岩石力学与工程岩体力学性质

《岩石力学与工程岩体力学性质》由会员分享，可在线阅读，更多相关《岩石力学与工程岩体力学性质（60页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、2022-7-211 由结构面彼此组合将岩体切割而成形态不一，由结构面彼此组合将岩体切割而成形态不一，大小不等和成分各异的岩石块体。大小不等和成分各异的岩石块体。坚硬结构面结构面软弱结构面岩体结构单元块状结构体结构体板状结构体2022-7-2122022-7-213结构体力学性质：通过结构体的力学性质来表征，在某种情况下，它具有控制作用。结构面力学性质：当结构体强度很高时，主要由结构面的力学性质决定。岩体结构效应：主要表现在岩体的爬坡角效应、尺寸效应及各向异性效应。影响因素影响岩体的承载能力，围压越大，其承载能力越高。地应力 影响岩体的变形和破坏机制，岩石由脆性破坏变为塑性破坏。影响岩体中的应

2、力传播的法则，使不连续变形转化为连续变形。赋存环境：地下水：影响岩体的变形、破坏和稳定性。地温2022-7-2142022-7-215 卸荷裂隙风化裂隙次生结构面劈理节理断层构造结构面变质结构面沉积结构面岩浆结构面原生结构面按成因分类2.按结构面切割程度或结构体类型分类按结构面切割程度或结构体类型分类块状结构体块裂结构级岩体结构板状结构体板裂结构结构面贯通切割碎裂结构级岩体结构 结构面断续切割断续结构无显结构面切割完整结构过渡性岩体结构：软硬结构面混杂、结构面无序状排列散体结构2022-7-216 级序结构类型划分依据亚类划分依据1块裂结构多数软弱结构面切割，块状结构体块状块裂结构原生岩体结构

3、呈块状层状块裂结构原生岩体结构呈层状2板裂结构一组软弱结构面切割，板状结构体块状板裂结构原生岩体结构呈块状层状板裂结构原生岩体结构呈层状1完整结构无明显结构面切割块状完整结构原生岩体结构呈块状板状完整结构原生岩体结构呈层状2断续结构显结构面断续切割块状断续结构原生岩体结构呈块状层状断续结构原生岩体结构呈层状3碎裂结构坚硬结构面贯通切割，结构体为块状块状碎裂结构原生岩体结构呈块状层状碎裂结构原生岩体结构呈层状过度型散体结构软硬结构面混杂、无序排列切割碎屑状散体结构原生岩体结构特征已消失糜棱化散体结构原生岩体结构特征已消失2022-7-217压力愈合完整结构岩体：多半是碎裂结构岩体中结构面被后生作

4、用愈合而成。胶结愈合块裂结构岩体：是多组或至少有一组软弱结构面切割及坚硬结构面参与切割的岩体结构。板裂结构岩体：主要发育于经过褶皱作用的层状岩体内，受一种软弱结构面切岩体结构 割，结构体呈板状。碎裂结构岩体：切割岩体的结构面是有规律的，主要为原生结构面及构造结构面。其结构体块度较大且较均匀。断续结构岩体：是显结构面不连续，对岩体切而不断，形不成独立的结构体。构造型散体结构岩体：其结构面无序分布，结构面既有软弱的也有坚硬的风化型2022-7-2181.结构面的产状对岩体是否沿某一结构面滑动结构面的产状对岩体是否沿某一结构面滑动起控制作用。起控制作用。2.结构面形态决定结构面抗滑力的大小，当结结构

5、面形态决定结构面抗滑力的大小，当结构面的粗糙度越高，其抗滑力就越大。构面的粗糙度越高，其抗滑力就越大。3.结构面的延展尺度在工程岩体范围内，延展结构面的延展尺度在工程岩体范围内，延展尺度大的结构面，完全控制了岩体的强度。尺度大的结构面，完全控制了岩体的强度。2022-7-2192022-7-21101.裂隙度裂隙度（1）定义定义 裂隙度裂隙度K是指沿着取样线方向，单位长度上节理是指沿着取样线方向，单位长度上节理的数量。的数量。（2）计算计算1）设某节理取样线长度为设某节理取样线长度为L，沿，沿L内出现节理的数内出现节理的数量为量为n，则，则 2）沿取样方向节理的平均间距）沿取样方向节理的平均间

6、距d为为LnK nLKd12022-7-2111eXAaXe1eX0eX10eXnaaa,.,21eXAaaaXne.21a2022-7-21122022-7-2113nntnnnsmaxmaxts,（4-2）2022-7-21142022-7-21152max000maxnnnnKnKKK0nK（4-3）4.1984年，班迪斯提出双曲线形关系式年，班迪斯提出双曲线形关系式法向应力：法向应力：法向刚度：法向刚度：nnnba（4-4）21nnnnbaK（4-5）2022-7-21172022-7-21182.古德曼将剪切变形曲线从形式上分为：古德曼将剪切变形曲线从形式上分为：1）峰前应力上升的弹

