2012年岩石力学与岩石工程留学申请选校总结

第一篇：2012年岩石力学与岩石工程留学申请选校总结

2012年岩石力学与岩石工程留学申请选校总结（原创）

离天天翻腾全球各大高校的网站，选择导师的那个苦逼时候已经有段时间了，趁等签证的空隙，总结一下自己以前物色学校的经历和经验，分享出来供以后的欲出国读博的学弟学妹们借鉴。由于自己喜欢的方向主要偏向岩石边坡工程和岩石地下工程，因此在申请的时候主要关注了全球在此方向有研究的高校。岩石力学与岩石工程方向相关的申请参考资料较少，希望本文能对欲从事和已经在从事这方面研究的，并有意向出国深造的童鞋们在找外导的时候有所帮助。不足或者不对的地方欢迎大家拍砖，但请手下留情。1.英国

提到对岩石力学的贡献就不得不提到英国。而提到英国就不得不提到帝国理工学院（Imperial College London），当今全球岩石力学领域的大牛可以说一大部分都曾在帝国理工学院工作或者学习过，像E.T.Hoek和E.Brown，Hoek曾经担任过帝国理工学院的教授，Brown在帝国理工学院学习后并任教。也正是那时，两个人合作提出了著名的Hoek-Brown强度准则。此外像提出Q分类系统的N.Barton，和E.Hoek合作编写过Rock Slope Engineering 的John Bray，前任过国际岩石力学协会主席、英国皇家工程院院士的J.A.Hudson，现任国际岩石力学协会副主席的Jian Zhao（赵坚），岩石结构面研究的S.D.Priest，澳大利亚皇家科学院院士Brady B.H.G（和Brown合作编写过Rock mechanics for underground mining一书）等都曾博士毕业于帝国理工学院的Rock Mechanics Group。可以说上世纪70、80甚至90年代，帝国理工学院都是岩石力学的天下，创造了国际岩石力学领域近半数的研究成果。然而现在这些国际大牛中的一大部分要么转投他校，要么退休在家养老，帝国理工学院在岩石力学领域的研究势头和研究的密集程度已远不如当年。仅留的部分教授现在都在搞数值方面的研究，唯一剩下从事工程岩石力学研究的J.Harrison教授也于2010年去了多伦多大学（Harrison曾与Hudson合编过著名的Engineering Rock Mechanics一书，这位也将是我未来的老板）。瘦死的骆驼终归比马大，现在International Journal of Rock Mechanics and Mining Engineering的主编依然是帝国理工学院的Robert Zimmerman教授。

利兹大学的Prof.Steve Hencher，Rock Mechanics and Rock Engineering的副主编，不过他大部分时间都呆在香港，即使申请到他的博士，估计也不会有什么时间带。

此外诺丁汉大学和曼彻斯特大学等都有相关领域的学者，但是由于规模和人数比较少，不再列举，感兴趣的可以搜索其网站。

英国有一个很大的好处就是读博的话只需要三年，而且雅思成绩要求也不高，像帝国理工学院这样的牛校，雅思也只要求6.5，其他大部分学校6分就够了。对于雅思暂时考的不是很理想，而且想赶紧博士毕业了去工作的，英国绝对是你的不二选择。2.北欧

本人对北欧国家没有太多的关注，一个最大的原因就是北欧大部分高校的英文网站信息不全，这里只简单的介绍几个。德国的话可以关注下慕尼黑工业大学。想去荷兰的同学可以关注下代尔夫特理工大学，世界上顶尖的理工大学之一，并被誉为欧洲的麻省理工学院。瑞典的话可以看下瑞典皇家工学院School of Architecture and the Built Environment的Lanru Jing（井兰如）教授，研究方向偏向岩石水力学，曾经跟中国地质大学的潘别桐教授合作过，也算是此领域的大牛。此外挪威的挪威科技大学、挪威岩土工程研究所（NGI）等都是地质工程领域的顶尖研究机构。3.瑞士

瑞士最有名的应该算是苏黎世联邦理工（ETH）和洛桑联邦理工（EPFL），瑞士以其极高的可研水平和优美的环境吸引了大量中国留学生的青睐。苏黎世联邦理工的在全球排名应该可以进前十，Simon Löw教授有一帮非常庞大的科研团队，主要集中在岩石边坡和隧道工程的研究。还有一位忘了名字的教授，主要偏向隧道工程方面的研究。想去瑞士留学的同学都可以尝试申请，而且瑞士没有明确的英语成绩要求，一旦被录取就可以享受本校工作人员薪资待遇。洛桑联邦理工Jian Zhao（赵坚）的研究团队主要集中于岩石动力学，具体研究方向和研究项目可去其网站上查阅。总体来说瑞士学术水平很高，不过申请难度也很大。4.西班牙

加泰罗尼亚理工大学位于美丽的海港巴塞罗那，风景美丽，气候宜人，雅思要求6分。Department of Geotechnical Engineering and Geo-Sciences 的教授主要偏向土力学和滑坡领域的研究，与岩石力学相关的教授较少。马德里理工大学也有一位博士毕业于加州大学伯克利分校的年轻副教授Rafael Jimenez 从事岩石力学研究。对斗牛和足球等西班牙风情着迷的童鞋可以大胆申请。

此外像葡萄牙、意大利和奥地利等国家在岩石力学领域也不乏国际级的大师，但本人关注较少，不再列举。5.加拿大

加拿大作为采矿工程和石油工程的重镇，在岩石力学和岩石工程研究领域也绝对是首屈一指的。排名第一的多伦多大学（UT），此校培养了一大批的大牛，E.Hoek曾是这里的教授，这里也是著名的Rocscience Inc.的研发后盾。现在还在这里工作的教授有Prof.Will Bawden（Support of Underground Excavations in Hard Rock的作者，和Hoek合著，专著于岩石地下工程的支护方面的研究），Prof.John Hadjigeorgiou（偏向slope stability, tunneling的研究），Prof.Paul Young（加拿大皇家科学院院士，多伦多大学副校长，Itasca创始人之一，主要从事数值、岩石破裂和地震岩石力学等方面研究），Prof.John Harrison（帝国理工学院本科、硕士和博士毕业，以前是帝国理工的教授，前文已提到），还有个华人副教授Kaiwen Xia，主要搞岩石动力学，手下有一帮中国学生和访问学者。

