岩体⼒学思考题---辅导讲解15个知识点⼀.判断题 (2x10=20分)
1、影响岩⽯蠕变的主要因素有岩性.应⼒.温度和湿度等。（）。(⼀)蠕变：指在应⼒不变的情况下，岩⽯的变形随时间不断增长的现象。
岩⽯蠕变的类型分为稳定蠕变和不稳定蠕变两种。影响岩⽯蠕变的因素很多:岩性,荷载,围压,湿度,温度等都对岩⽯蠕变有影响。
岩⽯蠕变特性
⼤量试验表明：岩⽯变形＝瞬弹变形+蠕变（与时间有关）1.岩性－针对不同岩⽯，弹性变形与蠕变对⽐存在差异2.应⼒⽔平影响蠕变量⼤⼩，蠕变速率3.蠕变试验得到典型蠕变曲线分为三段：①AB－初期蠕变，蠕变速率ε递减卸载（σ）＝瞬弹PQ+粘弹QR（全部恢复）②BC－恒速蠕变，恒定，（单位时间增加ε相同）＝瞬弹+粘弹UV+不可恢复uv随时间延续变形破坏
③CD－加速蠕变－不断增⼤变形破坏
2、在岩⽯真三轴试验过程中，中间主应⼒与最⼩主应⼒⼆者相等（）。
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。 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。库仑强度理论是莫尔强度理论的直线形式。
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。
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。
5、岩块的抗拉強度⼀般远⼤于其抗压強度。（）常识。混凝⼟抗拉強度只是抗压強度的1/10~1/18。
6、岩块的单轴抗拉强度是选择建筑⽯材不可缺少的参数。（）
7、在相同条件下，圆形截⾯岩块试件的抗压强度⼀般要⾼于多边形截⾯试件的抗压強度。（）8、在相同条件下，岩块试件的尺⼨越⼤，岩块的抗压強度越⼤。（）
(五) 尺⼨效应：岩⽯试件的尺⼨愈⼤，则强度愈低，反之愈⾼，这⼀现象称为“尺⼨效应”。
形状效应：在岩⽯试验中，由于岩⽯试件形状的不同，得到的岩⽯强度指标也就有所差异。这种由于形状的不同⽽影响其强度的现象称为“形状效应”。
试件的⼤⼩、形状是如何影响岩⽯的⼒学性质的？原因是什么？
h和横断⾯答：试件的形状和尺⼨⼤⼩对强度的影响主要表现在⾼径⽐h d或⾼宽⽐b 积上。试件太长、⾼径⽐太⼤，会由于弹性不稳定提前发⽣破坏，降低岩⽯的强度。
试件太短，⼜会由于试件端⾯与承压板之间出现的摩擦⼒会阻碍试件的横向变形，使试件内部产⽣约束效应，以致增⼤岩⽯的试验强度。试件横断⾯积减⼩，会相应地增⼤端部约束效应，因⽽强度也会有所提⾼。我国压縮实验试件取Φ5x10cm或5x5x10cm。⾼宽⽐2~2.5
在岩⽯的室内单轴压缩试验中，对同⼀岩⽯试样所进⾏的试验中，如其余的条件均相同，则下列试样强度最⾼的是（ A ）A）圆柱形试件B）六⾓菱柱形试件C）四⾓菱柱形试件D）三⾓菱柱形试件9.岩⽯的含⽔量越⾼，其抗压強度越⾼。（）
(六)对岩⽯强度⽽⾔，含⽔量加⼤.孔隙度加⼤或孔隙压⼒加⼤时，均使岩⽯强度降低。含⽔量越⾼则会使岩⽯强度降低越多。10、在相同的条件下，正六边形截⾯岩块试件的抗压強度⾼于圆形截⾯试件的抗压強度。( )
⼆填空题 (2x10=20分)
