岩石力学参数测试方法

中国矿业大学2010～2011学年第 2 学期

《 矿山岩体力学 》试卷（A）卷

一、名词解释（20分，每题2分）

1、岩体：是由岩块和各种各样的结构面共同组成的综合体。

2、体力：分布在物体整个体积内部各个质点上的力，又称为质量力。

3、结构面：在岩体中存在着各种不同的地质界面，这种地质界面称为结构面。 4、岩石的孔隙度：是岩石中各种孔洞、裂隙体积的总和与岩石总体积之比，常用百分数表示，故也称为孔隙率。

5、岩石的软化系数：是指水饱和岩石试件的单向抗压强度与干燥岩石试件单向抗压强度之比。

6、岩石强度：岩石在各种荷载作用下破坏时所能承受的最大应力。 7、破坏准则：用以表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关系，是在极限状态下的“应力—应力”关系。

8、岩石的弹性：指卸载后岩石变形能完全恢复的性质。

9、岩石的流变性：指岩石在长期静载荷作用下应力应变随时间加长而变化的性质。

10、地应力：指存在于地层中的未受工程扰动的天然应力。也称原岩应力、初始应力。

二、单项选择题（30分，每题2分）

1、下列那个不是矿山岩体力学的特点（ B ） A）工程支护多为临时结构物

B）只关心岩石在弹性阶段的力学性质 C）工作面不断移动

D）煤岩经常受瓦

东北大学岩石破裂与失稳研究中心CRISRCenter for Rock Instability and Seismicity Research基于结构表征的岩石力学性质 分析方法研究汇报人：于庆磊yuqinglei@http://www.77cn.com.cn2013-10-111

研究背景及现状汇 报 提 纲基于结构表征的细观数值模型 岩体结构识别与参数表征 岩体各向异性力学性质分析 展望2013-10-112

研究背景及现状采矿交通水电破坏其他市政2013-10-113

研究背景及现状岩石的非均匀本质 岩石的非均匀本质 力学性质-非均匀结构有关矿物颗粒、微裂隙 微孔洞 节理裂隙、破碎带2013-10-114

研究背景及现状很少有文献说明统计方法描述的非均匀性在多大程度反映其真实的细观结构非均匀性不同均质度的应力-应变曲线(李仲奎，2006)花岗岩数字图像一种信息资源，通过不同的灰度和颜色很好反映材 料的细观结构，可以用来研究材料内部的结构和缺陷 数字图像处理方法表征材料的细观结构2013-10-11 5

基于结构表征的细观数值模型扫描仪、CCD摄像仪、数码相机、CT机不同的彩色空间，表现出不同的图像特征(a) 花岗岩(b) R分量(c) H分量(d

岩石力学习题

第一章绪论

1.1 解释岩石与岩体的概念，指出二者的主要区别与联系。 1.2 岩体的力学特征是什么？

1.3 自然界中的岩石按地质成因分类可分为几大类，各有什么特点？ 1.4 简述岩石力学的研究任务与研究内容。 1.5 岩石力学的研究方法有哪些？

第二章岩石的物理力学性质

2.1 名词解释：孔隙比、孔隙率、吸水率、渗透性、抗冻性、扩容、蠕变、松弛、弹性后效、长期强度、岩石的三向抗压强度

2.2 岩石的结构和构造有何区别？岩石颗粒间的联结有哪几种？ 2.3 岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么？ 2.4 已知岩样的容重=22.5kN/m3，比重算该岩样的孔隙率n，干容重

及饱和容重

。

，天然含水量

，试计

2.5 影响岩石强度的主要试验因素有哪些？

2.6 岩石破坏有哪些形式？对各种破坏的原因作出解释。

2.7 什么是岩石的全应力－应变曲线？什么是刚性试验机？为什么普通材料试验机不能得出岩石的全应力－应变曲线？

2.8 什么是岩石的弹性模量、变形模量和卸载模量？

2.9 在三轴压力试验中岩石的力学性质会发生哪些变化？ 2.10 岩石的抗剪强度与剪切面上正应力有何关系？

2.11 简要叙述库仑、莫尔和格里菲斯岩石强度准则的基本原理及其

第一部分 填空题

1、岩石力学定义

①岩石力学是研究岩石的力学性态的理论和应用的科学，是探讨岩石对其周围物理环境中力场的反应的科学。识记（1分/空） ②岩石力学是研究岩石在荷载作用下的应力、变形、破坏规律以及工程稳定性等问题。识记（1分/空）

