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巖石力學(xué)與工程課后習(xí)題與思考題解答-文庫吧

2024-11-11 22:05 本頁面


【正文】 段:體積應(yīng)變?cè)趶椥苑秶鷥?nèi),隨應(yīng)力增加而呈線性變化,此階段 ε1> |ε2+ε3|體積減?。唬?2)體積不變階段:體積發(fā)生形變,但體積應(yīng)變?cè)隽拷茷榱悖?ε1= |ε2+ε3|體積不變;( 3)擴(kuò)容階段:兩側(cè)向變形之和超過最大主應(yīng)力壓縮變形, ε1< |ε2+ε3|,體積增大。 ?什么是正交各向異性?什么是橫觀各向同性?寫出正交各向異性和橫觀各向同性的巖石應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系式。 答:巖石的全部或部分物理、力學(xué)性質(zhì)隨方向不同而表現(xiàn)出差異的現(xiàn)象稱著巖石的各向異性; 如果在彈性體中存在著三個(gè)相互正交的彈性對(duì)稱面,在各個(gè)面兩邊對(duì)稱方向上彈性相同,但在這個(gè)彈性主向上彈性并不相同 ,這種物體稱為正交各向異性體;其應(yīng)力應(yīng)變對(duì)應(yīng)關(guān)系表示為: 巖石力學(xué)與工程 【科學(xué)出版社 蔡美峰主編】習(xí)題與思考題及解答 物體內(nèi)部某一面的各個(gè)方向彈性性質(zhì)相同,這個(gè)面稱為各向同性面,垂直該面方向的力學(xué)性質(zhì)不同,具有這樣性質(zhì)的物體稱為橫觀各向異性體,其應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系表示為:(需校驗(yàn)) ?如何影響的? 答:主要影響因素有:水、溫度、加載速率、圍壓、風(fēng)化程度等。 水對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響:連接作用、潤滑作用、水楔作用、空隙壓力作用、溶蝕及潛蝕作 用等; 溫度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響:一般而言,隨溫度增高,巖石延性加大,屈服點(diǎn)降低,強(qiáng)度降低; 加載速率對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響:單軸壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí),荷載加載速率愈快,單位應(yīng)變需用力愈大,反之愈小; 圍壓對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響:圍壓的存在使巖石的抗壓強(qiáng)度顯著增大;巖石的變形顯著增大;巖石的彈性極限顯著增大;巖石的應(yīng)力 應(yīng)變曲線形態(tài)發(fā)生明顯變化; 風(fēng)化對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響:風(fēng)化過程中,原生礦物經(jīng)物理、化學(xué)、生物作用而發(fā)生變化,產(chǎn)生次生礦物,引起巖體成分結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的變化,降低了巖石的物理力學(xué)性質(zhì)。 巖石力學(xué)與工程 【 科學(xué)出版社 蔡美峰主編】習(xí)題與思考題及解答 第二章巖體力學(xué)性質(zhì) ? 答:包括地應(yīng)力、地下水和地溫三部分。 ? 答:( 1)地應(yīng)力影響巖體的承載能力。對(duì)賦存在一定地應(yīng)力環(huán)境中的巖體來說,地應(yīng)力對(duì)巖體形成的圍壓越大,其承載能力越大。 ( 2)地應(yīng)力影響巖體的變形和破壞機(jī)制。試驗(yàn)表明低圍壓下表現(xiàn)出脆性破壞的巖體在高圍壓下呈剪塑性變形。 ( 3)地應(yīng)力影響巖體中應(yīng)力的傳播法則。地應(yīng)力可以使不連續(xù)變形的巖體轉(zhuǎn)化為連續(xù)變形的巖體。 分的主要依據(jù)是什么? 答:巖體結(jié)構(gòu)劃分的第一依據(jù)是巖體結(jié)構(gòu)面類型,分軟弱結(jié)構(gòu)面和堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面;巖體結(jié)構(gòu)劃分的第二依據(jù)是結(jié)構(gòu)面切割程度或結(jié)構(gòu)體類型,結(jié)構(gòu)體類型有塊狀結(jié)構(gòu)和板狀結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)面切割程度有塊裂、板裂、碎裂、續(xù)斷和完整。 。 