土木工程师-专业案例(水利水电)-地下洞室工程地质.docx
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1、土木工程师-专业案例(水利水电)-地下洞室工程地质单选题1.水利水电工程地质勘察规范(GB504872008)提出的围岩工程地质分类中,软质岩与硬质岩按饱和单轴抗压强度的划分标准(江南博哥)为()。A.5MPaB.15MPaC.30MPaD.60MPa 正确答案:C参考解析:水利水电工程地质勘察规范(GB504872008)规定,岩石强度评分表如表7-1所示。由表可知,软质岩与硬质岩按饱和单轴抗压强度的划分标准为30MPa。表7-1岩石强度评分表单选题2.在一般情况下,洞轴线与褶皱轴_布置比_布置有利。()A.平行;垂直B.垂直;平行C.平行;斜交D.斜交;平行 正确答案:B参考解析:地质构造
2、条件对洞室围岩稳定性有重要的影响。洞室应选在岩体结构完整、地质构造简单的地段,尽量避开大的构造破碎带。洞室轴线宜与构造线、岩层走向垂直或大角度相交。单选题3.东北某电站引水洞平面图如图所示,拟从上游A点到下游B、C、D、E点选择一条线路作为电站的引水发电洞。AB线方位位85W,AC线方位N75E,AD线方位N55E,AE线方位N40E。经实测,本地区的地应力以水平应力为主,最大主应力方向为N40E,岩石为中厚层灰岩,岩层走向为N30W,断层岩脉产状均为陡倾角,试选择一条最理想的引水线路()。图7-1A.ABB.ACC.ADD.AE 正确答案:C参考解析:对AB、AC、AD、AE四条线进行比较。
3、AB线路较长,与最大主应力方向交角较大,约55,与岩层交角约55,线路通过两条断层、一条岩脉,岩石破碎,对洞线稳定不利,且出口条件一般。AC、AD线路较短,长度相差不大,但AC线路穿过两条陡倾角断层,且与断层交角较小,近于平行,岩石可能破碎,对边墙稳定不利。AC线路与最大主应力方向交角较大,约35,与岩层交角约75。AD线路与最大主应力方向交角较小,约15,与岩层走向近直交,交角约85,线路虽穿过两条陡倾角断层,但近直交,距离较短,对洞线边墙稳定影响不大,该线路地质条件相对较好。AE线路与AD线路相比地质条件相差不大,但线路较长,且出口地质条件较差。单选题4.某电站引水隧洞灰岩段,压力水头50
4、m,岩石饱和单轴抗压强度平均值为108MPa,现场测试的岩体纵波波速为4300m/s,室内测试岩块纵波波速为5100m/s,岩体节理不甚发育,多闭合,平直光滑,沿节理面有线状水流,经节理玫瑰花图判定,主要节理面走向与洞轴线夹角为65,节理面倾角多在50左右,延伸长度多小于3m,站址区的地应力以水平应力为主,最大主应力为14MPa,判定其围岩类别并评价其围岩的稳定性()。A.、稳定B.、基本稳定C.、局部稳定性差D.、不稳定 正确答案:B参考解析:饱和单轴抗压强度平均值为108MPa,为坚硬岩,则岩石强度评分A30;岩体完整性系数Kv为岩体纵波波速与岩块纵波波速之比的平方,Kv0.71,岩体为硬
5、质岩,岩体完整程度为较完整,则岩体完整性评分B28;岩体结构面不甚发育,多闭合,平直光滑,且为硬质岩,其节理面延伸长度多小于3m,另加3分,则结构面状态评分C21324;以上各项为基本因素评分,则:T30282482;因压力水头为50m,沿结构面有线状水流,且基本因素评分T为82,则地下水评分D2.5;因主要结构面走向与洞轴线夹角为65,结构面倾角多在50左右,则结构面产状评分E3。TABCDE76.5,围岩强度应力比S4.54,则围岩类别为类,基本稳定。围岩整体稳定,不会产生塑性变形,局部可能产生掉块。单选题5.某拟建的引水隧洞,经勘察,近场区未有较大规模的构造形迹,该地区以自重应力为主,自
