岩石力学课后思考题答案

PAGE/NUMPAGES岩石：是由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而形成的多种矿物颗粒的集合体，是组成地壳的基本物质。岩体：是相对于岩块而言的，是指地面或地下工程中围较大的、由岩块（结构体）和结构面组成的地质体。岩石结构：是指岩石中矿物颗粒的大小、形状、 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面特征、颗粒相互关系、胶结类型特征等。岩石构造：是指岩石中不同矿物集合体之间与其与其他组成部分之间在空间排列方式与充填形式。岩石的密度：是指单位体积岩石的质量，单位为 。块体密度：是指单位体积岩石（包括岩石孔隙体积）的质量。颗粒密度：是岩石固相物质的质量与其体积的比值。孔隙性：把岩石所具有的孔隙和裂隙特性，统称为岩石的孔隙性。孔隙率：岩石试件中孔隙体积与岩石试件体积之比渗透系数：岩石渗透系数是表征岩石透水性的重要指标，渗透系数 K 在数值上等于水力梯度为 1 时的渗流速度，单位为 cm/s 或 m/d。软化系数：软化系数K为岩石试件的饱和抗压强度 σ(MPa)与干抗压强度 σc (MPa)的比值。岩石的膨胀性：是指岩石浸水后发生体积膨胀的性质。岩石的吸水性：岩石在一定的实验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性，其吸水量的大小取决于岩石孔隙体积的大小与其敞开或封闭的程度等。扩容：是指岩石在外力作用下，形变过程中发生的非弹性的体积增长。弹性模量：是指在单向压缩条件下，弹性变形围，轴向应力与试件轴向应变之比，即E =σε 。变形模量：是指岩石在单轴压缩条件下，轴向应力与轴向总应变（为弹性应变 ε e 和塑性应变 ε p 之和）之比。泊松比：在单向载荷作用下，横向应变( ε x = ε y )与轴向应变( ε z )之比。脆性度：通常把抗压强度与抗拉强度的比值称为脆性度， n = 尺寸效应：岩石试件的尺寸越大，则强度越低，反之越高，这一现象称为尺寸效应。常规三轴试验：常规三轴试验的应力状态为 σ 1 > σ 2 = σ 3 > 0 ，即岩石试件受轴压和围压作用，试验主要研究围压（ σ 2 = σ 3 ）对岩石变形、强度或破坏的影响。真三轴试验：真三轴试验的应力状态为 σ 1 > σ 2 > σ 3 > 0 ，即岩石试件在三个彼此正交方向上受到不相等的压力，试验的主要目的是研究中间主应力（ σ 2 ）的影响。岩石三轴压缩强度：是指岩石在三轴压缩荷载作用下，试件破坏时所承受的最大轴向压应力。流变性：是指介质在外力不变条件下，应力或应变随时间而变化的性质。蠕变：是指介质随在大小和方向均不改变的外力作用下，介质的变形随时间的变化而增大的现象。松弛：是指介质的变形(应变)保持不变时，部应力随时间变化而降低的现象。弹性后效：是指对介质加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。其是一种延迟发生的弹性变形和弹性恢复，外力卸除后最终不留下永久变形。岩石长期强度：岩石的强度是随外载作用时间的延长而降低，通常把作用时间 t → ∞ 的强度（最低值） S ∞ 称为岩石长期强度。强度准则：它表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关系，一般可以用破坏条件下(极限应力状态)的应力间关系 σ 1 = f (σ 2 , σ 3 ) 或 τ = f (σ ) 来表示。通过强度准则判断岩石在什么样应力、应变条件下破坏。岩石结构与岩石构造有何区别？并举例加以说明。岩石结构是指岩石中矿物颗粒的大小、形状、表面特征、颗粒相互关系、胶结类型特征等。岩石颗粒间连接方式分为结晶连接和胶结连接两类。岩石构造是指岩石中不同矿物集合体之间与其与其他组成部分之间在空间排列方式与充填形式。如层理、片理、流面等。岩石颗粒间连接方式有哪几种？岩石颗粒间连接方式分为结晶连接和胶结连接两类。岩石物理性质的主要指标与其表达式是什么？岩石的密度  孔隙率  吸水性（含水率、吸水率、饱和吸水率与饱水系数）渗透系数  软化系数：  岩石的自由膨胀率：  何谓岩石的水理性？水对岩石力学性质有何影响？岩石在水溶液作用下所表现出的力学的、物理的、化学的作用性质，称为岩石的水理性质。主要影响：岩石的吸水率愈高，岩石质量愈差。吸水性较大的岩石（如软岩）当吸水后往往产生膨胀，它会给井巷支护造成很大的压力。岩石渗透系数  溶蚀作用使岩石致密程度降低，孔隙率增大，导致岩石强度降低。岩石浸水饱和后强度降低的性质，具有软化性。