1、岩体结构⾯分析主要研究岩⽯的切割和破碎理论以及岩体的动⼒特性。。2、岩体在作⽤下表现出来的性质，称为⽔理性质。
(七)岩⽯遇⽔后会引起某些物理、化学和⼒学性质的改变，岩⽯的这种性质称为岩⽯的⽔理性。
3、在外部条件不变的情况下，岩⽯的变形或应⼒隨时间⽽变化的现象为。流变性：指在外界条件不变时，岩⽯应变或应⼒随时间⽽变化的性质。4. 岩体的动⼒变形参数可通过激振器如超声波确定。
5、是由拉应⼒形成的，如⽻⽑状张裂⾯.纵张及横张破裂⾯，岩漿岩中的冷凝节理等。(⼋)结构⾯：①指在地质历史发展过程中岩体内形成的具有⼀定的延伸⽅向和长度，厚度相对较⼩的宏观地质界⾯或带。②⼜称弱⾯或地质界⾯，是指存在于岩体内部的各种地质界⾯，包括物质分异⾯和不连续⾯，如假整合、不整合、褶皱、断层、层⾯、节理和⽚理等。
在较低围压下，岩体的破坏⽅式有剪切破坏和张拉破坏两种基本类型。按结构⾯⼒学成因，可将其分为剪性结构⾯和张性结构⾯两类。张性结构⾯由拉应⼒形成的；剪性结构⾯是剪应⼒形成的，破裂⾯两侧岩体产⽣相对滑移，其剪切刚度量值决定于结构⾯本⾝的起伏粗糙程度和強度，以及法向应⼒⼤⼩，法向刚度主要取决于结构张开状态和岩体的风化程度。6.由于⼯程活动改变了岩体中的应⼒称为。
(九)初始地应⼒：岩体中存在的未受到⼯程扰动的原始应⼒状态下的应⼒。
静⽔应⼒状态：在岩⽯⼒学中，地下深部岩体在⾃重作⽤下，岩体中的⽔平应⼒和垂直应⼒相等的应⼒状态。深层岩体天然应⼒状态近于静⽔应⼒状态，即
σ1 =σ2=σ3 ；表层岩体⽔平应⼒⼤于垂直应⼒即σ1<σ2=σ3 。
⾃重应⼒：由于岩体⾃重⽽产⽣的天然应⼒叫⾃重应⼒。重⼒场中以铅直应⼒σh为主,⽔平应⼒σv =k 0σh ，k 0 =µ/(1-µ)，称为侧压⼒系数,µ为泊松⽐。
构造应⼒：由于地质构造活动在岩体中引起的应⼒场，这种应⼒与⼀定范围地质构造有关，其主要特点是⽔平应⼒⼤于覆岩垂直应⼒分量。这⼀作⽤可以持续到地层深处。
应⼒重分布：岩体受到⼯程活动扰动，引起岩体中初始应⼒的转移变化形成的新的应⼒场状态。
⼆次应⼒：相对于初始应⼒⽽⾔，岩体上或岩体内部受到⼈类⼯程活动扰动，引起初始应⼒⾃然平衡状态的改变，使⼀定范围内的原始应⼒重分布形成的新的应⼒称为⼆次应⼒，或称次⽣应⼒。次⽣应⼒直接与⼯程稳定性有关。
试述⾃重应⼒场与构造应⼒场的区别和特点。 答：⾃重应⼒场是岩体⾃重应⼒在空间的有规律分布；构造应⼒场是⼀定区域内具有成⽣联系的各种构造形迹在不同部位应⼒状态的总称。两者都是天然应⼒场的组成部分，⾃重应⼒场是由上覆岩体的重量引起的，⽽构造应⼒是空间和时间
的函数，是随构造形迹的发展⽽变化的⾮稳定应⼒场。
简述地壳浅部地应⼒分布的基本规律。 答：地壳浅层岩体中绝⼤部分应⼒场是以⽔平应⼒为主的三向不等空间应⼒场，三个主应⼒的⼤⼩和⽅向是随空间位置⽽变化的。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h h γ=σ 。（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。7.当坝基岩体坚硬完整，其剪切強度远⼤于接触⾯強度时，最可能发⽣滑移失稳破坏。8.洞室开挖以后，如不及时⽀护洞顶岩体将不断垮落⽽形成⼀个拱形，称为压⼒拱。9.膨胀围岩由于矿物吸⽔膨胀，产⽣对⽀护结构的挤压，称为变形围岩压⼒。
