岩石力学计算题.docx

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1、岩石力学计算题1．在具有一组平行节理的岩体中开挖一地下硐室，岩体节理面倾角β=30°，内摩擦角φ=35°，粘结力cf=0，边墙内垂直应力σy=1000kPa，假设该岩石破坏遵循莫尔—库伦准则，问：（1）岩石干燥时，硐室边墙是否稳定？（2）节理中存在裂隙水压pw=150kPa时硐室边墙是否稳定？（3）若边墙不稳定，应给给硐室边墙多大的水平支护力σx才能保持边墙稳定？（武汉大学05年研究生入学考试试题）解：（1）边墙岩体处于单向应力状态，节理面上正应力和剪应力由下式计算：=1000cos230°=750kPa=10002sin60°=433kPa由库伦准

2、则，结构面极限抗剪强度:τmax=c+σtanφ=0+750tan35°=525kPaτ<τmax故边墙稳定。（2）当存在裂隙水压pw=150kPa时，库伦准则表述为：τmax=c+σ-pωtanφ=0+750-150tan35°=420kPaτ>τmax故边墙不稳定。（3）设边墙水平支护力σx:节理面上的正应力和剪应力由下式给出：σ=σy+σx2+σy-σx2cos2θτ=σy-σx2sin2θ库伦准则，由下式表述：τmax=c+σ-pωtanφ极限状态，令τmax=τ，θ=30°得σx=21.4kPa及最小水平支护力为21.4kPa。2．由某工程

3、采集的岩样进行常规三轴压缩试验，为围压分别为1MPa，3MPa，5MPa，7MPa，9MPa时，对应的抗压强度分别为：8MPa，16MPa，25MPa，34MPa，42MPa，已知岩体强度折减系数0.7，求岩体单轴抗压强度Rc，内摩擦角和粘集力。（矿冶总院2010年研究生）解：以直线型库伦强度准则判定：其中τ:岩体抗剪强度，σ：岩体强度，φ：内摩擦角，c:粘结力。莫尔强度理论知，破坏面上正应力σ与剪应力τ有如下关系：令，带入并考虑岩石破坏时破断角得利用最小二乘法拟合σ1与σ3关系（直线型）：则=4.3（n=5）=3.5MPa解得，单轴抗压强度=3.5

4、MPa；内摩擦角φ≈30°；岩体的粘结力C=0.56MPa。3.设Mohr理论的强度包络线为一直线，C，φ分别为岩石的凝聚力合内摩擦角，试证明：（1）岩石强度条件为：σ1-σ22C∙cotφ+σ1+σ2=sinφ（2）岩石的单轴抗压强度σc与C、φ之间的关系为：2C=σctan⁡(45°-φ2）（重庆大学2002年研究生入学试题）解：（1）莫尔强度理论知，破坏面上正应力σ与剪应力τ有如下关系：库伦准则条件下，岩石内摩擦角φ与破断角θ有如下关系：2θ=π2+φ（可由莫尔圆与库伦线得出），在极限状态，令τ=τmax得：σ1-σ32sin2θ=C+σ1+σ

5、32+σ1-σ32cos2θtanφ带入2θ=π2+φ得：σ1-σ32cosφ=C+σ1+σ32-σ1-σ32sinφtanφ两边同时乘2cotφ，得：σ1-σ3cosφ∙cotφ=2C∙cotφ+σ1+σ3-σ1-σ3sinφ两边同时乘sinφ移项整理得：σ1-σ32C∙cotφ+σ1+σ3=sinφ（2）在（1）上令σ3=0得及2C=σc∙1-sinφcosφ三角函数化简为2C=σctan⁡(45°-φ2）4．将一个岩石试件进行单轴抗压试验，当压力达到120MPa时即发生破坏，破坏面与最大主应力平面夹角（即破坏所在面与水平面的仰角）为60°，假定

6、抗剪强度随正应力呈线性变化（即遵循库伦莫尔破坏准则），试计算：（1）内摩擦角；（2）正应力等于零的那个平面上的抗剪强度；（3）在上述试验中与最大主应力平面成30°夹角的那个平面上的抗剪强度；（4）破坏面上的正应力和剪应力；（5）按库伦莫尔强度准则预计该岩石在单轴拉伸试验中的拉伸强度。（山东科技大学2006年研究生入学试题）解：（1）题设试验条件下2θ=π2-φ得内摩擦角φ=π2-2θ=π2-π3=π6（30°）(2)正应力等于零的那个平面上的抗剪强度等于岩石的粘聚力C，由岩石的单轴压缩强度得C=1-sinφ2cosφσc≈35MPa(3)题设条件下，

7、任意截面的正应力由σ=σ12+σ12cos2θ给出，则所求平面的正应力σ=σ12+σ12cos2θ=60+60×cos60°=60MPa抗剪强度s=C+σtanφ则该截面抗剪强度S=35+60×tan30°≈70MPa（4）破坏面上的正应力及剪应力计算入下：σ=σ12+σ12cos2θ=60+60×cos120°=30MPaτ=σ12sin2θ=60×sin120°≈52MPa任意截面的应力由下式给出：σ=σ12+σ12cos2θ（5）库伦准则为：τ=35+σtan30°令单轴抗拉强度为σt（不含符号），根据莫尔库伦强度准则，列出下列方程：sinφ=

8、σc-σtσc+σt解得，单轴抗拉强度σt=13σc=40PMa5．某矿大理岩试验结果如下：单轴抗压强度SC