岩石力学历年考题

一、名词解释

1、矿物与岩石（2003，2009）

矿物指由地质作用所形成的天然单质或化合物。

岩石是自然界各种矿物的集合体，是天然地质作用的产物，是构成岩体的基本单元。

2、地质体与岩体（2003）岩石与岩体（2004）p75

地质体是指地壳内占有一定的空间和有其固有成分，并可以与周围物质相区别的地质作用的产物。

岩体是指在一定的地质条件下，含有诸如节理、裂隙、层理和断层等地质结构面的复杂地质体。

4、岩体完整性（龟裂）系数（2003，2006，2007，2009）p110

岩体完整性系数又称裂隙系数，为岩体与岩石的纵波速度平方之比，用来判断岩体中裂隙的发育程度。(附上书上的公式）

5、岩石（芯）质量指标RQD（2003，2004，2005，2006，2007，2009）p119

岩石质量指标（RQD）：将长度在10cm（含10cm）以上的岩芯累计长度占钻孔总长的百分比。（附上书上公式）

6、岩石的流变性（2003，2006）与蠕变、松弛和弹性后效（2003）p198

流变性：材料应力—应变曲线关系与时间因素有关的性质，包括蠕变、松弛和弹性后效。 蠕变：应力不变时，变形随时间增加而增长的现象。

松弛：应变不变，应力随时间增加而减小的现象。

弹性后效：加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。

7、岩石的透水性与渗透系数（2003）p29

岩石的透水性：岩石能被水透过的性能。透水性的大小可用渗透系数来衡量，它主要取决于岩石中孔隙的大小，方向及相互连通情况。

渗透系数：单位水力梯度下的单位流量，它表示岩体被水透过的难易程度。

8、（岩体）结构面的裂隙度和切割度（2003）p88-89

岩体裂隙度:沿取样线方向单位长度上的节理数量。

切割度：岩体被节理割裂分离的程度。

9、岩石的抗冻性（2004,2009）p30

岩石的抗冻性是指岩石抵抗冻融破坏的性能，通常用抗冻系数表示。抗冻系数指岩石试样在±250C的温度区间内，反复降温、冻结、融解、升温，其抗压强度有所下降，岩样抗压强度的下降值与冻融前的抗压强度的百分比。

10、抗剪切强度(2004)p43

岩石抗剪强度是指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。

11、完全弹性岩石(2004)

完全弹性岩石：岩石在受外力作用的瞬间即产生全部变形，而去除外力后又能立即恢复其原有形状和尺寸的性质。

12、泊松比(2004，2008)p60

泊松比 ：岩石在单轴压缩条件下横向应变与纵向应变之比。

13、构造结构面（2005，2009）p83与结构面区分p82

构造结构面：岩体在受构造应力作用下形成的各种结构面，如劈理，节理，断层，层间错动等。

结构面：指具有一定方向，延展较大而厚度较小的二维面状地质界面。



14、岩石力学（2005）

岩石力学：是一门认识和控制岩石系统的力学行为和工程功能的学科。

15、岩石的比重（2005，2008，2009）p25

岩石的比重就是指岩石固体的质量与4℃时同体积水的质量之比值。Gs?Ws，Gs为岩Vs??w 石比重，Ws是体积为V的岩石固体部分的重量，Vs为岩石固体部分的体积，?w为单位体积水的重量。

