【正文】 電大巖土力學期末復習考試小抄 一、 填空 巖石力學是研究巖石在荷載作用下的應力、變形、破壞規(guī)律以及工程穩(wěn)定性等問題。 巖石的滲透性是指在水壓力的作用下，巖石的孔隙和裂隙透過水的能力。表示巖石滲透能力的物理指標是滲透系數(shù) K。 巖體結(jié)構(gòu)面按成因可分為原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面及次生結(jié)構(gòu)面三種。 巖石的破壞形式：脆性破壞、延性破壞、弱面剪切破壞。 巖石的抗剪強度是指巖石抵抗剪切破壞的能力，常用凝聚力 C 和內(nèi)摩擦角￠來表示。 根據(jù)滲透破壞的機理，土的滲透破壞的形式主要有流土、管涌、接觸流失和接觸沖刷。 二、 選擇題 巖石中細微裂隙的 發(fā)生和發(fā)展結(jié)果引起巖石的（ a） A脆性破壞 B 塑性破壞 C 弱面剪切破壞 在直剪試驗中，施加一垂直荷載之后，逐漸施加水平荷載，直至試件發(fā)生剪切破壞，試件的體積最終會（ C） A始終不變 B 減小 C 增大 對脆性材料，三軸壓縮試驗試件的破裂面與大主應力方向之間的夾角為（ A） A、 45— ￠ /2 B、 45+￠ /2 地下水位下降會引起（） A土中總應力減小 B土中總應力增加 C土中有效應力減小 D土中有效應力增加 土體具有壓縮性的主要原因是（ B） A主要是由土顆粒的壓縮引起的 B主要是由孔隙的減少引起的 C主要是因為水被壓縮引起的 三、 判斷題 土體剪切破壞面通常發(fā)生在大主應力面上。（錯 與巖石抗壓強度存在一定關系的主要物理指標有塊體密度、比重、孔隙率、吸水率，一般來說，塊體密度、比重越大，巖石抗壓強度越高，孔隙率或吸水率越大，巖石的抗壓強度越低。 (對 四、 簡答題 何為結(jié)構(gòu)面？結(jié)構(gòu)面按成因分為幾類？ 答案：結(jié)構(gòu)面是巖體中存在的具有一定方向、延展較大、厚度較小的地質(zhì)界面。包括物質(zhì)的分界面和不連續(xù)面。結(jié)構(gòu)面按其成因可分為原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面、次生結(jié)構(gòu)面。 何謂砂土液化？砂土液化的影響因素有哪些？ 答案：砂土或粉土在振動荷 載作用下，轉(zhuǎn)化為液體的行為或 過程。砂土液化的主要影響因素有土的性質(zhì)。 什么叫土的壓縮性？ 答案：土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的特性。 土壓力有哪幾種類型？其大小關系如何？影響壓力大小的因素有哪些？ 答案： 根據(jù)墻身位移的情況，作用在墻背上的土壓力可分為靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力。在相同條件下，被動土壓力 靜止土壓力 主動土壓力。土壓力的大小主要與擋土墻的位移、擋土墻的形狀、墻后填土的性質(zhì)以及填土的剛度等因素有關，但起決定因素的是墻的位移。 1 粒度成分：土中各個粒組的相對百分含量，通常用各粒組占 土?？傎|(zhì)量的百分數(shù)表示。 2 塑性指數(shù)：粘性土的液限和塑限之差，即土處在可塑狀態(tài)的含水率變化范圍。 3 巖體：在地質(zhì)歷史過程中形成的具有一定的巖石成分和一定結(jié)構(gòu)、并賦存于一定地應力狀態(tài)的地質(zhì)環(huán)境中的地質(zhì)體。 4 結(jié)構(gòu)面：發(fā)育于巖體中具有一定方向和延伸性、有一定厚度的各種地質(zhì)界面。 