【文章內(nèi)容簡介】 松比可通過在巖芯上貼徑向應(yīng)變片測量其軸向和徑向變形而得，對于彈性模量可通過對巖芯施加圍壓P0，利用公式：其中，U:圍巖引起的平均變形量；R、r：套孔巖芯的外、內(nèi)徑。利用上述公式考慮如下條件：當(dāng)U2＞U3且U2+U3＜2U1時，0176?！堞隆?5176。當(dāng)U2＞U3且U2+U3＞2U1時，45176。＜β≤90176。當(dāng)U2＜U3且U2+U3＜2U1時，90176。＜β≤135176。當(dāng)U2＜U3且U2+U3＞2U1時，135176。＜β≤180176。β為U1與σ1夾角，逆時針為正。打另外一垂直上述孔進(jìn)行相同的測試，得出另外一組σ1，σ2考慮方向性及可得出巖石三維應(yīng)力狀態(tài)σ1，σ2，σ3。方式二：任意空間點(diǎn)三維應(yīng)力狀態(tài)求解（1）選定整體坐標(biāo)系Oxyz（2）選擇局部坐標(biāo)系O1：O1x1y1z1為鉆孔局部坐標(biāo)系，其中O1z1平行鉆孔軸線，求得坐標(biāo)系O1在整體坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)換參數(shù)；（3）測量鉆孔徑向變形U1；（4）利用公式：U1=σx1f1+σy1f2+σz1f3+τx1y1f4 其中f1=dE[(1+2cos2θ)(1－υ2)+dυ2]f2=dE[(1－2cos2θ)(1－υ2)+dυ2]f3=dυ/Ef4=4dE (1－υ2)sin2θ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籈、υ分別為巖石的彈性模量和泊松比；計(jì)算過程中，裝換σxσyσzτx1y1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。 答：CSIR門塞式孔底應(yīng)變計(jì)工作原理為：將電阻應(yīng)變片粘貼在磨平的孔底，通過延伸鉆孔，實(shí)現(xiàn)粘有應(yīng)變片的巖芯應(yīng)力解放，取出該段含應(yīng)變片的巖芯，到實(shí)驗(yàn)室做加載實(shí)驗(yàn)，從而發(fā)現(xiàn)原先存在孔底表面的應(yīng)力。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)測量的精度和實(shí)際中的運(yùn)用，同時需要打三個互不平行的鉆孔測量；其優(yōu)點(diǎn)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：通過應(yīng)力解除測量鉆孔壁表面應(yīng)變，進(jìn)而計(jì)算出鉆孔表面應(yīng)力，利用彈性力學(xué)原理，一個無限體中的鉆孔表面的應(yīng)力分布狀態(tài)可以通過周圍巖體中應(yīng)力狀態(tài)給出精確解，因此，通過鉆孔表面應(yīng)力狀態(tài)可反算出周圍巖體應(yīng)力狀態(tài)。答：以無限體中的鉆孔受到遠(yuǎn)處無窮遠(yuǎn)的三維應(yīng)力場（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。，一組應(yīng)變花能測量四個應(yīng)變值（εθ、εz、ε4ε－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。答：空心包體應(yīng)變計(jì)主體使用環(huán)氧樹脂制成的空心圓筒，在其中部沿同一圓周等間距（120176。）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，測試過程中，使用專門工具將應(yīng)變計(jì)推入安裝小孔，用力推動應(yīng)變計(jì)，可以間斷其固定銷，使應(yīng)變計(jì)柱塞進(jìn)入內(nèi)腔，使內(nèi)腔膠結(jié)劑流入應(yīng)變計(jì)與孔壁之間的環(huán)形槽中，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變計(jì)與孔壁緊密粘帖，通過應(yīng)力解除，孔徑變化，變形計(jì)中各組應(yīng)變花分別記錄孔壁沿不同方向的應(yīng)變，考慮應(yīng)變片與孔壁之間夾有一定距離，引入適當(dāng)修正系數(shù)，就可以通過測量應(yīng)變計(jì)算出應(yīng)力狀態(tài)。