7、性区；）峰前应力上升的弹性区；2）剪应力峰值区；）剪应力峰值区；3）峰后应力降低或恒应力的塑性区。）峰后应力降低或恒应力的塑性区。3.结构面在剪切中的力学过程结构面在剪切中的力学过程 结构面微凸体的弹性变形、劈裂、磨粒的产结构面微凸体的弹性变形、劈裂、磨粒的产生与迁移、结构面的相对错动等，但是剪切生与迁移、结构面的相对错动等，但是剪切变形不管在那个过程中，剪切变形是不可完变形不管在那个过程中，剪切变形是不可完全恢复的。全恢复的。2022-7-21192022-7-21204.剪切刚度剪切刚度 将将“弹性区弹性区”单位变形内的应力梯度称为剪单位变形内的应力梯度称为剪切刚度切刚度Kt。5.古德曼法

8、，剪切刚度古德曼法，剪切刚度 可以由下式表示：可以由下式表示：式中，式中，是初始剪切刚度，是初始剪切刚度，是产生最大剪是产生最大剪切位移时的剪应力渐进值。切位移时的剪应力渐进值。tKsttKK100tKs（4-6）2022-7-21212022-7-21221.结构面抗剪强度一般可以用库仑公式描述：结构面抗剪强度一般可以用库仑公式描述：式中式中 分别是结构面上的粘结力和摩擦角，分别是结构面上的粘结力和摩擦角，是岩石平坦表面基本摩擦角，是岩石平坦表面基本摩擦角，是结构面上凸台斜坡角。是结构面上凸台斜坡角。是作用在结构面上的法向应力。是作用在结构面上的法向应力。tannc,cnb（4-7）bii2

9、022-7-21232022-7-21242022-7-2125bnJCSJRClg)(tanJCSbJRC0JRCbtan（4-8）2022-7-2126矿物组分和含水程度。矿物组分和含水程度。4.含水性因素含水性因素2022-7-21272022-7-2128pwpppwww(a)(b)(c)(d)图图4-13 岩体压缩岩体压缩变形曲线类型示意变形曲线类型示意（a）直线型；（）直线型；（b）上凹型；（）上凹型；（c）上凸型；（）上凸型；（d）复合型）复合型 二、岩体剪切变形特征二、岩体剪切变形特征2022-7-21292022-7-21302022-7-21312022-7-2133202

10、2-7-2134A2022-7-2135,E2022-7-21362022-7-21372022-7-21382022-7-2139sin1cos2CScctSS121812022-7-21402022-7-21414.当加载达到岩体峰值强度后，岩体出现破坏，当加载达到岩体峰值强度后，岩体出现破坏，其破坏过程一般呈柔性破坏特征，应力下降比其破坏过程一般呈柔性破坏特征，应力下降比较缓慢，岩体越破碎，应力降越小，表现出的较缓慢，岩体越破碎，应力降越小，表现出的脆性也越低；脆性也越低；5.从破坏后曲线来看，岩石破坏后并非完全失去从破坏后曲线来看，岩石破坏后并非完全失去承载能力，而是保持一个较小的数值

11、。也就是承载能力，而是保持一个较小的数值。也就是说，试件完全破坏经过较大变形后，应力下降说，试件完全破坏经过较大变形后，应力下降到一定值之后便保持为常数，此时对应的应力到一定值之后便保持为常数，此时对应的应力为岩体的残余强度。为岩体的残余强度。2022-7-21422022-7-21432022-7-2144应力；是岩体永久变形(残余变形)的应变；是岩体弹性变形的应变。ba0EbaE0ab2022-7-21452022-7-21462022-7-21472022-7-21482sin)(212cos)(21)(21313131wwctan4.沿结构面沿结构面AB产生剪切破坏的条件：产生剪切破坏

12、的条件：5.这是上两式的综合表达式，其物理含义是：这是上两式的综合表达式，其物理含义是：当作用在岩体上的主应力值满足本方程时，当作用在岩体上的主应力值满足本方程时，结构面上的应力处于极限平衡状态。结构面上的应力处于极限平衡状态。2sin)cottan1()tan(2331wwwc2022-7-21492022-7-215021w12w2或2022-7-215712ab2022-7-2158122022-7-21592331ccsm+=13csm,03=（4-18）（4-19）cs=12022-7-2160；为为；A，B )4(212smmcmc01BccAT（4-20）2142Tmms（4-21）