英属哥伦比亚大学（UBC）温哥华校区的Department of Earth and Ocean Sciences有两个相关领域的教授，Erik Eberhardt是一位年轻的professor，博士毕业后十年内就评上了教授，还经常组织一些国际会议，绝对的论文高产者，岩石边坡和地下隧洞都有所涉及。Prof.OldrichHungr在国际滑坡和工程地质领域也有一定的知名度，研究方向跟边坡、滑坡和泥石流相关，不过貌似不怎么招博士生了，连培的学生还是可以尝试一下。UBC的Okanagan校区的Prof.Dwayne Tannant，博士毕业于阿尔伯特大学并在此校担任多年的教授，很率直、很给力的一个教授，看了他的网站就知道了，不解释，本人因最后选择了UT的Prof.Harrison而不得不拒了他的offer，现在还觉得欠他一份人情。

阿尔伯特大学（UA）由于地处石油大省Alberta省，石油工程岩石力学和油砂研究方面相当领先，曾经也是在岩石力学研究领域极其显赫的大学，据说后来闹了内讧，好多教授都走掉了，实力不如从前。像Prof.C.D.Martin，国际岩石力学学会副主席，前任的国际岩石力学学会副主席P.K.Kaiser，这个几乎可以和Hoek齐名的大牛，还有D.M.Cruden也是这个学校的教授。

麦吉尔大学的Prof.Hani Mitri是一个搞岩石力学的大牛，创办了Mcgill大学的Mine Design & Numerical Modeling 和Rockbolting实验室。

滑铁卢大学Earth and Environmental Sciences的Prof.Steve G.Evans主要搞滑坡，有几部跟滑坡相关的著名专著出版。

女王大学Queen's University有两个相关的副教授，虽然是副教授，但是可研水平不可小觑。Prof.Hutchinson（女教授）和Prof.Diederichs，研究领域集中于滑坡、边坡和隧道。

西门飞沙大学（SFU）的Prof.Doug Stead，国际大牛，研究领域专注于岩石边坡。前述的UBC的Erik Eberhardt是他的学生。

戴尔豪斯大学Department of Civil and Resource Engineering的Dr.D.H.Zou, 华人，研究领域为Rock mechanics & ground control, mine design, numerical modeling, mine backfill, tailings and drill cuttings disposal, non-destructive rock bolt testing.位于矿区Laurentian University的M.Cai（华人）和P.K.Kaiser，都有大量的相关领域论文产出，感兴趣的可以查阅他们的相关论文。

加拿大各大高校在此领域的研究实力有目共睹，也是中国留学生云集的地方，大部分学校的雅思要求是7分（UBC和UA为6.5），同等条件下建议考托福。6.澳洲

与岩石力学相关的采矿工程（Mining Engineering）据说在澳洲是最好移民的专业，澳大利亚由于地域资源的不同，同样的采矿工程专业在东部和西部的专业偏向也不同。东部以新南威尔士大学（University of New South Wales）为代表，主要偏向采煤方向，它的School of Mining Engineering专业和试验设施齐全，个人觉得此校的Mining Engineering更适合想去读本科或者硕士，并且毕业后有移民倾向的同学关注。然而此校更多关注工程实践，近年来在此领域论文发表相对较少，对于在祖国学术大跃进背景下成长起来的，有出国读博士意向，而且想论文高产的童鞋们不是个理想的选择。

对于澳大利亚西部来说当然非西澳大学莫属了，西澳省丰富的资源和大量采矿工程需求已经使西澳大学成为全球岩土工程和采矿工程研究最密集的大学之一，Australian Centre for Geomechanics也在西澳大学。采矿工程的实力无可置疑，在岩石力学领域拥有一大批实力较高的教授，Prof Arcady Dyskin（岩石断裂力学，论文及其高产）、Guowei Ma（马国伟，华人，主要搞Underground technology and rock engineering）等。此外，珀斯优美的环境气候条件正在吸引大量的中国有志青年在此留学。

科廷大学有西澳大利亚矿学院（Western Australian School of Mines），据说岩石实力也还不错，就业前景较好，值得关注。

此外还有阿德莱德大学、新西兰的坎特伯雷大学都有从事岩石力学研究的教授，由于人数和研究规模较小，不多阐述。

澳洲气候好，地广人稀，资源丰富，各大学雅思的要求一般都是6.5，相对加拿大来说，比较容易达到。7.东南亚

日本的东京大学、北海道大学、京都大学等知名学府都有从事岩石力学研究的教授，由于语言等原因，本人在申请之初就没有去日本的打算，关注不多。

新加坡的南洋理工大学有一位毕业于MIT的年轻教授也搞得如火如荼。此外现在的国际岩石力学学会副主席Jian Zhao也曾在南洋理工大学工作多年，不过前几年转到了瑞士的洛桑联邦理工。8.美国

把美国放在最后是因为本人没有GRE成绩，所以在申请的时候对美国没有太多的关注。像University of California, Berkeley的Goodman教授，MIT的H.H.Einstein等这类级别的国际大牛也一定程度上代表了这些学校在此领域的研究实力。此外亚利桑那大学、科罗拉多矿学院等也都是岩石力学研究的国际顶尖名校。

第二篇：岩石力学

《岩石力学》综合复习资料

一、填空题

1、岩石的抗拉强度是指（）。可采用（）方法来测定岩石的抗拉强度，若试件破坏时的拉力为P，试件的抗拉强度为σ，可用式子（）表示。

2、在加压过程中，井眼的切向或垂向的有效应力可能变成拉应力，当此拉应力达到地层的（）时，井眼发生破裂。此时的压力称为（）。当裂缝扩展到（）倍的井眼直径后停泵，并关闭液压系统，形成（），当井壁形成裂缝后，围岩被进一步连续地劈开的压力称为（）。如果围岩渗透性很好，停泵后裂缝内的压力将逐渐衰减到（）。

