第2讲 岩体力学性质与分类
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《岩体的基本力学质》课件
岩体作为地基：提 供稳定的支撑和承 载力
岩体作为挡土墙： 防止土体滑坡和坍 塌
岩体作为隧道：提 供交通和能源运输 通道
岩体作为水库：提 供水资源和防洪功 能
岩体在水利工程中的应用
岩体作为水库 大坝的基础， 具有很高的承
载能力
岩体可以作为 地下水储存和 输送的通道， 如地下水库、 地下输水隧道
等
岩体可以作为 水力发电站的 基础，如水电 站大坝、引水
岩体的强度性质
岩体的抗拉强度
岩体的抗拉强度是指岩体在受到拉应力作用下所能承受的最大应力值。 抗拉强度是衡量岩体稳定性的重要指标之一。 抗拉强度与岩体的矿物成分、结构、孔隙率等因素有关。 抗拉强度可以通过室内试验和现场测试来测定。
岩体的抗压强度
抗压强度是岩体最重要的力学性质 之一
抗压强度是评价岩体稳定性的重要 指标
岩体的变形性质
岩体的弹性变形
弹性变形：岩体在外力作用下产生 的可恢复变形
泊松比：衡量岩体横向变形与纵向 变形关系的指标
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弹性模量：衡量岩体弹性变形能力 的指标
弹性变形的实验方法：单轴压缩试 验、三轴压缩试验等
岩体的塑性变形
岩体的塑性变形是指岩体在外力 作用下发生形变，但变形后仍能 保持其原有形状和强度的性质。
岩体的塑性变形可以分为弹性变 形和塑性变形两种类型。
弹性变形是指岩体在外力作用下 发生形变，但变形后能恢复其原 有形状和强度的性质。
塑性变形是指岩体在外力作用下 发生形变，但变形后不能恢复其 原有形状和强度的性质。
岩体的流变性
流变性：岩体在应力作用下的变形性质 流变类型：蠕变、松弛、应力松弛、应力松弛等 影响因素：温度、湿度、应力、时间等 流变规律：与时间、应力、温度等有关，具有非线性、非均匀性等特点 工程应用：岩体稳定性分析、隧道工程、边坡工程等
岩体力学性质
强度性质
强度性质
岩体在各种压力状态下所能承受的最大应力，称为岩体的强度。它可分为单轴抗压强度、单轴抗拉强度、三 轴抗压强度以及剪切强度等。单轴抗压强度是岩体在单向压缩时所能承受的最大压应力。岩体的单轴抗压强度总 是低于岩块的单轴抗压强度。二者的比值变化较大，通常为0.05～0.65。单轴抗拉强度是岩体或接近于零。岩体在三向受压状态下所能承 受的最大压应力，称为岩体三轴抗压强度。原位岩体三轴压缩试验的开展，有益于更好地评价岩体的各向异性。 岩体内任一方向切面在任一法向压应力下所能抵抗的最大剪应力，称为岩体该方向切面在该法向应力下的剪切强 度。它可分为剪断强度、重剪强度和抗切强度。剪断强度是岩体中先前没有破坏的面在任一法向应力下能抵抗的 最大剪应力。剪切面上法向应力等于零时的剪断强度，称为抗切强度。岩体中先前存在的破坏面在任一法向压应 力下能抵抗的最大剪应力，称为重剪强度。岩体剪切强度的大小，通常用库仑强度参数，即内聚力和内摩擦角的 大小来说明。岩体的剪切强度远小于岩块的剪切强度。岩体重剪强度的内聚力值一般在0～0.3兆帕，内摩擦角多 为10°～48°。岩体剪断强度的内聚力值一般在0.05～4兆帕,内摩擦角多为20°～55°。岩体剪切强度具有各向 异性。沉积岩体的各向异性最为显著，火成岩体的各向异性表现不明显，变质岩体的各向异性则介于沉积岩体和 火成岩体之间。
岩体力学性质
岩体在受力状态下抵抗变形和破坏的能力
01 变形表征
03 力学性质
目录
02 强度性质
基本信息
岩体力学性质是指岩体在受力状态下抵抗变形和破坏的能力。它包括变形性质和强度性质两个方面。岩体的 力学性质，是设计一切大型岩体工程的重要依据。
变形表征
变形表征
岩体变形性质的物理量主要是变形模量、弹性模量和泊松比等。具有弹性和非弹性性能的岩体在加荷时应力 与应变的比值，称为变形模量。岩体在弹性变形阶段内，应力与应变的比值，称为弹性模量或杨氏模量。轴向加 荷的岩体试件的侧向应变与轴向应变的比的负值，称为泊松比。岩体的变形模量值普遍低于岩块的变形模量值， 两者的比值一般为0.2～0.6。岩体变形模量与其弹性模量的比值，也多为0.2～0.6。岩体的变形性质普遍具有各 向异性，不同方向的模量值不相同，在有些情况下，高达1∶10,通常为1∶2。此外，岩体变形模量与弹性模量的 比值，也常常随着方向不同而变化。
