岩石力学资料整理

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1、1、简述岩石的分类及其特点。答：根据岩石的地质成因可将岩石分为三大类：岩浆岩、沉积岩和变 质岩。岩浆岩：是岩浆冷却凝结而形成的岩石。该岩石具有一定的 可塑性，化学成分复杂，多为各种金属矿物，并含有一定的酸性和碱 性成分。根据成岩环境的不同，又可将岩浆岩分为深成岩、浅成岩和 喷出岩三类。沉积岩：是指风化产物经搬运、沉积、胶结和成岩作 用而形成的岩石。具有层理构造，岩性一般具有明显的各向异性。按 照形成条件和构造特点，沉积岩可以分为火山碎屑岩、胶结碎屑岩、 粘土岩、化学岩和生物化学岩等。变质岩:是在已有岩石的基础上， 经过变质混合作用而形成的岩石。同一岩层随着矿物组分及组织结构 的不同而发生变异，

2、在变质作用力的影响下，形成了变质岩特有的片 理、剥理、板理、片麻结构、流劈理、流动扭曲褶皱等，而这些现象 使得变质岩具有极为明显的不均质性和各向异性。2、影响岩石力学性质的因素有哪些？答：岩石的力学性质是指岩石抵抗外力作用的性能，即变形特征和强 度特征。影响岩石力学性质的因素归纳起来有两方面：岩石的地质 特征，包括岩石的矿物组成、岩石的结构特征、岩石的构造等，这是 造成岩石具有不同力学性质的本质原因；岩石形成后所受外部环境 因素的影响，包括温度的作用、水的作用、风化剥蚀作用以及冲击加 载速度的影响。3、简述莫尔库仑(MohrCoulomb)强度理论确定岩石破坏的条件。答：根据莫尔库仑强度理论可

3、知，材料的某一点破坏取决于它的最大 主应力。1和最小主应力。3,而与中间应力无关。莫尔一库仑强度 条件为：T = + tan式中，T -岩石的抗剪强度；c-岩石的凝聚力；-正应力；-岩石的内摩擦角也可以写成：（1 3）/（ 1+ 3+2ccot ）=sin ；当。1和O 3满足以上式 子时，岩石就开始破坏。破坏面法线与最大主应力方向夹角为：a =450+ /2另外，也可以在T -平面上作出岩石内某一点应力状态下的 莫尔应力圆，如果所作的应力圆在莫尔包络线以内，说明该点没有破 坏；如果所作的应力圆与莫尔包络线相切或相割，说明该点开始破坏 或已经破坏。7、什么是岩石的蠕变？岩石蠕变分哪三个阶段？画

4、出 岩石蠕变的典型曲线。答：岩石的蠕变就是指在应力不变的情况下 岩石变形（或应变）随着时间t而增长的现象。岩石蠕变分为三个 阶段：在I阶段内，应变一时间曲线向下弯曲，称为初期蠕变或暂时 蠕变；在II阶段内，曲线具有近似不变的斜率，称为二次蠕变或稳定 蠕变；在III阶段内，称为加速蠕变或第三期蠕变，这种蠕变导致迅 速破坏。岩石蠕变的典型曲线如下所示：4、地应力的概念？垂直地应力、水平地应力及其计算表达？答：地应力是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初 始应力、绝对应力或原岩应力。在地质力学中常把构造应力叫做地应 力。垂向地应力：地壳中主要由重力应力构成、基本上呈垂直向的主 应力；水平

5、地应力：主要由地壳中岩石侧向应力和水平向构造应力构 成，基本上呈水平向的主应力。铅垂主应力（上覆岩层压力）：= 丁（）dz最大水平主应力最小水平主应力其中，（）为埋深为z处的岩石密度， g为重力加速度。5、简述水力压裂法测量地应力的原理与方法，画出水力压裂压力典 型曲线。答：当井眼压力足够高时，井壁会劈开一条裂缝，这一过程称为水力 压裂。水力压裂法是目前最准确的地应力测试方法（主要是指最小水 平主应力和地应力方向），它的结果往往作为检验其他方法精度的标 准。在利用油层压裂数据进行地应力分析时，可以用裂缝闭合压力给 出较为准确的最小地应力数据，并根据裂缝扩展方位确定最大水平地 应力方向。裂缝总是