3、在钻井中，岩石磨损与其相摩擦的物体的能力称作岩石的（），表征岩石破碎的难易程度的称作岩石的（）。

4、垂直于岩石层面加压时，其抗压强度()，弹性模量()；顺层面加压时的抗压强度()，弹性模量()。

5、在单向压缩荷载作用下，岩石计试件发生圆锥形破坏的主要原因是（）。

6、岩石蠕变应变率随着湿度的增加而（）。

7、一般可将蠕变变形分成三个阶段：第一蠕变阶段或称（）；第二蠕变阶段或称（）；第三蠕变阶段或称（）。但蠕变并一定都出现这三个阶段。

8、如果将岩石作为弹性体看待，表征其变形性质的基本指标是()和()。

9、随着围压的增加，岩石的破坏强度、屈服应力及延性都（）。

10、为了精确描述岩石的复杂蠕变规律，许多学者定义了一些基本变形单元，它们是（）、（）、（）。将这些变形单元进行不同的组合，用以表示不同的变形规律，这些变形模型由（）、（）、（）。

11、在岩体中存在大量的结构面（劈理、节理或断层），由于地质作用，在这些结构面上往往存在着软弱夹层；其强度（）。这使得岩体有可能沿软弱面产生（）。

12、岩石的力学性质取决于组成晶体、颗粒和（）之间的相互作用以及诸如（）的存在。

13、在三轴不等压情况下，随着最小主应力σ3的增加，岩石的破坏强度及延性（），屈服应力（）。

二、选择题

1、劈裂试验得出的岩石强度表示岩石的（）

A 抗压强度 B 抗拉强度 C 单轴抗拉强度 D 剪切强度

2、岩石的吸水率指（）

A 岩石试件吸入水的重量和岩石天然重量之比 B 岩石试件吸入水的重量和岩石干重量之比 C 岩石试件吸入水的重量和岩石饱和重量之比 D 岩石试件岩石天然重量和岩石饱和重量之比

3、已知某岩石的饱水状态与干燥状态的抗压强度之比为0.72，则该岩石（）

A 软化性强，工程地质性质不良 B 软化性强，工程地质性质较好 C 软化性弱，工程地质性质较好 D 软化性弱，工程地质性质不良

4、当岩石处于三向应力状态且比较大的时候，一般将岩石考虑为（）

A弹性体 B 塑性体 C 弹塑性体 D完全弹性体

5、在岩石抗压试验中，若加荷速率增大，则岩石的抗拉强度（）

A 增大 B 减小 C 不变 D无法判断

6、在岩石的含水率试验中，试件烘干时应将温度控制在（）

A 95-105℃ B 100-105℃ C 100-110℃ D 105-110℃

7、在缺乏试验资料时，一般取岩石抗拉强度为抗压强度的（）

A 1/2-1/5 B 1/10-1/50 C 2-5倍 D 10-50倍

8、某岩石试件的相对密度ds=2.60，孔隙比e=0.05，则该岩石的干密度ρd 为（）

A 2.45 B 2.46 C 2.47 D 2.48

9、下列研究岩石弹性、塑性和粘性等力学性质的理想力学模型中，哪一种被称为凯尔文模型（）

A 弹簧模型 B 缓冲模型 C 弹簧与缓冲器并联 D 弹簧与缓冲器串联

10、岩石的割线模量和切线模量计算时的应力水平为（）

A σB/2 B σc/2 C σD D σ50

三、判断改错题

1、根据库伦——纳维尔破坏准则破裂面外法线方向与最大主应力之间的夹角为45

2、岩石抗压强度实验要求岩心轴径比小于2。

3、以下三种孔隙度的关系为：绝对孔隙度〉连通孔隙度〉流动孔隙度。

4、岩石的弹性模量是轴向应力-轴向变形曲线的斜率。

5、围压越高，岩石的变形能力越大。

6、岩石应力应变的全过程曲线可以通过在常规试验机上进行单轴压缩试验得到。

7、泥浆密度过低，井壁应力将超过岩石的抗剪强度而产生剪切破坏（表现为井眼坍塌扩径获屈服缩径），此时的临界井眼压力定义为破裂压力。

8、实验室对岩石的抗拉强度的获取分为直接法和间接法两种。其中直接法俗称巴西法。

四、名词解释

1、八面体

2、岩石的抗压强度

3、应变硬化

4、包体

5、端部效应

6、岩石的剪胀(或扩容)

7、压力溶解

8、应力松弛

9、重力密度

10、岩石的渗透性

五、简答题

O。

21、简述高应力地区的表现特征。

2、格里菲斯强度理论的基本要点是什么？

3、应变硬化的微观机制是什么？

4、格里菲斯强度理论的基本要点是什么？

5、试分析圆柱形岩石试件进行单向抗压强度实验时，出现圆锥形破坏的主要原因并指出消除这种破坏形式的基本措施。

6、简述单轴应力作用下典型应力应变曲线四个阶段的含义。

7、水力压裂有哪些基本用途？

8、为了精确描述岩石的复杂蠕变规律，许多学者定义了一些基本变形单元,分别为弹性元件（弹簧）、粘性元件（阻尼器）和塑性元件（摩擦块）。将上述基本元件采用不同的组合方式可得到三种不同模型，写出这三种模型并给出这三种模型的元件组合方式。

9、试分段说明典型岩石应力－应变全过程曲线的基本特征。

六、计算题

1、假定岩石由半径为1mm的矿物小球按立方堆积（下图）组成，计算其孔隙度和孔隙比表面积。再假定岩石由半径为1cm的矿物小球按立方堆积组成，计算其孔隙度和孔隙比表面积。并讨论尺度效应。

2、某均质岩石的强度线

fctg，其中c=400Kpa，υ=30°。试求此岩体在侧向围岩压力σ3=200Kpa的条件下的极限抗压强度Rc，并求出破坏面的方位。

3γ=26KN/m3、设某花岗岩埋深1000米，其上复盖地层的平均容重为，花岗岩处于弹性状态，泊松比μ=0.25。试求该花岗岩在自重作用下的初始垂直应力和水平应力。

