第一章巖石物理力學性質

3.常見巖石的結構連接類型有哪幾種？各有什么特點？

答：巖石中結構連接的類型主要有兩種，分別是結晶連接和膠結連接。

結晶連接指礦物顆粒通過結晶相互嵌合在一起。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；膠結連接指巖石礦物顆粒與顆粒之間通過膠結物連接在一起，這種連接的巖石，其

強度主要取決于膠結物及膠結類型。

7.巖石破壞有幾種形式？對各種破壞的原因作出解釋。

答：巖石在單軸壓縮載荷作用下，破壞形式包含三種：X狀共匏面剪切破壞、單斜面剪切破壞和拉伸破

壞。前兩類破壞形式主要是因為軸向主應力因起破壞面的剪應力超過巖石最大剪應力而導致的破壞；后

一類破壞主要是因為軸向主應力引起破壞面橫向拉應力超過巖石最大拉應力而導致的破壞。

9.什么是全應力.應變曲線，為什么普通材料試驗機得不出全應力?應變曲線？

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變化規律

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缺乏，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，試驗機發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，引起巖石的劇烈破壞和崩解，

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？

答：（1）如以下圖示全應力應變曲線：

左半部A的面枳代表，到達峰值強度時，積累在試件內部的應變能，右半部B代表試件從破裂到破壞所

消耗的能量。假設A>B,說明巖石破壞后尚余一局部能量，這局部能量突然釋放就會產生巖爆，假設A

<B,那么說明應變能在破壞過程中全部消耗掉，因而不會產生巖爆。

（2）在試件加載到一定程度，保持一定應力水平不變，試件將發生蠕變，蠕變發生到一定程度，即應

變到達某一值，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：

圖中，全應力-應變曲線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，

試件不會發牛蠕變：（2）當應力在H至G點見時.保持應力不變,試件發牛蠕變,最終開展到蠕變終I卜

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，試件發生蠕變，

蠕變應變最終到達破壞段應力應變曲線破壞段，試件發生破壞，如AB,CD；（4）從C點開始發生蠕變那

么到D點發生破壞，假設從A點發生蠕變，那么到B點發生破壞，前者，蠕變時間較后者長。

（3）全應力?應變曲線預測循環加載下巖石的破壞：

由于巖石的非完全彈性（或非線彈性），在循環荷載作用下，在應力應變圖中表現出假設干的滯回環，

并不斷向破壞段應力?應變曲線靠近，在循環荷載加載到一定程度，巖石將發生疲勞破壞，通過全應力?

