江西理工大学岩石力学与工程试卷

试卷编号：08151318江西理工大学试卷纸第页共六页12017学年-2018学年第一学期课程名称：岩石力学与工程考试时间：2018年01月08日考试性质;[正考]考试方式：[闭卷]试卷类别（A、B)：共{3}大题温馨提示请考生自觉遵守考试纪律、争做文明大学生。如有违反纪律，将严格按照《江西理工大学学生违纪处分规定》处理。专业班级学号姓名题号一二三四五六七八九十十一十二总分得分一、名称解释1.软化性：岩石浸水后强度降低的性能。2.软化系数：饱和岩石抗压强度与干燥岩石抗压强度的比值。3.残余强度：当剪切面上得剪应力超过了峰值剪切强度后，剪切破坏发生，然后在较小的剪切力作用下就可以使岩石沿剪切面滑动。能使破坏面保持滑动所需的较小剪应力就是破坏面的残余强度。4.蠕变：当岩石应力不变时，变形随时间增长而增长。5.真三轴压缩实验：岩石在三向压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压应力称为7.岩石的三轴抗压强度。6.扩容：当外力继续增加，岩石试件的体积不是减小，而是大幅度增加，且增长速率越来越大最终将导致岩石试件的破坏，这种体积明显扩大的现象称为扩容。7.抗剪切强度：岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力。8.三轴抗压强度：岩石在三向压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压应力。9.地应力：存在于地层中的未受工程扰动的天然应力。10围岩：由于人工开挖后使岩体应力发生了变化，而这部分应力状态的岩体称为围岩。11.等应力轴比：是使巷道周边应力均匀分布时的椭圆长短轴指比12.端部效应：当试件受上下两个铁板加压时，铁板与试件端面之间存在摩擦力，因此栽试件端部存在剪切应力，阻止试件端部的侧向变形。13.长期强度:使蠕变类型由趋稳蠕变类型转变为典型蠕变类型的临界应力。14.泊松比：岩石的横向应变绝对值与纵向应变绝对值的比值。15.原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力为原岩应力，也称为岩体初始应力，绝对应力。16.岩体的结构：指岩体中结构面和结构体的形态和组合特征。17.残余变形：物体受力变形，在外力去除后，变形不能完全恢复，不能恢复的那部分变形称为残余变形。18.应变硬化现象：试件的承载力随围压稳定增长的现象。19.弹性后效：停止加、卸载，应变需经过一段试件达到应有值的现象。20.岩石指标值影响的因素:试件尺寸、试件形状、试件三维尺寸比例、加载速率、湿度。21.马克斯维尔体：一种弹黏体，它由一个弹簧和一个阻尼器串联组成。试卷编号：08151318江西理工大学试卷纸第页共六页2二、简答题1.单轴压缩条件下岩石变形特征？①.孔隙裂隙压密阶段（OA段）：时间中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合，岩石被压密，形成早期的非线性变形，σ-ε曲线呈上凹形。在此阶段试件横向膨胀较小，试件体积随荷载增大而减小。本阶段变形对裂隙化岩石来说较明显，而对坚硬少裂隙的岩石则不明显，甚至不显现。②.弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段（AC段）：该阶段的应力-应变曲线呈近似直线形。其中AB段位弹性变形阶段，BC段位微破裂稳定发展阶段。③.非稳定破裂发展阶段，或称累进性破裂阶段（CD段）：C点事岩石从弹性变为塑性的转折点，称为屈服点。相应于该点的应力为屈服应力，其值约为峰值强度的三分之二。进入本阶段后，微破裂的发展出现了质的变化，破裂不断发展，直至试件完全破坏。试件由体积压缩转为扩容，轴向应变和体积应变速率迅速增大。本阶段的上界应力称为峰值强度。④.破裂后阶段（D点以后段）：岩块承载力达到峰值强度后，其内部结构遭到破坏，但试件基本保持整体状。到本阶段，裂隙快速发展，交叉且相互联合形成宏观断裂面。此后，岩块变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移，试件承载力随变形增大迅速下降，但并不降到零，说明破裂的岩石仍有一定的承载力。