《岩石力学》期末试卷及标准答案

《岩石力学》期末试卷及答案

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《岩石力学》期末试卷及答案

姓名 学号 成绩

一、 选择题(每题1分，共20分)

1. 已知岩样的容重为γ，天然含水量为0w ，比重为s G ，40C 时水的容重为w γ，则该岩样的饱和容重m γ为（ A ）

A. ()()w s s G w G γγ++-011

B. ()()w s s G w G γγ+++011

C. ()()γγ++-s s w G w G 011

D. ()()w s s G w G γγ+--011

2. 岩石中细微裂隙的发生和发展结果引起岩石的（ A ）

A ．脆性破坏 B. 塑性破坏 C. 弱面剪切破坏 D. 拉伸破坏

3. 同一种岩石其单轴抗压强度为c R ，单轴抗拉强度t R ，抗剪强度f τ之间一般关系为（ C ）

A.f c t R R τ<<

B. f t c R R τ<<

C. c f t R R <<τ

D. t f c R R <<τ

4. 岩石的蠕变是指（ D ）

A. 应力不变时，应变也不变；

B. 应力变化时，应变不变化；

C. 应力变化时，应变呈线性随之变化；

D. 应力不变时应变随时间而增长

5. 模量比是指（A ）

A ．岩石的单轴抗压强度和它的弹性模量之比

B. 岩石的 弹性模量和它的单轴抗压强度之比

C ．岩体的 单轴抗压强度和它的弹性模量之比

D ．岩体的 弹性模量和它的单轴抗压强度之比

6. 对于均质岩体而言，下面岩体的那种应力状态是稳定状态（ A ） A.??σσσσsin 23131<++-cctg B.??

σσσσsin 23131>++-cctg C.??σσσσsin 23131=++-cctg D.??

σσσσsin 23131≤++-cctg 7. 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、RQD 值、节理间距、节理状态与地下水状况

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

8. 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－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