通常含粘土质矿物岩石遇水易于产生膨胀，影响岩石工程稳定。岩石受载时会产生哪些类型的变形?岩石的塑性和流变性有什么不同?从岩石的破坏特征看，岩石材料可分为哪些类型？按照应力－应变－时间的关系，岩石的变形可分为弹性变形、塑性变形和粘性（流动）变形三种。弹性(elasticity) 在一定的应力围，物体受外力作用产生全部变形，而去除外力(卸荷)后能够立即恢复其原有的形状和尺寸大小的性质，称为弹性。塑性(plasticity)  物体受力后产生变形，在外力去除(卸荷)后不能完全恢复原状的性质，称为塑性。不能恢复的那部分变形称为塑性变形，或称永久变形、残余变形。粘性(viscosity) 物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质，称为粘性。应变速率随应力变化的变形称为流动变形。根据岩石材料的应力应变曲线所表现出的破坏特征，可将岩石划分为脆性材料和延性材料。脆性(brittle) 物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质，称为脆性。延性(ductile) 物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质，称为延性。简述岩石单向压缩条件下的变形特征？试件受载后直到破坏历经以下五个阶段：1）微裂隙压密阶段(O-A) 岩石试件受载初期，部已存在裂隙与孔隙受压闭合，岩石被逐渐压密，形成早期的非线性变形。（2）弹性变形阶段(A-B) 在此阶段应力应变曲线保持线性关系，服从虎克定律σ = Eε 。试件中原有裂隙继续被压密，体积变形表现继续被压缩。（3）裂隙发生和扩展阶段(B-C) 在此阶段轴向( ε l )曲线仍保持近于直线；过 B 点后，随载荷增加，曲线 ε v 偏离直线。新的裂隙产生，呈稳定状态发展。岩石变形表现为塑性变形。（4）裂隙不稳定发展直到破裂阶段(C-D)   从 ε v 曲线看出，C 点切线斜率为无穷大( dσ / dε v = ∞ )，是 ε v 曲线拐点。过 C 点后，试件体积增大。裂隙进入不稳定发展阶段，裂隙扩展接交形成滑动面，导致岩石试件完全破坏。（5）破裂后阶段（D-E）岩石试件通过峰值应力后，其部结构遭到破坏，但试件基本保持整体状。裂隙快速发展，交叉且相互联合形成宏观断裂面。试件具有残余强度。简述循环荷载条件下岩石的变形特征。在逐级循环加载条件下。如果卸载点 P 超过屈服点，形成塑性回滞环。随循环次数增加，卸载应力下的岩石材料的弹性有所增强。加、卸荷过程并未改变岩石变形的基本习性，这种现象也称为岩石记忆。在反复循环加载（在同一荷载水平上反复加卸载）条件下。当循环应力峰值在弹性极限以上，回滞环的面积变小，岩石越来越接近弹性变形。岩石在反复加、卸荷曲线与应力-应变全过程曲线交点处，形成疲劳破坏。当循环应力峰值低于某一极限应力水平时，岩石不会破坏简述岩石在三轴压缩条件下的变形特征与强度特征。以常规三轴为例①破坏前岩石的应变随围压 σ 3 增大而增加；②随围压 σ 3 增大，岩石的塑性也不断增大，且由脆性逐渐转化为延性。通常把岩石由脆性转化为延性的临界围压 σ 3 称为转化围压。③岩石的峰值强度随 σ 3 增大而增大④随 σ 3 增大岩石弹性模量增大，软岩增大明显，致密的硬岩增大不明显岩石的弹性模量与变形模量有何区别？什么是岩石全应力—应变曲线？为什么普通材料试验机得不出全应力—应变曲线？研究它有何意义？岩石全应力—应变曲线：应用刚性试验机或伺服试验机得到的试件在破坏前与破坏后的应力应变全过程关系岩石各种强度指标与其表达式是什么？岩石抗拉强度有哪几种测定方法？在劈裂法试验中，试件承受对径压缩，为什么在破坏面上出现拉应力破坏？岩块的抗拉强度是通过室试验测定的，其方法包括直接拉伸法和间接拉伸法两种。其中以间接拉伸法中的劈裂法和点荷载法最常用。根据弹性理论可知，受径向压缩作用的圆盘中，在纵向直径平面上作用着几乎等值的拉应力。圆盘试件便在拉应力作用下，沿加载方向断裂。在试件中心附近拉应力分布均匀，应力数值近于相等。如果作用在圆盘上载荷不是理想的线集中载荷时，在距圆盘中心上下方向 0.8R(半径)处，应力值为零。大于 0.8R 处应力转为压应力。在两端受力点处压应力为最大，其值为拉应力值 10 倍以上。但因岩石抗拉强度很低，抗压强度较高，所以岩石试件是在拉应力作用下断裂。岩石抗剪强度有哪几种测定方法？如何获得岩石的抗剪强度曲线？当前在实验室测定岩石抗剪强度的方法有直剪试验、倾斜压模剪切法和三轴试验等。按照莫尔强度理论确定岩石强度曲线一般有下述三种方法：三向压缩试验求强度曲线，按单向抗拉、抗压强度绘制强度曲线，倾斜压模剪切法。