岩石的物理性质及分类
降值与融冻试验前的抗压强度σc之比的百分比代表抗 冻系数Cf ，即
c cf Cf 100% c
可见：抗冻系数Cf 越小，岩石抗冻融破坏的能力越强。
五、岩石的透水性
地下水存在于岩石孔隙、裂隙之中，而且大多数岩
石的孔隙裂隙是连通的，因而在一定的压力作用下，地
下水可以在岩石中渗透。岩石的这种能透水的性能称为 岩石的透水性。岩石的透水性大小不仅与岩石的孔隙度 大小有关，而且还与孔隙大小及其贯通程度有关。 衡量岩石透水性的指标为渗透系数(K)。一般来说，完 整密实的岩石的渗透系数往往很小。岩石的渗透系数一 般是在钻孔中进行抽水或压水试验而测定的。
2、干密度（ρd）和干重度(γd )
干密度是指岩石孔隙中的液体全部被蒸发后单位体积岩 石的质量，相应的重度即为干重度。
Ws d V
（g/cm3） (kN /m3)
d d g
式中：Ws——岩石试件烘干后的质量(g)； V——岩石试件的体积(cm3)； g——重力加速度。
3、饱和密度（ρ）和饱和重度(γw)
要求：
1、须掌握本章重点难点内容； 2、了解几种有代表性的岩体分类方法；
3、了解我国工程岩体分级标准（GB50218－94）
§2－1 岩石的基本物理性质
岩石由固体，水，空气等三相组成。
一、密度（ρ）和重度(γ)： 单位体积的岩石的质量称为岩石的密度。单位体积的岩 石的重力称为岩石的重度。所谓单位体积就是包括孔隙体 积在内的体积。
Id2 m r W2 W0 100% m d W1 W 0
5、岩石的抗冻性
岩石的抗冻性是指岩石抵抗冻融破坏的性能，是
评价岩石抗风化稳定性的重要指标。
岩石的抗冻性用抗冻系数Cf 表示，指岩石试样在 ±250C的温度期间内，反复降温、冻结、融解、升温，
c cf Cf 100% c
可见：抗冻系数Cf 越小，岩石抗冻融破坏的能力越强。
五、岩石的透水性
地下水存在于岩石孔隙、裂隙之中，而且大多数岩
石的孔隙裂隙是连通的，因而在一定的压力作用下，地
下水可以在岩石中渗透。岩石的这种能透水的性能称为 岩石的透水性。岩石的透水性大小不仅与岩石的孔隙度 大小有关，而且还与孔隙大小及其贯通程度有关。 衡量岩石透水性的指标为渗透系数(K)。一般来说，完 整密实的岩石的渗透系数往往很小。岩石的渗透系数一 般是在钻孔中进行抽水或压水试验而测定的。
2、干密度（ρd）和干重度(γd )
干密度是指岩石孔隙中的液体全部被蒸发后单位体积岩 石的质量，相应的重度即为干重度。
Ws d V
（g/cm3） (kN /m3)
d d g
式中：Ws——岩石试件烘干后的质量(g)； V——岩石试件的体积(cm3)； g——重力加速度。
3、饱和密度（ρ）和饱和重度(γw)
要求：
1、须掌握本章重点难点内容； 2、了解几种有代表性的岩体分类方法；
3、了解我国工程岩体分级标准（GB50218－94）
§2－1 岩石的基本物理性质
岩石由固体，水，空气等三相组成。
一、密度（ρ）和重度(γ)： 单位体积的岩石的质量称为岩石的密度。单位体积的岩 石的重力称为岩石的重度。所谓单位体积就是包括孔隙体 积在内的体积。
Id2 m r W2 W0 100% m d W1 W 0
5、岩石的抗冻性
岩石的抗冻性是指岩石抵抗冻融破坏的性能，是
评价岩石抗风化稳定性的重要指标。
岩石的抗冻性用抗冻系数Cf 表示，指岩石试样在 ±250C的温度期间内，反复降温、冻结、融解、升温，
岩石的基本物理力学性质
岩石的基本物理力学性质岩石的基本物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一，也是岩体力学中研究最早、最完善的力学性质。
岩石密度：天然密度、饱和密度、质量指标密度、重力密度岩石颗粒密度孔隙性孔隙比、孔隙率含水率、吸水率水理指标渗透系数抗风化指标软化系数、耐崩解性指数、膨胀率抗冻性抗冻性系数单轴抗压强度单轴抗拉强度抗剪强度三向压缩强度岩石的基本物理力学性质◆岩石的变形特性◆岩石的强度理论试验方法参照标准：《工程岩体试验方法标准》（GB/T 50266-99）。
第二章岩石的基本物理力学性质第一节岩石的基本物理性质第二节岩石的强度特性第三节岩石的变形特性第四节岩石的强度理论回顾----岩石的基本构成岩石是自然界中各种矿物的集合体，是天然地质作用的产物，一般而言，大部分新鲜岩石质地均坚硬致密，空隙小而少，抗水性强，透水性弱，力学强度高。