5 泥化夾層：含泥質(zhì)的原生軟弱夾層經(jīng)一系列地質(zhì)作用演化而成的，它多發(fā)生在上下相對堅硬而中間相對軟弱的剛?cè)嵯嚅g的巖層組合下。 6 軟弱結(jié)構(gòu)面：巖體中具有一定厚度的軟弱帶（層）與兩盤巖體相比具有高壓縮和低強度的特征，在產(chǎn)狀上多屬緩傾角結(jié)構(gòu)。 7 蠕變：巖石在大小和方向不變的條件下且應力保持不變時，應變隨時間的增長而增大。 8 飽水系數(shù)：巖石的吸水率與飽和吸水率之比。 9 軟化系數(shù)：巖石試件的飽和抗壓強度與干抗壓強度的比值。 10 風化系數(shù)：風化巖石的飽和單軸抗壓強度與新鮮巖石的單軸抗壓強度之比。 11 離子交換：黏粘表面擴散層中的離子與空隙溶液中的離子發(fā)生交換，被吸附的離子進入溶液而溶液中的離子進入擴散層。 12 凝聚作用：顆粒之間相互結(jié)合的作用。 13 分散作用：顆粒之間相互分離的作用。 14 觸變作用：當黏粒發(fā)生凝聚，如果受到震動、攪拌、超聲波、電流等外力作 用時，往往會產(chǎn)生液化或由凝聚狀態(tài)過渡到溶液或懸液狀態(tài)，當這些外力消失后又重新凝結(jié)。 15 陳化作用：有觸變性的土經(jīng)過一定時間后會消失原來的觸變性。 16 松弛：巖石外部條件不變的情況下，當應變保持恒定時，應力隨時間增長而逐漸減小。 17 自重應力：在修建建筑物以前，地基中由土體本身有效重量引起的應力。 18 附加應力：建筑的修建而在基礎底面處產(chǎn)生的增加的壓力。 19 土的抗剪強度：土受到外力作用以后，土粒間發(fā)生滑動，土抵抗剪切破壞的極限強度或土發(fā)生剪切破壞時，在剪切破壞面上的最大剪應力。 20 固結(jié)度：前期固結(jié)壓力 Pc 與目前途的自重應力 Po 之比。 21 剪脹作用：在法向應力較小的情況，在剪切作用下具有明顯的剪脹，即結(jié)構(gòu)面相對滑動時，由于結(jié)構(gòu)面上的突起體的影響，結(jié)構(gòu)面沿突起體斜面上開張開、發(fā)生膨脹的作用。 22 壓縮定律：在無側(cè)脹條件且壓力變化不大的條件下，空隙比的變化與壓力的變化成正比。 23 變形記憶：非彈性巖石每次卸載后再加載，在荷載超過上次循環(huán)的最大荷載后，形變曲線仍沿著單調(diào)加載曲線上升的現(xiàn)象。 24 無側(cè)限抗壓強度：指土在無側(cè)限條件下，抵抗軸向壓力的極限強度其值等于土破換時的垂直極限壓力。 25 有效應力：土體內(nèi)單位面積上 固體顆粒承受的平均發(fā)向力。 26 地應力：地殼在各種運動過程中和自重作用下，巖體在天然條件下產(chǎn)生的內(nèi)部應力。 27 疲勞破壞：如果反復加載的應力值超過某一數(shù)值時，巖體將在某此循環(huán)中破壞的現(xiàn)象。 一 有效應力法的原理及意義 1 原理 有效應力法是用剪切面上的有效應力來表達土的抗剪強度，即 τ = σ′ tgφ′ +C′ =(σ u)tgφ′ +C′ 其中?’ — 有效內(nèi)摩擦角； c’ — 有效粘聚力； ?— 剪切破壞面上的總正應力； u— 孔隙水壓力 (超靜 )，由正應力和剪應力所引起孔隙水壓力的增加值。這種方法需直接測得剪切面上的孔隙水壓力 u，總壓 力σ減去孔隙水壓力 u為有效壓力σ′。用有效壓力法求得的φ′、 C′分別稱有效內(nèi)摩擦角和有效內(nèi)聚力。 2意義 有效應力法求得的抗剪強度指標最科學、最準確的反映了土強度的實質(zhì)，因此可以為解決某些工程問題提供最有效，最可靠的數(shù)據(jù)。 二 土的壓縮過程及特點 1 定義 土在受到外力 (主要是壓力 )作用下發(fā)生變形，體積縮小的性質(zhì)稱為土的壓縮性 。 2壓縮過程 對于飽和土體，土是由固體顆粒和水組成的。