岩石的受力状态不同对其强度大小有什么影响？哪一种状态下的强度较大？岩石在不同应力状态下的强度值不同，一般符合如下规律：三轴抗压强度＞双轴抗压强度＞单轴抗压强度＞抗剪强度＞抗弯强度＞抗拉强度。简述影响岩石单轴抗压强度的因素。这些因素主要包括两方面：一方面是岩石本身方面的因素，如岩石的矿物组成、结构构造、密度、风化程度与含水量等；另一方面是实验条件方面的因素，如试件的几何形状、尺寸、试件加工精度、端面条件、加载速率与温度等因素。岩石流变模型的基本元件有哪几种？流变模型主要由三个基本元件——弹性元件、粘性元件、塑性元件组成。不同受力条件下岩石流变具有哪些特征? 并不是任何岩石材料在任何应力水平上都存在蠕变的的三个阶段，一种岩石既可以发生稳定蠕变也可以发生不稳定蠕变，这取决于岩石应力的大小。小于次临界应力时，蠕变按稳定蠕变发展，不会导致岩石破坏；超过某一临界应力时，蠕变向不稳定蠕变发展，并随着时间的增长，将导致岩石破坏。通常称此临界应力为岩石的长期强度。同一种岩石的蠕变曲线，根据其应力水平，可划分为三个类型：1） 类型Ⅰ：在低应力水平下，包含衰减蠕变和稳定蠕变段。这种蠕变不导致破坏。也称为稳定蠕变。2） 类型Ⅱ：在中等应力水平下，包含典型蠕变三个阶段。3） 类型Ⅲ：在较高应力水平下，应变率很高，几乎没有稳态蠕变阶段。简述本书介绍的岩石流变模型的特点。马克斯伟尔模型具有瞬时变形、等速蠕变和松弛特性，不具有弹性后效，可模拟具有这些性质的岩石。开尔文模型具有稳定蠕变和弹性后效性质，而不具备应力松弛和瞬时变形性能。何为岩石长期强度，其与岩石瞬时强度的关系如何？其研究实际意义是什么？一般情况下，当荷载达到岩石瞬时强度 S 0 时，岩石发生破坏。在岩石承受荷载低于其瞬时强度的情况下，如持续作用较长时间，由于流变作用，岩石也可能发生破坏。因此，岩石的强度是随外载作用时间的延长而降低，通常把作用时间 t → ∞ 的强度（最低值） S ∞ 称为岩石长期强度. 岩石长期强度是一种极有意义的时间效应指标。当衡量永久性与使用期长的岩石工程的稳定性时，不应以瞬时强度而应以长期强度作为岩石强度的计算指标。何为强度准则？研究强度准则的意义是什么？常用的岩石强度准则有哪些？强度准则又称破坏判据，它表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关系，一般可以用破坏条件下(极限应力状态)的应力间关系 σ 1 = f (σ 2 , σ 3 ) 或 τ = f (σ ) 来表示。通过强度准则判断岩石在什么样应力、应变条件下破坏。岩石强度准则的建立，可以反映岩石的破坏机理（各种应力状态下岩石破坏的原因）比较适合于岩石的强度理论有格里菲斯理论、莫尔强度理论等。岩石的破坏有几种形式？破坏的机理是什么？1）脆性拉伸破坏，破坏机制：微裂缝或裂隙周围的局部拉应力2）剪切破坏，破坏机制：剪切断裂，即剪应力超过其抗剪强度。3）沿结构面滑移(重剪切破坏)，破坏机制：破坏面剪应力超过其抗剪强度4）塑性破坏，破坏机制：微观上是岩石中的结晶颗粒部晶格间或颗粒之间的滑移破坏。宏观上是在剪应力作用下产生。莫尔强度理论的主要观点是什么？如何根据莫尔强度理论判断岩石中一点破坏与否？莫尔强度理论认为材料在压应力作用下发生破坏或屈服，主要因某一截面上的剪应力达到一定的限度（即抗剪强度），但也和作用在该面上的正应力所产生的摩擦阻力和材料特性有关。′′如反映某点应力状态的应力圆处于强度曲线之下(图中，由 σ 1 、 σ 3 确定的小圆)，说明该点不会发生破坏是处于弹性变形状态。应力圆如刚好与强度曲线相切(图圆)，岩石处于极限平衡状态，说明岩石将在一个与最小主应力 σ 3 方向呈α 角的截面上破坏。若应力圆与强度曲线相割，则岩石将发生破坏。简述格里菲斯强度理论的基本观点,并写出格里菲斯条件。格里菲斯认为，在任何材料部存在着各种缺陷(称为格里菲斯裂隙)；当含有这些缺陷的材料处于复杂应力状态之下，在这些裂隙端部会产生大的拉应力集中。当这些裂隙端部某一个拉应力值超过该材料的抗拉强度值时，裂隙便开始扩展，其方向最后将与最大主应力方向平行，导致材料发生脆性拉伸破坏。格里菲斯条件：①当 σ 1 + 3σ 3 > 0 时， (σ 1 − σ 3 ) + 8σ t (σ 1 + σ 3 ) = 0   ②当 σ 1 + 3σ 3 < 0 时， σ 3 = σ t库仑—纳维尔理论的主要观点是什么？其能否解释受拉区的强度？库仑—纳维尔理论认为：岩石发生剪切破坏时，破坏面上的剪应力应等于岩石本身的聚力和作用于该面上由法向应力引起的摩擦阻力之和，由此得到库仑—纳维尔强度准则为τ = C + fσ 。