岩土工程复习题及答案

1.简述采矿工程中岩体力学的特点。

①采矿工程多处于地下较深处，而其它地下工程多在距地表较近（几十米）的范围内；

②对矿山工程，只要求在开采期间不破坏，在采后能维持平衡状态不影响地表安全即可，故其计算精度、安全系数及加固等方面均低于国防、水利工程的标准；③矿山地质条件复杂，又受矿床赋存条件限制，故采矿工程的位置选择性不大，同时采掘工作面不断变化，因而采矿工程岩石力学具有复杂性的特点

2.绘图并说明岩石的应力-应变全过程曲线。

3.

3、简述岩石在三向压力作用下的变形规律。

1、裂隙压密阶段(OA)。曲线上凹，体积缩小；A点：

压密极限

2、线弹性变形阶段(AB)。呈直线，体积仍缩小；B

点：弹性极限

3、微裂隙稳定发展阶段(BC)。近似线弹性，体积变

形由缩小转为增大，发生“扩容”；C点：屈服极限

屈服点：岩石从弹性变为塑性的转折点

4、非稳定发展阶段(CD)

5、裂隙扩展、新裂隙产生，体积膨胀加剧，显示

宏观破坏迹象，岩石承载能力达到极限；D点:峰值强度/强度极限，即单轴抗压强度

6、残余强度阶段(DE)岩石全面破坏，承载能力下

降，但尚有承载力，此为岩石材料特点之一

岩石三向压力（σ1＞σ2=σ3）作用下变形规律

1随着围压（σ2=σ3）增大，岩石抗压强度显著增加；

2随着围压（σ2=σ3）增大，岩石变形显著增大；

3随着围压（σ2=σ3）增大，岩石弹性极限显著增大；

4随着围压（σ2=σ3）增大，岩石性质发生变化：由弹性→塑性

4. 解释岩石的不稳定蠕变曲线，试述如何利用它进行岩体工程破坏的预报？

5. 绘图并说明岩石力学介质常用的理论模型。

①岩石自身性质 ⑴ 虎克体——弹簧元件 理想弹性元件，呈线弹性，完全服从虎克定律，其力学关系为

由于弹性模量E 为常量，故变形与时间无关，有

dt

d E

dt d ε

σ=

⑴ 过渡蠕变阶段（Ⅰ）

在加载瞬间有一弹性变形ε0，继而以较快的速度增长，随后蠕变速度逐渐降低，并过渡到等速蠕变阶段。

若在此阶段内卸载，则会出现瞬间弹性变形（PQ 段），和通过一段时间才能恢复的变形（QR 段） ⑵ 稳定蠕变阶段（Ⅱ）

变形缓慢，应变与时间近于线性关系，变形速度保持恒定

若在此阶段卸载，则不仅出现瞬间的弹性恢复（TU 段）和弹性后效（UV 段），还会有不可恢复的永久变形残留 ⑶加速蠕变阶段（Ⅲ）

蠕变速度加快，内部裂隙迅速发展，促使变形加剧，直到破坏 * 利用蠕变曲线进行岩石工程破坏预报。若发现岩体某部分位移速度开始由等速转入加速发展时，表明即将发生破坏；若给出加速蠕变起始点时间，及时撤离，可避免灾难发生

⑶ 牛顿体——阻尼元件 是一种理想的粘性流体，其流动性质服从牛顿粘性定律，即粘性体的流动速度（或应变速度）与应力成比例关系：

η——液体粘性系数

⑵ 库仑体——摩擦元件

理想塑性体，其力学关系为：

⎩⎨⎧≥∞

→<=)

()

(000σσσσε

σ0——屈服极限

6．影响岩石单向抗压强度的因素有哪些？

①岩石自身性质

矿物组成、粒间连接、岩性、结构特征、颗粒大小及形状、风化程度、微结构

面、……

②实验条件

断面形状：(强度)圆形>六边形>四边形>三边形试件 尺寸效应：尺寸大，强度低；h/D 增大，强度降低 加荷速率：强度常随加荷速率增大而增高 端面条件：端面效应

层理结构：强度各向异性（垂直/平行层理）

温/湿度： 含水量高，强度低；温度高，强度越低

7. 什么叫软化系数？

岩石饱水状态的抗压强度Rw 与岩石干燥状态的抗压强度Rd 之比：

软化系数表征岩石软化性的指标，软化系数值越小则岩石的软化性越强。 8. 什么是岩石的强度理论？

主要是用于解决岩石在复杂应力状态下的破坏判据和准则问题，将复杂原因产生的破坏问题用一些简单的准则加以描述和计算。岩石的强度理论有：最大伸长线应变理论，库仑-莫尔强度理论，格里菲斯强度理论。 9. 岩石主要破坏类型？