岩石是构成岩体的基本组成单元。
相对于岩体而言，岩石可看作是连续的、均质的、各向同性的介质。
岩石的基本构成：由组成岩石的物质成分和结构两大方面来决定的。
回顾----岩石的基本构成一、岩石的物质成分●岩石是自然界中各种矿物的集合体。
●岩石中主要的造岩矿物有：正长石、斜长石、石英、黑云母、角闪石、辉石、方解石、白云石、高岭石等。
●岩石中的矿物成分会影响岩石的抗风化能力、物理性质和强度特性。
●岩石中矿物成分的相对稳定性对岩石抗风化能力有显著的影响，各矿物的相对稳定性主要与化学成分、结晶特征及形成条件有关。
回顾----岩石的基本构成二、岩石的结构是指岩石中矿物（及岩屑）颗粒相互之间的关系，包括颗粒的大小、性状、排列、结构连结特点及岩石中的微结构面（即内部缺陷）。
其中，以结构连结和岩石中的微结构面对岩石工程性质影响最大。
回顾----岩石的基本构成●岩石结构连结结晶连结和胶结连结。
结晶连结：岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩及部分沉积岩的结构连结。
这种连结结晶颗粒之间紧密接触，故岩石强度一般较大，但随结构的不同而有一定的差异。
第2章岩石力学性质与分级
图2-1 岩石凿测器 1-钎头；2-承击台；3-插销；4-导向杆；5-落锤；
6-△形环；7-操作绳；8-导杆顶；9-转动把手
（1）凿碎比功 凿碎比功是指凿碎单位体积岩石所消耗的功，其值按下式计算：
A V
N A0 D2 H
480 39.2
(4.1)2 H
14252 H
表2-1 几种典型岩石的物理力学特性
2.1.1岩石的结构构造
矿物是构成岩石的主要成分，矿物颗粒愈细、密度愈大，愈坚固，则 愈难于爆破破碎。
岩石中矿物的结晶程度，晶粒大小，晶体形状及其之间的组合关系， 结构决定了岩石内部的连接情况，直接影响岩石的物理力学性质。
一般矿物晶粒愈细，愈致密，强度越大，凿爆越难，沉积岩还与胶结 成分有关；硅质，泥质不同，硅质页岩与炭质页岩不同。变质岩的组分和 结构与变质程度有关，一般变质程度高、致密的变质岩比较坚固，较难爆 破，反之则易爆破。
岩石强度是表示岩石抵抗压、剪、拉诸应力而导致岩石破坏的 能力,是材料力学中用以表示材料抵抗上述三种简单应力的常量， 往往是在单轴静载作用下的测定指标。爆破时，岩石受的是瞬时冲 击载荷，所以要强调在三轴作用下的动态强度指标，才能真实地反 映岩石的爆破性，但全围压（三轴）试验难度较大。
表2-2是用雷管模拟爆破和用材料试验机加载试验所得的几种岩石的 动、静载强度。可见，动载强度比静载强度为大。
2.1 影响岩石凿岩爆破性的因素
凿岩性岩石在钻孔中表现出的抵抗钻头等机械作用而破坏的性 质，爆破性则是指岩石在爆破作用下表现出的性质。
岩石自身物理力学性质在凿岩爆破工艺中的综合反映，影响着 整个凿岩爆破效率和效果，通常可以用岩石的单一物理力学指标来 表示。
岩体力学-第2讲-岩石的物理力学性质
岩石的抗压强度——影响因素
（4）生成条件：
岩石的生成条件直接影响着岩石的强度。在岩 浆岩结构中，形成具有非结晶物质，则就要大 大地降低岩石的强度。
岩石的抗压强度——影响因素
（5）水的作用：
水对岩石的抗压强度起着明显的影响。当水侵 入岩石时，水就顺着裂隙孔隙进入润湿岩石全 部自由面上的每个矿物颗粒。由于水分子的侵 入改变了岩石物理状态，削弱了粒间联系，使 强度降低。其降低程度取决于孔隙和裂隙的状 况、组成岩石的矿物成分的亲水性和水分含量、 水的物理化学性质等。
Vv n 100 % V
• 封闭孔隙率 • nc= VVc 100%=n-n0
V
部分岩石的孔隙率
岩石的水理性质
岩石在水溶液作用下表现出来的性质，称为水 理性质。主要有吸水性、软化性、抗冻性、渗 透性、膨胀性及崩解性等。
岩石的吸水性
岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称 为岩石的吸水性。常用吸水率，饱和吸水率与 饱水系数等指标表示。
岩石的抗压强度——影响因素
（3）矿物成分：不同矿物组成的岩石，具有 不同的抗压强度，这是由于矿物本身的特点， 不同的矿物有着不同的强度。
