岩体力学习题讲解

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2
> − 8σ t
所以,据 Griffith 判据 , 此点破坏。
又 C = 30 MPa, f = tgφ = 1.54,σ 3 = −11.4,σ1 = 61.2 MPa 2C + σ 3 ( 1 + f 2 + f ) 1+ f 2 − f = 72.6 MPa 即 σ1 < 2C + σ 3 ( 1 + f 2 + f ) 1+ f 2 − f = 2 × 30 −11.4( 1 + 1.542 +1.54) 1 +1.542 −1.54
所以 据库仑− 纳维尔判据, 此点不发生破坏 , .
原因: 原因
Griffith 判据是在微裂纹控制破坏和渐进破坏 理论的基础上提出来的,认为老裂纹在拉应力 理论的基础上提出来的 认为老裂纹在拉应力 作用下,在尖端处产生新裂纹 联合产生破坏,它 在尖端处产生新裂纹,联合产生破坏 作用下 在尖端处产生新裂纹 联合产生破坏 它 适用于脆性岩石产生拉破坏的情况 库仑-纳维尔判据是在库仑最大剪应力理论的 库仑-纳维尔判据是在库仑最大剪应力理论的 基础上提出来的,它适用于坚硬的脆性岩石产 基础上提出来的 它适用于坚硬的脆性岩石产 生剪切破坏的情况,不适用于张破坏 不适用于张破坏. 生剪切破坏的情况 不适用于张破坏
' d
m
K
d
=
1 1 = 0 . 157 d
= 6 . 369
Fra Baidu bibliotek
(条 / 米 )
( 2)沿测线方向 RQD = 100 .e −0.1K d (0.1K d + 1) = 95 .2 法线方向 RQD = 100 .e
− 0 .1 K d
(0.1K d + 1) = 86 .6
(3) RMR = 12 + 25 + 10 + 17 + 8 = 72 修正后 RMR = 72 − 0 = 72
6、 对某种砂岩作一组三轴压缩实验得到如表 所示峰 、 对某种砂岩作一组三轴压缩实验得到如表1所示峰 值应力,试求: 值应力,试求: (1)该砂岩峰值强度的莫尔包洛线? )该砂岩峰值强度的莫尔包洛线? (2)求该岩石的c、φ值? )求该岩石的 、 值 (3)根据格里菲斯理论,预测岩石的抗拉强度为多少? )根据格里菲斯理论,预测岩石的抗拉强度为多少?
τ = σtgφ j + C j
σ τc τm τj
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11.3606738 13.09154 15 16.2875 17.8 19.23 20.63 21.9845 23.30659 24.5967 25.85789 0.08139057 1.137348 1.8 2.40519 2.93 3.416 3.873 4.30667 4.721652 5.120906 5.506687 0 0.267949 0.5 0.80385 1.07 1.34 1.608 1.87564 2.143594 2.411543 2.679492
解 (1)查表 查表6-5得 得 查表 1)对于岩块 m=17,s=1,A=1.086, )对于岩块: , , , B=0.696,T=-0.059 , τ=1.086×75×(σ/75+0.059)0.696 × × ) 2)对于岩体: m=0.34,s=0.0001, )对于岩体 , , A=0.295,B=0.691,T=-0.0003 , , τ=0.295×75× σ/75+0.0003) τ=0.295×75×(σ/75+0.0003)0.691 3) 对于节理 φj=15°、Cj=0 、 ) 对于节理: °
(1)当σ较小时:τ = σtg (φb + i ) φb为齿面摩擦角;i为结构面的起伏角。 τ (2)当σ较大时:τ = σtgφ + C C、φ为结构面壁面的内摩擦角和内聚力。 由上述两等式可以求得: C = 16.98MPa σI = tg (φb + i ) − tgφ
φ
φb+i σ