答:( 1)完整結(jié)構(gòu)巖體:多為碎裂結(jié)構(gòu)在后生愈合作用下形成,后生愈合包括壓力愈合和膠結(jié)愈合。壓力愈合指具有粘性成分的物質(zhì)的碎裂巖體經(jīng)高圍壓作用下,其結(jié)構(gòu)面重新粘結(jié)在一起,形成完整結(jié)構(gòu);膠結(jié)愈合指碎裂巖體經(jīng)膠結(jié)物粘結(jié)在一起,形成完整結(jié)構(gòu),但后期愈合面 強(qiáng)度低于原巖強(qiáng)度。 ( 2)塊裂結(jié)構(gòu)巖體:多組或至少有一組軟弱結(jié)構(gòu)面切割及堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面參與切割成塊狀結(jié)構(gòu)體的高級(jí)序巖體結(jié)構(gòu),有的是塊狀原生結(jié)構(gòu)巖體構(gòu)成,有的是層狀原生結(jié)構(gòu)巖體構(gòu)成,其軟弱結(jié)構(gòu)主要是斷層,堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面一般延伸較長且多為錯(cuò)動(dòng)過的堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面。 ( 3)板裂結(jié)構(gòu)巖體:主要發(fā)育于經(jīng)過皺褶作用的層狀巖體內(nèi),受一組軟弱結(jié)構(gòu)面切割,結(jié)構(gòu)體呈板狀,軟弱結(jié)構(gòu)面組要為層間錯(cuò)動(dòng)面或塊狀原生結(jié)構(gòu)巖體內(nèi)的似層間錯(cuò)動(dòng),結(jié)構(gòu)體多為組合板塊結(jié)構(gòu),有的亦為完整板塊狀結(jié)構(gòu)。 ( 4)碎裂結(jié)構(gòu)巖體:切割巖體的結(jié)構(gòu)面主要是原生結(jié)構(gòu)面及構(gòu) 造結(jié)構(gòu)面,分塊狀碎裂結(jié)構(gòu)及層狀碎裂結(jié)構(gòu)兩種,前者結(jié)構(gòu)體塊度大,厚度均勻,后者塊度小。 ( 5)續(xù)斷結(jié)構(gòu)巖體:結(jié)構(gòu)面不連續(xù),對(duì)巖體切而不斷。 ( 6)散體結(jié)構(gòu):分碎屑狀散體和糜棱狀散體結(jié)構(gòu)巖體 。 答:巖體結(jié)構(gòu)的分類對(duì)特定的工程條件有唯一性,對(duì)于確定的地質(zhì)條件只有在確定的工程尺寸條件下,工程巖體結(jié)構(gòu)才是唯一的。比如,對(duì)于小斷面的硐室,其涉及的巖體分類可能是完整結(jié)構(gòu),但對(duì)于同樣位置大斷面的硐室結(jié)構(gòu)而言,巖體分類可能是板裂、塊裂、續(xù)斷、碎裂結(jié)構(gòu)等,這與硐室斷面在巖體空間的跨度有關(guān)。 ,結(jié)構(gòu)面分為幾種類型? 答:按照結(jié)構(gòu)面成因,巖體結(jié)構(gòu)面分為原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面及次生結(jié)構(gòu)面。 。 答:巖體結(jié)構(gòu)面分為五級(jí),見下表: 巖石力學(xué)與工程 【科學(xué)出版社 蔡美峰主編】習(xí)題與思考題及解答 。 答:( 1)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀: ( 2)結(jié)構(gòu)面形態(tài): ( 2)結(jié)構(gòu)面延展尺度: ( 3)結(jié)構(gòu)面密集程度: 、法向變形與結(jié)構(gòu)面的哪些因素有關(guān)? 答:結(jié)構(gòu)面剪切變形與巖石強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)面粗糙度和法向力有關(guān);結(jié)構(gòu)面法向變形 與巖石本身的力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)面粗糙度、結(jié)構(gòu)面受載歷史等因素有關(guān)。 10.結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)的尺寸效應(yīng)體現(xiàn)在哪幾個(gè)方面? 答: (1)隨著試塊面積增加,巖石平均峰值摩擦角和平均峰值剪切應(yīng)力呈減少趨勢; ( 2)隨著結(jié)構(gòu)面尺寸的增大。達(dá)到峰值強(qiáng)度時(shí)的位移量增大; ( 3)由于尺寸的增加,剪切破壞由脆性破壞向延性破壞轉(zhuǎn)化; ( 4)尺寸加大,峰值剪脹角減??;( 5)隨著結(jié)構(gòu)面粗糙度減小,詞寸效應(yīng)減小。 下巖體變形有什么特點(diǎn)? 