但即使相同矿物组成的岩石，也因受到颗粒大小、 连结胶结情况、生成条件等影响，它们的抗压强度 也可相差很大。 例如，石英是已知造岩矿物中强度较高的矿物，如 果石英的颗粒在岩石中互相连结成骨架，则随着石 英的含量的增加岩石的强度也增加。
Ph.D. Hao Wang
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岩石力学第二章 岩体力学性质ppt课件
存于一定地应力环境中的岩体来说，地应 力对岩体构成的围压越大，其承载才干越 大。
②、地应力影响岩体的变形和破坏机制， 许多低围压下呈脆性破坏的岩石在高围压 下呈剪塑性变形，这种变形和破坏机制的 变化阐明岩体赋存的条件不同，岩体的本 构关系也不同。
岩石力学
六、地应力的影响
③、地应力影响岩体中的应力传播的法 那么，严厉来说岩体是非延续介质，但由于 岩块间存在摩擦作用，赋存于高应力地域的 岩体，在地应力围压的作用下那么变为具有 延续介质特征的岩体，即地应力可以使不延 续变形的岩体转化为延续变形的岩体。
特别是水和地应力的作用。
岩石力学
一、岩石与岩体的概念
岩体内存在各种地质界面，它包括 物质分异面和不延续面，如断层、层 理、节理、片理、假整合、不整合和 褶皱等。
这些不同成因、不同特性的地质界 面统称为构造面(弱面)。
岩石力学
一、岩石与岩体的概念
构造面(弱面) 在横向延展上具有面的 几何特性，常充填有一定物质、具有一定 厚度。
断层泥主要是由糜棱岩风化而成而糜棱岩主要为压力愈合连结当压力卸去后又转化为糜棱岩粉糜棱岩体风化后便转化为断岩石力学中国科学研究院地质研究所岩体结构分类名称结构面间距cm完整性系数i主要结主要结构面类型主要结压强度mpa散体结构020节理密集呈无序状分布表现为泥包块或020无实际意岩石力学岩体结构类型岩体完整性主要结构面及其抗剪特性压强度10pa结构面间距cm完整性系数i主要结构面摩擦系数f代号名称代号名称整体块状结构整体结构100075存在刚性结构面060600块状结构10050075035级为主刚性结构面局部为破碎结构面0406300般大于600层状结构层状结构50300603级为主刚性结构面柔性结构面0305300薄层状结构30040级显著柔软结构面030o40300100碎裂结构镶嵌结构50036密集刚性结构面破碎结构面040060600层状碎裂结构50骨架岩层中较大040均发育泥化结构面020040300骨架岩层在300上下碎裂结构50030破碎结构面016040300散体结构020节理密集呈无序状分布表现为020无实际意义岩石力学岩体结构类型岩体完整性主要结构面及其抗剪特性压强度10pa结构面间距cm完整性系数i主要结构面摩擦系数f代号名称代号名称整体块状结构整体结构100075存在刚性结构面060600块状结构10050075035级为主刚性结构面局部为破碎结构面0406300般大于600层状结构层状结构50300603级为主刚性结构面柔性结构面0305300薄层状结构30040级显著柔软结构面030o40300100碎裂结构镶嵌结构50036密集刚性结构面破碎结构面040060600层状碎裂结构50骨架岩层中较大040均发育泥化结构面020040300骨架岩层在300上下碎裂结构50030破碎结构面016040300散体结构020节理密集呈无序状分布表现为020无实际意义岩石力学四岩体结构的相对性工程岩体结构的唯一性岩体结构分类的最终目的在于为岩石工程的建设服务对于工程岩体而言由于工程规模和尺寸的变化岩体结构也发生相对变化具有相对性
②、地应力影响岩体的变形和破坏机制， 许多低围压下呈脆性破坏的岩石在高围压 下呈剪塑性变形，这种变形和破坏机制的 变化阐明岩体赋存的条件不同，岩体的本 构关系也不同。
岩石力学
六、地应力的影响
③、地应力影响岩体中的应力传播的法 那么，严厉来说岩体是非延续介质，但由于 岩块间存在摩擦作用，赋存于高应力地域的 岩体，在地应力围压的作用下那么变为具有 延续介质特征的岩体，即地应力可以使不延 续变形的岩体转化为延续变形的岩体。
特别是水和地应力的作用。
岩石力学
一、岩石与岩体的概念
岩体内存在各种地质界面，它包括 物质分异面和不延续面，如断层、层 理、节理、片理、假整合、不整合和 褶皱等。
这些不同成因、不同特性的地质界 面统称为构造面(弱面)。
岩石力学
一、岩石与岩体的概念
构造面(弱面) 在横向延展上具有面的 几何特性，常充填有一定物质、具有一定 厚度。