、孔底應(yīng)變計(jì)及孔壁應(yīng)變計(jì)相比，有哪些主要優(yōu)點(diǎn)？答：空心包體應(yīng)變計(jì)突出優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)變計(jì)和孔壁在相當(dāng)大的一個面積上膠結(jié)在一起，因此膠結(jié)質(zhì)量好，而其膠結(jié)劑可以注入到周圍裂隙巖體中，使巖石整體化，因而較易得到完整的套孔巖芯，能夠使用在中等破碎和松軟巖體中，同時有較好的防水性。答：實(shí)心包體應(yīng)變計(jì)采用實(shí)心圓筒環(huán)氧樹脂中沿9個方向布置10支應(yīng)變片，膠結(jié)劑附著在其端部，使用過程中利用安裝工具推入安裝小孔底部，應(yīng)變計(jì)底部裝有膠結(jié)劑的薄膜破裂，膠結(jié)劑流出，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變計(jì)與小孔的緊密粘結(jié)，解除應(yīng)力過程中記錄各應(yīng)變片變化，通過適當(dāng)公式，進(jìn)而求出各向應(yīng)力狀態(tài)。？答：實(shí)心應(yīng)變計(jì)采用彈性材料環(huán)氧樹脂，其剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于巖芯剛度，不影響應(yīng)力解除過程中，巖芯的變形，因而是測量應(yīng)變，通過彈性理論知識計(jì)算應(yīng)力；剛性包體則采用剛度較巖芯剛度高的材料，使巖芯在應(yīng)力解除過程中，不發(fā)生形變，因而是直接測量應(yīng)力。 ，論述地應(yīng)力解除測量中溫度補(bǔ)償技術(shù)的重要性。答：地應(yīng)力測量過程中多數(shù)應(yīng)變計(jì)和形變計(jì)都是采用電阻應(yīng)變片采集測量量數(shù)據(jù)，電阻應(yīng)變片是基于電阻應(yīng)變片長度變化引起電阻變化這一原理，在實(shí)際使用過程中，電阻變化受溫度影響明顯，這就會導(dǎo)致電阻變化，造成虛假的輸出結(jié)果，影響輸出電壓，使結(jié)果偏離真實(shí)。而溫度引起的變化可以通過惠特斯頓全橋電路相互抵消，該電路采用4個橋臂，溫度變化下，引起4臂溫度等量變化，引起各橋電勢變化量相互抵消后不引起多余的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，在各種應(yīng)變計(jì)設(shè)計(jì)原理中，USBM孔徑變形計(jì)就是這類，因此為了減少溫度對測量結(jié)果的影響，對大多數(shù)非全橋電路設(shè)計(jì)的應(yīng)變計(jì)采用增加補(bǔ)償臂，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，有重要意義。第四章 巖石本構(gòu)關(guān)系和強(qiáng)度理論？每一類基本方程是從什么方面考慮的？答：彈性平面問題的基本方程有平衡方程、幾何方程和本構(gòu)方程三種。平衡方程從受力巖石平面中心力矩平衡，X軸向和Y軸向受力平衡考慮列出平衡方程組： 幾何方程考慮物體受力后的形狀和尺寸改變，推導(dǎo)應(yīng)變分量與位移之間的關(guān)系，從而列出幾何方程組： 本構(gòu)關(guān)系考慮應(yīng)力與應(yīng)變（或應(yīng)力增量與應(yīng)變增量）的關(guān)系，通過胡克定理（完全彈性各向同性體）建立本構(gòu)關(guān)系方程組（包括應(yīng)力問題和應(yīng)變問題兩類）：或？巖石的本構(gòu)關(guān)系一般有幾種類型？答：巖石的本構(gòu)關(guān)系指巖石的應(yīng)力或應(yīng)力速率與其應(yīng)變或應(yīng)變速率的關(guān)系。根據(jù)巖石變形性質(zhì)，巖石的本構(gòu)關(guān)系可分為巖石彈性本構(gòu)關(guān)系和巖石塑性本構(gòu)關(guān)系，統(tǒng)稱為彈塑性本構(gòu)關(guān)系；巖石彈性本構(gòu)關(guān)系根據(jù)巖石變形是否成線性分為線性彈性本構(gòu)關(guān)系和非線性彈性本構(gòu)關(guān)系；巖石材料一般表現(xiàn)為既有彈性又有塑性，是彈塑性體，因而根據(jù)巖石是否各向同性又分為各向同性彈塑性本構(gòu)關(guān)系和非各向同性彈塑性本構(gòu)關(guān)系。？