5 结构面的变形与强度性质(中国地质大学)
结构面的变形与强度性质
在实际工程中，需要综合考虑结构面的变形和强度性质，合 理设计工程结构以确保其安全性和稳定性。同时，还需要通 过试验和数值模拟等手段深入研究结构面变形与强度的相互 作用机理，为工程实践提供科学依据。
PART 04
结构面稳定性评价
稳定性评价方法
极限平衡法
通过计算结构面上的抗滑力与下滑力之比，即安全系数，来评价结构面的稳定性。该方法 简单易行，但忽略了结构面的变形和强度性质的非线性特征。
地质环境
描述工程所在地的地形地 貌、地层岩性、地质构造、 水文地质条件等。
结构面发育情况
阐述工程影响范围内结构 面的类型、规模、产状、 组合特征等。
结构面变形与强度性质分析
结构面变形性质
01
分析结构面在受力作用下的变形特征，如弹性变形、塑性变形、
蠕变等。
结构面强度性质
02
探讨结构面的抗剪强度、抗拉强度、抗压强度等力学性质。
影响因素
结构面的强度性质受多种因素影响，如岩性、结构面形态、充填物性质、含水状态、温度等。其中， 岩性和结构面形态是影响结构面强度的内在因素，而充填物性质、含水状态和温度等则是外在因素。 这些因素共同作用，导致结构面强度性质的复杂性和多变性。
PART 03法向刚度和 剪切刚度发生变化，从而影响其
分类
根据结构面的成因、形态和物质组成 等特征，可将其分为原生结构面、构 造结构面和次生结构面三类。不同类 别的结构面具有不同的强度性质。
强度测试方法
直接剪切试验
通过模拟结构面上的剪切作用，测定结 构面的抗剪强度。该方法简单易行，但 难以反映结构面的真实受力状态。
拉伸试验
通过拉伸作用测定结构面的抗拉强度。 由于拉伸试验难以实现，因此实际应 用较少。
中国地质大学网络教育《岩体力学》期末考试及答案
中国地质大学网络教育《岩体力学》期末考试及答案多选题1. 根据破裂面的力学成因，可以把结构面分为_______。
(4分)(A) 粗糙结构面(B) 光滑结构面(C) 剪性结构面(D) 张性结构面参考答案：C,D2. 结构面的连续性常用_______来表示。
(4分)(A) 隙宽(B) 线连续性系数(C) 迹长(D) 面连续性系数参考答案：B,C,D3. 结构面的形态可以由_______等方面进行研究。
(4分)(A) 侧壁的起伏形态(B) 粗糙度(C) 间距(D) 岩性参考答案：A,B4. 表示岩块的风化程度的定量指标主要有_______等。
(4分)(A) 风化空隙率指标(B) 含水率(C) 波速指标(D) 结构面间距参考答案：A,C5. 根据地质成因的不同，可以把结构面分为 _______ 。
(4分)(A) 原生结构面(B) 褶皱结构面(C) 构造结构面(D) 次生结构面参考答案：A,C,D6. 岩块风化程度的定性指标主要有_______等。
(4分)(A) 颜色(B) 破碎程度(C) 破碎程度(D) 开挖锤击技术特征参考答案：A,B,C,D7. 岩体力学研究中主要方法有_______。
(4分)(A) 工程地质研究法(B) 试验法(C) 数学力学分析法(D) 综合分析法参考答案：A,B,C,D8. 岩体是指地质历史过程中形成的，由_______组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。
(4分)(A) 碎石土(B) 岩块(C) 气体(D) 结构面网络参考答案：B,D判断题9. 岩体是指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。
(4分)正确错误参考答案：错误解题思路：10. 微结构面是指存在于矿物颗粒之间内部或颗粒间的软弱面或缺陷，包括矿物节理.晶格缺陷.粒间空隙等。
(4分)正确错误参考答案：正确解题思路：11. 质量损失率是指岩冻融试验前后干质量之差与试验后干质量之比，用百分数表示。
第三章 结构面
r
j
t
2) 结构面的卸荷刚度比岩块的加载刚度大。
卸载变形特征： 3)随着循环次数的增加, n j 曲线逐渐变陡， V 且整体向左移。
未 风 化 结 构 面
中 风 化 结 构 面
4) 每次循环荷载所得的
曲线形状十分相似，且 其特征与加荷方式及其 受力历史无关。
循环荷载条件下结构面的 j 曲线 n V
结构面的法向加载变形特征
30
2) 初始压缩阶段,含结构面的岩块变形 20 主要由结构面闭合造成。试验表明,当 15 10 n 1MPa 时, t r 5 ~ 30,结构面的 ΔV ΔV V V 5 变形占很大部分。其大小还取决于结构 面的类型及其风化变质程度等因素。 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Vm j V
含结构面岩块 压缩试验求解
K ni Kn n 2 1 Vni + n K m
班迪斯经验方程求解：K ni ,Vm
JCS 岩壁 K ni 7.15 +1.75 JRC +0.02 强度 e D 结构面粗 JCS 糙度系数 Vm A +B( JRC ) +C e
A1
结构面 A2 3 锚固点 压力传感器 变形传感器 参考点
σn(MPa) 12 Δσ 10
多点位移计
An
8
6 4 2 0
A22
A11
Kn i +1 V Vi V
ni +1 ni n
500
ΔVi+1 ΔVi
1000
t
n
与试验曲线的比较:本曲线起点不 在原点,而试验曲线起点在原点。 σi 适用性：较适合于具有一定滑错 0 ΔVj Vm 位移的非嵌合性结构面的法向变 结构面法向变形曲线(Goodman方程 形特征。
中国地质大学---构造地质学 05应变分析基础
第五讲变形岩石的应变分析基础一、变形和位移1.1变形处于地壳和岩石圈中的任何地质体，受到力作用而会发生变形。