9.某裂隙化安山岩,通过野外调查和室内实验, 某裂隙化安山岩,通过野外调查和室内实验, 已知岩体属质量中等一类, 值为44 44, 值为1 已知岩体属质量中等一类,RMR 值为44,Q值为1, 岩块单轴抗压强度σc=75Mpa σc=75Mpa, 岩块单轴抗压强度σc=75Mpa,薄膜充填节理强度 φj=15° Cj=0,假定岩体强度服从Hoek Hoek-为:φj=15°、Cj=0,假定岩体强度服从Hoek-Brown经验准则 经验准则, Brown经验准则,求: (1)绘出岩块 绘出岩块、 (1)绘出岩块、岩体及节理三者的强度曲线 法向应力范围为0 10Mpa 10Mpa); (法向应力范围为0—10Mpa); (2)绘出该岩体Cm和φm随法向应力变化的曲线 绘出该岩体Cm (2)绘出该岩体Cm和φm随法向应力变化的曲线 法向应力范围为0 2.5Mpa 2.5Mpa); (法向应力范围为0—2.5Mpa);
查表2-20 C 可知,该岩体为II级岩体,为好岩体, С=300~400 Kpa, ф=35~45°
2. 如图 ,岩块试件受双向应力状态,其应力 如图2,岩块试件受双向应力状态, 量:σx=12Mpa,σy=20Mpa,τxy=-8Mpa,求: σ σ τ , (1)绘出代表应力状态的摩尔应力圆,并根据图形 绘出代表应力状态的摩尔应力圆, 绘出代表应力状态的摩尔应力圆 确定其主应力的大小与方向( 轴的夹角) 确定其主应力的大小与方向(σ1与X轴的夹角) 轴的夹角 (2)用解析法和图解法求图中斜面上的正应力σn 用解析法和图解法求图中斜面上的正应力σ 用解析法和图解法求图中斜面上的正应力 和剪应力τ 并进行对比。 和剪应力τn,并进行对比。 σy
2 则 : α = 31 .72 °
σy τxy
3 0°
n x
σx
σn =
σ x +σ y
τn = −
2 σ x −σ y 2
+
σ x −σ y
2
cos 2θ + τ xy sin 2θ = 10.823MPa
sin 2θ + τ xy cos 2θ = 7.28MPa
τ
60°
° 63
σ σ 3 σ 1
d
解:(1)
d d
1
2 '
= 0 . 45 × sin 55 ° = 0 . 369 = 0 . 80 × sin 20 ° = 0 . 274 = 1 1 1 + L1 L2 = = 1 1 1 + 0 . 45 0 . 80
m m = 0 . 288 m
沿测线方向
沿法线方向
1 1 = = 3 . 472 ( 条 / 米 ) ' 0 . 288 d 1 1 = = 0 . 157 d = 1 1 1 1 + + 0 . 274 0 . 369 d1 d2 K
4.试述岩块的单轴抗拉强度( 4.试述岩块的单轴抗拉强度(σt)比抗压强度 试述岩块的单轴抗拉强度 小得多的原因是什么? (σc)小得多的原因是什么?
一般来说,岩块在自然历史作用下 岩块在自然历史作用下,总会 答: (1) 一般来说 岩块在自然历史作用下 总会 产生较多的裂隙.而裂隙对抗拉强度的影响远 产生较多的裂隙 而裂隙对抗拉强度的影响远 远大于对抗压强度的影响; 远大于对抗压强度的影响 (2) 抗拉强度对裂隙的敏感性要强于抗压强 度; (3) 拉应力具有弱化强度效应 拉应力具有弱化强度效应.
习题一
1. 在勘探巷道岩壁上进行 结构面测线详测如图 所示,量得两组结构面沿测线的间距分别为0.45m和 所示,量得两组结构面沿测线的间距分别为 和 0.8m,且A组结构面的倾角为 55°,B组倾角为 20°, , 组结构面的倾角为 ° 组倾角为 ° 试求: 试求: (1) 计算每组结构面的真间距及两组结构面沿测线的 ) 合间距及线密度( ) 混 合间距及线密度(Kd); (2) 估算岩体沿详测线方向的 ) 估算岩体沿详测线方向的RQD值; 值 (3) 假定两组结构面的走向均垂直于巷道轴线,岩块 ) 假定两组结构面的走向均垂直于巷道轴线, 的单轴抗压强度σ 结构面稍粗糙, 的单轴抗压强度σc=120Mpa,结构面稍粗糙,张开度 结构面稍粗糙 e<1mm,岩体中地下水少(潮湿),试用 ),试用 ,岩体中地下水少(潮湿),试用RMR分类求 分类求 RMR值,并据书上表2—20 的B、C和表 值 并据书上表 、 和表2—21修正, 修正, 和表 修正 提出修正后的RMR值、岩体类别及其强度参数。 提出修正后的 值 岩体类别及其强度参数。