10.地下开挖后，洞壁的应⼒集中最⼤，当它超过围岩的屈服极限时，洞壁围岩就由弹性状态转化为塑性状态，并在围岩中形成⼀个塑性区。
(⼗)地下洞室围岩稳定性分析
围岩：指由于⼈⼯开挖使岩体的应⼒状态发⽣了变化，⽽这部分被改变了应⼒状态的岩体称为围岩。地下⼯程开挖过程中，在发⽣应⼒重分布的那⼀部分⼯程岩体称为围岩。
围岩压⼒：地下洞室围岩在重分布应⼒作⽤下产⽣过量的塑性变形或松动破坏，进⽽引起施加于⽀护衬砌上的压⼒。作⽤在⽀护物上的围岩的变形挤压⼒或塌坍岩体的重⼒称为围岩压⼒。
形变围岩压⼒：指围岩在⼆次应⼒作⽤下局部进⼊塑性，缓慢的塑性变形作⽤在⽀护上形成的压⼒，或者是有明显流变性能的围岩的粘弹性或者粘弹—粘塑性变形形
成的⽀护压⼒。⼀般发⽣在塑性或者流变性较显著的地层中。
松动围岩压⼒：指因围岩应⼒重分布引起的或施⼯开挖引起的松动岩体作⽤在隧道或坑道井巷等地下⼯程⽀护结构上的作⽤压⼒。
⼀般是由于破碎的、松散的、分离成块的或被破坏的岩体坍滑运动造成的。冲击围岩压⼒：
（1）是地下洞室开挖过程中，在超过围岩弹性限度的压⼒作⽤下，围岩产⽣内破坏，发⽣突然脆性破坏并涌向开挖(采掘)空间的⼀种动⼒现象。
（2）强度较⾼且完整的弹脆性岩体，承受过⼤⼒的作⽤后，突然发⽣岩⽯弹射变形所引起的围岩压⼒。
膨胀围岩压⼒：在遇到⽔分的条件下围岩常常发⽣不失去整体性的膨胀变形和位移，表现在顶板下沉、地板隆起和两帮挤出，并在⽀护结构上形成形变压⼒的现象。应⼒集中：受⼒物体或构件在其形状或尺⼨突然改变之处引起应⼒在局部范围内显著增⼤的现象。⼀般以⾼于（低于）原岩应⼒5%为界，划分集中应⼒影响范围。
应⼒集中系数：指岩体中⼆次应⼒与原始应⼒的⽐值，也可⽤井巷开挖后围岩中应⼒与开挖前应⼒的⽐值来表⽰。侧压系数：岩体中⼀点的⽔平应⼒与垂直应⼒的⽐值。k0 =µ/(1-µ)●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。
●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
●巷道围岩受地压作⽤产⽣的三区分别为塑性区、弹性区、原始应⼒区。弹性区围岩具有弹性或粘弹性位移，位移与岩⽯弹性性质有关。
⼤量实验表明，塑性变形与静⽔应⼒⽆关，只与应⼒偏量有关，与剪应⼒有关。 意义：在岩⼟⼯程中1.边坡开挖 坡⾯回弹变形
坡体⼆次应⼒＝地应⼒+开挖效应 释放荷载
坡体稳定性评价：刚体质量消失 基于应⼒的强度分析2.坝基：⼆次应⼒场＝地应⼒+开挖效应+建筑物附加应⼒场
3.地下洞室：地应⼒ 围岩稳定分析（围岩的变形、稳定）的基本荷载（⼒源）， ⼆次应⼒＝初始地应⼒+开挖效应附加应⼒场在巷道围岩控制中，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）。三.名词解释 (4x5=20分)1.结构⾯剪切刚度
(⼗⼀)定义：在剪切应⼒作⽤下，峰值前结构⾯产⽣单位剪切位移所需要的应⼒，数值上等于峰值前τ ? ?u 曲线上⼀点的切线斜率，即u
