《岩石力学》试题及标准答案A

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No.1岩石力学考题（地质工程、岩土工程）A卷 答案

一、简答题：（40分）

1、岩石力学的定义（5分）

岩石力学它是研究岩石的力学性态的理论和应用的科学，是探讨岩石对其周围物理环境中力场反应的学科，具体而言，研究岩石荷载作用下的应力、变形和破坏规律以及工程稳定性等问题。 2、 何为岩石的强度？表示岩石强度的指标有哪些？（5分） 岩石低抗破坏的极限能力即为岩石的强度。

表示岩石强度的指标有单轴抗压强度Rc，抗拉强度Rt，抗剪强度C、?值

3、试述主要岩石破坏准则(要求列举4个以上)列出相应的表达式及其各自的适用情况。（7分）

222222 最大正应力理论(?1?R)(?2?R)(?3?R)?0

单向式脆性岩不在某些二进制赂应力状态受检情况。 最大正应变：

???1??(?2??3)??R2??2??(?1??3)??R2??3??(?1??2)??R2?0 脆性材料

222?????最大剪应力理论(?1-?2)2?R2(?2??3)2?R2(?1??3)2?R2?0???塑性材料 222?八面体剪应力理论(?1??2)?(?2??3)?(?2??3)? 莫尔库仑理论：?f?c??tg? ??10Mpa 岩石中大部分材料

???????1??3?sin?

?1??3?2ctg? 莫尔理论 ?f?f(?)剪切破坏只与?1、?3有关，与?2无关。 包络线：脆性材料、双曲线或摆线；塑性材料，抛物线。 格里菲思，适用于脆性材料(拉应力集中) ?xy?4Rt(Rt??y)

2 ?1?3?3?0 (?1??3)?8Rt(?1??3)

2 破裂角：???1??31arcas 22(?1??3) ?1?3?3?0 ?3??Rt

9

??0

伦特堡 塑性材料

修正格里菲斯 脆性材料

修正格里菲斯 脆性材料，由于孔隙边缘压应力集中引起压剪破坏。

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经验公式：帕顿提出的：

?1Rc??3Rc?(m?3Rc?S)

12 (S=1岩块 0

4、什么是岩体初始应力？试简要说明研究岩体原始应力的工程意义？（5分） 习惯上将工程施工之前就存在于岩体上的地应力称为初始应力场。

天然应力状态与岩体稳定性关系极大，它不仅是决定岩体稳定性的重要因素，而且直接影响各类岩体工程的设计施工。

对于地下洞室而言，岩体中天然应力的围岩变形和破坏的力源。

对于地表工程而言，如开挖基坑或边坡，由于开挖卸荷作用，将引起基坑底部发生回弹隆起，并同时引起坑壁或边坡岩体的坑内位移。 5、何谓压力拱理论？（8分）

压力拱理论也称普氏理论是一个认算松动山岩压力的理论普氏认为，岩体内总是有许多大大小小的结构面。由于这些纵横交错的软弱面将岩体割裂成各种大小的块体，这就破坏了岩石的整体性，造成松动性。洞室开挖以后，围岩应力重新分布，洞室顶部往往出现拉应力。松动性的洞顶岩体将不断坍落当达到新的平衡时，会形成一拱形。

岩体松动坍落需要一定的时间，在洞室开挖后就上支护或衬砌，等到压力拱的形成后作用在支护或衬砌上的压力松动压力。大小等于平衡拱与衬砌间在碎裂岩体的重量，与拱外岩体无关，平衡拱的形状

x2 b2拱的跨度 y?fb2 拱高：h??kb2?)?h0 b2?b1tg(45?2fh0为洞室高度 b1为洞室跨度 ?k?aretgfk fk为坚固系数 f?c??tg??Rc 10（把岩体岩体松动的，但实际岩体有凝聚力，坚固系数就是一较大的摩擦系数）

