1.3　考研真题与典型题详解

一、名词解释

1．岩石中的微结构面[武汉科技大学B卷2013年]

答：岩石微结构面是指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒及矿物集合体之间微小的弱面及空隙。它包括矿物的解理、晶格缺陷、晶粒边界、粒间空隙、微裂隙等。

2．岩石密度[中南大学2011年、2012年]

答：岩石密度是指岩石单位体积（包括岩石内孔隙体积）的质量。表达式为。式中，ρ为岩石的密度（t／m³）；G为被测岩样的质量（t）；V为被测岩样的体积（m³）。

3．岩石的容重[武汉科技大学A卷2013年]

答：岩石的容重是指岩石单位体积（包括岩石内孔隙体积）的重量。岩石容重的表达式为。式中，γ为岩石容重（kN／m³）；W为被测岩样的重量（kN）；V为被测岩样的体积（m³）。岩石容重取决于组成岩石的矿物成分，孔隙发育程度及其含水量。岩石容重的大小，在一定程度上反映出岩石力学性质的优劣。一般地，岩石容重越大，其力学性质也越好，反之则越差。

4．岩石的比重[武汉科技大学B卷2012年]

答：岩体的比重是指岩石固体部分的重量与4℃时同体积纯水重量的比值，即。式中，G_s为岩石的比重；W_s为体积为V的岩石固体部分的重量（kN）；V_s为岩石固体部分（不包括孔隙）的体积（m³）；γ_ω为4℃时单位体积水的重量（kN／m³）。其在数值上等于其密度，它取决于组成岩石的矿物比重及其在岩石中的相对含量。成岩矿物的比重越大，则岩石的比重越大。反之，则岩石的比重越小。岩石的比重，可采用比重瓶法进行测定，试验时先将岩石研磨成粉末，烘干后用比重瓶法测定，其原理、方法与土工试验相同。

5．岩石裂隙度[北京科技大学岩石力学2013年]

答：岩石裂隙度是指岩石中裂隙孔隙发育的程度，通过岩石质量指标反映。

6．岩石吸水率[中南大学2013年、北京科技大学岩石力学2012年、2013年]

答：岩石吸水率是指岩石在常温常压下吸入水的质量与其烘干质量的比值，以百分率表示，即。式中，ω_a为岩石吸水率；m_dr为烘干岩石的质量；m₀为烘干岩样浸水48h后的总质量。岩石吸水率ω_a的大小取决于岩石中孔隙的多少及其连通情况。岩石的吸水率越大，表明岩石中的孔隙大，数量多，并且连通性好，岩石的力学性质差。

7．岩石饱水系数[北京科技大学岩石力学2011年]

答：岩石饱水系数是指岩石吸水率与饱水率的比值，以百分率表示，即。

8．岩石的单轴抗压强度[武汉科技大学B卷2013年、中南大学2012年]

答：岩石单轴抗压强度是指岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应力。

9．岩石单轴抗拉强度[中南大学2013年]

答：岩石单轴抗拉强度是指岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力。

10．岩石软化系数[中南大学2011年]

答：岩石的软化系数是指饱水状态下的试件与干燥状态下的试件单向抗压强度之比，用小数表示，即。式中，η_c为岩石的软化系数；σ_cω为饱水岩样的单轴抗压强度（kPa）；σ_c为自然风干岩样的单轴抗压强度（kPa）。通常岩石的软化系数总是小于1。它是判定岩石耐风化、耐水浸能力的指标之一。

11．岩石三轴抗压强度[中南大学2011年、重庆大学2014年]

答：岩石三轴抗压强度是指岩石在三轴压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大轴向压应力。

12．岩石真三轴试验[中南大学2013年]

答：岩石的真三轴试验是指对立方体岩体施加三个方向的不同荷载，σ₁为主压应力，σ₂、σ₃为侧压应力。用来测量岩石在三向压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压应力。

13．岩石的变形[武汉科技大学B卷2012年]

