1、 岩土力学 1岩 土 力 学形 成 性 考 核 手 册学生姓名： 学生学号： 分校班级： 中央广播电视大学 编制中央广播电视大学人才培养模式改革与开放教育试点 岩土力学 2使 用 说 明本考核手册是中央广播电视大学水利水电工程专业“岩土力学”课程形成性考核的依据，与岩土力学教材（主编 刘汉东，中央广播电视大学出版社出版）配套使用。形成性考核是课程考核的重要组成部分，是强化教学管理，提高教学质量，反馈学习信息，提高学员综合素质和能力的重要保证。“岩土力学”课程是水利水电工程专业的主要专业基础课，其特点是既具有丰富的理论，又具有很强的实践性，而且基本概念多，公式多，系数多，学员有时感到抓不住重点。
2、通过形成性考核有助于学员理解和掌握本课程的基本概念、基本理论、基本计算方法，明确应掌握的课程重点。同时，形成性考核对于全面测评学员的学习效果，督促和激励学员完成课程学习，培养学员自主学习和掌握知识的能力也具有重要作用。本课程以计分作业方式进行形成性考核。全部课程要求完成 4 次计分考核作业，分别对应于文字教材的 13 章、46 章、79 章和 1012 章。学员应按照教学进度按时完成各次计分作业，教师根据学员完成作业的情况评定成绩，每次作业以 100 分计，并按 4 次作业的平均成绩计算学员的形成性考核成绩。形成性考核成绩占课程总成绩的 20%，终结性考试成绩占课程总成绩的 80%。课程总成绩
3、满分为 100 分，60 分为及格。2004 年 3 月 10 日 岩土力学 3岩土力学 作业一说明：本次作业对应于文字教材 1 至 3 章， 应按相应教学进 度完成。一、填空题 （每空 1 分，共计 25 分）1工程上常用的土的密度有湿密度、饱和密度、浮密度和干密度。 2土是由 固相 、 气相 、和 液相 三部分组成。3土体的应力按引起的原因分为 自重应力 和 附加应力 两种。4对于天然土，OCR1 时的土是 超固结土 ，OCR=1 的土属于 正常固结土 ，而 OCR 1=300kPa 岩土力学 10或 3=140.2Kpa 所以不会剪破。某挡土墙高 8m，墙背竖直光滑，填土面水平，填土为无
4、粘性土，=18kN/m 3， =30 ，填土表面作用有连续均布荷载， q=20kPa。试用朗肯土压力理论计算主动土压力以及作用点位置。解 （1）土压力系数 312045tg245tgka （2）主动土压力墙顶 pa=qka=201/3=6.7kPa墙底 pa=qka+rHka=6.7+1881/3=54.7kPa总土压力 Pa=（6.7+54.7 ）/28=245.6kN/m作用点距墙底的距离m96.26.245387.187.6y在均布条形荷载作用下，土体中 A 点的大主应力 1=400kPa 中，小主应力 3=150kPa，土的抗剪强度指标 c=0，=30。试求：1) A 点处土是否处于极
5、限平衡状态。最危险的剪应力面与最大主应面夹角为多少度？ 解：1） kPa132645tg02345tg0tct213 计133kPa150kPa 处于稳定状态2）最危险的剪应力面与最大主应面夹角 60（10 分）4有一条形基础，宽度 B 为 6m，埋深 D 为 1.5m，其上作用着中心荷载 P 为1700kN/m，地基土质均匀，容重为 19kN/m3，土的强度指标为： c=20kPa， =20o，安全系数为 2.5，假定基底完全粗糙，应用太沙基理论，验算地基的稳定性 ( =20o 时， ， )。 （10 分）5.3rN.6q15cN解：（1）基底压力为：p=P/B=1700/6=283.3kP
6、a(2) 由太沙基理论，地基的极限承载力为 岩土力学 11=1963.5/1+191.56.5+2015=684.8kPacqruNBf21(3) 容许承载力为=684.8/2.5=273.9kPasuFf由于：pf，地基不稳定。 岩土力学 12岩土力学 作业三说明：本次作业对应于文字教材 7 至 9 章， 应按相应教学进 度完成。一、单项选择题 （每小题 2 分，共计 10 分）1岩石内结晶晶格错位的结果，引起岩石的 （b）a、晚性破坏 b、塑性破坏 c、弱面剪切破坏2岩石的单轴抗压强度一般与单轴抗拉强度间成下列哪种关系： (b)a.Rc=(1-4)Rt b. Rc=(4-10)Rt c.
