巖石力學(xué)與工程課后習(xí)題與思考解答

1、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《巖石力學(xué)與工程》科學(xué)出版社2002年第一版蔡美峰主編Z.N.Lee解答整理第1頁第一章巖石物理力學(xué)性質(zhì)1.構(gòu)成巖石的主要造巖礦物有哪些？構(gòu)成巖石的主要造巖礦物有哪些？答：巖石中主要造巖礦物有：正長石、斜長石、石英、黑云母、白云母、角閃石、輝石、橄欖石、方解石、白云石、高嶺石、磁鐵礦等。2.為什么說基性巖和超基性巖最容易風(fēng)化？為什么說基性巖和超基性巖最容易風(fēng)化？答：基性和超基性巖石

2、主要是由易風(fēng)化的橄欖石、輝石及斜長石組成，所以非常容易風(fēng)化。3.常見巖石的結(jié)構(gòu)連接類型有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？常見巖石的結(jié)構(gòu)連接類型有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？答：巖石中結(jié)構(gòu)連接的類型主要有兩種，分別是結(jié)晶連接和膠結(jié)連接。結(jié)晶連接指礦物顆粒通過結(jié)晶相互嵌合在一起。這類連接使晶體顆粒之間緊密接觸，故巖石強(qiáng)度一般較大，抗風(fēng)化能力強(qiáng)；膠結(jié)連接指巖石礦物顆粒與顆粒之間通過膠結(jié)物連接在一起，這種連接的巖石，其強(qiáng)度主要取決于膠結(jié)物及膠結(jié)類型。4.何謂巖

3、石中的微結(jié)構(gòu)面，主要指哪些，各有什么特點(diǎn)？何謂巖石中的微結(jié)構(gòu)面，主要指哪些，各有什么特點(diǎn)？答：巖石中的微結(jié)構(gòu)面（或稱缺陷）是指存在于礦物顆粒內(nèi)部或礦物顆粒及礦物集合之間微小的若面及空隙。包括礦物的解理、晶格缺陷、晶粒邊界、粒間空隙、微裂隙等。礦物解理面指礦物晶體或晶粒受力后沿一定結(jié)晶防線分裂成光滑平面，解理面往往平行于礦物晶體面網(wǎng)間距較大的面網(wǎng)。晶粒邊界：由于礦物晶粒表面電價不平衡而引起礦物表面的結(jié)合力，該結(jié)合力源小于礦物晶粒內(nèi)部分子、

4、原子、離子鍵之間的作用力，因此相對較弱，從而造成礦物晶粒邊界相對軟弱。微裂隙：指發(fā)育于礦物顆粒內(nèi)部及顆粒之間的多呈閉合狀態(tài)的破裂痕跡線。具有方向性。粒間空隙：多在成巖過程中形成晶粒之間、膠結(jié)物之間微小的空隙。5.自然界中的巖石按地質(zhì)成因分類，可以分為幾大類，各大類有何特點(diǎn)？自然界中的巖石按地質(zhì)成因分類，可以分為幾大類，各大類有何特點(diǎn)？答：按地質(zhì)成因分類，自然界中巖石可分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖三大類。巖漿巖按照巖漿冷凝成巖的地質(zhì)環(huán)境不同

5、又可分為深成巖、淺成巖和噴出巖。其中深成巖常形成巨大的侵入體，有巨型巖體，大的如巖盤、巖基，其形成環(huán)境都處在高溫高壓之下，形成過程中由于巖漿有充分的分異作用，常常形成基性巖、超基性巖、中性巖及酸性、堿性巖等，其巖性較均一，變化較小，巖體結(jié)構(gòu)呈典型的塊狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)多為六面體和八面體，巖體顆粒均勻，多為粗中粒結(jié)構(gòu)，致密堅硬，空隙少，力學(xué)強(qiáng)度高，透水性弱，抗水性強(qiáng)；淺成巖成分與相應(yīng)的深成巖相似，其產(chǎn)狀多為巖床、巖墻、巖脈等小侵入體，巖體均一性

6、差，巖體結(jié)構(gòu)常呈鑲嵌式結(jié)構(gòu)，巖石常呈斑狀結(jié)構(gòu)和均粒中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，細(xì)粒巖石強(qiáng)度比深成巖高，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，斑狀結(jié)構(gòu)則差一些；噴出巖有噴發(fā)及溢流之別，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，巖性不一，各向異性顯著，巖體連續(xù)性差，透水性強(qiáng)，軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育。沉積巖是由風(fēng)化剝蝕作用或火山作用形成的物質(zhì)，在原地或被外力搬運(yùn)，在適當(dāng)條件下沉積下來，經(jīng)膠結(jié)和成巖作用而形成的。其礦物成分主要是粘土礦物、碳酸鹽和殘余的石英長石等，具層理構(gòu)造，巖性一般具有明顯的各向異性，按形成條件和結(jié)

