矿山岩体力学考试题

中国矿业大学2011～2012学年第2学期《矿山岩体力学》试卷（A）卷参考答案考试时间：100分钟考试方式：闭卷学院班级姓名学号题号一二三四总分得分阅卷人一、选择题（本大题共10小题，每题2分，共20分）1、岩体的强度小于岩石的强度主要是由于（A）。（A）岩体中含有大量的不连续面（B）岩体中含有水（C）岩体为非均质材料（D）岩石的弹性模量比岩体的大2、岩体的尺寸效应是指（B）。（A）岩体的力学参数与试件的尺寸没有什么关系（B）岩体的力学参数随试件的增大而增大的现象（C）岩体的力学参数随试件的增大而减小的现象（D）岩体的强度比岩石的小3、一般把应力变化超过原岩应力（A）%的区域称为采动影响区。（A）5（B）6（C）8（D）104、岩石的吸水率是指（B）。（A）岩石试件吸入水的重量和岩石天然重量之比（B）岩石试件吸入水的重量和岩石干重量之比（C）岩石试件吸入水的重量和岩石饱和重量之比（D）岩石试件天然重量和岩石饱和重量之比5、大体而言，构造应力的方向（A）（A）近似水平（B）竖直方向（C）沿断层方向（D）沿煤层走向6、一般情况下，岩石的抗压强度随着围岩的增大（A）。（A）而增大（B）而减小（C）保持不变（D）会发生突变7、格里菲斯强度理论确定的材料的单轴抗压强度是单轴抗拉强度的（C）倍。（A）4（B）6（C）8（D）128、平面问题的弹性力学基本方程有（C）个。（A）3（B）6（C）8（D）159、我国岩体分类中的BQ分类的基本质量指标是由哪两个指标确定的？（B）。（A）RQD和节理密度（B）岩石单轴饱和抗压强度和岩体的完整性指数（C）地下水和RQD（D）节理密度和地下水10、地应力是指（A）。（A）未受开挖影响的原始地应力（B）未支护时的围岩应力（C）开挖后岩体中的应力（D）支护完成后围岩中的应力二、名词解释（本大题共10小题，每题3分，共30分）1、软化系数:材料在水饱和状态下的无侧限抗压强度与在干燥状态下的无侧限抗压强度的比值。2、三轴抗压强度：岩石在三向压缩载荷作用下达到破坏时所承受的最大压应力。3、泊松比：岩石横向应变和纵向应变的比值。4、残余变形：岩石加载后再卸载不能恢复的变形称之为残余变形。5、普氏系数：单轴抗压强度除以10后的值称为岩石的普氏系数。6、强度准则：岩石在极限应力状态下的应力状态和岩石强度参数之间的关系。7、岩石的孔隙率：岩石孔隙体积和岩石总体积的比值。8、流变性质：材料应力-应变关系和时间有关的性质。9、围岩压力：围岩作用于支护结构上的力。10、岩石质量指标RQD：长度大于10cm的岩芯段长度之和与钻孔总长的比值。三、简答题（本大题共6小题，每题5分，共30分）1、解释岩石与岩体的概念，指出二者的主要区别和相互关系。岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体。广义的岩石是指岩块和岩体的泛称，狭义的岩石则专指岩块。岩体：由结构面及其所包围的结构体共同组成的集合体。（岩体则是指在一定的地质条件下,含有诸如节理,裂隙,层理和断层等地质结构面的复杂地质体由岩块和各种各样的结构面共同组成的综合体）岩块：由结构面切割出的结构体叫岩块。区别联系，见下表：答出部分即可。特征岩石岩体物质组成由结晶矿物、非晶质基质、碎屑颗粒、胶结物质分别组合构成。由一种或一种以上的岩石组合而成，是岩块的集合体，即由结构面和结构体共同组成。结构根据成分及矿物颗粒性质不同可分为结晶结构，碎屑结构及生物化学和胶体化学沉积的致密结构。根据结构面、结构体性质不同，大体分为整体结构，层状结构，块状结构，碎裂结构及散体结构。完整性除受构造影响而有一些隐微裂隙外，一般完整性好，不易分散解体。由于结构面发育程度不同，结构体形态，大小不一，其完整性悬殊。均质性绝大多数岩石致密均质，可看作均匀介质。由于岩石组合不同，结构面和结构体特征不同，呈明显的非均质性各向异性岩石内包含层面时具各向异性特点，同一层面内则显示各向同性。一般块状岩石为各向同性体。不论岩石组合状况如何，由于结构面方位、发育程度及充填情况不一，岩体有明显的各向异性。连续性矿物颗粒一般接触紧密，其间空隙充填胶结较好，可认为是连续体。多裂隙岩体由于各种结构面发育，一般属于非连续体。强度特征是由微小结构起控制作用，其整体强度较为均一，峰值强度比岩体大。主要受软弱结构面及岩石组合控制。由于结构面，结构体的特性不同，其整体强度悬殊很大。具有明显的强度不均一性。峰值强度及残余强度比岩石小。破坏机理岩石在单向受压时以剪切破坏为主，有时出现拉断破坏，在围压状态下基本上是剪切破坏。多裂隙岩体为无拉伸强度材料，受拉极易开裂，受压时常沿软弱结构面产生破坏。2、2、简述地应力分布的基本规律。地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场．