n K ??τ?= ( MPa/cm) 意义：反映结构⾯剪切变形性质的重要参数，是岩体⼒学性质参数估算及岩体稳定性计算中必不可少的指标之⼀。确定⽅法:实验法，经验估算法。2、围岩抗⼒系数
围岩（弹性）抗⼒系数：当隧洞受到来⾃隧洞内部的压⼒P时，在内压⼒作⽤下，洞壁围岩必然向外产⽣⼀定的位移△α，则定义围岩的弹性抗⼒系数为
K＝P／△α。此时K的物理意义为促使隧洞洞壁围岩产⽣单位径向位移所需的靜⽔压⼒值。
单位抗⼒系数：隧洞围岩的弹性抗⼒系数不仅与隧洞的地质条件有关，⽽且与隧洞的半径有关，为了统⼀，在⼯程上规定洞径为200cm时隧洞围岩的抗⼒系数定义为单位抗⼒系数。3、稳定性系数
(⼗⼆)若岩基中存在软弱结构⾯，需验算建筑物基础下的岩体是否可能沿软弱结构⾯产⽣滑动。稳定性系数则是反映滑动⾯上抗滑⼒与滑动⼒的⽐例关系，⽤以说明边坡岩体的稳定程度。要选定若⼲个可能的滑动⾯分别进⾏试算，以便求得最⼩稳定系数及其相应的危险滑动⾯。当选定后，有两种⽅法计算稳定系数Ks :极限平衡法和等稳定系数法。4.強度判据
强度准则：表征岩⽯破坏时的应⼒状态和岩⽯强度参数之间的关系，⼀般可以表⽰为极限应⼒状态下的主应⼒间的关系⽅程：σ1＝f（σ2，σ3）或τ＝f（σ）。
破坏准则：⽤以表征岩⽯破坏条件的应⼒状态与岩⽯强度参数间的函数关系，是在极限状态下的“应⼒—应⼒”关系。
岩⽯在⼀定的受⼒条件下可能要发⽣破坏,⽤来判断岩⽯是否破坏需⽤到破坏判据。
破坏判据：表征岩⽯破坏条件的应⼒状态与岩⽯强度参数间的函数关系，称为破坏判据或称强度准则、强度判据。在岩体⼒学研究中,⽤到的判据主要有:库仑--纳维尔判据、莫尔判据、格⾥菲斯判据和⼋⾯体强度判据。5、卸荷回弹
(⼗三)基坑开挖是⼀个卸荷过程，上部岩⼟体的挖出，⾃重应⼒的释放，势必引起基坑底部岩⼟体的膨胀变形，从⽽产⽣基底回弹，即所谓的卸荷回弹。回弹量的⼤⼩是判断基坑稳定性和将来建筑物沉降的重要因素之⼀，因此研究基坑卸荷回弹并计算回弹量是保证基坑稳定，減少沉降危害的有效⼿段之⼀。四.简答题 (12+12+16=40分)1.围压对岩块变形有什么影响?1、三向作⽤下岩⽯的⼒学性质？
答：1、岩⽯在围压条件下的应⼒应变关系；2岩⽯在围压条件下的破坏⽅式及机制；3围压对岩⽯极限强度的影响；4岩⽯的莫尔包络线特征。（附说明：○1三向作⽤下岩⽯与单轴压缩条件的应⼒应变曲线类似有弹性变形阶段、塑性变形阶段、应⼒下降阶段、摩擦阶段。○2不同围压下变形特征不同：⾼强度坚硬致密岩⽯曲线斜率受围压影响⼩基本不变即弹性模量不因围压增⾼⽽改变，表现为常刚度变形。○3对任何岩⽯当围压达到⼀定⽔平是，以塑性变形为主与之对应的破坏由脆性转为延性。○4随着围压的增⼤，岩⽯的三轴极限强度也增⼤，但其
增⼤的速率依岩性的不同⽽不同，对脆性破坏的岩⽯其极限强度随围压的增长很快，⽽延性破坏时，极限强度随围压增长缓慢。）
2.试论述影响岩质边坡变形破坏的因素。(⼗四)1、岩性决定岩体边坡稳定性的物质基础。
2、岩体结构岩体结构及结构⾯的发育特征是岩体边坡破坏的控制因素。
3、⽔的作⽤使岩⼟的质量增⼤、滑动⾯的滑动⼒增⼤；岩⼟软化、抗剪强度降低；对岩体产⽣动⽔压⼒和静⽔压⼒。4、风化作⽤使岩体内裂隙增多、扩⼤，透⽔性增强，抗剪强度降低。
