中国矿业大学2018学年第 2 学期《矿山岩体力学》试卷及答案

中国矿业大学2018学年第 2 学期试卷及答案
《 矿山岩体力学 》试卷（ B ）卷
考试时间：120 分钟 考试方式：闭 卷
学院 班级 姓名 学号
一、名词解释（20分，每题2分）
1、岩石
2、面力
3、岩石的密度
4、岩石的碎胀性
5、岩石的膨胀性
6、岩石的单轴抗压强度
7、本构方程
8、岩石的塑性
9、蠕变 10、原岩
二、单项选择题（30分，每题2分）
1、剪应力τxy 是指作用在（ ） A ）垂直于x 轴的面上而沿着y 轴方向 B ）垂直于x 轴的面上而沿着x 轴方向 C ）垂直于y 轴的面上而沿着x 轴方向 D ）垂直于y 轴的面上而沿着y 轴方向
2、一点处于静水应力状态是指（ ）
A ）123σσσ＞＞
B ）123σσσ＞＝
C ）123σσσ＝＞
D ）123σσσ＝＝
3、裂隙岩体在各个方向的力学性质差别较大，这主要是结构面的（ ）决定的。

A）厚度B）充填物C）粗糙度D）裂隙的方向性
4、岩石试件单向压缩的破坏形态表现为圆锥型破坏的原因是（）
A）试块端部的摩擦效应
B）岩石处于受压状态
C）岩石的抗剪强度小于抗压强度
D）岩石干燥
5、在岩石单轴压缩试验中，加载速度越大，其单轴抗压强度表现（）A）越小B）越高C）不变D）不一定
6、岩石的Griffith破坏准则是（B ）
A）压破坏准则B）拉破坏准则
C）剪破坏准则D）压剪破坏准则
7、多个极限应力圆上的破坏点的轨迹称为莫尔强度线/莫尔包络线。

岩石单轴压缩的极限应力圆是下图中的（）
A）应力圆1 B）应力圆2 C）应力圆3 D）应力圆4
8、下列哪类岩体结构面是按结构面力学成因分类的（）
A）硬性结构面B）软弱结构面
C ）张性结构面
D ）次生结构面
9、岩体强度受（ ）控制 A ）岩块强度 B ）结构面强度 C ）岩块和结构面强度
D ）岩块和结构面强度及其组合方式
10、裂隙岩体的强度（ ） A ）介于岩块强度和结构面强度之间 B ）同时大于结构面强度和岩块强度 C ）同时小于结构面强度和岩块强度 D ）小于结构面强度且大于岩块强度
11、通常把在外力作用下破坏前总应变小于（ ）的岩石称为脆性岩石。

A ）1％ B ）3％ C ）5％ D ）7％
12、岩石的变形特性常用（ ）和泊松比μ两个常数来表示。

A ）抗压强度 B ）极限应变 C ）弹性模量 D ）屈服应力
13、根据一点应力状态及其坐标轴变换关系，该点的主应力之和
123σσσ++等于（ ）
A ）x y z σσσ++
B ）()222x y y z z x xy yz zx σσσσσστττ++-++
C ）()3x y z σσσ++
D ）()2222x y z xy yz zx x yz y zx z xy σσστττστστστ+-++
14、按应力求解弹性力学问题中的相容方程的实质是（ ）
A ）平衡微分方程
B ）几何方程
C ）物理方程
D ）本构关系
15、将空间问题简化为平面问题，设平面为xoy面，则下列哪个是平面应力问题的特点（）
A）σz=0，τzx=0，τzy=0B）εz=0，γzx=0，γzy=0
C）σz=0，εz=0，τzx=0D）τzy=0，γzx=0，γzy=0
选择题答题处
三、简答题（30分，每题5分）
1、简要评价格里菲思Griffith破坏准则？
2、简述岩石三向压缩的变形特点？
3、简述岩石流变的粘滞体模型及其特点？
4、简述采场周围应力分布特点？
5、简述地应力分布的基本规律？
6、请写出弹性力学三维问题的物理方程？
四、计算题（20分，每题10分）
1、图中所示的单位割离体，在正六面体的可见面上，作用有平行于给定参考轴方向的应力分量。

