岩石力学

2020-03-02 14:57:19 来源：范文大全收藏下载本文

《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/m

3、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 dl

2、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 stre)。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：