西南科大巖石力學(xué)復(fù)習(xí)資料(編輯修改稿)
2025-07-04 22:10 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 為各種巖體工程進行科學(xué)合理的開挖設(shè)計和施工提供依據(jù)；(2)地應(yīng)力狀態(tài)對地震預(yù)報、區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價、油田油井的穩(wěn)定性、核廢料儲存、巖爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球動力學(xué)的研究也有重要的意義。2． 地應(yīng)力是如何形成的？控制某一工程區(qū)域地應(yīng)力狀態(tài)的主要因素是什么？答：地應(yīng)力是存在于地層中的未受工程擾動的天然應(yīng)力，也稱巖體初應(yīng)力、絕對應(yīng)力或原巖應(yīng)力。地應(yīng)力主要與地球的各種動力運動過程有關(guān)，包括板塊邊界受壓、地幔熱對流、地球內(nèi)應(yīng)力、地心引力、地球旋轉(zhuǎn)、巖漿入侵和地殼非均勻擴容等。控制某一工程區(qū)域地應(yīng)力狀態(tài)的主要因素是構(gòu)造應(yīng)力場和重力應(yīng)力場。1）、大陸板塊邊界受壓引起的應(yīng)力場。2）、地幔熱對流引起的應(yīng)力場。3）、由地心引力引起的應(yīng)力場。4）、巖漿入侵引起的應(yīng)力場。5）、地溫梯度引起的應(yīng)力場。6）、地表剝蝕產(chǎn)生的應(yīng)力場。3． 簡述地殼淺部地應(yīng)力分布的基本規(guī)律。答：地應(yīng)力分布的一些基本規(guī)律：(1)地應(yīng)力是一個相對穩(wěn)定的應(yīng)力場，它是時間和空間的函數(shù)；(2)實測垂直應(yīng)力基本等于上覆巖層的重量(3)水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力；(4)平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值隨深度的增加而減小，(6)最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力之值一般相差較大，顯示出很強的方向性。地應(yīng)力的上述分布規(guī)律還會受到地形、地表剝蝕、風(fēng)化、巖體結(jié)構(gòu)特征、巖體力學(xué)性質(zhì)、溫度、地下水等因素的影響。4． 地應(yīng)力測量方法分哪幾類？它們的主要區(qū)別在哪里？每類包括那些主要測量技術(shù)？答：依據(jù)測量基本原理的不同，可將測量方法分為直接測量法和間接測量發(fā)兩大類。直接測量法是由測量儀器直接測量和記錄各種應(yīng)力量，包括：扁千斤頂法、水力致裂法、剛性包體應(yīng)力計法和聲發(fā)射法。間接測量法是借助某些傳感器或某些介質(zhì)，測量和記錄巖體中某些與應(yīng)力有關(guān)的間接物理量的變化，如巖體中的變形和應(yīng)變，然后由計算公式求出原巖應(yīng)力值。包括：套孔應(yīng)力解除法和其他的應(yīng)力應(yīng)變解除法以及地球物理方法等。其中套孔應(yīng)力解除法是目前國內(nèi)外廣泛使用的一種方法。5． 簡述水壓致裂法的基本原理。答：(1)測量原理：由彈性理論可知，鉆孔位于無限巖體，受到二維應(yīng)力場（σ 1，σ 2）的作用時，在鉆孔周圍的應(yīng)力為：在孔內(nèi)加入壓力Pi,當(dāng)Pi超過孔壁處的最小壓應(yīng)力和巖體的抗拉強度之和時，孔壁就會破裂，此時，在θ =0的方向，即σ 1軸的方向會產(chǎn)生裂隙，即：Pi=3σ2σ1+T (3)如果繼續(xù)加壓，直到裂隙深度達到3 倍孔徑時，此時已接近原巖應(yīng)力狀態(tài)，停止加壓，保持壓力恒定，將該恒定壓力記為Ps,則由圖37 可見，Ps 與σ 2相平衡，即Ps =σ2 （4）只要測量出巖體的抗拉強度T 和記錄的Pi 和Ps 就可由（3），（4）式求出σ 1 和σ 2。這樣就可得出σ 1 和σ2的大小和方向。如果孔內(nèi)有裂隙水壓P0,則（3）式變?yōu)椋篜i=3σ2σ1+ T P0 （5）在不測試巖體的抗拉強度條件下，通過增加一個環(huán)節(jié)，即可求出σ 1和σ 2。在初始裂隙產(chǎn)生后，將水壓卸除，使裂隙閉合，然后再重新向封隔段加壓，使裂隙重新打開，記錄裂隙重新開時的壓力Pr,則有：Pr=3σ2σ1 P0 (6)由（5）和（6）式，可求出σ1和σ2。6． 簡述水壓致裂法的主要測量步驟。答：(1)測量步驟(a)打鉆孔到準(zhǔn)備測量應(yīng)力的部位；并將鉆孔中待加壓段用封隔器密封起來；(b)向隔離段注入高壓水，記錄孔裂開時的壓力值Pi,繼續(xù)加壓，直到裂隙擴張到孔徑的3 倍，關(guān)閉高壓水系統(tǒng)，保持水壓恒定，此時的應(yīng)力為關(guān)閉應(yīng)力，記為Ps ，最后卸壓，使裂隙閉合，此時孔內(nèi)壓力為P0 。(c)重新向密閉段注入高壓水，使裂隙重新打開，記錄裂隙重新打開時的壓力Pr,和隨后的恒定關(guān)閉壓力Ps,其孔內(nèi)壓力時間曲線如圖39。(d)將封隔器卸壓，從孔中取出，(e)用攝象機記錄孔內(nèi)的水壓致裂裂隙，天然節(jié)理、裂隙的位置、方向和大小。7． 對水壓致裂法的主要優(yōu)缺點做出評價。答：水力致裂法的優(yōu)缺點：優(yōu)點：(a)能測量深部應(yīng)力（已知最深為5000 米）。(b)在沒有地下工程或硐室的條件下，對露天邊坡工程的地應(yīng)力進行估算；缺點：(a)只能確定垂直鉆孔平面內(nèi)的最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力的大小和方向；(b)只適用與完整的脆性巖石中。9． 簡述套孔應(yīng)力解除法的基本測量原理和主要測試步驟。答：全應(yīng)力解除法（套孔應(yīng)力解除法）全應(yīng)力解除法即是測點巖體完全脫離地應(yīng)力的作用，測量其變形值，再根據(jù)巖體的物理力學(xué)性質(zhì)計算其原巖應(yīng)力。此種方法最為適用、可靠。操作步驟：(a)從巖體表面向巖體內(nèi)打大鉆孔，直徑一般為130~150mm，(b)從大鉆孔內(nèi)再打小鉆孔，直徑一般為36~38mm，(c)在小孔中央安裝探頭，(d)再用大鉆頭打大孔，解除探頭上的壓應(yīng)力，記錄巖體的變形值，(e)取出巖芯，測量巖芯的E，μ 等物理力學(xué)參數(shù)，(f)根據(jù)理論公式計算原巖應(yīng)力值。套孔應(yīng)力解除法又分為：孔徑變形法、孔底應(yīng)變法、孔壁應(yīng)變法、空心包體應(yīng)變法和實心
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