它是时间和空间的函数。实测垂直应力基本等于上层岩层的重量。水平地应力普遍大于垂直地应力。平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小，但在不同地区，变化的速度很不相同。最大水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线性增长关系。最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大，显示出很强的方向性。地应力的上述分布规律还会受到地形、地表剥蚀、风化、岩体结构持征、岩体力学性质、温度、地下水等因素的影响，特别是地形和断层的扰动影响最大。3、画出岩石典型的全应力应变曲线，并简要叙述几个阶段的特点。（1）压密阶段（2）弹性工作阶段（3）塑性性状阶段（4）破坏阶段4、简述静水压力状态下圆形硐室应力分布的特点。（1）切向应力为最大主应力，径向应力为最小主应力；（2）围岩中任一点的径向应力与切向应力之和为一常数；（3）应力集中最大在硐石周边，切向应力为原岩应力的2倍；（4）影响范围为硐石半径的3～4倍。5、结合本课程的学习简述矿山岩体力学的特点。（1）采深大。其它工程部门在地下开挖的巷硐大都在离地表不深的地点，而采矿工程的作业地点常在地下几百米深处，甚至达二、三千米以上。深部岩体动态与地表附近大不相同，地表附近岩体的破坏形式一般为脆性断裂，而较深处岩体则属粘塑性破坏，其次，岩体的应力状态也不相同，浅部岩体垂直应力与水平应力之差一般很明显，深部岩体却相差不甚显著。上述情况使矿山岩石力学所采用的地压计算方法和测试技术与其它工程相比有所不同。（2）地下开采过程中安设的人工支护大多是服务年限不长或维护时间较短的临时结构物，只要求其在开采期间不致破坏或适时破坏，在开采后能维持平衡状态不危害地面安全即可，而且许多工程结构物还可以随采随废。所以，在计算精度、安全系数及岩体加固等方面的要求一般均低于水利水电、交通、建筑和国防等部门的标准。（3）由于采矿作业地点必须服从于有用矿物的自然埋藏地点，使得选择地下工程建筑物的位置往往受很大限制。（4）其他工程部门中研究的对象多是开挖后即不再转移的地下硐室或隧道，而矿井的采掘工作面是不断移动的，这就要求矿山岩石力学必须考虑难以预见的复杂地质变化对工程结构带来的影响。由于大面积开采还会引起采空区上方大量岩层移动和破坏，研究这些岩层的运动、破坏和平衡规律及其控制方法，是矿山岩石力学的重要课题，这也是区别于其他应用性岩石力学学科的重要内容。6、画出典型的岩石蠕变曲线，并简要叙述各个阶段的特点。首先，在开始加载的瞬间，试件立即产生一个瞬时的弹性应变（图中OA段），这一段所经时间极短，可看作与时间无关。由A到B这一段应变不断增加，但应变速率逐渐减小，故曲线是下凹型，AB段称为过渡蠕变或第一阶段蠕变.由B到C这一段应变以恒定的速率增长，故BC段称为定常蠕变或第二阶段蠕变，这个阶段的时间延续最长。在C点以后应变又加速增长，故曲线呈上凹型，当应变达到某个数值D点时试件破坏，加速蠕变或第三阶段蠕变。一、计算题（本题20分）某一岩石试件进行单轴压缩实验，其压应力达到28.0MPa时发生破坏，且岩石的破断角为60°，设其抗剪强度为直线型。（300001sin1sin1sin1cos2C，2sintan1)tan(2331）（ctgC）试计算：（1）该岩石的c,值；（4分）（2）破坏面上的正应力和剪应力；（4分）（3）在正应力为零的面上的抗剪强度；（3分）（4）在与最大主应力作用面成30°的面上的抗剪强度。（2分）（5）当围压为5MPa时，求岩石破坏时的应力。（3分）（6）当围压为3MPa时，若岩石内有一结构面，其内摩擦角为15°，内聚力为5MPa，结构面的抗剪强度也为直线型，当结构面和第一主应力成什么角度时，岩体破坏时的第一主应力最小，并求该值。（4分）解：（1）由题意2cos28.01sin45602ccMPa3028.0(1sin30)8.082cos30c（2）由题意1328.0,0MPa正应力13131111()()cos228.028.00.57.02222MPa剪应力1311()sin228.00.88612.1222MPa（3）由题意0时，由tan8.08cMPa（4）13131111()()cos228.028.00.521.02222MPa抗剪强度tan8.0821tan3020.2cMPa（5）300001sin1sin1sin1cos2C=28+15=43MPa（6）5.522/1545fffC23min1123=18.12MPa（或带入2sintan1)tan(2331）（ctgC，答案一样。）