矿山岩体力学考研（岩体力学试卷）

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矿山岩体力学考研

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一、 名词解释

1,、岩体：只在地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，但有一定结构并赋存有一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。

2、原生结构面：岩体在成岩过程中形成的结构面，其特性与岩体成因密切相关(可分为沉积结构面，岩浆结构面和变质结构面)。

3、岩石质量指标（RQD）：大于10cm的岩心累计长度与钻孔进尺长度纸币的百分数。

4、块体密度：指岩石单位体积内的质量

5、初始天然应力：人类工程活动之前存在于岩体中的应力。

6、剪胀角：剪切时剪切唯一的轨迹线与水平线的夹角

7、吸水率：指岩石试件在大气压力和室温条件下自由吸水的质量与岩样干质量之比，用不分手表示

8、转化性：指岩石浸水饱和后强度降低的性质，即Kr=σcw/σc

9、天然应力比值系数：岩体中天然水平应力σh余铅直应力σv之比，入=σh/σv

10、单轴抗压强度：在单向压缩条件下，岩块能受的最大压应力

二、填空

1、岩石按成因可以分为：岩浆岩、变质岩、沉积岩

2、岩石的块体密度课规则试件的量积法，不规则试件的蜡封法。

3、岩体的流变主要包括蠕度、松弛、弹性后效

4、在研究岩石流变中常用流变模型的三个基本元件为：弹性元件、粘性元件、塑性元件

5、大量的试验和观察证明，就破坏形式而言，岩石的破坏主要有拉破坏、剪切破坏和流动破坏

6、影响天然应力分布的主要因素有：地形起伏、地表剥蚀、岩体性质、地下水、地温

7、岩体天然应力量测方法主要包括应力恢复发、套心法、水压致裂法

8、大量的岩体实验表明。岩体的应力变形曲线可以划分为四种类型，即直线型、下凹型、S型和凹型复合型

9、Kelvin体是由弹性元件和粘性元件并联而成的

10、国家GB系用的BQ法岩体质量分组主要考虑了组成岩体岩石的坚硬程度、岩体完整性、岩体赋存条件

三、简答题

1、在掩饰的三轴试验中，固压对岩石的力学性质有什么影响？

岩石破坏前应随σ3增大而增大

岩石的峰值强度随σ3增大而增大

随σ3增大岩石变形模量增大，软岩增大明显，致密硬岩增大不明显

随σ3增大，岩石的塑形不断增大，随σ3增大到一定值时，岩石由脆性转变为塑性，这时，σ3的大小成为转化压力

随σ3的增大岩块以脆性劈裂破坏逐渐向塑性剪切及塑性刘冬破坏方式过渡

2、水平天然应力的主要特征有哪些

岩体中水平天然应力以压力为主，出现啦应力折甚少，且多局部性质

大部分岩体中的水平应力大于垂直应力

岩体中两个水平应力σmax和σmin通常不相等

在单薄的山体，坡附近以及未受构造变动的岩体中，天然水平应力均小于垂直应力

3、简述岩石材料的弹性与塑性，脆性与延性、说明弹性与塑性和出现于延性的根本区别

弹性：物体受理产生变形，在胃里撤除后能够恢复其原有形状和尺寸的性质，担心分为线弹性和非线弹性

塑性：物体产生变形，在外力撤除后不能完全恢复原状的性质

根本区别：物体发生破坏之前的变形是否可以恢复

脆性：物体受力后，在变形很小时就产生破坏的性质

延性：物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载能力的性质

根本区别：物体发生破坏前变形的大小

四、计算题

1、某种岩性的岩体中，存在一起伏状结构面，起伏角i=12°，已知岩石的内聚力C1=8MPa，内摩擦角φ1=45°，结构面的内聚力C2=0，内摩擦角φ2=33°，已测得岩体的应力状态σ1=52MPa, σ3=2MPa，结构面与最大主应力作用面夹角方向为30°，迟判断岩体是否破坏

解：

σ=（σ1 σ2）/2 （σ1-σ3）/2*cos2β=27=25*1/2=39.5MPa

τ=（σ1-σ3）/2*sin2β=25*√3/2=21.65MPa

当σ较小时

τ1=σtan（Φ i）=39.5tan（33° 12°）=39.5MPa

当σ较大时

τ2=tanΦ1 C=39.5tan45° 8=47.5MPa

τ<τ1, τ<τ2

岩体会破坏

2、有如下的勘察资料：岩石纵波波速为4400m/s，岩体纵波波速为3200m/s，单轴饱和抗压强度为80MPa，工作面如淋雨状或涌流状出水，水压<=0.1MPa，主要结构面走向与同轴夹角76°，请教为80°，处于高应力区，试按我国工程岩体分级标准计算该岩体的基本质量和考虑工程的级别

解：

Kv=（Vmp/Vvp）^2=(3200/4400)^2=0.53

90Kv 30=90*0.53 30=77.7MPa<σcw

0.04σcw 0.4=0.04*80 0.4=3.6>Kv

BQ=90 3σcw 250Kv=90 3*77.7 250*0.53=455.6MPa

[BQ]=BQ-100(K1 K2 K3)=455.6-100(0.1 0.1 0.5)=385.6MPa

3、某岩体，在深度100m内，密度为2.54g/cm^3，在深度100~200内，密度为2.7 g/cm^3，天然应力比值系数为1.89，试按自重应力理论计算深度为50m，150m处的天然应力大小

解：

当深度为50m时

ρ=2.54*10^3kg/m^3

σv=ρgz=2.54*10^3*10*50=1.27MPa

σh=λσv=1.89*1.27=2.4MPa

当深度为100m时

ρ=2.71*10^3kg/m^3

σv=ρgz=2.71*10^3*10*50 2.54*10^3*10*100=3.895*10^6MPa

σh=λσv=7.4*10^6MPa

4、某花岗岩岩柱，横截面积A=0.5,m^2，柱顶承受荷载P=30MN，自重忽略不计，其坑剪强度指标，粘聚力C=20MPa，Φ=30°，试问该岩性是否会发生破坏，许用强度σ1=εσ3 2CcosΦ/(1-sinΦ)；若岩柱中，有一软弱结构面，软弱结构面的坑剪强度指标为σw=10，Φw=20°，其法线与岩柱轴线呈75°叫，试问是否会发生破坏

解：

σ1=εσ3 2CcosΦ/(1-sinΦ)=0 2*20*cos30°=69.28MPa

σ=P/A=60MPa<σ1

不会发生破坏

σ=(σ1 σ3)/ σ2 (σ1-σ3)/ σ2*cos2β=30 30cos150°=4.02MPa

τ=(σ1-σ3)/2*sin2β=30*sin(2*75°)=15MPa

τ1’=σtanΦ C=4.02tan20°=10=11.46MPa<τ

沿结构面剪切破坏

5、室内的剪切实验有一下成果

当正应力分别为6MPa，10MPa，剪切强度分别是19.2MPa，22MPa，假设岩石强度符合莫尔且直线理论，求岩石剪切强度系数

解：

τ=σtanΦ C

19.2=6tanΦ C

22=10tanΦ=C

2.8=4tanΦ

tanΦ=0.7

C=15MPa

Φ=35°

6、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，岩石的抗压强度并求出破坏面的方位

解：

sinΦ=(σ1-σ3)/(2CcosΦ σ1 σ3)=( σ1-20)/(2*40cos30° σ1=20)=sin30°

σ1=198.56MPa

2θ=π/2 π/6

θ=π/3

破坏面与最小主应力夹角为60°

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