要破坏时，该变形能突然释放，加速试件破坏，从而得不出极限压力后的应力应变关系曲线。

11.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：三轴压缩条件下，应力应变曲线如图1-31、1-32所示，围压对岩石变形的影响主要有： (1)随着围压(σ 2= σ 3) 的增大，岩石的抗压强度显著增加；(2)随着围压(σ 2= σ 3) 的增大，岩石破坏时，岩石的变形显著增加； (3)随着围压(σ 2= σ 3) 的增大，岩石的弹性极限显著增加；(4)随着围压(σ 2= σ 3) 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；12.什么是莫尔强度包络线？如何根据试验结果绘制莫尔强度包络线？答：三轴抗压强度实验得出：对于同一种岩石的不同试件或不同实验条件（不同的围压时的最大轴向压力值）给出了几乎恒定的强度指标值（直线性强度曲线时为岩石的内聚力和内摩擦角）。

这一强度指标以莫尔强度包络线的形式给出.在不同围压条件下，得出不同的抗压强度，因而可以做出不同的莫尔应力圆,这些莫尔应力圆的包络线就是莫尔强度包络线。

16.线弹性体、完全弹性体、弹性体三者的应力-应变关系有什么区别？答：完全弹性体：循环加载时的σ -ε关系为曲线。

加载路径与卸载路径完全重合。

线弹性体：循环加载时的σ -ε关系为直线。

加载路径与卸载路径完全重合。

弹性体岩石：加载路径与卸载路径不同，但反复加载与卸载时，应力应变关系总是服从此环路的规律。

19.影响岩石力学性质的主要因素有哪些，如何影响的？答：影响岩石力学性质的主要因素有水、温度、加载速度、风化程度及围压。

(1) 水对岩石力学性质的影响1）连结作用：束缚在矿物表面的水分子通过其吸引力作用将矿物颗粒拉近、接紧，起连接作用。

2）润滑作用：由可溶盐、胶体矿物连接的岩石，当有水入侵时，可溶盐溶解，胶体水解，导致矿物颗粒间连接力减弱，摩擦力减低，从而降低岩石的强度。

3）水楔作用：当两个矿物颗粒靠得很近，有水分子补充到矿物表面时，矿物颗粒利用其表面吸附力将水分子拉倒自己周围，在两个颗粒接触处由于吸着力作用使水分子向两个矿物颗粒之间的缝隙内挤入，这种现象称水楔作用。

（a）使岩石体积膨胀，产生膨胀压力 (b)水胶连接代替胶体连接产生润滑作用，降低岩石强度 4）孔隙压力作用：岩石受压时，岩石内孔隙水来不及排出，在孔隙内产生很高的孔隙压力，降低了岩石的内聚力和内摩擦角，减小了岩石的抗剪强度。

