【正文】 通過(guò)周圍巖體中應(yīng)力狀態(tài)給出精確解，因此，通過(guò)鉆孔表面應(yīng)力狀態(tài)可反算出周圍巖體應(yīng)力狀態(tài)。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。 CSIR 門塞孔式孔底應(yīng)變計(jì)的基本工作原理并對(duì)其主要優(yōu)缺點(diǎn)作出評(píng)價(jià)。 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。 答： USAM孔徑變形計(jì)探頭由 3組圓頭活塞，每組由 2個(gè)徑向?qū)α⒌膱A頭活塞組成，每個(gè)圓頭活塞由一個(gè)懸臂梁式的 彈簧施加壓力，彈簧正反兩面各貼一個(gè)應(yīng)變片記錄彈簧拉壓形變（提高測(cè)量精度），每組圓頭活塞沿徑向成 60176。 （ 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?？讖揭话?1638mm，孔深為孔徑的 10倍左右，并清洗小孔。 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。 。 。如果孔壁 本身存在天然節(jié)理裂隙，那么初始裂隙可能發(fā)生在這些部位，而并非切向最小應(yīng)力處，因而水壓致裂法較為實(shí)用于完整的脆性巖石中。 。 。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。 。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。 答： (1)三向不等壓，應(yīng)力分布是時(shí)間和空間的函數(shù)； （ 2）實(shí)測(cè)垂直應(yīng)力基本等于上覆巖層重量 （ 3）淺層地殼中，實(shí)測(cè)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 比值相當(dāng)分散，隨深度增加比值減??； （ 5）最大水平應(yīng)力與最小水平應(yīng)力比值隨深度增加呈線性增長(zhǎng)； （ 6）最大水平應(yīng)力與最小水平應(yīng)力比值相差較大，顯示出很強(qiáng)的方向性； （ 7）地應(yīng)力分布規(guī)例受地形和斷層影響較大?？刂乒こ虆^(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)。 ？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)力的形成主要與地球的各種運(yùn)動(dòng)過(guò)程有關(guān)，其中包括：板塊邊界受壓、地幔熱對(duì)流、地球內(nèi)應(yīng)力、地心引力、地球旋轉(zhuǎn)、巖漿侵入和地殼非均勻擴(kuò)容等。 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 。 ？ 答：作為選擇工程結(jié)構(gòu)參數(shù)、科學(xué)管理生產(chǎn)以及評(píng)價(jià)工程經(jīng)濟(jì)效益的依據(jù)之一。 ？ 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。 巖體以裂隙滲流為主，其特點(diǎn)：（ 1）巖體滲透性取決大小取決于巖體中結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)及巖塊的巖性（ 2）巖體滲流以裂隙導(dǎo)水、微裂隙和巖石空隙儲(chǔ)水為其特點(diǎn)（ 3）巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)滲流具有定向性（ 4）巖體一般看著非連續(xù)介質(zhì)（ 5）巖體滲流具有高度的非均質(zhì)性和各向異性（ 6）一般 巖體中滲流符合達(dá)西滲流定律（ 7）巖體滲流受應(yīng)力場(chǎng)影響明顯（ 8）復(fù)雜裂隙系統(tǒng)滲流，在裂隙交叉處具有 “偏流效應(yīng) ”。 HeokBrown巖體強(qiáng)度估算方法。 考慮結(jié)構(gòu)面與第一主應(yīng)力 σ1的夾角 β，分析結(jié)構(gòu)面應(yīng)力狀態(tài)，分步應(yīng)用單結(jié)構(gòu)面理論，見(jiàn)下圖示： 圖示兩組結(jié)構(gòu)面莫爾包絡(luò)線。 (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。達(dá)到峰值強(qiáng)度時(shí)的位移量增大； （ 3）由于尺寸的增加，剪切破壞由脆性破壞向延性破壞轉(zhuǎn)化； （ 4）尺寸加大，峰值剪脹角減?。唬?5）隨著結(jié)構(gòu)面粗糙度減小，詞寸效應(yīng)減小。 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)。 。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)。 （ 6）散體結(jié)構(gòu)：分碎屑狀散體和糜棱狀散體結(jié)構(gòu)巖體 。 （ 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。 （ 2）塊裂結(jié)構(gòu)巖體：多組或至少有一組軟弱結(jié)構(gòu)面切割及堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面參與切割成塊狀結(jié)構(gòu)體的高級(jí)序巖體結(jié)構(gòu)，有的是塊狀原生結(jié)構(gòu)巖體構(gòu)成，有的是層狀原生結(jié)構(gòu)巖體構(gòu)成，其軟弱結(jié)構(gòu)主要是斷層，堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面一般延伸較長(zhǎng)且多為錯(cuò)動(dòng)過(guò)的堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面。 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。 分的主要依據(jù)是什么？ 答：巖體結(jié)構(gòu)劃分的第一依據(jù)是巖體結(jié)構(gòu)面類型，分軟弱結(jié)構(gòu)面和堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面；巖體結(jié)構(gòu)劃分的第二依據(jù)是結(jié)構(gòu)面切割程度或結(jié)構(gòu)體類型，結(jié)構(gòu)體類型有塊狀結(jié)構(gòu)和板狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面切割程度有塊裂、板裂、碎裂、續(xù)斷和完整。 （ 3）地應(yīng)力影響巖體中應(yīng)力的傳播法則。 （ 2）地應(yīng)力影響巖體的變形和破壞機(jī)制。 ？ 答：（ 1）地應(yīng)力影響巖體的承載能力。 水對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響：連接作用、潤(rùn)滑作用、水楔作用、空隙壓力作用、溶蝕及潛蝕作 用等； 溫度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響：一般而言，隨溫度增高，巖石延性加大，屈服點(diǎn)降低，強(qiáng)度降低； 加載速率對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響：?jiǎn)屋S壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí)，荷載加載速率愈快，單位應(yīng)變需用力愈大，反之愈?。? 圍壓對(duì)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(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響：風(fēng)化過(guò)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)。 ？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：巖石擴(kuò)容是巖石在荷載作用下，在其破壞之前的一種明顯的非彈性體積形變。 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。 、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 )。 （ 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。 。 （ 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。 答：?jiǎn)屋S壓縮條件下巖石變形特征分四個(gè)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(kāi)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。 ？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)。 對(duì)巖石試件的三軸壓縮試驗(yàn)，可以通過(guò)對(duì)同種巖石試件在不同圍壓條件下（圍壓值從小到大），繪制莫爾圓，連接各莫爾圓的公切線，形成平滑曲線就能繪制出該巖石試件的莫爾包絡(luò)線。 ，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。 （ 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(cè)蠕變可由下應(yīng)變 應(yīng)力曲線預(yù)測(cè)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(shí)，保持應(yīng)力不變，試件不會(huì)發(fā)生蠕變；（ 2）當(dāng)應(yīng)力在 H 至 G 點(diǎn)見(jiàn)時(shí)，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(shí)，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(kāi)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(shí)間較后者長(zhǎng)。 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。 應(yīng)變曲線，為什么普通材料試驗(yàn)機(jī)得不出全 應(yīng)力 應(yīng)變曲線？ 答：能全面反