巖石力學(xué)與工程課后習(xí)題與思考題解答(文件)

　

【正文】 進(jìn)入內(nèi)腔，使內(nèi)腔膠結(jié)劑流入應(yīng)變計(jì)與孔壁之間的環(huán)形槽中，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變計(jì)與孔壁緊密粘帖，通過(guò)應(yīng)力解除，孔徑變化，變形計(jì)中各組應(yīng)變花分別記錄孔壁沿不同方向的應(yīng)變，考慮應(yīng)變 片與孔壁之間夾有一定距離，引入適當(dāng)修正系數(shù)，就可以通過(guò)測(cè)量應(yīng)變計(jì)算出應(yīng)力狀態(tài)。 ？ 答：實(shí)心應(yīng)變計(jì)采用彈性材料環(huán)氧樹(shù)脂，其剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于巖芯剛度，不影響應(yīng)力解除過(guò)程中，巖芯的變形，因而是測(cè)量應(yīng)變，通過(guò)彈性理論知識(shí)計(jì)算應(yīng)力；剛性包體則采用剛度較巖芯剛度高的材料，使巖芯在應(yīng)力解除過(guò) 程中，不發(fā)生形變，因而是直接測(cè)量應(yīng)力。 巖石力學(xué)與工程 【科學(xué)出版社 蔡美峰主編】習(xí)題與思考題及解答 第四章巖石本構(gòu)關(guān)系和強(qiáng)度理論 ？每一類基本方程是從什么方面考慮的？ 答：彈性平面問(wèn)題的基本方程有平衡方程、幾何方程和本構(gòu)方程三種。巖石破壞的形式主要由斷裂破壞（應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限）和流動(dòng)破壞 (應(yīng)力達(dá)到屈服極限 )。 巖石力學(xué)與工程 【科學(xué)出版社 蔡美峰主編】習(xí)題與思考題及解答 問(wèn)題中，已知一點(diǎn) M處的應(yīng)力分量 σx、 σy、 τxy=τyx，參見(jiàn)課本圖 45，試求該點(diǎn)的平行于 z軸而傾斜于 x軸和 y軸的任一斜面上的應(yīng)力。 ，使之無(wú)法生產(chǎn)橫向應(yīng)變，（ 1）試?yán)貌此杀却_定水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力之比；（ 2）當(dāng)泊松比是 和 時(shí)，試計(jì)算上述的應(yīng)力比值； （ 3）試確定各向同性彈性巖石的（ σx+σy+σz）與體積變化之間的關(guān)系。 υ (σx+σy)E－ u=v=0， w=w(z)，試求位移函數(shù) w(z)。 ？ 答：巖石在不同的 應(yīng)力作用下，巖石變形與時(shí)間的關(guān)系各不相同。其流變方程主要有蠕變方程、松弛方程、彈性后效方程。 巖石力學(xué)與工程 【科學(xué)出版社 蔡美峰主編】習(xí)題與思考題及解答 其中圣維南（ ）體：理想彈塑性體，無(wú)蠕變、無(wú)松弛，無(wú)彈性后效； 馬克斯威爾（ Maxwell）體：彈粘性體，有瞬時(shí)變 形，有等速蠕變，有松弛，無(wú)彈性后效，有殘余變形。 Coulomb、 Mohr、 Griffith三準(zhǔn)則的基本原理及其主要其別與它們之間的關(guān)系。 ： τ=σtanυ+c，其中 c=40MPa， υ=30176。假設(shè)抗剪強(qiáng)度隨正應(yīng)力呈線性變化，試計(jì)算： （ 1）在正應(yīng)力等于零的那個(gè)平面上的抗剪強(qiáng)度； （ 2）在上述實(shí)驗(yàn)中與最大主應(yīng)力面的夾角為 30176。m179。 2. 通過(guò)（ 66）式求吉爾西解。 