前言
这本书可以作为一个“独立”的教材或作为一个完整的发展给我们的第一本书，工程岩体力学原理导论。它包含了工程岩石力学的例子，作为主体适用于民用，采矿，石油和环境工程。本书涵盖了必要的理论和关键技术支持的岩土工程结构基础、大坝、边坡、井筒、隧道、溶洞、水电工程、矿山。
在我们的第一本书中，我们介绍了岩体力学的基本概念来强调了解这些基本原则。实际上它也是重要的考虑的原则，为了练习应用它们，并能够与具体的工程问题相关联，我们准备了这本包含了解说性例子的第二册书。我们采用一个问卷调查的报告方式：问题和答案集已整理为二十章，与第一册1-13章岩石力学原理和第14-20章在岩体工程的应用相匹配。这本书的一部分可以看作一种叙述，包括一系列课文以及题目和答案，而在第二部分同样的是一些可以被解决的问题，但是答案是不显示的。
第1-20章都具有相同的格式：
第一节、本章的主题介绍。
第二节、已经解答的说明岩石力学学科的原则和相关的岩石工程技术设计方面的问题。
第三节、附加内容，经常是强调最重要的方面的内容
这些问卷调查不仅会提高了岩石力学原理的理解，而且也告诉读者提如何自然流畅理解第一册书中的概念。此外，问题集提供了我们经常遇到的实际问题的解决步骤 。这样，在解决实际问题的信心将得到提高，而且会提高接触到岩石工程问题的创新能力。意识到工程技术只有在可以让人理解和执行基本原理和技术的情况下才可行是很重要的。
有三个附录。附录A包含一个三维应力立方体切割成的可以复制并且制成备忘模型的图案。附录B中包含一个可以适用于第7章的问题的半球形投影。附录C包含RMR和Q值岩体分类表。
因此，本书提供对于关键岩石力学原则和技术的插图指南和解释，服务对象为学生、教师、研究人员、客户、咨询工程师和承包商。我们在第一册书的序言中提到了，岩石工程发生在地球深处，在山上，经常在世界上最荒凉的地方。岩土工程师们制造建筑，为人类提取原材料，并利用自然界的力量。正是对于岩土工程的浪漫和激情使我们尝试和这些令人兴奋的事物进行交流。个人经验就是一切。因此，我们希望你能够体验到一些科学、艺术和浪漫的主题，通过理解并执行这些书中描述的原则和技术。
这本书包含了英国皇家理工大学综合工程岩石力学的课程练习，加上许多其他的例子，以使本书无论在学术方面还是实际工程都能够保证内容全面，适合所有读者的目的和背景。因为教程练习多年来在英国皇家理工大学岩石力学人员及学生手中一直都在不断精炼、扩展和修正，所以鸣谢所有相关的个体是不可能的。然而，我们依旧要对每一位以不同方式对这些问题及解答作出了贡献的人都表示深切的感谢。
作者特别感谢他们的妻子们，Gwen Harrison 和 Carol Hudson，感谢她们的全力支持和帮助，使得本书的风格改善和准确性提升。最后肯定的是，如果在接下来的内容里有什么你不明白，这是我们的错。
J.P. Harrison 和 J.A. Hudson
英国皇家理工大学地球科学工程 ， 皇家理工大学医学技术学， 伦敦大学，SW7 2BP，英国。
jah@rockeng.co.uk
工程岩石力学：第二篇
解说性实例
CHILE：连续，均匀，各向同性和线弹性
DIANE ：不连续，不均匀，各向异性和非弹性
泽西海峡群岛上一个多层停车场的部分混凝土基台
我们所有的过去、现在和未来的学生和同事都在英国皇家理工大学
作者们
J.P. Harrison教授
John Harrison毕业于英国皇家理工大学土木工程专业，并在土木工程行业工作多年，为承包和咨询机构工作，这是他获取硕士学位的点缀，1986年被指定为工程岩石力学讲师，1993年然后获得博士学位，1996年成为高级讲师。
目前他在赫胥黎环境地球科学与工程学院指导的本科生和研究生教学。他个人的研究兴趣是在不连续岩体的表征和行为，是他早期在皇家理工大学博士时期的全新数学不连续几何分析方法的拓展。
J.A. Hudson FREng教授
John Hudson1965毕业于英国赫瑞瓦特大学，并获得美国明尼苏达大学博士学位。他已经在岩石力学与工程度过了他职业生涯，归于民用、采矿和环境工程之例，涉及咨询、研究、教学和出版方面，他被授予理学博士以表彰对科学的贡献。除了创作许多科学论文，他还编辑了1933年的五册《岩石工程综合》，目前参与编辑Mining Sciences杂志与Mining Sciences杂志。
