【正文】 下巖體變形有什么特點(diǎn)？ 答：（ 1）加、卸在過(guò)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 。 答：巖體結(jié)構(gòu)面分為五級(jí)，見(jiàn)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：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。 （ 3）板裂結(jié)構(gòu)巖體：主要發(fā)育于經(jīng)過(guò)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)。 。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。 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。巖石受壓過(guò)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(duì)應(yīng)最大、中間、最小主應(yīng)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(gè)階段：（ 1）體積變形階段：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??；（ 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(guò)最大主應(yīng)力壓縮變形， ε1＜ |ε2+ε3|，體積增大。 完全彈性體：應(yīng)力 應(yīng)變曲線為曲線，加載卸載曲線重合，滿足關(guān)系式 σ=f(ε)。 答：（ 1）線彈性或完全彈性巖石：在反復(fù)加載和卸載條件下，因其應(yīng)力 應(yīng)變曲線路徑重合或形成閉合回路，多次循環(huán)加 卸載，其應(yīng)力 應(yīng)變圖形不變，因?yàn)樽冃卧趶椥苑秶鷥?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(yīng)用的角度來(lái)看，可以在單向拉伸與壓縮兩種應(yīng)力狀態(tài)下，以通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果得到的兩個(gè)極限應(yīng)力圓為依據(jù)，以這兩個(gè)圓的公切線作為近似而取直線的公共包絡(luò)線。 （ 3）全應(yīng)力 應(yīng)變曲線預(yù)測(cè)循環(huán)加載下巖石的破壞： 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 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(yīng)力應(yīng)變圖中表現(xiàn)出若干的滯回環(huán)，并不斷向破壞段應(yīng)力 應(yīng)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(guò)全應(yīng)力 應(yīng)變圖可看出，高應(yīng)力狀態(tài)下加載循環(huán)荷載，巖石在較短時(shí)間 內(nèi)發(fā)生破壞，在低應(yīng)力狀態(tài)下加載循環(huán)荷載則需要較長(zhǎng)時(shí)間才發(fā)生破壞。普通試驗(yàn)機(jī)只能得出半程應(yīng)力 應(yīng)變曲線不能得出全應(yīng)力 應(yīng)變曲線的原因是由于試驗(yàn)機(jī)的剛性不足，在巖石壓縮過(guò)程中，試件受壓，試驗(yàn)機(jī)框架受拉，隨著巖樣不斷被壓縮，試驗(yàn)機(jī)發(fā)生的彈性變形以應(yīng)變能形式存于機(jī)器中，當(dāng)施加壓力超過(guò)巖石抗壓強(qiáng)度，試件破壞，此時(shí)，試驗(yàn)機(jī)迅速回彈，被存于試驗(yàn)機(jī)中 的應(yīng)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(wú)法獲得巖石在超過(guò)峰值破壞強(qiáng)度后受壓的應(yīng)力應(yīng)變曲線。前兩類破壞形式主要是因?yàn)檩S向主應(yīng)力因起破壞面的剪應(yīng)力超過(guò)巖石最大剪應(yīng)力而導(dǎo)致的破壞；后一類破 壞主要是因?yàn)檩S向主應(yīng)力引起破壞面橫向拉應(yīng)力超過(guò)巖石最大拉應(yīng)力而導(dǎo)致的破壞。 變質(zhì)巖是在已有巖石 的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)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(diǎn)？ 答：巖石中的微結(jié)構(gòu)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(fēng)化的橄欖石、輝石及斜長(zhǎng)石組成，所以非常容易風(fēng)化。 ？各有什么特點(diǎn)？ 答：巖石中結(jié)構(gòu)連接的類型主要 有兩種，分別是結(jié)晶連接和膠結(jié)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(guò)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(jié)構(gòu)呈典型的塊狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)多為六面體和八面體，巖體顆粒均勻，多為粗 中粒結(jié)構(gòu)，致密堅(jiān)硬，空隙少，力學(xué)強(qiáng)度高，透水性弱，抗水性強(qiáng)；淺成巖成分與相應(yīng)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(jié)構(gòu)常呈鑲嵌式結(jié)構(gòu)，巖石 常呈斑狀結(jié)構(gòu)和均粒 中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，細(xì)粒巖石強(qiáng)度比深成巖高，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，斑狀結(jié)構(gòu)則差一些；噴出巖有噴發(fā)及溢流之別，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，巖性不一，各向異性顯著，巖體連續(xù)性差，透水性強(qiáng)，軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育。因其形成的溫度、壓強(qiáng)等變質(zhì)因素復(fù)雜，其力學(xué)性質(zhì)差別很大，不能一概而論。 ，巖石承受對(duì)稱壓縮，為什么在破壞面上出現(xiàn)拉應(yīng)力？繪制試件受力圖說(shuō)明實(shí)驗(yàn)的基本原理。 應(yīng)變曲線預(yù)測(cè)巖石的巖爆、流變和反復(fù)加、卸載作用下的破壞？ 