变形—是指地质体（物体）初始形状、方位或位置发生了改变。
1.2 位移位移是指地质体（物体）及其内部各质点初始位置的改变，是通过物体内各质点的初始位置和终止位置的变化来表达的。
质点的初始位置和终止位置的连线叫位移矢量。
这条线只代表位移的最终结果，而不代表位移的实际路径。
1.3 位移方式四种方式:平移——（图示）旋转——形变——体变——平移：变形前后质点位置的平行移动旋转：变形前后物质线方位的改变形变：变形前后物体形状的改变体变：变形前后物体体积的改变二、应变应变——是指变形前后物体的形状、大小或物质线方位的改变量。
2.2 平方长度比λ指变形前后线段长度比的平方，一般用λ表示：λ=(L 1/ L 0)2=(1+ e)2（2）即：γ=tanϕ（3）并约定：逆时针方向旋转的剪应变为正值、顺时针方向旋转的剪应变为负值。
三、均匀应变和非均匀应变3.1 均匀应变变形物体内各点的应变特征相同。
3.2 非均匀应变变形物体内各点的应变特征发生不同的变化。
四、连续变形和不连续变形如果物体内从一点到另一点的应变状态是逐渐改变的，则称为连续变形；如果是突然改变的，则应变是不连续的，称为不连续变形。
例如物体的两部分之间发生了断裂。
五、应变椭球体5.1概念单位圆球体经均匀应变变成的椭球体称为应变椭球体。
从数学上可以证明和推导出，由单位圆球变成的应变椭球有三个互相垂直的主轴，沿主轴方向只有线应变而没有剪应变。
这三个主轴分别以X、Y、Z或A、B、C表示，并分别代表应变椭球体的最大、中间和最小应变主轴。
包含应变椭球体的任意两个应变主轴的平面称为应变主平面。
分别以XY、XZ、YZ或AB、AC、BC三个平面表示。
5.2应变椭球体的类型：Flinn图解应变椭球体的形态及其类型可用图解来表示，其中Flinn图解是常用的。
在该图解中：a=X/Y=(1+e1)/(1+e2)（4）b=Y/Z=(1+e2)/(1+e3)（5）K=tan =(a－1)/(b－1)（6）图解中P点的K值代表任意一点的应变椭球体状态，P点与坐标原点（1，1）之间的距离d反映了应变椭球体的应变强度。
中国地质大学(武汉)工程地质学基础考研真题分章总结
一：绪论1.工程地质（学）：地质学的分支学科，属于应用地质学范畴。
它是一门研究与工程建设的地质问题，为工程建设服务的科学。
2.工程地质条件：与工程建筑有关的地质要素的综合，包括：地形地貌、岩土类型及其工程性质、地质结构、水文地质、工程动力地质作用和天然建筑材料六个方面。
3.工程地质问题：工程建筑物与工程地质条件之间的矛盾或问题。
如：地基沉降、水库渗漏等。
4.（名词解释仍答上面的）工程地质问题：工程建筑物与工程地质条件之间所存在的矛盾或问题。
对于场地工程地质条件不同，建筑物内容不同，所出现的工程地质问题也各不相同：岩土工程：地基承载力、沉降、基坑边坡问题、地下洞室稳定性问题。
矿山开采：边坡稳定性、基坑突水、矿坑稳定.水利水电工程：渗透变形、水库渗漏、斜坡稳定性、坝体抗滑稳定性。
5.不良地质现象：对工程建设不利或有不良影响的动力地质现象。
泛指由地球外动力作用为主引起的各种地质现象，如：崩塌，滑坡，泥石流，岩溶，土洞，河流冲刷，渗透变形等。
6.地质灾害：是指在地球的发展演化过程中，由各种自然地质作用和人类活动所形成的灾害性地质事件。
7.工程地质研究方法：自然历史分析法（定性），数学力学分析法（定量），模型模拟试验法（定量），工程地质类比法（既可定性，亦可定量）。
其中自然历史分析法是最重要，最根本的方法，是其他研究方法的基础。
8.工程地质类比法：工程地质研究的常用方法，通过场地内的工程地质条件与地质分析（主要指分析以前类似的）相结合进行对工程问题的分析及解答方法。
主要用于定性评价，有时也可以用于半定量评价，是将已建建筑物工程地质问题的评价经验用到自然地质条件与之大体相似的拟建建筑物中去的方法。
9.岩石力学、土力学与工程地质学有何关系？岩石力学和土力学与工程地质学有着十分密切的关系，工程地质学中的大量计算问题，实际上就是岩石力学和土力学中所研究课题，因此在广义的工程地质学概念中，甚至将岩石力学、土力学也包含进去。
岩体结构面的力学、变形性质
1.两种类型 A.粗糙结构面（无充填物），
剪应力上升较快，当剪应 力达到峰值后抗剪能力下 降较大，并产生不规则的 峰后变形或滞滑现象。 B.平坦结构面（有充填物）， 初始阶段剪切变形曲线斜 率逐渐减小，曲线没有明 显的峰值出现，最后恒定
软弱有充填物塑性变形无明显的峰值应力降风化结构面峰值位移变大剪切刚度变小随法向应力减小剪切规模增大剪切刚度减小3232结构面的力学性质结构面的力学性质剪切变形剪切过程中产生的法向移动分量
3.2 结构面的力学性质
1结构面法向变形与刚度 2结构面切向变形与刚度 3结构面的抗剪强度
3.2 结构面的力学性质(法向变形)
尺寸效应减小。
3.2 结构面的力学性质
五、充填物对结构面力学性质影响
1、随夹层厚度增大，强度迅速降低； 2、随夹层颗粒增大，强度增大，但超过30mm以后
变化不大； 3、随含水量增加，使粘结力和摩擦力下降，强度下降 4、泥化夹层的影响，时效性，恒定荷载下产生蠕变。
3.3 岩体的变形特征
1岩体受压变形性质 2岩体受剪变形性质 3岩体各向异性特征
岩体的水力学性质
渗流的特点：
取决于岩体结构面和岩块的性质； 岩体渗流以裂隙导水，微裂隙和岩石孔隙水为特色； 岩体的裂隙网络渗流具有定向性； 岩体一般可以看成非连续介质（对于密集裂隙可以看
成等校连续介质） 岩体的渗流具有非均质性和各项异性； 一般符合达西定律； 受到应力场的影响显著； 在裂隙交叉处具有“偏流效应”，偏向宽大裂隙的一
4.剪胀: 剪切过程中产生的法向移动分量.
