本文關(guān)鍵詞：巖體力學(xué)

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導(dǎo)讀：巖體力學(xué)習(xí)題，1、何謂巖體力學(xué)?談?wù)勀銓?duì)巖體力學(xué)的認(rèn)識(shí)和看法，答：(1)定義：巖體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，是研究巖體在各種力場(chǎng)作用下變形與破壞規(guī)律的理論及其實(shí)際應(yīng)用的科學(xué)，(2)認(rèn)識(shí)：巖體力學(xué)是地質(zhì)工程、巖土工程等專業(yè)的相當(dāng)重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，比如：邊坡巖體穩(wěn)定性分析這章對(duì)本人的研究方向有很大的幫助，巖體力學(xué)服務(wù)對(duì)象的廣泛性和研究對(duì)象的復(fù)雜性，決定了巖體力學(xué)研究的內(nèi)容也必然是廣泛而復(fù)雜的

巖 體 力 學(xué) 習(xí) 題

1、何謂巖體力學(xué)? 談?wù)勀銓?duì)巖體力學(xué)的認(rèn)識(shí)和看法。

答：(1)定義：巖體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，是研究巖體在各種力場(chǎng)作用下變形與破壞規(guī)律的理論及其實(shí)際應(yīng)用的科學(xué)，是一門應(yīng)用型基礎(chǔ)學(xué)科。

(2)認(rèn)識(shí)：巖體力學(xué)是地質(zhì)工程、巖土工程等專業(yè)的相當(dāng)重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。比如：邊坡巖體穩(wěn)定性分析這章對(duì)本人的研究方向有很大的幫助。巖體力學(xué)服務(wù)對(duì)象的廣泛性和研究對(duì)象的復(fù)雜性，決定了巖體力學(xué)研究的內(nèi)容也必然是廣泛而復(fù)雜的，服務(wù)對(duì)象涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各方面，巖體力學(xué)的任務(wù)是準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)巖體在應(yīng)力場(chǎng)作用下的變形和穩(wěn)定性，進(jìn)而從巖體力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，選擇相對(duì)優(yōu)良的工程場(chǎng)址，防止重大事故，并為合理的工程設(shè)計(jì)提供巖體力學(xué)依據(jù)。巖體力學(xué)研究方法有工程地質(zhì)研究法、試驗(yàn)法、數(shù)學(xué)力學(xué)分析法、綜合分析法等。

2、何謂巖塊、巖體? 試比較巖塊與巖體,巖體與土有何異同點(diǎn)?

答：（1）巖塊（Rock block 或 Rock）指不含顯著結(jié)構(gòu)面的巖石塊體，是構(gòu)成巖體的最小巖石單元體。

（2）巖體（Rockmass）是指地質(zhì)歷史過(guò)程中形成的，由巖塊和結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)組成的，具有一定的結(jié)構(gòu)并賦存于一定的天然應(yīng)力狀態(tài)和地下水等地質(zhì)環(huán)境中的地質(zhì)體。

（3）異同點(diǎn)：巖塊和巖體均為巖石物質(zhì)和巖石材料，巖體中存在復(fù)雜的天然應(yīng)力和地下水。而土作為巖體的歷史風(fēng)化產(chǎn)物，與巖體主要是在物理，力學(xué)性質(zhì)等方面有些不同，例如土的抗壓強(qiáng)度，壓縮性等方面與巖體有較大差異。

3、何謂巖體分類? RMR 分類和Q 分類各自用哪些指標(biāo)表示? 怎樣求得?