断层泥主要是由糜棱岩风化而成而糜棱岩主要为压力愈合连结当压力卸去后又转化为糜棱岩粉糜棱岩体风化后便转化为断岩石力学中国科学研究院地质研究所岩体结构分类名称结构面间距cm完整性系数i主要结主要结构面类型主要结压强度mpa散体结构020节理密集呈无序状分布表现为泥包块或020无实际意岩石力学岩体结构类型岩体完整性主要结构面及其抗剪特性压强度10pa结构面间距cm完整性系数i主要结构面摩擦系数f代号名称代号名称整体块状结构整体结构100075存在刚性结构面060600块状结构10050075035级为主刚性结构面局部为破碎结构面0406300般大于600层状结构层状结构50300603级为主刚性结构面柔性结构面0305300薄层状结构30040级显著柔软结构面030o40300100碎裂结构镶嵌结构50036密集刚性结构面破碎结构面040060600层状碎裂结构50骨架岩层中较大040均发育泥化结构面020040300骨架岩层在300上下碎裂结构50030破碎结构面016040300散体结构020节理密集呈无序状分布表现为020无实际意义岩石力学岩体结构类型岩体完整性主要结构面及其抗剪特性压强度10pa结构面间距cm完整性系数i主要结构面摩擦系数f代号名称代号名称整体块状结构整体结构100075存在刚性结构面060600块状结构10050075035级为主刚性结构面局部为破碎结构面0406300般大于600层状结构层状结构50300603级为主刚性结构面柔性结构面0305300薄层状结构30040级显著柔软结构面030o40300100碎裂结构镶嵌结构50036密集刚性结构面破碎结构面040060600层状碎裂结构50骨架岩层中较大040均发育泥化结构面020040300骨架岩层在300上下碎裂结构50030破碎结构面016040300散体结构020节理密集呈无序状分布表现为020无实际意义岩石力学四岩体结构的相对性工程岩体结构的唯一性岩体结构分类的最终目的在于为岩石工程的建设服务对于工程岩体而言由于工程规模和尺寸的变化岩体结构也发生相对变化具有相对性
第二章岩石的基本物理力学性质
ms——岩石固体的质量。
试验方法：105~110℃烘24h。
1.岩石的密度
（4）重力密度：单位体积中岩石的重量，简称重度。 由密度乘上重力加速度而得，单位kN/m3。
♪工程中应用最广泛的参数之一，不仅反映了岩石的致 密程度，还可计算岩体的自重应力。
2.岩石的颗粒密度
岩石固体物质的质量与固体的体积之比。(比重瓶)
二、岩石的孔隙性 反映裂隙发育程度的指标
1.孔隙比 e VV / Vs VV——孔隙体积（水银充填法求出）
2.孔隙率
n VV 100% V
V=Vs+VV
e~n关系
e VV Vs
VV / V Vs / V
VV V
V VV V
n 1 n
n 1 d s
三、岩石的水理性质
1.岩石的含水性质
(1)含水率：岩石孔隙中含水量mW与固体质量之比的百分数
具有侧向约束的试件浸入水中，使岩石试件仅产生轴向 膨胀变形而求得的膨胀率。
VHP
H HP H
100%
3、膨胀压力：岩石试件浸水后，使试件保持原有体积所 施加的最大压力。
五、岩石的抗冻性
Kf
Rf Rs
Kf—抗冻性系数； Rf—岩石冻融后的饱和单轴抗压强度； Rs—岩石冻融前的饱和单轴抗压强度。
冻融条件下强度损失原因： 1.各种矿物的膨胀系数有差异； 2.空隙中的水结冰，体积增大。
（3）岩石的膨胀性(含有粘土矿物的岩石)
——评价膨胀性岩体工程的稳定。
1、自由膨胀率 —无约束条件下，浸水后膨胀变形与原尺寸之比。
轴向自由膨胀
VH
H H
100%
（%）H——试件高度
径向自由膨胀
VD
岩石力学(岩石的性质及分类)
第一章岩石的物理性质及岩石工程分类学习对象岩石及岩石的结构特征、岩石的不连续性、不均匀性和各向异性岩石的各项指标。
学习内容岩石及岩石的结构特征、岩石的不连续性、不均匀性和各向异性岩石的容重、密度比重、孔隙率和孔隙比；含水量、吸水率与饱和系数；渗透系数。
学习目的掌握有关概念，特别是掌握岩石及岩石的结构特征、岩石的不连续性、不均匀性和各向异性岩石的各项指标。
掌握岩石的容重、密度比重、孔隙率和孔隙比；含水量、吸水率与饱和系数；渗透系数等计算。
1.1 岩石及岩石的结构特征1岩石工程岩石力学的研究对象是岩石。
岩石是构成地壳的基本材料，是经过地质作用而天然形成的（一种或多种）矿物集合体。
