2023年岩石力学考博真题秋及答案.doc

重庆大学二零零七年博士生(秋季)入学考试试题科目代码：248 （共 1 页）考试科目：高等岩石力学专 业：采矿工程、安全技术及工程、矿物加工工程、安全管理工程、资源综合运用工程请考生注意：答题（包括填空题和选择题）一律答在答题纸上，答在试题上无效。一. 简述库仑准则和莫尔假定基础内容，并简要阐明对其研究工程实际意义。(20分)二. 论述岩石在复杂应力状态下破坏类型，并论述其在工程岩体稳定性研究中意义。(20分)三. 论述影响岩石力学性质关键原因。(20分)四. 试述岩石水理性。(20分)五. 试述工程岩体中初始地应力及其分布规律。(20分)重庆大学博士生入学考试试题答案科目代码：248 学院：资源及环境科学学院科目名称：高等岩石力学一. 简述库仑准则和莫尔假定基础内容，并简要阐明对其研究工程实际意义。 库仑准则是1773年由库仑引入，她认为趋于使一平面产生破坏剪应力受到材料内聚力和乘以常数平面法应力抵御，即 | = S0 + 其中，和是该破坏平面法向应力和剪应力，S0可以看作是材料固有剪切强度常数，是材料内摩擦系数常数。根据该理论可以推论出，当岩石发生破坏时所产生破裂面将有两个也许共轭破裂面，且均通过中间主应力方向，并和最大主应力方向成夹角()，这里内摩擦角。 莫尔假定是莫尔于1923年提出一种剪切破坏理论，该理论认为岩石受压后产生破坏关键是由于岩石中出现最大有效剪应力所引起，并提出当剪切破坏在一平面上发生时，该破坏平面上法向应力和剪应力由材料函数特性关系式联络： | = f（）按莫尔假定可以看出：岩石破坏强度是随其受力条件而变化，周向应力越高破坏强度越大；岩石在三向受压时破坏强度仅和最大和最小主应力有关，而和中间主应力无关；三向等压条件下，莫尔应力圆是法向应力轴上一种点圆，不也许和莫尔包络线相切，因此岩石也不也许破坏；岩石破裂面并不和岩石中最大剪应力面相重叠，而是取决于其极限莫尔应力圆和莫尔包络线相切处切点位置，这也阐明岩石破裂不仅和破裂面上剪应力有关，也和破裂面上出现法向正应力和表征岩性内聚力和内摩擦角有关。综上所述，莫尔假定考虑了岩石受力状态、周向应力约束影响和岩石自身性能，能较全面反应岩石破坏强度特性，但该假定忽视了中间主应力对岩石破坏强度影响，而事实证明中间主应力对其破坏强度是有一定程度影响。二. 论述岩石在复杂应力状态下破坏类型，并论述其在工程岩体稳定性研究中意义。在有关岩石破裂所有讨论中，破裂面性质和描述是最关键，出现破裂类型可用下图中岩石在多种围压下行为来阐明。在无围压受压条件下，观测到不规则纵向裂缝见图(a)，这个一般现象解释至今仍然不十分清晰；加中等数量围压后，图(a)中不规则性态便由和方向倾斜不大于45度角单一破裂面所替代图(b)，这是压应力条件下经典破裂，并将其表述为剪切破坏，它特性是沿破裂面剪切位移，对岩石破裂进行分类Griggs和Handin(1960)称它为断层；由于它符合地质上断层作用，后来有诸多作者追伴随她们；然而，更可取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愈加好；假如继续增长围压，使得材料成为完全延性，则出现剪切破裂网格图(c)，并伴有部分晶体塑性。破裂第二种基础类型是拉伸破裂，它经典地出现于单轴拉伸中，它特性是明显分离，而在表面间没有错动图(d)。在较为复杂应力条件下出现破裂，可以认为上述类型之一或其他。假如平板在线载荷之间受压图(e)，则在载荷之间出现一种拉伸破裂，假如这些载荷是由围绕材料外套挤入材料裂缝中引起,则将破裂表述为侵入破裂，当检查图(a)状况中破裂面时，它们中部分部分有剪切破裂状态。而其他部分部分显然是拉伸破裂。岩石破裂中，注意力还将集中于关键扩容现象，它发生于岩石试件单轴和三轴受压期间一般，在三轴试验中，围压是由流体通过一种刚度可忽视不计不渗透膜来施加，在这样试验中，试件径间膨胀和扩容显然不会由于围压增长而被局部或均匀地阻挡；假如试件被更多岩石包围，象实际情形中听发生那样，那就将是这种状况，不管围岩与否破坏，预料它所提供阻力会有增长最小主应力值效应，因此趋于制止破坏和集中破裂于有限体积内。三. 论述影响岩石力学性质关键原因答复要点：论述影响岩石力学性质原因诸多，如水、温度、风化程度、加荷速度、围压大小、各向异性等等，对岩石力学性质所有有影响。现分述如下：1、 水对岩石力学性质影响。