2.3　考研真题与典型题详解

一、名词解释

1．岩体的结构体[武汉科技大学B卷2012年]

答：岩体的结构体是指被各种结构面切割而成的岩石块体，又称岩块。结构体有块状、柱状、板状、菱形、楔形和锥形体等，如果风化强烈或挤压破碎严重，也可形成碎屑状、颗粒状和鳞片状等。

2．岩体结构[中南大学2012年]

答：岩体结构是指岩体内不同类型的结构面和结构体的排列组合形式。结构体和结构面称为岩体结构单元或岩体结构要素。岩体结构单元可划分为两类四种，这四种结构单元在岩体内组合、排列形式不同，构成不同的岩体结构。

3．结构面线连续性系数[武汉科技大学A卷2014年]

答：结构面线连续性系数是指沿结构面延伸方向上，结构面各段长度之和与测线长度的比值。

4．岩体的结构面[武汉科技大学B卷2015年]

答：岩体的结构面是指具有一定方向、延展较大而厚度较小的二维面状地质界面，按照地质成因划分，又分为原生结构面、构造结构面和次生结构面。结构面的存在，使岩体显示构造上的不连续性和不均质性，岩体力学性质与结构面的特性密切相关。

5．岩体裂隙度[武汉科技大学A卷2013年]

答：岩体裂隙度是指岩体中沿取样线方向单位长度上的结构面数量。

6．结构面粗糙度[中南大学2011年]

答：结构面的粗糙度一般是指节理表面的粗糙程度，平滑的表面较粗糙的表面有较小的摩擦角。

7．岩体完整性系数[中南大学2010年、2013年，北京科技大学岩石力学2011年]

答：岩体完整性系数是指岩体中弹性波纵波的传播速度与岩块中弹性波纵波的传播速度之比，又称为龟裂系数。

8．岩体的渗透性[中南大学2012年]

答：岩体的渗透性是指在水力坡度作用下岩石能被水透过的性能，其定量指标可用渗透率、渗透系数、渗透率张量和渗透系数张量描述。

9．岩石质量指标RQD[武汉科技大学A卷2014年、中南大学2010年]

答：RQD值是指长度在10cm及以上的岩芯累计长度占钻孔总长的百分比。

二、填空题

1．岩体结构要素包括结构　  和结构　  。[武汉科技大学B卷2012年]

【答案】面；体

【解析】结构面和结构体是影响岩体强度的结构要素。

2．岩体赋存环境包括：　  、　  和地温三部分。[武汉科技大学A卷2013年]

【答案】地应力；地下水

【解析】岩体赋存环境包括地应力、地下水和地温三部分。

3．岩体的　  结构面是岩体在成岩阶段所形成的结构面，　  结构面是岩体在构造运动作用下形成的结构面，次生结构面是在外力作用下（风化、地下水、卸载、爆破等）形成的各种界面。[武汉科技大学B卷2013年、A卷2014年]

【答案】原生；构造

【解析】岩体的结构面分为原生结构面、次生结构面和构造结构面三种。

4．根据成因，岩体结构面通常分为三类：　  、构造结构面和　  。[武汉科技大学B卷2015年]

【答案】原生结构面；次生结构面

【解析】岩体的结构面是岩体中各种不同成因、不同特性的地质界面的统称。按照地质成因划分，又分为原生结构面、构造结构面和次生结构面。

5．剪切破坏一要克服　  ，二要克服　  。[武汉科技大学A卷2014年]

【答案】内聚力；摩擦力

【解析】岩石的抗剪强度由内聚力和内摩擦阻力两部分组成。

6．岩石的渗透性用　  系数来表征，其大小取决于岩石中　  的大小、数量、相互贯通情况。[武汉科技大学A卷2014年]