7、Rt=(1-4)Rc d. Rt=(1-4)Rc 3下面岩体的那种应力状态是稳定状态 (a)a. sinctg231ctg231c. =sint314.广义虎克定律中岩石的剪切模量 G 为 （a）a. ，b. ， c. ，d. )(2EG)1(2)(ME)1(25. 岩石的变形（弹性）模量可表示为 （c）a. ，b. ，c. ， d.yrp)1(yrp)(ypr)(yprE)1(二、填空题 （每空 1 分，共计 20 分）1岩石的破坏形式：脆性破坏、延性破坏、弱面剪切破坏。2岩石的力学强度是工程设计中最重要的力学指标，分别是单轴抗压强度，抗拉 岩土力学 13强度、抗剪强度。3岩石的抗压强度就是
8、岩石试件在单轴压力（无围压）作用下，抗压破坏的极限能力。4岩石的抗剪强度就是指岩石抵抗剪切破坏（滑力）的能力，用凝聚力 C 和内摩擦角 来表示。5 岩石的变形是指岩石在任何物理因素作用下形状和体积大小的变化。岩石的变形特性常用弹性模量 E 和泊松比 两个指标来表示；6. 岩石的蠕变是指岩石在应力 不变的情况下岩石变形 随着时间 t而增加的现象，一般而言，典型的岩石蠕变曲线可分为三个阶段：初期蠕变，二次蠕变（稳态蠕变） ， （加建蠕变）第三期蠕变。7. 天然应力(或初始应力)是习惯上常将工程施工前就存在于岩体中的地应力，称为初始应力。8. 岩滑根据滑动面的形式，组合可分为：平面滑动，楔形滑动和旋
9、转滑动。三、判断题 （每小题 2 分，共计 10 分）1岩石的脆性破坏是由于岩石中裂隙的发生和发展的结果所致（）2岩石的变形是指岩石在外力作用下形状和大小的变化。 （）3最大正应变理论是用来判断脆性岩石破坏的理论。 （）4根据莫尔库伦准则可证明均质岩石的破坏面法线与大应力方向间夹角为（）25o5在普通压力板上做岩石的变形试验，即可得到岩石的全应力-应变曲线。 （）四、问答题 （每小题 5 分，共计 20 分）1何为塑性破坏，其破坏机理是个什么？答案：塑性破坏(延性破坏)是岩石在破坏之前变形量很大，且没有明显的破坏荷载。原因可能是岩石内结晶晶格错位的结果。2影响单轴抗压强度的因素有哪些？影响单轴
10、抗压强度的因素有：一方面是岩石材料本身的，一方面是试验方法上的因素。 岩土力学 14岩石材料本身的主要因素有：矿物组成；结晶程度和颗粒大小；胶结情况；生成条件；风化作用；密度；水的作用等。试验方面的因素有：试件尺寸和大小；加荷速度等。3. 直剪破坏试验全过程曲线可分几段？各区段的特点是什么？岩石直剪破坏试验全过程曲线如图所示0123456702143n(m)v(m)(MPa)0f ffff该曲线共分三段。第一段：原点 p 区段，该段近似为一直线即变形为弹性， p为极限强度(即裂隙开始发展的强度 )；第二段： p f 区段， f 为峰值强度，该段内裂隙发展至破坏；第三段： fo 区段。 o 为剪
11、断面上的摩擦力(剩余强度)4. 什么叫滑坡？滑坡滑动面的形式有几种当岩坡受力过大或岩石强度过低，一部分岩体向下或向外滑动叫滑坡，滑波滑动面有三种：软弱结构面；结构面；在岩体中；六、计算题 （每题 10 分，共计 40 分）1将一个岩石试件进行单轴试验，当压应力达到 120MPa 时即发生破坏，破坏面与大主应力平面的夹角(即破坏所在面与水平面的仰角 )为 60，假定抗剪强度随正应力呈线性变化(即遵循莫尔库伦破坏准则 )，试计算：1)内摩擦角：2)破坏面上的正应力和剪应力。解： =245sin312cos23131，理论上的抗拉强度：icoRinRt2某岩样 c=15kPa，=30，如该土受到最小
12、主应力 3=200kPa，最大主应力 1=400kPa，试判断该土样处于何种状态？ 岩土力学 15解： (不稳定)ctg231sin3试求证 。132(E解： 321323123E代入即求4岩石试件的单轴抗压强度为 160MPa，泊松比 。岩石试件在三轴试验中破5.0坏，破坏时的最小主应力为 130MPa，中间主应力为 260MPa，根据最大正应变理论的破坏准则，推算这时的最大主应力 。1解： 0)()( 23221 RR321 岩土力学 16岩土力学 作业四说明：本次作业对应于文字教材 10 至 12 章， 应按相应教学 进度完成。一、填空题 （每空分，共计 30 分）1把由于洞室围岩的变形
13、和破坏作用而作用在支护或衬砌上的压力称为山岩压力。2山岩压力的影响因素除岩石性质外，还应考虑洞室的形状和大小，地质构选，支护的形式和刚度、洞室深度、时间、施工方法等因素。3.地下工程岩体稳定性影响因素主要有岩土性质、岩体结构与地质构造、地下水、地应力及地形等。3岩基的极限承载力，就是指岩基所能负担的最大荷载(或称极限荷载)。4脆性围岩的变形破坏类型有张裂坍落、劈裂、剪切滑动或破坏、岩爆、和弯折内鼓。5大坝失稳的形式主要有：表层滑动破坏、深层滑动破坏、混合滑动破坏。6. 由于岩体变形而对支护或衬砌的压力，称为变形压力；将由于岩体破坏而而对支护或衬砌的压力，称为松动压力。7. 在中等质量的岩石中，