填写所需的应力分量使割离体图形完整，确定x，y，z坐标系中的六个应力分量？
2、对某种岩石作一组三轴压缩实验得到下表所示峰值应力。

序号 1 2 3 4 σ3（MPa） 1.0 2.0 9.5 15
σ1（MPa）9.6 28.0 48.7 74.0
（1）在σ-τ坐标系中画出该岩石峰值强度的莫尔包络线？
（2）求该岩石的内聚力C和内摩擦角φ，并写出该岩石的莫尔-库仑强度公式？
中国矿业大学2018学年第 2 学期《矿山岩体力学》试卷（B）卷答案
考试时间：120 分钟考试方式：闭卷学院班级姓名学号
一、名词解释（20分，每题2分）
1、岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体。

2、面力：分布在物体表面上的力称面力。

3、岩石的密度：是指单位体积的岩石（不包括空隙）的质量。

4、岩石的碎胀性：岩石破碎以后的体积将比整体状态下增大，这种性质
称为岩石的碎胀性。

5、岩石的膨胀性：是岩石遇水后产生体积增大的现象。

6、岩石的单轴抗压强度：岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承
受的最大压应力。

7、本构方程：一般指受力过程的“应力—应变”关系。

8、岩石的塑性：指卸载后岩石变形不能完全恢复而出现残余变形的性质。

9、蠕变：应力不变，随时间延长，应变增加的现象。

10、原岩：指未受采掘影响的天然岩体。

二、单项选择题（30分，每题2分）
1、剪应力τxy是指作用在（A ）
A）垂直于x轴的面上而沿着y轴方向
B）垂直于x轴的面上而沿着x轴方向
C ）垂直于y 轴的面上而沿着x 轴方向
D ）垂直于y 轴的面上而沿着y 轴方向
2、一点处于静水应力状态是指（ D ）
A ）123σσσ＞＞
B ）123σσσ＞＝
C ）123σσσ＝＞
D ）123σσσ＝＝
3、裂隙岩体在各个方向的力学性质差别较大，这主要是结构面的（ D ）决定的。

A ）厚度
B ）充填物
C ）粗糙度
D ）裂隙的方向性
4、岩石试件单向压缩的破坏形态表现为圆锥型破坏的原因是（ A ） A ）试块端部的摩擦效应 B ）岩石处于受压状态
C ）岩石的抗剪强度小于抗压强度
D ）岩石干燥
5、在岩石单轴压缩试验中，加载速度越大，其单轴抗压强度表现（ B ） A ）越小 B ）越高 C ）不变 D ）不一定
6、岩石的Griffith 破坏准则是（ B ）
A ）压破坏准则
B ）拉破坏准则
C ）剪破坏准则
D ）压剪破坏准则
7、多个极限应力圆上的破坏点的轨迹称为莫尔强度线/莫尔包络线。

岩石单轴压缩的极限应力圆是下图中的（ C ）
A ）应力圆1
B ）应力圆2
C ）应力圆3
D ）应力圆4
8、下列哪类岩体结构面是按结构面力学成因分类的（C ）
A）硬性结构面B）软弱结构面
C）张性结构面D）次生结构面
9、岩体强度受（D ）控制
A）岩块强度
B）结构面强度
C）岩块和结构面强度
D）岩块和结构面强度及其组合方式
10、裂隙岩体的强度（A ）
A）介于岩块强度和结构面强度之间
B）同时大于结构面强度和岩块强度
C）同时小于结构面强度和岩块强度
D）小于结构面强度且大于岩块强度
11、通常把在外力作用下破坏前总应变小于（B ）的岩石称为脆性岩石。