试验结果说明，该准则不适用于 σ 3 < 0 ，即有拉应力的情况。   岩体中的结构面与几何上的面有何不同？什么叫不连续面？不连续面的起伏形态有哪几种？不连续面的粗糙度和形貌有何不同？结构面是具有一定方向、延伸较大而厚度较小的二维面状地质界面。不同于几何上的光滑平面。不连续面：即岩层、岩体遭受破裂，或由于组分上不连续等所形成的不连续介面，如断、劈理、不整合面等，是结构面的一部分。不连续面的起伏形态分为：平直的、波状的、锯齿状的、台阶状的和不规则状的。不连续面的粗糙度通常与起伏形态一起描述不连续面的形貌。粗糙度可用粗糙度系数JRC 来描述。胶结不连续面的胶结物有哪几种类型？它们对不连续面的力学性能有什么影响？非胶结不连续面的充填物有哪几种？它们对不连续面的力学性能有什么影响？结构面经胶结后力学性质一般有所改善，铁硅质胶结充填结构面的强度较高，往往均岩石强度差别不大，甚至超过岩石强度，而泥质与易溶盐类胶结的结构面强度最低，且抗水性差。末胶结具一定开度的结构面往往被外来物质所充填，其力学性质取决于充填物成分、厚度、含水性与壁岩的性质等。软弱结构面主要包括原生软弱夹层、构造与挤压破碎带、泥化夹层与其他夹泥层等，它们是岩体中具有一定厚度的软弱带(层)，与上下盘岩体相比具有高压缩和低强度等特征，软弱结构面在工程岩体中往往控制着岩体的变形破坏机理与稳定性。不连续面剪切试验可以得到哪几方面的成果，各种无充填物不连续面的剪切变形特征如何？它们的抗剪强度与哪些因素有关P73-74充填不连续面的剪切变形特征如何？其抗剪强度与充填物成分和厚度有什么关系？P75岩体中的结构体有哪几种类型？它们与岩石类型和构造变动有何关系？岩体被各种结构面切割成不同形状的结构体，虽然它们的形态极为复杂、多样，但由于各种断裂、层面均呈一定规律的展布，所以岩块的几何形状也有一定的规律性。常见的有:柱状结构体、板状结构体、锥形结构体。结构体的形状与岩石类型有关。如晚期形成的玄武岩、流纹岩，常由单一的柱状或块状结构组成;花岗岩、闪长岩由原生节理切割成短柱状或块状结构体;厚层砂岩与灰岩常由块状结构体组成;薄层与中厚层砂页岩互层岩体在层间错动下常形成板状结构体。结构体的形状还与区域构造运动强度有关。在轻微构造运动区大多发育棋盘格式节理，它切割成的结构体多数为短柱状六面体;在强烈构造运动区，节理组数多，大多 3-4 组，常呈"米"字型组合，在它的切割下形成的结构体常里多边形、角柱状、楔锥体;在劈理发育地区，则发育有板状结构体。简述岩石与岩体的区别与联系。岩石与岩体区别岩石物理力学性质与水理性质取决于构成岩石的矿物成分岩体的物理力学性质则决定于两者——结构面力学性质与结构体的力学性质。岩体的特点：(1)岩体是一种预应力体。地应力、次生应力(2)岩体是一种多介质的裂隙体。为松散体—弱面体—连续体的一个系列。(3)岩体是地质体的一部分，它的边界条件就是周围的地质体。与地应力一起构成岩体赋存环境。地质物理环境：如水、空气与地温等。(4)岩体的成因根据岩体中结构面和结构体的成因、特征与其排列组合关系，岩体结构划分为哪几种类型？整体结构、块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构。试述岩体强度的特点。岩体的强度取决于结构面的强度和岩石的强度。1）岩体的抗剪强度包络线介于结构面强度包络线和岩石强度包络线之间。2）岩体强度的各向异性：岩体强度受加载方向与结构面夹角θ的控制，因此，表现出岩体强度的各向异性。3）水对岩体的作用使得岩体软化、泥化、润滑、膨胀、崩解、溶蚀、水化和水解，使岩体的力学性质改变，强度弱化。如何理解岩体的破坏？岩体拉伸破坏和剪切破坏机理如何？工程中岩体的破坏分为两个阶段，依次是岩体破坏和岩体工程结构的破坏。岩体破坏是指岩体在一定应力条件下，结构联结的丧失，包括结构面开裂、错动、滑动，结构体的拉伸破坏和剪切破坏。岩体工程结构破坏是指岩体结构联结丧失之后，结构体的运动，例如，边坡的滑移、倾倒、滚石，采场冒顶、片帮和底鼓等。第一阶段的岩体破坏导致岩体失去应有的承载力和稳定性，是本质意义上的破坏;而第二阶段的岩体工程结构的破坏影响岩体工程的使用，甚至使岩体工程报废。从破坏机理来讲，大致可归为两类，即拉伸破坏和剪切破坏。拉伸破坏有：垂直结构面方向的拉伸破坏，沿结构面方向的拉伸破坏，完整岩体的拉伸破坏。岩体既可发生沿结构面的剪切破坏，也可发生穿切结构面的剪切破坏。沿结构面的剪切破坏主要取决于结构面的强度，而穿切结构面的剪切破坏则取决于岩石的强度。不连续面的抗剪强度曲线与完整岩石的抗剪强度曲线在形式上相同，在应用上有什么区别？ 