答：岩石的变形是指岩石在外力作用下发生形态（形状、体积）的变化，岩石变形有弹性变形、塑性变形和黏性变形三种。

14．岩石弹性模量[中南大学2011年]

答：岩石弹性模量是指岩石在单向压缩条件下，弹性变形范围内的轴向应力与试件轴向应变之比。

15．岩石切线弹模[中南大学2012年]

答：岩石切线弹模是指岩石的应力-应变关系曲线上任意一点切线的斜率。岩石的切线弹模反应了岩石的弹性变形特征。

16．完全弹性岩石[北京科技大学岩石力学2012年]

答：完全弹性岩石是指岩石的应力应变曲线是一条曲线，但卸载时依旧按照原来的路线退回的性质，这种岩石称为完全弹性岩石。

17．岩石扩容[武汉科技大学A卷2014年、B卷2015年]

答：岩石扩容是指岩石在外力作用下，形变过程中发生的非弹性的体积增长现象。岩石扩容的过程包括：体积变形阶段、体积不变阶段、扩容阶段三个阶段。

18．岩石各向异性[北京科技大学岩石力学2011年]

答：岩石各向异性是指岩石的全部或部分物理、力学性质随方向不同而表现出差异的现象。由于岩石的各向异性，如在不同方向加载时，岩石可表现出不同的变形特性，不同的弹性模量和泊松比，不同的强度等。

二、填空题

1．自然界中的岩石按地质成因可分为三大类：　  、　  和变质岩。[武汉科技大学B卷2015年]

【答案】岩浆岩；沉积岩

【解析】按地质成因划分，岩石可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩，它们之间可通过一定关系相互转化。

2．岩石的水理性质主要有渗透性、　  、　  、　  。[武汉科技大学A卷2014年]

【答案】溶蚀性；软化性；膨胀性（抗冻性）

【解析】岩石的水理性质有吸水性、渗透性、溶蚀性、软化性、膨胀性（抗冻性）、崩解性等。

3．一般通过实验可测得的岩石强度有：单向　  强度、单向　  强度、剪切强度、三轴抗压强度等。[武汉科技大学B卷2012年]

【答案】抗压；抗拉

【解析】岩石强度包括抗压强度、抗拉强度、抗剪切强度等，其中抗压强度和抗拉强度包括三轴岩石强度和单轴岩石强度。

4．试件在拉伸荷载作用下的破坏通常是沿其横截面的断裂破坏，岩石的拉伸破坏试验方法有　  试验和　  试验两类。[武汉科技大学A卷2014年]

【答案】直接拉伸；间接拉伸（劈裂法）

【解析】岩块的抗拉强度是通过室内试验测定的，其方法包括直接拉伸法和间接拉伸法两种。在间接拉伸法中，又有劈裂法、抗弯法及点荷载法等。其中以劈裂法和点荷载法最常用。

5．岩体压缩变形峰值强度后，岩体开始破坏，应力下降较缓慢，仍有　  应力，这是岩体

　  效应。[武汉科技大学A卷2014年]

【答案】残余；结构

【解析】岩体破坏后仍具有一定的强度，称为残余强度，其原因在于岩体的结构效应。

6．岩体压缩试验，在中途卸载有　  现象和　  变形。[武汉科技大学A卷2014年]

【答案】弹性后效；残余

【解析】岩体中途卸载时有弹性后效现象，其变形有弹性变形和塑性变形，其中塑性变形又称为残余变形。

7．岩石中的水通常有两种存在方式：　  、　  。[武汉科技大学A卷、B卷2013年]

【答案】结合水；自由水

【解析】岩石中的水分为自由水和结合水两大类。

三、判断题

1．岩石容重无单位，岩石比重的单位为kN/m³。（　　）[武汉科技大学B卷2012年]

【答案】错误

【解析】岩石比重无单位，岩石容重的单位为kN/m³。

2．岩石的比重、容重、孔隙率等物理性质和岩石的强度是岩石的固有属性。（　　）[武汉科技大学A、B卷2013年]