應變圖可看出，高應力狀態下加載循環荷載，巖石在較短時間內發生破壞，在低應力狀態下加載循環荷

載那么需要較長時間才發生破壞。

11.在三軸壓縮試驗條件下，巖石的力學性質會發生哪些變化？

答：三:軸壓縮試驗條件下，巖石的抗壓強度顯著增大；巖石的變形顯著增大；巖石的彈性極限顯著增大；

巖石的應力-應變曲線形態發生明顯變化，說明巖石由彈性向彈塑性變化。

14.簡述巖石在單軸壓縮條件下的變形特征。

答：單軸壓縮條件下巖石變形特征分四個階段：

（1）空隙裂隙壓密階段（0A段）：試件中原有張開結構面或微裂隙逐漸閉合，巖石被壓密，試件橫向

膨脹較小，體積隨載荷增大而減小。

（2）彈性變形至微彈性裂隙穩定開展階段［AC段）：巖石發生彈性形變，隨著載荷加大巖石發生軸向

壓縮，橫向膨脹，總體積縮小。

（3）非穩定破裂開展階段（CD段）：微破裂發生質的變化，破裂不斷開展直至試件完全破壞，體積由

壓縮轉為擴容，軸向應變和體棧應變速率迅速增大。

（4.1破裂后階段1D點以后）：巖塊承載力到達峰值強度后,內部結構遭到破壞,試件保持整體狀,隨

著繼續施壓，裂隙快速開展，出現宏觀斷裂面，此后表現為宏觀斷裂面的塊體滑移。

第三章地應力及其測量

3.簡述地殼淺部地應力分布的根本規例。

答：（1）三向不等壓，應力分布是時間和空間的函數；

（2）實測垂直應力根本等于上覆巖層重量

（3）淺層地殼中，實測水平應力普遍大于垂直應力；

（4）平均水平應力與垂直應力比值相當分散，隨深度增加比值減小：

15）最大水平應力與最小水平應力比值隨深度增加呈線性增長；

（6）最大水平應力與最小水平應力比值相差較大，顯示出很強的方向性；

（7）地應力分布規例受地形和斷層影響較大。

4.地應力測量方法分哪兩類？兩類的主要區別在哪里？每類包括哪些測量技術？

答：依據測量根本原理不同分為直接測量法和間接測量法。直接測量法是由儀器直接測量和記錄各種應

力量；間接測量法借助某些傳感元件或某些介質，測量和記錄巖體中某些與應力有關的物理量的變化,

以此通過有關公式計算巖體中的應力值。直接測量法測量技術包括：扁千斤頂法、水力致裂法、剛性包

體應力計法和聲發射法；間接測量方法包括：全應力解除法［套孔解除法）、局部應力解除法1平行鉆

孔法和中心鉆孔法）、松弛應變測量法、孔壁崩落測量法和地球物理探測法（聲波觀察法和超聲波譜法）

等，涉及測顯技術包括：孔徑變形測量技術、孔底變形測顯技術、孔壁應變測量技術、空心包體應變測

量技術、實心包體應變測量技術和環境溫度的影響及其完全溫度補償技術。

5.簡述水壓致裂法的根本測量原理。

答：彈性力學原理知當一無限體中的鉆孔受到無窮遠處二維應力場（01，6）的作用，離開鉆孔端部一

定距離部位處于平面應力狀態：

OQ=OI+O2-2（O1~02）COS20

。尸0

其中，的，Or分別為鉆孔周邊的切向應力和徑向應力；8為周邊一點與軸的夾角，當6=0時，08取最

小值.此時0=36—6c采用水片致裂裝置將鉆孔中某段隔離起來,并向隔離段注射高壓水,當水樂超

過和巖石的抗拉強度T之后，巖石在6=0處發生開裂，開裂時水壓為Pi=3。2—。1+「繼續增加

水壓至裂隙深度達3倍鉆孔直徑，保持壓力穩定，測得此穩定壓力Ps=s，利用上述公式，在測算出巖

石抗拉強度T后，就能計算出原巖應力6和。2。巖石存在裂隙水壓Po時Pi=3s-6+T—P。；假設在開裂

鉆孔中再次注入高壓水，使致裂裂隙張開，保持壓力穩定，此時測得裂隙重開壓力Pr=302-S-P°,結

合Ps=s就能避開再次測算T而直接計算出6,。2,到達試驗目的。

6,簡述水壓致裂法的主要測量步驟。

答：（1）打鉆孔到準備測量應力的部位，并將鉆孔中待加壓段用隔離器隔離取來；

（2）向隔離段鉆孔內注入高壓水，不斷加大水壓，至孔壁出現裂隙，記錄初始開裂水壓Pi；

（3）繼續施加水壓，至裂隙深度到達3倍鉆孔直徑，關閉高壓水系統，保持水壓很定，并記錄次關閉

水壓Ps,然后卸壓使裂隙閉合；

（4）重新向密閉段注射高壓水，是裂隙重:新翻開，并記錄裂隙重開時的壓力Pr和隨后的關閉水壓Ps；

15）重復.上述步驟2-3次，以提高測試數據的準確性；卸壓，退出裝置，完成實驗。

7,對水壓致裂法的主要優缺點作出評價。

答：水壓致裂法認為初始開裂發生在鉆孔壁切向應力最小的部位，亦即平行于最大主應力方向，這是基

于巖石為連續、均質和各向同性的假設。如果孔壁本身存在天然節理裂隙，那么初始裂隙可能發生在這

些部位，而并非切向最小應力處，因而水壓致裂法較為實用于完整的脆性巖石中。水壓致裂法的突出優

點是測量深部應力，另外水壓致裂法在工程應用中相比其它測量方法經濟本錢低，測量精度相對可靠。

9.簡述套孔應力解除法的根本測量原理和主要測量步驟。

答：套孔應力解除法是一?種全應力解除法，通過監測測量巖體在應力解除過程中引起的變形（孔徑變形、

孔壁變形、孔底變形），進而計算原巖應力場大小及其分布情況。

主要測量步驟有：（1）從巖開挖體外表（巷道、隧道、胴室及其它開挖體等）向巖體內部打大孔。孔徑

一般130-150mm,孔深一般為開挖跨度的2.5倍，形成大孔之后磨平孔底并在孔底打出同心錐形孔，以

利進一步鉆同心小孔；

（2）完成上述工作，從大孔孔底打同心小孔，供安裝探頭用。孔徑一般16-38mm,孔深為孔徑的10

倍左右，并清洗小孔。

（3）用專用裝置將測量探頭，如孔徑變形計、孔壁應變計等安裝到小孔中部。

14）用打大孔的薄壁鉆頭繼續延伸大孔，使小孔周圍巖芯實心應力解除，并通過測量裝置記錄小孔變

形情況；

（5）取出巖芯測量巖芯的E,日等物理力學參數，撤出實驗裝置，根據理論公式計算原巖應力值。

13.簡述孔壁應變計的根本工作原理。

答：通過應力解除測量鉆孔壁外表應變，進而計算出鉆孔外表應力，利用彈性力學原理，一個無限體中

的鉆孔外表的應力分布狀態可以通過周圍巖體中應力狀態給出精確解，因此，通過鉆孔外表應力狀態可

反算出周圍巖體應力狀態。

18.實心包體應變計與剛性包體應變計的主要區別是什么？

答：實心應變計采用彈性材料環氧樹脂，其剛度遠遠小于巖芯剛度，不影響應力解除過程中，巖芯的變

形，因而是測量應變，通過彈性理論知識計算應力；剛性包體那么采川剛度較巖芯剛度高的材料，使巖

芯在應力解除過程中，不發生形變，因而是直接測量應力。

第四章巖石本構關系和強度理論

2.什么是巖石的本構關系？巖石的本構關系一般有幾種類型？

答：巖石的木構關系指巖石的應力或應力速率與其應變或應變速率的關系。根據巖石變形性質，巖石的

本構關系可分為巖石彈性本構關系和巖石塑性本構關系，統稱為彈塑性本構關系；巖石彈性本構關系根

據巖石變形是否成線性分為線性彈性本構關系和非線性彈性本構關系；巖石材料一般表現為既有彈性又

有塑性，是彈塑性體，因而根據巖石是否各向同性又分為各向同性彈塑性本構關系和非各向同性彈塑性

本構關系。

3.什么是巖石的強度？巖石的破壞一般有幾種類型？

答：巖石強度時指巖石提抗破壞的能力。巖石破壞的形式主要由斷裂破壞（應力到達強度極限）和流動

破壞（應力到達屈服極限）。

6,使用莫爾應力圓畫出：（1）單向拉伸；（2）純剪切；（3）單向壓縮；（4）雙向拉伸；（5）雙向壓縮。

答：如以下圖示：

13.什么是蠕變、松弛、彈性后效和流變？

答：蠕變是當應力不變時，變形隨時間增加而增長的現象；松池是當應變不變時，應力隨時間增加而減

小的現象；彈性后效是加載或卸載時，彈性應變滯后于應力的現象；流變是指材料變形過程中具有時間

效應的現象。

14.蠕變一般包括哪幾個階段？每個階段的特點是什么？

答：蠕變過程可分為三個階段：

第一蠕變階段：應變速率隨時叵增加而減小，稱為減少蠕變階段或初始蠕變階段；

第二蠕變階段：應變速率保持不變，稱等速蠕變階段：

第三蠕變階段：應變速率迅速增加直到巖石破壞，承加速蠕變階段。

19.何為巖石長期強度，它與瞬時強度一般有什么樣的關系？

答：巖石的強度時隨外載作用時間的延長而降低的，通常把作用時間的強度稱為掩飾的長期強度；

巖石的長期強度一般小于巖石的瞬時強度，其比值一般介于04與0.8之間。

22.某均質巖石的強度曲線為：T=otan（|）+c,其中c=40MPa,6=30。。試求在側向圍巖應力6=20MPa的條

件下，巖石的極限抗壓強度。并求出破壞面的方位。

1+sin。2-C-cos。1+sin30°_2x/10xcos30°

答：n=198.56(Mpa)