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 一下简单说：不连续面的抗剪强度曲线主要用于判断沿结构面的剪切破坏。而完整岩石的抗剪强度曲线则主要用于不含结构面的完整岩石或穿切结构面的剪切破坏。简述不连续面剪切时，不连续面的起伏和充填对不连续面抗剪强度的作用，写出无充填规则齿状不连续面的抗剪强度表达式。起伏角度越大，粗糙度越大，结构面的摩擦角越大，增大了不连续面的抗剪强度。结构面经胶结后力学性质一般有所改善，铁硅质胶结充填结构面的强度较高，往往均岩石强度差别不大，甚至超过岩石强度，而泥质与易溶盐类胶结的结构面强度最低，且抗水性差。末胶结具一定开度的结构面往往被外来物质所充填，其力学性质取决于充填物成分、厚度、含水性与壁岩的性质等。当正应力较小时——剪胀效应(或称爬坡效应) τ = σ tg (φ + i) 当正应力较大的情况——啃断效应τ = σ tan φ + C岩体与地下水之间的相互作用有哪些？(1)水对岩体的软化、泥化和崩解作用。几乎所有岩石在水的作用下都发生软化，其中泥岩、页岩等软岩的软化程度可能为严重。地下水渗入不连续面，对不连续面两侧岩石或不连续面充填物质具有软化、泥化和崩解作用，从而改少不连续面的抗剪特性。水对岩体结构面的润滑使其摩擦阻力降低。水的溶蚀作用使可溶岩类岩体产生溶蚀裂隙、空隙和溶洞等岩溶现象，破坏岩体的完整性，进而降低岩体的强度。(2)静水压力作用。水的作用对岩体产生渗流应力减少了作用在岩体固相L的有效应力，从而降低了岩体的抗剪强度。 (3)岩体和地下水之间的相互作用。水、岩相互隅合作用产生的力学作用效应，改变岩体的渗透性能，降低或增大岩体的渗透系数，由于岩体的渗透性能发生改变，反过来影响岩体中的应力分布，从而影响岩体的强度和变形性质。在三维应力作用下含有一组不连续面的岩体可能发生哪些破坏方式？产生某种破坏方式取决于什么参数？(1).当σ1与结构面垂直，岩体强度与结构面无关，为岩石强度；(2).当θ＝45°－φj/2，岩体将沿结构面破坏，其强度为结构面强度；(3).当σ1与结构面平行，结构面的抗拉强度小，岩体将因结构面的横向扩展而破坏。什么叫做岩体结构？岩体结构类型的划分有什么实际意义？岩体的结构是指岩体中结构面和结构体的形态和组合特征。根据岩体结构类型可初步确定岩体的稳定性，同时可确定岩体所属的力学介质类型，便于采用不同的力学方法进行研究。岩体工程分类与岩体结构分类有什么不同？岩体工程分类考虑的主要因素有哪些，目前国外常用的岩体工程分类方法有哪些？岩体工程分类是对影响岩体稳定性和影响工程设计、施工和维护的各种因素建立一些 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 指标，对工程辖区岩体进行评价，划分出不同的的级别或类别。岩体结构分类是根据结构面的等级与组合形式进行分类。岩体工程分类考虑的主要因素：1）岩石的质量，2）岩体的完整性，3）结构面条件，4）岩体与结构面的风化程度，5）地下水的影响，6）地应力。国外常用的岩体工程分类方法1）普氏分类法2）按岩芯质量指标（RQD）分类3）宾尼奥夫斯基节理岩体地质力学分类（ RMR 分级系统）4）巴顿等人的 Q 值岩体质量分类5）我国的工程岩体分级标准   地壳是静止不动的还是变动的？怎样理解岩体的自然平衡状态？初始应力、二次应力和应力场的概念。工程开挖时，受工程开挖影响而形成的应力称为二次应力或诱导应力；而未受影响的应力称为初始应力 (Initial stress)。实质上，初始应力就是原地应力或残余应力。地应力是关于时间和空间的函数，可以用“场”的概念来描述，称之为地应力场。何谓海姆假说和金尼克假说？海姆首次提出了地应力的概念，并假定地应力是一种静水应力状态，即地壳中任意一点的应力在各个方向上均相等，且等于单位面积上覆岩层的重量，即σh = σv = γ H 金尼克认为地壳中各点的垂直应力等于上覆岩层的重量，而侧向应力（水平应力）是泊松效应的结果，其值应为 rH 乘以一个修正系数 K。他根据弹性力学理论，认为这个系数等于即地应力是如何形成的？实测和理论分析说明，地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其他物理化学变化等也可引起相应的应力场。其中，构造应力场和重力应力场为现今地应力场的主要组成部分。什么是岩体的构造应力？构造应力是怎样产生的？土中有无构造应力？为什么？岩体中由于地质构造运动引起的应力称为构造应力。当前的构造应力状态主要由最近一次的构造运动所控制，但也与历史上的构造运动有关。