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1、1. 试述库仑准则和莫尔假定的基本内容，并说明对其研究的工程实际意义。 （补：莫尔假定的优缺点）该准则是1773年由库仑引入的，他认为趋于使一平面产生破坏的剪应 力受到材料的内聚力和乘以常数的平面的法应力的抵抗，即|t| 二 SO + no其中，o和t是该破坏平面的法向应力和剪应力，SO可以看作是材料的 固有剪切强度的常数，U是材料的内摩擦系数的常数。根据该理论可以推 论出，当岩石发生破坏时所产生的破裂面将有两个可能的共轭破裂面，且 均通过中间主应力的方向，并与最大主应力方向成夹角（4兀-护），这里的 内摩擦角e =tan -i 卩。莫尔假定是莫尔于1900年提出的一种剪切破坏理论，该理论认为
2、岩石 受压后产生的破坏主要是由于岩石中出现的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，该破坏平面上的法向应力o和剪应力t 由材料的函数特征关系式联系：|t| = f（o）按莫尔假定可以看出：岩石的破坏强度是随其受力条件而变化的， 周向应力越高破坏强度越大；岩石在三向受压时的破坏强度仅与最大和 最小主应力有关，而与中间主应力无关；三向等压条件下，莫尔应力圆 是法向应力o轴上的一个点圆，不可能与莫尔包络线相切，因而岩石也不 可能破坏；岩石的破裂面并不与岩石中的最大剪应力面相重合，而是取 决于其极限莫尔应力圆与莫尔包络线相切处切点的位置，这也说明岩石的 破裂不仅与破裂面上的剪应力有关
3、，也与破裂面上出现的法向正应力和表 征岩性的内聚力和内摩擦角有关。总之，莫尔假定考虑了岩石的受力状态、周向应力约束的影响和岩石 的本身性能，能较全面的反映岩石的破坏强度特征，但该假定忽视了中间 主应力对岩石破坏强度的影响，而事实证明中间主应力对其破坏强度是有 一定程度影响的。补：摩尔判据的优点是：在判断复杂应力状态下岩石是否发生破坏 以及破坏面的方向时，很简单，也很方便；能比较真实地反映岩石的抗 剪特性；可以解释为什么在三向等拉时会发生破坏，而在三向等压时不 会发生破坏。但其缺点是：只考虑了最大主应力和最小主应力对岩石破 坏强度的影响，而忽略了中间主应力的作用，实验表明中间主应力对岩石 破坏强
4、度是有一定程度影响的；摩尔判据不适用于含有结构面的岩石试 件，尽管岩石中的结构面会严重地影响岩石试件的破坏强度；摩尔判据 只适用于剪切，对受拉区研究不够充分，不适于膨胀或蠕变破坏。2. 论述岩石在复杂应力状态下的破坏类型，并阐述其在工程岩体稳定性研 究中的意义。在关于岩石破裂的所有讨论中，破裂面的性质和描述是最重要的，出现 的破裂类型可用下图中岩石在各种围压下的行为来说明。在无围压受压条件下，观测到不规则的纵向裂缝见图(a)，这个普通 现象的解释至今仍然不十分清楚；加中等数量的围压后，图(a)中的不规则 性态便由与方向倾斜小于 45度丰.1至轴压貓中的纵向破裂.C3 55切礪裂.夢至蛇切触裂.