【答案】错误

【解析】岩石的比重、容重、孔隙率等物理性质是岩石的固有属性，岩石的强度不是岩石的固有属性。

3．岩石的强度不是岩石的固有属性，与加载条件和试验条件有关。（　　）[武汉科技大学B卷2012年]

【答案】正确

【解析】岩石的强度不是岩石固有属性，岩石强度与加载和试验条件有关。

4．在限制性剪切强度试验中，剪切面上正应力越大，试件被剪破坏前所能承受的剪应力越小。（　　）[武汉科技大学B卷2015年]

【答案】错误

【解析】根据公式τ=σtanφ+c可知，剪应力随正应力的增大而增大。

5．同一岩石，其饱和岩石的抗压强度与干燥岩石的抗压强度之比大于等于1。（　　）[武汉科技大学A卷2013年]

【答案】错误

【解析】饱和岩石的抗压强度与干燥岩石的抗压强度之比小于等于1。

6．真三轴压缩试验的压力条件是：σ₁>σ₂=σ₃。（　　）[武汉科技大学B卷2013年]

【答案】错误

【解析】真三轴压缩试验的压力条件是：σ₁>σ₂>σ₃；假三轴压缩试验的压力条件是：σ₁>σ₂=σ₃。

7．岩石力学中的“巴西试验法”俗称劈裂试验法，主要是用测定岩石的抗剪强度。（　　）[武汉科技大学B卷2012年、B卷2013年]

【答案】错误

【解析】劈裂试验法测定的是岩石的抗拉强度。

8．可以通过纯剪切强度试验得到岩石的莫尔强度包络线。（　　）[武汉科技大学B卷2012年]

【答案】错误

【解析】通过限制性剪切强度试验得到岩石的莫尔强度包络线。

9．岩石的全应力−应变曲线揭示：岩石一旦破裂就完全丧失承载能力。（　　）[武汉科技大学B卷2012年，A、B卷2013年，B卷2015年]

【答案】错误

【解析】全应力−应变曲线揭示：岩石破裂后仍具有一定的承载能力，称此时的岩石强度为残余强度。

10．在普通的试验机上，岩石达到其峰值强度后发生突发性破坏的根本原因是试验机的刚度不够大。（　　）[武汉科技大学B卷2013年、B卷2015年]

【答案】正确

【解析】岩石达到其峰值强度后发生突发性破坏的根本原因是试验机的刚度不够大，这些试验机称为“软”性试验机。由于试验机的刚性不足，在岩石压缩过程中，试件受压，试验机框架受拉，随着岩样不断被压缩，试验机发生的弹性变形以应变能形式存于机器中，当施加压力超过岩石抗压强度，试件破坏，此时，试验机迅速回弹，被存于试验机中的应变能瞬间释放到岩石试件中，引起岩石的激烈破坏和崩解，因而造成无法获得岩石在超过峰值破坏强度后受压的应力应变曲线。

11．应力-应变曲线具有近似直线的形式的岩石是完全弹性岩石。（　　）[武汉科技大学B卷2015年]

【答案】错误

【解析】应力-应变曲线具有近似直线的形式的岩石是线弹性岩石，完全弹性岩石的应力应变曲线是一条曲线，但进行加载时会按原来的轨迹卸载。

12．在普通材料试验机上进行岩石单轴抗压强度试验时，一定能得到岩石的全应力-应变曲线。（　　）[武汉科技大学A卷2013年]

【答案】错误

【解析】普通试验机只能得出半程应力-应变曲线不能得出全应力-应变曲线的原因是由于试验机的刚性不足，在岩石压缩过程中，试件受压，试验机框架受拉，随着岩样不断被压缩，试验机发生的弹性变形以应变能形式存于机器中，当施加压力超过岩石抗压强度，试件破坏，此时，试验机迅速回弹，被存于试验机中的应变能瞬间释放到岩石试件中，引起岩石的激烈破坏和崩解，因而造成无法获得岩石在超过峰值破坏强度后受压的应力应变曲线。

13．岩石在单轴压缩条件下，弹性限度内，应力-应变曲线具有近似直线的形式，反复加卸载应力-应变曲线仍为直线，具有这种应力-应变关系的岩石称为线弹性岩石。（　　）[武汉科技大学B卷2013年]