2、岩石力学研究内容

①岩石力学研究的主要领域可概括为基本原理、实验室和现场试验、实际应用。识记（1分/空）

3、岩石力学研究方法

①岩石力学研究方法主要有工程地质研究法、试验法、数学力学、分析法、综合分析法。理解（1分/空）

4、岩石的常用物理指标

①在工程上常用到的物理指标有：容量、比重、孔隙率、吸水率、膨胀性、崩解性等。识记（1分/空）

②岩石的容量?是指岩石的单位体积（包括岩石孔隙体积）的重力，单位是KN/m3与岩石密度?的关系为：????9.8。 识记（1分/空）

③岩石的密度?是指岩石的单位体积的质量（包括孔隙体积）单位是kg/m3与岩石容重?的关系为：????9.8。识记（1分/空） ④岩石的比重就是岩石的干的重力除以岩石的实际体积，再与4。C时水的容重相比。计算公式是：Gs?Ws?w?s。识记（1分/

目 录

1 前言： .......................................................... 1 2 利用自然伽马测井数据简单分析地层岩性 ............................ 1 2．1 估算地层泥质含量 ........................................... 1 2．2 估算地层biot系数 .......................................... 2 3 利用测井数据计算分析地层的弹性模量、泊松比。 .................... 2 3．1纵、横声波速度.............................................. 2 3．2岩石的动态弹性参数确定...................................... 3 3．3岩石的动态弹性参数与静态弹性参数的转化...................... 3 4 利用测井数据计算粘聚力、内摩擦角与地层抗拉强度的连续剖面 ........ 3 4．1岩石单轴抗压强度的确定.....................

一、作业题目

结合所学的《岩石力学》课程及相关知识，利用给出的测井数据，对地层力学参数、孔隙压力、地应力、地层坍塌压力与破裂压力进行分析计算，分析储层出砂可能性，作出地层力学参数、地层主应力、地层坍塌、破裂压力剖面，分析井壁坍塌原因；研究储层段的出砂可能性，形成结课作业报告。

1. 已知条件

1) A井测井数据，分析孔隙压力，建议采用Eaton法，Eaton指数3.0。. 2) B井对地层力学参数地应力、地层坍塌压力与破裂压力进行分析计算，

结合实用泥浆密度分析井壁失稳原因，并提出合理化建议，分析储层出砂可能性，推荐合理的完井方式。 3) 已知：

? 地层孔隙压力当量密度为1.03g/cm3，

? 地层岩性：3000米以前为典型砂泥岩地层，3000米为砂泥岩，夹薄

层煤。

? 储层段：2800-3000米砂岩层。

? 地应力实测值：在3690m处实测水平最大主应力大约70MPa，水平

最小主应力大约63MPa；

? 测井过程中钻井液密度为1.25g/cm3； 4) 岩心抗压强度试验结果：

井深（m） 3030 围压值（MPa） 0 25 0 30 破坏强度（MPa） 16.1 106.5 22.6 127.1 3110 2. 要求

1） 编写程序读

第一部分 填空题

1、岩石力学定义

①岩石力学是研究岩石的力学性态的理论和应用的科学，是探讨岩石对其周围物理环境中力场的反应的科学。识记（1分/空） ②岩石力学是研究岩石在荷载作用下的应力、变形、破坏规律以及工程稳定性等问题。识记（1分/空）

2、岩石力学研究内容

①岩石力学研究的主要领域可概括为基本原理、实验室和现场试验、实际应用。识记（1分/空）

3、岩石力学研究方法

①岩石力学研究方法主要有工程地质研究法、试验法、数学力学、分析法、综合分析法。理解（1分/空）

4、岩石的常用物理指标

①在工程上常用到的物理指标有：容量、比重、孔隙率、吸水率、膨胀性、崩解性等。识记（1分/空）

②岩石的容量?是指岩石的单位体积（包括岩石孔隙体积）的重力，单位是KN/m3与岩石密度?的关系为：????9.8。 识记（1分/空）

③岩石的密度?是指岩石的单位体积的质量（包括孔隙体积）单位是kg/m3与岩石容重?的关系为：????9.8。识记（1分/空） ④岩石的比重就是岩石的干的重力除以岩石的实际体积，再与4。C时水的容重相比。计算公式是：Gs?Ws?w?s。识记（1分/

