工程岩体力学试题参考答案

2010年秋季学期研究生课程考试试题答案一：名词解释（38=24分）1长期强度在趋于稳定蠕变与非稳定蠕变之间必须存在某一临界应力或荷载条件，当岩石所受应力小于该临界值时，蠕变趋于稳定，岩石不破坏；而当岩石所受应力大于该临界值时，蠕变不会趋于稳定，岩石最终达到破坏，这一临界值成为岩石长期强度。2坚固性系数使用增大内摩擦系数来补偿被忽略掉的内聚力，这种增大了的内摩擦系数叫做岩体的坚固系数。由俄罗斯学者于1926年提出的岩石坚固性系数（又称普氏系数）至今仍在矿山开采业和勘探掘进中得到广范应用。岩石坚固性系数f表征的是岩石抵抗破碎的相对值。因为岩石的抗压能力最强，故把岩石单轴抗压强度极限的1/10作为岩石的坚固性系数。3八面体剪应力空间直角坐标系oxyz八个象限的等倾平面构成一个封闭的正八面体，作用于这种八面体上的剪应力即为八面体剪应力。4变形围岩压力支护结构由于阻止变形作用的继续发展引起围岩压力。因为硐室开挖引起二次地应力而使得围岩过大变形所产生的围岩压力叫做形变围岩压力。因隧硐围岩变形而产生对衬砌压力称为变形围岩压力5软弱夹层张开结构面中夹有一定厚度的软弱物质称为软弱夹层。在某种沉积岩形成过程中，由于沉积条件发生暂时性变化，往往出现一些局部的软弱夹层，这些软弱夹层受力时很容易滑动破坏而引起工程事故。6残余强度试件达到极限强度后破坏，后经过较大变形，应力下降到一定值之后到达一点便保持为常数，该点所对应的应力值即为残余强度。7松弛时间在剪应变保持不变条件下，使初始剪应力0衰减到e/0所需要的时间。8岩体结构效应指岩体结构对其变形性质的影响与控制作用，包括结构体、结构面及其组合关系三个方面，其中结构面对岩体变形的作用效应尤为突出。二：简答题2.1绘图说明孔隙水压力强度效应。（6分）左图孔隙水压力对岩体强度的影响L—莫尔强度包络线O1—总应力莫尔圆O2—有效应力莫尔圆Pw=0时总应力莫尔圆位于莫尔强度包络线L右侧，岩体处于稳定状态，而孔隙水压力Pw增加时应力莫尔圆向左移，直到与应力莫尔圆强度包络线L相切，到破坏。2.2绘图说明应力路径强度效应。（6分）图b岩石减压时（32）引起点e的应力值应该接近并略低于扩容点应力值，否则岩石强度将于应力途径无关，同时，在岩石破坏前减低围压时便可以使岩石由延性破坏向脆性破坏转化岩石也不可能只是由于最大主应力1增加而发生变形及破坏，中间主应力2和最小主应力3变化对岩石扩容及强度影响大。2.3岩体结构研究工程意义。（6分）在工程上，研究岩体力学的目的是探讨由于工程活动使岩体赋存环境条件改变而导致其发生再变形及再破坏的规律，而影响与控制岩体的这种再变形及再破坏方式的主要因素在于岩体的结构形式。从工程应用角度来说，很强调从岩体实际出发，确定表述岩体的组成、结构及变性特征的地质模型，据此抽象出物理模型及力学模型，并且建立岩体变形本构方程，研究其再变形及再破坏规律。由此可知，地质模型是工程岩体的力学模型基础，而地质模型的特征标志是岩体的结构形式，足见岩体结构的工程意义。2.4如何理解八面体强度理属于塑性力学理论与八面体强度条件几何意义。（12分）因为八面体强度理论仅用于以塑性破坏或延性破坏方式为主的岩石，所以属于塑性力学理论。几何意义：八面体强度理论是一个柱面方程，它在等倾面上投影是一个圆。若落于圆柱面内材料不屈服；若落于圆柱面上材料达到极限状态；若落于柱外材料破坏。2.5格里菲斯强度理论评述。（8分）1）该理论的假设相对粗糙，对结果有一定影响2）存在局限性，只有当裂缝张而不闭合时才能用3）就研究岩体裂隙对破坏强度而言，该理论作为一种数学模型很有用4）它能解决很多岩体裂隙问题2.6结构面力学性质主要影响因素。（6分）影响因素主要有：结构面成因、结构面间是否有软弱夹层、结构面粗糙程度、几何形状、含水量、贯通性、等级、成因机制等三计算题3.1解：由正弦定理0020sin140sinADABAB=28.2m1分SABD=213.72643.0151521140sin0BDABm21分单位厚度重力GABD=SABDKN6.18942.263.7211分滑动力KNGABDf9.64720sin6.189420sin002分抗滑力1tan20cos0ABcGRABDf=1894.60.940.268+0.1810328.21=5553.282分安全系数K157.89.64728.5553ffR安全2分无需加固1分3.2解：据格里菲斯强度理论2分MPa9.31.1932.6133102分MPa2.1531.192.61)1.192.61()(312312分MPat8.152)7.8(882分由于t8)(31231岩体破坏2分3.3解：由八面体强度理论2分y2)()()(2132322213分将MPa122MPa53MPacy16代入上式得到221221162)5()512()12(2分解得MPa3.2313分（舍去负值）2分