【正文】 石力學(xué)性質(zhì)影響：單軸壓縮實(shí)驗(yàn)時，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)。 、完全彈性體、彈性體三者的應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系有什么區(qū)別？ 答：如下應(yīng)力 應(yīng)變曲線 彈性體：應(yīng)力 應(yīng)變圖成直線形式，滿足關(guān)系式 σ=Eε(E彈性模量 )。 答：單軸壓縮條件下巖石變形特征分四個階段： 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 （ 1）空隙裂隙壓密階段（ 0A段）：試件中原有張開結(jié)構(gòu)面或微裂隙逐漸閉合，巖石被壓密，試件橫向膨脹較小，體積隨載荷增大而減小。 （ 2）在試件 加載到一定程度，保持一定應(yīng)力水平不變，試件將發(fā)生蠕變，蠕變發(fā)生到一定程度，即應(yīng)變達(dá)到某一值，蠕變就停止，全應(yīng)力 應(yīng)變曲線預(yù)測蠕變可由下應(yīng)變 應(yīng)力曲線預(yù)測蠕變破壞圖示意： 圖中，全應(yīng)力 應(yīng)變曲線及蠕變終止軌跡線由大量實(shí)驗(yàn)所得，（ 1）當(dāng)應(yīng)力在 H點(diǎn)以下時，保持應(yīng)力不變，試件不會發(fā)生蠕變；（ 2）當(dāng)應(yīng)力在 H 至 G 點(diǎn)見時，保持應(yīng)力不變，試件發(fā)生蠕變，最終發(fā)展到蠕變終止軌跡線，停止蠕變，試件不破壞，如 EF；（ 3）當(dāng)應(yīng)力在 G點(diǎn)以上時，保持應(yīng)力值不變，試件發(fā)生蠕變，蠕變應(yīng)變最終達(dá)到破壞段應(yīng)力應(yīng)變曲線破壞段 ，試件發(fā)生破壞，如 AB,CD；（ 4）從 C點(diǎn)開始發(fā)生蠕變則到 D點(diǎn)發(fā)生破壞，若從 A點(diǎn)發(fā)生蠕變，則到 B點(diǎn)發(fā)生破壞，前者，蠕變時間較后者長。 答：巖石在單軸壓縮載荷作用下，破壞形式包含三種： X狀共軛面剪切破壞、單斜面剪切破壞和拉伸破壞。 ，可以分為幾大類，各大類有何特點(diǎn)？ 答：按地質(zhì)成因分類，自然界中巖石可分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖三大類。這類連接使晶體顆粒之間緊密接觸，故巖石強(qiáng)度一般較大，抗風(fēng)化能力強(qiáng)；膠結(jié)連接指巖石礦物顆粒與顆粒之間通過膠結(jié)物連接在一起，這種連接的巖石，其強(qiáng)度主要取決于膠結(jié)物及膠結(jié)類型。 結(jié)晶連接指礦物顆粒通過結(jié)晶相互嵌合在一起。 粒間空隙：多在成巖過程中形成晶粒之間、膠結(jié)物之間微小的空隙。 ？ 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 ？對各種破壞的原因作出解釋。若 A＞ B，說明巖石破壞后尚余一部分能量，這部分能量突然釋放就會產(chǎn)生巖爆，若 A＜ B，則說明應(yīng)變能在破壞過程中全部消耗掉，因而不會產(chǎn)生巖爆。 。 （ 3）彈塑性巖石不斷加大循環(huán)加、卸載荷： 多次反復(fù)加、卸載，每次施加的最大載荷比上一次循環(huán)的最大荷載大，則形成上述曲線，隨 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 循環(huán)次數(shù)增多，塑性滯回環(huán)面積擴(kuò)大，卸載曲線斜率增加表明卸載應(yīng) 力下的巖石材料彈性有所增強(qiáng)，此外，每次卸載再加載，形成變形記憶曲線，塑性變形隨著循環(huán)荷載不斷加大而增大，當(dāng)循環(huán)加、卸載到一定程度時，試件發(fā)生破壞。 