①岩石强度高，凸台角i小，法向力N小，发生剪胀现象(b) ②岩石强度低，凸台角i大，法向力N大，发生剪断现象(c)
岩体力学课后思考题
绪论1、何谓岩体力学？它的研究对象是什么？是力学的一个分支学科,是研究岩体在各种力场作用下的变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学,是一门应用型基础学科。
研究对象是各类岩体。
2、岩体力学的研究内容和研究方法是什么？内容:○1岩块、岩体地质特征。
○2岩石的物理、水理与热学性质。
○3岩块的基本力学性质。
○4结构面力学性质。
○5岩体力学性质。
○6岩体中天然应力分布规律及其测量的理论与方法。
○7边坡岩体、地基岩体及地下洞室围岩等工程岩体的稳定性。
○8岩体性质的改善与加固技术。
○9各种新技术、新方法与新理论在岩体力学中的应用。
○10工程岩体的模型、模拟试验及原位监测技术。
方法：○1工程地质研究法。
○2试验法。
○3数学力学分析法。
○4综合分析法。
一、岩体地质与结构特征1、何谓岩块、岩体？试比较岩块与岩体，岩体与土有何异同点？岩块是指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。
岩体是指在地质历史过程中形成的，由岩石单元体和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。
岩块岩体都是由岩石组成，但岩体包含若干不连续结构面，岩块不含显著结构面。
岩块是岩体的组成物质，岩体是岩块和结构面的统一体。
岩石露在地表部分被风化和淋滤后形成的不溶于水的物质，残留在原地的形成土。
矿物，岩石，岩体都可以形成土。
组成岩体的岩石的矿物颗粒间具有牢固的连接而土没有。
2、岩石的矿物组成是怎样影响岩块的力学性质的？岩石是天然产出的具稳定外型的矿物或玻璃集合体，按照一定的方式结合而成。
力学性质主要取决于组成岩块的矿物成分及其相对含量。
矿物硬度大则强度大，反之则小。
3、何谓岩块的结构？它是怎样影响岩块的力学性质的？岩块的结构是指岩石内矿物颗粒的大小、形式和排列方式及微结构面发育情况与粒间连接方式等反应在岩块构成上的特征。
力学性质主要取决于矿物颗粒连接及微结构面的发育特征。
4、为什么说基性岩和超基性岩最容易风化？可能与其二氧化硅的含量有关。
岩体力学第五章 结构面的变形与强度性质
Δ Ｖｔ
Δ Ｖｒ
Δ Ｖｊ
应力-变形关系曲线
A B
应力-变形关系曲线特征
• 开始时随着法向应力增加， 结构面闭合变形迅速增长。当σ ｎ增到一定值时，σ ｎΔ Ｖｔ曲线变陡，并与σ ｎ-Δ Ｖｒ曲线大致平行。说明 结构面已基本上完全闭合，其变形主要是岩块变形贡献 的。这时Δ Ｖｊ则趋于结构面最大闭合量Ｖｍ。
• 初始压缩阶段，含结构面的岩块变形Δ Ｖｔ主要由结构 面闭合造成。试验表明，当σ ｎ＝１ＭＰａ时， Δ Ｖｔ ／ Δ Ｖｒ可达５～３０，说明Δ Ｖj占了很大一部分。 • 法向应力σ ｎ大约从σ ｃ/3处开始，含结构面的岩块变 形由以结构面的闭合为主转为以岩块的弹性变形为主。
应力-变形关系曲线特征
（2）经验估算
由Bandis 方程估算
n
V j
K niVm V j Vm V j
K niVm n
nVm
Kn
n K ni ( V j ) (1 V j Vm ) 2
Kn
K ni n 1 K niVm n
n
当 n 时, V j Vm b a Vm
K ni n V j 1 a (1 b aV j ) 2 V j 0 1 a V j 0
a 1 K ni
n
K niVm V j 较适合于未经滑错位移的嵌 Vm V j
第五章 结构面的变形与强度性质
岩体中存在大量断层、节理等结构面，它是工程岩体区别 于深部岩体和其它工程材料的显著标志之一。在工程实践 中，我们发现工程岩体的失稳破坏有相当一部分是沿着松 软结构面破坏的，因此，结构面的存在不仅影响岩体的变 形与强度性质，而且还控制着岩体的变形与破坏机理。所 以，结构面力学性质的研究是岩体力学研究中的重要内容 之一。
中国地质大学网络教育《岩体力学》期末考试及答案
中国地质大学网络教育《岩体力学》期末考试及答案多选题1. 根据破裂面的力学成因，可以把结构面分为_______。
(4分)(A) 粗糙结构面(B) 光滑结构面(C) 剪性结构面(D) 张性结构面参考答案：C,D2. 结构面的连续性常用_______来表示。
(4分)(A) 隙宽(B) 线连续性系数(C) 迹长(D) 面连续性系数参考答案：B,C,D3. 结构面的形态可以由_______等方面进行研究。
(4分)(A) 侧壁的起伏形态(B) 粗糙度(C) 间距(D) 岩性参考答案：A,B4. 表示岩块的风化程度的定量指标主要有_______等。
(4分)(A) 风化空隙率指标(B) 含水率(C) 波速指标(D) 结构面间距参考答案：A,C5. 根据地质成因的不同，可以把结构面分为 _______ 。
(4分)(A) 原生结构面(B) 褶皱结构面(C) 构造结构面(D) 次生结构面参考答案：A,C,D6. 岩块风化程度的定性指标主要有_______等。
(4分)(A) 颜色(B) 破碎程度(C) 破碎程度(D) 开挖锤击技术特征参考答案：A,B,C,D7. 岩体力学研究中主要方法有_______。
(4分)(A) 工程地质研究法(B) 试验法(C) 数学力学分析法(D) 综合分析法参考答案：A,B,C,D8. 岩体是指地质历史过程中形成的，由_______组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。
(4分)(A) 碎石土(B) 岩块(C) 气体(D) 结构面网络参考答案：B,D判断题9. 岩体是指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。
(4分)正确错误参考答案：错误解题思路：10. 微结构面是指存在于矿物颗粒之间内部或颗粒间的软弱面或缺陷，包括矿物节理.晶格缺陷.粒间空隙等。
(4分)正确错误参考答案：正确解题思路：11. 质量损失率是指岩冻融试验前后干质量之差与试验后干质量之比，用百分数表示。
岩体力学复习重点资料..