【答案】正确

【解析】反复加卸载应力-应变曲线仍为直线的岩石为线弹性岩石，加载和卸载均为曲线的岩石为完全弹性岩石。

14．连结作用、润滑作用、水楔作用是岩石中的自由水对岩石力学性质的影响而产生的作用。（　  ）[武汉科技大学B卷2012年]

【答案】错误

【解析】连结作用、润滑作用、水楔作用是岩石中的结合水对岩石力学性质的影响而产生的作用。

15．孔隙压力作用、溶蚀－潜蚀作用是岩石中的结合水/束缚水对岩石力学性质的影响而产生的作用。（　　）[武汉科技大学A卷2013年]

【答案】错误

【解析】自由水对岩石力学性质的影响包括孔隙压力作用、溶蚀－潜蚀作用；结合水对岩石力学性质的影响包括连结作用、润滑作用、水楔作用。

四、选择题

1．已知某岩石饱水状态与干燥状态的单轴抗压强度比为0.78，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

【答案】C

【解析】软化系数是岩样饱水状态的单轴抗压强度与自然风干状态单轴抗压强度的比值，软化系数越大，说明岩石软化性弱，工程地质性质较好。

2．岩石的抗压强度随着围岩的增大（　　）。

A．而增大

B．而减小

C．保持不变

D．会发生突变

【答案】A

【解析】随着围压的增大，岩石的抗压强度显著增加，岩石的变形显著增大，岩石的弹性极限显著增大，岩石的应力-应变曲线形态发生明显改变。

3．在岩石抗压强度试验中，若加荷速率增大，则岩石的抗压强度（　　）。

A．增大  

B．减小  

C．不变 

D．无法判断

【答案】A

【解析】岩石的单轴抗压强度与加载速率成正比，即加载速率越大，所测得的强度指标值越高。

4．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．1/10～1/12  

C．2～5倍 

D．10～50倍

【答案】B

【解析】岩石的抗拉强度一般为抗压强度的1/25～1/4，平均为1/10。

五、简答题

1．表征岩石强度的基本指标及其公式[北京科技大学矿山岩石力学2015年]

答：（1）单轴抗压强度。其表达式为：

式中，σ为岩石抗压强度，MPa；p为试件破坏时施加的最大载荷，N；A为试件横截面积，m²。

（2）单轴抗拉强度。其表达式为：

σ_t=p/A或

（3）抗剪强度。其表达式为：

式中，p为试件发生剪切破坏时施加的最大载荷，N；T为作用在破坏面上的剪切力，N；N为作用在破坏面上的正压力，N；A为剪切破坏面的面积，m²；α为剪切面与水平面的夹角；f为压力机承压板与剪切夹具问的滚动摩擦系数。

（4）三轴抗压强度。其表达式为：

式中，P为试件破坏时的最大轴向载荷，N；A为试件的初始横截面积，m²。

2．绘图说明如何根据全应力-应变曲线预测岩石的岩爆。[武汉科技大学A卷2013年]

答：如图1-3-1所示，全应力应变曲线所围面积以峰值强度点C为界，可以分为左右两个部分。左半部分OEC代表达到峰值强度时，积累在岩石试件中的应变能，右边CED代表试件从开始破坏到破坏整个过程所消耗的能量。如果A>B，可能产生岩爆，如果A<B，则不会产生岩爆。

图1-3-1

3．分析在普通材料试验机上测岩石单轴抗压强度时试件发生崩裂的原因。[武汉科技大学A卷2014年、北京科技大学岩石力学2013年]

答：由于试验机的刚性不足，在岩石压缩过程中，试件受压，试验机框架受拉，随着岩样不断被压缩，试验机发生的弹性变形以应变能形式存于机器中，当施加压力超过岩石抗压强度，试件破坏，此时，试验机迅速回弹，被存于试验机中的应变能瞬间释放到岩石试件中，引起岩石的激烈破坏和崩解。

