【正文】 下巖體變形有什么特點？ 答：（ 1）加、卸在過程相應的應力 應變曲線出現(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 。 答：巖體結構面分為五級，見下表： 巖石力學與工程 【科學出版社 蔡美峰主編】習題與思考題及解答 。 答：巖體結構的分類對特定的工程條件有唯一性，對于確定的地質(zhì)條件只有在確定的工程尺寸條件下，工程巖體結構才是唯一的。 （ 3）板裂結構巖體：主要發(fā)育于經(jīng)過皺褶作用的層狀巖體內(nèi)，受一組軟弱結構面切割，結構體呈板狀，軟弱結構面組要為層間錯動面或塊狀原生結構巖體內(nèi)的似層間錯動，結構體多為組合板塊結構，有的亦為完整板塊狀結構。 。試驗表明低圍壓下表現(xiàn)出脆性破壞的巖體在高圍壓下呈剪塑性變形。 巖石力學與工程 【 科學出版社 蔡美峰主編】習題與思考題及解答 第二章巖體力學性質(zhì) ？ 答：包括地應力、地下水和地溫三部分。巖石受壓過程中，試件任意微小單元 X、 Y、 Z 方向發(fā)生形變， ε ε ε3分別對應最大、中間、最小主應變，彈性模量和泊松比為常數(shù)的巖石受壓體積變化經(jīng)歷三個階段：（ 1）體積變形階段：體積應變在彈性范圍內(nèi)，隨應力增加而呈線性變化，此階段 ε1＞ |ε2+ε3|體積減小；（ 2）體積不變階段：體積發(fā)生形變，但體積應變增量近似為零， ε1＝ |ε2+ε3|體積不變；（ 3）擴容階段：兩側向變形之和超過最大主應力壓縮變形， ε1＜ |ε2+ε3|，體積增大。 完全彈性體：應力 應變曲線為曲線，加載卸載曲線重合，滿足關系式 σ=f(ε)。 答：（ 1）線彈性或完全彈性巖石：在反復加載和卸載條件下，因其應力 應變曲線路徑重合或形成閉合回路，多次循環(huán)加 卸載，其應力 應變圖形不變，因為變形在彈性范圍內(nèi)。 （ 2）彈性變形至微彈性裂隙穩(wěn)定發(fā)展階段（ AC 段）：巖石發(fā)生彈性形變，隨著載荷加大巖石發(fā)生軸向壓縮，橫向膨脹，總體積縮小。從工程應用的角度來看，可以在單向拉伸與壓縮兩種應力狀態(tài)下，以通過試驗結果得到的兩個極限應力圓為依據(jù)，以這兩個圓的公切線作為近似而取直線的公共包絡線。 （ 3）全應力 應變曲線預測循環(huán)加載下巖石的破壞： 巖石力學與工程 【科學出版社 蔡美峰主編】習題與思考題及解答 由于巖石的非完全彈性（或非線彈性），在循環(huán)荷載作用下，在應力應變圖中表現(xiàn)出若干的滯回環(huán)，并不斷向破壞段應力 應變曲線靠近，在循環(huán)荷載加載到一定程度，巖石將發(fā)生疲勞破壞，通過全應力 應變圖可看出，高應力狀態(tài)下加載循環(huán)荷載，巖石在較短時間 內(nèi)發(fā)生破壞，在低應力狀態(tài)下加載循環(huán)荷載則需要較長時間才發(fā)生破壞。普通試驗機只能得出半程應力 應變曲線不能得出全應力 應變曲線的原因是由于試驗機的剛性不足，在巖石壓縮過程中，試件受壓，試驗機框架受拉，隨著巖樣不斷被壓縮，試驗機發(fā)生的彈性變形以應變能形式存于機器中，當施加壓力超過巖石抗壓強度，試件破壞，此時，試驗機迅速回彈，被存于試驗機中 的應變能瞬間釋放到巖石試件中，引起巖石的激烈破壞和崩解，因而造成無法獲得巖石在超過峰值破壞強度后受壓的應力應變曲線。前兩類破壞形式主要是因為軸向主應力因起破壞面的剪應力超過巖石最大剪應力而導致的破壞；后一類破 壞主要是因為軸向主應力引起破壞面橫向拉應力超過巖石最大拉應力而導致的破壞。 變質(zhì)巖是在已有巖石 的基礎上，經(jīng)過變質(zhì)混合作用形成的。 巖漿巖按照巖漿冷凝成巖的地質(zhì)環(huán)境不同又可分為深成巖、淺成巖和噴出巖。 微裂隙：指發(fā)育于礦物顆粒內(nèi)部及顆粒之間的多呈閉合狀態(tài)的破裂痕跡線。 ，主要指哪些，各有什么特點？ 答：巖石中的微結構面（或稱缺陷）是指存在于礦物顆粒內(nèi)部或礦物顆粒及礦物集合之間微小的若面及空隙。 ？ 答：基性和超基性巖石主要是由易風化的橄欖石、輝石及斜長石組成，所以非常容易風化。 ？各有什么特點？ 答：巖石中結構連接的類型主要 有兩種，分別是結晶連接和膠結連接。包括礦物的解理、晶格缺陷、晶粒邊界、粒間空隙、微裂隙等。具有方向性。其中深成巖常形成巨大的侵入體，有巨型巖體，大的如巖盤、巖基，其形成環(huán)境都處在高溫高壓之下，形成過程中由于巖漿有充分的分異作用，常常形成基性巖、超基性巖、中性巖及酸性、堿性巖等，其巖性較均一，變化較小，巖體結構呈典型的塊狀結構，結構多為六面體和八面體，巖體顆粒均勻，多為粗 中粒結構，致密堅硬，空隙少，力學強度高，透水性弱，抗水性強；淺成巖成分與相應的深成巖相似，其產(chǎn)狀多為巖床、巖墻、巖脈等小侵入體，巖體均一性差，巖體結構常呈鑲嵌式結構，巖石 常呈斑狀結構和均粒 中細粒結構，細粒巖石強度比深成巖高，抗風化能力強，斑狀結構則差一些；噴出巖有噴發(fā)及溢流之別，其結構比較復雜，巖性不一，各向異性顯著，巖體連續(xù)性差，透水性強，軟弱結構面發(fā)育。因其形成的溫度、壓強等變質(zhì)因素復雜，其力學性質(zhì)差別很大，不能一概而論。 ，巖石承受對稱壓縮，為什么在破壞面上出現(xiàn)拉應力？繪制試件受力圖說明實驗的基本原理。 應變曲線預測巖石的巖爆、流變和反復加、卸載作用下的破壞？ 答：（ 1）如下圖示全應力應變曲線： 左半部 A的面積代表，達到峰值強度時，積累在試件內(nèi)部的應變能，右半部 B代表試件從破裂到破壞所消耗的能量。 ，巖石的力學性質(zhì)會發(fā)生哪些變化？ 答：三軸壓縮試驗條件下，巖石的抗壓強度顯著增大；巖石的變形顯著增大；巖石的彈性極限顯著增大；巖石的應力 應變曲線形態(tài)發(fā)生明顯變化，表明巖石由彈性向彈塑性變化。 ？試繪圖加以說明？ 答：如圖角模壓剪試驗受力示意圖： 上圖說明，剪切面上可分解為沿剪切面的剪應力 T=Psina/A和垂直于剪切面的正應力 N=Pcosa/A，上圖示試驗表明，剪切面得正應力越大，試件被剪切破壞前的剪應力也越大，因為剪切破壞前一定要克服摩擦力 f和剪切面得粘結力（內(nèi)聚力） c，又 f=μN，故 T=μN+c，及正應力越大，摩擦力越大，巖石發(fā)生剪切破壞所需的剪應力也越大，說明抗剪強度越強。 （ 3）非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段（ CD 段）：微破裂發(fā)生質(zhì)的變化，破裂不斷發(fā)展直至試件完全破壞，體積由壓縮轉(zhuǎn)為擴容，軸向應變和體積應變速率迅速增大。 （ 2）彈塑性巖石等荷循環(huán)加、卸載荷：如果卸載點未超過屈服點，其受力處于彈性狀態(tài)與 （ 1）同論；若卸載點超過屈服點，在加載過程中發(fā)生塑性形變，每次加、卸載都形成滯回環(huán)，這些滯回環(huán)隨著加、卸次數(shù)增加而愈來愈窄，并且彼此越來越近，巖石愈來愈接近彈性變 形，一直到某次變形沒有塑性變形為止，當循環(huán)應力峰值小于臨界應力 σ1時，循環(huán)次數(shù)及時很多也不會導致試件破壞，而超臨界應力巖 σ1石將在某次循環(huán)中發(fā)生破壞。 彈性體：加、卸載應力 應變曲線形成閉合的滯回環(huán)，卸載曲線與加載曲線不重合，此類材料稱為彈性體材料； 彈塑性體 ：加、卸載應力 應變曲線不重合，且不形成閉合的滯回環(huán)，此類材料稱彈塑性材料，如上圖示，其中 OM段位可恢復的彈性形變， MN 段稱不可恢復的塑性形變。 ？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力 應變關系式。 ？ 答：（ 1）地應力影響巖體的承載能力。 （ 3）地應力影響巖體中應力的傳播法則。 答：（ 1）完整結構巖體：多為碎裂結構在后生愈合作用下形成，后生愈合包括壓力愈合和膠結愈合。 （ 4）碎裂結構巖體：切割巖體的結構面主要是原生結構面及構 造結構面，分塊狀碎裂結構及層狀碎裂結構兩種，前者結構體塊度大，厚度均勻，后者塊度小。