16、岩石的软化性（2005，2007）p29

岩石的软化性:岩石浸水后强度降低的性能。可用软化系数来衡量。 软化系数指岩样在饱水状态的抗压强度与自然风干状态抗压强度的比值。

17、地应力（2005）原岩应力（2007）p129

地应力：存在于地层中的未受扰动的天然应力，也称岩体初始应力，绝对应力或者原岩应力。

18、岩石的天然含水率（2006）p27

天然状态下岩石中水的质量mw与岩石的烘干质量mrd的比值，用百分数表示。（附上公式）

19、岩石的强度（2006）

岩石的强度：即岩石在各种不同荷载作用下达到破坏时所能承受的最大应力。

20、岩体力学性质（2007）

岩体力学性质：岩体抵抗外力作用的能力。包括岩体的稳定性特征，强度特征和变性特征。

21、岩石的扩容（2007，2008）

岩体在荷载作用下,随着荷载增加产生微裂隙引起的非弹性体积膨胀的现象。

或：岩石扩容是指在偏应力作用下，当应力达到某一定值时，岩石的体积不但不缩小反而增大的一种力学现象。

22、岩石的损伤破坏（2008）p463

在载荷作用下，由于岩石微观结构的缺陷引起材料或结构的劣化过程，称为岩石的损伤破坏。

23、岩石的碎胀性（2008）

岩石在一定轴向力作用下，岩石试件横向明显体积扩大膨胀破碎的性质。

24、岩石的变形（2008）p52

岩石在外力或其他物理因素（如温度、湿度）作用下发生形状或体积的变化。

二、简答题

1、简要说明岩石的水理性及其描述方法（2003）p27

岩石与水相互作用时所表现的性质称为岩石的水理性。包括吸水性、透水性、软化性和抗冻性。

岩石的天然含水率：天然状态下岩石中水的质量mw与岩石的烘干质量mrd的比值，用百分数表示。

岩石的吸水性：是指岩石吸收水分的性能，取决于岩石孔隙体积的大小及其敞开或封闭程度等，描述岩石吸水性的指标有吸水率、饱水率和饱水系数。

吸水率：岩石在常温常压下吸入水的质量与其烘干质量的百分比。

饱水率：岩石在强制状态下（高压或真空，煮沸），岩石吸入水的质量与岩样烘干质量的百分比值。

饱水系数：岩石吸水率与饱水率的百分比。

透水性：岩石能被水透过的性能。透水性的大小可用渗透系数来衡量，它主要取决于岩石中孔隙的大小，方向及相互连通情况。

软化性：岩石浸水后强度降低的性能。可用软化系数来衡量。 软化系数指岩样在饱水状态的抗压强度与自然风干状态抗压强度的比值。

抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的性能，常用抗冻系数表示。抗冻系数指岩石试样在±250C的

温度区间内，反复降温、冻结、融解、升温，其抗压强度有所下降，岩样抗压强度的下降值与冻融前的抗压强度的比值，用百分数表示，即Cf??c??cf?100% ?c

2、什么是岩石蠕变力学介质模型中的粘性元件？请简要说明其基本特征。（2003）p202 物体在外力作用下，应力与应变速率成正比，符合牛顿流动定律。称其为牛顿流体，是理想的粘性体。本构方程为：

???d?

dt

应力－应变速率曲线：

特征为：1、有流动，2、应变与时间有关，无瞬时变形；3、无应力松弛；4、无弹性后效，有永久变形。

3、简述莫尔强度理论。（2003，2006，2008）p223

莫尔总结指出“到极限状态时，滑动平面上的剪应力达到一个取决于正应力与材料性质的最大值”，并可用下列函数关系表示：τ = f（σ），他可通过试验方法取得，即对应于各种应力状态（单轴压缩，单轴拉伸和三轴压缩）下的破坏莫尔应力圆包络线的外公切线。通过试件应力圆与包络线的比较来判断是否破坏。如果应力圆与包络线相切或相割，则研究点将产生破坏；如果应力圆位于包络线下方，则不会破坏。

莫尔强度理论实质上是一种剪应力强度理论。一般认为，该理论比较全面地反映了岩石的强度特征，它既适用于塑性岩石也适用于脆性岩石的剪切破坏。同时也反映了岩石抗拉强度远小于抗压强度这一特性，并能解释岩石在三向等拉时会破坏，而在三向等压时不会破坏的特点。

莫尔判据的缺点是忽略了中间主应力的影响，与实验结果有一定出入。且该判据只适用于剪切破坏，受拉区的适用性还值得进一步讨论，并且不适用于膨胀或蠕变破坏。

4、简述库伦准则的基本内容（及其表达式）（2004，2005，2009）p219

库仑认为，岩石的破坏主要是剪切破坏，岩石的强度等于本身抗剪切摩擦的粘结力和剪切面上的法向力产生的摩擦力。即 ： |τ| = c + σtanΦ

其中，σ和τ是该破坏平面的法向应力和剪应力，c为内聚力，Φ为内磨擦角。

如图所示，方程确定的准则由直线AL表示。如果应力圆上的点落在强度曲线AL之下，则说明该点表示的应力还没有达到材料的强度值，故材料不会发生破坏；如果应力圆上的点超出了上述区域，则说明该点表示的应力已超过了材料的强度并发生破坏；如果应力圆上的点正好与强度曲线相切（图中D点），则说明材料处于极限平衡状态，岩石所产生的剪切破坏将可能在该点所对应的平面上发生。（附上图）

5、什么是初始地应力？简述工程岩体中初始地应力分布的一般规律。(简述工程岩体中初始地应力)(2004,2006,2009)或者说：论述工程岩体（地壳浅部）中的初始地应力及其分布规律（2003，2007）p129-136

初始地应力：存在于地层中的未受扰动的天然应力，也称岩体初始应力，绝对应力或者原岩应力。

地应力的分布规律：

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 实测铅垂应力基本等于上覆岩层的重量；

3 地应力中的水平应力普遍大于铅垂应力；

4 平均水平应力与铅垂应力的比值随深度增长而减小；

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，显示出很强的方向性； 7 地应力的分布受地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特征、岩体力学性质、温度、地下水等因素的影