5、地形地貌直接影响边坡内的应⼒分布特征，进⽽影响边坡的变形破坏形式及边坡的稳定性。
贵州地势可分三个梯级（台⾯），海拔⾼程分别是，第⼀梯级（台⾯）在2900-2200m，由西部威宁、赫章、⽔城⼀带的⾼原组成；第⼆梯级（台⾯）海拔降到1500-1000m 由贵州中部⼭原（黔北、黔南）丘原（黔中）组成；第三梯级（台⾯）海拔继续降到800-500m、由江⼝-镇远以东的低⼭丘陵组成。
3.某岩体中开挖⼀直径为6m 的⽔平圆形洞室,埋深400m ，已知洞室围岩剪切強度参数为;C=9MPa,Φ=400 ,岩体平均密度ρ=2.7g/cm 3 ,设岩体天然应⼒⽐值系数λ=1,试评价稳定性。
假设为弹性岩体平⾯应变问题进⾏处理；⽤摩尔-库仑破坏准则评价。
解：（1）由题意知该巷道覆盖岩层的容重3m /kN 27107.2g =?=ρ=γ；巷道处的垂直应⼒MPa 8.1027400H v =?=γ=σ，并由侧压⼒系数为1，得⽔平应⼒MPa 8.10v h =λσ=σ。由此得该圆形巷道处于静⽔压⼒下。根据摩尔-库仑破坏准则知岩⽯破坏时的破坏⾯与⽔平⾯的夹⾓为2450φ
α+=，并由题意知岩⽯的内摩擦⾓?=φ40，內聚⼒C=9MP a 由摩尔-库仑破坏准则知岩⽯破坏时主应⼒符()?-?+σ+??=σsin 1sin 1cos C 231 将Φ,C 值代⼊得()MPa 27.8840sin 140sin 18.1040cos 920001=-+?+??=σ>σv =10.8MPa ，则σ
σ
(⼗五)简述由弹性理论确定岩体中⾃重应⼒的基本⽅法，以及海姆假说的基本内容。
答：对于没有经受构造作⽤、产状较为平缓的岩层，它们的应⼒状态接近由弹性理论所确定的应⼒状态。对于做表⾯xy为表⾯，z轴垂直向下的半⽆限体，在深度z处的垂直应⼒σz=γz(γ为岩体容重)，半⽆限体中任意微分单元体上的正应⼒σz,σx, σy都是主应⼒；并且⽔平向应⼒和应变彼此相等。由弹性理论可以证明:σx=σy=(µ/1-µ)σz=K0σz。K0=(µ/1-µ)为靜⽌侧压⼒系数，µ为泊松⽐。
当静⽌侧压⼒系数K0=1时，就出现了侧向⽔平应⼒与垂直应⼒相等的所谓静⽔压⼒情况。海姆假说：在岩体深处的初始垂直应⼒与其上覆岩体的重量成正⽐，⽽⽔平应⼒⼤致与垂直应⼒相等。(⼗六)摩尔-库仑强度理论的要点是什么？
答：根据不同⼤⼩主应⼒⽐例求得材料的强度资料，在τ~σ曲线上绘制⼀系列的莫尔应⼒圆，每⼀个应⼒圆都表⽰⼀种极限破坏应⼒状态，⼀系列的极限应⼒圆的包络线代表材料的破坏条件或强度条件，包络线上各点都反映材料破坏时的剪应⼒τf与正应⼒σ的关系。其普遍形式：根据该理论，在判断材料内某点处于复杂应⼒状态下是否材料内某⼀点的破坏主要决定于它的最⼤和最⼩主应⼒，即σ1、σ3，⽽与中间主应⼒破坏时，τf=f(σ)。
只要在τ~σ平⾯内作该点的莫尔应⼒圆，如果该圆在莫尔包络线以内则没有破坏，若刚好与包络线相切，则处于极限平衡状态，若超过，表明破坏了，该状态实际不存在。
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
预祝同志们考试成功！
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