简述采矿工程中岩体力学的特点

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1、 简述采矿工程中岩体力学的特点 1. 简述采矿工程中岩体力学的特点。 采矿工程多处于地下较深处，而其它地下工程多在距地表较近（几十米）的范围内 ；对矿山工程，只要求在开采期间不破坏，在采后能维持平衡状态不影响地表平安即可，故其计算精度、平安系数及加固等方面均低于国防、水利工程的标准；矿山地质条件困难，又受矿床赋存条件限制，故采矿工程的位置选择性不大，同时采掘工作面不断变更，因而采矿工程岩石力学具有困难性的特点 2. 绘图并说明岩石的应力-应变全过程曲线。 3. 3、简述岩石在三向压力作用下的变形规律。 1、 裂隙压密阶段(OA)。 曲线上凹，体积缩小；A 点： 压密极限 2、 线弹性变形阶段(

2、AB)。 呈直线，体积仍缩小；B点： 弹性极限 3、 微裂隙稳定发展阶段(BC)。 近似线弹性，体积变形由缩小转为增大，发生扩容；C 点： 屈服极限 屈服点： 岩石从弹性变为塑性的 转折点 4、 非稳定发展阶段(CD) 5、 裂隙扩展、新裂隙产生，体积膨胀加剧，显示宏观破坏迹象，岩石承载实力达到极限；D 点:峰值强度/强度极限，即单轴抗压强度 6、 残余强度阶段(DE)岩石全面破坏，承载实力下降，但尚有承载力，此为岩石材料特点之一 岩石三向压力（1 2= 3 ）作用下变形规律 1 随着围压（2=3）增大，岩石抗压强度显著增加； 2 随着围压（2=3）增大，岩石变形显著增大； 3 随着围压（2=

3、3）增大，岩石弹性极限显著增大； 4 随着围压（2=3）增大，岩石性质发生变更： 由弹性塑性 4. 说明岩石的不稳定蠕变曲线，试述如何利用它进行岩体工程破坏的预报？ 5. 绘图并说明岩石力学介质常用的理论模型。 岩石自身性质 虎克体弹簧元件 志向弹性元件，呈线弹性，完全听从虎克定律，其力学关系为 由于弹性模量 E 为常量，故变形与时间无关，有 dtdEdtd = 过渡蠕变阶段（） 在加载瞬间有一弹性变形0，继而以较快的速度增长，随后蠕变速度渐渐降低，并过渡到等速蠕变阶段。 若在此阶段内卸载，则会出现瞬间弹性变形（PQ 段），和通过一段时间才能复原的变形（QR 段） 稳定蠕变阶段（） 变形缓慢，

4、应变与时间近于线性关系， 变形速度保持恒定 若在此阶段卸载，则不仅出现瞬间的弹性复原 （TU ） 段）和弹性后效（UV 段），还会有不行复原的永久变形残留 加速蠕变阶段（） 蠕变速度加快，内部裂隙快速发展，促使变形加剧，直到破坏 * 利用蠕变曲线进行岩石工程破坏预报。 若发觉岩体某部分位移速度起先由等速转入加速发展时，表明即将发生破坏；若给出加速蠕变起始点时间，刚好撤离，可避开灾难发生利用蠕变曲线进行岩石工程破坏预报。 若发觉岩体某部分位移速度起先由等速转入加速发展时，表明即将发生破坏；若给出加速蠕变起始点时间，刚好撤离，可避开灾难发生 牛顿体阻尼元件 是一种志向的粘性流体，其流淌性质听从牛顿

5、粘性定律，即粘性体的流淌速度（或应变速度）与应力成比例关系： 液体粘性系数 库仑体摩擦元件 志向塑性体，其力学关系为： =) () ( 000 0屈服极限 6影响岩石单向抗压强度的因素有哪些？ 岩石自身性质 矿物组成、粒间连接、岩性、结构特征、颗粒大小及形态、风化程度、微结构面、 试验条件 断面形态： (强度)圆形六边形四边形三边形试件 尺寸效应： 尺寸大，强度低；h/D 增大，强度降低 加荷速率： 强度常随加荷速率增大而增高 端面条件： 端面效应 层理结构： 强度各向异性（垂直/平行层理） 温/湿度： 含水量高，强度低；温度高，强度越低 7. 什么叫软化系数？ 岩石饱水状态的抗压强度 Rw