A）1％B）3％C）5％D）7％
12、岩石的变形特性常用（C ）和泊松比 两个常数来表示。

A ）抗压强度
B ）极限应变
C ）弹性模量
D ）屈服应力
13、根据一点应力状态及其坐标轴变换关系，该点的主应力之和
123σσσ++等于（ A ）
A ）x y z σσσ++
B ）()222
x y y z z x xy yz zx σσσσσστττ++-++
C ）()3x y z σσσ++
D ）()2222x y z xy yz zx x yz y zx z xy σσστττστστστ+-++
14、按应力求解弹性力学问题中的相容方程的实质是（ B ）
A ）平衡微分方程
B ）几何方程
C ）物理方程
D ）本构关系
15、将空间问题简化为平面问题，设平面为xoy 面，则下列哪个是平面应力问题的特点（ A ）
A ）σz =0，τzx =0，τzy =0
B ）εz =0，γzx =0，γzy =0
C ）σz =0，εz =0，τzx =0
D ）τzy =0，γzx =0，γzy =0
选择题答题处
三、简答题（30分，每题5分）
1、简要评价格里菲思Griffith 破坏准则？
答：（1）对抗拉强度推断比莫尔—库仑破坏准则合理； （2）强度包络线为曲线，更切合实际； （3）不能延用至岩体破坏特征描述。

2、简述岩石三向压缩的变形特点？
答：（1）围压（侧向应力）增加，岩石的强度增大；
（2）围压（侧向应力）增加，岩石的残余强度增大；
（3）围压（侧向应力）增加，岩石的塑性变形增大。

岩石脆性与塑性是相对的。

（4）围压增加，岩石扩容减少，甚至不出现扩容。

3、简述岩石流变的粘滞体模型及其特点？
答：这种模型是由弹性元件和粘性元件并联而成，通常用于模拟粘弹性，也称开尔文模型。

其特点是对系统加载时弹性变形并不立即完成，而是随时间增加而逐渐地发展；反之，系统卸载时弹性变形也不立即完全恢复，而是随着时间而缓慢地消失，即变形与应力之间在时间上有一个相对滞后的过程。

4、简述采场周围应力分布特点？
答：（1）采场周围煤体出现应力集中，采空区范围出现应力降低；
（2）煤壁前方为前支承压力带，随采煤工作面推进不断变化位置；（3）工作面两侧为侧支承压力带，分布位置相对固定；
（4）相邻工作面支承压力叠加影响区应力集中系数大。

（5）前（侧）支承压力一般分布形式是：靠近采空区侧部分范围压力小于原岩应力，为减压区；由减压区往里为增压区；煤壁到支承压力峰值之间区域，煤体处于极限平衡状态；峰值往里压力逐渐降低，最后趋于原岩应力。

5、简述地应力分布的基本规律？
答：（1）地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它是时间和空间的函数。

（2）垂直地应力基本等于上覆岩层的重量。

（3）水平地应力普遍大于垂直地应力。

（4）平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小，但在不同地区，变化的速度很不相同。

（5）最大水平主应力和最小水平主
应力也随深度呈线性增长关系。

（6）最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大，显示出很强的方向性。

（7）地应力的上述分布规律还会受到地形、地表剥蚀、风化、岩体结构持征、岩体力学性质、温度、地下水等因素的影响，特别是地形和断层的扰动影响最大。

6、请写出弹性力学三维问题的物理方程？ 答：(
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xy yz yz xz xz E E E G G G εσμσσεσμσσεσμσσγτγτγτ⎫⎡⎤=
-+⎪⎣⎦⎪⎪⎡⎤=-+⎣⎦⎪⎬⎪⎡⎤=-+⎣⎦⎪⎪⎪===⎭ ()21E G μ=+ 四、计算题（20分，每题10分）
1、图中所示的单位割离体，在正六面体的可见面上，作用有平行于给定参考轴方向的应力分量。

填写所需的应力分量使割离体图形完整，确定x ，y ，z 坐标系中的六个应力分量？
2、对某种岩石作一组三轴压缩实验得到下表所示峰值应力。

（1）在σ-τ坐标系中画出该岩石峰值强度的莫尔包络线？
（2）求该岩石的内聚力C和内摩擦角φ，并写出该岩石的莫尔-库仑强度公式？。