答:( 1)加、卸在過程相應(yīng)的應(yīng)力 應(yīng)變曲線出現(xiàn)閉環(huán)形式,出現(xiàn)卸載回彈變形的滯 后現(xiàn)象,產(chǎn)生殘余變形 。 (2)隨外荷載加大和循環(huán)次數(shù)增多,閉環(huán)曲線逐漸后移,其原因是巖體裂隙與結(jié)構(gòu)面被嚴(yán)密與嚙合所致; 巖石力學(xué)與工程 【科學(xué)出版社 蔡美峰主編】習(xí)題與思考題及解答 ( 3)重復(fù)循環(huán)加、卸載次數(shù)越多,結(jié)構(gòu)體與結(jié)構(gòu)面被壓密程度越高,閉環(huán)曲線上的滯后變形量越小,甚至把閉環(huán)曲線演變成一條直線; ( 4)隨著荷載和循環(huán)次數(shù)的增加,一定程度后,巖體變形由結(jié)構(gòu)控制轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)效應(yīng)的消失; ( 5)當(dāng)外載荷降至零,并持續(xù)一段時(shí)間后,巖體產(chǎn)生較大的回彈變形,及巖體彈性變形能的釋放 ; ,其強(qiáng)度如何確定? 答:如下圖示: 若結(jié)構(gòu)面受力狀態(tài)其莫爾應(yīng)力圓與巖石強(qiáng)度包絡(luò)線相切,巖石沿某截面發(fā)生剪切破壞;當(dāng)結(jié)構(gòu)面受力狀態(tài)處于其莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線之上或以上,則巖體沿該結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞,若結(jié)構(gòu)面受力狀態(tài)落在其莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線之下,則巖體不沿該結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞。 ? 答:當(dāng)結(jié)構(gòu)面受力狀態(tài)處于其莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線之上或以上,則巖體沿該結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞,若結(jié)構(gòu)面受力狀態(tài)落在其莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線之下,則巖體不沿該結(jié) 構(gòu)面發(fā)生破壞。 考慮結(jié)構(gòu)面與第一主應(yīng)力 σ1的夾角 β,分析結(jié)構(gòu)面應(yīng)力狀態(tài),分步應(yīng)用單結(jié)構(gòu)面理論,見下圖示: 圖示兩組結(jié)構(gòu)面莫爾包絡(luò)線。 ( 1)當(dāng)?shù)谝唤M結(jié)構(gòu)面與第一主應(yīng)力夾角 2β< 2β1或 2β> 2β1’ 時(shí),巖體不發(fā)生破壞; ( 2)當(dāng)?shù)谝唤M結(jié)構(gòu)面與第一主應(yīng)力夾角 2β1< 2β< 2β2或 2β1’ > 2β> β2’ 時(shí),巖體沿第一組結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞; 巖石力學(xué)與工程 【科學(xué)出版社 蔡美峰主編】習(xí)題與思考題及解答 (3) 當(dāng)?shù)诙M結(jié)構(gòu)面與第一主應(yīng)力夾角 2β1< 2β< 2β1’ ,且未達(dá)到巖石破壞極限,則巖體沿第二 組結(jié)構(gòu)面破壞; ( 4)上述條件不滿足,則巖體沿某一截面發(fā)生破壞。 HeokBrown巖體強(qiáng)度估算方法。 答: HeokBrown經(jīng)驗(yàn)方程表述如下: 式中 σ σ3分別為為破壞時(shí)巖體的最大主應(yīng)力何最小主應(yīng)力, σc為巖塊的單軸抗壓強(qiáng)度, m、 s為與巖性及結(jié)構(gòu)面有關(guān)的常數(shù),分別令 σ3=0和 σ1=0可得出巖體單軸抗壓和抗拉的破壞強(qiáng)度,分別表述為: σmc= σc和 σmc=2c(m- c(剪應(yīng)力表現(xiàn)為: τ=Aσc( σcT) B其中 A、 B為常數(shù),查表求得, T= 2(m- ) ? 答:土體滲流特點(diǎn):( 1)土體滲透性取決于巖性,土體顆粒越細(xì),滲透性越差( 2)土體可看成多孔連續(xù)介質(zhì)( 3)土體滲透性一般具有均質(zhì)(或非均質(zhì))各向同性(黃土為各向異性)特點(diǎn)( 4)土體滲流符合達(dá)西滲流定律。 