4．什么是全应力-应变曲线？它有什么工程意义？为什么普通材料实验机得不出全应力-应变曲线？[北京科技大学矿山岩石力学2010年、2011年、2012年、2014年、岩石力学2013年，中南大学2011年]

答：（1）全应力-应变曲线是指能全面反映岩石受压破坏过程中的应力、应变特征，特别是岩石破坏后的强度与力学性质变化规律的应力应变曲线；

（2）全应力-应变曲线的工程意义在于它能预测岩爆，保证作业人员的工作安全，同时能预测蠕变破坏和预测循环加载条件下的岩石的破坏，工程中能利用岩石的这些性质完成工程项目，节约成本；

（3）普通试验机只能得出半程应力-应变曲线不能得出全应力─应变曲线的原因是由于试验机的刚性不足，在岩石压缩过程中，试件受压，试验机框架受拉，随着岩样不断被压缩，试验机发生的弹性变形以应变能形式存于机器中，当施加压力超过岩石抗压强度，试件破坏，此时，试验机迅速回弹，被存于试验机中的应变能瞬间释放到岩石试件中，引起岩石的激烈破坏和崩解，因而造成无法获得岩石在超过峰值破坏强度后受压的应力应变曲线。

5．简述弹性体和塑性体在外力施加和解除时，其变形特征。[武汉科技大学B卷2013年、B卷2015年]

答：（1）弹性体在受外力作用的瞬间即产生全部变形，而去除外力（卸载）后又能立即恢复其原有形状和尺寸；

（2）塑性体受力后产生变形，在外力去除（卸载）后变形不能完全恢复，不能恢复的那部分变形称为塑性变形，或称永久变形，残余变形。

6．如图1-3-2所示为岩石单轴压缩时的全应力-应变曲线，请用图1-3-2中的字母表达该曲线分为哪几个阶段及各阶段的岩石的变形特征？[武汉科技大学B卷2013年，北京科技大学矿山岩石力学2011年、2012年、2014年、岩石力学2011年，中南大学2012年]

图1-3-2

答：单轴压缩条件下岩石变形特征分四个阶段：

（1）空隙裂隙压密阶段（OA段）。试件中原有张开结构面或微裂隙逐渐闭合，岩石被压密，试件横向膨胀较小，体积随荷载增大而减小；

（2）弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段（AC段）。岩石发生弹性形变，随着载荷加大岩石发生轴向压缩，横向膨胀，总体积缩小；

（3）非稳定破裂发展阶段（CD段）。微破裂发生质的变化，破裂不断发展直至试件完全破坏，体积由压缩转为扩容，轴向应变和体积应变速率迅速增大；

（4）破裂后阶段（D点以后）。岩块承载力达到峰值强度后，内部结构遭到破坏，试件保持整体状，随着继续施压，裂隙快速发展，出现宏观断裂面，此后表现为宏观断裂面的块体滑移。

7．什么是岩石的全应力−应变曲线？绘制岩石全应力−应变曲线示意图，并结合曲线图说明全应力−应变曲线四个阶段的名称。[武汉科技大学B卷2012年]

答：（1）全应力−应变曲线是指能全面反映岩石受压破坏过程中的应力、应变特征，特别是岩石破坏后的强度与力学性质变化规律的应力应变曲线；

（2）岩石全应力−应变曲线示意图如图1-3-3所示。由图可知，岩石全应力−应变曲线可分为四个阶段，分别为：①孔隙裂隙压密阶段（OA段）；②弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段（AC段）；③非稳定破裂发展阶段，或称累进性破裂阶段（CD段）；④破裂后阶段（D点以后段）。

图1-3-3

8．等循环荷载条件下弹塑性岩石的变形曲线特征是什么？[北京科技大学岩石力学2012年]