答：巖體分類是通過(guò)巖體的一些簡(jiǎn)單和易實(shí)測(cè)的指標(biāo)，把工程地質(zhì)條件和巖體力學(xué)性質(zhì)聯(lián)系起來(lái)歸類的一種方法。其目的是通過(guò)巖體的工程分類，概括的反映各類巖體的質(zhì)量好壞，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的巖體力學(xué)問(wèn)題，為工程設(shè)計(jì)確定巖體力學(xué)計(jì)算參數(shù)、支護(hù)襯砌型式、厚度及建筑物式和施工方法的選擇等提供依據(jù)。

巖體地質(zhì)力學(xué)分類（RMR分類）由巖塊強(qiáng)度、RQD值、節(jié)理間距、節(jié)理?xiàng)l件及地下水5類參數(shù)組成。分類時(shí)，根據(jù)各類參數(shù)的實(shí)測(cè)資料，按標(biāo)準(zhǔn)分別給予評(píng)分，然后將各類參數(shù)的評(píng)分值相加得巖體質(zhì)量總分（RMR），并依節(jié)理方位對(duì)巖體穩(wěn)定是否有利作適當(dāng)?shù)男拚�，最后，用修正后的巖體質(zhì)量總分對(duì)照巖體類別及相應(yīng)的不支護(hù)地下開(kāi)挖的自穩(wěn)時(shí)間和巖體強(qiáng)度指標(biāo)（C、Φ）值。

Q分類是指用巖體質(zhì)量指標(biāo)Q值對(duì)巖體進(jìn)行分類，Q值定義如下：

Q?JRQDJr??w JnJaSRFJJRQD為巖體的完整性；r表示結(jié)構(gòu)面（節(jié)理）的形態(tài)、充填物特征及其次生變化程度；wSRFJnJa表示水與其他應(yīng)力存在時(shí)對(duì)巖體質(zhì)量的影響。分類時(shí)，根據(jù)這6個(gè)參數(shù)的實(shí)測(cè)資料，確定各

自的數(shù)值，代入上式求得巖體質(zhì)量指標(biāo)Q值，以Q值為依據(jù)將巖體分為9類。

4、試述圍壓對(duì)巖塊變形、破壞及強(qiáng)度的影響

答：有圍壓作用時(shí)，巖石破壞前的應(yīng)變隨圍壓增大而增加，巖石的塑性也不斷增大，即隨圍壓增大，巖石逐漸由脆性轉(zhuǎn)化為延性。隨著圍壓的增加，巖石的變形模量及泊松比都有一定的提高。隨著圍壓的增大，，巖塊從脆性劈裂破壞逐漸向塑性流動(dòng)過(guò)渡，破壞前的應(yīng)變也逐漸增大。

5、結(jié)構(gòu)面的法向剛度與剪切剛度的定義如何？各自如何確定？

答：法向剛度Kn是反映結(jié)構(gòu)面法向變形性質(zhì)的重要參數(shù)，其定義為：在法向應(yīng)力作用下，結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生單位法向變形所需要的應(yīng)力。其大小以?n??vj曲線上一點(diǎn)切線的斜率表示，即

Kn???n。確定方法是直接用試驗(yàn)方法求得結(jié)構(gòu)面的?n??vj曲線后，在曲線上求得。 ??vj剪切剛度Ks是反映結(jié)構(gòu)面剪切變形性質(zhì)的重要參數(shù)，大小用結(jié)構(gòu)面峰值前的???u曲線斜率表示，Ks???。由室內(nèi)、現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)測(cè)得???u求得。 ??u6、原位巖體的力學(xué)試驗(yàn)與巖塊力學(xué)試驗(yàn)在本質(zhì)上有何區(qū)別？巖體的變形性質(zhì)與巖塊相比有什么區(qū)別？

答：（1）在地質(zhì)環(huán)境方面，原位巖體存于一定地質(zhì)環(huán)境之中，地應(yīng)力，地溫，地下水等因素對(duì)其物理力學(xué)性質(zhì)有很大影響，而巖石試件只是為實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)而加工的巖塊，已完全脫離了原有的地質(zhì)環(huán)境。（2）在力學(xué)特征方面，巖體在自然狀態(tài)下經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的地質(zhì)作用過(guò)程，在內(nèi)部的聯(lián)結(jié)力較弱的層理、片理和節(jié)理、斷層等切割下，形成了各種地質(zhì)構(gòu)造和軟弱面，如不整合，褶皺，斷層，節(jié)理，裂隙等等巖體是具有明顯的不連續(xù)性。使巖體結(jié)構(gòu)的力學(xué)效應(yīng)減弱和消失。使巖體強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于巖石強(qiáng)度，巖體變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于巖石本身，巖體的滲透性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于巖石的滲透性；巖塊的變形性質(zhì)主要是單體巖石的受拉、受剪、受壓，而巖體的變形性質(zhì)除了以上外，還包括巖體巖性、巖體傾角、斷裂帶、接觸面等。

