岩石力学考前练习题及答案-精选.pdf

化学方面：
（ 1）离子交换作用：富含 Ca、Mg 离子的地下水在流经富含 Na 离子的岩土时，
Ca、mg 离子置换岩土中的 Na 离子，一方面， 由水中 Na 离子富集使天然地
4. 岩石破坏有哪些形式？对各种破坏的原因作出解释。 答：脆性破坏：由于应力条件下岩石中裂隙的产生和发展的结果。
塑性破坏： 是在塑性流动状态下发生的， 这是由于组成物质颗粒间相互滑移 所致。 5. 什么是岩石的全应力－应变曲线？什么是刚性试验机？为什么普通材料试
验机不能得出岩石的全应力－应变曲线？ 答： 在刚性试验机进行单轴压力试验可以获得完整的岩石应力应变全过程曲 线。分为四个区段：（ 1）在 OA区段，曲线稍微向上弯曲； （2）在 AB区段，很接 近于直线；（3）在 BC区段，曲线向下弯曲，直至 C 点的最大值；（4）下降段 CD
τf ，
并取决于法向压力和材料的特性。可表示为
格里菲斯准则 ：在脆性材料的内部存在许多随机分布的裂纹， 在外力作用下， 裂 纹周围、特别是裂纹尖端会产生应力集中现象， 其中有一个方向最有利于裂纹扩 展，当超过材料的抗拉强度时，裂纹首先在该方向产生张拉扩展。
1 3 3 0时 1 3 3 0时
3
(1
1
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25. 地下水对岩体的物理、化学作用体现在哪几个方面？
物理方面：
（ 1） 润滑作用：在裂隙面上，水使裂隙面之间的摩擦系数减小
（ 2） 和泥化作用：结构面内某些物质与水结合后变软并成泥，减小了结构面
之间的粘聚力和摩擦力
（ 3） 结合水的强化作用：在非饱和状态下，岩体含水能增强岩体颗粒之间的
联系，从而增加岩体的强度
b. 岩石的结构特征可以分为： 结晶类、 胶结物联结的岩石。 矿物晶体靠直接 接触产生的力牢固的联结在一起， 结合力强。 胶结联结是矿物碎屑有胶结物联结 在一起，其强度和稳定性主要取决于胶结结物的成分和胶结形式， 同时受碎屑成 分的影响，变化很大；
c. 主要是由岩石的各组成部分的空间分布及其相互间的排列关系决定的； d. 研究表明， 在三轴应力条件下， 岩石的强度随温度的升高而增大， 但是随 温度的升高，不是所有的岩石塑型都会增大； e. 岩石被水饱和后会是岩石的强度降低； f. 促使岩石中原有的裂隙进一步扩大， 并产生新的风华裂隙， 是矿物颗粒间 的联结松散， 以及矿物颗粒沿节理面崩解， 促使岩石的结构、 构造和整体遭到破 坏，孔隙度增大，吸水性显著增高，强度和稳定性大为降低； g. 动载荷的主要特点是它的作用速度快， 在几秒钟内施加载荷。 岩石堆动载 的抗力要比静载大得多。 12. 什么叫岩石的流变、蠕变、松弛？ 答：（ 1）流变：如果外界的条件不变，岩石的应力或应变随时间而变化，则 称岩石具有流变性。
答：（1）主要因素： a. 岩石的矿物组成； b. 岩石的结构特性； c. 岩石的构造；
d. 温度的作用； e. 水的作用； f. 风化作用； g 动载（冲击加载速度）的影响；
（2）如何影响：
a. 岩石受力后， 如果其中强度较高的矿物在岩石中互补接触， 则应力传递将
会受到中间低强度矿物的影响， 岩石就不一定能显示高的强度， 只有当矿物分布 均匀，高强度的矿物在岩石的结构中形成牢固的骨架时， 才能起到提高岩石强度 的作用；
（ 2）蠕变： 岩石的蠕变就是指在应力 б 不变的情况下岩石变形 （或应变 ?）随时间 t 而增长的现象。
（ 3）松弛： 在应变保持恒定的情况下， 岩石的应力随时间而减少的现象。 13. 岩石蠕变一般包括哪几个阶段？各阶段有何特 点？
答 : 包括四个阶段；第一阶段： OA阶段，有顺时 应变 ?。；第二阶段：应变——时间曲线向下弯曲， 在这个阶段内的蠕变叫作初期蠕变或暂时蠕变；第 三阶段：在该阶段内，曲线具有近似不变的斜率， 这个简短的蠕称为二次蠕变；第四阶段：该阶段成 为加速蠕变或者第三期蠕变，这种蠕变导致迅速破 坏。
过 B 点卸载有塑性变形。
3）弹塑性（非线性）变形阶段（ BC）
① σ 1－ε 1 曲线
；
② 有塑性变形产生，变形不可恢复；
③ 应变速率 不断增大。
原因：新裂纹产生，原生裂隙扩展。
4）破坏下降阶段（ CD）
① C点纵坐标为单轴抗压强度
② D点为残余强度
11. 影响岩石力学特性的主要因素哟那些？如何影响 ?