5. 假定岩石中一点的应力为:σ1=61.2Mpa, 假定岩石中一点的应力为: , σ3= -11.4Mpa室内实验测得的岩石单轴抗 室内实验测得的岩石单轴抗 拉强度σt=-8.7MPa,剪切强度参数 拉强度 剪切强度参数 C=30Mpa, tgΦ=1.54, 试用格里菲斯判据和 Φ 库仑—纳维尔判据分别判断该岩块是否破 库仑 纳维尔判据分别判断该岩块是否破 并讨论结果。 坏,并讨论结果。
解:
σ 1 = 61 . 2 , σ 3 = − 11 . 4
由 σ 1 + 3σ 3 = 61 . 2 − 3 × 11 . 4 = 27 MPa (σ 1 − σ 3 ) σ1 +σ3
2
> 0
=
(61 . 2 + 11 . 4 )
61 . 2 − 11 . 4
2
= 105 . 8 MPa
− 8σ t = 8 × 8 . 7 = 69 . 6 MPa (σ 1 − σ 3 ) 知 σ1 +σ3
τxy
3 0°
n x
σx
σ1 = σ3 =
σ x +σ y
2
σ x −σ y + 2 σ x −σ y − 2
+ τ 2 xy = 25 MPa + τ 2 xy = 7 MPa
2
2
σ x +σ y
2
τ xy tan 2α = =2 σ x −σ y
3、有一云母岩试件,其力学性能在沿片理方向 和垂直片 、有一云母岩试件,其力学性能在沿片理方向A和垂直片 理方向B出现明显的各向异性,试问: 理方向 出现明显的各向异性,试问: 出现明显的各向异性 向和B向受到相同的单向压力时 ( 1)岩石试件分别在 向和 向受到相同的单向压力时 , ) 岩石试件分别在A向和 向受到相同的单向压力时, 表现的变形哪个更大?弹性模量哪个大?为什么? 表现的变形哪个更大?弹性模量哪个大?为什么? (2)岩石试件的单轴抗压强度哪个更大?为什么? )岩石试件的单轴抗压强度哪个更大?为什么? 单向压力作用下B向变形更大 答(1) 在相同单向压力作用下 向变形更大,因为 向包 ) 在相同单向压力作用下 向变形更大,因为B向包 含片理的法向闭合变形,相对A向而言 向而言, 含片理的法向闭合变形,相对A向而言,对岩石的变形贡献 相应的弹性模量则是A向大 根据σ=Eε可知,在σ相同 向大, 可知, 大。相应的弹性模量则是 向大,根据 可知 相同 的情况下, 的情况下, ε A< ε B,故E A 大。 向大, 向为剪断片理破坏, (2)单轴抗压强度 向大,因为 向为剪断片理破坏,实 )单轴抗压强度B向大 因为B向为剪断片理破坏 是为岩块抗压强度。 向 由于结构面的弱抗拉效应, 是为岩块抗压强度。A向,由于结构面的弱抗拉效应,岩石 产生拉破坏,降低了岩石单轴抗压强度。 产生拉破坏,降低了岩石单轴抗压强度。
序 号 σ(M 3 pa) σ(M 1 Pa)
1 1.0 9.6
2 2.0 28.0
3 9.5 48.7
4 15.0 74.0
τ
解(1)如图 )
σ
解(2)如图 C=3.64~13.5MPa,φ=22.5 °~44.1° ) ° 其中在β=45°+φ/2方向,τ最小。 ° 方向, 最小 最小。 其中在 方向 (3)由格里菲斯判据,得σt= 0.9~4.9MPa, )由格里菲斯判据,
7. 某岩石通过三轴试验,求得其剪切强度为: 某岩石通过三轴试验,求得其剪切强度为: C=10Mpa、φ=45°,试计算该岩石的单轴 、 ° 抗压强度和单轴抗拉强度? 抗压强度和单轴抗拉强度? 解:由
1 + sin φ = 2Ctg ( 45o + φ / 2) = 48.3MPa ( 4 − 34) σ c = 2C 1 − sin φ
σ t = σ c tg (45 − φ / 2) = 8.3MPa (4 − 35)
2 o
8. 有一节理面的起伏角 有一节理面的起伏角i=20°,基本摩擦角 ° φb=35°,两壁岩石的内摩擦角 ° 两壁岩石的内摩擦角φ=40°, ° C=10Mpa, 作出节理面的剪切强度曲线。σ 作出节理面的剪切强度曲线。 解:
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