响，特别是地形和断层的扰动影响最大。

6、简述边坡岩体破坏的基本形式及影响边坡稳定的主要因素(2004,2006,2008)p373-379 边坡变形发展到一定程度，将导致边坡的失稳破坏。边坡破坏的基本形式：

1崩塌：块状岩体与岩坡分离向前翻滚而下

2滑坡：岩体在重力作用下，沿坡内软弱结构面产生的整体滑动

3滑塌 4岩块流动 5岩层曲折

影响边坡稳定的主要因素：

1 不连续面在边坡破坏中的作用

2 改变斜坡外形，引起坡体应力分布的变化

3 改变斜坡岩土体的力学性质，使坡体强度发生变化

4 斜坡直接受各种力的作用

7、简述地质体的形成过程(2005,2009)p75

地质体是指地壳内占有一定的空间和有其固有成分，并可以与周围物质相区别的地质作用的产物。地质体的形成经历了漫长的历史时期，它是岩浆、沉积、变质等各种内地质和外地质营力作用下，经过多期构造等反复的地质作用下，经受变形，遭受破坏，最终形成了现在的地质体。

8、简述达西定律的基本内容及其表达式(2005,2009)

达西定律 ：反映水在岩土孔隙中渗流规律的实验定律。由法国水力学家达西通过大量实验得出。其表达式为：Q=KFI。

式中Q为单位时间渗流量，F为过水断面，I为水力梯度，K为渗流系数。关系式表明，水在单位时间内的渗流量与过水断面面积和水力梯度成正比。

9、结构面力学性质的尺寸效应体现在哪些方面？(2007)p95

1、随着试块面积的增加，平均峰值剪切应力呈减少趋势；

2、随结构面尺寸增大，达到峰值时强度时的位移量增大；

3、由于尺寸的增加，剪切破坏形式有脆性破坏向延性破坏转化；

4、尺寸增大，峰值剪胀角减小；

5、随结构面粗糙度减小，尺寸效应也减小。

10、岩体质量分类有哪些意义？(2007)

稳定蠕变和不稳定蠕变的临界应力为岩石的长期强度。

3、论述岩石在复杂应力状态下的破坏类型，并阐述其在工程岩体稳定性研究中的意义（2004） 在关于岩石破裂的所有讨论中，破裂面的性质和描述是最重要的，出现的破裂类型可用下图中岩石在各种围压下的行为来说明。

在无围压受压条件下，观测到不规则的纵向裂缝[见图(a)]，这个普通现象的解释至今仍然不十分清楚；加中等数量的围压后，图(a)中的不规则性态便由与方向倾斜小于45度角的单一破裂面所代替[图(b)]，这是压应力条件下的典型破裂，并将其表述为剪切破坏，它的特征是沿破裂面的剪切位移，对岩石破裂进行分类的Griggs和Handin(1960)称它为断层；因为它符合地质上的断层作用，后来有许多作者追随着他们；然而，更可取的似乎是限制术语断层于地质学范围，保留术语剪切破裂于试验范围更好；如果继续增加围压，使得材料成为完全延性的，则出现剪切破裂的网格[图(c)]，并伴有个别晶体的塑性。

破裂的第二种基本类型是拉伸破裂，它典型地出现于单轴拉伸中，它的特征是明显的分离，而在表面间没有错动[图(d)]。

在较为复杂的应力条件下出现的破裂，可以认为上述类型之一或其它。如果平板在线载荷之间受压[图(e)]，则在载荷之间出现一个拉伸破裂，如果这些载荷是由环绕材料的外套挤入材料的裂缝中引起的，则将破裂表述为侵入破裂，当检查图(a)情况中的破裂面时，它们中

的一些部分有剪切破裂的状态。而其他一些部分显然是拉伸破裂。岩石破裂中，注意力还将集中于重要的扩容现象，它发生于岩石试件的单轴和三轴受压期间．通常，在三轴试验中，围压是由流体通过一个刚度可忽略不计的不渗透膜来施加的，在这样的试验中，试件的径间膨胀和扩容显然不会由于围压的增加而被局部或均匀地阻挡；如果试件被更多的岩石包围，象实际情形中听发生的那样，那就将是这种情况，不管围岩是否破坏，预料它所提供的阻力会有增加最小主应力值的效应，因此趋于阻止破坏和集中破裂于有限的体积内。