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相互正交的彈性對稱面，在各個面兩邊對稱方向上彈性相同，但在這個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)部某一面的各個方向彈性性質(zhì)相同，這個面稱為各向同性面，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。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。 （ 5）續(xù)斷結(jié)構(gòu)巖體：結(jié)構(gòu)面不連續(xù)，對巖體切而不斷。 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。 答： HeokBrown經(jīng)驗(yàn)方程表述如下： 式中 σ σ3分別為為破壞時巖體的最大主應(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。 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。直接 測量法測量技術(shù)包括：扁千斤頂法、水力致裂法、剛性包體應(yīng)力計(jì)法和聲發(fā)射法；間接測量方法包括：全應(yīng)力解除法（套孔解除法）、局部應(yīng)力解除法（平行鉆孔法和中心鉆孔法）、松弛應(yīng)變測量法、孔壁崩落測量法和地球物理探測法（聲波觀察法和超聲波譜法）等，涉及測量技術(shù)包括：孔徑變形測量技術(shù)、孔底變形測量技術(shù)、孔壁應(yīng)變測量技術(shù)、空心包體應(yīng)變測量技術(shù)、實(shí)心包體應(yīng)變測量技術(shù)和環(huán)境溫度的影響及其完全溫度補(bǔ)償技術(shù)。 答：水壓致裂法認(rèn)為初始開裂發(fā)生在鉆孔壁切向應(yīng)力最小的部位，亦即平行于最大主應(yīng)力方向，這是基于巖石為連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的假設(shè)?？讖揭话?130150mm，孔深一般為開挖跨度的 ，形成大孔之后磨平孔底并在孔底打出同心錐形孔，以利進(jìn)一步鉆同心小孔； （ 2）完成上述工作，從大孔孔 底打同心小孔，供安裝探頭用。 答：方式一：垂直鉆孔軸線平面內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)求解如下圖表： 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 如圖，孔徑變形計(jì)記錄垂 直孔軸線平面的變形量 U U U3，通過下試求取平面其中 f1=E－ υ2)+dυ2] d 4P rR0 2 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 f2=E－2cos2θ)(1－ υ2)+dυ2] f3=dυ/E f4=4 (1－ υ2)sin2θ Edd 式中 :d為鉆孔直徑； θ為孔徑方向與 x1 方向夾角，從 x1 軸逆時針轉(zhuǎn)到孔徑方向?yàn)檎?E、 υ分別為巖石的彈性模量和泊松比；計(jì)算過程中，裝換 σx σyσz τx1y1為整體坐標(biāo)系 Oxyz下坐 標(biāo)； （ 5）打三個互不平行相交一點(diǎn)的鉆孔，逐個采用上述計(jì)算方法，可求解空間一點(diǎn)三維應(yīng)力狀況，得出 σx、 σy、 σz、 τxy、 τyz、 τzx。一組應(yīng)變花能測量四個應(yīng)變值（ εθ、 εz、 ε4 ε－ 45）可對應(yīng)列出 3個應(yīng)力應(yīng)變方程，涉及（ σr、 σθ、 σz’ 、 τrθ、 τθz、 τrz）中 3個未知量，經(jīng)轉(zhuǎn)化可列出涉及原巖應(yīng)力場（ σx、 σy、 σz、 τxy、 τyz、 τzx）中 4 個應(yīng)力應(yīng)變方程式， 3組應(yīng)變花可列出 12個涉及原巖應(yīng)力場所有未知量的 12個方程式，因而可以通過 3組應(yīng)變花測量的孔壁形變計(jì)算出原三維巖應(yīng)力場。 ，論述地應(yīng)力解除測量中溫度補(bǔ)償技術(shù)的重要性。 ，（ 1）應(yīng)力狀態(tài)有哪兩種？其本構(gòu)方程有什么關(guān)系？（ 2）如果體力為常量，其應(yīng)力分布是否與應(yīng)力狀態(tài)和材料性質(zhì)有關(guān)？為什么？ 答：（ 1）彈性平面問題中應(yīng)力狀態(tài)包含垂直平面方形主應(yīng)力 σz=0， εz≠0 的應(yīng)力問題和 σz≠0， εz=0的應(yīng)變問題兩類。 答： (1)題設(shè)條件下，圓柱形材料任意垂直于軸向的應(yīng)變 εr=0由胡克定理 εr=（ σr－ υ（ σr+σz） /E 得： σr/σz=υ/(1－ υ)； (2)當(dāng)泊松比 υ=， σr/σz=；當(dāng) υ=， σz/σr=1； (3)完全彈性的各向同性體中，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系用胡克定律表述如下： 1εx=xυ(σy+σz) εy=yυ(σx+σz) εz=zυ(σx+σy) 上述公式可得： σx+σy+σz=?? ???????εx+εy+εz），其中體積應(yīng)變 Δv=εx+εy+εz，因此 σx+σy+σz=???????Δv ，豎向放置的明膠板載側(cè)邊給予約束，使之在這一方不能產(chǎn)生應(yīng)變，而在明膠板的垂直方向則不受約束，因而該明膠板處于平面應(yīng)變狀態(tài)。 當(dāng)作用在巖石上的應(yīng)力小于某一值時，巖石的變形速率隨時間的增加而減小，最后趨于穩(wěn)定，這中蠕變稱為穩(wěn)定蠕變。 開爾文（ Kelvin）體：粘彈性體，有穩(wěn)定蠕變，有彈性后效，無松弛，無瞬變； ，它與瞬時強(qiáng)度一般有什么樣的關(guān)系？ 答：巖石的強(qiáng)度時隨外載作用時間的延長而降低的，通常把作 用時間 t→∞ 的強(qiáng)度稱為掩飾的長期強(qiáng)度；巖石的長期強(qiáng)度一般小于巖石的瞬時強(qiáng)度，其比值一般介于 。試求在側(cè)向圍巖應(yīng)力 σ3=20MPa的條件下，巖石的極限抗壓強(qiáng)度。 Z=400m。設(shè)支護(hù)反力有 P1=0， P1=p的兩種情況。如下圖示： 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 第七章 巖石邊坡工程 。一般以深層破壞體現(xiàn)出來。 （ 5）巖層曲折：當(dāng)巖層成層狀沿坡面分布時，由于巖層本身的重力作用，或由于裂隙水的冰脹作用，增加了巖層之間的張拉應(yīng)力，使坡面巖層曲折。 ？ 答：發(fā)現(xiàn)隱患，消除危害，有效而經(jīng)濟(jì)地采取整治滑坡的措施，保證各種邊坡工程的正常使用。 為此，采取下列手段： 避 ——工程或建筑物等避開滑坡的影響； 排 ——排水導(dǎo)流，采用多種形式的截水溝、排水溝、急流槽來攔截和排引地表水。 答：利用公式 其中 frk:飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值； Urk:試件抗壓強(qiáng)度的平均值 σrk:試件抗壓強(qiáng)度值的標(biāo)準(zhǔn)差 得標(biāo)準(zhǔn)值 fk= 得設(shè)計(jì)值 frk=fkψ= ，墻下采用直徑為 300mm的鉆孔灌注樁，樁身通長配筋 6υ22，箍筋 υ6100，混凝土強(qiáng)度等級為 C30，單樁極限承載能力設(shè)計(jì)值為 1000kN，樁體穿越地層情況如圖，已知粘土層、粉質(zhì)粘土層的樁側(cè)土極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值分別為 25kPa、 60kPa，巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為 ，試確定樁體嵌巖深度，并驗(yàn)算樁身樁身是否滿足其承載要求。） +023/K =(66－ )/K 滑動力 =Pcos(α+β)－ V2sinβ =－ 75 則 ()/K= (式 2) 式 1和式 2聯(lián)立解得 K= 巖石力學(xué)與工程