6、与岩石干燥状态的抗压强度 Rd 之比： 软化系数表征岩石软化性的指标，软化系数值越小则岩石的软化性越强。 8. 什么是岩石的强度理论？ 主要是用于解决岩石在困难应力状态下的破坏判据和准则问题，将困难缘由产生的破坏问题用一些简洁的准则加以描述和计算。 岩石的强度理论有： 最大伸长线应变理论，库仑-莫尔强度理论，格里菲斯强度理论。 9. 岩石主要破坏类型？ 拉伸破坏和剪切破坏 拉抻破坏 岩石破坏的根本力学缘由在于拉应力岩石抗拉强度极限 这种破坏的特点是： 破坏时沿断裂面发生拉开运动，出现张开的裂缝，故又称为张性破坏 剪切破坏 干脆由剪切作用产生 压缩作用衍生的剪切应力产生 其特点是： 破坏时沿断裂

7、面发生相互错动；断裂面通常呈现成对的交叉裂缝，且X 形剪切裂隙的锐角总是对着最大主应力方向，破坏角总是大于 45。 10. 莫尔-库仑强度理论的基本含义是什么？试评述该理论的优缺点。 库仑理论 材料破坏是由剪应力引起的，当材料内部某斜截面上的剪应力达到材料的抗剪强度 Ss 时，将沿该斜截面发生剪切裂开。 材料抗剪强度条件表示为 莫尔理论 材料在困难应力状态下发生破坏，是由于材料在外载荷作用下，沿某一斜截面上的剪应力达到某一极限值造成的，并且破坏也与剪切面上正应力有关 只有当Ss 时，材料才会沿此斜截面发生剪切破坏。 沿此剪切面上的剪应力不仅要克服岩石颗粒间的粘聚力，而且还要克服沿此面上的摩擦阻

8、力。 1 =dwRRRKC S s + + = tan) ( = = f S s对莫尔强度理论的评价优点 将岩石受压、受拉、受剪的应力状态与强度条件结合，以推断岩石在某应力状态下是否发生破坏，以及破坏的方向 岩石强度曲线与正应力有关，能比较真实地反映岩石的抗剪特性 岩石在三向等拉时会破坏 岩石在三向等压时，是不会破坏的 对莫尔强度理论的评价不足 忽视中间主应力2 影响，与试验结果有肯定出入 没有反映出岩石中存在结构面时，对岩石强度的影响 只适用于剪切，对受拉区探讨不够充分，不适用于膨胀或蠕变破坏 11. 岩石与岩体的区分是什么？如何分析岩体结构面强度？ 岩体是由结构面及其所围限的岩块(结构体)

9、所组成 具有肯定的结构是岩体的显著特征之一 岩体中存在着困难的自然应力状态和地下水，这是岩体与其他材料的根本区分之一 （一）结构面抗剪强度 在垂直结构面方向施加恒定荷载 P，沿结构面方向施加水平推力 T，试件沿结构面发生滑移。 试件剪断时最大水平推力 T 除以断裂面面积 A，即为结构面抗剪强度 用同种岩石的不同试件，可获得一组沿结构面破坏时的 正应力n 和 剪应力n，据此绘出结构面强度曲线 （二）结构面抗摩擦强度 结构面抗摩擦强度，实质为 Cj =0 时的结构面抗剪强度 利用已做完抗剪强度的试件再重复作一次抗剪试验，即可测出结构面上的抗摩擦强度 依据一组试验资料，可获得一条通过-坐标原点的斜直

10、线，其表达式为 12. 描述结构面状态的指标？ A 结构面的产状、形态；B 结构面的延展尺度；C 结构面的密集程度；D 结构面的填充物； 13. 什么是龟裂系数？它的大小一般反映什么含义？ 依据弹性波在试件中和在岩体中的传播速度比，可推断岩体中裂隙发育程度，此比值的平方称为龟裂系数（或称岩体完整性系数），以 K 表示 V 、v分别为弹性波在岩体和岩石中传播的纵波速度 K 可推断岩体的完整程度，对岩体进行分类： 岩体种类 龟裂系数 K 完整 0.75 块状 0.450.75 碎裂状 0.45 2) (vVK = =AT= = j j sC S + = tanj soS tan = =14. 绘图