6、什么叫滑坡？滑坡动面的形式有几种？（5分）

当岩坡受力过大或岩石强度过低，一部分岩体向下或向外滑动叫滑坡滑波滑动而型式有三种：软弱结构面；结构面；在岩体中；

7、什么叫岩基极限承载力？计算时应考虑哪能些条件？（5分）

岩基所能负担的最大荷载。当岩基承受这种荷载时，岩基中某一区域处于塑性平衡状态取塑性区，使岩基沿某一面产生滑动求解计算时，应满足平衡条件，塑性平衡条件，边界条件。

10

二、作图题：（5分） 直剪破坏试验全过程曲线可分几段？各区段的特点是什么？ 岩石直剪破坏试验全过程曲线如图所示 该曲线共分三段。第一段：原点—τp区段，该段近似为一直线即变形为弹性，τp为极限强度(即裂隙开始发展的强度)； 第二段：τp－τ f区段，τf为峰值强度，该段内裂隙发展至破坏；第三段：τf—τo区段。τo为剪断面上的摩擦力(剩余强度) 第 2页 共 5 页 ?(MPa)???1234?v(mm)??''''?'''?''?'fffff01234567?n(mm)0?0?'?''?'''?'''''? 三、选择题：（2/题）（共10分） 1、模量比是指： a. 岩石的 单轴抗压强度和它的弹性模量之比。（√ ） b. 岩石的 弹性模量和它的单轴抗压强度之比。（ ） c. 岩体的 单轴抗压强度和它的弹性模量之比。（ ） d.岩体的 弹性模量和它的单轴抗压强度之比。（ ） 2、室内静荷载单轴抗压强度试验要求加荷速度：

a.0.5_0.8MPa/s （ ） b. 0.5_1.0MPa/s （ √ ） c. 0.3_0.5MPa/s （ ） d. 0.3_0.8MPa/s （ ）

3、 a. k?EE （ √ ） b. k? （ ）

(1??)?(1??)?c. k??E?E （ ） d. k? （ ） ??1??4、下列研究岩石弹性、塑性和粘性等力学性制裁的理想力学模型中，哪一种被称为凯尔文模型？（ ）

（A）弹簧模型 （ ） （B）缓冲模型 （ ）

（C）弹簧与缓冲器并联 （√ ） （D）弹簧与缓冲器串联 （ ）

5、岩坡发生在岩石崩塌破坏的坡度，一般认为是（ a ）。

（A）>45°时 （B）>60°时 （C）>75°时 （D）90°时 五、计算题：（45分）

1、将直径为3cm的岩心切成厚度为0.7cm的薄岩片，然后进行劈裂试验，当荷载达到1kN时，岩片即发生开裂破坏，试计算试件的抗拉强度。（4分） 解： Rt?2Pmax

?Dl11

2、已知某岩体的容重γ=26KN/m、抗剪强度c=0.017MPa，φ=30。如果基于这种岩体设计以其坡高系数H’=1.6，试求该边坡的极限高度H。（4分）

2c?/H90?tg(45o?) （2分） H?HH90 (2分)

?22、设某花岗岩埋深一公里，其上复盖地层的平均容重为

，花岗岩处于弹性状态，泊松比

3。

。该花岗岩在自重作用下的初始垂直应力和水平应力分别为多大？（8分）

第 3页 共 5 页 解答

（1）垂直应力计算

（2）水平应力计算

其中：侧压力系数的大小与岩体的性质有关，当岩体处于弹性状态时，采用弹性力学公式；当岩体比较

破碎时，采用松散介质极限平衡理论公式；当岩体处于潜塑状态时，采用海姆公式。因为本题岩体处于弹性状态，所以采用弹性力学公式，侧压力系数

为

所以：

3、假设洞室边墙处的节理面倾角洞室处平均垂直应力的平衡？（10分）

=50。如图，内摩擦角

0

=40，粘结力C=0，即无粘结力，由实测知道

时才能维持边墙

0

，试计算岩石锚杆在边墙处应提供多大水平应力

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