1.1 簡述岩石與岩體的區別與聯絡。
答：岩石是由礦物或岩屑在地質作用下按一定的規律聚集而形成的自然物體，力學性質可在實驗室測得；岩體是指由背諸如節理、裂隙、層理和斷層等地質結構面切割的岩塊組成的集合體，力學性質一般在野外現場進行測定，因此更接近岩體的實際情況，反映岩體的實際強度。
1.2 岩體的力學特徵是什麼？
答：（1）不連續性：岩體受結構面的隔斷，多為不連續介質，但岩塊本身可作為連續介質看待；
（2）各向異性：結構面有優先排列位向的趨勢，隨著受力岩體的結構趨向不同力學性質也各異；
（3）不均勻性：結構面的方向、分布、密度及岩塊的大小、形狀和鑲嵌狀況等在各部位都很不一致，造成岩體的不均勻性；
（4）岩塊單元的可移動性：岩體的變形破壞往往取決於組成岩體的岩石塊單元體的移動，這與岩石塊本身的變形破壞共同組成岩體的變形破壞；
（5）力學性質受賦存條件的影響：在一定的地質環境中，岩體賦存有不同於自重應力場的地應力場、水、氣、溫度以及地質歷史遺留的形跡等。
1.3 岩石可分為哪三大類？它們各自的基本特點是什麼？
答：（1）岩漿巖：由岩漿冷凝形成的岩石，強度高、均勻性好；
（2）沉積岩：由母岩在地表經風化剝蝕後產生，後經搬運、沉積和結硬成岩作用而形成的岩石，具有層理構造，強度不穩定，且具有各向異性；
（3）變質岩：由岩漿巖、沉積岩或變質岩在地殼中受高溫、高壓及化學活動性流體的影響發生變質而形成的岩石。力學性質與變質作用的程度、性質以及原岩性質有關。
1.4 簡述岩體力學的研究任務與研究內容。
研究任務：①建模與引數辨別；②確定試驗方法、儀器與資訊處理；③現場測試；④實際應用；
研究內容：①岩石與岩體的物理力學性質（岩石的物質組成和結構特徵，岩石的物理、水理性質，岩塊在不同應力狀態作用下的變形和強度特徵，結構面的變性特徵和強度引數的確定等）；②岩石和岩體的本構關係（岩塊的本構關係，岩體結構面分類和典型結構麵本構關係，岩體的本構關係）；③工程岩體的應力、變形和強度理論（岩體初始應力測量及分布規律，岩體中應力、應變和位移計算，岩體破壞機理、強度理論和工程穩定性維護與評價）：④岩石（岩塊）室內實驗（室內實驗是岩石力學研究的基本手段）；⑤岩體測試和工程穩定監測（岩體原位力學實驗原理和方法，岩體結構面分布規律的統計測試，岩體的應力、應變、位移檢測方法及測試資料的分析利用，工程穩定準則和安全**理論與方法）。
1.5 岩體力學的研究方法有哪些？
研究方法是採用科學實驗、理論分析與工程緊密結合的方法。
①對現場的地質條件和工程環境進行調查分析，掌握工程岩體的組構規律和地質環境；
②進行室內外的物理力學性質試驗、模型試驗或原型試驗，作為建立岩石力學的概念、模型和分析理論的基礎。
③按地質和工程環境的特點分別採用彈性理論、塑性理論、流變理論以及斷裂、損傷等力學理論進行計算分析。
2.1 名詞解釋
（1）岩石的質量指標（rqd）：大於10cm的岩心之和與鑽孔總長度的比率。
（2）孔隙比：孔隙的體積與固體的體積之比，；
（3）孔隙率：孔隙的體積與試件總體積之比，；
（4）吸水率：岩石吸入水的質量與固體質量之比，；
（5）風化指標：包括軟化係數（表示抗風化能力的指標，是試件乾燥單軸抗壓強度與飽和單軸抗壓強度的比值，，越小表示岩石受水的影響越大）和岩石耐崩解係數（試件實驗前的質量與試驗後殘餘質量的比值，）；