第一章绪论岩体复杂性表现在以下几个方面：（1）不连续性（2）非均质性（3）各向异性（4）岩体中存在不同于自重应力场的天然应力场（5）岩体赋存于一定地质环境之中，岩体中的水、温度、应力场，对岩体性质有较大的影响。
第二章：岩石和岩体的地质特征岩石：矿物，岩屑的集合体。
是指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。
结构面：是指地质发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度厚度相对较小的地质界面或带。
岩体：指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。
岩石风化指标：定性指标：颜色，矿物蚀变程度，破碎程度及开挖锤击技术特征等。
定量指标：风化孔隙率指标和波速指标等。
风化系数;结构面规模：（1）Ⅰ级指大断层或区域性断层，一般延伸约数公里至数十公里以上，破碎带宽约数米至数十米乃至几百米以上。
（2）Ⅱ级指延伸长而宽度不大的区域性地质界面，百米至千米单位。
（3）Ⅲ级指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好的层面及层间错动等。
（4）Ⅳ级指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断层及较发育的片理、劈理面等。
是构成岩块的边界面，破坏岩体的完整性，影响岩体的物理力学性质及应力分布状态。
(数十厘米-米)（5）Ⅴ级又称微结构面。
常包含在岩块内，主要影响岩块的物理力学性质，控制岩块的力学性质。
结构面线密度和间距： 1、线密度(Kd)是指结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数(条／m)。
2、间距(d)则是指同一组结构面法线方向上两相邻结构面的平均距离。
RQD:岩体质量指标RQD：是长度大于10cm的岩心累计长度与回次进尺的比值。
RQD与方向有关，按地质分层计算RQD值大于20厘米为长柱状；10—20厘米为短柱状；小于1厘米为扁柱状；大于5厘米为块状；2---5厘米为碎块状；小于2厘米为碎屑状、粉末状。
岩体5种结构类型：1.整体状结构 2.块状结构 3.层状结构 4.碎裂状结构 5.散体状结构岩体工程分类的目的：通过分类，概括地反映各类工程岩体的质量好坏，预测可能出现的岩体力学问题，为工程设计，支护衬砌，建筑物选型和施工方法选择提供参数和依据。
中国地质大学(北京)岩石力学名词解释
岩石力学复习总结岩石的结构和组织特点1、岩石力学（Rock Mechanics）：研究岩体在各种不同受力状态下产生变形和破坏规律的学科。
2、矿物：存在地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物3、结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情况4、构造: 岩石组成成分的空间分布及其相互间排列关系5、岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体6、结构面：指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带7、岩块：指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体8、岩体：指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体9、岩体结构：指岩体中结构面与结构体的排列组合关系。
其包括两个基本要素，即结构面和结构体10、岩石风化：岩石长期暴露在地表之后，经受太阳辐射热、大气、水及生物等作用，使岩石结构逐渐破碎、疏松，或矿物成分发生次生变化，称为风化f岩石风化定量指标岩石的物理性质风化空隙率Iw::快速浸水后风化岩石吸入水的质量mw与干燥岩石质量mrd之比波速比kv:风化岩石纵波波速Vcp与新鲜完整岩石纵波波速vrp之比风化系数kf:风化岩石饱和单轴抗压强度与新鲜完整岩石饱和单轴抗压强度之比常见的岩石结构类型:结晶联结,胶结联结,岩石中的微结构面微结构面: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、微裂隙等重力密度：岩石单位体积（包括岩石中孔隙体积)的重量称为重力密度，通常简称为重度质量密度：岩石单位体积（包括岩石中孔隙体积)的质量称为质量密度，一般简称密度相对密度：岩石的干重量Ws除以岩石的实体积Vs（不包括岩石中孔隙体积）所得的量与1个大气压下4℃时纯水的重度γw的比值天然含水率：天然状态下岩石中水的重量与岩石烘干重量Ws的百分比，简称含水率吸水率：指干燥岩样在一个大气压和室温条件下吸入水的重量WW与岩样干重量Ws的百分比饱和吸水率：岩样在强制状态（真空、煮沸或高压）下，岩样的最大吸入水的重量Ww与岩样的烘干重量Ws的百分比渗透性：指在水压力作用下，岩石的孔隙和裂隙透过水的能力岩石的膨胀性：指岩石浸水后体积增大的性质岩石的崩解性：指岩石与水相互作用时失去粘结性并变成完全丧失强度的松散物质的性能岩石的软化性：指岩石与水相互作用时强度降低的特性岩石的抗冻性：指岩石抵抗冻融破坏的性能岩石的热容性：在岩石内部及其与外界进行热交换时，岩石吸收热能的能力，称为岩石的热容性岩石力学的性质弹性：是指在一定的应力范围内，物体受外力作用产生变形，而去除外力（卸荷）后能够立即恢复其原有的形状和尺寸大小的性质塑性：是指物体受力后，在应力超过屈服应力时仍能继续变形而不即行断裂，撤去外力（卸荷）后，变形又不能完全恢复的性质。
中国地质大学(北京)硕士研究生《机械设计》考试大纲【模板】
**大学（北京）硕士研究生《机械设计》考试大纲科目名称：机械设计代码：812一、考试性质本门课程考试的主要内容是机械设计总论、机械零件的强度、连接设计、机械传动、轴系零部件、弹簧及减速器。
注重考察考生是否已经掌握机械设计的基本理论知识与方法。
它的评价标准是使高校优秀本科毕业生能达到及格或及格以上水平。
二、考试形式与试卷结构1.答卷方式：闭卷、笔试2.答卷时间：180分钟3.题型比例：满分150分，问答题（占总分的30%－40%），选择题（占总分的10%－20%），其余题型为结构设计和计算题。
三、考查要点1.机械设计总论机器组成，设计机器的一般程序，对机器的主要要求，机械零件的设计准则、方法。