岩石通常按地质成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩等三种类型，下图为三类岩石的部分岩体。
a、岩浆岩岩浆岩是岩浆冷凝而形成的岩石，绝大多数岩浆岩是由结晶矿物所组成，由于组成它的各种矿物化学成分和物理性质较为稳定，它们之间的联结是牢固的，因此岩浆岩通常具有较高的力学强度和均质性。
工程中常遇到的岩浆岩有花岗岩、玄武岩等。
b、沉积岩沉积岩是母岩（岩浆岩、变质岩和早已形成的沉积岩）经风化剥蚀而产生的物质在地表经搬运沉积和硬结成岩作用而形成的岩石组成。
沉积岩的主要物质成分为颗粒和胶结构。
颗粒包括各种不同形状及大小的岩屑及某些矿物；胶结物常见的成分有钙质、硅质、铁质以及泥质等。
沉积岩的物理力学性质不仅与矿物和岩屑有关，而且也与胶结物性质有关。
沉积岩具有层理构造，这使得它的物理力学性质具有方向性。
工程建设中常见的沉积岩有灰岩、砂岩、页岩等。
c、变质岩变质岩是由岩浆岩、沉积岩甚至变质岩在地壳中受到高温、高压及化学活动性流体的影响下发生变质而形成的岩石。
它在矿物成份、结构构造上具有变质过程中产生的特征，也常常残留有原岩的某些特点。
因此，变质岩的物理力学性质不仅与原岩的性质有关，而且与变质作用的性质及变质程度有关。
工程建设中常见的变质岩类有大理岩、片麻岩、板岩等。
岩体的力学性质及分类doc
―――岩体力学作业之二一、名词释义l.结构面：①指在地质历史发展过程中，岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的宏观地质界面或带。
②又称弱面或地质界面，是指存在于岩体内部的各种地质界面，包括物质分异面和不连续面，如假整合、不整合、褶皱、断层、层面、节理和片理等。
2.原生结构面：在成岩阶段形成的结构面，根据岩石成因的不同，可分为沉积结构面、岩浆（火成）结构面和变质结构面三类。
3.构造结构面：指在构造运动作用下形成的各种结构面，如劈理、节理、断层面等。
4.次生结构面：指在地表条件下，由于外力(如风力、地下水、卸荷、爆破等)的作用而形成的各种界面，如卸荷裂隙、爆破裂隙、风化裂隙、风化夹层及泥化夹层等。
5.结构面频率：即裂隙度，是指岩体中单位长度直线所穿过的结构面数目。
6.结构体：结构面依其本身的产状，彼此组合将岩体切割成形态不一、大小不等以及成分各异的岩石块体，被各种结构面切割而成的岩石块体称为结构体。
7.结构效应：是指岩体中结构面的方向、性质、密度和组合方式对岩体变形的影响。
8.剪胀角（angle of dilatancy）：岩体结构面在剪切变形过程中所发生的法向位移与切向位移之比的反正切值。
9.节理化岩体：是指被各种节理、裂隙切割呈碎裂结构的岩体。
10.结构面产状的强度效应：指结构面与作用力之间的方位关系对岩体强度所产生的影响。
11.结构面密度的强度效应：指结构面发育程度(数量)对岩体强度所产生的影响。
12.岩体完整性指标：是指岩体弹性纵波与岩石弹性纵波之比的平方。
13.岩体基本质量：岩体所固有的、影响工程岩体稳定性的最基本属性，岩体基本质量由岩石坚硬程度和岩体完整程度决定。
14.自稳能力：在不支护条件下，地下工程岩体不产生任何形式破坏的能力。
15.体积节理数：是指单位岩体体积内的节理(结构面)数目。
16.岩石质量指标(RQD)：长度在10cm（含10 cm)以上的岩芯累计长度占钻孔总长的百分比，称为岩石质量指标RQD(Rock Quality Designation)。
岩体的工程地质性质及岩体工程分类 2 ppt课件
a K1
a b
K1变化在0～1之间，K1值愈大说明结构面的连续性愈
好，当K1＝1时，结构面完全贯通。 2、面连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面面
积之和与总面积的比值。
结构面连续性分级表
描述 很低连续性
低连续性 中等连续性
高连续性 很高连续性
迹长（m） <1 1~3 3~10
10~20 >20
KdLsinncossin Kcd' os
结构面间距分级表
描述 极密集的间距 很密集的间距
密集的间距 中等的间距 宽的间距 很宽的间距 极宽的间距
间距（mm） <20 20~60
60~200 200~600 600~2000 2000~6000 >6000