（6）膨脹指標：包括自由膨脹係數（岩石在無任何條件下，浸水後產生的膨脹變形尺寸與原尺寸的比值，包括軸向自由膨脹率和徑向自由膨脹率），岩石的側向約束膨脹率（將具有側向約束的試件浸入水中，使試件僅產生軸向變形而求得的膨脹率）以及膨脹壓力（岩石浸水後，使試件保持原有體積所需施加的最大壓力）；
（7）滲透性：在一定的水壓作用下，水穿透岩石的能力。反映了岩石中裂隙向相互連通的程度，用達西定律描述：，其中表示水頭變化率。
2.2 簡述岩石的孔隙比與孔隙率的聯絡。
答：孔隙比（e）是指孔隙的體積與固體的體積之比，孔隙率（n）是指孔隙的體積與試件總體積之比，其關係為：。
3.1 簡述岩柱劈裂破壞機理。
答：岩柱受壓時，軸向趨於縮短，橫向趨於擴張，是張拉破壞。當試件兩端面無摩擦力時，若試件受到軸向壓縮，試件橫向自由擴張，其中的張拉應力使試件產生平行於軸線的垂直裂縫，呈柱狀劈裂破壞。
3.2 剛性試驗機的工作原理是什麼？
答：剛性試驗機（km≧ks），由於試驗機釋放能δem小於δes，需要繼續載入才能使試件產生新的位移，因此，保持峰值強度後的試驗平穩進行，並記錄下岩石峰值強度後的應力-應變曲線，即剛性試驗機的工作原理。
3.3 什麼是環箍效應？列舉在單軸壓縮中克服它的措施。
試件受壓時，由於軸向趨於縮短，橫向趨於擴張，而試件和壓板間的摩擦約束作用則阻止其擴張，在試件端麵部分形成了乙個箍的作用，這一作用隨著遠離承壓板而逐漸減弱，即環箍效應。
措施：在試件與壓板間插入剛度與試件匹配、斷面尺寸與試件相同的墊塊；潤滑試件端部；加長試件。
3.4 簡述抗剪試驗及裂隙法試驗的試驗要點。
【抗剪試驗】
試驗要點：如圖，將按一定的精度要求加工好的立方體（5×5×5cm）岩石試件，放入鋼製楔形角模內；再將夾有試件的角模放在試驗機上緩慢加壓至破壞，並記錄下極限荷載p。
試驗關鍵技術：保持角模整體平衡、穩定，防止偏心荷載，使試件按預定的剪下面剪斷；在載入過程中，角模會產生水平位移，為減少角模與試驗機壓板之間的摩擦力，在兩者之間放滾柱板；角模的傾角α（試件剪斷面方向角），不能太小也不能太大，一般在30°~70°。
【裂隙法試驗】
實驗要點：如圖，用乙個實心圓柱形試件，使它承受徑向壓縮荷載至破壞，再利用彈性理論推算出岩石的抗拉強度。鋼絲直徑為5mm，作用為將試驗機壓板荷載轉化為線性荷載傳遞給試件。
試件尺寸為直徑d=50mm，長度t=25mm。此時，試件的單軸抗拉強度。
實驗關鍵：嚴格對中，為防止試件承受偏心荷載，要求鋼絲墊條平行於試件軸線，上、下兩鋼絲的連線為試件的直徑，保證破裂面通過試件的直徑。
3.5 簡述摩爾-庫倫曲線的製作方法。
答：摩爾曲線製作方法：①在σ-τ平面上，做一組不同應力狀態下（包括單軸抗拉和單向抗壓）的極限應力圓；②找出各應力圓上的破壞點；③用光滑曲線連線個破壞點，這條光滑曲線就是極限莫爾應力圓的包絡線，即莫爾準則曲線。
庫倫曲線的製作方法：作一系列不同傾角α的壓剪試驗，並由式（1）計算出不同傾角的破壞面上的正應力σ和剪應力τ；再在σ-τ平面描點作出強度準則曲線，或用數理統計方法確定其方程。通常由抗剪試驗得出的強度曲線是一條弧形曲線，一般把它簡化為直線，即得到式（2）所示的強度準則。
（1）（2）
3.6 影響岩石強度的主要因素有哪些？
答：（1）承壓板的影響：①試件端麵的摩擦力約束了試件端麵附近的橫向變形；②承壓板與試件的剛度不匹配造成兩者變形的不協調。