答：對(duì)于深埋圓巷，受對(duì)稱荷載 p0的圍壓，視為彈性體，由下述方程及條件： dσrσr （平衡方程） drr2 （幾何方程） （本構(gòu)方程－平面應(yīng)變） r=R0， σr=0 ； r→ 無(wú)窮， σr=p0 (邊界條件 ) 上訴條件解得： 1a21a2 上述 σr， σθ及為軸對(duì)稱圍壓 P0條件下的應(yīng)力解，考慮在圍壓豎向 P0，水平 λP0條件下，做如下分解： p0=p+p’ λp0= p－ p’ 分為兩部分第一部分 p 和第二部分 p’ ，第一部分解答如上 σr， σθ，對(duì)第二部分解答，分別代入邊界條件 : (邊界條件 ) 外邊界： r→ 無(wú)窮 σr=－ p’ cos2θ τrθ= p’ sin2θ 用同樣方法解得應(yīng)力解為： 1a2a4 1a4 巖石力學(xué)與工程 【科學(xué)出版社 蔡美峰主編】習(xí)題與思考題及解答 1R02R04 － 從而得總應(yīng)力解（基爾希解推廣）： 1a21a2a4 1a21a4 1R02R04 － 當(dāng) ， 時(shí)， ， ， τrθ=0； 當(dāng) ， 時(shí)， ， － P0， τrθ=0； 180， 時(shí)， ， ， τrθ=0； 33 1當(dāng) ， 時(shí)， ， ， τrθ=0； 3當(dāng) －莫爾強(qiáng)度曲線上畫(huà)出軸對(duì)稱圓巷彈塑性應(yīng)力問(wèn)題的幾個(gè)不同位置的應(yīng)力圓圖：巷道周邊、塑性區(qū)中任一點(diǎn)、彈性塑性面、彈性區(qū)一點(diǎn)、原巖區(qū)一點(diǎn)。? p2=(q+γH)Kα=(qd+γdH)tan2 45176。 答：向圍巖內(nèi)部打孔安裝多點(diǎn)位移計(jì)（穿過(guò)圍巖松動(dòng)圈），測(cè)量圍巖內(nèi)部的移動(dòng)情況，通過(guò)觀察多點(diǎn)位移計(jì)是否測(cè)出圍巖有整體性移動(dòng)結(jié)合收斂變形計(jì)測(cè)量數(shù)值可以判斷收斂位移是否是絕對(duì)位移，若未測(cè)出巖石內(nèi) 部發(fā)生移動(dòng)變形，則收斂計(jì)測(cè)出結(jié)果及是絕對(duì)位移，反之則是收斂位移。 。 （ 2）滑坡：是指巖體在自重力作用下，沿坡內(nèi)軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的整體滑動(dòng)。 ：滑動(dòng)面通常為弧形狀，巖體沿此弧形狀滑移。而使巖體全面崩塌的情況。 ？ 答：土體與巖體的 結(jié)構(gòu)不同，從而它們的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)以至力學(xué)特性差異顯著。 ？它們能預(yù)測(cè)嗎？ 答：邊坡坍塌的模式不同主要因?yàn)椴煌吰缕滟x存環(huán)境、受力情況、邊坡巖體結(jié)構(gòu)和邊坡巖體力學(xué)性質(zhì)不同，其破壞模式可以根據(jù)節(jié)理裂隙或巖土性質(zhì)及外力作用條件進(jìn)行粗略預(yù)測(cè)。 監(jiān)測(cè)方法有： (1)地面位移觀測(cè)法 —建網(wǎng)觀測(cè)（由設(shè)置在滑坡體內(nèi)及其周圍穩(wěn)定區(qū)地表的各個(gè)位移觀測(cè)點(diǎn)（樁），以及設(shè)置在滑坡體外穩(wěn)定區(qū)地面的置鏡樁等的觀測(cè)系統(tǒng)） (2)地表裂縫簡(jiǎn)易觀測(cè)法。 整治措施： （ 1）消除或減小地表水或地下水的作用； （ 2）恢復(fù)山體平衡條件； （ 3）改善滑動(dòng)帶或滑動(dòng)體土壤性質(zhì)。如采用陪燒法、電滲排水法、水泥灌漿法、鉆孔爆破法等。基礎(chǔ)寬度 b=、埋深 d=，試求該巖基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值 fk和設(shè)計(jì)值 f。－ 80－ 250sin10176。－20+Psin40176。+500sin10176。 粘土粉質(zhì)粘土 巖層 答： ？