岩石力学复习重点

第一章、绪论

1.岩石材料的特殊性：岩石材料不同于一般的人工制造的固体材料，岩石经历了漫长的地质构造作用，内部产生了很大的压应力，具有各种规模的不连续面和孔洞，而且还可能含有液相和气相，岩石远不是均匀的、各向同性的弹性连续体。

2.岩石与岩体的区别：

（1）岩石：是组成地壳的基本物质，他是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体。

（2）岩体：是指一定工程范围内的自然地质体，他经历了漫长的自然历史过程，经受了各种地质作用，并在地应力的长期作用下，在其内部保留了各种永久变形和各种各样的地质构造形迹如不整合褶皱断层层理节理劈理等不连续面。

重要区别就是岩体包含若干不连续面。起决定作用的是岩体强度，而不是岩石强度。

3.岩体结构的两个基本要素：结构面和结构体。

结构面即岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面与不连续面。

被结构面分割而形成的岩块，四周均被结构面所包围，这种由不同产状的结构面组合切割而形成的单元体称为结构体。

第二章岩石的物理力学性质

1.名词解释：

孔隙比：孔隙的体积（Vv）与岩石固体的体积的比值。 孔隙率：是指岩石试样中孔隙体积与岩石总体积的百分比。 吸水率：干燥

第一讲岩石的基本物理力学性质及其试验方法(之一)

一、内容提要：

本讲主要讲述岩石的物理力学性能等指标及其试验方法，岩石的强度特性。

二、重点、难点：

岩石的强度特性，对岩石的物理力学性能等指标及其试验方法作一般了解。

一、概述

岩体力学是研究岩石和岩体力学性能的理论和应用的科学，是探讨岩石和岩体对其周围物理环境(力场)的变化作出反应的一门力学分支。

所谓的岩石是指由矿物和岩屑在长期的地质作用下，按一定规律聚集而成的自然体。由于成因的不同，岩石可分成火成岩、沉积岩、变质岩三大类。岩体是指在一定工程范围内的自然地质体。通常认为岩体是由岩石和结构面组成。所谓的结构面是指没有或者具有极低抗拉强度的力学不连续面，它包括一切地质分离面。这些地质分离面大到延伸几公里的断层，小到岩石矿物中的片理和解理等。从结构面的力学来看，它往往是岩体中相对比较薄弱的环节。因此，结构面的力学特性在一定的条件下将控制岩体的力学特性，控制岩体的强度和变形。

【例题1】岩石按其成因可分为( )三大类。

A. 火成岩、沉积岩、变质岩

B. 花岗岩、砂页岩、片麻岩

C. 火成岩、深成岩、浅成岩

D. 坚硬岩、硬岩、软岩答案：A

【例题2】片麻岩属于( )。

A. 火成岩

B. 沉积岩

C.

(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下：

K?E

3(1?2?)E （7.2）

2(1??)G?当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5，因为计算的K值将会非常的高，偏离实际值很多。最好是确定好K值(利用压缩试验或者P波速度试验估计)，然后再用K和ν来计算G值。

表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。

岩石的弹性（实验室值）（Goodman,1980） 表7.1

砂岩 粉质砂岩 石灰石 页岩 大理石 花岗岩 0 2700 55.8 73.8 0.25 0.22 37.2 43.9 22.3 30.2

土的弹性特性值（实验室值）（Das,1980） 表7.2

干密度(kg/m3) 2090 2210-257E(GPa) 19.3 26.3 28.5 11.1 ν 0.38 0.22 0.29 0.29 K(GPa) 26.8 15.6 22.6 8.8 G(GPa) 7.0 10.8 11.1 4.3 松散均质砂土 密质均质砂土 松散含