23. 在岩体的变形试验中，承压板法、钻孔变形法和狭缝法各有哪些优缺点？ 承压板法：优点是简便、直观，能较好地模拟建筑物基础的受力状态和变
形特征。缺点是：
钻孔变形法： 优点是： ①对岩体扰动小。 ②可以在地下水位以下和较深的部 位进行。 ③试验方向基本不受限制， 且试验压力可以达到很大。 ④在一次试验中 可以同时量测几个不同方向的变形，便于研究岩体的各向异性。
14．不同受力条件下岩石流变具有哪些特征？ 包括： 蠕变性（恒应力下）、松弛性（应变一定，
应力减少时）、弹性后效（卸载时） 。
15. 简要叙述常见的几种岩石流变模型及其特点（至少可以推导马克斯维尔模型 与凯尔文模型的蠕变方程） 。
16. 什么是岩石的长期强度？它与岩石的瞬时强度有什么关系？ 岩石的长期强度： 岩石的强度随外载荷作用时间的延长而降低的， 通常把作用时 间的强弱称为岩石的长期强度。 与瞬时强度的关系：对于大多数岩石，长期强度与瞬时强度之比为（ 0.4~0.8 ）， 软岩和中等坚固岩石为 0.4~0.6 ，坚固岩石为 0.7~0.8 。 17. 结构面按其成因通常分为哪几种类型？ 按照地质成因不同：原生结构面，构造结构面，次生结构面。 原生结构面：指在成岩过程中所形成的结构面 构造结构面：岩体受地壳运动作用形成的结构面 次生结构面：岩体在外营力作用下形成的结构面 18. 为什么结构面的力学性质具有尺寸效应？其尺寸效应体现在哪几个方面？ 体现在一下方面： 1）随着结构面尺寸的增大，达到峰值强度的位移增大 ;2 ）随 着尺寸的增大，剪切破坏形式由脆性破坏向延性破坏转变； 3）尺寸加大，峰值 剪胀角减小； 4）随结构面粗糙度减小，尺寸效应也减小。 19. 结构面是如何影响岩体强度的？ 事实上，岩体的强度在很大程度上取决于结构面的强度， 这主要是因为结构面的 自然特征与力学性质对裂隙岩体强敌具有控制影响。 20. 岩体强度的确定放法主要有哪些？ 实验确定法、经验估算法（准岩体强度，经验方程， Hoek-Brown） 21. 岩体与岩石的变形有何异同？ 岩石的变形是指岩石在物理因素作用下形成和大小的变化。 22. 岩体的变形参数确定方法有哪些？
联结有结晶联结和胶结联结。 3. 岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么？ a 重力密度（重度）：岩石单位体积（包括岩石中的孔隙体积）的重量。 r = W/V b 质量密度：岩石单位体积（包括岩石中的孔隙体积）的质量。 c 相对密度： 岩石的干重量除以岩石的实体积 （不包括岩石中的孔隙体积） 所得 的量与 1 个大气压下 4 C 时的纯水的重度的比值。 Gs = Ws/VsRw d 孔隙率：岩石试样中孔隙体积与岩石试样总体积的百分比。 n = Vv/V e 孔隙比：孔隙的体积 Vv 与固体的体积 Vs 的比值。 e = Vv/Vs e = n/1-n f 天然含水率：天然状态下岩石中水的重量 Ww与岩石烘干重量 Ws比值的百分率。 g 吸水率：干燥岩石试样在一个大气压和室温条件下吸入水的重量 Ww与岩石干 重量 Ws之比的百分率 h 饱水率：岩样在强制状态下， 岩样的最大吸入水的重量与岩样的烘干重量的比 值的百分率。 