横

观各向异性岩石的应力-应变关系式。

答：

岩石的全部或部分物理、力学性质（岩石的E, υ 等）随方向不同而表现出差异的现象称为岩石的各向异性。

如果在弹性体中存在着三个相互正交的弹性对称面，在各个面两边的对称方向上，弹性相同，但在这个弹 性主向上弹性并不相同，这种物体称为正交各向异性体。 岩石在某一平面内的各方向弹性性质相同，这个面称为各向同性面，而垂直此面方向的力学性质是不同的， 具有这种性质的物体称为横观各向同性体。

19.影响岩石力学性质的主要因素有哪些，如何影响的？

答：影响岩石力学性质的主要因素有水、温度、加载速度、风化程度及围压。 (1) 水对岩石力学性质的影响

1） 连结作用：束缚在矿物表面的水分子通过其吸引力作用将矿物颗粒拉近、接紧，起连接作用。 2） 润滑作用：由可溶盐、胶体矿物连接的岩石，当有水入侵时，可溶盐溶解，胶体水解，导致矿物颗 粒间连接力减弱，摩擦力减低，从而降低岩石的强度。

3） 水楔作用：当两个矿物颗粒靠得很近，有水分子补充到矿物表面时，矿物颗粒利用其表面吸附力将 水分子拉倒自己周围，在两个颗粒接触处由于吸着力作用使水分子向两个矿物颗粒之间的缝隙内挤 入，这种现象称水楔作用。（a）使岩石体积膨胀，产生膨胀压力 (b)水胶连接代替胶体连接产生润 滑作用，降低岩石强度

4） 孔隙压力作用：岩石受压时，岩石内孔隙水来不及排出，在孔隙内产生很高的孔隙压力，降低了岩 石的内聚力和内摩擦角，减小了岩石的抗剪强度。

5） 溶蚀-潜蚀作用：岩石中渗透水在流动过程中可将岩石中可溶物质溶解带走，从而使岩石强度大为 减低。

(2) 温度对岩石力学性质的影响：如图1-39 所示。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) 加载速度对岩石力学性质的影响：加载速率越快，测得的弹性模量越大，获得的强度指标越高。ISRM （国际岩石力学学会）建议的加载速率为0.5~1Mpa/s。

(4) 围压对岩石力学性质的影响：岩石在三轴压缩条件下，岩石的强度和弹性极限都有显著增加。 (5) 风化对岩石力学性质的影响

a) 降低岩体结构面的粗糙程度并产生新的裂隙，

b) 岩石在化学风化过程中，矿物成分发生变化，岩体强度降低。 第二章 习题与思考

1． 岩体赋存环境包括哪几部分？

答：赋存环境：包括地应力、地下水和地温三部分。

2． 地应力对岩体的影响体现在哪几个方面？

答：地应力对岩体力学性质的影响主要有：

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(1)地应力影响岩体的承载能力：围压越大、承载能力越大。

(2)地应力影响岩体的变形和破坏机制。如在低围压条件下破坏的岩体，在高围压条件下呈现出塑性变 形和塑性破坏。

(3)地应力影响岩体中的应力传播的法则。非连续介质岩体在高围压条件下，其力学性质具有连续介质

岩体的特征。

3． 岩体结构划分的主要依据是什么？

答：岩体结构单元有结构面和结构体两种基本要素。因此，岩体结构分类主要依据结构面及结构体的类型 进行分类。

4． 简述各类岩体结构主要地质特征。 答：(1)完整结构岩体的地质特征

多半是碎裂岩体中的结构面被后生作用愈合而成。

后生愈合作用有两种：其一为压力愈合， 其二为胶结愈合。如图2-2a (2)块裂结构岩体的地质特征：

多组或至少有一组软弱结构面切割及坚硬结构面参与切割成块状结构体的高级序岩体结构。其软弱结 构面主要为断层、层间错动也是重要的软弱结构面之一，参与切割的坚硬结构面一般延展较长，多数 为错动过的坚硬结构面，如图2-2b。

(3)板裂结构体的地质特征：

主要发育于经过褶皱作用的层状岩体内，受一组软弱结构面的切割，结构体呈板状。软弱结构面主要 为层间错动面结构体多数为组合板状结构体。如图2.2c。 (4)碎裂结构岩体的地质特征：

岩体的结构面主要为原生结构面及构造结构面。块状碎裂结构的结构体块度大，大多为1~2米，层状 碎裂结构的块度小，起块度与岩层厚度有关。如图2.2d。 (5)断续结构岩体的地质特征

结构面不连续，对岩体切割而不断，个别地方也有连续贯通结构。 (6)散体结构岩体的地质特征

(a)碎屑状散体结构岩体

结构面:无序分布，结构面中有软弱的，也有坚硬的。 结构体主要为角砾，如图2.2e。

(b)糜棱化散体结构岩体：主要指断层泥而言。

5． 简述工程岩体的惟一性

答：在不同的岩体工程条件下，岩体结构可视为块裂结构，断续结构和碎裂结构。因此，岩体结构是相对 的，而在确定的地质条件和工程尺寸条件下，工程岩体结构才是唯一确定的。 6． 按结构面成因、结构面通常分为几种类型？