土受到外力作用時，首先是由孔隙水承擔這種壓力，在受作用范圍內(nèi)的孔隙水壓力升高，與外圍孔隙水形成水頭壓力差，于是在水頭差的作用下， 水從孔隙中流出，孔隙水壓力減小，外力轉(zhuǎn)移到土粒上，粒間壓力逐漸增大，顆粒向孔隙內(nèi)移動，土體發(fā)生壓縮變形。非飽和土的壓縮過程較飽和土要復雜一些。受壓初期，壓力作用在土粒上，土體積壓縮，隨著土中孔隙體積的減少，土體逐漸達到飽和狀態(tài)，成為飽和土，以后的壓縮過程與飽和土相同。 3 特點 （ 1）土的壓縮主要是由于孔隙體積減小而引起的，而在工程上一般的壓力 (100~600 kPa)作用下，固體顆粒和水本身的體積壓縮量非常微小，可以忽略。（ 2）壓縮往往需要一定的時間。土體在壓力作用下，壓縮量隨時間增長的過程稱為土的固結(jié)。 固結(jié)時間的長短與土的透水性有關。砂土等粗顆粒的土，由于滲透性好，孔隙水容易排出，因此，固結(jié)時間短；粘性土的透水性差，土中水沿孔隙排出速度很慢，固結(jié)往往需要很長的時間。 三 影響土的抗剪強度的因素 1 土的礦物成分、顆粒形狀和級配的影響 對于粘性土，主要是礦物成分的影響。粘性土的抗剪強度隨著粘粒和粘土礦物含量的增加而增大，或者說隨著膠體活動性的增強而增大。 對于砂性土，主要是顆粒的形狀、大小及級配的影響。在土的顆粒級配中，粗顆粒越多、形狀越不規(guī)則、表面越粗糙，則內(nèi)摩擦角越大，因而抗剪強度越高。 2 含水量的影 響 含水量的增高一般會使土的抗剪強度降低。這種影響主要表現(xiàn)在兩方面，一是水分在較粗顆粒之間起著潤滑作用，使摩擦阻力降低；一是粘土顆粒表面結(jié)合水膜的增厚使粘聚力（水膠連接力）減小。 3 天然密實度的影響 一般地，土的天然密實度越大，抗剪強度就越高。對于粗顆粒土如砂土，密實度越大，顆粒之間的咬合作用越強，因而摩擦阻力越大；對于細顆粒土如粘性土，密實度大則意味著顆粒之間的距離越近，水膜越薄，粘聚力就越大。 4 粘性土觸變性的影響 粘性土的強度會因受到擾動而削弱，但經(jīng)過靜置又可得到一定程度的恢復，對于粘性土的這一特 性稱為觸變性。當粘性土受擾動后，一般強度會降低，精置一段時間，強度會逐漸恢復 5 土的應力歷史 土的受壓過程所造成的受力歷史狀態(tài)，對土的強度的試驗結(jié)果也有影響。 6 孔隙水壓力 孔隙水壓力不會產(chǎn)生土顆粒之間的摩擦力，只有作用在顆粒之間的有效應力才能產(chǎn)生內(nèi)摩擦強度。根據(jù)有效應力原理，孔隙水壓力升高，有效應力下降，抗剪強度也下降。 四 風化作用對巖石物理性質(zhì)的影響 1 產(chǎn)生新的裂隙 巖石風化過程可產(chǎn)生新的裂隙或使原有細微裂隙張開、延伸，使巖石分裂成更小的碎塊，進一步破壞巖石的完整性，隨著原有結(jié)構(gòu)連接的 削弱，巖石 強度降低，甚至變?yōu)樗绍浲痢? 2 形成新的礦物：巖石在風化過程中，由于水解、水化、氧化作用等使原生礦物發(fā)生變化，形成新的礦物，特別是黏土礦物，從而改變了巖石的力學性質(zhì)。 3 改變巖石的物理力學性質(zhì)：巖石成分和結(jié)構(gòu)的改變，使其物理力學性質(zhì)發(fā)生改變。一般表現(xiàn)為：抗水性降低，親水性增強；力學性質(zhì)降低，壓縮性提高；滲透性增強。 五 壓縮條件下圍壓對巖石變形破壞的影響 1 巖石破壞前應變隨 ?3增大而增大 2 巖石的峰值強度隨 ?3增大而增大 3 隨 ?3增大巖石變形模量增大，軟巖增大明顯，致密的硬巖增大不明顯 4 隨 ?3增大，巖石的塑性不斷增大，隨 ?3增大到一定值時，巖石由彈脆性轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄?。這時， ?3的大小稱為 “ 轉(zhuǎn)化壓力 ” 。 