答：等循环荷载条件下弹塑性岩石的变形曲线具有如下特征：

（1）如果卸载点超过屈服点，则卸载曲线不与加载曲线重合，形成塑性滞回环；

（2）卸载曲线的平均斜率一般与加载曲线直线段的斜率相同，或者和原点切线斜率相同；

（3）塑性滞回环随加载卸载的次数增加而越来越窄，并且彼此越来越近，岩石越来越接近弹性破坏，直至没有塑性变形为止；

（4）当循环应力峰值小于某一值时，试件不会发生破坏，而超过此值时试件会在某次循环中发生疲劳破坏。

9．如何确定岩石的弹性模量？岩石的三种弹性模量各反映什么特征？[中南大学2013年]

答：（1）岩石的弹性模量，应根据岩石的应力－应变关系曲线确定：

①若岩石的应力－应变关系具有近似直线的形式，则直线的斜率即为岩石的弹性模量；

②若岩石的应力－应变关系不是直线而是曲线，则称应力－应变曲线原点切线的斜率为岩石的初始弹性模量；称曲线上任意一点切线的斜率为岩石的切线模量；称曲线上任意一点与原点连线的斜率为岩石的割线模量。

（2）岩石不同的弹性模量反映了岩石不同的特性：①岩石的初始弹性模量反映了岩石中裂隙的多少；②岩石的切线模量反映了岩石的弹性变形特征；③岩石的割线模量反映了岩石的整体变形特征。

10．什么是岩石的扩容？简述岩石扩容的发生过程。[北京科技大学矿山岩石力学2010年、2011年]

答：（1）岩石扩容是指岩石在荷载作用下，在其破坏之前的一种明显的非弹性体积形变现象；

（2）岩石受压过程中，试件任意微小单元X、Y、Z方向发生形变，ε₁、ε₂、ε₃分别对应最大、中间、最小主应变，弹性模量和泊松比为常数的岩石受压体积变化经历三个阶段：

①体积变形阶段。体积应变在弹性范围内，随应力增加而呈线性变化，此阶段ε₁＞|ε₂+ε₃|体积减小；

②体积不变阶段。体积发生形变，但体积应变增量近似为零，ε₁＝|ε₂₊ε₃|体积不变；

③扩容阶段。两侧向变形之和超过最大主应力压缩变形，ε₁＜|ε₂+ε₃|，体积增大。

11．影响岩石力学性质的主要因素有哪些，如何影响的？[北京科技大学矿山岩石力学2012年、重庆大学2014年]

答：影响岩石力学性质的主要影响因素有：水、温度、加载速度、围压大小、风化程度等：

（1）水对岩石力学性质的影响

①连结作用。束缚在矿物表面的水分子通过其吸引力作用将矿物颗粒拉近、接紧，起连接作用；

②润滑作用。由可溶盐、胶体矿物连接的岩石，当有水浸入时，可溶盐溶解，胶体水解，使原有的连结变成水胶连结，导致矿物颗粒间连结力减弱，摩擦力减低，水起到润滑剂的作用；

③水楔作用。当两个矿物颗粒靠的很近，有水分子补充到矿物表面时，矿物颗粒利用其表面吸附力将水分子拉到自己周围，在两个颗粒接触处由于吸着力作用使水分子向两个矿物颗粒之间的缝隙内挤入，这种现象称为水楔作用；

④孔隙压力作用。岩石受压时，岩石内孔隙水来不及排出，在孔隙内产生很高的孔隙压力，降低了岩石的内聚力和内摩擦角，减小了岩石的抗剪强度；

⑤溶蚀-潜蚀作用。岩石中渗透水在流动过程中可将岩石中可溶物质溶解带走，从而使岩石强度大为降低。

（2）温度对岩石力学性质的影响

随着温度的增高，岩石的延性加大，屈服点降低，强度也降低。

（3）加载速度对岩石力学性质的影响

加载速率越快，测得的弹性模量越大，获得的强度指标越高。

（4）围压对岩石力学性质的影响

岩石在三轴压缩条件下，岩石的强度和弹性极限都有显著增加。

（5）风化对岩石力学性质的影响

风化过程中，原生矿物经物理、化学、生物作用而发生变化，产生次生矿物，引起岩体成分结构和构造的变化，降低了岩石的物理力学性质。