cr(----------7b3"I--------------'1--------------'20H-----------------------

l-sin。1一sin。1-sin30°1-sin30°

破斷角。=代+9=45°+15°=60°

42

23.將一個巖石試件進行單軸試驗，當其壓應力到達27.6MPa時及發生破壞，破壞面與最大主應力面得

夾角為60。，假設抗剪強度隨正應力呈線性變化，試計算：

(1)在正應力等于零的那個平面上的抗剪強度；

(2)在上述實驗中與最大主應力面的夾角為30。的那個平面上的抗剪強度；

⑶內摩擦角；

(4)破壞面上的正應力和剪應力

答：5+^=6°°得。=30°,巖石進行單軸壓縮，所以%二°，

當巧=27.6A/為時，巖石破壞，那么

1+sin30°2xCxcos300

27.6=--x--0---+-------

1-sin3001-sin30°

得出：C=7.97(Mpa)

(1)莫爾圓上任意一點的正應力為。剪應力為7

由庫侖準那么可知，當。=0時，即在莫爾圓上的圓點，2。=180°即和0=90°,

所以，剪切強度S：

=Ox^30°-7.97

=7.97(Mpa)

(2)與最大主應力面的夾角為30。時，即8=30°該面上為正應力b,剪應力為T,剪切強度S.

6+6|6一。3on27.6+027.6-0,

—-------+---------cos2^=------------+-------------cos2x3o0n0

2222

=20.7(Mpa)

=20.7x/^30°+7.97

=19.92(Mpa)

(3)夕.+960°得巖石內摩擦角。二30。

：4)破壞面為。=&+2=60')

42

所以，。二6+仆+0__Zlcos2，

22

27.6+027.6—0

=------------+-------------cos2x600

22

=6.9(Mpa)

27.6—0.*二八0

=------------sin2x60

2

=11.95(Mpa)

24.將巖石試件進行一序列單軸試驗，求得抗壓強度的平均值0.23MPa,將同樣的巖石在0.59MPa的圍壓

下進行一序列的三軸試驗，求的主應力的平均值為2.24MPa。請你在Mohr圖上繪出代表這兩種試驗結

果的應力圓，確定其內摩擦角和粘結力。

答：a=0.23，當=0.59MPa時,=2.24MPa

Mohr應力圓:

上式可求出C和“值.

1+SU10c

2.24=-----------<T,+0.23

1-sin^

22

2.01=tg6>(T3=tg6>xO.59

tg26=3.407次6=1.846得,6^61.5°

由

q(1-sin0)0.23x(l-sin33°)

C=-----------------=---------------=0.0624(Mpa)

2cos。2xcos33°

第六章巖石地下工程

-3

1,設一圓形巖石隧道，Ro=3m,y=2.5kN-m,Z=400mo求彈性應力分布情況，并指出最大應力及確定

oe=l.lYZs1.15YZ時的影響半徑。

答：Ro=3m

重力應力：PO=YZ=25OOX4OO=1O（MPa）

當圍壓p=Po時，在圓巷圍巖周圍的徑向應力5和切向應力s為

當R=Ro時,得出。e=2P（）=20Mpa,為最大切應力；

當og.lOyZ時,得出RI=1OXRO』9OO6,那么R產9.5（m）；

當oe=1.15YZ時，得出R2=6.7XRJ=60°S,那么R2=7.7（m）；

也及最大應力為Oe=20Mpa,影響半徑分別為9.55m和7.7m。

2,通過（6-6）式求吉爾西解。設豎向原巖應力為Po,水平應力為入Po,通過吉爾西解，求出深部半徑

為Ro的圓形地下隧道彈性應力，并畫出入=0,入=1/3,時0=0。，90。面上的彈性應力分布。

答：對于深埋圓巷，受對稱荷載po的圍壓，視為彈性體，由下述方程及條件：

dOrOr-OI）

G=—+,（平衡方程）

drr~

“=曳￡。=?（幾何方程）

drr

1-V-l)1-廣I)

——+(6----------)6%=——+3-----------)51本構方程一平面應變)

E1-uE\-v

r=Ro，Or=0；無窮，or=Po（邊界條件）

上訴條件解得：

上述。「，8及為軸對稱圍壓Po條件下的應力解，考慮在圍壓豎向Po,水平入Po條件下，做如下分解：

Po=p+Pz入po=p-p'

分為兩局部第一局部P和第二局部P'，第一局部解答如上d，。0,對第二局部解答，分別代入邊界條件:

內邊界：r=Ro，Or=T巾=0；ri無窮，。尸po（邊界條件）

外邊界：r好無窮。尸一p'cos2e1由=p'sin2e

用同樣方法解得應力解為：

從而得總應力解（基爾希解推廣）：

當a=0，e=0°,r=4時，（Jr=0?（7（）=3Po?Tr0=O；

當4=0,〃=90”,「=。時，(r.=0,<JQ=—PQ>tre=O；

I8

當X=—,9=0”,r=〃時，＜7..=0＞=-3Po?Tre=O；

33

當4=—,0=900,r=〃時，＜7,.=0,々=0，Tro=O；

3.在庫倫―莫爾強度曲線上畫出軸對稱圓巷彈塑性應力問題的幾個不同位置的應力圓圖：巷道周邊、塑

性區中任一點、彈性塑性面、彈性區一點、原巖區一點。設支護反力有P1=0,P產p的兩種情況。

答：分析如下

11)pi=0時

巷道周邊：r=Ro時Or=0,O0=OC

塑性區一點：RuWrVRp時，

彈、塑性區一點：令上述公式r=Rp即得

彈性區一點：RpVrVr-*8時，

原巖區一點：r-8時，上述公式知

(r“=po

(2)Pi=P時

升*in、*qI+sin。

巷道周邊：r=Ro時。尸pi，oe=pi------------+o

1-sin。c

塑性區一點：RoVrVRp時，

彈、塑性區一點：令上述公式mRP即得

彈性區一點：RpVrVr-8時，

原巖區一點：r-8時，上述公式知

=叩。

4?設有地下隧道如題6圖，試用你掌握的所有方法，確定其頂板、側幫壓力，并進行比擬。

答：題設矩形巷道斷面尺寸2aXH

頂壓計算(兩幫不穩定):

(1)普式地下學說

a+Htan(45°-^)1?.

平安拱高bi=a1/fd=--------------------------二式中普氏鞏固系數fd=d/10=，

310(1-sin。)

那么近似頂壓集度qd=Ydbi(Yd：上覆巖層容重)

巷道頂部壓力Qd=2aqd=2abiVd

(2)大沙基地壓學說

頂壓集度qd=gH(l—eT1aMz/〃))(人為側應力系數，Z巷道埋深)

Atanz

那么頂壓Q=2aqd=2a誓^(l-e-/gMz/a))或簡化為Q2a2d-

/kane入tancp

(3)近代彈塑性理論

l-sin?

/，cc(〃n+CCOt0)(l-sin。)2阿，

頂壓系數qd=Y(Rp-H/2)式中凡,=凡山.......-------—

ccot。

那么頂壓Qd=2aqd

側幫壓力計算：

側幫壓力按滑動土體上均布荷載q=qd計算：

22

Pl=qKa=Qdtan(45°-2)P2=(q+yH)Ka=(qd+ydH)tan(45°-1

總測壓Qh=：(Pi+P2)H

5.設題6圖AB,BC,CD,DA,AC,BD可以通過收斂計測獲得，求AO,BO,CO,DO。說明通過比擬

兩次測定計算量是巖壁什么樣的變形量，哪些因素會影響它與實際變形量的誤差？

答：是巖石巷道的收斂變形量；巷道圍巖內部的移動會引起測量誤差。

6.設計一種采用多點位移計和收斂計的測量方法，可以判斷巷道收斂位移的測量結果是否絕對位移。

答：向圍巖內部打孔安裝多點位移計(穿過圍巖松動圈)，測量闈巖內部的移動情況，通過觀察多點位

移計是否測出圍巖有整體性移動結合收斂變形計測量數值可以判斷收斂位移是否是絕對位移，假設未測

出巖石內部發生移動變形，那么收斂計測出結果及是絕對位移，反之那么是收斂位移。如以下圖示：

第七章「廣：邊坡工程

1.分析邊坡工程對國民經S

答：對露天礦山、\B、平安效益、經濟效益等方面有直

接影響。’

2.邊坡.的分類有哪些2

僅八匕■2』HrI十,力1_

合：7Tt至占價掙43-VZT

3.分析選上七上鳧二的根本類型及其力學成艮C多點位移計

答：按其破壞方式主要分為崩塌和滑母加和L

崩塌：是指塊狀巖體與巖坡劑多點位移計：。崩塌一般以邊坡外

(1)j破壞現象表達。

12)滑坡：是指巖體在自重力作用下，沿坡內軟弱結構面產生的整體滑動。一般以深層破壞表達出來。

1.平面剪切滑動：塊體沿著平面滑移。常發生在由軟弱夾層或裂隙的坡面。

2.旋轉剪切滑動：滑動面通常為弧形狀，巖體沿此弧形狀滑移。通常為均質泥巖或頁巖等巖層。

13)滑塌：邊坡松散巖上的坡痢大干它的內摩擦角時??因表層蠕動進一步開展,使它沿著眄切變形帶

*頂坡滑移、滾動與坐塌，從而到達穩定坡腳的斜坡破壞過程，稱為滑塌。

(4)巖塊流動：常發生在均質硬巖中，巖石在到達其峰值強度時，巖體發生破壞。而使巖體全面崩塌

的情況。

(5)巖層曲折：當巖層成層狀沿坡面分布時，由于巖層本身的重力作用，或由于裂隙水的冰脹作用，

增加了巖層之間的張拉應力，使坡面巖層曲折。

4.分析影響邊坡失穩的主要因素。

答：11)存在于邊坡中的各種形式的結構面是邊坡變形與破壞的首要條件；

(2)斜坡外形引起的坡體應力分布，導致坡體的變形與破壞；

(3)坡體巖土體的物理力學性質；

(4)坡體直接受到的外力作用,

5.土體與巖體的區別何在？

答：土體與巖體的結構不同，從而它們的工程地質及水文地質以至力學特性差異顯著。

6.為何許多滑坡在雨季？

答：雨季降雨侵入坡體之中，使邊坡體巖土體的力學強度降低，其抗滑力降低：同時，由于裂隙水壓加

大了滑體上的下滑力，使滑體更容易發生滑坡。

7.哪些因素對節理的抗剪強度有影響？

答：可由以下公式給出：s=c'+(cr-w)tan(/)'