2.机械零件的强度材料的疲劳特性，机械零件的疲劳强度计算，机械零件的抗断裂强度、接触强度。
3.摩擦、磨损及润滑4.连接设计螺纹连接和螺旋传动，各类键连接和销连接，铆接、焊接、胶接和过盈连接。
5.机械传动带传动，链传动，齿轮传动，蜗杆传动。
6.轴系零、部件滑动轴承、滚动轴承、联轴器和离合器，轴。
7.其他零、部件弹簧，机座和箱体，减速器和变速器。
四、参考资料濮良贵，陈国定，吴立言主编. 《机械设计》（第九版），北京：高等教育出版社，2013.5.《土力学》或《工程地质学》（任选一门）**大学（北京）硕士研究生《土力学》考试大纲科目名称：土力学代码：813一、考试性质本门课程考试的主要内容涉及土力学的相关理论及问题。
主要考试内容包括：土的物理性质和工程分类、土的渗透性、地基的应力和变形、土的抗剪强度和地基承载力、挡土墙土压力和土坡稳定分析。
注重考察考生是否已经掌握土力学最基本的理论知识与方法。
它的评价标准是使高校优秀本科毕业生能达到及格或及格以上水平。
二、考试形式与试卷结构1.答卷方式：闭卷、笔试，部分试题允许使用计算器2.答卷时间：180分钟3.题型比例：满分150分，其中：概念题30分；选择题20分；问答题40分；计算题60分。
适用专业代码081800818Z1
适用专业代码：081803、0818Z1适用专业名称：地质工程、地质灾害科学与工程课程编号：856 课程名称：岩土力学一、考试的总体要求考察学生对岩土力学的基本知识、基本原理、常用试验方法及基本理论计算方法及其应用的掌握程度。
二、考试内容及比例考试内容包括“土力学”和“岩体力学”两部分，分值各占50%。
土力学部分（按土力学内容为100%计）1、土的物理性质及工程分类。
要求掌握土的基本物理性质指标的定义、应用及计算方法，熟悉土的工程分类。
试题比例为5-10%。
2、土的渗流与渗透特性。
要求掌握土的渗透性与渗流(包括流网)的基本原理与计算。
试题比例为10%。
4、土的有效应力原理与土中应力。
要求掌握土的有效应力原理和土中应力的计算方法。
试题比例为5-10%4、土的压缩性。
要求掌握土的压缩性指标、沉降计算方法(包括e-log p法与e-p法)及沉降与时间的关系。
试题比例为10-15%5、土的抗剪强度特性。
要求掌握Mohr-Coulomb抗剪强度理论及其计算，熟悉影响土的抗剪强度的因素及试验方法。
试题比例为10-15%6、土压力理论与计算。
要求掌握Rankine土压力理论、Coulomb土压力理论及土压力计算方法，熟悉特殊情况下土压力计算方法。
试题比例为10-15%7、土坡稳定。
熟悉土坡稳定分析的基本概念与无限边坡稳定性计算。
试题比例为5-10%8、地基承载力。
要求掌握地基承载力理论与计算方法(包括Terzaghi承载力理论、GB50007规范法)。
试题比例为10-15%岩体力学部分（按岩体力学内容为100%计）1、岩体的地质与结构特征。
要求掌握结构面的特征包括其成因类型与规模分级以及结构面特征对岩体性质的影响，熟悉岩体的工程分类。
试题比例为5-10%。
2、岩石的物理力学性质。
熟悉岩石的物理、水理性质，了解岩石的热学性质，要求掌握岩石（或岩块）的单轴和三轴压缩条件下的变形性质、岩石的蠕变性质及强度性质。
试题比例为10%。
中国地质大学复试资料岩体力学题库
一，名词解释1、岩体2、弹性3、脆性4、三轴抗压强度5、抗压强度6、抗拉强度7、抗剪强度8、莫尔强度理论9、强度判据10、稳定性系数11、蠕变12、残余强度13、天然应力14、剪切刚度15强度理论16、剪切刚度17、八面体强度理论18、极限强度19、蠕变20孔隙比21、法向刚度22、围岩应力23、软化系数24、变形模量25、几何边界条件26、长期强度27、围岩28、主应力29、主平面30、结构面31、滑坡32、塑性33、围岩抗力系数34、变形模量35、弹性模量36、动弹性模量37、天然应力38、强度曲线39、内摩擦角40、切线模量41、岩体力学42、单轴抗压强度43、重分布应力44、围岩压力45、围岩抗力46、强度47、弹性极限48、强度极限 49、脆性破坏50、渗透系数51、软化系数52、割线模量53、爬坡角54、岩石吸水率55、三轴强度56、尺寸效应57、应力集中系数58、初始模量59、抗冻系数60、岩爆61、泊松比62、强度包络线63、普氏系数64、自然平衡拱65、RQD66、格里菲斯强度理论67、单轴抗压强度68、横波69、纵波70、围岩压力71、饱和吸水率72、法向刚度二，填空1．表征岩石抗剪性能的基本指数是（）和（）。
2．如果将岩石作为弹性体看待，表征其变形性质的基本指标是（）和（）。
3．岩石在单轴压力作用下，随加荷、卸荷次数的增加，变形总量逐次（），变形增量逐次（）。
4．所谓洞室围岩一般是指洞室周围（）倍半径范围内的岩体。
5．边坡岩体中，滑移体的边界条件包括（）、（）和（）三种类型。
6．垂直于岩石层面加压时，其抗压强度（），弹性模量（）；顺层面加压时的抗压强度（），弹性模量（）。
7．莫尔强度理论认为：岩石的破坏仅与（）应力和（）应力有关，而与（）应力无关。
8．岩石在复杂应力状态下发生剪切破坏时，破坏面的法线与最大主应力之间的夹角总是等于（）的；而破坏面又总是与中间主应力（）。
9．不论何种天然应力条件下，边坡形成后，在边坡表面岩体中的最大主应力的作用方向与边坡面（），最小主应力作用方向与边坡面（）。
岩体力学 中国地质大学 贾洪彪第六章岩体的力学性质
岩体力学中国地质大学贾洪彪第六章岩体的力学性质岩体力学中国地质大学贾洪彪第六章岩体的力学性质第六章岩体力学性质第一节概述岩体的力学性质与块体有显著差异。
一般来说，岩体比块体更容易变形，其强度明显低于块体。
这种差异的根本原因在于岩体中存在不同类型和大小的结构面，这些结构面受到自然应力和地下水等环境因素的影响。
因此，在外力作用下，岩体的力学性质往往表现出非均质性、不连续性、各向异性和非弹性。
因此，在任何情况下，岩体和岩块这两个概念都不能等同。
此外，人类工程活动在岩体表面或内部进行。
因此，研究岩体的力学性质比研究岩块力学性质更重要、更具有实际意义。
岩体的力学性质一方面取决于其应力条件，另一方面也受岩体地质特征及其赋存环境条件的影响。
影响因素主要包括：构成岩体的岩石材料的性质；岩体结构面发育特征、性质及地质环境条件，特别是自然应力和地下水条件。
结构面的影响是岩体力学性质不同于块体力学性质的根本原因。
实践表明，研究岩体的变形和强度特性是岩体力学的基本任务之一。
因此，本章将主要描述岩体的变形和强度特性，并简要介绍岩体的动力和水力特性。