【答案】渗透；孔隙

【解析】渗透系数的大小反映了岩石渗透性能，它取决于岩石孔隙的大小、数量、相互贯通情况。

三、判断题

1．岩体强度与岩石的强度不同，除与应力状态有关外，还与结构面的方位有关。（　　）[武汉科技大学B卷2012年]

【答案】正确

【解析】岩体强度不仅与应力状态有关，还与结构面和结构体有关。

2．岩体的强度只取决于岩块的强度（　　）[武汉科技大学B卷2013年、B卷2015年]

【答案】错误

【解析】岩体的强度不仅与岩块的强度有关，还与结构面和结构体的强度有关。

四、选择题

1．大部分岩体属于（　　）。

A．均质连续材料

B．非均质材料

C．非连续材料　

D．非均质、非连接、各向异性材料

【答案】D

【解析】岩体是由岩石块体和结构面网络组成的，由于结构面的存在，使岩体成为非均质、非连接、各向异性材料。

2．沉积岩中的沉积间断面属于哪一种类型的结构面？（　　）

A．原生结构面 

B．构造结构面 

C．次生结构面 

D．火成结构面

【答案】A

【解析】原生结构面按岩石成因不同，分为沉积结构面、火成结构面和变质结构面。

3．岩体的强度小于岩石的强度主要是由于（　　）。

A．岩体中含有大量的不连续面　 

B．岩体中含有水

C．岩体为非均质材料　 

D．岩石的弹性模量比岩体的大

【答案】A

【解析】岩体的强度不仅与结构体强度有关，也与结构面强度有关。

五、简答题

1．简述岩石和岩体的联系和区别[北京科技大学矿山岩石力学2015年]

答：（1）区别：岩石是从地壳岩层中切割出来的岩块；而岩体是由结构体和结构面组成的地质体，它的形成与漫长的地质年代有关，它是一定工程范围内的自然地质体，经过各种地质运动，内部含有构造和裂隙。

总而言之，岩体是非均质各向异性体；岩体内部存在初始应力场；岩体内含有各种各样的裂隙系统，处于地下环境，受地下水等因素影响。

（2）联系：岩石是组成岩体的基本单元，岩体是由岩石组成的地质体。

2．描述结构面状态的指标有哪些。[北京科技大学矿山岩石力学2011年、2012年]

答：描述结构面状态的指标包括以下几点：

（1）结构面产状：结构面产状对岩体是否沿某一结构面滑动起控制作用；

（2）结构面形态：决定结构面抗滑力的大小，当结构面的起伏程度大，粗糙度高时，其抗滑力就大；

（3）结构面的延展尺度：在工程岩体范围内，延展尺度大的结构面，完全控制了岩体的强度；

（4）结构面的密集程度：以岩体裂隙度K和X_e表征岩体结构面的密集程度。

3．如何通过三轴压缩试验获得岩石的凝聚力C和岩石的内摩擦角φ？[北京科技大学岩石力学2013年]

答：（1）通过三轴压缩试验记录至少两组主应力大小。在试验过程中，给试件提供轴向应力和围压，当试件发生破坏时记录此时的轴向应力和围压大小，至少完成两组实验，得到两组实验结果。

（2）利用莫尔-库仑准则，有：

将得到的主应力代入公式即为二元一次方程，解方程可求出岩石的内聚力c和内摩擦角φ。

4．岩石的抗剪强度主要有哪几种测定方法？如何获得岩石的抗剪强度曲线？[中南大学2013年]

答：（1）岩石的抗剪强度是指岩石抵抗外力剪切破坏的能力，抗剪强度的检测分为室内试验和现场试验两类：

①室内测定方法主有：直接剪力试验、扭转试验和三轴试验。

②现场试验一般在巷道内或硐室内进行，有双千斤顶法、单千斤顶法和三轴强度试验法。

（2）岩石结构面的抗剪强度一般可以用库伦准则表述：

式中，c、φ为结构面上的粘聚力和摩擦角；σ_n为结构面上的法向应力。

5．多结构面岩体的破坏形式如何分析？[北京科技大学矿山岩石力学2012年]