其中s：結構面的抗剪強度，。：作用在滑動面上的正應力，底節理面上的有效內聚力，6、滑動面上

有效內摩擦角.U：滑動面空隙水壓。因此其抗剪儂度與結構面本身的物理力學性質及滑動面含水情況

有關。

8.邊坡坍塌為何有不同模式？它們能預測嗎？

答：邊坡坍塌的模式不同主要因為不同邊坡其賦存環境、受力情況、邊坡巖體結構和邊坡巖體力學性質

不同，其破壞模式可以根據節理裂隙或巖土性質及外力作用條件進行粗略預測。

9.監測邊坡有何意義？

答：發現隱患，消除危害，有效而經濟地采取整治滑坡的措施，保證各種邊坡工程的正常使用。

10.預報滑坡有無可能？如何才能作出預報？

答：可能。監測邊坡的變化情況并分析相關資料。

監測方法有：

⑴地面位移觀測法一建網觀測(由設置在滑坡體內及其周圍穩定區地表的各個位移觀測點(樁)，以及

設置在滑坡體外穩定區地面的置鏡樁等的觀測系統)

⑵地表裂縫簡易觀測法。

⑶建筑物裂縫簡易觀測法

(4)地面傾斜變化觀測

⑸滑坡深部位移觀測

⑹滑動面位置的測定

⑺滑坡滑動力(推力)觀測

上述方法根據實際情況采取一種或多種方法實現準確檢測，并作如下工作：

(1)繪制滑坡位移圖，確定主軸方向；(2)確定滑坡周界；

(3)確定滑坡各局部變形的速度；(4)確定滑坡受力的性質；

15)判斷滑坡面的形狀；(6)確定滑坡移動與時間的關系；(7)繪制滑坡移動的平面圖和縱斷面圖；(8)

確定地表的下沉或上升；(9)估計滑體厚度；(10)滑坡平衡計算。

11.有哪些可供選擇的方案可以用來處理病坡？應如何篩選這些方案并作出最終方案抉擇？

答：整治原那么：

(1)預防為主，治理為輔。

(2)在技術和經濟條件允許的條件下，避開滑坡地段；

[3J對大中型復雜的滑坡應米耳又一次性根治與分期整治相結合的原那么；

(4)針對病因綜合治理，治早治小；

(5)因地制宜，推廣先進技術，注意施工方法；

16)對危機斜坡的各種建筑物采取措施，防止滑坡；

(7)全面規劃，選擇最正確整治方案。

整治措施：

(1)消除或減小地表水或地下水的作用；

(2)恢復山體平衡條件；

(3)改善滑動帶或滑動體土壤性質。

為此，采取以下手段：

避一一工程或建筑物等避開滑坡的影響；

排一一排水導流，采用多種形式的截水溝、排水溝、急流槽來攔截和排引地表水。

擋一一抗滑支擋，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擋墻,

減一一減重反壓，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。

固一一利用物理化學方法加固，以土層固化改變滑動帶的土石性質，提高它的強度。如采用陪燒法、電

滲排水法、水泥灌漿法、鉆孔爆破法等。

植一一植樹造林，防止滑體、岸坡沖刷，穩定滑坡。

第八章巖石地基工程

1.巖石地基與土屬地基相比有哪些特點？主要表現在那些方面？

答：較土質地基巖石地基一般具有較高的抗壓、抗剪強度及更大的變形模量，主要表現在高承載力和低

壓縮性兩方面。

2.某建筑場地巖石出露，為紫紅色泥巖，現場荷載試驗測得三個測點的巖石極限荷載為Pu=3.24、2.52、

2.16MPa(取K=4),在同一巖層中(中風化)取樣，測得其飽和單軸抗壓強度為％=3.6、4.7、5.8、6.2、

4.5和8.1MPa(取。=0.20)。根底寬度b=4.0m、埋深d=1.0m,試求該巖基承載力的標準值fk和設計值八

答：利用公式晨二%,一1.645嗎，

其中晶飽和單軸抗壓強度標準值：

U.k：試件抗壓強度的平均值

。水：試件抗壓強度值的標準差

得標準值fk=

得設計值frk=fkXl|)=

3.某砌體結構工程，墻下采用直徑為300mm的鉆孔灌注樁，沱身通長配筋6622,箍筋。6@100,混凝

土強度等級為C30,單樁極限承載能力設計值為1000kN,樁體穿越地層情況如圖，粘土層、粉質粘土

層的樁側土極限摩阻力標準值分別為25kPa、60kPa,巖石飽和單軸抗壓強度標準值為8.9MPa,試確定

板體嵌巖深度，并驗算樁身樁身是否滿足其承載要求。

答：

4.巖土組合地基有哪幾種類型？哪一類地基的變形最不利，為什么？

答：

5.復雜地廢條件巖石地基丁程處理措施有哪些？各種丁程處理方式有哪些技術要點？

答：

6.鐵路路基中路肩的作用是什么？

答：

7.石質路塹邊坡的決定條件是什么？請列舉之。

答：

8.控制壩體巖基破壞的因素是什么？重力壩失穩有哪幾種形式？拱壩壩肩對地質條件有何要求？

答：

.如所示，水平推力滑動面與的面積分別為：

98-14(a)Hi=250kN,Vi=500kN,V2=150kN,ABBCAi=50

疔，內摩擦系數凝聚力分別為作用在滑移面和上的抗壓力

A2=23fi=0.4,f2=0.6,J=C2=0,ABBC

分別為：假設滑面和得傾角為。，試用“等法〃計算壩

Ui=80kN,U2=20kNoABBCa=10B=30°,K

基的抗滑平安系數。

課本814(a)：

笞：(1)不按塊體極限“算

對于塊體1：

抗潛力=(V|COsa-U-Hsina)/+c,A,+P

=(500xcosl0°-80-25051010°)x0.4+0x50+P

=369+PkN)

滑動力=Hcosa+Visina

=250cosl00+500sinl00

=333(kN)

對于滑塊2：

抗滑力=(V2cosa-/+Psin(。+0)f2+c2A2

=(150xcos30o-20+Psin40°)x0.6+0x23

=66-0.4P

滑動力=Pcos(a+B)—VzSinB

=0.8P-75

K1=K2=K：聯立K=(369+P)/333K=(66-0.4P)/(0.8P-75)