第二节岩体的变形性质岩体变形是评价工程岩体稳定性的重要指标，也是岩体工程设计的基本准则之一。
例如，在修建拱坝和压力隧洞时，除了研究岩体的强度外，还必须研究岩体的变形性能。
当岩体各部分的变形性能差异较大时，会在建筑结构中产生附加应力；或者，尽管岩体各部分的变形特性没有差异，但如果岩体较弱，变形抗力较差，则建筑物将产生过度变形等。
这将导致工程建筑物的破坏或不可用。
由于岩体中存在有大量的结构面，结构面中还往往有各种充填物。
因此，在受力条件改变时岩体的变形是岩块材料变形和结构变形的总和，而结构变形通常包括结构面闭合、充填物压密及结构体转动和滑动等变形。
在一般情况下，岩体的结构变形起着控制作用。
目前，岩体的变形性质主要通过原位岩体变形试验进行研究。
一、岩体变形试验及变形参数的确定原位岩体变形试验，按其原理和方法不同可分为静力法和动力法两种。
岩体力学 中国地质大学 贾洪彪第四章 岩块的变形与强度性质
第四章岩块的变形与强度性质第一节概述如第二章所述，岩体是由岩块和结构面组成的。
因此，我们研究岩体的力学性质，首先要研究岩块的力学性质。
不仅如此，在某种特定条件下，如岩体中结构面不发育，岩体呈整体状或块状结构时，岩块的变形与强度性质，往往可以近似地代替岩体的变形与强度性质；这时岩体的性质与岩块比较接近，常可通过岩块力学性质的研究外推岩体的力学性质，并解决有关岩体力学问题。
另外，岩块强度还是评价建筑材料和岩体工程分类的重要指标。
因此，开展对岩块变形与强度性质的研究，必然有助于更全面深入地了解岩体的力学性质。
岩块的力学性质研究，主要通过室内岩块试验方法进行。
根据岩块、岩体的应力 应变及时间之间关系，可将其力学属性作如下划分。
弹性(elasticity) 在一定的应力范围内，物体受外力作用产生全部变形，而去除外力(卸荷)后能够立即恢复其原有的形状和尺寸大小的性质，称为弹性。
产生的变形称为弹性变形，并把具有弹性性质的物体称为弹性介质。
弹性按其应力-应变关系又可分为两种类型：即线弹性或虎克型弹性(或称理想弹性)(图4-1(a))，应力-应变呈直线关系，以及应力应变呈非直线的非线性弹性。
实际上，理想的弹性岩体是根本不存在的。
因此，利用弹性理论解决岩体力学问题时，必须注意这种理论的应用条件，以及由于应用条件与实际岩体性状之间的差别可能造成的误差。
图4-1材料的变形性状示意图塑性(plasticity) 物体受力后产生变形，在外力去除(卸荷)后不能完全恢复原状的性质，称为塑性。
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。
当物体既有弹性变形又有塑性变形，且具有明显的弹性后效时，弹性变形和塑性变形就难以区别了。
在外力作用下只发生塑性变形，或在一定的应力范围内只发生塑性变形的物体，称为塑性介质。
理想塑性材料的应力-应变关系如图4-1(b)所示，当应力低于屈服应力σs时，材料表现为弹性，应力达到屈服应力后，变形不断增大而应力不变，应力-应变曲线呈水平直线。
第五章结构面的变形与强度性质
第五章结构面的变形与强度性质1、岩体稳定性分析和地下水渗流分析通常把岩体视为由岩块（结构体）与结构面组成的地质体。
2、岩体工程中的软弱夹层问题：如黄河小浪底水库工程左坝肩的泥化夹层；葛洲坝水利工程坝基的泥化夹层；黑河水库左坝肩单薄山梁的断层引发的渗漏问题；长江三峡自然坡中的软弱夹层等。
这些软弱结构面在不同程度上影响和控制着工程岩体的稳定性。
因此，结构面变形与强度性质的研究，在工程实践中具十分重要的实际意义：1）大量工程实践表明：在工程荷载（小于10Mpa）范围内，工程岩体的失稳破坏有相当一部分是沿软弱结构面破坏的。
因此，结构面的强度性质的研究是评价岩体稳定性的关键。
2）在工程荷载作用，结构面及其充填物的变形是岩体变形的主要组成部分，控制着工程岩体的变形特性。
3）结构面是岩体中渗透水流的主要通道。
4）工程荷载作用下，岩体中的应力分布受结构面及其力学性质的影响。
第一节结构面的变形性质（特性）结构面的变形包括法向变形和剪切变形两个方面。
一、结构面的法向变形1.法向变形特征（Normal deformation ）设不含结构面岩块的变形为△ V r，含结构面岩块的变形为△ V，那么结构面的法向闭合变形△ V为：△ V” V - △ v r由结构面法向应力d n与变形的关系曲线可得如下特征：1 ） d n f, △ V 曲线呈上凹型；d n T d 0, d n—△ V变陡，与d n—△ V大致变形；2 ）初始压缩阶段，△ V 主要由结构面闭合造成的;3）试验研究表明，当 口 口开始，含结构面岩块的变形由以结构面的闭合T 岩块的弹性变 n 3 c 形;4 ） d n - A V 曲线的渐近线大致为：△ V =V m图5.1典型岩块和结构面法向变形曲线含结构面的岩块和不含结构面的岩块在法向上加荷、卸荷后的应力一变形曲线，见教材 P 76-77（Ban dis 等，1983 ）。
2 .法向变形本构方程（法向应力与变形之间的关系）这方面的研究目前仍处于探索阶段，已提出的本构方程都在试验的基础上总结出来的经验方 程，女口 Goodman Bandis 及孙广忠等人。
中国地质大学岩石力学大题目
岩石力学微结构面对岩石工程性质的影响微结构面的存在将大大降低岩石（特别是脆性岩石）的强度（格里菲斯强度理论）：由于岩石中这些缺陷的存在，当其受力时，在微孔或微裂隙（缺陷）末端，易造成应力集中，使裂隙可能沿末端继续扩展，导致岩石在比完全无缺陷时所能承受的拉应力或压应力低得多的应力值的作用下受到破坏。
故认为缺陷是影响岩石力学性质的决定性因素。
由于微结构面在岩石中常具有方向性（如裂隙等），因此它们的存在常导致岩石的各向异性。
缺陷能增大岩石的变形，在循环加荷时引起滞后现象；还能改变岩石的弹性波波速，改变岩石的电阻率与热传导率等岩石（岩块）的力学性质的含义岩石的变形特征是指岩石试件在各种荷载作用下的变形规律，其中包括岩石的弹性变形、塑性变形、粘性流动与破坏规律，它反映了岩石的力学属性；岩石强度是指岩石试件在荷载作用下开始破坏时的最大应力（强度极限）以及应力与破坏之间的关系，它反映了岩石抵抗破坏的能力与破坏规律。
岩石的变形特征与强度特征，由岩石试件在单轴或三轴试验机上所得到的应力-应变曲线来描述。
由于试验条件不同（单轴的或三轴的，刚性的或非刚性的），所得到的试验结果也会各不相同影响岩石强度的主要因素岩石自身性质:矿物组成及岩性,颗粒大小及形状,粒间连接方式,微结构面及结构特征,风化程度.实验条件:试件形状及尺寸,尺寸越大，试件强度越低....试件加工精度,两加载端面不平行度过大，会导致试件局部应力过大而提前破坏....端部效应,使试件受到横向约束，导致试件强度增大,增大试件高径比，可降低端部效应影响。