6、沿着最有利的方向扩展和传播，一般的情况下裂 缝沿垂直于最小主地应力的方向扩展。由于最小主地应力一般都是水 平方向，因此裂缝一般是垂直缝，对于直井，现场施工时，只要选择 合适层位，利用低排量泵注设备、井下关闭装置和井下压力计；采用 适当的施工方案；进行几个完整周期的压裂；利用多种裂缝闭合压力 识别方法；就可提ItH K n H II高水力压裂地应力测试和解释的精度。现有的水力压裂最大水平地应 力计算公式是建立在裸眼井基础上的，因此，不能用套管井水力压裂 数据计算最大水平主应力。利pf,ps,pr三个从压裂压力曲线上可以直 接读得的压力值，即可反算地层地应力。6地应力，地应力的由来，影响地应力的因

7、素。答：地应力是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初 始应力、绝对应力或原岩应力。在地质力学中常把构造应力叫做地应 力。垂向地应力：地壳中主要由重力应力构成、基本上呈垂直向的主 应力；水平地应力：主要由地壳中岩石侧向应力和水平向构造应力构 成，基本上呈水平向的主应力。地应力的成因：主要与地球的各种运动过程有关，包括：板块边界受 压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地 壳非均匀扩容等；另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其它物理 化学变化等也也可引起相应的应力场，其中，构造应力场合重力应力 场是现今应力场的主要组成部分。影响地应力的因素：地球的各种构 造运动或板

8、块运动、地形、地表剥蚀、岩体结构特征、岩体力学性质、 温度、地下水等。7. 岩石力学强度准则，摩尔一库仑准则的假设、表示方法、应用。答：主要有6个强度准则：最大正应力理论（认为材料的破坏只取决 于绝对值最大的正应力，此理论只适用于单向应力状态及脆性岩石在 两向应力状态下的受拉情况）、最大正应变理论（该理论材料的破坏 取决于最大正应变，适用于脆性材料，对塑性材料不能使用）、最大 剪应力理论（该理论材料的破坏取决于最大剪应力，适用于塑性岩石 但不适用于脆性岩石，没有考虑中间应力的影响）、八面体剪应力理 论（考虑了中间应力，适用于塑性材料）、莫尔一库仑强度理论、格 里菲斯强度理论（材料内的裂缝在外力

9、作用下产生应力集中，当超过 抗拉强度时，裂缝扩展导致破坏，认为这个更符合实际情况）。莫尔一库仑准则的假设：材料内某一点的破坏，主要取决于它的最大 主应力。1和最小主应力。3,而与中间应力无关。莫尔一库仑强度 条件为：T = + tan式中，T -岩石的抗剪强度；c-岩石的凝聚力；-正应力； 一岩石的内摩擦角也可以写成：（1 - 3）/（ 1+ 3+2ccot ）=sin ；当。1和。3满足以上式子时，岩石就开始 破坏。破坏面法线与最大主应力方向夹角为：a =450+ /2另外，也可以在T -平面上作出岩石内某一点应力状态下的莫尔应力 圆，如果所作的应力圆在莫尔包络线以内，说明该点没有破坏；如果

10、 所作的应力圆与莫尔包络线相切或相割，说明该点开始破坏或已经破 坏。8、地应力分布特点，构造应力叠加问题。答：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；实测垂直地应力基本上等于上覆岩层的重量；水平应 力普遍大于垂直应力；平均水平应力与垂直应力的比值随深度的增 加而减小；最大水平主应力和最小水平主应力也随深度成线性增长 关系；最大水平主应力和最小水平主应力一般相差较大，显示出很 强的方向性。构造应力叠加问题：多次复杂的地壳运动，使地下产生了极其复杂的 不同形态、不同方位、不同性质、不同等级以及不同次序的构造形迹， 就是说构造应力场实质上是随时间演化的、非稳定应力场。由于构

