岩石力学试卷一及答案

\20～20学年第学期级专业试题学号：姓名：……………………………………密…………封……………线…………………………………一二三四五六七八九总分一、简答题：（40分）1、岩石力学的定义（5分）2、何为岩石的强度？表示岩石强度的指标有哪些？（5分）3、试述学过的岩石破坏准则(要求列举4个)列出相应的表达式且说明各自的适用情况。（7分）第1页共6页\20～20学年第学期级专业试题学号：姓名：……………………………………密…………封……………线…………………………………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）5、详细介绍压力拱理论？（8分）6、什么叫滑坡？滑坡动面的形式有几种？（5分）7、什么叫岩基极限承载力？计算时应考虑哪能些条件？（5分）第2页共6页\20～20学年第学期级专业试题学号：姓名：……………………………………密…………封……………线…………………………………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？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.)1(Ek（）b.)1(Ek（）c.Ek（）d.1Ek（）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）45°时（b）60°时（c）75°时（d）90°时第3页共6页\20～20学年第学期级专业试题学号：姓名：……………………………………密…………封……………线…………………………………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）2、已知某岩体的容重γ=26KN/m3、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）3、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。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4页共6页20～20学年第学期级专业试题学号：姓名：……………………………………密…………封……………线…………………………………4、假设洞室边墙处的节理面倾角=500。如图，内摩擦角=400，粘结力C=0，即无粘结力，由实测知道洞室处平均垂直应力，试计算岩石锚杆在边墙处应提供多大水平应力时才能维持边墙的平衡？（10分）5、在地下100m深度处开挖一地下洞室，其断面尺寸为5m×5m。岩石性质指标为：凝聚力c=200kPa，内摩擦角33，容重=25kN/m3，侧压力系数7.00K。已知侧壁岩石不稳，试用太沙基公式计算洞顶垂直山岩压力及侧墙的总的侧向山岩压力。（9分）已知：2020102bztgkpeetgKcrbqbztgk第5页共6页20～20学年第学期级专业试题学号：姓名：……………………………………密…………封……………线…………………………………6、有压隧洞的最大内水压力p=2.8MPa，隧洞(内)半径为2.3m，用厚度为0.4m的混凝土衬砌。已知混凝土的弹性模量1E=1.8×104MPa，泊松比333.01。岩石的弹性模量2E=1.1×104MPa，泊松比2=0.367。试求：（10分）1)离中心2.5m处的衬砌内的应力；2)离中心3.5m处的围岩附加应力。（已知：λ=0.564）第6页共6页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）最大正应力理论0))()((223222221RRR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：0)()()(222132231222321RRR脆性材料塑性材料八面体剪应力理论最大剪应力理论232232221223122322221)()()(0)()()-(RRR莫尔库仑理论：tgcfMpa10岩石中大部分材料sin23131ctg莫尔理论)(ff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))(42yxyRtRt0331)(8)(31231Rt破裂角：arc21)(23131as0331Rt3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。第1页共5页经验公式：帕顿提出的：21331)(SRcmRcRc(S=1岩块0S1岩体)适合于大部分岩石(体)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22fbxyb2拱的跨度拱高：fbh2012)245(htgbbk0h为洞室高度1b为洞室跨度karetgfkkf为坚固系数10Rctgcf（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。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－τf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0123456702143n(mm)v(mm)(MPa)0f'''''''''''f''''f'''f''f'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.)1(Ek（√）b.)1(Ek（）c.Ek（）d.1Ek（）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：DlPRtmax22、已知某岩体的容重γ=26KN/m3、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）)245(290otgcH（2分）90/HHH(2分)2、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。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=500。如图，内摩擦角=400，粘结力C=0，即无粘结力，由实测知道洞室处平均垂直应力，试计算岩石锚杆在边墙处应提供多大水平应力时才能维持边墙的平衡？（10分）解：按公式：则：第4页共5页即岩石锚杆在边墙处提供的水平应力应等于时，才能维持边墙平衡。4、在地下100m深度处开挖一地下洞室，其断面尺寸为5m×5m。岩石性质指标为：凝聚力c=200kPa，内摩擦角33，容重=25kN/m3，侧压力系数7.00K。已知侧壁岩石不稳，试用太沙基公式计算洞顶垂直山岩压力及侧墙的总的侧向山岩压力。已知：2020102bztgkpeetgKcrbqbztgk（9分）解：245012tghbb这时，2020102bztgkpeetgKcrbqbztgk)245(21ohtge)245()(202otghhe)245()2(2120oktghhhP5、有压隧洞的最大内水压力p=2.8MPa，隧洞(内)半径为2.3m，用厚度为0.4m的混凝土衬砌。已知混凝土的弹性模量1E=1.8×104MPa，泊松比333.01。岩石的弹性模量2E=1.1×104MPa，泊松比2=0.367。试求：（10分）1)离中心2.5m处的衬砌内的应力；2)离中心3.5m处的围岩附加应力。（已知：λ=0.564）解：混凝土衬砌传给岩石的压力为：ppbMPa求离中心3.5