《岩石力学》习题库及答案

练习题

三、简答题：

1、什么是全应力应变曲线？为什么普通材料试验机得不出全应力应变曲线？

答：在单轴压缩下，记录岩石试件被压破坏前后变形过程的应力应变曲线。

普通材料实验机整体刚度相对较小，对试件施加载荷产生的反作用力将使实验机构件产生较大变形（弹性能储存），当岩石试件被压坏时，试件抗压能力急剧下降，致使实验机弹性变形迅速恢复（弹性能释放）摧毁岩石试件，而得不到岩石破坏后的应力应变曲线。刚性实验机在施加载荷时，自身变形极小，储存的弹性能不足以摧毁岩石试件，因此可以得到岩石破坏后的应力应变曲线。

2、简述岩石在三轴压缩下的变形特征。

答：E、μ与单轴压缩基本相同；

随围压增加——三向抗压强度增加；峰值变形增加；弹性极限增加；岩石由弹脆性向弹塑性、应变硬化转变。3、按结构面成因，结构面通常分为几种类型？

答：按成因分类有三种类型：①原生结构面——成岩阶段形成的结构面；②构造结构面——在构造运动作用下形成的结构面；③次生结构面——由于风化、人为因素影响形成的结构面。

4、在巷道围岩控制中，可采取哪些措施以改善围岩应力条件？

答：选择合理的巷道断面参数（形状、尺寸），避免拉应力区产生（无拉力轴比）；

巷道轴线方向与最大主应力方向一致；

将巷道布置在减压区（沿空、跨采、卸压）。

5、地应力测量方法分哪两类？两类的主要区别在哪里？每类包括哪些主要测量技术？

答：分为直接测量法和间接测量法。

直接测量法是用测量仪器直接测量和记录各种应力量。

间接测量法，不直接测量应力量，而是借助某些传感元件或某些介质，测量和记录岩体中某些与应力有关的物理量的变化，通过其与应力之间存在的对应关系求解应力。

直接测量法包括：扁千斤顶法、水压致裂法、刚性包体应力计法和声发射法等。

间接测量法包括：套孔应力解除法、局部应力解除法、松弛应变测量法、孔壁崩落测量法、地球物理探测法。

1．岩石的塑性和流变性有什么不同?

答：塑性指岩石在高应力（超过屈服极限）作用时，产生不可恢复变形的性质。流变性指岩石在任何应力作用下，随时间增长而产生的不可恢复的变形。相同点：均为不可恢复变形；不同点：变形产生的原因、机理不同。

2．试叙述构造应力对原岩应力场的影响及其特点。

答：影响：加大了水平应力和应力不均衡分布。构造应力特点：

1）分布不均，在构造区域附近最大；2）水平应力为主，浅部尤为明显；3）具有明显的方向性；4）坚硬岩层中明显，软岩中不明显；5）

3．简述围压对岩石力学性质的影响。

围压可改变岩石的力学性状。围压增大致使塑性增大、峰值强度增高、破坏前变形加大。实验时加载速率大，导致弹性摸量大、强度指标高。

4．影响巷道围岩稳定的主要因素有哪些？

围岩强度、应力集中程度、原始应力大小、巷道支架的支撑力

5．采用锚杆支护时如何选择锚杆的杆径？

锚杆杆径确定：一般先确定锚固力，然后由拉断力≥锚固力确定拉断力，再确定杆径。

1．岩石受载时会产生哪些类型的变形?

岩石受载可发生弹性变形、塑性变形和粘性变形。一般岩石呈现粘弹性性质（滞弹性），即应变的产生和恢复滞后于应力变化。

2．程岩体比尼奥斯基分类法依据哪些指标对岩体进行分类？

依据岩块强度、RQD、节理间距、节理条件、地下水条件五个指标进行分类。

3．岩体与岩石相比，其变形性质有何特点？

岩体变形与岩石相比E低，峰值强度低，残余强度低，μ高；达到峰值后，岩体呈柔性破坏，并保留一定残余强度；各向异性显著，不同结构面分布呈现不同变形性质。

4．试分析支承压力的有利因素与不利因素。

有利：压酥煤体，便于落煤，节省能耗。不利：破坏煤体引起片帮，不利顶板管理；破坏顶板，生成采动裂隙，造成

顶板破碎不易管理；高应力引起巷道围岩变形严重，维护量大不安全；高应力易引发冲击地压。

5．采用锚杆支护时，如何选择锚杆的类型？

坚硬、厚层状岩体多选用端头锚固型；松软破碎、裂隙发育岩体多选用全长锚固；为增加锚杆作用效果，锚固经常与喷射混凝土、钢筋网、钢板条带等联合使用。

1、在巷道围岩控制中，采用哪些措施可使支护更加合理？

答：对于位移明显巷道，采用恒阻—可伸缩支护形式；对于变形量较大的软岩，采用二次支护；支架与围岩要整体接触，使应力均匀传递；加强支护与围岩间的整体性，共同承受载荷作用。