巖石的破壞一般有幾種類型？答：巖石強(qiáng)度時指巖石提抗破壞的能力。巖石破壞的形式主要由斷裂破壞（應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限）和流動破壞(應(yīng)力達(dá)到屈服極限)。，（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。兩類本構(gòu)方程都是由胡克定理推到而來，只要將應(yīng)力問題中彈性模量E換成E/（1－υ2），υ換成υ/（1－υ）就可得到平面應(yīng)變問題。（2）如果體力為常量，從彈性平面問題解答式看出，平面問題的相容方程、應(yīng)力分量解答式、邊界條件皆不含任何彈性常數(shù)，因此平面問題的應(yīng)力分布規(guī)律與材料的性質(zhì)無關(guān)。，已知一點(diǎn)M處的應(yīng)力分量σx、σy、τxy=τyx，參見課本圖45，試求該點(diǎn)的平行于z軸而傾斜于x軸和y軸的任一斜面上的應(yīng)力。答：如下圖示：由Σn=0和Στ=0求得，任意截面應(yīng)力狀態(tài)：：（1）單向拉伸；（2）純剪切；（3）單向壓縮；（4）雙向拉伸；（5）雙向壓縮。答：如下圖示：：在發(fā)生最大與最小剪應(yīng)力的面上，正應(yīng)力的數(shù)值都等于兩個主應(yīng)力的平均值。答：解析法：平面狀態(tài)下，任意斜面β面上的應(yīng)力狀態(tài)由下述公式表示：τ是β的函數(shù)，求dτα/dβ=0得到：將上式帶回σ求得：σ=（σ1+σ3）/2圖解法：如下圖莫爾應(yīng)力圓莫爾應(yīng)力圓圓心處，取得最大最小剪應(yīng)力，此處應(yīng)力σα=（σ1+σ3）/2。，使之無法生產(chǎn)橫向應(yīng)變，（1）試?yán)貌此杀却_定水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力之比；（2），試計(jì)算上述的應(yīng)力比值；（3）試確定各向同性彈性巖石的（σx+σy+σz）與體積變化之間的關(guān)系。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：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)。如果明膠的密度為γ，至任一點(diǎn)的深度是z，泊松比是υ，試計(jì)算明膠板在任一點(diǎn)的水平應(yīng)力。答：題設(shè)條件下：εx=εy=0 ；σx=σy；σx=γz由胡克定律：得水平應(yīng)力σx=σy=σz υ/ (1－υ) =γzυ/ (1－υ)。=v=0，w=w(z)，試求位移函數(shù)w(z)。答：計(jì)算如下：。答：：（1）簡單拉伸：σ=σ0（2）二維應(yīng)力狀態(tài)：σ1=σ0/3，σ2=－σ0/3（3）純剪：τxy=σ0答：、松弛、彈性后效和流變？答：蠕變是當(dāng)應(yīng)力不變時，變形隨時間增加而增長的現(xiàn)象；松弛是當(dāng)應(yīng)變不變時，應(yīng)力隨時間增加而減小的現(xiàn)象；彈性后效是加載或卸載時，彈性應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象；流變是指材料變形過程中具有時間效應(yīng)的現(xiàn)象。？每個階段的特點(diǎn)是什么？答：蠕變過程可分為三個階段：第一蠕變階段：應(yīng)變速率隨時間增加而減小，稱為減少蠕變階段或初始蠕變階段；第二蠕變階段：應(yīng)變速率保持不變，稱等速蠕變階段；第三蠕變階段：應(yīng)變速率迅速增加直到巖石破壞，承加速蠕變階段。？答：巖石在不同的應(yīng)力作用下，巖石變形與時間的關(guān)系各不相同。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。當(dāng)作用在巖石上的應(yīng)力超過某一值時，巖石的變形速率隨著時間的增加而增加，最后導(dǎo)致巖石的破壞，這種蠕變稱為不穩(wěn)定蠕變。？答：巖石的流變包括蠕變、松弛和彈性后效。其流變方程主要有蠕變方程、松弛方程、彈性后效方程。？答：流變模型的基本原件有彈性元件、塑性元件和粘性元件三種。