关键表目前连接作用、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影响。伴随温度增高，岩石延性加大，屈服点减少，强度也减少；3、 加荷速度对岩石力学性质影响。伴随加荷速度减少，岩石延性加大，屈服点减少，强度也减少；4、 围压对岩石力学性质影响。伴随温度增高，岩石延性加大，屈服点减少，强度也减少；5、 风化对岩石力学性质影响。产生新裂隙、矿物成分发生变化、构造和构造发生变化。四. 试述岩石水理性答：岩石遇水作用后，会引起某些物理、化学和力学等性质变化，水对岩石这种作用特性称为岩石水理性。岩石水理性包括吸水性、抗冻性和软化系数三方面，现分述如下：所谓吸水性是指岩石吸取水分性能，可以采用吸水率、饱水率和饱水系数来表达，即：吸 水 率： 饱 水 率： 饱水系数： 其中，W1为岩石在原则大气压下吸入水重量，W2为岩石150个大气压或真空条件下吸入水重量，Wd为岩石干重量。所谓抗冻性就是指岩石抵御冻融破坏性能，它是评价岩石抗风化稳定性一种关键指标，可以采用抗冻系数来表达，即：其中，为冻融试验前岩石试件抗压强度，为冻融试验后岩石试件抗压强度所谓软化系数是指岩石试件在饱水状态下抗压强度和在干燥状态下抗压强度比值，即：各类岩石软化系数大概在0.45-0.90之间。五. 试述工程岩体中初始地应力及其分布规律工程岩体中初始地应力是指未受到任何工程扰动岩体在天然状态下所具有内应力，关键由岩体自重及地质构造作用所引起，地形、地质构造、地震力、水压力、热应力等也会在一定期间和空间范围内一定程度上影响到岩体中初始地应力。由于地质构造现象、构造应力和岩石种类、性态等在空间分布上不均匀性，岩体初始地应力状态将会随岩体所处深度和位置不同样而有所变化，但可以认为任一点处应力所有是处在相对的平衡状态。工程岩体中地应力关键由自重应力和构造应力两部分构成。自重应力在岩体中分布是随深度变化大体呈线性增长，若设在距地表深为z处竖直方向自重应力为z，水平方向自重应力为x和y，则： 铅垂分量 水平分量 这里，i是第i层地层容重，Zi是第i层地层厚度，是目前地层泊松比。构造应力是由于地球自转角速度变化、地球壳体绕地轴旋转产生离心力和地幔对流等原因所引起，因此在工程岩体中构造应力是以水平应力分量为主，其大小将因地层褶皱、断裂、升降等等地质构造现象及程度不同样而异。综合大量实测资料和近代理论，初始地应力场一般分布规律有如下特点：1)初始地应力一般是三轴压应力状态，且受地表地形地貌、山川河流和构造影响，其分布往往十分复杂；2)三个主应力大小一般互不相等，其中两个(近)水平方向主应力也不相似，且最大水平主应力方向和区域性构造形迹亲密有关，往往是构造应力影响成果；3)三个主应力方向一般偏离铅垂或水平方向不大，引起偏离关键原因是构造、岩层倾角或局部不均质影响；4)初始地应力中铅垂应力分量基础上等于上覆岩体自重，它随深度呈线性增长；5)初始地应力两个近水平应力分量分布十分复杂，因地而异，且随深度而变化；两个水平应力平均值和铅垂应力比值记录规律可概括为侧应力系数(平均)和深度呈双曲线变化，越近地表平均水平应力相对高于铅垂应力；往下越相靠近，一定深度后来变得不大于铅垂应力。进入到蠕变变形阶段，可将蠕变变形一般可提成三个阶段：(1)第一蠕变阶段(AB段),也称过渡蠕变阶*段,在这个阶段内,蠕变为向下弯曲形状,也就是说曲线斜率逐渐变小，若在这一阶段之中(曲线上某一点E)进行卸载，则应变沿着曲线EFG下降，最终应变为零、其中EF曲线为瞬时弹性应变之恢复曲线，而FG曲线表达应变随时间逐渐恢复为零；(2)第二蠕变阶段(BC段), 也称稳定蠕变阶段，蠕变变形曲线近似一倾斜直线，即蠕变应变率保持常量，一直持续到C点。若在这一阶殷中进行卸载，则应变沿曲线HIJ逐渐恢复趋近于一渐近线，最终保留一定永久应变;(3)第三蠕变阶段(CD段),也称加速蠕变阶段，应变率由C点开始迅速增长，达到D点，岩石即发生破坏，这一阶段完毕时间较短，严格地说，这一阶段可分为两个区间：即发育着延性变形但尚未引起破坏阶段(CP段)和微裂隙剧烈发展导致变形剧增和引起破坏阶段(PD段)，它相称于褶皱形成后断裂形成阶段。5) 同一种岩石，其载荷值越大，在第二阶段持续时间也就越短，第三阶段破坏出现也就越快。在载荷很大状况下，几乎加载后来立即产生破坏。一般中等载荷，所有三个蠕变变形阶段体现得十分明显。任何一种蠕变变形阶段持续时间，所有取决子岩石类型、载荷值及温度等原因。