得七

12)按照塊體極限狀態計算

對塊體1：

抗滑力=(V'osa-U}-Hsintz)//K+“AJK+P

=(500xcosl00-80-250sinl0<>)x0.4/K+0x50/K+P

=369/K+P

滑動力=Hcosa+Visina

=250cosl00+500sinl00

=333(kN)

那么369/K+P=333(l式)

對塊體2：

抗滑力=(V?cosa-。2++/7))/>/K+c2A2/K

=(150XCOS300-20+Psin400)x0.6/K+0x23/K

=(66-0.4P)/K

滑動力=Pcos(a+B)—VzsinB

=0.8P-75

那么(66-0.4P)/K=0.8P-75(式2)

式1和式2聯立解得K=

簡答題補充

1.簡述水壓致裂法測量地應力的根本原理及測量步驟并對其優缺點作出評價。

答：根本原理為:

彈性力學原理知當一無限體中的鉆孔受到無窮遠處二維應力場Gl，02）的作用，離開鉆孔端部一

定距離部位處于平面應力狀態：

。8=+01"02COS205=0

其中.09.5分別為鉆孔周邊的切向應力和徑向應力：6為周邊一點與6軸的夾角,當8=0時，M取最

小值，此時OQ=3O2—Olo

采用水壓致裂裝置將鉆孔中某段隔離起來，并向隔離段注射高壓水，當水壓超過3。2一。】和巖石的

抗拉強度T之后，巖石在0=0處發生開裂，開裂時水壓為Pi=3°2—。】+「繼續增加水壓至裂隙深度達3

倍鉆孔直徑，保持壓力穩定，測得此穩定壓力Ps=s，利用上述公式，在測算出巖石抗拉強度T后，就

能計算出原巖應力5和6。

巖石存在裂隙水壓Po時Pi=3°2—5+T—Po;假設在開裂鉆孔中再次注入高壓水，使致裂裂隙張開，

保持壓力穩定，此時測得裂隙重開壓力Pr=3s-Oi-Po,結合Ps=S就能避開再次測算T而直接計算出

d，。2,到達試驗目的。

試驗步驟為:

（1）打鉆孔到準備測量應力的部位，并將鉆孔中待加壓段用隔離器隔離取來；

（2）向隔離段鉆孔內注入高壓水，不斷加大水壓，至孔壁出現裂隙，記錄初始開裂水壓Pi；

13）繼續施加水壓，至裂隙深度到達3倍鉆孔直徑，關閉高壓水系統，保持水壓很定，并記錄次關閉

水壓Ps,然后卸壓使裂隙閉合；

（4）重新向密閉段注射高壓水，是裂隙重新翻開，并記錄裂隙重開時的壓力Pr和隨后的關閉水壓Ps；

15）重復上述步驟2-3次，以提高測試數據的準確性；卸壓，退出裝置，完成實驗。

優缺點評價:

水壓致裂法認為初始開裂發生在鉆孔壁切向應力最小的部位，亦即平行于最大主應力方向，這是基于巖

石為連續、均質和各向同性的假設。如果孔壁本身存在天然節理裂隙，那么初始裂隙可能發生在這些部

位，而并非切向最小應力處，因而水壓致裂法較為實用于完整的脆性巖石中。水壓致裂法的突出優點是

測量深部應力，另外水壓致裂法在工程應用中相比其它測量方法經濟本錢低，測量精度相對可靠。

2.巖體地質力學分類（CSIR分類）指標值（RMR）的組成指標及其意義是什么？

答：CISR分類指標值RMR由巖塊強度、RQD值、節理間距、節理條件及地下水5個指標組成。巖塊強

度以單軸抗壓強度或點荷載強度指標表示；RQD值是指10cm及以上長度巖芯累計長度與鉆孔長度比值

｛百分比）；節理間距指巖體中兩條節理見的平均距離；節理條件包括節理面粗糙度、節理面的連續性、

節理寬度和節理面巖石的堅硬程度。

3.簡述巖石地下工程穩定性的根本原那么。

答：合理利用和充分發揮巖體強度：①將工程設置在巖性好的巖層中；②防止巖石強度口勺損壞（爆

破影響及水軟化）：③充分發揮巖體的承載能力（通過支護與圍巖共同作用原理，適當減少支護剛度，

允許圍巖適當變形，以充分利用圍巖自支撐能力）④加固圍巖（錨固、注漿）；

（2）改善圍巖的應力條件：①選擇合理的隧（巷）道斷面形狀和尺寸；②選擇合理的位置和方向（最

正確軸比）；③采取適當的“卸壓”手段（鉆孔、爆破、卸壓洞室）；

（3）合理支護：充分考慮支護的受力情況、支護的經濟效益、支護的平安效益，選擇合理的支護形式、

支護剛度、支護時間等。

（4）強調監測和信息反應。

4.簡述巖體邊坡變形和破壞的主要形式。

答：邊坡變形的主要形式主要表現為松動和蠕動。

松動：邊坡形成初期，在坡面上形成一系列與坡面近于平行的正傾斜張開裂隙，被這種裂隙切割的巖體

便向臨方向松開、移動，這種過程和現象稱為松動。

蠕動：邊坡巖體在自重應力為主的坡體長期作用下，向臨空方向緩慢而持續的變形，稱為邊坡蠕動。包

括表層蠕動和深層蠕動兩種。

邊坡破壞的主要形式有崩塌和滑坡，其次還有滑塌、巖塊流動、巖層曲折等破壞形式。

崩塌：是指塊狀巖體與巖坡別離向前翻滾而下的現象，小至巖塊墜落，大至山崩；

滑坡：巖體在重力作用下，沿破內軟弱結構面產生整體滑動的現象，分，滑坡方式包括：

（1）平面剪切滑動：簡單平面剪切滑動、階梯式滑坡、三維楔體滑坡和多滑塊滑動幾種模式；

（2）旋轉剪切滑動：巖體沿弧形滑面滑移。

5.簡述莫爾強度理論，并評價其優缺點。

答：莫爾強度理論認為材料的破壞主要是剪切破壞，破壞面的剪應力大于材料破壞面所能承受的最

大剪應力（抗剪強度）時即發生破壞，材料在各種應力狀態下的應力-應變曲線，即莫爾應力圓，具有

一條公共包絡線，這條包絡線與每個極限應力圓相切，能夠反映材料內部各點受外荷載作用時破壞的性

質，這條包絡線就叫做莫爾強度包絡線，在實際受力條件下，通過繪制實際狀況的應力圓，判斷它與材

料莫爾包絡線之間的關系就可以判斷材料是否發生破壞及破壞面的位置。

莫爾強度理適用與塑性、脆性巖石的剪切破壞，較好的解釋了巖石抗壓強度遠遠大于抗拉強度的特

征，解釋了三向等拉時破壞、等壓時不破壞的現象，同時考慮拉、壓、剪，可判斷破壞方向，但是無視

了第二主應力的影響，沒有考慮結構面情況，不適合解釋拉伸及流變現象。

6.試簡述巷道新奧法支護的特點和施工過程。

答：新奧法（新奧地利隧道施工方法的簡稱）是將錨桿和噴射混凝土組合在一起作為主要支護手段

的一種施工方法。

其特點有：

（1）及時性：采用噴錨支護為主要手段，可以最大限度的跟緊開挖工作面，利用開挖工作面的時

空效應，及時限制支護前圍巖的變形和變形開展，阻止圍巖進入松動狀態，必要的情況可進行超前支護。

（2）封閉性：巷道開挖后，當噴射混凝土以較高速度射向巖面，能很好的充填圍巖原生和次生結

構面，大大的提高圍巖的強度，同時，隔絕了水和空氣同巖層的接觸，使裂隙充填物不至軟化、解體而

使裂隙張裂，因而能及時有效地的防治因水和風化作用造成圍巖的破壞和剝落，保持原有巖體強度。

（3）粘結性：錨噴支護同圍巖能全面粘結，這種粘結可以產生三種作用，連鎖作用（也稱懸吊作

用能防治危巖脫落、冒頂、偏幫）、復合作用（也稱組合作用能充分發揮圍巖與支護的共同作用，發揮

圍巖自支撐能力）的和增加作用（也稱擠壓加固作用，通過支護的柔性發揮圍巖自支撐能力）。

（4）柔性：錨噴支護屬薄性支護，能夠與圍巖緊粘在一迢共同作用，與圍巖共同產生形變，在一

定的非彈性變形區能有效地控制塑性區的開展，使巖體自支撐能力得到充分發揮，同時，錨噴支護在受

壓變形過程中，對巖體產生更大的支護反力，抑制圍巖的過大變形，充分發揮支護作用。

施工過過程：開挖一一次支護一二次支護。

（1）開挖：穿孔、裝藥、爆破、出喳等，盡量一次全斷面開挖，開挖之后及時噴射混凝土，開挖

施工與一次支護交叉作業。

（2J一次支護：包括一次噴漿、打錨桿、聯網、立鋼架拱、二次噴漿

（3）二次支護：一次支護后，在圍巖趨于穩定時，進行永久支護，補噴混凝土或澆注混凝土內拱。

7.試簡述巖石蠕變及巖石在不同應力條件下的蠕變特征。

答：蠕變是當應力不變時，變形隨時間增加而增長的現象，蠕變分為四個階段：

第一蠕變階段：應變速率隨時叵增加而減小，稱為減少蠕變階段或初始蠕變階段；

第二蠕變階段：應變速率保持不變，稱等速蠕變階段；

第三蠕變階段：應變速率迅速增加直到巖石破壞，稱加速蠕變階段。

巖石在不同的應力作用下，蠕變特征不相同：

當作用在巖石上的應力小于某一值時，巖石的變形速率隨時間的增加而減小，最后趨于穩定，這中

蠕變稱為穩定蠕變。

當作用在巖石上的應力超過某一值時，巖石的變形速率隨著時間的增加而增加，最后導致巖石的破

壞，這種蠕變稱為不穩定蠕變。

8.簡述錨噴支護的力學作用原理。

答：（1）開挖后，在坑道周邊形成松動圈和塑性變形區。噴射混凝土支護，一方面水泥砂漿的膠結

作用提高了松動圈的整體穩定性，另一方面，噴射混凝土層的柔性允許圍巖發生較大的位移而不發生松