5 隨 ?3的增大，巖塊從脆性劈裂破壞逐漸向塑性剪切及塑性流動破壞方式過渡。 六 分層總和法計算地基沉降量的原理、方法、步驟及優(yōu)缺點 1原理 將地基土分為若干個水平土層，分別計算每個土層的壓縮量，然后累計起來，即為地基的最終沉降量。 2 計算方法與步驟 a繪制地基土層分布和基礎結(jié)構(gòu)剖面圖 b計算地基土中自重應力，土層變化點、地下水位面為計算點 。計算結(jié)果按一定的比例繪制自重應力隨深度變化曲線于剖面圖的一側(cè) c計算基礎底面接觸壓力 d計算基礎底面附加壓力 e計算地基圖中的附加應力 f確定受壓層的深度 zn。一般土： zn取附加應力為自重應力的 20%的深度；軟土： zn取附加應力為自重應力的 10%的深度 g計算受壓層范圍內(nèi)各分層的壓縮量 h計算地基最終沉降量 3 優(yōu)缺點 a 具有物理概念明確、計算方法簡便的優(yōu)點 b但計算結(jié)果與實際觀測結(jié)果存在于 大的誤差，主要表現(xiàn)在：中等地基，兩者結(jié)果接近；軟弱地基，計算結(jié)果偏小 (小于實測結(jié)果 )；堅實地基，計算結(jié)果偏大 (有時遠大于實測結(jié)果 )c原因在于：采用的假設與實際不符；計算所用的指標的代表性、取樣與試 驗條件存在問題；計算中沒有考慮地基、基礎、上部結(jié)構(gòu)三者之間的作用關系。 七 結(jié)構(gòu)面的分級、各級結(jié)構(gòu)面的特征及對巖體特征的影響 按結(jié)構(gòu)面延伸長度、切割深度、破碎帶寬度及其力學效應，可將結(jié)構(gòu)面劃分為五級： Ⅰ級：包括大小構(gòu)造單元接壤的深大斷裂帶。影響到區(qū)域穩(wěn)定性，并影響山體穩(wěn)定性和巖體穩(wěn)定性。 Ⅱ級：如較大的斷層、層間錯動、接觸破碎帶、不整合面、原生軟弱夾層、風化夾層等。 影響 ?？刂乒こ虆^(qū)的山體穩(wěn)定性或巖體穩(wěn)定性。 Ⅲ級：主要為小斷層，延伸長度一般數(shù)十米 ~數(shù)百米，破碎帶寬度小于 1m。影響或控制工程巖體，如地下洞室 圍巖及邊坡巖體的穩(wěn)定性。 Ⅳ級：延伸性較差的節(jié)理、層面、次生裂隙、小斷層及較發(fā)育的片理、劈理等。主要控制著巖體的結(jié)構(gòu)、完整性和物理力學性質(zhì)。 Ⅴ級 ：包括隱節(jié)理、微層面、微裂隙及不發(fā)育的片理、劈理等。主要影響巖塊的物理力學性質(zhì)。 八 泥化夾層的成因、特征及工程性質(zhì)的特點 1定義 泥化夾層是含泥質(zhì)的軟弱夾層經(jīng)一系列的地質(zhì)演化作用形成的 (往往與水有關 )，是含水量較大，處于塑性狀態(tài)的含泥質(zhì)的軟弱夾層。多分布于上下相對堅硬而中間相對軟弱、剛?cè)嵯嚅g的巖層組合條件下。 2形成 由于構(gòu)造等原因，使原巖破碎，巖石顆粒分散， 含水量增加，巖石處于塑性狀態(tài)；水溶解巖石中可溶鹽類，引起離子交換，改變了巖石的物理力學性質(zhì)。 3特性 a由原巖的超固結(jié)膠結(jié)式結(jié)構(gòu)變成了 ，泥質(zhì)散狀結(jié)構(gòu)或泥質(zhì)定向結(jié)構(gòu) b粘粒含量很高 c含水量接近或超過塑限 d密度比原巖小 e常具有一定的脹縮性 f力學性質(zhì)比原巖差 g強度低 h壓縮性高 i易產(chǎn)生滲透變形 九 繪制連續(xù)加載條件巖石變形典型曲線、分析巖石的變性特征 1空隙壓密階段 (OA) 荷載作用初期，巖石中的裂隙及孔隙被逐漸壓密，形成早期非線性變形，曲線呈上凹形，斜率隨應力增大而增大，裂隙、孔隙壓密開始較快，隨后減慢，本階段變 形對裂隙化巖石比較明顯