11、造 应力的作用，使得原地应力状态发生很大的变化，最大水平地应力有 可能超过上覆岩层压力。9. 岩石的应力-应变曲线可分成哪几种类型？请画出相应的曲线图？答:(1)线弹性：对于较多数的岩石来说，应力-应变曲线具有近似直线 的形式，如图(a)所示，在直线的未端F点处发生突然破坏。应力-应 变关系可用下式表示：E(2)完全弹性：如果岩石的应力-应变关系不是直线，而是曲线，但 应力-应变间有着唯一的关系，则称这种材料为完全弹性的，即()f弹性：在应力-应变曲线中，如果应力卸载为零时，应变也退为零， 但卸载曲线与加载曲线不同，则这种材料也为弹性的。但此时产生了 滞回效应，加载过程做的功大于卸载过程中做的

12、功。(4)弹塑性：在应力-应变曲线中，不仅卸载曲线与加载曲线不同， 而且应力卸载为零时，应变不恢复为零，则称这种材料为弹塑性的。10. 摩尔-库仑强度理论的要点是什么？答：材料内某一点的破坏主要决定于它的最大和最小主应力，即13、，而与中间主应力无关。根据不同大小主应力比例求得材料的 强度资料，在 曲线上绘制一系列的莫尔应力圆，每一个应力圆 都表示一种极限破坏应力状态，一系列的极限应力圆的包络线代表材料的破坏条件或强度条件，包络线上各点都反映材料破坏时的剪应力 f与正应力 的关系。其普遍形式：（勺二jS。根据该理论，在判断材料内某点处于复杂应力状态下是否破坏时，只要在平面内作该点的莫尔应力圆，

13、如果该圆在莫尔包络线以内则没有破坏， 若刚好与包络线相切，则处于极限平衡状态，若超过，表明破坏了， 该状态实际不存在。11. 试简述海姆假说的基本内容。当静止侧压力系数01K时，就出现了侧向水平应力与垂直应力相等 的所谓静水压力情况。海姆假说：在岩体深处的初始垂直应力与其上 覆岩体的重量成正比，而水平应力大致与垂直应力相等12.1.一直径为5cm，高度10cm的岩石试样进行单轴压缩试验，当压 力达到235kN时，该岩石破坏，破坏面与大主应力作用平面夹角60。 假设抗剪强度满足莫尔-库仑准则，试计算：岩石的抗压强度破坏面上的正应力和剪切应力岩石的内摩擦角和内聚力笞； 抗玉强度，Rt=- = =1

14、20a106A 需 LT 1 4 3.14 (5102f/4(E最大主应力120MpaI最小主应力为0,破坦、回与大主应大作用平E丈角为60 .因bi B 任耳一 120-0 120(7= - - - +- - -cosla =hcasl20 = 60fpa2222r =sin 2a =sinl20 = 52Mpa(3 i根据莫欠-库台准则；45。-f 6。，号q3 0。根据几何关伺可得内聚力,如图所示C =坤/ cot30c-二勺tail30 = 25.4Mpa莫尔区示意医名词解释1. 地应力：自然状态下在原岩体中存在的由于岩石自重和构造应力形 成的分布应力称为地应力，也称岩体天然应力。2.

15、 原岩应力：在工程中指天然存在于岩体之中（内部）而与任何人为因素无关的应力，也称天然应力。3. 残余应力：指没有外力作用时在岩体内部由于某种原因在整个岩体内的不均匀的变形而引起的应力。4. 初始地应力：岩体中存在的未受到工程扰动的原始应力状态下的应 力。5. 自重应力：由于岩体自重而产生的天然应力叫自重应力。6. 构造应力：由于地质构造活动在岩体中引起的应力场，这种应力与 一定范围地质构造有关，其主要特点是水平应力大于覆岩垂直应力分量。这一作用可以持续到 地层深处。7. 应力重分布：岩体受到工程活动扰动，引起岩体中初始应力的转移变化形成的新的应力场状态。8. 二次应力：相对于初始应力而言，岩体