7、試述巖體結(jié)構(gòu)控制論的基本原理及其實(shí)際意義。

答：巖體形成和發(fā)展過(guò)程伴隨著各種內(nèi)、外地質(zhì)營(yíng)力的作用，從成巖的類型分為沉積巖、巖漿巖和變質(zhì)巖三大類，由于結(jié)構(gòu)面的存在使巖體具有一定的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特性控制著巖體的性質(zhì)和變形破壞，因此，我們?cè)诮鉀Q巖體工程問(wèn)題時(shí)，應(yīng)該從巖體的地質(zhì)模型出發(fā)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和大型建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施，涉及到大量的地下工程建設(shè)項(xiàng)目，如采礦巷道、道路隧道、水電工程的地下洞室等。地下工程的一項(xiàng)主要研究工作就是分析圍巖應(yīng)力重分布特點(diǎn)以及變形破壞規(guī)律，這些都要受到巖體結(jié)構(gòu)的控制。

8、試述巖體中水平天然應(yīng)力的基本特點(diǎn)。

答：巖體中的水平天然應(yīng)力有以下基本特點(diǎn)：

1）水平天然應(yīng)力以壓應(yīng)力為主，出現(xiàn)拉應(yīng)力者甚少，且多具局部性質(zhì)； 2）大部分巖體中的水平天然應(yīng)力大于鉛直應(yīng)力； 3）巖體中的水平應(yīng)力具有強(qiáng)烈的方向性和各向異性；

在單薄的山體、谷坡附近以及未受構(gòu)造變動(dòng)的巖體中，天然水平應(yīng)力均小于鉛直應(yīng)力。在很薄的山體中，甚至可以出現(xiàn)水平壓力為零的極端情況。

9、試述粗糙起伏無(wú)充填結(jié)構(gòu)面的剪切強(qiáng)度特征。有一節(jié)理面的起伏角i=20°，基

本摩擦角φb=35°，兩壁巖石的內(nèi)摩擦角φ=40°，C=10Mpa, 做出節(jié)理面的剪切強(qiáng)度曲線。

解：這類結(jié)構(gòu)面的基本特點(diǎn)是：具有明顯的粗糙起伏度，這是影響結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度的一個(gè)重要因素，在無(wú)填充的情況下，由于起伏度的存在，結(jié)構(gòu)面的剪切破壞機(jī)理因法向應(yīng)力大小不同而異。由題中所給出的條件，可考慮采用規(guī)則鋸齒形結(jié)構(gòu)面模量模型。計(jì)算公式如下： Τ ＝ σ tan (φb + i)=1.429MPa σz=c / [tan (φb + i)+tanφ]＝16.98MPa 繪得其抗剪強(qiáng)度曲線如下圖所示：

?|Σ υ=40°Cυb+i=55°σ10、巖石的抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度哪個(gè)大，為什么？

答：巖石的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度。影響巖塊抗拉強(qiáng)度的因素與抗壓強(qiáng)度的基本相同，也包括巖石本身性質(zhì)和試驗(yàn)條件兩個(gè)方面，但起決定作用的是巖石本身的性質(zhì)方面的因素。因?yàn)榭估瓕?duì)空隙最為敏感，而巖石是缺陷多、孔隙和裂隙較為發(fā)育的材料，相對(duì)而言，空隙對(duì)巖塊抗壓強(qiáng)度的影響小的多；另外，拉應(yīng)力具有弱化強(qiáng)度效應(yīng)，這也是抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度的一個(gè)重要原因。