4、某地层岩样做单轴强度实验，应力应变关系曲线如图所示，岩样的直径为25.4mm，高度为50mm，试确定此岩心的杨氏模量、体积模量和泊松比？

参考答案

一、填空题

1、试件在单轴拉伸条件下达到破坏时的极限应力、巴西劈裂试验、2p dl2、抗拉强度、破裂压力、3、“瞬时停泵”压力Ps、传播压力Ppro、地层孔隙压力Pp

3、研磨性、可钻性

4、小、小、大、大

5、试件两端与实验机压板之间的摩擦力

6、增大

7、过渡蠕变阶段、稳定蠕变阶段、加速蠕变阶段

8、弹性模量、泊松比

9、增加

10、线弹性元件（弹簧）、粘性元件（阻尼器）、塑性元件（摩擦块）、麦克斯韦尔模型、开尔文模型、柏格斯模型

11、劈理、节理或断层；远低于岩体本身的强度、剪切滑移

12、胶结物；裂缝、节理、层面和较小断层

13、增加、保持不变

二、选择题 BBABA DBDCB

三、判断改错题

45O

1、×。45O2改为2

2、×。把“小于2”改成“2~3”。

3、√。

4、×。把“是轴向应力-轴向变形曲线的斜率”改成“通常采用切线模量和割线模量这两种方法表示”。

5、√。

6、×。改成常规试验机改成刚性试验机或者改成岩石应力应变的全过程曲线不能通过在常规试验机上进行单轴压缩试验得到。

7、×。把破裂压力改为坍塌压力。

8、×。直接法改成间接法

四、名词解释

1、八面体

以σ

1、σ

2、σ3的方向为坐标轴的几何空间，称为主向空间。在主向空间中的上半空间（xy平面以上，即z的正方向）可构成四个主平面，在下半空间（xy平面以下，即z的负方向）也可构成四个主平面，共有八个。这八个面组成了一个正八面体，其中每一个面称为八面体平面。

2、岩石的抗压强度 岩石的抗压强度是指在无侧束状态下（Unconfined）所能承受的最大压力，通常以每平方公分多少公斤，或每平方英寸多少磅。换言之，它指把岩石的加压至破裂所需要的应力。

3、应变硬化

在岩石力学中将B点的应力称为屈服应力(yield stress)。卸载后再重新加载，则沿曲线O1R上升到与原曲线BC相联结，这样造成了一个滞回环，在R点以后随着载荷继续增加仍沿曲线ＢＣ上升到该曲线最高点C。如果在R点以后再卸载又会出现新的塑性应变，它似乎把弹性极限从B点提高到R点，这种现象称为应变硬化。

4、包体

是在原岩岩体的岩层之间生成的岩石单元。

5、端部效应

岩石试件进行压缩试验时，试件两端变形受到压力机加载钣的约束力，这种约束力，随着远离端部而消失，这种现象称为端部效应。

6、岩石的剪胀(或扩容)岩石的体积随压应力的增加而逐渐增大的现象。

7、压力溶解

压力溶解简称压溶，是多晶体在压应力作用下产生物质扩散迁移的一种方式。在非静力应力条件下，由于多晶体中正应力随颗粒边界的方位而变化，因而，在不同方位晶面上溶解度也不相同。晶粒边界间的正应力梯度产生的化学势梯度，驱动物质从高应力边界向低应力边界扩散。

8、应力松弛

若控制变形保持不变，应力随时间的延长而逐渐减少的现象称松驰或称应力松驰。

9、重力密度

重力密度(γ)是指单位体积中岩石的重量，通常简称为重度。这个指标通常由密度乘上重力加速度而得，其采用的单位为kN/m。

10、岩石的渗透性

岩石的渗透性指岩石在一定的水力梯度作用下，水穿透岩石的能力。它间接地反映了岩石中裂隙间相互连通的程度。

五、简答题

1、答：

利用勘探工程揭露出来的一些现象可以判断该地区原地应力的高低。

3（1）岩芯饼化与地应力差有关。如果钻探取芯呈烧饼状，一片片地破坏，这是高地应力的产物。岩芯饼化主要与地应力差有关，垂直于钻进方向的应力差越大，饼化就越严重。

（2）导致井眼等地下结构不稳定。由于高应力区的存在，在钻井过程中会出现岩石的脆性破坏，集聚在岩石中的应变能由于突然释放而产生剥离现象。对于软弱岩层会出现缩径现象。

2、答：

（1）在脆性材料的内部存在着许多裂纹。

（2）根据理论分析可知，随着作用的外力的逐渐增大，裂纹将沿着与最大拉应力成直角的方向扩展。

（3）格里菲斯认为：当作用在裂纹尖端处的有效应力达到形成新裂纹所需的能量时，裂纹开始扩展，其表达式为

2E2t()

c式中，—裂纹尖端附近所作用的最大拉应力；

ρ—裂纹的比表面能

c—裂纹长半轴的长度

3、答：

位错发育到一定程度，其传播受阻，形成网络和缠结，需增大应力才能继续传播—即“应变硬化”效应，使晶体变脆。

位错受阻的原因：低温；晶体内部的杂质；不同方向不同滑称面上的位错相互制约。当应力大到一定量，晶体会发生破碎，因此单纯的位错滑动，不能形成大的塑性应变量。

4、答：

（1）在脆性材料的内部存在着许多裂纹。

（2）根据理论分析可知，随着作用的外力的逐渐增大，裂纹将沿着与最大拉应力成直角的方向扩展。

（3）格里菲斯认为：当作用在裂纹尖端处的有效应力达到形成新裂纹所需的能量时，裂纹开始扩展，其表达式为 12E2t()

c式中，—裂纹尖端附近所作用的最大拉应力；

1ρ—裂纹的比表面能

c—裂纹长半轴的长度

5、答：

①圆锥形破坏形状是由于试件两端与试验机承压板之间摩擦力增大造成的。② 消除这种破坏形式的基本措施：消除岩石试件两端面的摩擦力或加长试件。

6、答：

第一个阶段为裂隙闭合的阶段； 第二个阶段为弹性变形阶段； 第三个阶段为微破裂阶段； 第四个阶段为破裂阶段。

7、答：

概括起来，水力压裂有如下基本用途：（1）克服近井地带污阻，目前的钻井技术不可避免地造成近井地带的污染，它包括钻井液的液相污染和固相污染。这些污染常使油气从地层流入井内的能力大为减弱。水力压裂可以在污染带以外建立良好的油流通道。因此压裂后的产量可增加几倍到几十倍。（2）压开深远裂缝，提高井的产能。利用深穿透裂缝可以从一般油层中采出更多的石油，使油井的控制面积增大。对于渗透性极低、能慢慢渗油的地层提供大的泄油面积，从而最大限度地利用油藏能量。使原来被认为无开采价值的地区，现在也能进行有经济意义的开采。同时，深穿透裂缝能够恢复并延长油井寿命。（3）协助二次采油。压裂对于二次采油的油田有两个重要作用：一是在一定压力下提高注水井的吸水量；二是为生产井提供高流通能力的通道，增大注气或注水效率。（4）排出油田盐水。油井大量产出盐水，严重限制了原油的生产。通过水力压裂可以在任何一个地方打出低压高注水量的井，供回注盐水使用。