16、上或岩体内部受到人类工程 活动扰动，引起初始应力自然平衡状态的改变，使一定范围内的原始应力重分布形成的新的 应力称为二次应力，或称次生应力。次生应力直接与工程稳定性有关。2、岩体的尺寸效应是指（c）。（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 件的增大而减少的现象 （D）岩体的强度比岩石的小3、影响岩体质量的主要因素为（c ）。（A）岩石类型、埋深（B） 岩石类型、含水量、温度（C）岩体的完整性和岩石的强度（D）岩体的完整性、岩石强度、裂隙密度、埋深4、我国工程岩体分级标准中岩石的坚硬程序确定是按照（A ）。（A）岩石的

17、饱和单轴抗压强度（B）岩石的抗拉强度（C） 岩石的变形模量（D）岩石的粘结力5、下列形态的结构体中，哪一种具有较好的稳定性？（ D） （A） 锥形（B）菱形（C）楔形（D）方形1、A 2、C3、C4、A5、D 6、A 7、C8、B9、A10、D6、沉积岩中的沉积间断面属于哪一种类型的结构面？（ A） （A） 原生结构面（B）构造结构面（C）次生结构面7、岩体的变形和破坏主要发生在（C） （A）劈理面（B）解理面 （C）结构（D）晶面8、同一形式的结构体，其稳定性由大到小排列次序正确的是（B）（A） 柱状板状块状（B）块状板状柱状（C）块状柱状板状（D） 板状块状柱状9、不同形式的结构体对岩体稳

18、定性的影响程度由大到小的排列次序 为（A）（A）聚合型结构体方形结构体菱形结构体锥形结构体（B） 锥形结构体菱形结构体方形结构体聚合型结构体（C）聚合型结构体菱形结构体文形结构体锥形结构体（D）聚合 型结构体方形结构体锥形结构体菱形结构体10、岩体结构体是指由不同产状的结构面组合围限起来，将岩体分割 成相对的完整坚硬的单无块体，其结构类型的划分取决于（D）（A） 结构面的性质（B）结构体型式（C）岩石建造的组合（D）三者都应 考虑1、A2、C 3、C4、A5、D 6、A7、C 8、B9、A10、D 选11、在我国工程岩体分级标准中，岩体基本质量指标是由哪两个指标 村确定的？ （ B）。（A）R

19、QD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12、我国工程岩体分级标准中是根据哪些因素对岩石基本质量进行修 正的？ （ D）。地应力大小；地下水；结构面方位；结构面粗糙度（A）， （B）， （C） （D），13、 测定岩体的初始应力时，最普遍采用的方法是（B） （A）应 力恢复（B）应力解除法（C）弹性波法（D）模拟试验14、在工程实践中，洞室围岩稳定性主要取决于（B）。（A）岩石强度 （B）岩体强度（C）结构体强度 （D）结构面强 度15、用RMR法对岩体进行分类时，需要首先确定RMR的初始值，依 据是（D）A. 完整岩石的声波速度

20、、RQD值、节理间距、节理状态与地下水状B, 完整岩石的强度、RQD值、节理间距、节理状态与不支护自稳时间C, 完整岩石的弹性模量、RQD值、节理间距、节理状态与地下水状况D, 完整岩石的强度、RQD值、节理间距、节理状态与地下水状况16. 下面关于岩石变形特性描述正确的是（B）A. 弹性就是加载与卸载曲线完全重合，且近似为直线B. 在单轴实验中表现为脆性的岩石试样在三轴实验中塑性增强C. 加载速率对应力一应变曲线没有影响D. 岩基的不均匀沉降是由于组成岩基的不同岩石材料含水量不同导 致的17. 岩石的弹性模量一般指（B ）。（A）弹性变形曲线的斜率 （B）割线模量（C）切线模量（D）割线模量

