岩石力学---第二章 岩体的力学性质

第五节 岩体的变形
一、岩体的应力应变曲线
1
Vmc V
V
当：At 1
AVmcVVt
VVmc
VVmc Vmc 1
结构面的配称与非配称试验：
二、结构面的剪切变形 1、结构面粗糙、无充填物的剪切变形(a)： 2、结构面含有较厚充填物的剪切变形(b)：
a
b
0
u
充填物湿度对结构面抗剪强度曲线影响很大。当充填物干燥时， 曲线b会向曲线a过渡。
胶结物厚度对岩体对强度的影响：
薄膜充填：充填物为极薄的一层矿物薄膜，强度较低。 断续充填：充填物不连续，厚度小于结构面起伏度。结构面强 度受两侧岩性及结构面形态控制。 连续充填：充填物连续，厚度略大于结构面起伏度。结构面强 度受充填物强度控制。 厚层充填：充填物厚度大，在岩体中形成软弱带。
第二节 结构面的变形特征
3、充填结构面抗剪强度
当结构面中充填有某种软弱物质时，随着充填厚度的增大， 结构面的抗剪强度显著下降，一旦充填物厚度超过结构面表面 起伏幅值时，则结构面抗剪强度由充填物的厚度缩控制。
第四节 结构面的Leabharlann Baidu学效应
一、单结构面力学效应
1 2121 213co 2 s
1213sin2
结构面抗剪强度符合库仑准则：
岩石力学---第二章 岩体的力学性质
二、结构面的分类
①按工程尺寸的分类
结构面的绝对分类
结构面的相对分类
②按力学观点的分类
三、结构面的状态
结构面的产状、形态、延展尺度、密集程度以及结构面的 接触类型、胶结、充填情况是影响岩体强度和稳定性的重要因 素。
①结构面的产状：对岩体是否沿着某一结构面滑动其控制作用。 ②结构面的形态：决定岩体沿结构面滑动时抗滑力的大小。 ③结构面的延展尺度：决定岩体的强度。 ④结构面的密集程度：决定了岩体的被切割程度，极大影响着 岩体的强度。 ⑤结构面的胶结与充填情况：对岩体的强度有很大影响。
3、结构面剪切变形理想化模型
A抗剪强度
BC
残余抗剪强度
0
u
①起始弹性段 ②应力降低段 ③残余变形段（塑性段）
高
高
低
0
u
恒刚度抗剪强度曲线
低
0
u
恒位移抗剪强度曲线
第三节 结构面的抗剪强度
一、平直结构面的抗剪强度 峰值抗剪强度
Cptgp 残余抗剪强度
C p 峰值内聚力， p 峰值内摩擦角
r tgr
Xe
a1a2an A
不同切割度对应岩体的贯通类型：
⑤结构面的接触类型、胶结与充填情况对岩体对强度的影响：
胶结物成分对岩体对强度的影响：
泥质胶结：强度最低，在脱水情况具有一定强度，遇水发生泥 化和软化，强度显著降低。 可溶盐类胶结：干燥时具有一定强度，遇水溶解，强度降低。 钙质胶结：强度较高，且不受水的影响，但在酸性水作用下， 强度降低。 铁质胶结：强度较高，但易风化，力学性能不稳定。 硅质胶结：强度高，力学性能稳定。
tgj Cj
沿结构面破坏力学条件：
1 31 2 tC gjj c t g t jg s3i2 n
当：
2
j
1
j
2
13 2
Cjctgj
13
2
sinj
sin21j
Cj
1
2
2
j
j
0
P
3
Q
2 2
O1
2 1
1
12 j 1 2 ar c1 s3 i n 2 1 C jc 3tjg sijn
2 9 0 2 j 1 2 ar c 1 s3 i2 1 n C jc 3t js g ij n
当结构面与结构面抗剪强度曲线相切时：
tg2ctgj
j
42
Cj
j 0 3
2
O1 1
111ssiinnjj 321Cjscionjsj
或
13
2Cj 3tgj 1tg2j tgj
当接触面为方形，m0.95, m随长宽比的增大而减小。
d 结构面边长，h 接触点边长; n接触点个数;
通常认为，当结构面闭合时，其弹性变形量为： 0 2
0
2md212
nEh
沃尔多夫认为，m 120.9,
故有： 0
1.8d 2
nEh
2、结构面的闭合变形
古德曼假定： ①结构面是张开的，张开的结构面没有强度； ②结构面间的压缩量有限。
结构面抗剪强度与与结构面位置关系：
1
3
0 j 45 j 90
2
例2-1 某岩石边坡由闪长岩组成，其抗剪强度指标 C40k0g/cm2,
30 , 边坡内有一结构面。结构面强度性质 Cj 20k0 g /cm 2,j 20,
结构面倾角 45,为防止下滑，而采取加固措施，使边坡获得侧 向应力 310k0g/cm2。求边坡极限抗压强度；如果结构面倾角为30 度，求极限抗压强度是增大还是减小？
一、结构面的法向变形 1、结构面弹性变形
①结构面的接触是点接触，接触点为边长为h的正方形，接触 点有n个； ②每个接触点所受的力是相等的； ③每个接触点的力学特性是相同的。
点接触荷载表面平均位移：
m1 Q 2 m d212
EA
nEh2
弹性位移， 作用于结构面上的均布载荷;
m与接触面形状有关的系数，当接触面为圆形，m0.96
二、多结构面力学效应
D
A
C
c j1
j2
j1
c j2
0
B
3
O1 1
三、内聚力为零时的结构面力学效应
1 31 2 tC gjj c t g t jg s3i2 n 1 tg
3 tg j
作业：某岩块强度符合库仑准则，C=5MPa，Φ=30°， 如果围压为10MPa，求极限抗压强度。若此时岩块内 有一节理面，该节理C=0，Φ=30°，当该节理面与水 平面的夹角为30°和75°时，问岩块和节理面是否破坏？ 若破坏，求破坏面位置。
描述结构面密集程度的基本概念
裂隙度:沿测线方向单位长度所穿过的结构面数量。
Kn L
dL n
n：节理数；L：测线长度 d ：节理平均间距
当岩体中存在多组节理时，此时裂隙度K为各组节理裂隙度之
和
KK aK b K n
切割度:表示岩体被结构面切割的程度。
Xe
a A
a：结构面面积；A：假想断面面积
当岩体中存在多组结构面时，此时切割度为：
r 残余内摩擦角
若结构面间有水存在：
C u t g
u 结构面间水压
内摩擦角p（ 或r）
C内聚力C（ p或0）
二、粗糙结构面的抗剪强度
抗剪强度
N
T
T
t g bi
N
b 基本摩擦角， i 结构面爬坡角
粗糙结构面抗剪强度理想曲线
B
A
视内聚力 C
i b
0
T
C T tg b i tg b