由于亿万年来，地球经历了无数次大大小小的构造运动，各次构造运动的应力场也经过多次的叠加、牵引和改造。关于构造应力的形成有两种观点：地质力学观点认为是地球自转速度变比的结果；构造学说则认为是出于地球冷却收缩、扩、脉动、对流等引起的，如板块边界作用力。土中没有构造应力，由于土本身是各向同性介质，不存在地质构造。试述自重应力场与构造应力场的区别和特点。由地心引力引起的应力场称为重力应力场，重力应力场是各种应力场中惟一能够计算的应力场。地壳中任一点的自重应力等于单位面积的上覆岩层的重量，即式中 γ 为上覆岩层的容重，H 为深度。重力应力为垂直方向应力，它是地壳中所有各点垂直应力的主要组成部分，但是垂直应力一般并不完全等于自重应力，因为板块移动，岩浆对流和侵入，岩体非均匀扩容、温度不均和水压梯度均会引起垂直方向应力变化。构造应力是由地质构造运动形成的。当前的构造应力状态主要由最近一次的构造运动所控制，但也与历史上的构造运动有关。构造应力主要表现为以水平应力为主，“在构造应力的作用仅影响地壳上层一定厚度的情况下，水平应力分量的重要性远远超过垂直应力分量。”岩体原始应力状态与哪些因素有关？地形地貌：谷底应力集中，应力沿坡岸分布。岩体结构：断层和结构面附近，地应力分布状态将会受到明显扰动。断层端部、拐角与交汇处出现应力集中；断层带成为应力降低带等。岩石力学性质：岩体应力的上限受岩体强度控制；弹性模量大利于应力积累等。水的影响：孔隙水压力降低岩体的有效应力。简述地应力场的分布规律1）地应力场的特性（1）地应力场是一个以水平应力为主的三向不等压应力场（2）地应力场是一个具有相对稳定性的非稳定应力场2）垂直应力的分布规律在深度为 25~~2700m 的围， v 呈线性增长，大致相当于按平均容量 γ 等于 27 kN ⋅计算出来的重力 γ H 。3）水平应力的分布规律水平应力的分布比较复杂，它具有三个特点：（1）绝大多数情况下，水平主应力之一为最大主应力（2）水平应力具有明显的各向异性（3）水平应力随深度呈线性增长关系4）水平应力与垂直应力的关系（1）水平应力普遍大于垂直应力（2）平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小有哪些高地应力现象？（1）岩芯饼化现象（2）岩爆（3）探洞和地下隧洞的洞壁产生剥离，岩体锤击为嘶哑声并有较大变形（4）岩质基坑底部隆起、剥离以与回弹错动现象（5）野外原位测试测得的岩体物理力学指标比实验室岩块试验结果高简述地应力测量的重要性。（1）科学合理的开挖设计和施工的需要（2）地应力是影响岩石开挖工程稳定性的重要因素（3）地应力是岩石工程定量设计计算以与数值模拟分析的需要（4）地应力状态对地震预报、区域地壳稳定性评价、油田油井的稳定性、核废料储存、岩爆、煤和瓦斯突出的研究以与地球动力学的研究等也都具有重要意义。地应力测量方法分哪两类？两类的主要区别在哪里？每类包括那些主要测量技术？直接测量法是由测量仪器直接测量和记录各种应力量，如补偿应力、恢复应力、平衡应力，并由这些应力量和原岩应力的相互关系，通过计算获得原岩应力值。在计算过程中并不涉与不同物理量的换算，不需要知道岩石的物理力学性质和应力应变关系。直接测量法主要包括扁千斤顶法、水压致裂法、刚性包体应力计法和声发射法。间接测量法不是直接测量应力量，而是借助某些传感元件或某些介质，测量和记录岩体中某些与应力有关的间接物理量的变化，如岩体中的变形或应变，岩体的密度、渗透性、吸水性、电阻、电容的变化，弹性波传播速度的变化等，然后由测得的间接物理量的变化，通过已知的理论公式或经验公式来计算岩体中的应力值。因此，在间接测量法中，为了计算应力值，首先必须确定岩体的某些物理力学性质以与所测物理量与应力的相互关系。间接测量法又可以分为全应力解除法、局部应力解除法和地球物理方法等三类方法。简述套孔应力解除法的基本测量原理和主要测试步骤。1)基本原理:当需要测定岩体中某点的应力状态时，先钻一大孔至该点，然后钻一同心小孔（测量孔）；再通过套钻方式将该处的岩体单元与周围岩体分离，此时岩体单元上所受的应力将被解除并导致该单元体的几何尺寸产生弹性恢复；应用一定的仪器，测定这种弹性恢复引起的测量孔的孔径变形值；如果假定岩体是连续、均质和各向同性的弹性体，则根据孔径变形值就可以借助弹性理论的解答来计算岩体单元所受的应力状态。2)试验步骤1）钻一个大孔至需要测量岩体应力的部位；2）在大孔底部钻一个同心小孔（测量孔）；3）将探头（测试元件）安装到测量孔中；4）用与大孔直径相同的薄壁钻头（岩芯钻）继续延深大孔，从而使测量孔周围的岩芯实现应力解除；5）用包括测试探头在的量测系统测定和记录岩芯由于应力解除引起的测量孔变形或应变；6）计算测量点的应力数值和方向。