5、2拉仲漩鞘匚5袈荷戦严尘旳扌边申破設“角的单一破裂面所代替图(b)，这是压应力条件下的典型破裂，并将其表 述为剪切破坏，它的特征是沿破裂面的剪切位移，对岩石破裂进行分类的 Griggs和Handin(1960)称它为断层；因为它符合地质上的断层作用，后来 有许多作者追随着他们；然而，更可取的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更好；如果继续增加围压，使得材料成 为完全延性的，则出现剪切破裂的网格图(c)，并伴有个别晶体的塑性。破裂的第二种基本类型是拉伸破裂，它典型地出现于单轴拉伸中，它的 特征是明显的分离，而在间没有错动图(d)。在较为复杂的应力条件下出现的破裂，可以认
6、为上述类型之一或其它。 如果平板在线载荷之间受压图(e),则在载荷之间出现一个拉伸破裂，如 果这些载荷是由环绕材料的外套挤入材料的裂缝中引起的，则将破裂表述 为侵入破裂，当检查图(a)情况中的破裂面时，它们中的一些部分有剪切破 裂的状态。而其他一些部分显然是拉伸破裂。岩石破裂中，注意力还将集 中于重要的扩容现象，它发生于岩石试件的单轴和三轴受压期间通常， 在三轴试验中，围压是由流体通过一个刚度可忽略不计的不渗透膜来施加 的，在这样的试验中，试件的径间膨胀和扩容显然不会由于围压的增加而 被局部或均匀地阻挡；如果试件被更多的岩石包围，象实际情形中听发生 的那样，那就将是这种情况，不管围岩是否破坏，
7、预料它所提供的阻力会 有增加最小主应力值的效应，因此趋于阻止破坏和集中破裂于有限的体积 内。3. 论述影响岩石力学性质的主要因素。影响岩石力学性质的因素很多，如水、温度、风化程度、加荷速度、围 压的大小、各向异性等等，对岩石的力学性质都有影响。现分述如下：1、水对岩石力学性质的影响。主要表现在连接作用、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的影响。随着温度的增高，岩石的延性加大，屈 服点降低，强度也降低；3、加荷速度对岩石力学性质的影响。随着加荷速度的降低，岩石的延性 加大，屈服点降低，强度也降低；4、围压对岩石力学性质的影响。随着温度的增高，岩石的延性加大
8、，屈 服点降低，强度也降低；5、风化对岩石力学性质的影响。产生新的裂隙、矿物成分发生变化、结 构和构造发生变化。4. 什么是岩石的水理性？如何描述岩石的水理性？岩石遇水作用后，会引起某些物理、化学和力学等性质的改变，水对岩 石的这种作用特性称为岩石的水理性。岩石的水理性主要包括吸水性、抗 冻性和软化系数三个方面。岩石的吸水性是指岩石吸收水分的性能，其水量的大小取决于岩石孔隙 体积的大小及其敞开或封闭程度等，描述岩石吸水性的指标有吸水率、饱 水率和饱水系数。岩石的吸水率V1为标准大气压力下，岩石吸入水的重量 W1 与岩石干重量 Wd 之比：V = H X100%1 Wd岩石的饱水率 V2 为高压
9、（150 个大气压）或真空条件下，岩石吸入水 的重量 W2 与岩石干重量 Wd 之比：V =冬 X100%2 Wd岩石的饱水系数Ks为吸水率V1与饱水率V2之比：K =红 s V2显然，吸水性较大的岩石在吸水后往往会产生较大的膨胀，它将会给地 下空间的支护造成很大的压力。岩石的抗冻性是指岩石抵抗冻融破坏的性能，它是评价岩石抗风化稳定 性的一个重要指标。当岩石经过反复冻结和融解时，由于岩石中含各种矿 物的膨胀系数不同，岩石产生不均匀膨胀而导致岩石结构破坏，同时由于 岩石中的水分冻结对岩石产生膨胀压力，这都将致使岩石强度降低，甚至 引起岩石的破坏。岩石的抗冻性可用抗冻系数 Cf 表示，它是指岩石试
10、件在 250C的温度区间内，反复降温、冻结、升温、融解，然后测量其抗压强 度的下降值c cl以此强度下降值与冻融实验前的抗压强度-c之比的百 分率作为抗冻系数 Cf：G GC 二一 f X100%fGc其中，G c冻融实验前岩石试件的抗压强度，G cf冻融实验后岩石试件的 抗压强度。岩石中含水量的多少也会影响岩石的强度，一般而言，岩石含水越多， 其强度就会越低，通常可以用软化系数耳c来反映岩石的这种关系。所谓软 化系数耳c，是指岩石试件在饱水状态下的抗压强度G c与干燥状态下的抗压 强度G c的比值：Gc G c各类岩石的软化系数一般在0.45-0.90之间变化。5什么是岩石的应力-应变全过程