但高径比过大会出现“压杆失稳”，导致强度降低....加载速率,加载速率增加，强度与弹模增加，峰值应力越明显.....温度与湿度.温度越高，强度越低,含水量越高，强度越低抗剪强度的类型抗剪断强度：指试件在一定的法向应力作用下，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力抗切强度：指试件上的法向应力为零时，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力摩擦强度：指试件在一定的法向应力作用下，沿已有破裂面（层面、节理等）再次剪切破坏时的最大剪应力两个表征岩石变形特性的指标变形模量::应力-应变曲线上的任何点与坐标原点相连的割线的斜率，表示该点所代表的应力的变形模量,,在线性弹性材料中，变形模量等于弹性模量泊松比::是指在单轴压缩条件下,横向应变与轴向应变之比岩块的变形模量与泊松比受岩石矿物组成、结构构造、风化程度、空隙性、含水率、微结构面及其与荷载方向的关系等多种因素的影响，变化较大单轴压力试验,完整的岩石应力-应变曲线可分为四个区段OA段：曲线稍微向上弯曲，属于压密阶段，这期间岩石中初始的微裂隙受压闭合AB段：接近于直线，近似于线弹性工作阶段BC段：曲线向下弯曲，属于非弹性阶段，主要是在平行于荷载方向开始逐渐生成新的微裂隙以及裂隙的不稳定，B点是岩石从弹性转变为非弹性的转折点CD段：为破坏阶段，C点的纵坐标就是单轴抗压强度RCAB段特性对大多数岩石来说，在AB这个区段内应力-应变曲线具有近似直线的形式，这种应力-应变关系可用下式表示σ=E εE是岩石的弹性模量，即OB线的斜率BC段特性第三区段BC的起点B往往是在C点最大应力值的2/3处，从B点开始，岩石中产生新的拉张裂隙，岩石模量下降，应力-应变曲线的斜率随着应力的增加而逐渐降低到零。
岩体结构面的变形与强度性质
本科毕业设计（论文）开题报告题目岩体结构面的变形与强度性质指导教师院（系、部）专业班级学号姓名日期2011年3月25日教务处印制一、研究的目的、意义和现状研究目的和意义结构面及其工程性质的复杂性是造成岩体工程性质千差万别的最根本原因，结构面的研究是分析工程岩体性质的基础性工作。
工程实践反复证明，自然岩体和工程岩体的失稳源于结构面，岩体的破坏机制在很大程度上受结构面控制，因结构面而造成失事的工程实例国内外已不鲜见。
研究结构面的力学性质是评价岩体稳定性的关键问题，因此，本文对此进行研究。
在岩体建造和改造过程中，经受了各种复杂的地质作用，因而在岩体中发育有断层、节理和各种裂隙等结构面，实验题物理性质十分复杂。
由于结构面的存在，特别是软弱夹层的存在，极大地削弱了岩体的力学性质及其稳定性。
结构面的变形与强度性质往往对工程岩体的变形和稳定性起着控制性作用。
在国内外已建和在建的岩体工程中普遍存在有软弱夹层问题。
如黄河小浪底水库工程左坎肩砂岩中由薄层粘土岩泥化形成的泥化夹层；葛洲坝水利工程坝基的泥化夹层，还有长江三峡自然岸坡中的各种软弱夹层等。
都不同程度地影响和控制着所在工程岩体的稳定性。
对岩体结构面力学性质的研究，是岩体力学和工程地质学中重要的研究课题之一，在工程实践中有以下意义：(1)大量的工程实践表明：在工程荷载(一般小于10MPa)范围内，工程岩体的失稳破坏有相当一部分是沿软弱结构面破坏的。
如法国的马尔帕塞坝坝基岩体、意大利瓦依昂水库库岸滑坡、中国拓溪水库塘岩光滑坡等等，都是岩体沿某些软弱结构面滑移失稳而造成的。
这时，结构面的强度性质是评价岩体稳定性的关键。
(2)在工程荷载作用下，结构面及其充填物的变形是岩体变形的主要组分，控制着工程岩体的变形特性。
(3)结构面是岩体中渗透水流的主要通道。
在工程荷载作用下，结构面的变形又将极大地改变岩体的渗透性、应力分布及其强度。
因此，预测工程荷载作用下岩体渗透性的变化，必须研究结构面的变形性质及其本构关系。
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• 工程荷载作用下，岩体中应力分布受结构面及其力学性质的影响。
§ 5.2 结构面的变形性质
一、法向变形性质
1. 法向变形特征
• 两块试件（含结构面、不含结构面）做变形试验，得变形 曲线σ ｎ-Δ Ｖ，设不含结构面的岩块变形为Δ Ｖｒ，含结构 面的岩块变形为Δ Ｖｔ，则结构面的变形（法向闭合变形） Δ Ｖｊ为： Δ Ｖｊ＝Δ Ｖｔ－Δ Ｖｒ
S
A
A
tg a 1 aS V u S r tg 1 1 aS V u
• 当很小时，凸起不被剪断， =V/ u =tgi,则 As=>0 (as=>起全部被剪断， AsA (as 1 ),无剪胀发生, V =V/ u=0,则有:
1
C tg ( b i ) tg
小结：双直线强度
tg (b i ) （σ<σ1) tg C （σ≥σ ） 1
1
C tg ( b i ) tg
2、不规则起伏结构面
• 自然界岩体中绝大多数结构面的粗糙起伏形态是不规则的， 起伏角也不是常数。其强度包络线不是折线，而是曲线形式。
Kn
切向
n Kn Vi 1 Vi V
ni1 ni
（2）经验估算 由Bandis 方程估算
n
V j
K niVm V j Vm V j
K niVm n
nVm
Kn
n K ni (V j ) (1 V j Vm ) 2
Δ Ｖｔ
Δ Ｖｒ
Δ Ｖｊ
应力-变形关系曲线
A
B
应力-变形关系曲线特征
• 开始时随着法向应力增加， 结构面闭合变形迅速增长。当σ ｎ增到一定值时，σ ｎ -Δ Ｖ ｔ 曲 线变陡，并与σ ｎ-Δ Ｖｒ曲线大致平行。说明结构面已基本上完 全闭合，其变形主要是岩块变形贡献的。这时Δ Ｖｊ则趋于结构 面最大闭合量Ｖｍ。
• 巴顿（Ｂarton，1973）对８种不同粗糙起伏的结 构面进行了试验研究，提出了剪胀角的概念并用 以 代 替 起 伏 角 ， 剪 胀 角 α ｄ （ angle of dilatancy）的定义为剪切时剪切位移的轨迹线与 水平线的夹角，即：
V tg
1
d
• Barton 方程：Barton 通过大量结构面剪切试验，用
本章主要内容
• §5.1 概述 • §5.2 结构面的变形性质 • § 5.3 结构面的强度性质
本章要点
在结构面变形性质中：
◆结构面在法向应力和剪应力作用下的应力－应变特征
◆法向刚度（Kn）、剪切刚度（Ks）的定义与测定方法