11、并说明岩体的应力-应变全过程曲线。 弹性变形阶段（AB 段） 经过压密阶段后，岩体由不连续状态进入连续状态，呈现 弹性变形 B 点的应力称为 弹性极限 塑性变形阶段（BC 段） 应力-应变曲线呈向下弯曲状。 即使荷载增加不大，也会产生较大的变形。 C 点的应力称为 强度极限 破坏阶段（CD 段） 出现岩体应力释放过程，宏观上表面为裂开 岩体在裂开时应力并不是突然下降，在裂开面上尚存肯定 摩擦力，使岩体仍具有承载实力，直至最终达到岩体的 残余强度 15. RQD 指标的含义是什么？ 长度在 10cm（包含 10cm）以上的岩心累计长度占钻孔总长度的百分比，称为岩石（岩心）质量指标（R.Q.D）

12、依据钻探时的岩心完好程度来推断岩体的质量，对岩体进行分类, R.Q.D 值越大岩石质量越好。 16. 说明对岩体进行工程分类的缘由？ 由于组成岩体的岩石性质不同，以及岩体中弱面发育状况的差异，致使岩石力学性质比较困难，为了便于探讨岩体并运用于工程实际，必需对岩体进行分类。 通过分类，概括地反映各类工程岩体的质量好坏，预料可能出现的岩体力学问题，为工程设计、支护衬砌、建筑物选型和施工方法选择等供应参数和依据。 17. 什么是原岩应力？习惯上将原岩应力分为哪两类？ 存在于地层中的未受工程扰动的自然应力，又称初始地应力或地应力 主要包括由岩体重量引起的自重应力和地质构造作用引起的构造应力等 18.

13、目前获得原岩应力状态最牢靠的方法是什么？ 获得原岩应力状态最牢靠的方法是原位测量 19. 什么是侧压系数？侧压系数能否大于 1？从侧压系数值的大小如何说明岩体所处的应力状态？ 书 p57 20. 如何进行围岩局部稳定计算？ 块体极限平衡理论计算围岩压力 步骤： 运用地质勘探手段查明结构面产状和组合关系，并求出结构面的 c、值 对临空的结构体进行稳定性分析，找出可能滑移的结构体（危岩） 采纳块体极限平衡理论进行压力计算 +P74 oA A B B C C D D 裂隙压密阶段（OA 段） 原有裂隙受压闭合，出现不行复原的残余变形，形成非线性上凹状压缩变形曲线，表现出 弹塑性并存的特点 A 点的应

14、力称为 压密极限 (%) 10010. . . =钻孔长度以上岩心累计长度钻孔长度以上岩心累计长度 cmD Q R梯形块体稳定性分析（a ） 结构面 1 和 2 分别具有长度 l1 和 l2，抗剪力为 1 和 2 1. l1 和 和 l2 面上各种应力均为匀称分布 2. 岩块受两个面的夹持作用，即抗滑力= 1+ 2 3. 于 在自重作用下，作用于 l2 面上的法向压力较小，故岩块 l2 面一般只考虑粘聚力，不考虑摩擦力 l1 面上的抗滑力： l2 面上的抗滑力： 式中： Q 为滑动岩体的重力 1 和 和 c1 分别为 l1 面上的内摩擦角和粘聚力 c2 为 为 l2 面上的粘聚力 21. 如何

15、进行岩基的抗滑稳定计算？ 22. 岩坡破坏型式分为哪几类？ 岩石斜坡常见的破坏类型 岩石倒塌、平移滑动、旋转滑动、岩块流淌和岩层曲折 23. 如何进行岩坡平面滑动的力学稳定分析？ 平面滑动的力学稳定分析刚体极限平衡法 a) 平面剪切的力学分析 b) 楔体滑动的力学分析 c) 滑面的组合分析 24. 依据搬运和沉积方式的不同，可将第四纪土分为哪两类？ 第四纪土，依据其搬运和沉积方式的不同，又可分为残积土和运积土两大类。 25依据搬运的动力不同，运积土可分为几类？ 依据搬运的动力不同，运积土可分为： 坡积土、洪积土、冲积土、湖泽沼泽沉积土 海相沉积土、冰积土、风积土。 26.试述残积土的特点。 残