21、、切线模量及平均模量中的任一种18. 由于岩石的抗压强度远大于它的抗拉强度，所以岩石属于（B ）。 （A）脆性材料 （B）延性材料（C）坚硬材料 （D）脆性材料，但围压较大时，会呈现延性特征填空：1. 结构面的类型：原生结构面、构造结构面、次生结构面。岩体结构 类型：整体块状结构、层状结构、破裂结构、散体结构。2. 岩石力学的研究内容：岩石在荷载作用下的应力、变形、破坏规律 以及工程稳定性等问题。岩石力学的研究方法：工程地质研究法、试验法、数学力学分析法、综合分析法。3. RMR （地质力学分类法）包括完整岩石的强度、RQD、节理的间距、 节理的状态、地下水情况。4. 岩体的破坏形式：脆性破坏

22、、延性破坏、弱面剪切破坏。5. 影响岩石抗压强度的因素：矿物成分、结晶程度和颗粒大小、胶结 情况、生成条件、风化作用、密度、水的作用、试件形状和尺寸、加荷速率。6. 直剪曲线的3个阶段：弹性阶段、裂隙发展增长阶段、强度降低阶 段。7. 岩石完全应力一应变曲线分为压密阶段、弹性工作阶段、塑形性状 阶段、材料的破坏阶段。8. 影响岩石应力应变曲线的因素：荷载速率、温度、侧向压力、各 向异性。9. 岩石的蠕变分为初级蠕变（暂时蠕变）、二次蠕变（稳定蠕变）、 加速蠕变（第三期蠕变）。10岩石边坡的几种破坏类型：松弛张裂、崩塌、倾倒、蠕动、滑坡。填空：1.结构面的类型：原生结构面、构造结构面、次生结构面

23、。岩体结构类型：整体块状结构、层状结构、破裂结构、散体结构。2. 岩石力学的研究内容：岩石在荷载作用下的应力、变形、破坏规律 以及工程稳定性等问题。岩石力学的研究方法：工程地质研究法、试验法、数学力学分析法、综合分析法。4. RMR （地质力学分类法）包括完整岩石的强度、RQD、节理的间距、 节理的状态、地下水情况。4. 岩体的破坏形式：脆性破坏、延性破坏、弱面剪切破坏。5. 影响岩石抗压强度的因素：矿物成分、结晶程度和颗粒大小、胶结 情况、生成条件、风化作用、密度、水的作用、试件形状和尺寸、加荷速率。6. 直剪曲线的3个阶段：弹性阶段、裂隙发展增长阶段、强度降低阶 段。7. 岩石完全应力一应

24、变曲线分为压密阶段、弹性工作阶段、塑形性状 阶段、材料的破坏阶段。8. 影响岩石应力应变曲线的因素：荷载速率、温度、侧向压力、各 向异性。9. 岩石的蠕变分为初级蠕变（暂时蠕变）、二次蠕变（稳定蠕变）、加速蠕变（第三期蠕变）。10岩石边坡的几种破坏类型：松弛张裂、崩塌、倾倒、蠕动、滑坡。三、简答题：1、什么是全应力应变曲线？为什么普通材料试验机得不出全应力应 变曲线？答：在单轴压缩下，记录岩石试件被压破坏前后变形过程 的应力应变曲线。普通材料实验机整体刚度相对较小，对试件施加载荷产生的反作用力 将使实验机构件产生较大变形（弹性能储存），当岩石试件被压坏时， 试件抗压能力急剧下降，致使实验机弹性

25、变形迅速恢复（弹性能释放） 摧毁岩石试件，而得不到岩石破坏后的应力应变曲线。刚性实验机在 施加载荷时，自身变形极小，储存的弹性能不足以摧毁岩石试件，因 此可以得到岩石破坏后的应力应变曲线。2、简述岩石在三轴压缩下的变形特征。答：E、与单轴压缩基本 相同；随围压增加一一三向抗压强度增加；峰值变形增加；弹性极限增加； 岩石由弹脆性向弹塑性、应变硬化转变。3、按结构面成因，结构面通常分为几种类型？答：按成因分类有三种类型：原生结构面一一成岩阶段形成的结 构面；构造结构面一一在构造运动作用下形成的结构面；次生 结构面一一由于风化、人为因素影响形成的结构面。4、地应力测量方法分哪两类？两类的主要区别在哪