6、地表向下的岩层依次为含碎石混合土、粉质黏土、黏土等,层厚H160m,平均容重120kN/m3,泊松比0.3;其下为砂岩层,层厚H260m,平均容重225kN/m3,泊松比0.25。试计算距地表50m及100m处的原岩中水平应力为()MPa。A.0.43、0.73B.0.25、0.46C.0.37、0.69D.0.51、0.85 正确答案:A参考解析:距地表50m时,垂直应力由,得到:v120501000kPa1MPa原岩中由自重引起的水平应力由水平应力公式,得:距地表100m时,由,得到:原岩中由自重引起的水平应力由水平应力公式,得:单选题6.下列对地应力的叙述,表达不正确的是()。A.地应力
7、一般是指地壳岩体天然状态下所具有的内应力,或称为初始应力B.地应力是在构造运动作用下形成的应力,有时包括在岩体的物理变化、化学变化及岩浆侵入等作用下形成的应力C.地应力是在漫长的地质历史时期形成的D.地下洞室开挖,使岩(土)体中原来的应力平衡状态发生了变化,可能导致洞室围岩的变形破坏,因此地应力及地下洞室围岩应力的分布特征与地下洞室稳定关系很大 正确答案:B参考解析:地应力是指地壳在各种运动过程中和自重作用下,岩体在天然条件下产生的内部应力,广义上也指地球体内的应力。它包括由地热重力地球自转速度变化及其他因素产生的应力。构造作用产生的构造地应力和岩体自重产生的自重应力场为现今地应力场的主要组成
8、部分。单选题7.地应力是在漫长的地质历史时期形成的,按不同的起源一般可以分为()。A.自重应力、构造应力、剩余应力和变异应力B.自重应力、构造应力、物理应力和化学应力C.自重应力、构造应力、物理应力和变异应力D.自重应力、构造应力、剩余应力和物理应力 正确答案:A参考解析:地应力按不同的起源可分为自重应力、构造应力、剩余应力和变异应力。单选题8.下面关于对地应力场的分布和变化规律的叙述中,表达不正确的是()。A.垂直应力有随深度线性增加的变化关系B.水平应力随深度的变化关系比较复杂,一般在地壳浅部,特别是构造活动区,大多数情况水平应力大于垂直应力,这种现象随深度而变化,当达到一定深度后,水平应
9、力开始小于垂直应力。这个转变点的深度称为临界深度,不同地区临界深度不同C.在地壳深部水平应力与垂直应力也不会趋于一致D.在深切河谷区的河床底部往往有很大的水平应力,分为应力释放区、应力集中区和应力平衡区 正确答案:C参考解析:C项,随着深度的增加,水平主应力与垂直主应力的比值趋近于1,所以地壳深部岩体水平应力与垂直应力有可能出现静水压力状态。单选题9.在只考虑自重应力的情况下,赋存在600m深处原岩体内一点的垂直应力与侧向应力的比值为(),岩层的平均容重为24.5kN/m3,泊松比为0.2。A.14.73.7B.14.714.7C.12D.21 正确答案:A参考解析:垂直应力:vH60024.
10、514700Pa。水平应力:,。两者比值为:vh14.73.7。单选题10.下列关于地下洞室的布置与最大主应力的关系,说法正确的是()。A.一般认为地下洞室的长轴方向应尽量与最大主应力方向斜交,这样不致因应力释放而影响边墙的稳定B.一般认为地下洞室的长轴方向应尽量与最大主应力方向垂直,这样不致因应力释放而影响边墙的稳定C.一般认为地下洞室的长轴方向应尽量与最大主应力方向小角度相交,这样不致因应力释放而影响边墙的稳定D.一般认为地下洞室的长轴方向应尽量与最大主应力方向大角度相交,这样不致因应力释放而影响边墙的稳定 正确答案:C参考解析:区域最大主应力与洞室轴线的关系与围岩稳定性有着密切关系,如两
11、者平行,围岩中的应力状态对洞室长边墙的稳定最为有利,而对高端墙则十分不利。理论分析表明,最大主应力方向与洞室轴线方向的夹角以不大于30为好。单选题11.初始应力对地下洞室的稳定有十分重要的影响,下列关于拱顶稳定的说法,正确的是()。A.当水平应力占优势时,对拱顶的稳定无影响B.当垂直压力占主导时,对拱顶的稳定不利C.当水平应力占优势时,对拱顶的稳定不利D.当垂直压力占主导时,对拱顶的稳定有利 正确答案:B参考解析:根据岩石力学理论,地下洞室围岩初始垂直应力与水平应力的比值对洞室周边应力的分布、拱顶和边墙的稳定、支护衬砌的设计有密切关系。当水平应力占优势时,对拱顶的稳定有利;当垂直压力占主导时,