16、积土的特点： 颗粒表面粗糙、多棱角、粗细不均、无层理。 27.试述弱结合水的性质及其工程意义？ 弱结合水呈粘滞状态，不能传递静水压力，不能自由流淌，但受力时可以变形，能从水膜较厚处向邻近较薄处移动 弱结合水的存在是土具有可塑状态的缘由 28.什么塑性指标 IP？计算公式？工程意义？ v 数 塑性指数 I P 是指 液限和 塑限的差值（用百分数的肯定值表示），即土处在可塑状态的含水量变更 v 粘性土体处于 可塑状态下，含水量变更的最大区间 I P 大，表示该土能够吸附较多的结合水，但仍可处于可塑状态，亦即矿物的吸水实力强大，表示该土能够吸附较多的结合水，但仍可处于可塑状态，亦即矿物的吸水实力强

17、由于塑性指数在肯定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种重要因素，因此在工程上长按此值对粘性土进行分类。 1 1 1 1tan cos l c Q + = 2 2 2l c = = P L pI =29.什么液性指标 IL？计算公式？工程意义？ 数 液性指数 I L 粘性土的自然含水量和塑限的差值与塑性指数之比 工程上可用液性指数 I L 表示粘性土所处的 软硬状态。 I L 值愈大，土质愈软；反之土质愈硬 30. 如何理解含水量-干密度曲线的性状？ 当含水量小时，颗粒表面的水膜薄，颗粒 相互移动、压实需克服很大的 粒间阻力， 消耗较大能量， d 小 随含水量增加，水膜加厚， 粒间阻力减小， 颗

18、粒易移动当含水量超过 最优含水量 op 以 后，水膜接着增厚所引起的润滑作用已不明显 此时，土中剩余空气已不多，且与大气隔绝。 封闭气体很难排出，故击实土不能达到完全 饱和状态，击实曲线亦不能达到饱和曲线 31.试说明达西渗透定律的应用条件和适用范围。 适用范围： v 达西定律是描述层流状态下渗透流速与水头损失之间关系的规律 亦即： 渗流速度 v 与水力坡降 i 成线性关系只适于层流范围 v 在水利工程中，绝大多数渗流（例如，干砂土或一般的粘性土）均属于层流范围，故适用达西定律 v 但以下两种状况可认为超出达西定律适用范围 粗粒土中的渗流 少数粘性土中的渗流 应用条件： 达西定律的上下限。 3

19、2.什么是渗透力？渗透力的表达式？产生流砂的条件？ v 将水流作用在单位体积土体中土颗粒上的力称为 渗透力 J（单位 kN/m 3 ），也称 动水压力 i T Jw = = 在渗流过程中： v 当水自上而下渗流时，渗透力的方向与土粒所受重力方向相同，将增加土粒之间的压力 v 若水自下而上渗流时，渗透力的方向与土粒所受重力方向相反，将减小土粒之间的压力 v 此时，假如渗透力的大小等于土的浮重度（有效重度）时，则土粒之间的压力为零，从理论上讲土粒处于悬浮状态，它将随水流一起流淌，形成 流砂现象 PPP LPLII = = = = 33. 用达西渗透定律计算出的渗透流速是否是土中的真实渗透流速，它们

20、在物理概念上有何区分？ 应当指出的是,用达西渗透定律计算出的 渗透流速 v 并非土孔隙中水的 实际平均流速。 这是因为公式推导中采纳土样的整个断面积，其中包括了土粒骨架所占的部分面积，故真积 实过水面积 Av 应小于 A ，即水在土孔隙中的流速要比平均流速大许多 然而，土中孔隙大小和形态困难，测定真正流速特别困难，从工程应用角度也没有这种必要。 因此，为了探讨便利，渗流计算中多采纳假想的平均流速。 然而，土中孔隙大小和形态困难，测定真正流速特别困难，从工程应用角度也没有这种必要。 因此，为了探讨便利，渗流计算中多采纳假想的平均流速。 34. 试验室测定渗透系数 k 的方法主要用哪两类？ v 目

