中南大学岩石力学作业参考答案

《岩体力学》作业参考答案

作业一

一、解释下列概念:

1.刚性试验机：岩石峰值后试验回弹释放能量小于岩石稳定破坏所需能量的试验机。或试验机刚

度大于岩石刚度的试验机。

2.原岩应力：天然状态下或未开挖及开挖影响之外的岩体中存在的应力。

3.蠕变：在恒定应力作用下，岩石的应变随时间而增大的性质。

4.脆性破坏：在应力随应变而下降过程中即应变软化过程中的破坏。

5.长期强度：当恒定应力小于某一应力值，岩石将发生稳定蠕变，而大于该应力值时，岩石将发

生非稳定蠕变，该应力值即为长期强度。或岩石能保持长期稳定的最大恒定应力值。

二、 1.DB 2.BC 3.DB 4.EBAC

三、问答题：

1．答：图如下：

全应力应变曲线模量测定

峰值前峰值后

说明：塑性滞环、外轮廓线、表观模量等之间的异同。

2.答：两隧道周边相距6~10m即可认为其开挖不相互影响；

图形注意弹性状态下应力的叠加原理即在该平面上，应力应是二者之和。

四、分析题：

1.答：给出详细理由和分析过程。

第一种情况，锚杆支护，悬挂作用；

第二种情况：锚网喷射混凝土支护，挤压加固作用，挂网和混凝土表面支护作用和封闭作用。

2.答：给出详细理由和分析过程。

=3.5:1

3.答：给出详细理由和分析过程。

柔性、挤压加固、承载拱、发挥围岩自支承能力、及时、封闭；

断面收敛监测、断面5测点布置。

五、计算题：

1.解：

（1）单轴抗压强度σc =P/A ；

（2）内摩擦角β=45-φ/2；

（3）利用莫尔库仑理论

φφσφφσsin 1cos 2sin 1sin 131-+-+=c

计算（3a ）单轴抗拉强度、（3b ）三轴抗压强度。

2.解：已知原岩应力：

垂直方向34=σz MPa 、水平方向35=σx MPa 和20=σy MPa 。

而自重应力：z z ⋅=γσ自 z y x 自自自σμ

μσσ-==1 因岩体均质各向同性，所以自重应力方向与原岩应力平行，可直接相加减得到。

最后需要说明构造运动方向。

作业二

一、名词解释：

1.卸载后一部分弹性变形滞后一段时间恢复的力学性质

2.结构面和结构体的组合和排队列特征

3.应力应变随时间而变化的性质

4.由剪切滑移使岩块沿剪切面垂直方向变形而使岩体体积增大的性质

5.由于开挖而使开挖面附件一定范围的岩体内的应力产生重新分布，这种产生应力重新分布的岩体即为围岩

6.在开挖之前或开挖影响之外的岩体内存在的天然应力

7.长度大于10cm 的岩芯的总长与取芯进尺之比的百分数

σ1

二、 1.DE 2.FHD 3.D 4.C 5.C 6.CE 7.CFCF 8.CE

三、问答题：

1.曲线：从米勒曲线中选线弹性和塑弹性曲线分别为坚硬致密的玄武岩和松软的红砂岩，并对其性质结合岩石结构特征进行说明；在三轴压缩条件下，二者随围压增大其弹性模量表现出不同的性质，而其破坏都会由脆性破坏转变为塑性破坏。需绘出相应曲线图形。

2.三种：悬挂、组合梁、挤压加固作用。需绘出相应的图形。

四、分析题：

1.最大主应力为北东250，而最小主应力为1150；构造应力和自重应力共同构成，水平应力可能以构造应力为主。

2．（1）围岩应力分布图，围岩划区（围岩区、原岩区；松驰区、承载区、塑性区、弹性区）；

（2）挤压加固作用（图），网度和长度以能形成有效的承载圈/拱为标准。

3.走向平行最大原岩应力方向即北西50；断面长轴方向平行σ2，即采用高度大于宽度的巷道或椭圆形巷道。

4.通过流变元件组合的分析，列出流变状态微分方程，针对蠕变和卸载等的力学特征和时间特征（初始条件），讨论（1）状态方程，（2）蠕变（含图）、卸载（含图）和松驰

五、计算题：

1.解：分析后运用下面公式并计算： 使不连续产生剪切滑移的最小剪切力为：)(i tg j +=φστ=28．56 MPa 使不连续面沿齿根剪断所需最小法向力为：

=37.90MPa

2.解：原岩应力：P =z z ⋅=γσ q =z y x σμμσσ-=

=1

周边两帮中点和顶底板切向应力： []⎪⎩⎪⎨⎧=-++=--+==02cos )1(212cos )(20θ

τθλλθσσθr p p q q p r

分析后运用下面公式计算：P =34.8MPa; λ=0.47 σθ=P[(1+λ)+2(1-λ)COS2θ] 两帮中点，最大σθ=88.04 MPa

顶底板中点，σθ=14.27 MPa

σc=2c.cos φ/(1-sin φ)=43.46MPa 两帮中点剪切体。

剪切体起始角：由σθ=P[(1+λ)+2(1-λ)COS2θ]，得)1(2)1(2cos λλσθ++-=

p p c 最大剪切体长度：][)2(-=-=-αρπctg e

a a R L