比如，對于小斷面的硐室，其涉及的巖體分類可能是完整結構，但對于同樣位置大斷面的硐室結構而言，巖體分類可能是板裂、塊裂、續(xù)斷、碎裂結構等，這與硐室斷面在巖體空間的跨度有關。 答：（ 1）結構面產(chǎn)狀： （ 2）結構面形態(tài)： （ 2）結構面延展尺度： （ 3）結構面密集程度： 、法向變形與結構面的哪些因素有關？ 答：結構面剪切變形與巖石強度、結構面粗糙度和法向力有關；結構面法向變形 與巖石本身的力學性質(zhì)、結構面粗糙度、結構面受載歷史等因素有關。 (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構面被嚴密與嚙合所致； 巖石力學與工程 【科學出版社 蔡美峰主編】習題與思考題及解答 （ 3）重復循環(huán)加、卸載次數(shù)越多，結構體與結構面被壓密程度越高，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，巖體變形由結構控制轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y構效應的消失； （ 5）當外載荷降至零，并持續(xù)一段時間后，巖體產(chǎn)生較大的回彈變形，及巖體彈性變形能的釋放 ； ，其強度如何確定？ 答：如下圖示： 若結構面受力狀態(tài)其莫爾應力圓與巖石強度包絡線相切，巖石沿某截面發(fā)生剪切破壞；當結構面受力狀態(tài)處于其莫爾強度包絡線之上或以上，則巖體沿該結構面發(fā)生破壞，若結構面受力狀態(tài)落在其莫爾強度包絡線之下，則巖體不沿該結構面發(fā)生破壞。 HeokBrown巖體強度估算方法。 ？ 答：主要通過空隙靜水壓力及空隙動水壓力作用對巖土體的力學性質(zhì)施加影響。 11σ 巖石力學與工程 【科學出版社 蔡美峰主編】習題與思考題及解答 第三章地應力及其測量 。控制工程區(qū)域地應狀態(tài)的主要因素是構造應力場和重力應力場。直接測量法是由儀器直接測量和記錄各種應力量；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力有關的物理量的變化，以此通過有關公式計算巖體中的應力值。采用水壓致裂裝置將鉆孔中某段隔離起來，并向隔離段注射高壓水，當水壓超過 3σ2－ σ1和巖石的抗拉強度 T之后，巖石在 θ=0處發(fā)生開裂，開裂時水壓為 Pi=3σ2－ σ1+T，繼續(xù)增加水壓至裂隙深度達 3倍鉆孔直徑，保持壓力穩(wěn)定，測得此穩(wěn)定壓力 Ps=σ2，利用上述公式，在測算出巖石抗拉強度 T后，就能計算出原巖應力 σ1和 σ2。 。 。 主要測量步驟有：（ 1）從巖開挖體表面（巷道、隧道、硐室及其它開挖體等）向巖體內(nèi)部打大孔。 （ 4）用打大孔的薄壁鉆頭繼續(xù)延伸大孔，使小孔周圍巖芯實心應力解除，并通過測量裝置記錄小孔變形情況； （ 5）取出巖芯測量巖芯的 E， μ等物理力學參數(shù)，撤出實驗裝置，根據(jù)理論公式計算原巖應力值。 USBM 孔徑變形計測量一點的三維地應力狀態(tài)？請列出完整的計算過程。該法缺點是：孔底應力狀態(tài)和周圍原巖應力狀態(tài)關系復雜，影響孔底應變計測量的精度和實際中的運用，同時需 要打三個互不平行的鉆孔測量；其優(yōu)點是：不需要很長的套孔巖芯，因而有可能在破碎巖石條件下使用。 答：以無限體中的鉆孔受到遠處無窮遠的三維應 力場（ σx、 σy、 σz、 τxy、 τyz、τzx）作用，形成孔邊圍巖應力分布（ σr、 σθ、 σz’ 、 τrθ、 τθz、 τrz），二者有一一對應關系，孔壁應變計采用 3 組 12 只電阻應變片組成的應變花，每組應變花中各應變片間隔 45176。）嵌埋三組應變花，每組應變花由 3支（或 4支）應變片組成，測試過程中，使用專門工具將應變計推入安裝小孔，用力推動應變計，可以間斷其固定銷，使應變計柱塞