巖體以裂隙滲流為主,其特點(diǎn):( 1)巖體滲透性取決大小取決于巖體中結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)及巖塊的巖性( 2)巖體滲流以裂隙導(dǎo)水、微裂隙和巖石空隙儲(chǔ)水為其特點(diǎn)( 3)巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)滲流具有定向性( 4)巖體一般看著非連續(xù)介質(zhì)( 5)巖體滲流具有高度的非均質(zhì)性和各向異性( 6)一般 巖體中滲流符合達(dá)西滲流定律( 7)巖體滲流受應(yīng)力場影響明顯( 8)復(fù)雜裂隙系統(tǒng)滲流,在裂隙交叉處具有 “偏流效應(yīng) ”。 、化學(xué)作用體現(xiàn)在哪幾個(gè)方面? 答:地下水對(duì)巖體的物理作用主要表現(xiàn)在潤滑作用、軟化和泥化作用和結(jié)合水的強(qiáng)化作用三個(gè)方面;地下水對(duì)巖體的化學(xué)作用主要體現(xiàn)在地下水與巖體之間的離子交換、溶解作用,水化作用,水解作用,溶蝕作用,氧化還原作用,沉淀作用以及超滲透作用等。 ? 答:主要通過空隙靜水壓力及空隙動(dòng)水壓力作用對(duì)巖土體的力學(xué)性質(zhì)施加影響。 前者減小巖土體的有效應(yīng)力而減低巖土體的強(qiáng)度,在裂隙巖體中的空隙靜水壓力可使裂隙產(chǎn)生擴(kuò)容變形;后者對(duì)巖土體產(chǎn)生切向的推力以降低巖土體的抗剪強(qiáng)度。 ? 答:作為選擇工程結(jié)構(gòu)參數(shù)、科學(xué)管理生產(chǎn)以及評(píng)價(jià)工程經(jīng)濟(jì)效益的依據(jù)之一。 ? 答:如表: 答: CISR 分類指標(biāo)值 RMR 由巖塊強(qiáng)度、 RQD 值、節(jié)理間距、節(jié)理?xiàng)l件及地下水 5個(gè)指標(biāo)組成; Q分類法考慮 RQD值、節(jié)理組數(shù)、節(jié)理粗糙系數(shù)、節(jié)理蝕變系數(shù)、節(jié)理水折減系數(shù)和應(yīng)力折減 系數(shù) 6個(gè)參數(shù),反映了巖體的完整性,結(jié)構(gòu)面的形態(tài)、充填物特征及次生變化程度和地下水與其它應(yīng)力存在對(duì)巖體質(zhì)量的影響。 11σ 巖石力學(xué)與工程 【科學(xué)出版社 蔡美峰主編】習(xí)題與思考題及解答 第三章地應(yīng)力及其測量 。 答:地應(yīng)力是引起地下或露天巖石開挖工程變形和破壞的根本作用力,是引起巖石開挖工程穩(wěn)定性因素中最更本最重要的因素之一,進(jìn)行地應(yīng)力測量是確定工程巖體屬性,進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性分析,實(shí)現(xiàn)巖石工程開挖設(shè)計(jì)和決策科學(xué)化的必要前提條件。 ?控制某一工程區(qū) 域地應(yīng)力狀態(tài)的主要因素是什么? 答:地應(yīng)力的形成主要與地球的各種運(yùn)動(dòng)過程有關(guān),其中包括:板塊邊界受壓、地幔熱對(duì)流、地球內(nèi)應(yīng)力、地心引力、地球旋轉(zhuǎn)、巖漿侵入和地殼非均勻擴(kuò)容等。其中,構(gòu)造應(yīng)力場和重力應(yīng)力場為現(xiàn)今地應(yīng)力場的主要組成部分??刂乒こ虆^(qū)域地應(yīng)狀態(tài)的主要因素是構(gòu)造應(yīng)力場和重力應(yīng)力場。 。 答: (1)三向不等壓,應(yīng)力分布是時(shí)間和空間的函數(shù); ( 2)實(shí)測垂直應(yīng)力基本等于上覆巖層重量 ( 3)淺層地殼中,實(shí)測水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力; ( 4)平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力 比值相當(dāng)分散,隨深度增加比值減小; ( 5)最大水平應(yīng)力與最小水平應(yīng)力比值隨深度增加呈線性增長; ( 6)最大水平應(yīng)力與最小水平應(yīng)力比值相差較大,顯示出很強(qiáng)的方向性; ( 7)地應(yīng)力分布規(guī)例受地形和斷層影響較大。 ?兩類的主要區(qū)別在哪里?每類包括哪些測量技術(shù)? 答:依據(jù)測量基本原理不同分為直接測量法和間接測量法。直接測量法是由儀器直接測量和記錄各種應(yīng)力量;間接測量法借助某些傳感元件或某些介質(zhì),測量和記錄巖體中某些與應(yīng)力有關(guān)的物理量的變化,以此通過有關(guān)
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