哪一類地基的變形最不利，為什么？ 答： 理措施有哪些？各種工程處理方式有哪些技術(shù)要點(diǎn)？ 答： ？ 巖石力學(xué)與工程 【科學(xué)出版社 蔡美峰主編】習(xí)題與思考題及解答 答： ？請(qǐng)列舉之。 巖石力學(xué)與工程 【科學(xué)出版社 蔡美峰主編】習(xí)題與思考題及解答 第八章 巖石地基工程 ？主要表現(xiàn)在那些方面？ 答：較土質(zhì)地基巖石地基一般具有較高的抗壓、抗剪強(qiáng)度及更大的變形模量，主要表現(xiàn)在高承載力和低壓縮性兩方面。 擋 ——抗滑支擋，在滑坡舌部或中前部修筑各種抗滑擋墻，在滑坡體其他不同部位修筑各種多級(jí)擋墻， 減 ——減重反壓，把滑坡體上部主滑和牽引地段的土石方挖去，填在滑坡下部的抗滑 地段，反壓阻滑。 ？應(yīng)如何篩選這些方案并作出最終方案抉擇？ 答：整治原則： （ 1）預(yù)防為主，治理為輔。 ？如何才能作出預(yù)報(bào)？ 巖石力學(xué)與工程 【科學(xué)出版社 蔡美峰主編】習(xí)題與思考題及解答 答：可能。 ？ 答：可由下列公式給出： 其中 s：結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度， σ:作用在滑動(dòng)面上的正應(yīng)力， c’ ：節(jié)理面上的有效內(nèi)聚力， υ’ ：滑動(dòng)面上有效內(nèi)摩擦角， u：滑動(dòng)面空隙水壓。 。 （ 3）滑塌：邊坡松散巖土的坡角大于它的內(nèi)摩擦角時(shí)，因表層蠕動(dòng)進(jìn)一步發(fā)展，使它沿著剪切變形帶順坡滑移、滾動(dòng)與坐塌，從而達(dá)到穩(wěn)定坡腳的斜坡破壞過(guò)程，稱為滑塌。 ：塊體沿著平面滑移。 （ 1）崩塌：是指塊狀巖體與巖坡分離向前翻落而下。 答：對(duì)露天礦山、鐵路、公路、水利等國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)建設(shè)在生產(chǎn)效益、安全效益、經(jīng)濟(jì)效益等方面有直接影響。說(shuō)明通過(guò)比較兩次測(cè)定計(jì)算量是巖壁什么樣的變形量，哪些因素會(huì)影響它與實(shí)際變形量的誤差？ 答：是巖石巷道的收斂變形量；巷道圍巖內(nèi)部的移動(dòng)會(huì)引起測(cè)量誤差。 答：分析如下 （ 1） p1=0時(shí) 巷道周邊： r=R0時(shí) σr=0， σθ=σc 塑性區(qū)一點(diǎn)： R0≤r＜ Rp 時(shí)， 彈、塑性區(qū)一點(diǎn) ：令上述公式 r=RP即得 彈性區(qū)一點(diǎn)： Rp ＜ r ＜ r→∞ 時(shí)， 巖石力學(xué)與工程 【科學(xué)出版社 蔡美峰主編】習(xí)題與思考題及解答 － 原巖區(qū)一點(diǎn)： r→∞ 時(shí) ,上述公式知 (2)p1=p時(shí) 巷道周邊： r=R0時(shí) σr=p1， σθ=p1 塑性區(qū)一點(diǎn)： R0＜ r＜ Rp 時(shí)， 彈 、 塑 性 區(qū) 一 點(diǎn) ： 令 上 述 公 式 r=RP 即得 彈性區(qū)一點(diǎn)： Rp ＜ r ＜ r→∞ 時(shí)， 原 巖 區(qū) 一 點(diǎn) ： r→∞ 時(shí) , 上 述 公 式 知 6 圖，試用你掌握的所有辦法，確定其頂板、側(cè)幫壓力，并進(jìn)行比較。 90176。求彈性應(yīng)力分布情況，并指出最大應(yīng)力及確定 σθ=、 。請(qǐng)你在 Mohr 圖上繪出代表這兩種試驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)力圓，確定其內(nèi)摩擦角和粘結(jié)力。并求出破壞面的方位。格里菲斯理論認(rèn)為脆性材料的破壞是由材料內(nèi)部微裂隙端部拉應(yīng)力集中而導(dǎo)致的。 ？為什么要提出強(qiáng)度準(zhǔn)則？ 答：強(qiáng)度準(zhǔn)則又稱為破壞判據(jù)，是表示巖石在極限應(yīng)力狀態(tài)下（破壞條件）的應(yīng)力狀態(tài)和巖石強(qiáng)度參數(shù)之間的關(guān)系。 。 當(dāng)作用在巖石上的應(yīng)力超過(guò)某一值時(shí)，巖石的變形速率隨著時(shí)間的增加而增加，最后導(dǎo)致巖石的破壞，這種蠕變稱為不穩(wěn)定蠕變。 答： ： （ 1）簡(jiǎn)單拉伸： σ=σ0 （ 2）二維應(yīng)力狀態(tài)： σ1=σ0/3， σ2=－ σ0/3 （ 3）純剪： τxy=σ0 答： 、松弛、彈性后效和流變？ 答：蠕變是當(dāng)應(yīng)力不變時(shí)， 變形隨時(shí)間增加而增長(zhǎng)的現(xiàn)象；松弛是當(dāng)應(yīng)變不變時(shí)，應(yīng)力隨時(shí)間增加而減小的現(xiàn)象；彈性后效是加載或卸載時(shí)，彈性應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象；流變是指材料變形過(guò)程中具有時(shí)間效應(yīng)的現(xiàn)象。如果明膠的密度為 γ，至任一點(diǎn)的深度是 z，泊松比是 υ，試計(jì)算明膠板在任一點(diǎn)的水平應(yīng)力。 答：如下圖示： ：在發(fā)生最大與最小剪應(yīng)力的面上，正應(yīng)力的數(shù)值都等于兩個(gè)主應(yīng)力的平均值。兩類本構(gòu)方程都是由胡克定理推到而來(lái)，只要將應(yīng)力問(wèn)題中彈性模量 E換成 E/（ 1－ υ2）， υ換成 υ/（ 1－ υ）就可得到平面應(yīng)變問(wèn)題。根據(jù)巖石變形性質(zhì)，巖石的本構(gòu)關(guān)系可分為巖石彈性本構(gòu)關(guān)系和巖石塑性本構(gòu)關(guān)系，統(tǒng)稱為彈塑性本構(gòu)關(guān)系；巖石彈性本構(gòu)關(guān)系根據(jù)巖石變形是否成線性分為線性彈性本構(gòu)關(guān)系和非線性彈性本構(gòu)關(guān)系；巖石材料一般表現(xiàn)為既有彈性又有塑性，是彈塑性體，因而根據(jù)巖石是否各向同性又分為各向同性彈塑性本構(gòu)關(guān)系和非各向同性彈塑性本構(gòu)關(guān)系。 答：地應(yīng)力測(cè)量過(guò)程中多數(shù)應(yīng)變計(jì)和形變計(jì)都是采用電阻應(yīng)變片采集測(cè)量量數(shù)據(jù)，電阻應(yīng)變片是基于電阻應(yīng)變片長(zhǎng)度變化引起電阻變化這一原理，在實(shí)際使用過(guò)程中，電阻變化受溫度影響明顯，這就會(huì)導(dǎo)致電阻變化，造成虛假的輸出結(jié)果，影響輸出電壓，使結(jié)果偏離真實(shí)。 。 。 答：通過(guò)應(yīng)力解除測(cè)量鉆孔壁表面應(yīng)變，進(jìn)而計(jì)算出鉆孔表面應(yīng)力，利用彈性力學(xué)原理，一個(gè)無(wú)限體中的鉆孔表面的應(yīng)力分布狀態(tài)可以通過(guò)周圍巖體中應(yīng)力狀態(tài)給出精確解，因此，通過(guò)鉆孔表面應(yīng)力狀態(tài)可反算出周圍巖體應(yīng)力狀態(tài)。 CSIR 門塞孔式孔底應(yīng)變計(jì)的基本工作原理并對(duì)其主要優(yōu)缺點(diǎn)作出評(píng)價(jià)。 答： USAM孔徑變形計(jì)探頭由 3組圓頭活塞，每組由 2個(gè)徑向?qū)α⒌膱A頭活塞組成，每個(gè)圓頭活塞由一個(gè)懸臂梁式的 彈簧施加壓力，彈簧正反兩面各貼一個(gè)應(yīng)變片記錄彈簧拉壓形變（提高測(cè)量精度），每組圓頭活塞沿徑向成 60176。孔徑一般 1638mm，孔深為孔徑的 10倍左右，并清洗小孔。