5）溶蚀-潜蚀作用：岩石中渗透水在流动过程中可将岩石中可溶物质溶解带走，从而使岩石强度大为减低。

(2)温度对岩石力学性质的影响：随着温度的增高，岩石的延性加大，屈服点降低，强度也降低。

(3) 加载速度对岩石力学性质的影响：加载速率越快，测得的弹性模量越大，获得的强度指标越高。

国际岩石力学学会建议的加载速率为 0.5~1Mpa/s。

(4) 围压对岩石力学性质的影响：岩石在三轴压缩条件下，岩石的强度和弹性极限都有显著增加。

(5) 风化对岩石力学性质的影响a) 降低岩体结构面的粗糙程度并产生新的裂隙，b) 岩石在化学风化过程中，矿物成分发生变化，岩体强度降低。

2.地应力对岩体的影响体现在哪几个方面？答：地应力对岩体力学性质的影响主要有：(1)地应力影响岩体的承载能力：围压越大、承载能力越大。

(2)地应力影响岩体的变形和破坏机制。

如在低围压条件下破坏的岩体，在高围压条件下呈现出塑性变形和塑性破坏。

(3)地应力影响岩体中的应力传播的法则。

非连续介质岩体在高围压条件下，其力学性质具有连续介质岩体的特征。

3．岩体结构划分的主要依据是结构面和结构体 4.简述各类岩体结构主要地质特征。

答：(1)完整结构岩体的地质特征多半是碎裂岩体中的结构面被后生作用愈合而成。

后生愈合作用有两种：其一为压力愈合，其二为胶结愈合。

(2)块裂结构岩体的地质特征：多组或至少有一组软弱结构面切割及坚硬结构面参与切割成块状结构体的高级序岩体结构。

其软弱结构面主要为断层、层间错动也是重要的软弱结构面之一，参与切割的坚硬结构面一般延展较长，多数为错动过的坚硬结构面，(3)板裂结构体的地质特征：主要发育于经过褶皱作用的层状岩体内，受一组软弱结构面的切割，结构体呈板状。

软弱结构面主要为层间错动面结构体多数为组合板状结构体。

(4)碎裂结构岩体的地质特征：岩体的结构面主要为原生结构面及构造结构面。

块状碎裂结构的结构体块度大，大多为1~2米，层状碎裂结构的块度小，起块度与岩层厚度有关。

如图 2.2d。

(5)断续结构岩体的地质特征结构面不连续，对岩体切割而不断，个别地方也有连续贯通构。

(6)散体结构岩体的地质特征(a)碎屑状散体结构岩体结构面:无序分布，结构面中有软弱的，也有坚硬的。

结构体主要为角砾(b)糜棱化散体结构岩体：主要指断层泥而言。

5．简述工程岩体的惟一性答：在不同的岩体工程条件下，岩体结构可视为块裂结构，断续结构和碎裂结构。

因此，岩体结构是相对的，而在确定的地质条件和工程尺寸条件下，工程岩体结构才是唯一确定的。

6．按结构面成因、结构面通常分为几种类型？答：.结构面按成因分：原生结构面、构造结构面、次生结构面原生结构面：成岩阶段所形成的结构面。

岩石成因不同又分为沉积结构面、火成结构面和变质结构面。

构造结构面：岩体在构造运动作用下形成的结构面。

次生结构面：在外力作用下（风化、地下水、卸载、爆破等）形成的各种界面。

7．结构面的级别及其特征。

答：根据结构面的发育程度、规模大小、组合形式等可以将结构面分为五级. Ⅰ级结构面: 对区域构造起控制作用的断裂带,延伸数十公里,深度可穿一个构造层. Ⅱ级结构面: 延伸性强而宽度有限的地质界面,延伸数百米。

Ⅲ级结构面：局部性的断裂结构，主要指小断层，延伸数十米。

Ⅳ级结构面：一般延展性较差，无明显的宽度的结构面，延伸数米。

Ⅴ级结构面：延伸性甚差的微裂隙、节理。

8．描述结构面状态的指标。

答：结构面状态的指标包括：（1）结构面产状：对岩体是否会沿某一结构面滑动起控制作用。

（2）结构面形态：决定结构面抗滑力的大小。

结构面起伏越大，抗滑力也越大。

（3）结构面的延展尺度：在工程范围内，延展尺度最大的结构面，控制着岩体的强度。

（4）结构面的密集程度：以岩体裂隙度 K 和切割度 X 表示岩体结构面的密集程度。

9．结构面的剪切变形、法向变形与岩石强度、结构面粗糙性和法向力有关。

10.结构面力学性质的尺寸效应体现在哪几个方面？答：结构面试块长度增加，平均峰值摩擦角降低，试块面积增加，剪切应力呈现出减小趋势。

此外，还体现在以下几个方面：（1）随着结构面尺寸的增大，达到峰值强度时的位移量增大；（2）试块尺寸增加，剪切破坏形式由脆性破坏向延伸破坏转化；（3）尺寸增加，峰值剪胀角减小，结构面粗糙度减小，尺寸效应也减小。