12、对拱顶的稳定不利。单选题12.在应力比较高的地区,或埋深很大的隧洞周围岩体内,储存着大量的应变能,当这些潜在的能量具备突然释放的条件时,就产生一种冲击波,隧洞施工过程中就可能发生岩块弹射和围岩塌落或剥落现象,称之为岩爆。岩爆现象多发生在如下部位,下列叙述不正确的是()。A.由初始应力和洞室断面形状所决定的重分布应力最集中区B.在围岩靠近表面部分有高变异应力及残余应力分布区C.在断层、岩脉附近形成的局部应力增高区D.在同样的外部条件下,软弱岩体发生岩爆的可能性大于坚硬岩体发生岩爆的可能性 正确答案:D参考解析:D项,岩爆一般发生在高应力区的坚硬、脆性岩体中,坚硬的岩体较软弱岩体更出现容易应力集中
13、现象。单选题13.关于围岩强度应力比的定义,下列说法正确的是()。A.可用岩石饱和单轴抗压强度和岩体完整系数之积与围岩最大主应力之比计算B.可用岩石天然单轴抗压强度和岩体完整系数之积与围岩最小主应力之比计算C.可用岩石饱和单轴抗压强度和岩体完整系数之积与围岩最小主应力之比计算D.可用岩石干单轴抗压强度和岩体完整系数之积与围岩最大主应力之比计算 正确答案:A参考解析:围岩强度应力比就是岩石饱和单轴抗压强度和岩体完整系数之积与围岩最大主应力之比。单选题14.当围岩的强度应力比()时,出现应力超限,形成塑性区,围岩稳定性差的情况。A.4B.4C.1D.1 正确答案:A参考解析:根据围岩总评分T将围岩
14、分为5个类,其中形成塑性区,围岩稳定性差的为、三类,其围岩的强度应力比都小于4。单选题15.如图所示,某地开挖大跨度圆形隧洞,要先确定开挖后洞壁的应力值,为此,在附近相同高程的试验洞做了应力测试,测得天然状态下铅直应力V1.4MPa,水平应力H2MPa,A点为洞顶,与水平线夹角为90,B点与水平线夹角为0,C点与水平线夹角为45。试算开挖洞壁A、B、C三点处的应力分别为()。图7-2A.A5.7MPa,B3.5MPa,C2.1MPaB.A4.6MPa,B2.2MPa,C3.4MPaC.A4.0MPa,B2.5MPa,C4.7MPaD.A5.3MPa,B2.9MPa,C3.6MPa 正确答案:B
15、参考解析:由于天然状态下铅直应力小于水平应力,h/v1.431,应由铅直轴算起。(1)v2(1)vcos2,求得:A4.6MPa,B2.2MPa,C3.4MPa单选题16.理论和实践证明,不同断面形状的洞体,在两侧、角点、洞顶及洞底分别出现压应力和拉应力,图是圆形洞和直墙拱顶式洞体压应力和拉应力受力图,标示正确的是()。图7-3A.1与2均为压应力区B.1为压应力区,2为拉应力区C.1为拉应力区,2为压应力区D.1与2均为拉应力区 正确答案:B参考解析:根据围岩应力状态分析,在以垂直应力为主导时,拱部和底板位置处在拉应力区,而边墙处在压应力区。单选题17.邻近洞壁的岩体受到集中应力的作用,洞室
16、开挖的结果是在围岩中形成3个应力分布区,即应力降低区、应力升高区和天然应力区,下列对图中标示正确的是()。图7-4A.区为应力降低区,区为应力升高区,区为天然应力区B.区为天然应力区,区为应力升高区,区为应力降低区C.区为天然应力区,区为应力降低区,区为应力升高区D.区为应力降低区,区为应力升高区,区为应力升高区 正确答案:A参考解析:根据圆形洞室围岩应力状态分析可知,区应力降低区,区为应力升高区,区为天然应力区。单选题18.图中,一般情况下,对于岩体的径向应力在、区的变化规律,下面正确的是()。图7-5A.逐渐减小B.逐渐增大C.不会变化,大小一样D.变化无规律 正确答案:B参考解析:根据图
17、7-5中的圆形洞室围岩应力状态分析可知岩体的径向应力逐渐增大。单选题19.围岩中岩体结构特征对围岩应力起控制作用,节理面的产状与洞体受力方向的不同,将产生不同的结果,下列叙述不正确的是()。A.节理面与洞体受力方向的夹角大于60或垂直时,涧壁与节理面垂直相交的部位产生最大切向应力B.节理面与洞体受力方向的夹角小于30或平行时,洞壁与节理面相切的部位产生最大切向应力C.当节理面的走向与洞体受力方向平行时,洞壁的切向应力成为最大主应力而径向应力变得弯斜D.节理面与洞体受力方向斜交成45时,洞壁与节理面相切及垂直的部位产生相等的最大切向应力 正确答案:C参考解析:节理面的产状与胴体受力方向的不同,将