8、答：

麦克斯韦尔模型 弹簧和阻尼器串联而成 凯尔文模型 弹簧和阻尼器并联而成

柏格斯模型 麦克斯韦尔模型和凯尔文模型串联而成

9、答：

岩石应力－应变全过程曲线只有在刚性试验中才能做出，如图所示，典型岩石应力－应变全过程曲线一般可以分为5个阶段来描述其性质：

①OA阶段，通常被称为压密阶段。其特征是应力－应变曲线呈上凹型，即应变随应力的增大而减小，形成这一特性的主要原因是：存在于岩石内部的微裂隙在外力作用下发生闭合所致。

②AB阶段，弹性变形阶段。这一阶段的应力－应变曲线基本呈直线。

③BC阶段，塑性变形阶段。当应力值超出屈服应力之后，随着应力的增大曲线呈下凹状，明显的表现出应变增大（软化）的现象。进入了塑性阶段，岩石将产生不可逆的塑性变形。同时1,31,3应变速率将同时增大但最小主应变的应变速率3的增大表现得更明显。

④CD阶段，为应变软化阶段。虽然此时已超出了峰值应力，但岩石仍具有一定的承载能力，而这一承载力将随着应变的增大而逐渐减小，表现出明显的软化现象。

⑤D点以后为摩擦阶段。它仅表现了岩石产生宏观的断裂面之后，断裂面的摩擦所具有的抵抗外力的能力。

五、计算题

1、解：

①对于半径为1mm的矿物小球立方堆积的岩石，取其边长为2mm的正方体，正好容纳1个矿物小球：

413132310.520.4848%

412SSA2321.57(mm2/mm3)

②对于半径为1cm的矿物小球立方堆积的岩石，取其边长为2cm的正方体，正好容纳1个矿物小球：

431312310.520.4848% SSA4122321.57(cm2/cm3)0.157mm2/mm3

③经计算可知，对于半径不同的相同粒径的矿物小球按立方堆积时，其孔隙度都为48%，但孔隙比表面积都缺不一样。岩石的颗粒越细，孔隙比表面积越大。

2、解：

（1）在σ-τ直角坐标系中画出岩石的强度曲线，并在轴上选取σ3=200Kpa；（2）作一个通过A点并与强度曲线I相切与M点的极限应力圆CI；

（3）圆CI与σ交与B点，根据莫尔应力圆的概念，线段OB长度等于岩体在围岩应力σ条件下的极限强度Rc，可得：Rc=2000Kpa；

（4）连接AM线段，得α=60°，此角为岩体内破坏面与σ3方向的夹角；

（5）在岩体上以σ3方向为基准，逆时针方向转动α，因为由σ轴转往切点M是逆时针方向，即得破坏面SS’。

3、解：

3γ=26KN/m设某花岗岩埋深1000米，其上复盖地层的平均容重为，花岗岩处于弹性状态，3泊松比μ=0.25。试求该花岗岩在自重作用下的初始垂直应力和水平应力。

v26100026(Mpa)0.25hv268.6667(Mpa)10.75

4、解：

E 1001667(MPa)6%10000PP3K1667(MPa)Q1230.060.020.02 R2%0.33 A6%

第三篇：岩石力学-实验报告

岩石力学与工程

实验报告

一、实验目的

1、熟悉运用岩石力学的phase软件；

2、运用岩石力学的基本理论，来计算某地的地应力值。

二、实验软件

1、岩石力学phase软件；

2、auto CAD 2006;

3、matlab 6.5软件；

4、microsoft office 2003软件。

三、实验方法与步骤

1、选取九龙河溪古水电站地质构造带作为实验基础，并用运用auto CAD软件绘制将该地区的断层、节理等地质构造单元；

2、在phase软件中导入已绘制各种边界（断裂边界、材料边界、boundry）；

3、进行网格划分；

4、定义材料，并将所计算的模型设置正确的材料颜色；

5、运用matlab软件进行数据处理和计算；

5.1、已知理塘、雅江、呷巴、长河坝、乾宁的最大主应力及最小主应力，利用工程力学的力学计算方法，将已知应力点的σ

1、σ

3、最大主应力方向转换成σx、σy、τxy、τyx.可得出如表1所示的的实验数据：

地名 理塘 雅江 呷巴 长河坝 乾宁 σx 7.402573 5.352823 4.553373 3.119851 2.883026

σy 5.89742731 5.967177408 5.146626914 6.09014932 3.22697392

τxy 1.96052 0.76029 0.04486 0.42586 0.56961

x坐标-16.2352-8.7352 1.7393 7.3222-0.3815

y坐标 14.604 14.604 14.0014 13.0728 20.9622

表格1：将σ

1、σ3 转化为σ

x、σy的数据表

5.2、运用matlab软件编程，求出各个地区的ν、λ、α值 令E=E;v=ν；l=λ；a=α； Yanshi1的源程序：

E=input('请输入E的值:');v=input('请输入v的值:');G=E/[2*(1+v)] l=E*v/[(1+v)*(1-2*v)] a=l+2*G 对于⑤古生代到三叠纪的变质分布 有：E=12500MPa，0.22 运行matlab程序：yanshi1 请输入E的值:12500 请输入v的值:0.22 G =5.1230e+003 l =4.0252e+003 a =1.4271e+004 即求得理塘G =370.3704；l =864.1975；a =1.6049e+003

5.3、在利用auto CAD 的测量距离方法，得出理塘、雅江、呷巴、长河坝、乾宁的坐标，求得的数据如表2：

地名 E(MPa)μ λ G α x坐标 理塘 12500 0.22 4025.1756 5122.95082 14271.08-121764 雅江 12500 0.22 4025.1756 5122.95082 14271.08-65514 呷巴 12500 0.22 4025.1756 5122.95082 14271.08 13044.75 长河坝 12500 0.22 4025.1756 5122.95082 14271.08 54916.5 乾宁 12500 0.22 4025.1756 5122.95082 14271.08-2861.25