拉伸破坏和剪切破坏 ⑴ 拉抻破坏

岩石破坏的根本力学原因在于拉应力＞岩石抗拉强度极限

这种破坏的特点是：破坏时沿断裂面发生拉开运动，出现张开的裂缝，故又称为张性破坏 ⑵ 剪切破坏

直接由剪切作用产生

压缩作用衍生的剪切应力产生

其特点是：破坏时沿断裂面发生相互错动；断裂面通常呈现成对的交叉裂缝，且X 形剪切裂隙的锐角总是对着最大主应力方向，破坏角α总是大于45°。

10. 莫尔-库仑强度理论的基本含义是什么？试评述该理论的优缺点。

库仑理论 材料破坏是由剪应力引起的，当材料内部某斜截面上的剪应力τ达到材料的抗剪强度Ss 时，将沿该斜截面发生剪切破裂。 材料抗剪强度条件表示为 莫尔理论 材料在复杂应力状态下发生破坏，是由于材料在外载荷作用下，沿某一斜截面上的剪应力达到某一极限值造成的，并且破坏也与剪切面上正应力有关 只有当τ≥Ss 时，材料才会沿此斜截面发生剪切破坏。沿此剪切面上的剪应力不仅要克服岩石颗粒间的粘聚力，而且还要克服沿此面上的摩擦阻力。

1

≤=d w R R R K C

S s +ϕσ=≥τtan )(σ=f S s

对莫尔强度理论的评价——优点

将岩石受压、受拉、受剪的应力状态与强度条件结合，以判断岩石在某应力状态下

是否发生破坏，以及破坏的方向

岩石强度曲线与正应力有关，能比较真实地反映岩石的抗剪特性 岩石在三向等拉时会破坏

岩石在三向等压时，是不会破坏的 对莫尔强度理论的评价——不足

忽略中间主应力σ2影响，与实验结果有一定出入

✓ 没有反映出岩石中存在结构面时，对岩石强度的影响

✓ 只适用于剪切，对受拉区研究不够充分，不适用于膨胀或蠕变破坏 11. 岩石与岩体的区别是什么？如何分析岩体结构面强度？

岩体是由结构面及其所围限的岩块(结构体)所组成 具有一定的结构是岩体的显著特征之一

岩体中存在着复杂的天然应力状态和地下水，这是岩体与其他材料的根本区别之一 （一）结构面抗剪强度

在垂直结构面方向施加恒定荷载P ，沿结构面方向施加水平推力T ，试件沿结构面发生滑移。

试件剪断时最大水平推力T 除以断裂面面积A ，即为结构面抗剪强度

用同种岩石的不同试件，可获得一组沿结构面破坏时的正应力σn 和剪应力τn ，据此绘出结构面强度曲线

（二）结构面抗摩擦强度

结构面抗摩擦强度，实质为Cj =0时的结构面抗剪强度

利用已做完抗剪强度的试件再重复作一次抗剪试验，即可测出结构面上的抗摩擦强度

根据一组试验资料，可获得一条通过σ-τ坐标原点的斜直线，其表达式为 12. 描述结构面状态的指标？

A 结构面的产状、形态；

B 结构面的延展尺度；

C 结构面的密集程度；

D 结构面的填充物； 13. 什么是龟裂系数？它的大小一般反映什么含义？

根据弹性波在试件中和在岩体中的传播速度比，可判断岩体中裂隙发育程度，此比值

的平方称为龟裂系数（或称岩体完整性系数），以K 表示

V 、v ——分别为弹性波在岩体和岩石中传播的纵波速度 K 可判断岩体的完整程度，对岩体进行分类：

岩体种类 龟裂系数K 完整 >0.75 块状 0.45~0.75 碎裂状

<0.45

2

)(v V K =A T

=

τj

j s C S +=ϕσtan j so S ϕσtan =