巖石力學與工程課后習題與思考解答

1、巖石力學與工程【科學出版社蔡美峰主編】習題與思考題及解答《巖石力學與工程》科學出版社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化？為什么說基性巖和超基性巖最容易風化？答：基性和超基性巖石

2、主要是由易風化的橄欖石、輝石及斜長石組成，所以非常容易風化。3.常見巖石的結(jié)構(gòu)連接類型有哪幾種？各有什么特點？常見巖石的結(jié)構(gòu)連接類型有哪幾種？各有什么特點？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，故巖石強度一般較大，抗風化能力強；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？何謂巖石中的微結(jié)構(gòu)面，主要指哪些，各有什么特點？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？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？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，力學強度高，透水性弱，抗水性強；淺成巖成分與相應的深成巖相似，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)和均粒中細粒結(jié)構(gòu)，細粒巖石強度比深成巖高，抗風化能力強，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)比較復雜，巖性不一，各向異性顯著，巖體連續(xù)性差，透水性強，軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育。沉積巖是由風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，在適當條件下沉積下來，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，沉積巖可分為：火山碎屑巖、膠結(jié)碎屑巖、粘土巖、化學巖和生物化學巖等。變質(zhì)巖是在已有巖石的基礎上，經(jīng)過變質(zhì)混合作用形成的。因其形成的溫度、壓強等變質(zhì)因素復雜，其力學性質(zhì)差別很大，不能一概而論。6.表示巖石物理性質(zhì)的主要指標及其表示方式是什么？表示巖石物理性質(zhì)的主要指標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與工程【科學出版社蔡美峰主編】習題與思考題及解答《巖石力學與工程》科學出版社2002年第一版蔡美

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

9、試驗機發(fā)生的彈性變形以應變能形式存于機器中，當施加壓力超過巖石抗壓強度，試件破壞，此時，試驗機迅速回彈，被存于試驗機中的應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度后受壓的應力應變曲線。10.如何根據(jù)全應力如何根據(jù)全應力應變曲線預測巖石的巖爆、流變和反復加、卸載作用下的破壞？應變曲線預測巖石的巖爆、流變和反復加、卸載作用下的破壞？答：（1）如下圖示全應力應變曲線：ABOCD左半部A的面積代

10、表，達到峰值強度時，積累在試件內(nèi)部的應變能，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，即應變達到某一值，蠕變就停止，全應力應變曲線預測蠕變可由下應變應力曲線預測蠕變破壞圖示意：OEFIHCDABG￡圖中，全應力應變曲線

11、及蠕變終止軌跡線由大量實驗所得，（1）當應力在H點以下時，保持應力不變，試件不會發(fā)生蠕變；（2）當應力在H至G點見時，保持應力不變，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）當應力在G點以上時，保持應力值不變，試件發(fā)生蠕變，蠕變應變最終達到破壞段應力應變曲線破壞段，試件發(fā)生破壞，如ABCD；（4）從C點開始發(fā)生蠕變則到D點發(fā)生破壞，若從A點發(fā)生蠕變，則到B點發(fā)生破壞，前者，蠕變時間較后者長。（3）全應力