I 饱水系数：岩石吸水率与饱水率比值的百分率。 J 渗透性：在水压力作用下，岩石的空隙和裂缝透过水的能力。 k 膨胀性：岩石浸水后体积增大的性质。 l 崩解性：岩石与水相互作用时失去黏结性并变成完全丧失强度的松散物质的性 能。 m 软化性：岩石与水相互作用时强度降低的特性。 o 抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的性能。
刚性试验机：符合压力机刚度大于试件刚度的压力试验机。 因为普通材料试验机刚度小于岩杨刚度。 6. 什么是岩石的弹性模量、变形模量和卸载模量。 答： 弹性模量：加载曲线直线段的斜率。 变形模量：在应力 - 应变曲线上的任何点与坐标原点相连的割线的斜率。 卸载模量：卸载曲线上该点的切线曲率。 7. 在三轴压力试验中岩石的力学性质会发生哪些变化？（ b1） b2>b3） 答： (1) 当 b2=b3 时，随围压的增大，岩石的塑性和岩石破坏时的强度、屈服极 限同时增大； （ 2）当 b3 为常数时，随着 b3 的增大，岩石的强度和屈服极限有所增大，而 岩石的塑性却减小了。 （ 3）当 b2 为常数时，随着 b3 的增大，岩石的强度和塑形有所增大，但其屈 服极限并无变化。 8、岩石的抗剪强度与剪切面上正应力有何关系？ 答：定义：在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力 ① 直接剪切试验 ②楔形压剪试验 ③三轴压缩试验
P-w 曲线呈阶梯或“ s”形。结构面发育不均或岩性不均匀的岩体。 2.剪切变形曲线 （ 1）峰值前变形曲线的平均斜率小，破坏位移大，峰值后随位移增大强度损失 很小或不变。 （ 2）峰之前变形曲线平均斜率较大，峰值强度较高。峰值后随剪切位移增大强 度损失较大，有较明显的应力降。 （ 3）峰值前变形曲线斜率较大，此曲线具有较明显的线性段和非线性段，比例 极限和区服极限较易确定。 峰值强度高， 破坏位移小。 峰值后随位移增大强度迅 速降低，残余强度较低。
10、简述岩石在单轴压力试验下的变形特征？
答： 1）原生微裂隙压密阶段（ OA）
① σ 1－ε 1 曲线 ，应变率随应力增加而减小；
②塑性变形（变形不可恢复）
原因：微裂隙闭合（压密）
2）弹性变形阶段（ AB）
① σ 1－ε 1 曲线是直线；
② 弹性模量， E 为常数（变形可恢复）
原因：岩石固体部分变形， B 点开始屈服， B 点对应的 σB 应力为屈服极限，超
（1）直线型 1）陡直线型。特点是 p-ω曲线的斜率较陡，呈陡直线。岩体刚度大，不易 变形。 2）缓直线型。曲线斜率较缓。岩体刚度低、易变性。 （2）上凹型 1）每次加压曲线的斜率随加、卸压循环次数的增加而增大，即岩石刚度随 循环次数的增加而增大。 2)加压曲线变化情况与（ 1）相同，但卸压曲线较陡，说明卸压后变形大部 分不能恢复，为塑形变形。 （3）上凹型 这类曲线的方程为 p=f(w),dp/dw 随 p 增加而递减，d2p/dw2<0,呈上凸型曲线。 （4）复合型