答：.结构面按成因分：原生结构面、构造结构面、次生结构面

原生结构面：成岩阶段所形成的结构面。岩石成因不同又分为沉积结构面、火成结构面和变质结构面。 构造结构面：岩体在构造运动作用下形成的结构面。

此生结构面：在外力作用下（风化、地下水、卸载、爆破等）形成的各种界面。 7． 结构面的级别及其特征。

答：根据结构面的发育程度、规模大小、组合形式等可以将结构面分为五级. Ⅰ级结构面: 对区域构造起控制作用的断裂带,延伸数十公里,深度可穿一个构造层. Ⅱ级结构面: 延伸性强而宽度有限的地质界面,延伸数百米。 Ⅲ级结构面：局部性的断裂结构，主要指小断层，延伸数十米。 Ⅳ级结构面：一般延展性较差，无明显的宽度的结构面，延伸数米。 Ⅴ级结构面：延伸性甚差的微裂隙、节理。

8． 描述结构面状态的指标。

答：结构面状态的指标包括：

（1） 结构面产状：对岩体是否会沿某一结构面滑动起控制作用。

（2） 结构面形态：决定结构面抗滑力的大小。结构面起伏越大，抗滑力也越大。

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（3） 结构面的延展尺度：在工程范围内，延展尺度最大的结构面，控制着岩体的强度。 （4） 结构面的密集程度：以岩体裂隙度K 和切割度X 表示岩体结构面的密集程度。 岩体裂隙度K：指沿取样线方 向单位长度上的节理数量。 切割度Xe是指岩体被节理割裂分离的程度。

9． 结构面的剪切变形、法向变形与结构面的哪些因素有关？

答：结构面的剪切变形、法向变形与岩石强度、结构面粗糙性和法向力有关。 10.结构面力学性质的尺寸效应体现在哪几个方面？

答：结构面试块长度增加，平均峰值摩擦角降低，试块面积增加，剪切应力呈现出减小趋势。此外，还体 现在以下几个方面：（1）随着结构面尺寸的增大，达到峰值强度时的位移量增大；（2）试块尺寸增加， 剪

切破坏形式由脆性破坏向延伸破坏转化；（3）尺寸增加，峰值剪胀角减小，结构面粗糙度减小，尺寸效应

也减小。

11. 岩体在多次循环荷载作用下岩体变形有什么特征？

答： 岩体在加载过程中，应力应变曲线呈上凹型，中途卸载回弹变形有滞后现象，并出现不可恢复的残余 变形，不论每一级加载与卸载循环曲线都是开环型。岩体在循环荷载作用下，而卸载时荷载又不降至零时， 相应的变形过程将出像闭环型式。

12.具有单结构面的岩体其强度如何确定？

答：具有单结构面的岩体强度为结构面强度与岩体强度二者之间的最低值。 结构面强度为：

??????????????

(1 ) sin 2 2 ( ) 3 1 3 ??????????????tg ctg C tg

j j j

岩体强度为：

????????????

1 sin 2 cos 1 sin 1 sin 1 3 ??????????????C

13.多结构面岩体的破坏形式如何分析？

答：当岩体内有多组结构面时，则岩体强度受加载方向与多个结构面的控制，根据每组结构面与加载方向 夹角，分别求出各结构面单独存在时，在最大主应力σ 1 作用下的岩体强度，然后，取出各组结构面单独存

在时岩体强度的最小值为多结构面的岩体强度值。

14.简述Hoek-Brown 岩体强度估算方法。

答：Hoek-Brown 根据多次实验得出其岩体的抗压强度与抗拉强度的经验方程为：

2 1 3 c 3 c

???????m??????s??

σ 1 ——岩体的三轴抗压强度； σ 3 ——作用在岩体上的最小主应力； σ c——岩石的单轴抗压强度；

m,s——与岩体性质及结构面有关的系数； 当σ 3 = 0 时，得出岩体的单轴抗压强度σ mc σ mc= s σ c

当岩体为完整岩石，即s = 1 ； 则σ mc=σ c 对于裂隙岩体，s<1；所以，σ mc<σ c 岩体的单轴抗拉强度: σ ml = ( 4 )

2

1 2 m m s c ??????

σ mc = K×σ c

15.岩体中水渗流与土体中水渗流有什么区别？

答：岩体的水力学性质指岩体的渗透性能及在渗流作用下所表现的力学性质。 (1)岩体与土体渗流的区别:

土体的渗流以孔隙为主。

特点：(a)土体渗透性大小取决于岩性，土体中颗粒愈细，渗透性愈差；

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(b)土体可看作多孔连续介质；

(c)土体的渗透性一般具有均质（或非均质）各向同性（黄土为各向异性）；