4、论述影响岩石力学性质的主要因素（2005，2006）

论述影响岩石力学性质的因素很多，如水、温度、风化程度、加荷速度、围压的大小、各向异性等等，对岩石的力学性质都有影响。如下：

1 水对岩石力学性质的影响。主要表现在连接作用、润滑作用、水楔作用、孔隙压力 作用、溶蚀及潜蚀作用；

2 温度对岩石力学性质的影响。随着温度的增高，岩石的延性加大，屈服点降低，强 度也降低；

3 加荷速度对岩石力学性质的影响。加荷速度越大，测得的弹性模量越大，获得的强度指标值越高。

4 围压对岩石力学性质的影响。围压的增大使得岩石的变形、强度和弹性极限都 有显著的增大

5 随着温度的增高，岩石的延性加大，屈服点降低，强度也降低；

6 风化对岩石力学性质的影响。产生新的裂隙、矿物成分发生变化、结构和构造发生变化。

5、论述在单轴压缩载荷作用时岩石试件的端部约束效应（2005）

? 由于岩石材料与铁板之间的泊松比值存在差异，这将在试件端面与铁板之间的接触面上 产生摩擦力，该摩擦力将影响岩石试件的横向变形和岩石试件端面附件区域的应力状态。 ? 由于该摩擦力的存在，导致岩石试件内部应力分布不均，致使岩石试件并非只产生纵向 劈裂破坏（亦称拉伸破坏），还有可能产生X状共轭斜面剪切破坏和单斜面剪切破坏等破坏形式。

? 为了尽量减小试件端面与铁板之间的接触面上产生摩擦力，以保证岩石试件端面附件区 域的应力状态也为单向受力状态，必须要在试件端面与铁板之间的接触面上添加缓冲材料。 ? 国际岩石岩石力学学会建议在试件端面与铁板之间使用与同样直径大小的钢件垫块。

6、详述岩石试件在单轴压缩荷载作用下破坏时，试件可产生的三种破坏形式（2007） 岩石在单轴压缩荷载下达到破坏前所能承受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度。 试件在单轴压缩荷载作用下破坏的三种形式：

1. X状共轭斜面剪切破坏，如图b

2. 单斜面剪切破坏，如图c

这两种破坏都是由于破坏面上的剪应力超过极限引起的，因而被视为剪切破坏。

3. 拉伸破坏，在轴向压应力作用下，在横向将产生拉应力。这是柏松效应的结果。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。如图d

7、论述岩体结构的基本类型（2008）

77页中从“这个分类依据可以具体说明如下”后面。。。。。。。。。。。。。到“2.2.2 分类方案”以前，就按书上格式答。

8、什么是岩石的岩石的应力——应变曲线?简要说明岩石应力——应变全过程曲线的基本特征(在单向压缩荷载条件下，岩石的应力——应变曲线可分为哪四个阶段？)（2004，2006,2008）

全应力应变曲线：岩石试件在单轴压缩荷载作用下直到破坏的全过程的应力应变关系曲线，包括破坏前和破坏后部分。

四个阶段：书上53页（附图）

9、研究应力-应变全过程曲线的意义是什么？

51页用黑笔划了的部分

四、计算题

2007年：

某均质岩石的强度曲线为：???tan??c，其中，c?40MPa，?=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及破坏面的方位，并用莫尔圆表示。（sin30°=0.5，cos30°=0.866）

2008年：

设莫尔（Mohr）理论的强度包络线为一直线，c、?分别为岩石的凝聚力和内摩擦角， 试证明：

1、岩石的强度条件为：

?1??3?sin? 2c?ctg???1??3

2、岩石的单轴抗压强度?c与c、?之间的关系为：

2c??ctg?45??

一、 什么是岩石的水理性？如何描述岩石的水理性？（20分）

回答要点：

1. 岩石的水理性的定义；（3分）

2. 岩石的天然含水率；（2分）

3. 岩石的吸水性（定义、吸水率、饱水率和饱水系数）（6分）

4. 岩石的透水性（定义、渗透系数）（3分）

5. 岩石的软化性（定义、软化系数）（3分）

6. 岩石的抗冻性（定义、抗冻系数）（3分）

二、 试评述单轴压缩载荷作用下的端部约束效应。（20分）

回答要点：

1. 单轴压缩载荷条件的定义；（2分）

2. 材料的泊松效应；（4分）

3. 岩石受载端面与钢压板间的摩擦力；(5分,其中示意图2分）

4. 岩石端面的复杂应力状态分析；（5分,其中示意图2分）

5. 改善端面约束效应的主要方法。（4分）

三、 试述莫尔（Mohr）强度理论的基本内容，并评述之。（20分）

回答要点：

1. 岩石强度理论的定义（包括对强度理论（2分）、强度准则(破坏条件) （1分）、 强度曲线（曲面）（1分）等的解释）及其一般数学表示方法（2分）

2. 莫尔（Mohr）强度理论的基本观点（3分）及基本函数关系（|τ|=f（σ））（1 分）

3. 莫尔（Mohr）强度包络线（2分）及其拟合（包括双直线、二次抛物、双曲线 等）（3分）

4. 莫尔（Mohr）强度理论的优缺点（4分）及其适用性讨论（1分）