答：（ 1）如下圖示全應(yīng)力應(yīng)變曲線： 左半部 A的面積代表，達(dá)到峰值強(qiáng)度時(shí)，積累在試件內(nèi)部的應(yīng)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(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生哪些變化？ 答：三軸壓縮試驗(yàn)條件下，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，表明巖石由彈性向彈塑性變化。 ？試?yán)L圖加以說(shuō)明？ 答：如圖角模壓剪試驗(yàn)受力示意圖： 上圖說(shuō)明，剪切面上可分解為沿剪切面的剪應(yīng)力 T=Psina/A和垂直于剪切面的正應(yīng)力 N=Pcosa/A，上圖示試驗(yàn)表明，剪切面得正應(yīng)力越大，試件被剪切破壞前的剪應(yīng)力也越大，因?yàn)榧羟衅茐那耙欢ㄒ朔Σ亮?f和剪切面得粘結(jié)力（內(nèi)聚力） c，又 f=μN(yùn)，故 T=μN(yùn)+c，及正應(yīng)力越大，摩擦力越大，巖石發(fā)生剪切破壞所需的剪應(yīng)力也越大，說(shuō)明抗剪強(qiáng)度越強(qiáng)。 （ 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(kuò)容，軸向應(yīng)變和體積應(yīng)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(diǎn)未超過(guò)屈服點(diǎn)，其受力處于彈性狀態(tài)與 （ 1）同論；若卸載點(diǎn)超過(guò)屈服點(diǎn)，在加載過(guò)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(lái)愈窄，并且彼此越來(lái)越近，巖石愈來(lái)愈接近彈性變 形，一直到某次變形沒(méi)有塑性變形為止，當(dāng)循環(huán)應(yīng)力峰值小于臨界應(yīng)力 σ1時(shí)，循環(huán)次數(shù)及時(shí)很多也不會(huì)導(dǎo)致試件破壞，而超臨界應(yīng)力巖 σ1石將在某次循環(huán)中發(fā)生破壞。 彈性體：加、卸載應(yīng)力 應(yīng)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(yīng)力 應(yīng)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(fù)的彈性形變， MN 段稱不可恢復(fù)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(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系式。 ？ 答：（ 1）地應(yīng)力影響巖體的承載能力。 （ 3）地應(yīng)力影響巖體中應(yīng)力的傳播法則。 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。 （ 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。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)。 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)。 (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。 HeokBrown巖體強(qiáng)度估算方法。 ？ 答：主要通過(guò)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。 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(cè)量 。控制工程區(qū)域地應(yīng)狀態(tài)的主要因素是構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和重力應(yīng)力場(chǎng)。直接測(cè)量法是由儀器直接測(cè)量和記錄各種應(yīng)力量；間接測(cè)量法借助某些傳感元件或某些介質(zhì)，測(cè)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(guò)有關(guān)公式計(jì)算巖體中的應(yīng)力值。采用水壓致裂裝置將鉆孔中某段隔離起來(lái)，并向隔離段注射高壓水，當(dāng)水壓超過(guò) 3σ2－ σ1和巖石的抗拉強(qiáng)度 T之后，巖石在 θ=0處發(fā)生開(kāi)裂，開(kāi)裂時(shí)水壓為 Pi=3σ2－ σ1+T，繼續(xù)增加水壓至裂隙深度達(dá) 3倍鉆孔直徑，保持壓力穩(wěn)定，測(cè)得此穩(wěn)定壓力 Ps=σ2，利用上述公式，在測(cè)算出巖石抗拉強(qiáng)度 T后，就能計(jì)算出原巖應(yīng)力 σ1和 σ2。 。 。 主要測(cè)量步驟有：（ 1）從巖開(kāi)挖體表面（巷道、隧道、硐室及其它開(kāi)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(shí)心應(yīng)力解除，并通過(guò)測(cè)量裝置記錄小孔變形情況； （ 5）取出巖芯測(cè)量巖芯的 E， μ等物理力學(xué)參數(shù)，撤出實(shí)驗(yàn)裝置，根據(jù)理論公式計(jì)算原巖應(yīng)力值。 USBM 孔徑變形計(jì)測(cè)量一點(diǎn)的三維地應(yīng)力狀態(tài)？請(qǐng)列出完整的計(jì)算過(guò)程。該法缺點(diǎn)是：孔底應(yīng)力狀態(tài)和周圍原巖應(yīng)力狀態(tài)關(guān)系復(fù)雜，影響孔底應(yīng)變計(jì)測(cè)量的精度和實(shí)際中的運(yùn)用，同時(shí)需 要打三個(gè)互不平行的鉆孔測(cè)量；其優(yōu)點(diǎn)是：不需要很長(zhǎng)的套孔巖芯，因而有可能在破碎巖石條件下使用。 答：以無(wú)限體中的鉆孔受到遠(yuǎn)處無(wú)窮遠(yuǎn)的三維應(yīng) 力場(chǎng)（ σx、 σy、 σz、 τxy、 τyz、τzx）作用，形成孔邊圍巖應(yīng)力分布（ σr、 σθ、 σz’ 、 τrθ、 τθz、 τrz），二者有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，孔壁應(yīng)變計(jì)采用 3 組 12 只電阻應(yīng)變片組成的應(yīng)變花，每組應(yīng)變花中各應(yīng)變片間隔 45176。）嵌埋三組應(yīng)變花，每組應(yīng)變花由 3支（或 4支）應(yīng)變片組成，測(cè)試過(guò)程中，使用專門工具將應(yīng)變計(jì)推入安裝小孔，用力推動(dòng)應(yīng)變計(jì)，可以間斷其固定銷，使應(yīng)變計(jì)柱塞