26、里？每类包括哪 些主要测量技术？答：分为直接测量法和间接测量法。直接测量法是用测量仪器直接测量和记录各种应力量。间接测量法，不直接测量应力量，而是借助某些传感元件或某些介质， 测量和记录岩体中某些与应力有关的物理量的变化，通过其与应力之 间存在的对应关系求解应力。直接测量法包括：扁千斤顶法、水压致裂法、刚性包体应力计法和声 发射法等。间接测量法包括：套孔应力解除法、局部应力解除法、松弛应变测量 法、孔壁崩落测量法、地球物理探测法。5、简述水压致裂法主要测量步骤及适用条件。答：（1）打孔到测量应力的部位，将加压段用封隔器密封；（2）向隔离段注入高压水，测得岩体初始开裂压力Pi；（3）把高压水释放

27、后重新加压，测得压力Pr和稳定关闭压力Ps，重复23次；（4）将封隔器完全卸压后连同加压管等全部设备从钻孔中取出；（5）测量水压裂隙和钻孔试验段的天然节理、裂隙的位置、方向和 大小，做好记录。6. 分析库仑、莫尔、格里菲斯强度理论的基本观点并给予评价。答：库仑认为：岩石破坏为剪切破坏；岩石抵抗剪切破坏的能力由 两部分组成：内聚力、内摩擦力。莫尔认为:无论岩石处于何种应力状态，破坏均为剪切破坏;破坏时，剪切面上所需的剪应力不仅与岩石性质有关，而且与作用在剪切面上 的正应力有关。格里菲斯认为：不论岩石受力状态如何，最终在本质上都是拉伸应力 引起岩石破坏。 评价：库仑强度理论是莫尔强度理论的直线形式

28、。莫尔理论较好解释了岩石抗拉强度远远低于抗压强度特征，解释 了三向等拉时破坏，三向等压时不破坏现象，但忽视了中间应力的作 用。格式理论推导岩石抗压强度为抗拉强度的8倍，反映了岩石的真 实情况，较好证明了岩石在任何应力状态下都是由于拉伸引起破坏， 但对裂隙被压闭合抗剪强度增高解释不够。莫尔理论适用于塑性岩石，及脆性岩石的剪切破坏；不适用于拉 断破坏。格式理论适用于脆性岩石及材料破坏。22.某均质岩石的强度曲线为:T =o tanu +c，其中c=40MPa，u =30。 试求在侧向围岩应力。3=20MPa的条件下，岩石的极限抗压强度。并 求出破坏面的方位。以 1 - sin (h 2 C - c

29、os 1 - sin 3 02 4 0 cos3 0n: 6 = 6 = -20 =198.56 (Mpa)1 - sin 1 - sin1 - sin 3 0n1 - sin 3 0破断南。=五 = 45。15 = 5。 4 223.将一个岩石试件进行单轴试验，当其压应力达到27.6MPa时及发 生破坏，破坏面与最大主应力面得夹角为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）在上述实验中与最大主应力面的夹角为30的那个平面上的抗 剪强度；（3）内摩擦角；（4）破坏面上的正应力和剪应力夸:1=印日=一 = 60得玖=我七岩石法行单种压缩，

30、所以6=0 当=27.6AfPa时_.岩石破坏则1 - sin 2，C1，cos (71 = 6 1 一 sin 1 - sin1 - sin 3 0 1yC . 01 - sin 3 0 l-sdti3 0fl得 li；C=7.97(Mpa)U)莫尔圆上任意一点的正应力为b剪应力为rI由库合由则可知,当cr=Q时即在莫尔圆上的国点,2=18偶即和岬= 90、S0宓。十C-0x30 十7.97=/J97(Mpa)与晶大主应只面知夫曾为 野肘，艮是=30玄面一为I正应大cr .剪应力六r，扣可强度女丁-生*汕服5 = G愆卜仁 -2D.77g3 0 +7.97 =19,92(Mpa)3)已知。=子十? = 60得岩石内摩操角0 = 3口 破坏面力日=正里= 6。4 2(4；欲坏面(?=-=6012