答：（1）当结构面受力状态处于其莫尔强度包络线之上或以上，则岩体沿该结构面发生破坏，若结构面受力状态落在其莫尔强度包络线之下，则岩体不沿该结构面发生破坏。

（2）考虑结构面与第一主应力σ₁的夹角β，分析结构面应力状态，分步应用单结构面理论，如图2-3-1所示：

图2-3-1  多组节理岩体强度分析图

（3）图2-3-1所示两组结构面莫尔包络线。

①当第一组结构面与第一主应力夹角2β＜2β₁或2β＞2β₁′时，岩体不发生破坏；

②当第一组结构面与第一主应力夹角2β₁＜2β＜2β₂或2β₁′＞2β＞β₂′时，岩体沿第一组结构面发生破坏；

③当第二组结构面与第一主应力夹角2β₁＜2β＜2β₁′，且未达到岩石破坏极限，则岩体沿第二组结构面破坏；

④上述条件不满足，则岩体沿某一截面发生破坏。

6．工程岩体分类的指标主要是什么？[北京科技大学矿山岩石力学2015年]

答：工程岩体分类的指标主要是岩体的结构和岩石的质量。其参数包括RQD值，节理组数J_n，粗糙度系数J_r，节理蚀变系数J_a，裂隙水折减系数J_w等。

7．岩体工程分类考虑的因素有哪些？[中南大学2010年]

答：目前国内外关于岩体的工程分类有很多种方法，目前常用的分类方法有：RQD法、岩体地质力学分类（RMR分类）、巴顿岩体质量分类（Q分类）。不同分类方法，考虑的因素也有所不同。

①RQD法。仅考虑岩石的质量指标参数RQD，将工程岩体分为很差、差、一般、好、很好五类；

②岩体地质力学分类法。考虑岩块强度、RQD值、节理间距、节理条件及地下水将工程，岩体分为很差、较差、较好、好、很好五类；

③巴顿岩体质量分类法。考虑岩块的RQD值、节理组数、节理粗糙系数、节理蚀变系数、节理水折减系数、应力折减系数，将工程岩体分为异常差、极差、很差、差、一般、好、很好、极好、异常好九类。

8．岩体地质力学分类（CSIR分类）考虑了哪些因素？是如何进行分类的？[北京科技大学岩石力学2013年]

答：（1）考虑的因素有：岩块强度、RQD、节理间距、节理条件及地下水条件。

（2）分类时，各种指标的数值按标准评分，求和得总分RMR，对于隧道、地基、边坡工程需按规定对总分作适当修正，最后按总分将研究岩体进行分级。

9．巴顿岩体质量分类指标值Q的计算公式是什么？其中各参数的物理意义是什么？[北京科技大学岩石力学2012年]

答：巴顿岩体质量分类指标值Q的计算公式为：

其中，RQD是指岩体质量指标；J_n为节理组数；J_r为粗糙度系数；J_a为节理蚀变系数；J_w为裂隙水折减系数；SRF为地应力条件下的应力折减系数。

10．一个钻孔深2.0m，取出的各段岩心长度（自上而下）为3.5，6.0，7.5，10.0，15.2，17.8，10.0，9.9，5.0，12.5，4.5，3.2，10.2，7.5，15.7，12.8，21.0，17.7，10.0（单位为cm），试计算该钻孔岩心质量指标（RQD值）。（10分）

答：由于RQD值表示岩芯长度在10cm及以上的累计长度占钻孔总长的百分比，因此可得：RQD=（10+15.2+17.8+10.0+12.5+10.2+15.7+12.8+21.0+17.7+10.0）/200=0.7645。

六、计算题

1．做岩体试件等围压三轴试验，节理与σ₃方向的夹角为β=30°，已知节理面的内聚力c_j=2.5MPa，内摩擦角φ_j=20°，岩石的内聚力c=10MPa，内摩擦角φ=45°，试件所受围压σ₃=6MPa，求岩体的三轴抗压强度、破裂面的位置和方位？[北京科技大学矿山岩石力学2010年、2013年、岩石力学2013年]