11、曲线，研究应力-应变全过程曲线的意义 是什么？罔日一三畀书应1T-闻吃仝过軒曲堆-所谓岩石的应力-应变全过程曲线是指采用 刚性材料试验机对岩石试件在外载荷作用的全 过程中所测取的的应力与应变所绘制的应力- 应变关系曲线。一般而言，在不同应力条件下， 岩石材料的完整应力-应变全过程曲线可分为 以下四个部分，亦即是岩石变形的四个基本阶 段（如右图所示）：OA段，曲线稍向上凹，为 岩石材料的孔隙压密变形阶段，对于孔隙度较 大或结构较为松散的岩石类材料，该变形阶段较为明显；AB段，曲线非 常接近直线的部分，为岩石类材料的弹性变形阶段，并将B点所对应的应力 值称为屈服应力或弹性极限，对于坚硬致密的岩石类
12、材料，该直线部分十 分明显；BC段，曲线稍向下凹，到达点时岩石发生宏观破坏，当在BC中 任意点K卸载后再加载时，则其B点将移至K点，因此，称此阶段为岩石材 料的应变硬化变形阶段，对于软弱类岩石，该应变阶段较为明显；CD段, 岩石此时虽然已经发生宏观破坏，但由于尚未完全破裂仍能够承受一定载 荷，但其承载能力将随变形的逐渐增大而减小，当在BC中任意点Q卸载后 再加载时，则其所能达到的最高应力值将比Q点的应力值要低，所以称此 变形阶段为应变软化变形阶段。研究应力-应变全过程曲线的工程意义主要表现在以下两个方面：一是 从岩石应力-应变全过程曲线中可以看出，岩石即使在发生破坏而且变形很 大的情况下，也具
13、有一定的承载能力，事实上，在矿井中所看到的岩体都 有程度不同的破裂，但仍具有一定的承载能力，也就是这个原因；二是从 岩石应力-应变全过程曲线中可以判定该种岩石在高应力作用下是否会易 于发生岩爆，因为一般而言，岩石试件中的应力在达到峰值以前，积蓄于岩石试件内部的弹性应变能就约等于应力-应变全过程曲线峰值左侧的面 积A,而岩石试件破坏时所消耗的能量也就等于应力-应变全过程曲线峰值 右侧的面积B，若AB,则表示该岩石在高应力作用下破坏后尚剩余部分能 量，这部分能量的突然释放就及有可能会引起岩爆。另外，也可以通过岩 石的应力-应变全过程曲线预测其是否发生蠕变破坏和循环载荷条件下是 否发生破坏。6. 评
14、述岩石在复杂应力条件下的变形特性。在外力作用下，岩石一般不遵从虎克定律，没有明显的比例极限、弹 性极限和屈服点等，通常是紧随着出现弹性变形就开始出现塑性变形，且 一旦受力产生变形再卸载后会或多或少的都残留有一定数量的永久变形， 该永久变形一般将随外力的增加而增大。因此，再描述岩石的变形特性时， 所谓的“线弹性”、“可逆”、“杨氏摸量”、“泊松比”、“屈服应力” 等等术语都是近似的或在一定条件下的平均值。在各种不同应力条件下，岩石材料的变形特性可采用应力对应变作图 所得到的应力应变曲线来表示。一般而言，岩石材料的完整应力应变曲线 可分为四个部分，亦即是岩石变形的四个阶段（如右图所示）：0A段，
15、曲线稍向上凹，为岩石材料的孔隙压密变形阶段，对于孔隙度较大或结构 较为松散的岩石类材料，该变形阶段较为明显；AB段，曲线非常接近直 线的部分，为岩石类材料的弹性变形阶段，并将B点所对应的应力值称为屈 服应力或弹性极限，对于坚硬致密的岩石类材料，该直线部分十分明显； BC段，曲线稍向下凹，到达C点时岩石发生宏观破坏，当在BC中任意 点K卸载后再加载时，则其B点将移至K点，因此，称此阶段为岩石材料 的应变硬化变形阶段，对于软弱类岩石，该应变阶段较为明显；CD段，岩 石此时虽然已经发生宏观破坏，但由于尚未完全破裂仍能够承受一定载荷， 但其承载能力将随变形的逐渐增大而减小，当在BC中任意点Q卸载后再加
16、 载时，则其所能达到的最高应力值将比Q点的应力值要低，所以称此变形 阶段为应变软化变形阶段。圈8-2岩启应力-应礙冷玫榨曲缰 -根据现有大量的实验研究成果，岩石 在各种不同应力条件下的变形曲线大致 可以归纳为以下四种基本类型：直线型, 由加载至产生破坏，其应力应变曲线都近 似呈线性特性，称此类曲线为弹脆性变形 曲线；下凹型，OA段几乎不存在，且 其应力应变曲线在接近破坏时将出现连 续的非弹性变形，称此类曲线为弹塑性变 形曲线;上凹型，岩石在发生破坏之前， 主要表现为孔隙压缩变形和线弹性变形，其应力应变曲线在低应力下表现 出向上弯曲的现象，随后近似呈线性关系，直至发生破坏，称此类曲线为 塑弹性变形曲线；反曲型，岩石发生破坏前，OA、AB和BC段都较为明