14、洞室围岩的变形较大。由于洞室围岩的应力重分布需要一定的时间，所以在进行支护或衬砌以后围岩的变形受支护或衬砌的约束，于是产生山岩压力。8. 在整体性良好，裂隙节理不发育的坚硬岩石中开挖洞室，开挖结束后，围岩的弹性变形就完成。若在此后进行支护，支护没有山岩压力。这种支护主要是用来防止岩石的风化以及剥落碎块的掉落。9.无裂隙围岩的应力计算方法有内应力分配法和抗力系数法。 岩土力学 17三、判断题 （每小题 2 分，共计 10 分）1求解山岩压力的计算理论中，太沙基理论把岩体假定为散粒体。 （ ）2由于洞室围岩的变形和破坏而作用于支护或衬砌上的压力称为围岩压力。 （ ）3围岩处于塑性变形状态时，洞室埋
15、置愈深，山岩压力愈大。 （ ）4开挖洞室的影响范围是 6 倍洞直径。 （）5.洞室的形状相同时，围岩压力与洞室的尺寸无关。 （ ）四、问答题 （每小题 5 分，共计 20 分）1.简述地下洞室开挖引起的围岩应力重分布及其规律教材 283 页2何为山岩压力？按其成因可分为哪几类？各自用什么方法确定？把由于洞室围岩的变形和破坏而作用在支护或衬砌上的压力称为山岩压力。由于围岩变形而作用在支护或初砌上的岩压力称为变形压力。称为变形压力。由于围岩破坏而作用在支护或初砌上的岩压力称为变形压力。称为松沙压力。计算变形压力的方法：弹塑理论推导出的芬纳公式或修正芬纳公式。计算松动压力的方法：压力拱理论，太沙基理
16、论和弹塑性理论推出卡柯公式。3不同质量状况的围岩变形破坏特别如何？整体性良好，裂隙不发育的坚硬岩石中，围岩应力小于围岩强度无破碎。变形以开挖过程中的弹性变形为主，开挖结束变形也结束。如果支护，支护上一般无山岩压力，支护起防止岩石风化或剥落碎块的掉落。中等质岩的岩体，洞室变形大，还可能有少量破碎，支护上以变形压力为主，松动压力为辅。在破碎和软弱岩石中，岩体强度低，被切割的很碎，围岩应力超过岩体强度很多，因此，岩块在不大的应力作用就会破坏坍落，在这类岩石中，坍落和松动是产生山岩压力的主要原因。4.简述高压固结灌浆的施工方法。教材 344347 岩土力学 18五、计算题 （每题 10 分，共计 40
17、 分）1埋深 200m 处的岩体内开挖一硐径为 2a=2m 圆形断面隧道，如果岩体中初始地应力为静水压力式，并且上覆岩层的平均容重为 g/cm3，若隧道周岩的抗剪7.强度指标 MPa， ，试用莫尔-库仑强度条件评价其硐壁的稳定性。4.0c30解： zzyxK洞壁： 1=2z 3=0 (不稳定)ct31si2在地下 50m 深度处开挖一地下洞室，其断面尺寸为 5m5m。岩石性质指标为：凝聚力 c=200kPa，内摩擦角 ，容重 =25kN/m3，侧压力系数 。7.0K已知侧壁岩石不稳，试用太沙基公式计算洞顶垂直山岩压力及侧墙的总的侧向山岩压力。解： 245012tghb这时，2020102 bz
18、tgkpetgKcrbqbztgk)245(21ohtge )45()(2ohe0oktP3某圆形洞室围 kN/m3，埋置深度 H=160m，洞的半径 r0=7m。设折减扣的凝聚25力 c=0.02MPa， ，求松动压力。1 岩土力学 19系数 k1曲线 系数 k2曲线解 MPa460250Hp，则由 查图 6-16 和图 6-17 的曲线得：.4c36.1,79021k所以 MPa105.264.01759crpa4.有压隧洞的最大内水压力 =2.8MPa，隧洞( 内)半径为 2.3m，用厚度为 0.4m 的混凝p土衬砌。已知混凝土的弹性模量 =1.8104MPa，泊松比 。岩石的弹性1E3
19、.1模量 =1.1104MPa，泊松比 =0.367。试求：2E21)离中心 2.5m 处的衬砌内的应力；2)离中心 3.5m 处的围岩附加应力。解：a=2.3m，b =2.7m，p=2.8MPa。将已知的 、 、 、 以及 a 和 b 值代入式12E1m2(7-25)，得： )3.*303.271308.3 7. 22442 4所以混凝土衬砌传给岩石的压力为：MPapb求离中心 3.5m（ ）处的围岩附加应力：5.rMPabr25.3MPar要求衬砌内任何点( )的应力 、 则可根据厚壁圆筒的公式计算：ba 岩土力学 202.5(压应力) pabrpabr22(拉应力) 在衬砌的周界上，当 时，有：arparbr2当 时，有：brrpabr2