9. 下面关于岩石水理性质描述正确的是（ B ）

A．饱水系数越大，抗冻性能越好

B. 冻融系数是岩石试件经反复冻融后干抗压强度与冻融前干抗压强度之比

C. 抗冻系数为25%，重力损失率为75%，则该岩石的抗冻性能良好

D. 岩石的崩解性是指岩石与水相互作用时体积发生膨胀的性质

10. 弹塑性理论芬纳公式推导过程中应用到的条件有：（ A ）

A 应力平衡条件和塑性平衡条件

B 仅应力平衡条件

C 仅塑性平衡条件

D 以上都不对

11. 下面对于喷锚支护设计原则，叙述不正确的是：（ D ）

A 对于整体围岩，一般不支护，对于大跨度洞室或高边墙洞室，需要喷锚支护。

B 对于块状围岩，一般喷射混凝土即可，有时也配以锚杆。

C 对于层状围岩，主要为锚杆。

D 对于软弱岩石，喷射混凝土即可。

12. 在计算有压隧洞最小覆盖比厚度时，下面哪句话是错的：（C ）

A 对于坚硬而无裂缝的岩石，只要覆盖比大于等于1，围压能保持稳定。

B 叶格尔方法认为，对于具有有径向裂缝的岩石，切向附加应力与半径成反比。

C 采用叶格尔方法，对于塑性岩石，塑性条件为Mohr-Coulomb条件。

D采用叶格尔方法对于塑性岩石，塑性区的开展深度确定最大覆盖层厚度。

13. 验算岩基抗滑稳定性，下列哪一种滑移面不在假定范围之内（B ）。

A 圆弧滑面B水平滑面C单斜滑面 D 双斜滑面

14. 若岩基表层存在裂隙，为了加固岩基并提高岩基承载力，应使用哪一种加固措施？（A ）

A 开挖回填B钢筋混凝土板铺盖 C 固结灌浆D锚杆加固

15. 岩质边坡的破坏类型从形态上来看可分为：（ A ）。

A岩崩和岩滑B平面滑动和圆弧滑动C圆弧滑动和倾倒破坏D倾倒破坏和楔形滑动

16. 岩石边坡的稳定性主要取决于（ C ）。

①边坡高度和边度角；②岩石强度；③岩石类型；④软弱结构面的产状及性质；

⑤地下水位的高低和边坡的渗水性能。

A ①，④

B ②，③

C ①，②，④，⑤

D ①，④，⑤

17. 下面哪种实验方法可以用来量测岩体应力（ D ）

A. 承压板法

B. 刻槽法

C. 环形加荷法

D. 应力解除法

18. 海姆假说指的是在岩体深处的初始应力与其上覆岩体的重量成正比，（C ）

A. 水平应力远大于垂直应力

B. 水平应力远小于垂直应力

C. 水平应力大致等于垂直应力

D. 水平应力与垂直应力的关系随地质条件的不同而变化

19. 下面关于地应力的描述正确的是（ B ）

A. 地层中由于过去地质构造运动产生和现在正在活动与变化的力或地质作用残存的应力

B. 岩体在天然状态下所存在的内应力

C. 由上覆岩体的自重所引起的应力

D.岩体在外部载荷作用下所产生的应力

20.用Griffith强度理论描述岩石材料是否破坏时，需要（ B ）

A. 岩石材料的单轴抗压强度；

B. 岩石材料的单轴抗拉强度；

C. 岩石材料的抗剪强度；

D. 岩石材料的内摩擦角度与凝聚力

二、 名词解释(共6小题，每小题4分，共24分)

1.岩石孔隙率

答：岩石试样中孔隙体积与岩石试样总体积的百分数称为孔隙率，可用下式表示： v V n V

=,孔隙率越大表明空隙和细微裂纹越多，岩石抗压强度随之降低。 2.岩石软化系数

答：岩石受水饱和状态试件的抗压强度(湿抗压强度)和干燥状态试件的抗压强度比值称为岩

石软化系数。它表征岩石与水相互作用时降低强度的性能。

3.岩体结构面

答：岩体中各类地质界面，包括物质分异面和不连续面，诸如断层和断裂面等统称为岩体结

构面。按成因可分为原生结构面、构造结构面，次生结构面三种。

4.岩石质量指标RQD

答：采用将钻孔中直接获取的岩芯总长度，扣除破碎岩芯及软弱物质，测量大于或等于10cm

长完整岩芯的总长度。用这一有效的岩芯长度与采集岩芯段的钻孔总进尺之比，取其百分数就是RQD 。是用于表示岩体良好度的一种方法。

5.岩石变形

答：岩石在任何物理因素下形状和大小的变化，工程中常研究的变形是由于外力引起的。常

用弹性模量E 和泊松比μ来表示。

6.岩石的渗透性

答：岩石的渗透性是指在水压力作用下，岩石的空隙和裂隙透过水的能力。常用渗透系数来

衡量。

三、简答题(共6小题，每小题5分，任选5题，共30分)

1.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 σε=

（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 σε=

(3) 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。

2.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13σσ、，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~τσ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 τ与正应力σ的关系。

其普遍形式：()f f τσ=。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~τσ平面内作该点的莫尔应力圆，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。

3.试简述由弹性理论确定岩体中自重应力的基本方法，以及海姆假说的基本内容。

答：对于没有经受构造作用、产状较为平缓的岩层，它们的应力状态接近由弹性理论所确定的应力状态。对于做表面xy 为表面，z 轴垂直向下的半无限体，在深度z 处的垂直应力z z σγ=(γ为岩体容重)，半无限体中任意微分单元体上的正应力,,x y z σσσ都是主应力；并且水平向应力和应变彼此相等：

,x y x y σσεε== 由此有()0x

y z E E σμ

σσ-+=,,E μ为泊松比。 则有01x y z z K μ

σσσσμ===-。

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。

4.大坝岩基失稳破坏有几种主要形式？各有什么特点？

答：大坝失稳形式主要有两种情况：

第一种情况是岩基中的岩体强度远远大于坝体混凝土强度，同时岩体坚固完整且无显著的软弱结构面，这时大坝的失稳多半沿着坝体与岩基接触面产生，称为表层滑动破坏。

第二种情况是在岩基内部存在节理、裂隙和软弱夹层或者其它不利于稳定的结构面，容易产生沿着结构面的深层滑动。

有时大坝失稳一部分沿着混凝土与基岩接触面，一部分沿着某结构面滑动，称为混合滑动。

5.边坡破坏的类型和加固措施主要有哪些？

答：从破坏形态分可分为岩崩、岩滑。

岩崩一般发生在边坡过陡的岩坡中，这时大块的岩体与岩坡分离而向前倾倒或者坡顶岩体因某种原因脱落而在坡脚下堆积，常发生于坡顶裂隙发育的地方，其原因是风化、雨水入渗、气温变化、冻融等。