根据测试元件的不同，套孔应力解除法可分为哪几种方法？孔径变形法 孔底应变法  孔壁应变法  空心包体应变法  实心包体变形法简述水压致裂法的基本测量原理。对测试段钻孔用特制封隔器密封起来，然后对密封段加高压水直至孔壁岩石产生裂隙。根据裂隙的方向与泵压的大小分析确定原岩的应力状态。P121-122对水压致裂法的主要优缺点作出评价。压致裂法具有如下优点：（1）设备简单。只需用普通钻探方法打钻孔，用双止水装置密封，用液压泵通过压裂装置压裂岩体，不需要复杂的电磁测量设备。（2）操作方便。只通过液压泵向钻孔注液以压裂岩体，观测压裂过程中泵压、液量即可。（3）测值直观。它可根据压裂时泵压(初始开裂泵压、稳定开裂泵压、关闭压力、开启压力)计算出地应力值，不需要复杂的换算与辅助测试，同时还可求得岩体抗拉强度。（4）测值代表性大。所测得的地应力值与岩体抗拉强度是代表较大围的平均值，有较好的代表性。（5）适应性强。这一方法不需要电磁测量元件，不怕潮湿，可在干孔与孔中有水条件下作试验，不怕电磁干扰，不怕震动。不足：但它存在一个较大的缺陷，就是主应力方向定得不准。另外，这种方法认为初始开裂在直于最小主应力的方向发生，可是如果岩石本来就有层理、节理等弱面存在，那么初始裂隙就由可能沿着弱面发生。因此这种方法只能用于比较完整的岩石中。简述局部应力解除法的基本原理。以扁千斤顶为例：采取在岩壁上开切凹槽的方式，使岩体应力得到解除；岩体应力解除导致凹槽两侧岩体发生变形；然后通过扁千斤顶（也称液压枕）对凹槽两面岩体加压，使岩体变形恢复到未开切凹槽时的初始状态，此时扁千斤顶的压力就近似等于原岩应力。简述声发射法的主要测试原理。1950 年，德国人凯泽(J．Kaiser)发现多晶金属的应力从其历史最高水平释放后，再重新加载，当应力未达到先前最大应力值时，很少有声发射产生，而当应力达到和超过历史最高水平后，则大量产生声发射，这一现象叫做凯泽效应。从很少产生声发射到大量产生声发射的转折点称为凯泽点，该点对应的应力即为材料先前受到的最大应力。岩石材料也具有凯泽效应。凯泽效应为测量岩石应力提供了一条新途径，即如果从原岩中取回定向的岩石试件，通过对加工的不同方向的岩石试件进行加载声发射试验，测定凯泽点，即可找出每个试件以前所受的最大应力，并进而求出取样点的原始(历史)三维应力状态。何谓凯泽效应。材料的应力从其历史最高水平释放后，再重新加载，当应力未达到先前最大应力值时，很少有声发射产生，而当应力达到和超过历史最高水平后，则大量产生声发射，这一现象叫做凯泽效应。   什么是地压？什么是地压现象？广义地压与狭义地压的区别何在？研究地压对矿山工程有什么意义？围岩发生变形、出现裂隙、断裂冒落和支架破坏的现象，通常称地压现象；因围岩位移和冒落破坏而作用在支架上的压力，称为地压，也称狭义地压。广义地压由围岩(天然形成的地下结构物)与支架(人工构筑的地下结构物)两者共同来承当。它等于同一点上的初始应力。巷道无支护条件下，广义地压——原岩的压力完全由围岩所承当。研究地压的意义（1）围岩应力重分布问题——计算重分布应力地下开挖破坏了岩体原岩应力的相对平衡状态，巷道周边岩体将向开挖空间松胀变形，使围岩中的应力产生重分布作用，形成新的应力状态，称为重分布应力状态。（2）围岩变形与破坏问题——计算位移、确定破坏围在重分布应力作用下，巷道围岩将向巷道变形位移。如果围岩重分布应力超过了岩体的承受能力，围岩将产生破坏。（3）围岩压力问题——计算围岩压力围岩变形破坏将给地下洞室的稳定性带来危害，因而，需对围岩进行支护衬砌，变形破坏的围岩将对支衬结构施加一定的荷载，称为围岩压力(或称山岩压力、地压等)。什么是原岩？什么是围岩？采矿工程中根据什么来定义原岩和围岩？未经工程开挖（采动）扰动的岩体，称为原岩。开巷（采动）后，初始应力发生显著化（通常界定为应力的变化超过 5％）的区域，称为采动影响围；在此围的岩体，通常称围岩。此围以外则为原岩。说明围岩与支架的共同作用原理，围岩位移与支架刚度间的关系，以与支架设计的原则。1）开挖后立即假设支架，而且支架为理想绝对刚性的。于是巷道周边的位移等于开巷后的瞬时弹性位移ue。支架的工作点为图中的A点；支架所需提供的支护反力最大，这就是支架所能承当的最大载荷pimax。围岩承当产生瞬时弹性变形的力p-pi max。2）开挖后不假设支架。此时支架所提供的支护抗力pb=0，围岩位移ua=umax。此时支架的工作点在图中的B点，即，围岩承当了全部地压，支架所承当的载荷为零。实际工作点：围岩位移曲线与支架特性曲线的交点C。支架担负C点以下的压力pi，围岩则担负C点以上的压力(p - pi)。广义地压是由围岩和支架共同承当的。