2.简述浅部地壳应力分布的一般规律？答：1.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。2.实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量。3.水平应力普遍大于垂直应力。4.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。5.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。6.最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大。7.地应力的分布规律还会受到地形地貌的影响。3.什么叫岩石的强度，岩石的破坏有几种类型？答：岩石的强度就是岩石抵抗外力作用的能力，岩石破坏时能承受的最大应力。类型：1.X状共轭斜面剪切破坏，是最常见的破坏形式2.单斜面剪切破坏，这种破坏也是剪切破坏3.塑性流动变形，线应变≧10%4.破坏拉伸，在轴向压应力作用下，在横向将产生拉应力，这是泊松效应的结果这种类型的破坏就是横向拉应力超过岩石抗拉极限所引起的。4.莫尔强度理论的基本特点有哪些？答：莫尔强度理论是一种剪应力强度理论，塑脆性岩都使用，能解释岩石在三向等拉时会破坏，而三向等压时不会破坏。缺点：忽略了主应力σ2的影响，忽略了结构面影响，不适用拉应力，膨胀和蠕变。试卷编号：08151318江西理工大学试卷纸第页共六页35.全应力-应变曲线的工程意义？答：1.揭示岩石试件破裂后，仍具有一定的承载能力。2.预测岩爆。3.预测蠕变破坏。4.预测循坏加载条件下岩石的破坏。6.围压对岩石变形的影响得出如下结论：1.随着围岩的增大，岩石的抗压强度显著增加2.随着围岩的增大，岩石的变形显著增大3.随着围岩的增大，岩石的弹性极限显著增大4.随着围岩的增大，岩石的应力-应变曲线形态发生明显改变。岩石的性质发生了变化：由弹脆性→弹塑性→应变硬化。7.围岩与支架的共同作用?答：支架所受的压力及变形，来自于围岩在自身平衡过程中的变形或破裂，而导致的对支架的作用。因此，围岩形态及其变化状态对支护的作用有重要影响。另一方面，支护以自己的刚度和强度抑制岩体变形和破裂的进一步发展，而这一过程同样也影响支护自身的受力。于是，围岩与支护形成一种共同体，共同体两方面的耦合作用和互为影响的情况成为围岩-支架的共同作用。8.围岩与支架的共同作用原理。答：周边位移与支护反力成反比，支护刚度越小，巷道变形越大，在变形未达到破坏应变前，让巷道有足够的位移，使围岩应力释放，从而有利于维持巷道的稳定，当围岩和支架的作用力趋于平衡后，再喷射一层水泥沙浆，为巷道的稳定增加安全系数。9.围岩与支架共同作用原理的规律?答：1.围压强度大，围岩变形小，支护作用小。2.支架刚度大，支护作用大，围岩变形小。3.支护时间越晚，支护作用力越小，围岩变形大。岩石的破坏形式：就其破坏本质而言，岩石破坏有以下三种类型：1.拉破坏2.剪破坏3.塑性流动破坏。2.消除端部效应的方法：1.润滑试件端部2.加长试件，减少受力锥形体影响。三、计算题1.某均质岩石的强度曲线为τ=σtanφ+c,其中c=40MPa,φ=30°试求在侧向围岩应力σ3=20MPa的条件下，岩石的极限抗压强度。并求出破坏面的方位。2.将一个岩石试件进行单轴试验，当其压应力达到27.6MPa时,即发生破坏，破坏面与最大主应力面的夹角为60°假设抗剪强度随正应力呈线性变化，试计算:(1)在正应力等于零的那个平面上的抗剪强度；(2)在七述试验中与最大正应力面的夹角为30°的那个平面上的抗剪强度；(3)内摩擦角；试卷编号：08151318江西理工大学试卷纸第页共六页4(4)破坏面上的正应力和剪应力。试卷编号：08151318江西理工大学试卷纸第页共六页51.简述喷锚联合支护的力学中作用。答：1.是从结构观点出发，如把喷层与部分围岩组合在一起，视作组合梁或承载拱，或把锚杆看做是固定在围岩中的悬吊杆等。2.是从围岩与支护的共同作用观点出发，支护结构不仅承受来自围岩的压力，而且反过来也给围岩以压力，由此改善围岩的受力状态、施作喷锚支护后，还可提高围岩的强度指标，从而提高围岩的承载能力。