答：有圣維南（）體、馬克斯威爾（Maxwell）體、開爾文（Kelvin）體、廣義開爾文（modified Kelvin）體、飽依丁－湯姆遜（PoyingThomson）體、博格斯（Burgers）體、西原體和賓漢姆（Bingham）體等。其中圣維南（）體：理想彈塑性體，無蠕變、無松弛，無彈性后效；馬克斯威爾（Maxwell）體：彈粘性體，有瞬時變形，有等速蠕變，有松弛，無彈性后效，有殘余變形。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。？為什么要提出強(qiáng)度準(zhǔn)則？答：強(qiáng)度準(zhǔn)則又稱為破壞判據(jù)，是表示巖石在極限應(yīng)力狀態(tài)下（破壞條件）的應(yīng)力狀態(tài)和巖石強(qiáng)度參數(shù)之間的關(guān)系。巖石強(qiáng)度準(zhǔn)則是用來判斷巖石材料發(fā)生破壞的原因和條件，從而達(dá)到工程目的。、Mohr、Griffith三準(zhǔn)則的基本原理及其主要其別與它們之間的關(guān)系。答：庫倫準(zhǔn)則認(rèn)為，巖石材料的破壞主要是剪切破壞，巖石抗摩擦強(qiáng)度等于巖石本身抗剪切摩擦的粘結(jié)力和剪切面上法向力產(chǎn)生的摩擦力；莫爾強(qiáng)度理論提出一條反映巖石材料破壞時的極限應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系曲線，稱為莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線，通過繪制反映巖石材料在實(shí)際受力條件下的莫爾應(yīng)力圓，考察莫爾圓與巖石材料包絡(luò)線之間的位置關(guān)系就可以判定巖石材料是否發(fā)生破壞及破壞截面的位置。格里菲斯理論認(rèn)為脆性材料的破壞是由材料內(nèi)部微裂隙端部拉應(yīng)力集中而導(dǎo)致的。庫倫準(zhǔn)則是摩爾強(qiáng)度理論的一個特例（直線型莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線），不僅適用于巖石的壓剪破壞也適用于結(jié)構(gòu)面的壓剪破壞，但不適用受拉破壞；莫爾強(qiáng)度理適用與塑性、脆性巖石的剪切破壞，較好的解釋了巖石抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度的特征，解釋了三向等拉時破壞、等壓時不破壞的現(xiàn)象，同時考慮拉、壓、剪，可判斷破壞方向，但是忽視了第二主應(yīng)力的影響，沒有考慮結(jié)構(gòu)面情況，不適合解釋拉伸及流變現(xiàn)象；格里菲斯強(qiáng)度理解釋了脆性巖石抗壓強(qiáng)度時抗拉強(qiáng)度的8倍，反映了巖石的真實(shí)情況，但是只適用于脆性材料，對裂隙被壓閉合，抗剪強(qiáng)度增高解釋不夠。：τ=σtanφ+c，其中c=40MPa，φ=30176。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。并求出破壞面的方位。答： == (Mpa)破斷角，破壞面與最大主應(yīng)力面得夾角為60176。，假設(shè)抗剪強(qiáng)度隨正應(yīng)力呈線性變化，試計(jì)算：（1）在正應(yīng)力等于零的那個平面上的抗剪強(qiáng)度；（2）在上述實(shí)驗(yàn)中與最大主應(yīng)力面的夾角為30176。的那個平面上的抗剪強(qiáng)度；（3）內(nèi)摩擦角；（4）破壞面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力答：已知得,巖石進(jìn)行單軸壓縮，所以，當(dāng)時,巖石破壞,則=得出: C=(Mpa)（1）莫爾圓上任意一點(diǎn)的正應(yīng)力為剪應(yīng)力為由庫侖準(zhǔn)則可知，當(dāng)=0 時,即在莫爾圓上的圓點(diǎn)，即和，所以, 剪切強(qiáng)度S：= =(Mpa)（2） 與最大主應(yīng)力面的夾角為300時，即該面上為正應(yīng)力，剪應(yīng)力為，剪切強(qiáng)度S. ==（Mpa） = =(Mpa)（3） 已知得巖石內(nèi)摩擦角（4）破壞面為所以, = =(Mpa)= = (Mpa)，。請你在Mohr圖上繪出代表這兩種試驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)力圓，確定其內(nèi)摩擦角和粘結(jié)力。答：已知