答：对于存在结构面的岩体，其破坏可能发生在岩体的结构面上，也可能发生在岩体的某一方向的破坏面上。

（1）若岩体沿结构面发生破坏，根据强度准则，有：

将σ₃=6MPa，c_j=2.5MPa，φ_j=20°，β=30°代入上式可得：σ₁=34.6MPa。

（2）若岩体不沿结构面发生破坏，则β=45°+φ/2=67.5°。根据强度准则，有：

将σ₃=6MPa，c=10MPa，φ=45°，β=67.5°代入上式可得：σ₁=82.7MPa。

综上所述，岩体的三轴抗压强度为34.6MPa，破裂面为节理面位置，与σ₃方向的夹角为β=30°。

2．做岩体试件等围压三轴实验时，节理面与最大主应力作用面的夹角为40°，结构面强度指标c_j=8MPa，=20r，试件在试验围压为10 MPa时沿结构面破坏，考虑结构面的力学效应按库仑强度准则求最大三轴抗压强度？[北京科技大学岩石力学2011年]

答：由题意可知，节理面与水平面夹角β=40°，岩体沿结构面破坏。

岩体服从库仑准则，有：

解得：σ₁=67.68MPa。

3．根据某地下工程围岩试件剪切破坏试验得到σ—τ直角坐标系（σ—τ平面）上两点坐标（σ，τ）分别为（10，30）和（-10，10）。设该岩石强度条件符合库仑准则。本题中的应力单位为MPa。试求：

 

[北京科技大学岩石力学2012年]

答：（1）根据库仑准则，有：

把（σ，τ）分别为（10，30）和（-10，10）代入得：

解得：c=20MPa，φ=45°。

（2）根据库仑准则，试件强度与中间主应力无关。破坏面与水平面夹角β=45°+φ/2=67.5°。

根据公式，有：

①将A点代入得：τ=34.3MPa，剪切强度S=34.2MPa，因此A点会发生破坏；

②将B点代入得：τ=34.3MPa，剪切强度S=57.2MPa，因此B点不会发生破坏；

综上，A点会发生破坏，破坏面与最大主应力方向呈22.5°。

4．现场试验测得某工程所处岩体的弹性纵波速度为5400m/s，在实验室内测得同种岩体完整岩石试件中弹性纵波速度为6000m/s，岩石单轴抗压强度为110MPa。①求该工程所处岩体的完整性系数，并判断其完整性情况。②计算准岩体抗压强度。[中南大学2011年]

解：（1）该岩体的完整性系数为：岩体中弹性波纵波的传播速度与岩块中弹性波纵波的传播速度之比。即：，因为其完整性系数K>0.75，所以岩体完整。

（2）其准岩体抗压强度为：=0.81×110=89.1MPa。

5．已知某处岩体完整性系数为0.80，从现场取样后在实验室内测得该种岩石单轴抗压强度σ_c=80MPa，单轴抗拉强度σ_t=4MPa，试估算该岩体的准抗压强度和准抗拉强度。[中南大学2012年]

解：准岩体抗压强度：=0.8×80=64MPa；

准岩体抗拉强度：=0.8×4=3.2MPa。

6．用直径为75mm的金刚石钻头和双层岩芯管在岩石中进行钻进，连续取芯。某回次进尺1m采取岩石芯样，其中最大的5块长度分别是330mm、240mm、160mm、110mm和80mm，请计算该岩石的RQD指标。[中南大学2013年]

解：岩石质量指标RQD是指长度在10cm（含10cm）以上岩芯的累计长度占钻孔总长的百分比。因此由题已知：RQD=（33+24+16+11）/100=0.84。因此，岩石质量指标RQD值为0.84。