支架最理想的工作点是B点，即，让围岩作为天然的承载体，去承当全部地压，并听任巷道周边的位移发展到极限值，umax。D点称为松脱点。围岩在周边位移量达到某一数值ud时，就发生围岩松脱、冒落。此时支架上的压力，就取决于从围岩中脱落下来的岩石的重量，其数值大小由DEF线来决定。对应于D点的支架支护抗力，就是最小支护抗力pi min。支架的的最正确工作点，应该是 D 点以上，且距 D 点不远的小围。这样，就可以让围岩最大限度地承当地压，使支架所担负的压力为最小；同时，又可保证围岩不产生岩石的局部松脱现象。因此，在支架设计中，支架所承当的支护抗力，应该满足：围岩位移也应满足：圆形巷道围岩中的次生应力分布有哪些特点？侧压力系数对围岩应力分布以与应力集中系数有什么样的影响？椭圆形、矩形、直墙拱顶形以与马蹄形巷道围岩中应力分布有哪些特点？圆形巷道围岩的弹性应力分布：轴对称，即，λ=1 的情形（1）围岩中的应力大小与岩石的弹性常数无关，与巷道尺寸无关，仅与原岩应力的大小和距巷道周边的距离有关。（2）在巷道周边，径向应力 σ r ＝0；随着距离r的增加，σr 迅速增大，并在无限远处等于原岩应力。σθ则在巷道周边处等于 2p，并随距离r的增加而迅速减小，在无限远处等于原岩应力。（3）巷道周边的主应力差 σ θ − σ r 最大，达 2p；随距离 r 的增加， σ θ − σ r 的数值迅速减小。σ θ 和 σ r 之间有差值存在时，会产生的剪应力 τ =在巷道周边，差值最大，剪应力也最大。这就是说，如果围岩发生破坏，破坏将总是从巷道周边开始。（4）从理论上说，巷道开挖所产生的影响围为无穷远。即，仅当在距离巷道周边为无限远处，σr 和σθ才等于p。但从工程的角度来考虑，r＝3∼5a时，通常就可以忽略其影响。λ对巷道周边的应力分布的影响对于一个开挖于岩体中的圆形巷道，对巷道稳定性最有利的，是λ＝1 的情形，因为此时围岩处于均匀受压状态，没有拉应力出现，而且，巷道周边各点的应力大小都相等，应力集中系数等于 2。对巷道稳定性最不利的则是λ＝0（原岩应力水平分量为零）的情形，此时巷道周边两帮中点的应力集中系数等于 3；顶底板中点则存在着绝对值等于原岩应力 p 的拉。λ＝∞（原岩应力垂直分量为零）的情形，与λ＝0 情形相似。应力（应力集中系数Κ＝−1）当λ的数值在 0 和 1 之间时，应力集中系数在 2 和 3 之间。但当λ＜1/3 或 λ > 3 时，巷道周边仍然存在拉应力；仅当λ的数值满足 1/3＜λ＜3 时，巷道周边不再有拉应力存在。椭圆形、矩形、直墙拱顶形以与马蹄形巷道围岩中应力分布椭圆形（1）最正确轴比：（2）巷道轴比的倒数与侧压力系数相等，椭圆形巷道的周边任意点的应力均为数值相等的压应力，这对巷道稳定性最有利。椭圆形巷道的零应力（无拉力）轴比：（当λ > 1 时）（当λ < 1 时）出现塑性区后，巷道围岩应力分布发生了什么变化？塑性区应力分布的主要特点是什么？塑性区围（半径）由哪些因素决定？在围岩产生塑性变形（屈服）后，巷道周边附近出现了一个塑性区；深处的围岩则仍然处于弹性状态。根据应力的分布，可以把巷道围岩划分成塑性区、弹性区和原岩应力区。与未发生塑性变形的情形相比，在巷道周边，塑性区岩体切向应力σθ 的数值较弹性区降低，并随；切向应力σθ 的最大值，从巷道周边转移到了弹性区与塑性区的交界处。在塑性区，应力σθ 的数值从弹塑性区交界起逐渐降低，在巷道周边达到最小值。塑性区半径的计算公式：由上式可知，塑性区半径Rp与原岩应力p、岩体的强度(C、ϕ 值)、支架的支反力pi，以与巷道半径a有关。原岩应力越大，Rp越大；岩体强度越高，Rp越小；支反力越大，Rp越小；巷道半径越大，Rp越大。什么是普氏坚固性系数？普氏地压公式、氏公式和太沙基公式的出发点和适用条件各是什么？普氏坚固性系数，为岩石试块的单向抗压强度。普氏理论适用于顶板岩石稳定性较差，但侧帮稳定性较好，侧帮不发生破坏的情况。氏公式用于顶板岩石稳定性和侧帮岩体的稳定性均较差的情况。太沙基（K. Terzaghi）理论也将岩体视为具有一定聚力的松散体。但对支架上受力的原因，则认为是上覆岩层重量向下传递引起的。围岩与支架的相互作用关系。(1) 围岩压力pi与支护抗力pa大小相等，方向相反。即：  (2) 围岩与支架的变形协调。支架位移量等于开挖后巷道周边的位移减去支护前巷道围岩的位移。即：式中，ub为支架的位移；ua为围岩的位移；Δu0为支架假设前围岩已发生的位移。(3) 围岩压力-位移方程：式中，u0为巷道开挖前，围岩在原岩应力的作用下产生的位移。(4) 支架特性曲线：u 支架的变形量ub与围岩作用在支架上的压力pa成正比关系。