从1983到现在，Hudson教授作为读者和教授一直隶属于英国皇家理工大学。他也是一位岩土工程顾问，积极从事工程岩石力学原理和技术，在世界各地的相关工程实践中的应用。在1998，他被选为英国皇家工程院院士。
John P. Harrison
工程岩石力学高级讲师，英国皇家理工大学医学技术学，英国
John A. Hudson FREng
工程岩石力学教授，英国皇家理工大学医学技术学，英国
帕加蒙出版社
问答3.1-3.10
应力
3.1如何用岩石单元的应力分量（正应力和剪切应力）描述应力状态。此外，显示如何将这些元素记录在应力矩阵。这一行应力矩阵的组成部分有什么共同之处？在应力矩阵的列中的组件有什么共同之处？
3.2什么情况下一个矩阵是对称的？为什么应力矩阵会有对称的数值？
3.3解释标量，矢量和张量之间的差异。为什么应力是张量？
3.4如何用正应力和剪应力绘制莫尔圆？
3.5主应力面是什么？什么是主应力？
3.6如何解释以下的应力状态：单轴应力，双轴应力，应力三轴，多轴应力，纯剪切应力，静水应力？
3.7说明如何添加两个张量，因此如何计算n个应力状态的平均值。如何计算给定了主应力及其方向的n个应力状态的平均值？
3.8什么是第一，第二和第三个应力不变量？
3.9通过考虑3.1的答案中应力分量的变化率，建立平衡的X，Y和Z方向上的力，因此写下的微分形式的一个元素单元的三个平衡方程。
3.10在所有表面上给出单元体的一个正应力和两个剪切应力，它始终是可能的。
问题4.1-4.10
原岩应力
4.1目前还没有国际公认的术语词描述岩体的应力状态。用一句话描述下列术语的含义：
自然应力 热应力 诱导应力 古应力 重力应力 近场应力 构造应力 远场应力 残余应力 局部应力
4.2补充剩下的二维岩石应力状态，并找到主应力及产生的应力状态方向。
4.3采用标准液压应力测量法和水压致裂法，美国矿业局标准和澳大利亚联邦解学与工业研究组织标准，需要多少次实验才能确定岩石的三围应力状态？（假设在试验现场附近应力场是恒定的）
4.4三维液压实验测试已在彼此接近的轴线下倾7度的长直隧道完成了。测量位置约地表250米以下，它是假定液压实验在相同的应力场。
问题5.1-5.10
应变理论与弹性理论
5.1第一应力不变量和第一应变不变量的含义是什么？
5.2力平衡微分方程是问题3.9的内容。位移和应变的等效方程是相容性方程：这些方程确保正常和剪切应变是兼容的，因此没有孔、眼或其他不连续性出现在形变过程。证明，下面的相容性方程是有效的：
5.3绘制应变莫尔圆，标出两轴上的应变量，如何绘制一个二维应力状态与主应变的位置E1和E2。
5.4证明为什么各向同性材料的剪切模量，杨氏模量和泊松比是用G =E/2(1 v)相关联的。为什么这个方程适用于各向同性材料，但不适用于各向异性材料？解释为什么确定横向各向同性材料应力状态需要五个弹性常数不是六个。
5.5（A）从应变矩阵中如何发现特定方向的应变？阐明如何用应变计环估算一个点的应变状态，以及这个点的位置？
（B）假设应变应变环测量公式中，偏于X轴的角度，确定主应变和方向，然后使用弹性常数值E = 150 G Pa 和 V = 0.30来计算理论主应变及其方向。
问题6.1-6.10
岩块
6.1预测试样在单轴压缩试验过程中的体积变化，并画出体积应变与轴向应变的变化图。当曲线表现出明显的梯度变化时，样品的物理变化进程是什么样的？
6.2单轴压缩试验失败时，什么原因使岩石破裂？是当压力达到一定值还是因为当应变达到一定值时？或是其他参数达到某一临界值，如单位体积的能量输入，或单位体积微裂纹密度？
6.3莫尔库伦线性几何理论是从大量相关强度参数之间推出来的。是从内摩擦的内聚力和角度推导出的岩石单轴抗压强度的表达式。
6.4莫尔库伦理论在张力界限上对材料的最大单轴抗拉强度有明确限制。根据最大单轴抗拉强度莫尔圆，用和 可以确定这个拉伸强度极限。