表格2：各个地区的x,y坐标

5.4、建立matlab的矩阵模型，求出系数A1,A2,A3,A4,A5,B1,B2,B3,B4,B5

Matlab的矩阵模型如下：

A=[ α 0 2*α*X 0 a*Y 0 λ 0 2*λ*Y λ*X λ 0 2*λ*X 0 λ*Y 0 α 0 2*α*Y α*X 0 1 0 2*Y X 1 0 2*X 0 Y ];b=[σx;σy;τxy/G];

y坐标 109530 109530 105011 98046 157217 A*x=b；

即可得如下的系数矩阵：

A=[14271, 0,-3475388088, 0, 1563111392, 0, 4025.2, 0, 881760312，-490124453

14271, 0,-1869900588, 0, 1563111392, 0, 4025.2, 0, 881760312，-263706953

14271, 0, 372324682 , 0, 1498604846, 0, 4025.2, 0, 845376529.2，52507929

14271, 0, 1567426743, 0, 1399214466, 0, 4025.2, 0, 789309518.4, 221049896

14271, 0,-81667225 , 0, 2243636672, 0, 4025.2, 0, 1265655712,-11517305

4025.2, 0,-980248906, 0, 440880156, 0, 14271, 0, 3126205260,-1737694044

4025.2, 0,-527413906, 0, 440880156, 0, 14271, 0, 3126205260,-934950294

4025.2, 0, 105015858，0, 422688265, 0, 14271, 0, 2997209691, 186162341

4025.2, 0, 442099792，0, 394654759, 0, 14271, 0, 2798625024, 783713372

4025.2, 0,-23034610，0, 632827856, 0, 14271, 0, 4487273343,-40833612

0，1，0, 219060,-121764, 1，0,-243528，0，109530

0，1，0, 219060,-65514，1，0,-131028，0，109530

0，1，0, 210021, 13044.8, 1，0, 26089.6，0，105010.5

0，1，0, 196092, 54916.5, 1，0, 109833，0，98046

0，1，0, 314433,-2861.3, 1，0,-5722.6，0，157216.5];

b=[-5.89743;-5.96718;-5.14663;-6.09015;-3.22697;-7.4026;-5.3528;-4.5534;-3.1199;

-2.883;0.000382689;0.000148407;0.000008756;0.000083127;0.000111185];5.5、利用以上模型来求解，从中任意选取10组可求A1,A2,A3,A4,A5和B1,B2,B3,B4,B5的值分别如下：

A1=-0.0007, A2=0, A3=-1E-10, A4=-1E-09, A5=3E-09, B1=0.00013, B2=-0.0003, B3=-2E-09, B4=6.5E-10, B5=1.7E-09 5.6、根据以上的系数A1,A2,A3,A4,A5,B1,B2,B3,B4,B5可将研究区域的不同坐标值找出，利用以下式子求出σx，σy，τxy值： α*A1+2αX*A3+αY*A5+λ*B2+2λY*B4+λX*B5=σx λ*A1+2λX*A3+λY*A5+α*B2+2αY*B4+αX*B5=σy B1+2X*B3+Y*B5+A2+2Y*A4+X*A5=τxy/G 求得的实验数据见表3：

X σy Y σx τxy-270030.1-300000 26.10190827 23.443972-3.3845051-248837-300000 26.01878553 22.919628-3.1933399-236123.4-300000 25.96892114 22.60508-3.0786621-196566.8-300000 25.81377387 21.6264-2.7218553-184185.2-300000 25.76521133 21.320064-2.6101715-153965.8-300000 25.64668607 20.572399-2.3375878-123746.4-300000 25.52816081 19.824733-2.0650041-93526.95-300000 25.40963555 19.077067-1.7924204-60145.15-300000 25.2787069 18.25116-1.4913115-26763.34-300000 25.14777826 17.425253-1.1902025 6618.4692-300000 25.01684961 16.599346-0.8890936 45416.512-300000 24.86467765 15.639435-0.5391294 73948.703-300000 24.75276995 14.933514-0.2817648 104011.98-300000 24.6348571 14.189711-0.0105895 134075.26-300000 24.51694425 13.445909 0.26058577 164138.53-300000 24.3990314 12.702106 0.53176105 175764.95-300000 24.35343079 12.414454 0.63663307 217176.63-300000 24.19100772 11.389878 1.01017268 258588.32-300000 24.02858465 10.365302 1.38371229-300000 267798.0381-0.913855697 6.8671631-3.0855215-300000 235596.0762 0.624976383 7.8493492-3.1178096-300000 203394.1143 2.163808463 8.8315352-3.1500977-300000 158059.4885 4.330209902 10.214278-3.1955536-300000 124366.9978 5.940269739 11.241926-3.2293362-300000 90674.50712 7.550329576 12.269575-3.2631188-300000 56982.01644 9.160389413 13.297223-3.2969014-300000 42538.32465 9.850608735 13.737767-3.3113838-300000 10072.42382 11.40205364 14.728004-3.3439365-300000-22393.477 12.95349854 15.71824-3.3764892-300000-49054.7592 14.22755869 16.531431-3.4032218-300000-75716.0413 *** 17.344622-3.4299544-300000-113096.701 17.28792486 18.484762-3.4674351-300000-150477.361 19.07423088 19.624903-3.5049157-300000-187858.021 20.8605369 20.765043-3.5423964-300000-225238.68 22.64684292 21.905184-3.579877-300000-262619.34 24.43314895 23.045324-3.6173577-300000-300000 26.21945497 24.185465-3.6548383

表格3：不同坐标的应力值 5.7、在Phase中设定边界应力值导入所求的模型，即可得到所需的实验模型。模型如图1所示：

图1：实验模型图

四、实验成果

由以上的模型，在phase软件中经过计算，可建立如下图所示的成果：

图2：maximum shear strain图

图3：strength factor 图

五、实验中遇到的问题及心得体会

本题是岩石力学的基本实验之一，旨在通过学习了一些岩石力学的基本知识，来实地计算某地的地应力。本题以九龙河溪古水电站地质构造为实验数据的基础，来对该地区的地应力值进行了定量的计算。实验的过程中，由于是第一次接触岩石力学phase软件，也遇到了一定的问题。具体来说可以概括如下：

1、工程力学基础知识学得不是特别的扎实，致使在已知了理塘、雅江、呷巴、长河坝、乾宁的最大主应力及最小主应力后，处理实验数据花了一定的时间，利用公式xy2(xy2)2x2花费了一定的时间，此题可用应力圆的方法来计算，使问题得到一定的简化。