7、構(gòu)特點(diǎn)，沉積巖可分為：火山碎屑巖、膠結(jié)碎屑巖、粘土巖、化學(xué)巖和生物化學(xué)巖等。變質(zhì)巖是在已有巖石的基礎(chǔ)上，經(jīng)過變質(zhì)混合作用形成的。因其形成的溫度、壓強(qiáng)等變質(zhì)因素復(fù)雜，其力學(xué)性質(zhì)差別很大，不能一概而論。6.表示巖石物理性質(zhì)的主要指標(biāo)及其表示方式是什么？表示巖石物理性質(zhì)的主要指標(biāo)及其表示方式是什么？答：見下表所示：物理性質(zhì)符物理意義計算公式巖石力學(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《巖石力學(xué)與工程》科學(xué)出版社2002年第一版蔡美

8、峰主編Z.N.Lee解答整理第3頁9.什么是全應(yīng)力什么是全應(yīng)力應(yīng)變曲線，為什么普通材料試驗(yàn)機(jī)得不出全應(yīng)力應(yīng)變曲線，為什么普通材料試驗(yàn)機(jī)得不出全應(yīng)力應(yīng)變曲線？應(yīng)變曲線？答：能全面反映巖石受壓破壞過程中的應(yīng)力、應(yīng)變特征，特別是巖石破壞后的強(qiáng)度與力學(xué)性質(zhì)變化規(guī)律的應(yīng)力應(yīng)變曲線就叫全應(yīng)力應(yīng)變曲線。普通試驗(yàn)機(jī)只能得出半程應(yīng)力應(yīng)變曲線不能得出全應(yīng)力應(yīng)變曲線的原因是由于試驗(yàn)機(jī)的剛性不足，在巖石壓縮過程中，試件受壓，試驗(yàn)機(jī)框架受拉，隨著巖樣不斷被壓縮，

9、試驗(yàn)機(jī)發(fā)生的彈性變形以應(yīng)變能形式存于機(jī)器中，當(dāng)施加壓力超過巖石抗壓強(qiáng)度，試件破壞，此時，試驗(yàn)機(jī)迅速回彈，被存于試驗(yàn)機(jī)中的應(yīng)變能瞬間釋放到巖石試件中，引起巖石的激烈破壞和崩解，因而造成無法獲得巖石在超過峰值破壞強(qiáng)度后受壓的應(yīng)力應(yīng)變曲線。10.如何根據(jù)全應(yīng)力如何根據(jù)全應(yīng)力應(yīng)變曲線預(yù)測巖石的巖爆、流變和反復(fù)加、卸載作用下的破壞？應(yīng)變曲線預(yù)測巖石的巖爆、流變和反復(fù)加、卸載作用下的破壞？答：（1）如下圖示全應(yīng)力應(yīng)變曲線：ABOCD左半部A的面積代

10、表，達(dá)到峰值強(qiáng)度時，積累在試件內(nèi)部的應(yīng)變能，右半部B代表試件從破裂到破壞所消耗的能量。若A＞B，說明巖石破壞后尚余一部分能量，這部分能量突然釋放就會產(chǎn)生巖爆，若A＜B，則說明應(yīng)變能在破壞過程中全部消耗掉，因而不會產(chǎn)生巖爆。（2）在試件加載到一定程度，保持一定應(yīng)力水平不變，試件將發(fā)生蠕變，蠕變發(fā)生到一定程度，即應(yīng)變達(dá)到某一值，蠕變就停止，全應(yīng)力應(yīng)變曲線預(yù)測蠕變可由下應(yīng)變應(yīng)力曲線預(yù)測蠕變破壞圖示意：OEFIHCDABG￡圖中，全應(yīng)力應(yīng)變曲線

11、及蠕變終止軌跡線由大量實(shí)驗(yàn)所得，（1）當(dāng)應(yīng)力在H點(diǎn)以下時，保持應(yīng)力不變，試件不會發(fā)生蠕變；（2）當(dāng)應(yīng)力在H至G點(diǎn)見時，保持應(yīng)力不變，試件發(fā)生蠕變，最終發(fā)展到蠕變終止軌跡線，停止蠕變，試件不破壞，如EF；（3）當(dāng)應(yīng)力在G點(diǎn)以上時，保持應(yīng)力值不變，試件發(fā)生蠕變，蠕變應(yīng)變最終達(dá)到破壞段應(yīng)力應(yīng)變曲線破壞段，試件發(fā)生破壞，如ABCD；（4）從C點(diǎn)開始發(fā)生蠕變則到D點(diǎn)發(fā)生破壞，若從A點(diǎn)發(fā)生蠕變，則到B點(diǎn)發(fā)生破壞，前者，蠕變時間較后者長。（3）全應(yīng)力