6.5有一个企业由于之前的一个方案而被质疑，从而被委托现场勘查工程做岩石强度测试。在第一次单轴压缩测验中，仪器不能检测到横向载荷的峰值，但是技术人员确实记录了试样偏离20°出现了一条裂痕。在随后的三轴试验，在轴向应力施加之前，随围压的增加，围压在霍克系数为85 MPa时试样过早出现裂隙。
在这些结果的基础上，提出了一个岩石破坏准则。
问题7.1-7.10
裂隙和半球设计
7.1 134米的钻孔岩芯整体RQD（岩石质量指标）为58%。
（A）计算岩芯的总数，及所有大于0.1米的岩芯的总长度。
（B）有多少岩芯长度大于0.2米，他们的平均长度是多少？
7.2基于128个裂缝间距值，得到平均间距为0.215米，有80%可信度认为它是整个范围内的平均裂缝间距。在误差不超过的，有90%和95%可信度情况下，分别可认为平均裂隙间距值为多大？
7.3 砂岩岩体在垂直方向上的平均断裂频率为1.22 ，共500个3米长的锚杆必须垂直稳定地安装在这种岩体地下洞室顶板。你需要多少锚杆：
无裂隙：
少于三条裂隙；
四条裂隙及以上
如果50%锚杆至少有3条裂隙，换言之将第四条裂隙加入岩块里，你需要多多长的锚杆？
7.4在现场调查中发现了一个方向为234/56的故障平面。仔细观察发现，它的表面有从西北走向线测量有78°的斜线。求这条划线的倾向和倾角。
8.1-8.10 岩体
8.1对于一个简单的沉积岩块，其中唯一有有影响的裂隙是顺层结构面，岩石的弹性模量可以由两个完整的岩石和碎裂岩石的位移得出，注意，岩体可以包括多个层面，每一个层面包含不同频率的顺层结构面。
无断裂的岩层。首先考虑有N个完整岩层的案例，每个岩层厚度为，弹性模量为。根据施加应力的岩层在某个方向的总位移（总应变）得到复合材料的弹性模量的表达式。假定相邻单元之间的接触面没有机械效应，用和写出表达式。
平面断层。现在考虑每个层面都有一些平行于地层边界的结构面的情况。每个层面的裂隙数都是一定的-——层面i有个裂隙。同样的，每个层面的形变模量（应力与应变）确定即单位i的形变模量为。用、、、表示出。
8.2对于有裂隙岩层和无裂隙岩层的几何结构子问题8.1中描述过了，用剪应力r,及参数、、、表示复合岩体的剪切模量。
8.3 当施加的压力并不像8.1、8.2中一样垂直于裂隙，用破碎带的刚度和柔度来转换应力分量得到岩体变形模量，这导致了岩体模量的规范(Wei ，Hudson, 1986)
9.1-9.10
渗透性
9.1水通过系列不同的10米水头差横断面需要多久：
（a）5米长度的完整的花岗岩，具有各向同性的水力传导系数， K=1times;米/秒，
(b) 通过5 米长各向同性的可渗有缝灰岩，系数为1米/秒。
9.2对平行的裂缝阵列，Hoek 和Bray在1977年给了在平行结构面方向上的的水力传导系数方程，是裂隙数量，是重力加速度，是裂隙孔径，是流体运动粘度系数。
对于一个裂隙频率为每米一条河裂隙孔径为0.01米的岩块，水力传导系数为
- 一个每米10条裂隙，裂隙孔径为1米的岩石，他的水力传导系数是多少？
- 这两种的岩石水力传导系数差异的主要因素是什么？
9.3 在9.2中适用到液压孔径。对于平面和平行的两个平面的裂缝，这个孔是垂直距离。
（a）当裂隙表面粗糙时，解释裂隙孔径的意义。
（b）你认为一个裂隙的机械孔径和液压孔径是相同的值吗？如果不是，哪个更大？
9.4什么是透射系数？
10.1-10.10
各向异性和不均匀性
10.1对找岩体的照片（见图q10.1），识别样本岩体是不连续性、不均匀性、各向异性和非弹性多于连续、均匀、各向同性、线弹性。
10.2参考图q10.1照片，解释为什么不均匀性和各向异性可以并存。
10.3以下数据对是点荷载强度（PL）和单轴抗压强度（UCS）对应于一个特定的岩石类型的值。
我们希望将这些强度值以或者的形式关联起来。以最佳独立变量为基础，上面哪一个合适？并求出常熟变量数值（a、b或者c、d）
10.4想象一下，在伦敦皇家理工大学的岩石力学实验室，一个确定完整岩石拉伸强度的新的指标测试正在进行。该试验包括用高强度粘合剂将钢棒粘在试样表面，然后测量将一
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