18、产生三种不同的结果:节理面与洞体受力方向的夹角大于60或垂直时,涧壁与节理面垂直相交的部位产生最大切向应力。节理面与洞体受力方向的夹角小于30或平行时,洞壁与节理面相切的部位产生最大切向应力;当节理面的走向与洞体受力方向平行时,洞顶(底)的切向应力成为最大主应力而径向应力变得弯斜。节理面与洞体受力方向斜交成45时,洞壁与节理面相切及垂直的部位产生相等的最大切向应力。单选题20.由于围岩内某一点的总应力等于两个或多个洞室在该点引起的应力之和,故相邻洞室的存在通常使围岩应力(主要为压应力)的集中程度增高,对洞室围岩稳定不利,水电部门规定,无压隧洞相邻洞室最小间距为1.03.0倍洞跨,高压隧洞之间的
19、最小间距为()。A.0.150.50倍洞跨B.0.150.60倍洞跨C.0.150.50倍水头D.0.150.60倍水头 正确答案:D参考解析:水电部门规定,无压隧洞相邻洞室最小间距为1.03.0倍洞跨,高压隧洞之间的最小间距为0.150.60倍水头。不同的业务部门规定了不同的最小安全洞室间距。单选题21.当水工有压隧洞受到洞内水压力的作用时衬砌就向岩石方向变形,衬砌一定会遭到岩石的抵抗,岩石对衬砌产生一定的反力,称之为弹性抗力。岩石弹性抗力的大小常用弹性抗力系数k表示。下列关于弹性抗力系数的说法,不准确的是()。A.反力的大小能反映出岩石的好坏B.弹性抗力系数不仅与岩石的性质有关,而且与隧洞
20、的尺寸有关C.隧洞半径越大,岩体的弹性抗力系数越小D.在隧洞衬砌的静力计算时,与岩体的弹性抗力关系不大,主要取决于岩体的完整程度 正确答案:D参考解析:弹性抗力系数是指围岩在辐射状压力下产生一个单位变形时,单位面积上所需要的压力。对于有压隧洞来说,在内水压力(pa)的作用下,当衬砌半径向围岩方向增大y(单位为cm)时,围岩产生弹性抗力,与y的比值K即为弹性抗力系数:Ky。围岩的弹性抗力系数愈大,其对衬砌的反力愈大,它就可能分担较多的内水压力,因而衬砌就可能做薄一些。围岩的弹性抗力系数是围岩性质、隧洞断面形状与尺寸、衬砌与围岩接触的紧密程度综合影响的结果。因此,在实际应用K值时即便是同一岩体,只
21、要洞径不等,K值就要变化。单选题22.对于承受内水压力的圆形隧洞,为了便于比较,工程上多采用半径等于1m时岩石弹性抗力系数,称为单位弹性抗力系数,即k。西南某电站引水洞长石石英砂岩段,岩体的变形模量E4.5MPa,泊松比0.35,其单位弹性抗力系数为()。A.2.3B.3.3C.4.3D.5.3 正确答案:B参考解析:弹性抗力系数与弹性模量E及泊松比两弹性参数间存在的数学关系为,r01m时,即为单位弹性抗力系数。计算可得K03.3。单选题23.半径为r4m的圆形隧洞,在内水压力作用下洞壁围岩向外产生径向位移Aa1.2cm,经测量,此时围岩的弹性模量E6.2MPa,泊松比为0.27,则此隧洞围岩
22、的单位弹性抗力系数为()。A.4.88B.4.16C.1.22D.2.12 正确答案:A参考解析:弹性抗力系数与弹性模量E及泊松比两弹性参数间存在的数学关系为,r4m,计算可得弹性抗力系数为1.22。单位弹性抗力系数与弹性抗力系数的关系为(其中r0单位为cm),可得单位弹性抗力系数K01.2244.88。单选题24.洞室的围岩应有一定的厚度,洞室围岩最小厚度与洞径大小、岩体完整性及岩石强度有关,设隧洞洞径为B,根据经验,对于软弱岩石无压引水洞,上覆岩体最小厚度一般为()。A.(1.01.5)BB.(1.52.0)BC.(2.53.0)BD.(2.03.0)B 正确答案:D参考解析:根据水利水电
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