岩滑是指一部分岩体沿着某一软弱面（层面、断层、裂隙）的滑动，可分为平面滑动、楔形滑动以及旋转滑动。

目前还没有能够阻止大规模滑坡的方法，只能采用监测方法监控。对于小规模岩石滑坡或岩崩可采用适当方法阻止，常用以下方法：

(1)用混凝土填塞岩石断裂部分；(2)锚栓或预应力缆索加固(3)用混凝土挡墙或支墩加固

(4)挡墙与锚栓相结合的加固。

6.“初始应力场与山岩压力是相同的”，该说法是否正确？说明根据。 答：这种说法错误。 工程施工前就存在于岩体中的地应力，称为初始应力或天然应力，

其大小取决于上覆岩层重量、构造作用的类型、强度和持续时期的长短等。

而山岩压力是由于洞室开挖后岩体变形和破坏形成的，是由于岩体变形对支护或衬砌的压力，称为变形压力等等。

初始应力场是时刻存在的，开挖等挠动可造成初始应力场的改变。如果围岩质量好，变形小，山岩压力可能为零，二者不是同一概念，所以该说法是错误的。

四、计算题(共两小题，每小题13分，共26分)

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：

(1)岩石的抗压强度

(3)破坏面上的正应力和剪切应力

(3)岩石的内摩擦角和内聚力

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：

(1)岩石的抗压强度

(3)破坏面上的正应力和剪切应力

(3)岩石的内摩擦角和内聚力

答：（1）抗压强度：3

62222351012010/4 3.14(510)/4

c P P R A D π-?===≈??? (2)最大主应力120Mpa ，最小主应力为0，破坏面与大主应力作用平面夹角为60°，因此有

1313131200120cos 2cos1206022

22120sin 2sin1205222

Mpa Mpa σσσσσασστα+-+=+=+=-=== (3)根据莫尔-库仑准则：45602?

α=?+=?，得30?=?

根据几何关系可得内聚力：如图所示

13

13

(cot 30-)tan 3025.422c σσσσ--=??=Mpa

莫尔圆示意图

2.如图，在具有一组平行节理的岩体中开挖一地下洞

室，岩体节理面倾角30β=?，内摩擦角35j ?=?，

内聚力0j c =，边墙处垂直应力1y Mpa σ=，假设岩

体破坏满足莫尔-库仑准则，问：

（1）岩体干燥时洞室是否稳定？

答：根据莫尔-库仑准则稳定判定标准：

(2)节理中存在孔隙水压力150w p Kpa =时洞室边墙

是否稳定？若不稳定，应给洞室边墙施加多大的水平

支护力x σ才能保持稳定？

1）岩体干燥时洞室是否稳定？

答：根据莫尔-库仑准则稳定判定标准：

13cos sin()sin cos()cos 0j j j j c σβ?βσβ?β?-+-+≥ 代入131,0y x Mpa σσσσ====有

左式=1cos(30)sin(3530)0???-?≥，边墙块体处于稳定状态。

(2)节理中存在孔隙水压力150w p Kpa =时洞室边墙是否稳定？若不稳定，应给洞室边墙施加多大的水平支护力x σ才能保持稳定？

13cos sin()sin cos()cos sin 1.0cos30sin(5)0.15sin(35)

0.010

j j j j w j c p Mpa σβ?βσβ?β??-+-+-=-=-≤

不能保持稳定。若要边墙稳定，需要满足： cos sin()sin cos()cos sin 1.0cos30sin 5sin 30cos(5)00.15sin 350y j x j j j w j x c p σβ?βσβ?β??σ-+-+-=++-=

得：0.02x Mpa σ≈

因此要施加0.02Mpa 的水平压力可保持边墙稳定。