目前普遍认为后一种观点更能反映支护与围岩共同作用的机理。2.简述结构面填充物厚度对岩体力学性质的影响特点。答：1.薄膜充填：厚度小于2mm，由风化矿物和应力矿物组成，结构面强度明显降低2.断续充填：厚度小于起伏差，强度与填充物和结构面有关3.连续充填：厚度稍大于起伏差，强度取决于填充物4.厚层充填：厚度远大于起伏差，强度取决于充填物，易滑移。3.岩体结构的主要类型有哪些？答：按岩体被结构面分割的程度或结构体的形态特征，可将岩体结构划分为整体结构，块状结构，碎裂结构，层状结构，散体结构。4.地应力对岩体力学强度的影响特点？答：1.地应力影响岩体的承载能力2.地应力影响岩体的变形和破坏机制3.地应力影响岩体中的应力传播法则。5.什么是岩石的扩容？简述岩石扩容的发生过程？答：岩石在荷载作用下，其破坏之前产生的一种明显的非弹性体积变形。对E和U为常数的岩石，其体积应变曲线可分为三个阶段：1.体积变形阶段：体积应变在弹性阶段内随应力的增加而呈线性变化2.体积不变阶段：在这一阶段，随应力的增加，岩石体积应变增量接近为零，岩石体积几乎不变3.扩容阶段：外力继续增加时，岩石的体积不是减小，而是增加，增加速率越来越大，最终岩石破坏。6.影响岩石力学性质的主要因素有哪些？如何影响？答：水的影响：连结作用，润滑作用，水楔作用，孔隙压力作用。温度的影响：温度越高延性越大，屈服点越低，强度越低。围岩的影响：在高围压下，岩石的变形、强度和弹性极限都增加。加载速度越快弹性模量越大，强度值越高。7.什么是岩石的强度，岩石的破坏有几种类型？答：岩石的强度是岩石抵抗外力破坏的能力。破坏是指岩石材料的应力或应变超过了自身的应力或应变的极限。岩石的破坏形式主要有两种：断裂破坏（应力达到强度极限）和流变破坏（出现显著的塑性变形或流动现象）。8.非稳定蠕变变形的几个过程？答：初始蠕变阶段，等速蠕变阶段，加速蠕变阶段。9.简述喷锚联合支护的力学中作用？答：稳定结构面，有悬吊作用，减跨作用，组合梁作用，组合拱作用，加固作用10.岩石的物理性质：指由岩石固有物质组成和结构特征所决定的比重、容重、孔隙率等基本性质。质量指标（容重、密度、比重）孔隙性（孔隙率、孔隙比）水理性质（含水率、吸水率、饱水率、渗透性）抗风化指标（膨胀性、崩解性、软化性、抗冻性）。11.岩石的膨胀性指岩石浸水后体积增大的性质。某些含粘土矿物成分的软质岩石，经水化作用后在粘土矿物的晶格内部或细分散颗粒的周围生成结合水溶剂腔（水化膜），并且在相邻近的颗粒间产生楔劈作用力大于结构联结力，岩石显示膨胀性。试卷编号：08151318江西理工大学试卷纸第页共六页612.岩石的崩解性：指岩石与水相互作用时失去粘结性并变成完全丧失强度的松散物质的性能。这种现象是由于水化过程中削弱了岩石内部结构的结构联结引起的，常见于由可溶盐和粘土质胶结的沉积岩地层中。岩石崩解性一般用岩石的耐崩解性指数表示，这个指标可以在实验室内做干湿循环试验确定。13.岩石单轴抗压强度：岩石试件在单轴压力的作用下所能承受的最大压应力。单轴抗压强度等于达到破坏时最大轴向压力除以试件的横截面积。14.岩石的抗拉强度：岩石试件在单轴拉力作用下抵抗破坏的极限能力，它在数值上等于破坏时的最大拉应力。15.岩石的破坏形式：就其破坏本质而言，岩石破坏有以下三种类型：1.拉破坏2.剪破坏3.塑性流动破坏。16.影响岩石力学性质的因素：1、岩石自身性质，矿物组成，结构构造2.岩石环境影响因素，水、温度、加载速度、围压、风化程度。17.围压对岩石变形的影响得出如下结论：1.随着围岩的增大，岩石的抗压强度显著增加2.随着围岩的增大，岩石的变形显著增大3.随着围岩的增大，岩石的弹性极限显著增大4.随着围岩的增大，岩石的应力-应变曲线形态发生明显改变。岩石的性质发生了变化：由弹脆性→弹塑性→应变硬化。18.围岩对岩石力学性质的影响?答：由三轴压缩试验可知：岩石的脆性和塑性并非岩石固有的性质，它与其受力状态有关，随着受力状态的改变，其脆性和塑性是可以相互转化的。在三轴压缩条件下，岩石的变形、强度和弹性极限都有显著的增大。19.喷射混凝土的特点和使用？答：混凝土喷层可以及时封闭岩面，隔绝水、湿气和风化作用对岩石的不利作