11、某巖塊的剪切強(qiáng)度參數(shù)為：C=50Mpa，Φ=600，設(shè)巖石強(qiáng)度服從莫爾直線型強(qiáng)度理論。如用該巖石試件做三軸試驗(yàn),當(dāng)圍壓σ3和軸壓σ1分別加到50Mpa和700Mpa后，保持軸壓不變，逐漸卸除圍壓σ3，問(wèn)圍壓卸到多少時(shí)，巖石試件破壞？

解：設(shè)破壞時(shí)的臨界圍壓值為?3m，則有

?1??3m?tg2(45???)?2Ctg(45???)

求得?3m?23.46MPa

即圍壓卸到23.46Mpa時(shí)，巖石試件破壞。

12、假定巖石中一點(diǎn)的應(yīng)力為：σ1=61.2Mpa，σ3= -11.4Mpa，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的巖石單軸抗拉強(qiáng)度σt= -8.7Mpa,剪切強(qiáng)度參數(shù)C=30Mpa,tgΦ=1.54, 試用格里菲斯判據(jù)和庫(kù)侖—納維爾判據(jù)分別判斷該巖塊是否破壞，并討論結(jié)果。

解：1：根據(jù)格里菲斯判據(jù)：因?yàn)?1?3?3?61.2?34.2?27MPa?0，故采用表達(dá)

(?1??3)2(?1??3)2式 ?8?t判斷是否破壞，經(jīng)過(guò)計(jì)算， ?105.8MPa?8?t，巖石破壞。

?1??3?1??32：根據(jù)庫(kù)侖—納維爾判據(jù)：?1m?2C??3(1?f1?f22?f)?f＝78.28

MPa >61.2MPa(f?tg?)，故有?1m??1，巖塊不會(huì)破壞。

由此可以看出，同一巖塊用不同的破壞判據(jù)得出的結(jié)果有差異，在判斷巖石是否破壞時(shí)，要根據(jù)巖石類型選擇合適的破壞判據(jù)。

13、某裂隙化安山巖，通過(guò)野外調(diào)查和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，已知巖體屬質(zhì)量中等一類，RMR 值為44，Q值為1，巖塊單軸抗壓強(qiáng)度σc=75Mpa，薄膜充填節(jié)理強(qiáng)度為：φj=15°、Cj=0，假定巖體強(qiáng)度服從Hoek--Brown經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則，求：

(1)繪出巖塊、巖體及節(jié)理三者的強(qiáng)度曲線（法向應(yīng)力范圍為0—10Mpa）； (2)繪出該巖體Cm和Фm隨法向應(yīng)力變化的曲線(法向應(yīng)力范圍為0—2.5Mpa）；

解：1、根據(jù)Hoek--Brown經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則??A?c(?查表得A=0.295，B=0.691，T=-0.0003，?T)B，

?cσ=0-10Mpa，取σ=0，1，2……10Mpa，計(jì)算得的?值繪成巖體強(qiáng)度曲線。對(duì)完整巖塊取m=17.0,s=1,A=1.086,B=0.696,T=-0.059。

由節(jié)理強(qiáng)度為υj=15°、Cj=0繪出節(jié)理強(qiáng)度曲線。

τ（）巖 塊巖 體 理節(jié) σ（）

2、根據(jù)Hoek-Brown經(jīng)驗(yàn)公式：

Cm?A?c(???T)B??[AB(?T)B?1] ?c?c?m?arctg[AB(計(jì)算作圖如下：

??T)B?1)] ?c()Φ（°）σ()σ()

14、某鐵路隧道通過(guò)一灰?guī)r山，試從巖體力學(xué)角度分析該隧道存在哪些巖體力學(xué)問(wèn)題及解決這些問(wèn)題的基本思路（包括研究?jī)?nèi)容和研究方法）

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