21、前，在试验室中测定渗透系数 k 通常采纳 常水头法和 变水头法两种方法 35. 什么是流网？流网具有哪些性质？流网的主要用途是什么？ v 流网是指由一组流线和一组等势线相互 垂直相交的曲线所组成的网络 流网的性质： 1 流线与等势线相互正交 2 每个网格的长宽比为常数 3 随意两相邻等势线间的水头损失相等 4 随意两相邻流线间的渗流量相等 主要用途： v 测管水头 v 水力坡降 v 渗透流速 v 渗透流量 36 何为有效应力？写出饱和土体有效应力原理的表达式。 土体中的附加应力是通过土粒之间的接触来传递的，这种粒间接触的应力，称为有效应力 公式 即为美国学者太沙基于 1925 年首先提出的饱和

22、土体的有效应力原理 37 简述太沙基的有效应力原理。 有效应力原理可以描述为土中总应力等于有效应力与孔隙水应力之和 38 干脆剪切试验按排水条件不同，可分为哪三类？ 快剪试验是指竖向压力施加后，不让试样固结，马上施加水平剪力进行剪切，剪切速率快（0.8mm/min），一般从加荷到剪坏只用 35min 固结快剪试验要点： 施加竖向压力后，使土样充分排水固结，待变形稳定后再施加水平剪力，快速将土样剪坏，即剪切时模拟不排水条件。 慢剪试验要点： 竖向压力施加后，让土样排水固结，待稳定以后，再以慢速（小于0.02mm/min）施加水平剪力，使土样在受剪过程中有充分时间排水和体积变形。 39 粘性土抗剪

23、强度库仑定律的总应力表达式和有效应力表达式分别是什么？ 为便于区分，将式 称为总应力抗剪强度公式，将式 称为有效应力抗剪强度公式 40 简述静止土压力、主动土压力和被动土压力的概念。 当挡土墙静止不动，墙后土体由于墙的侧限作用而处于静止状态，此时墙后土体作用在挡土墙墙背上的压力称为静止土压力，用 E0 表示 挡土墙在墙后土体的推力作用下，离开土体向前移动，墙后土体随之亦向前移动，作用在挡土墙上的压力渐渐减小。 当挡土墙位移量达到肯定数值时，墙背与滑动面之间的土体处于极限平衡状态，土体的抗剪强度得到充分发挥，作用在墙背上的土压力减至最小值，此时作用在挡土墙上的压力称为主动土压力，用 Ea 表示

24、为便于区分，将式 称为总应力抗剪强度公式，将式 称为有效应力抗剪强度公式 + = tan Cf + = tan ) (w fu C为便于区分，将式 称为总应力抗剪强度公式，将式 称为有效应力抗剪强度公式 + = tan Cf + = tan ) (w fu C为便于区分，将式 称为总应力抗剪强度公式，将式 称为有效应力抗剪强度公式 + = tan Cf + = tan ) (w fu C为便于区分，将式 称为总应力抗剪强度公式，将式 称为有效应力抗剪强度公式 + = tan Cf + = tan ) (w fu C为便于区分，将式 称为总应力抗剪强度公式，将式 称为有效应力抗剪强度公式 + =

25、 tan Cf + = tan ) (w fu C挡土墙在巨大外力作用下，向后移动，挤压填土，使作用在墙背上的土压力增大。 当位移量增至肯定数值，墙背与滑动面间的土体达到极限平衡状态，墙后土体将被挤出而产生滑裂面，作用在墙背上的土压力增至最大，此时作用于挡土墙上的土压力称为被动土压力，用EP 表示 41 造成土坡滑动的主要因素有哪些？ 根本缘由： 滑动面上滑动力增加和土体抗滑力降低 土坡作用力的变更 在坡顶修筑建筑物使荷载增加；打桩、车辆行驶、爆破、地震引起振动而变更或破坏原来的平衡状态 土体抗剪强度的降低 气候变更在土体内部引起的干裂或冻融 静水力的作用 雨水或地面水流入土坡中的竖向裂缝，对土坡产生侧向压力，既降低抗剪强度，又促进土坡的滑动 简述采矿工程中岩体力学的特点