• 用线密度来估算岩体质量指标RQD(rock quality designation)
侧壁的起伏程度可用起伏角
(i)表示。
i arctg(2h) L
• 结构面的粗糙度用粗糙 度系JRC(joint roughness coefficient)表示。
据单结构面理论，岩体中存在一组结构面时，岩体的极限强 度与结构面倾角间的关系为：
13(12(tC gjj ct3gt)gsij)n2
岩体的（二工）程结构地面质的性连续质性及岩体工 • 程结构分面的类连续2性反映结构面的贯通程度。
• 1、线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面各 段长度之和(Σa)与测线长度的比值。
张性断裂不平整，常具次生充填， 呈锯齿状，剪切断裂较平直，具 羽状裂隙，压性断层具多种构造 岩，成带状分布，往往含断层泥、 糜棱岩
对岩体稳定影响很大，在上述许多岩 体破坏过程中，大都有构造结构面的 配合作用。此外常造成边坡及地下工 程的塌方、冒顶
a b
K1变化在0～1之间，K1值愈大说明结构面的连续性愈
好，当K1＝1时，结构面完全贯通。 2、面连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面面
积之和与总面积的比值。
结构面连续性分级表
描述 很低连续性
低连续性 中等连续性
高连续性 很高连续性
迹长（m） <1 1~3 3~10
10~20 >20
KdLsinncossin Kcd' os
结构面间距分级表
描述 极密集的间距 很密集的间距
密集的间距 中等的间距 宽的间距 很宽的间距 极宽的间距
间距（mm） <20 20~60
60~200 200~600 600~2000 2000~6000 >6000
• 用线密度来估算岩体质量指标RQD(rock quality designation)
侧壁的起伏程度可用起伏角
(i)表示。
i arctg(2h) L
• 结构面的粗糙度用粗糙 度系JRC(joint roughness coefficient)表示。
据单结构面理论，岩体中存在一组结构面时，岩体的极限强 度与结构面倾角间的关系为：
13(12(tC gjj ct3gt)gsij)n2
岩体的（二工）程结构地面质的性连续质性及岩体工 • 程结构分面的类连续2性反映结构面的贯通程度。
• 1、线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面各 段长度之和(Σa)与测线长度的比值。
张性断裂不平整，常具次生充填， 呈锯齿状，剪切断裂较平直，具 羽状裂隙，压性断层具多种构造 岩，成带状分布，往往含断层泥、 糜棱岩
对岩体稳定影响很大，在上述许多岩 体破坏过程中，大都有构造结构面的 配合作用。此外常造成边坡及地下工 程的塌方、冒顶
岩体力学02-岩石的基本物理力学性质.资料
波速比（Kv）：风化岩石弹性波纵波波 速（cp）与新鲜岩块弹性波纵波波速 （rp）之比的平方。
风化系数（Kf）：风化岩石的饱和单轴
抗压强度（cw’）与新鲜岩石饱和单轴 抗压强度（cw）之比。
Iw
mw mrd
Kv
vcp vrp
2
Kf
' c
w
cw
硬质岩石风化风化程度分类表
风化程度 全风化 强风化
中等风化 微风化 未风化
代表性岩石
硬质 岩石
极硬岩石 次硬岩石
＞60 30~60
花岗岩、花岗片麻岩、闪长岩、玄 武岩、石灰岩、石英砂岩、石英岩、
大理岩、硅质砾岩等
软质 岩石
次软岩石 极软岩石
5~30 ＜5
粘土岩、页岩、千枚岩、绿泥石片 岩、云母片岩等
§2.2 岩石的基本物理性质
岩石是由固体、液体和气体三相组成的。岩石 的力学性质常与岩石中三相的比例关系及固相 与水相互作用有密切的关系。
m g/cm 3
V—岩石试件的总体积；
V
m—岩石试件的总质量
岩石天然密度越大， 其工程性质越好。影 响因素是矿物成分、 孔隙与微裂隙发育程 度以及含水量。
测定方法有量积法、水中称重法、蜡封法等，试件数量不少于5个
2、饱和密度（ sat）
岩石中空隙全部被水充填时单位体积的质量，即
sa tm s V V vw g/c3 m