2、峰前区应力应变曲线有几种类型，各表示岩石何种性质？

答：峰前区应力应变曲线形态可分为直线型、下凹型、上凹型、S型、平缓型，分别表示了岩石受力作用后呈现的弹性、弹塑性、塑弹性、塑弹塑性和弹粘性性质。

3、岩体结构基本类型有哪些？

完整结构；块裂结构；板裂结构；碎裂结构；断续结构；散体结构

4、结构面的剪切变形、法向变形与结构面的哪些因素有关？

剪切变形与岩石强度（C）、结构面粗糙性（JRC）有关；法向变形与结构面抗压强度（JCS）、结构面粗糙性（JRC）、结构面张开度（δ）有关。

5、简述水压致裂法主要测量步骤及适用条件。

答：（1）打孔到测量应力的部位，将加压段用封隔器密封；

（2）向隔离段注入高压水，测得岩体初始开裂压力Pi；

（3）把高压水释放后重新加压，测得压力Pr和稳定关闭压力Ps，重复2—3次；

（4）将封隔器完全卸压后连同加压管等全部设备从钻孔中取出；

（5）测量水压裂隙和钻孔试验段的天然节理、裂隙的位置、方向和大小，做好记录。

适用于：完整、脆性岩石。

四、论述题：1试说明普氏、太沙基地压计算理论，并给予评价。

答：普氏认为：顶板岩石受力作用可形成平衡拱（免压拱），使上覆岩层压力通过拱轴转移到两侧围岩上，当两侧围岩稳定时，巷道支架仅承受平衡拱内岩石的重力作用。两帮岩体受拱传递压力作用，产生较大变形，当达到其强度时，两帮岩体将滑移，失去支撑作用，致使拱宽、拱高加大，顶压与侧压增大。

太沙基认为：跨度为2a 范围内的上部岩石将由于自重而下沉，两侧摩擦力阻止其下沉，支架所承受的压力为下滑力与摩擦力之差。

评价：两种计算方法均为估算法。普氏地压公式与深度无关，不能解释应力随深度增大的现象；

适用于松散岩体，对整体性、强度高的岩体，计算结果与实际有出入；应用简便（估算）、存在局限性。

太沙基公式从另一角度提出地压计算公式，也反映了免压拱效应，经变换后与普式公式同形。适用于埋深不大、围岩松散破碎条件。

2分析库仑、莫尔、格里菲斯强度理论的基本观点并给予评价。

答：库仑认为：岩石破坏为剪切破坏；岩石抵抗剪切破坏的能力由两部分组成：内聚力、内摩擦力。

莫尔认为：无论岩石处于何种应力状态，破坏均为剪切破坏；破坏时，剪切面上所需的剪应力不仅与岩石性质有关，而且与作用在剪切面上的正应力有关。

格里菲斯认为：不论岩石受力状态如何，最终在本质上都是拉伸应力引起岩石破坏。

评价：库仑强度理论是莫尔强度理论的直线形式。

莫尔理论较好解释了岩石抗拉强度远远低于抗压强度特征，解释了三向等拉时破坏，三向等压时不破坏现象，但忽视了中间应力的作用。

格式理论推导岩石抗压强度为抗拉强度的8倍，反映了岩石的真实情况，较好证明了岩石在任何应力状态下都是由于拉伸引起破坏，但对裂隙被压闭合抗剪强度增高解释不够。

莫尔理论适用于塑性岩石，及脆性岩石的剪切破坏；不适用于拉断破坏。

格式理论适用于脆性岩石及材料破坏。

3试分析莫尔与格里菲斯强度理论的基本观点并给予评价，说明各自适用条件。

莫尔认为：无论岩石处于何种应力状态，破坏均为剪切破坏；

破坏时，剪切面上所需的剪应力不仅与岩石性质有关，而且与作用在剪切面上的正应力有关。

格里菲斯认为：不论岩石受力状态如何，最终在本质上都是拉伸应力引起岩石破坏。

评价：莫尔理论较好解释了岩石抗拉强度远远低于抗压强度特征，解释了三向等拉时破坏，三向等压时不破坏现象，但忽视了中间应力的作用。