2、由于知识的局限性，所学的matlab知识也不是特别的熟练。此题本来也可以excel来解决问题，求解线性方程组也有一定的方便，但关于这方面的知识自己学得不是特别的精通，致使用了matlab软件来解决。本题在一定的程度上也反映matlab的局限性，如在求解的过程中，可从中选取任意15个线性方程组中的10组数据来解决需要求的系数A1,A2,A3,A4,A5,B1,B2,B3,B4,B5。但matlab不能够显示数据过于小的数据，因此在运行的过程中，会遇到显示-Inf的情况，此方式就表示了在matlab的情况下，不能正常的显示数据。如果采用excel来解决问题，或许不会遇到这样类似的问题。

3、实验过程中，对计算模型的思路不清晰。致使在做题的过程中，在得出一些实验数据之后，不能进行下一步的正确操作。只有在等到老师讲解了一些相关的步骤之后，才会有一定的思路。同是，对模型也不是特别的清楚，由于phase软件全部是英文的命令，所以在操作的过程中，也有了一定的难度。在实验时，我不仅遇到了一些难题，而且还转了一定的圈子。比如在添加在Phase软件中设定边界应力值时，由于不知道实验的条件，所以给模型的四周都设定了边界的应力值，但之后在计算时，却出现了一定的问题。之后经过老师的讲解，才知道另外两边的值是不需要加的。这不仅给计算的过程带来了冗杂，而且也浪费了不少的时间。

通过本次实验，我也深刻的认识到了自己所学的知识的局限性。岩石力学phase软件，auto CAD 2006，matlab 6.5软件以及microsoft office 2003软件这些有用的学习软件，在以后学习的过程中我一定要抽空来熟练这些软件的。同时，我也深刻地认识到了计算机软件对工程类的巨大作用。通过对一些实验数据的收集，在软件中解决这些实际的问题，的确给我们的学习和工作带来了一定的方便。特别是对于这研究地质类的软件来说，我想如果可以的话，还可以考虑地震力的作用，来研究和预测地震，这些都是有极大地帮助。或者将所研究的模型来通过进一步的研究，并考虑其他的因素，来分析不同地质深度的地应力的变化情况，以对研究地质构造将有极大的帮助。

通过本次实验，我也只是分析和计算了岩石力学实验的一些初级东西。由于phase软件的强大性，我想通过一定的方式，还可以从模型中研究出一些新的东西，这对于学习本软件和岩石力学更深的知识，都是有极大的帮助的。当然，这些也只有通过以后进一步的学习了。

最后，感谢王老师给我们这样的一次实验机会，也感谢她在实验过程中给我的指导和帮助。

第四篇：岩石力学个人试题总结

一、单项选择题

1、绝大多数得岩浆岩是由下列组成（）A、结晶矿物B、非结晶矿物 C、母岩 D、岩石块体

2、下列说法正确的是（）A、等围三轴试验得实用性弱

B、地下工程是三围的，所以做三轴力学实验很重要 C、岩体强度不是岩体工程设计的重要参数 D、节理结构面不是影响岩体强度得重要因素

3、关于围岩得说法错误的是（）

A、围岩愈好洞室逾稳定

B、围岩压力大小与洞室跨度成反比

C、围岩逾差压力值相应就大

D、围岩压力大小与洞室跨度成正比

4、下面关于平面滑动得一般条件错误的是（）

A、滑动面的走向必须与坡面平行或接近平行

B、滑动面得倾角必须大于坡面倾角

C、滑动面的倾角必须大于该平面的摩擦角

D、岩体中必须存在对于滑动阻力很小的分离面

5、岩浆岩体产生的裂隙一般是张开的，从冷却表面向深处一般为数米到多少米？（）A、10-20m B、5-10m C、10-15m D、20-25m6、岩体力学性质的改变对边坡稳定性的影响错误的（）

A、坡体岩体风化越深，稳定坡脚越小

B、风化作用使坡体强度减小，坡体稳定性大大降低 C、坡体岩体风化越深，稳定坡脚越大 D、坡体岩体风化越深，斜坡稳定性越差

7、对片麻岩渗透系数与应力关系得试验表明当应力变化范围为5MPa时，岩体渗透系数相差---倍。（）

A、20B、70C、100D、508、世界上测定原岩应力最深测点已达（）

A、2000m B、3000mC、4000mD、5000m9、对于山岭地下工程，一般埋深超过多少米基本上都可以划分为深埋地下工程（）

A、10B、50C、30 D、4010、地下开挖体得变形和破坏，除于岩体内得初始应力状态和洞形有关外，主要取决。（）

A、围岩的岩性B、围岩的结构C、围岩的岩性及结构 D、围岩的大小

三、填空题（每空1分，共20分）

1.岩石按照成因分（）、（）、（）三种类型。2.地质构造有（）、（）、（）。3.土的三个实测指标是（）、（）及（）。

4.岩石的吸水性常用（）、（）与（）表示。

5.建筑物建造之前土中应力是（），建筑物建造之后由荷载产生的应力为（），两者之和是土中某一点的（）。

6.土的压缩指标有（）、（）和（）三种。

7.岩石（体）的力学性质包括的岩石（）、（）、变形性质及岩石的破坏准则。

四、判断题(对的在括号内打“+”，错的打“-”。10分)

1、岩石得抗冻系数是指岩样在+-25度的的温度区间内，反复降温、冻结、升温、融解，其抗压强度有所下降，岩样抗压强度得下降值与冻融前得抗压强度得比值。（）

2、边坡变形与破坏得首要原因，在于边坡中存在得各种形式得结构体。（）

3、在岩溶地基处理中，当洞穴较大且周围岩体质量较好时，通常可以采用增大基础底面积和增强基础强度等措施跨越洞穴。（）

4、当围岩内部的最大地应力与围岩强度得比值达到某一水平，才能称为高地应力或极高地应力。（）

5、在外载和环境得作用下，由于细观结构得缺陷引起得材料或结构得劣化工程，称为损伤。（）

五、名词解释(每小题3分，共15分)

1、孔隙比

2、切割度

3、工程岩体

4、结构面的张开度 5.蠕变

六、简答题(每小题5分，共25分)

1、简述岩石在反复加、卸载下的变形特征

2、简述岩石地基加固常用得方法有哪些？

3、地下工程围岩体破坏机理

4、简述岩体强度的确定方法主要哪些？

5.简述影响岩石风化的因素？

七、计算题(共10分)