在结构面强度性质中：
◆平直结构面和粗糙起伏结构面的剪切强度特征、强度
可概化为图5-14的模型：
n sin i cos i n cos i sin i
n ntg ( )
b
tg (b i)
Patton公式
• （2） 当σ较大时，由于啃断作用，则结构面的抗剪强
度为：
tg C
•式中 ，Ｃ分别为结构面壁岩的内摩擦角和内聚力。 上式为法向应力σ≥σ1时，结构 面的抗剪强度，其包络线如图所
二、粗糙起伏无充填的结构面
σ
τ
剪切特点：
τ
• ① 当σ较小时，上盘岩块上下运动，产生爬坡效应，增大了τ
• ②当σ较大时，将剪断凸起而运动，即啃断效应,也增大了τ • 经验值 试验资料统计：粗糙起伏无充填的结构面在干燥状态 下的φ值一般为：40°~48°，C值在0.1~0.55MPa
1、规则锯齿形结构面 （1） 当σ较小时
抗剪强度指标分散。其影响因素包括： 结构面的形态、连续性、胶结充填特征、
壁岩性质、次生变化、受力历史（反复剪 切）
• •
二、粗糙起伏无充填的结构面 1、 2、 四、具有充填物的软弱结构面
• •
一、平直无充填的结构面
• 特点是面平直、光滑，只具微弱的风化蚀变。坚硬岩 体中的剪破裂面还发育有镜面、擦痕及应力矿物薄膜 等。
统计方法求得
JRC JCS d lg 2 tg 1.78 d 32.88
• 大量的试验资料表明，一般结构面的基本摩擦角u＝２５°～ ３５°之间。因此，上式右边的第二项应当就是结构面的基 本摩擦角u ，而第一项的系数取整数２。经这样处理后，上 式变为：
tg 2 d u
表达式和强度曲线特征 ◆了解一般结构面剪切强度参数（c、φ值）的经验值。
第五章 结构面的变形与强度性质
§5.1 概 述
•在工程荷载(一般小于10MPa)范围内，工程岩体常常是沿软弱结构 面失稳破坏。如马尔帕塞坝溃坝、瓦依昂库岸滑坡等。 •在工程荷载作用下，结构面及其充填物的变形是岩体变 形的主要 组分，控制着工程岩体的变形特性。 • 结构面是岩体渗透水流的主要通道。在工程荷载作用下结构面的 变形又将极大地改变岩体的渗透性、应力分布及其强度。因此，预 测工程荷载作用下岩体渗透性的变化，必须研究结构面的变形性质 及其本构关系。
100 JCS Ks ntg JRClg r L n
r 结构面残余强度 结构面长度 残余摩擦角
参数
§5.3 结构面的强度性质
• 结构面强度分为抗拉强度和抗剪强度。
• 由于结构面的抗拉强度非常小，常可忽略不计，所以一般 认为结构面是不能抗拉的。 • 在工程荷载作用下，岩体破坏常以沿某些软弱结构面的滑 动破坏为主。 • 因此，在岩体力学中一般很少研究结构面的抗拉强度，重 点是研究它的抗剪强度。
• Ladanyi & Archambault 提出：
tg a 1 aS V u S r tg 1 1 aS V u
剪断率 剪胀率 凸起岩石抗剪强度
aS V
r
两参数较难 V 确定，提出 经验公式 tg C
• 结构面的σ ｎ- Δ Ｖｊ曲线大致为以Δ Ｖｊ＝Ｖｍ为渐近线的非线 性曲线。可用初始法向刚度及最大闭合量来确定，与结构面的类 型及壁岩性质无关 。 • 结构面的最大闭合量始终小于结构面的张开度（ｅ）。这是因为 结构面是凹凸不平的，两壁面间无论如何也不可能达到100％的 接触。
• 结构面的初始法向刚度是一个与结构面在地质历史时期的受力历 史及初始应力（σ ｉ）有关 的量，其定义为 σ ｎ-Ｖｊ曲线原点处的切线斜率，即：
a 1 K ni
n
K niVm V j 较适合于未经滑错位移的嵌合结 Vm V j 构面(如层面)的法向变形特征。
3)孙广忠(1988)方程
V j Vm (1 e
Kn--法向刚度
n Kn
)
3.法向刚度及其确定方法
法向刚度Ｋｎ是指在法向应力作用下，结构面产生单位法
K ni n V j V 0
j
卸荷的应力-变形关系曲线
•以ΔVj=Vm为渐近线的曲线,存在很大残余变形,即松胀变形 •结构面的卸荷刚度大于岩块加荷刚度
•随着循环次数的增加，σn-ΔVj 曲线逐渐变陡，且整体向左移
•每次循环荷载所得的曲线形状 十分相似。
K si ult 处的切线斜率， 轴上的截距 K si ult 为水平渐近线在
3.剪切刚度及其确定方法
• 剪切刚度KS（shear stiffness） • 是反映结构面剪切变形性质的重要参数， K s u 其数值等于峰值前τ -u曲线上任一点的切
线斜率。
确 定 方 法
试验法 室内试验 现场试验 经验估算法（Barton方程）
新鲜
风化
2. 剪切变形本构方程
• 卡尔哈韦（ Kalhaway 1975）方程
u m nu 1 1 m , n u u K si ult m nu m nu 1)为τ -1 1 1 •结构面的初始剪切刚度 ( Ksi m , n △u曲线原点 m ,n
• 初始压缩阶段，含结构面的岩块变形 Δ Ｖｔ 主要由结构面闭合造 成。试验表明，当σ ｎ＝１ＭＰａ时，Δ Ｖｔ/Δ Ｖｒ可达５～３０， 说明Δ Ｖj占了很大一部分。 • 法向应力 σ ｎ 大约从 σ ｃ /3 处开始，含结构面的岩块变形由以结 构面的闭合为主转为以岩块的弹性变形为主。
应力-变形关系曲线特征
第五章 结构面的变形与强度性质
岩体中存在大量断层、节理等结构面，是工程岩体区别于 深部岩体和其它工程材料的显著标志之一
在工程实践中，工程岩体的失稳破坏有相当一部分沿着结 构面破坏，
结构面的存在不仅影响岩体的变形与强度性质，而且还控 制着岩体的变形与破坏机理。所以，结构面力学性质的研 究是岩体力学研究中的重要内容之一。
• 平直无充填的结构面包括剪应力作用下形成的剪性破 裂面，如剪节理、剪裂隙等，发育较好的层理面与片 理面。 • 这类结构面的抗剪强度大致与人工磨制面的摩擦强度 接近，即：
tg j C j
• 结构面的抗剪强度：结构面的微咬合作用和胶粘作用， 且与结构面的壁岩性质及其平直光滑程度密切相关。 • 抗剪能力弱的情况：若壁岩中含有大量片状或鳞片状 矿物如云母、绿泥石、粘土矿物、滑石及蛇纹石等矿 物时，其摩擦强度较低。摩擦角一般在20°～30°之 间，小者仅10°～20°，粘聚力在0～0.1MPa之间。 • 抗剪能力强的情况：壁岩为硬质岩石如石英岩、花岗 岩及砂砾岩和灰岩等时，其摩擦角可达30°～40°， 粘聚力一般在0.05～0.1MPa之间。 • 结构面愈平直，擦痕愈细腻，其抗剪强度愈接近于下 限，粘聚力可降低至0.05MPa以下，甚至趋于零。反之， 其抗剪强度就接近于上限值
•Barton方程
JCS tg JRC lg u