（2）試件尺寸及形狀的影響：①形狀：圓形不易引起應力集中並且容易加工；②尺寸：試件的強度隨尺寸的增加而減小；③高徑比：高徑比越大試件抗壓強度越低。
（3）載入速率的影響：岩石的單軸抗壓強度隨載入速度增大而增大。
（4）環境影響：①含水量：含水量越大強度越低，且岩石越軟影響越明顯；②溫度：常溫下溫度的影響不明顯，超過180℃，溫度越高強度越小，380℃左右時強度急劇下降。
（5）層理結構的影響：岩塊的抗壓強度因受力方向不同而有差異，層理顯著的沉積岩差異更明顯。
3.7 簡述單向壓縮下的岩石全過程應力應變曲線的特徵。
答：岩石應力－應變全過程曲線只有在剛性試驗中才能做出，如圖所示，典型岩石應力－應變全過程曲線一般可以分為5個階段來描述其性質：
①oa階段，通常被稱為壓密階段。其特徵是應力－應變曲線呈上凹型，即應變隨應力的增大而減小，形成這一特性的主要原因是：存在於岩石內部的微裂隙在外力作用下發生閉合所致。
②ab階段，彈性變形階段。這一階段的應力－應變曲線基本呈直線。
③bc階段，塑性變形階段。當應力值超出屈服應力之後，隨著應力的增大曲線呈下凹狀，明顯的表現出應變增大（軟化）的現象。進入了塑性階段，岩石將產生不可逆的塑性變形。
同時ε1，ε3應變速率將同時增大但最小主應變的應變速率ε3的增大表現得更明顯。
④cd階段，為應變軟化階段。雖然此時已超出了峰值應力，但岩石仍具有一定的承載能力，而這一承載力將隨著應變的增大而逐漸減小，表現出明顯的軟化現象。
⑤d點以後為摩擦階段。它僅表現了岩石產生巨集觀的斷裂面之後，斷裂面的摩擦所具有的抵抗外力的能力。
3.8 試說明岩石流變三階段的特點。
答：岩石的蠕變是指在恆定的壓力作用下應變隨時間的增長而增長的特性；
岩石的蠕變特性可分為三階段來描述：
①初始蠕變階段（ab段）,在此階段存在瞬時彈性階段和彈性後效等特性。
②穩定蠕變階段（bc段），在此階段存在瞬時彈性變形，彈性後效和粘性流動（永久變形）
③加速蠕變階段（c點以後），又稱破壞蠕變階段或非穩定蠕變階段，一般過了c點以後岩石破壞（失穩）不可避免。
3.9 蠕變力學模型（兩元件）的結構關係推導過程。
答：（1）馬克斯韋爾模型（m體）
馬克斯韋爾模型是由虎克體（彈簧）和牛頓體（阻尼器）串聯組成。m=h-n。
蠕變曲線鬆弛曲線彈性後效和粘性流動
靜力平衡條件： 變形協調條件： 本構關係：
蠕變方程： 鬆弛方程：
粘性流動：
（2）開爾文模型（k體）
開爾文模型是由彈簧和阻尼器併聯組成。k=h|n。
蠕變曲線鬆弛曲線彈性後效和粘性流動
靜力平衡條件變形協調條件：
本構方程：
鬆弛方程：
蠕變方程彈性後效：
（3）賓厄姆模型（b體）
賓厄姆模型是由滑塊（聖維南體st v）和阻尼器併聯組成。b=n|st v。
蠕變與粘性流動曲線
靜力平衡條件變形協調條件：
本構關係
蠕變方程： 粘性流動：
3.10 莫爾—庫侖準則提出機理是什麼？掌握其推導、**、主應力表示方法。
答：（1）提出機理：岩石的破壞屬於壓剪破壞，在破壞面上，剪下破壞力的一部分用來克服與正應力無關的粘結力，使材料顆粒間相脫離；另一部分用來克服與正應力成正比的摩擦力，使麵間發生錯動而最終破壞。
岩石力學課程複習 1406
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