.某原状土样，试验测得容重＝1.72g/cm3，比重G＝2.65，含水量＝13.1％。求：干容重，孔隙

比，饱和度。

参考答案

一、单项选择题

1、a2、B

3、B

4、B

5、A

6、C

7、C

8、D

9、B

10、C

二、多项选择题

1、ABCd

2、ABC

3、CD

4、AbCD

5、ACD

6、ABD

7、ABC

8、BCd

9、AC

10、BCD

三、判断题1 +2-3-4+5+

三、填空题

1.岩浆岩、沉积岩、变质岩。

2.水平构造和倾斜构造、褶皱构造、断裂构造。3.密度、比重、含水量。

4.吸水率、饱和吸水率、饱和系数。5.自重应力，附加应力、竖向总应力。6.压缩系数、压缩指数、压缩模量。7.破坏形式、强度、变形性质。

四、名词解释题

1、孔隙比 ：是指孔隙得体积与固体体积得比值公式为e=Vv/Va2、切割度 :假设有以平直得断面，它与考虑得结构面重叠而且完全地横贯所考虑得岩体，另面积为A，则结构面得面积a与它之间得比率，即为切割度。Xe=a/A3、工程岩体 指各类岩石工程周围得岩体，这些岩石工程包括地下工程、边坡工程及与岩石有关的地面工程，即为工程建筑物地基、围岩或材料岩体。

4、结构面的张开度是指结构面裂口开口处张开的程度。

5、蠕变是指在应力为恒定得情况下岩石变形随时间发展的现象。

六、简答题

1、简述岩石在反复加、卸载下的变形特征

对于弹塑性岩石，在反复多次加载与卸载循环时，所得的应力-应变曲线将具有以下特点：（1）卸载应力水平一定时，每次循环中的塑性应变增量逐渐减小，加、卸载循环次数足够

多后，塑性应变增量将趋于零。因此，可以认为所经历得加、卸载玄幻次数愈多，岩石则愈接近弹行变形。

（2）加卸载循环次数足够多时，卸载曲线与其后一次再加载曲线之间所形成得滞回环得面

积将愈变愈小，且愈靠拢而又愈趋于平行。

（3）如果多次反复加载、卸载循环，每次施加得最大荷载比前一次循环得最大荷载为大。

随着循环次数增加，塑性滞回环的面积也有所扩大，卸载曲线得斜率也逐次略有增加。这个现象称为强化。此外，每次卸载后再加载，在荷载超过的上一次循环的最大荷载以后，变形曲线仍沿着原来的单调加载曲线上升，好像不曾受到反复加卸荷载得影响似的，这就是所谓的岩石具有记忆效应。

2、简述岩石地基加固常用得方法有哪些？

（1）当岩基内有断层或软弱或局部破碎带时，则需要破碎或软弱部分，采用挖、掏、填得处理。

（2）改善岩基得强度和变形，进行固结灌浆以加强岩体得整体性，提高岩基得承载能力，达到防止或减少不均匀沉降得目的。固结灌浆是处理岩基表层裂隙得最好办法，它可以使基岩得整体弹性模量提高1-2倍，对加固岩基有显著的作用。

（3）增加基础开挖深度或采用锚杆与插筋等方法提高岩体的力学强度

（4）如为坝基，由于蓄水后会造成坝底扬压力和坝基渗漏，为此，需在坝基上游灌浆，做一道密实的防渗帷幕，并在帷幕上加设排水孔或排水廊道使坝基的渗漏量减少，扬压力降低，排除管涌等现象。帷幕灌浆一般用水泥浆或粘土浆灌注，有时也用沥青灌注。

（5）开挖和回填是处理岩基得最好办法，对断层破碎带、软弱夹层、带状风化等较为有效。3简述地工程围岩体破坏机理

地下开挖体的变形与破坏，除与岩体内得初始应力状态和洞形有关外，主要取决与围岩得岩性和结构。有拉伸机理破坏和剪切机理破坏

4、简述岩体强度得确定方法主要哪些？（1）试验确定法（2）经验估算法

5.答案：主要有气候、地形、地下水、岩石性质的影响、断层裂隙的影响。它们主要影响岩石的风化速度、深度、程度及分布规律。

七、计算题

G1

2.6510.131

1.72

干容重d＝

G1e

＝

2.6510.742

＝1.52g/cm

饱和度Sr＝

Ge

＝

2.650.131

0.742

＝46.8％

1答案：孔隙比e＝



－1＝1＝0.742

第五篇：岩石力学课程介绍

《岩石力学》课程介绍

该课程为学科基础课程，适应专业有土木工程专业、水利水电工程专业；课程性质为选修

课程主要学习岩体的基本物理力学性质及测定方法，工程岩体在外荷作用下内应力的变化和表现出的性质及应力状态、应变状态以及对工程的影响，并用以解决工程问题和对工程进行可靠性评价。

本课程研究内容：介绍基本原理和试验方法以及与工程建设密切相关的岩基、岩坡、地下洞室等问题，着重于基础知识。

学习该课程的目的：

掌握工程岩体在外荷载作用下的内应力的变化和表现出的各种性质以及应力状态、应变状态对工程的影响，掌握岩体的基本力学性质及其测定方法，并用以解决工程问题和对工程进行可靠性评价。

学习本课程后应具备的能力：

1、能够运用岩石的物理性质和岩体结构状态对岩石（体）分类，估算无支护条件下的洞壁最长稳定时间。

2、能够进行岩体力学性质的室内外实验和资料分析。

3、对岩体应力状态、变形状态和破坏条件进行全面分析和评价。

4、能够计算山岩压力，评价岩体稳定性，并进行喷锚支护设计。

5、掌握有压隧洞围岩和衬砌的应力计算和有压隧洞围岩最小覆盖层厚度计算。

6、初步掌握岩坡的加固方法。

学分与学时

学分为2分.学时为32学时。

建议先修课程

土力学与地基基础、工程地质和水文地质、材料力学、弹性力学。

推荐教材或参考书目

推荐教材：

（1）《岩石力学》（第三版）第11次印刷 徐志英主编.中国水利水电出版社.1993年

参考书目：

（2）《岩体力学》（第一版）第1次印刷.沈明荣、陈建峰主编.同济大学出版社.2006年。

（3）《岩体力学》（第一版）第1次印刷 罗固原等编.重庆大学出版社.2002年。