脫，能充分發揮圍巖的自支撐能力：

（2）錨桿的擠壓加固與圍巖的變形相互作用（懸吊作用、組合作用、擠壓加固作用），進一步加固

圍巖，提高其整體承載能力。

錨噴聯合支護是軟弱破碎巖體的一種最有效地支護形式，具有主動加固圍巖、充分發揮圍巖的自支

撐能力、良好的抗震性能等優點。

9.簡述巖石單軸壓縮條件下的變形特征。

答：巖石在單軸壓縮條件下變形可分為四個階段：

（1）空隙裂隙壓密階段（0A段）：試件中原有張開結構面或微裂隙逐漸閉合，巖石被壓密，試件

橫向膨脹較小，體積隨載荷增大而減小。

（2）彈性變形至微彈性裂隙穩定開展階段（AC段）：巖石發生彈性形變，隨著載荷加大巖石發生

軸向壓縮，橫向膨脹，總體積縮小。

（3）非穩定破裂開展階段（CD段）：微破裂發生質的變化，破裂不斷開展直至試件完全破壞，體

積由壓縮轉為擴容，軸向應變和體積應變速率迅速增大。

（4）破裂后階段9點以后）；巖塊承載力到達峰值強度后，內部結構遭到破壞，試件保苗整體狀，

隨著繼續施壓，裂隙快速開展，出現宏觀斷裂面，此后表現為宏觀斷裂面的塊體滑移。

10.簡述邊坡整治的措施。

答：（1）避：使構筑物盡量避開滑坡體；

（2）排：排水導流，采用各種形式的截水溝、排水溝、急流槽，來攔截和排引地表水；用截水滲

溝、盲溝、縱向和橫向滲溝、支撐滲水溝、泄水隧洞、立井、滲井、砂井、平孔排水，防止水浸入滑坡

范圍或疏干滑坡范圍內的已有水；

（3）檔：設置抗滑支檔，在滑坡舌部或中前部修筑各種形式的抗滑擋墻，在滑坡體其它部位設置

各種多級擋墻，如抗滑擋土墻、抗滑干砌片石垛、沉井式抗滑擋墻、疊框式抗滑擋墻、錨桿擋墻、抗滑

樁、支垛、鋼筋混凝土樁和支撐抗滑明胴；

（4）減：減重反壓，挖去滑體上部主滑和牽引地段，（或用石質材料）填在滑坡體坡腳，反壓阻滑；

（5）固：利用物理化學加固滑體，改善滑坡的土石性質，提高它的強度，到達穩定滑坡的目的。

例如焙燒法、電滲排水法、水泥灌漿法。

（6）植：植樹造林，綠化邊坡。

11.軸對稱隧道圍巖處于理想彈塑性狀態，其塑性區半徑與哪些因素有關？圍巖應力分布規律如何？

答：軸對稱圍巖條件下理想彈塑性隧道圍巖，其塑性區半徑可由以下公式給出：

l-sin0

Rp=Ro[—+C-COt0）（l—sin。）]2sin0

P]IC-COt0

因此，塑性區半徑與隧洞斷面半徑Ro,圍巖應力Po、巖石的直摩擦角4）和巖石的粘結力c,支護反力Pi

有關。

圍巖應力的分布規律：

（1）巷道周邊附近應力集中系數最大，遠離周邊應力集中程度逐漸減小，在距3-5倍巷道半徑處，圍

巖應力趨于與原巖應力相等；

（2）巷道圍巖應力受測壓系數、巷道斷面軸比影響，?般來說巷道長軸平行于原巖最大應力方向時能

獲得較好的圍巖應力分布；當巷道長軸與短軸之比等于長軸方向最大主應力與短軸方向原巖應力時，巷

道周圍應力分布最為理想，此時，巷道頂底板中點及巷道兩幫中點切應力處處相等，不出現拉應力。

12.巖石邊坡穩定性分析的極限平衡分析法有哪三個前提？它的分析計算步驟是什么？

答：三個前提是：

（1）滑動面上實際巖土提供的抗剪強度S與作用在滑面上的星直應力。滿足關系式：

S=C+o,tan。或s=c，+（O-u）tan0，式中C、（/為滑動面的粘結力或有效粘結力；小、6,為滑動面的

內摩擦角或有效內摩擦角；。為滑動面上的有效應力；u為滑動面空隙水壓。

（2）穩定性系數F的定義為沿最危險破壞面作用的最大抗滑力（或力矩）與下滑力（或力矩）的比值。

即F=抗滑力/下滑力

（3）二維（平面）極限分析的根本單元是單位寬度的分塊滑體。

計算步驟為：

（1）在斷面上繪制滑面形狀；（根據坡體外形、坍塌情況、中段滑面深度）

（2）推定滑坡后裂隙及塌陷帶深度,計算或確定其產生的影響：

（3）對滑塊進行分塊；（小條塊、多數目）

14）計算滑動面上的空隙水壓；（通過地下水監測）

15）采用適宜的計算方法，計算穩定性系數。（采用兩種或以上計算方法）

13.簡述平面破壞計算法的假設條件、主要特點及適用條件。

答：假設條件：

（1）滑動面是平面或近似平面；

12）滑動面及張裂隙的走向平行于坡面；

（3）張裂隙是直立的，其中充芍高度Zw的水柱；

（4）水沿張裂隙的底部進入滑動面并沿滑動面滲透；

（5）滑體沿滑動面做剛體下滑，

主要特點及適用條件：

力學模型和計算公式簡單，主要適用于均質砂性土、順層巖質邊坡以及沿基巖產生的平面破壞的穩

定性分析，但要求滑體做整體剛體運動，時于滑體內產生剪切破壞的邊坡穩定性分析誤差較大。

14.簡述簡化Bishop法的假設條件、主要特點及適用條件。

答：假設條件：

11）滑動面為圓弧形或近圓弧形；

（2）假定條塊側面間的垂直剪應力合力為零。

主要特點及適用條件：

Bishop法穩定性系數的計算考慮了條塊間作用力，是對Fellenius的改良，計算較準確，但要采用迭

代法。分割條塊時要求采用垂直條分。適用于均質粘性及碎石淮土等斜坡形成的圓弧形或近圓弧形滑動

滑坡。

15.簡述Janbu法的假設條件、主要特點及適用條件。

答：假設條件：

（1）垂直條塊側面上的作用力位于滑面之上1/3條塊高度；

（2）作用于條塊上的重力、反力通過條塊底面的中點。

主要特點及適用條件：

計算準確但是計算復雜，適用于復合破壞面的邊坡，既可以用上圓弧形滑動也可以用于非圓弧形消

動，要求垂直條分。

16.簡述Sarma法的根本原理、主要特點及適用條件。

答：根本原理：

邊坡破壞除非是沿著一個理想的平面或弧面滑動，才可能作為一個完整的剛體運動，否那么，滑體

必須先破裂成多個可相對滑動的塊體，才可能發生滑動。也即滑體內部必須產生剪切破壞才可能發生滑

動。

主要特點及適用條件：

用極限加速度Kc來描述邊坡的穩定程度，可以用于評價各種破壞模式下邊坡穩定性，而且條塊分

條是任意性的，從而可以為各種特殊邊坡的破壞模式進行穩定性分析，但是計算比擬復雜。

17.簡述滑坡的工程分類、滑坡監測的目的和主要方法。

答：滑坡工程分類為：巖塊流動滑坡、平面剪切破壞滑坡和旋轉剪切