•岩石的粒间连结分结晶连结与胶结连结 •结晶连结：矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起， 它是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触。 •胶结连结：矿物颗粒通过胶结物连结在一起。 胶结连结的岩块强度：硅质胶结>铁质、 钙质>泥质胶结
三、岩块的风化
岩石经过风化，矿物组成和结构改变，岩块的物 理力学性质改变：强度降低、抗变形性能减弱、 空隙率增大、渗透性加大。
风化系数（Kf）：风化岩石的饱和单轴
抗压强度（cw’）与新鲜岩石饱和单轴 抗压强度（cw）之比。
Iw
mw mrd
Kv
vcp vrp
2
Kf
' c
w
cw
硬质岩石风化风化程度分类表
风化程度 全风化 强风化
中等风化 微风化 未风化
代表性岩石
硬质 岩石
极硬岩石 次硬岩石
＞60 30~60
花岗岩、花岗片麻岩、闪长岩、玄 武岩、石灰岩、石英砂岩、石英岩、
大理岩、硅质砾岩等
软质 岩石
次软岩石 极软岩石
5~30 ＜5
粘土岩、页岩、千枚岩、绿泥石片 岩、云母片岩等
§2.2 岩石的基本物理性质
岩石是由固体、液体和气体三相组成的。岩石 的力学性质常与岩石中三相的比例关系及固相 与水相互作用有密切的关系。
m g/cm 3
V—岩石试件的总体积；
V
m—岩石试件的总质量
岩石天然密度越大， 其工程性质越好。影 响因素是矿物成分、 孔隙与微裂隙发育程 度以及含水量。
测定方法有量积法、水中称重法、蜡封法等，试件数量不少于5个
2、饱和密度（ sat）
岩石中空隙全部被水充填时单位体积的质量，即
sa tm s V V vw g/c3 m
•岩石的粒间连结分结晶连结与胶结连结 •结晶连结：矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起， 它是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触。 •胶结连结：矿物颗粒通过胶结物连结在一起。 胶结连结的岩块强度：硅质胶结>铁质、 钙质>泥质胶结
三、岩块的风化
岩石经过风化，矿物组成和结构改变，岩块的物 理力学性质改变：强度降低、抗变形性能减弱、 空隙率增大、渗透性加大。
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t Е μ G Kn Ks
S
n （a）
（1）法向应力σn作用下的岩体变形参数 1)沿n方向加荷
Ks σ Kn Е μ S Δ Vn τ σ
n n
t
岩块法向变形Vr
τ
n n
K E
S
n
层面法向变形Vj
τ S
岩体法向变形Vn Vr Vj
G Ks
τ ·S Ks G n
S
n
地震波法
静力法的基本原理：在选定的岩体表面、槽壁 或钻孔壁面上施加法向荷载，并测定其岩体的 变形值；然后绘制出压力-变形关系曲线，计算 出岩体的变形参数。 动力法的基本原理：用人工方法对岩体发射(或 激发)弹性波(声波或地震波)，并测定其在岩体 中的传播速度，然后根据波动理论求岩体的变 形参数。
mc
2C j (1 tg j ctg ) sin 2
σ3=0
1m 3
2(C j 3tg j ) (1 tg j ctg ) sin 2
当β＝45°＋φj／2时，岩体强度取得最低值
1 3 min
2(C j 3tg j ) 1 tg 2 j tg j
岩体剪切变形u j u r u
τ
G
S
Ks
Gmt
S
1 1 1 Gmt KsS G
2、裂隙岩体变形参数的估算
90 80 70 Bieniawski，1978 Serafim和Pereira，1983 Em=2RMR-10
变形模量Em（GPa）
60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 RMR评分值
应力正负号的规定： 以压应力为正，拉应力为负。
②可以在地下水位以下和 相当深的部位进行；
dp(1 m ) Em U
③试验方向基本上不受限 制，而且试验压力可以达 到很大； ④在一次试验中可以同时 量测几个方向的变形，便 于研究岩体的各向异性。 缺点：
试验涉及的岩体体积小， 代表性受到局限。
p
3、狭缝法
4 5 6 1 7 8 2 9 3
横切结构面剪切(剪断破坏)时，岩体剪切强度最高。
沿复合剪切面剪切(复合破坏)时，其强度介于以上 两者之间。
岩体的剪切强度是具有上限和 下限的值域，其强度包络线也 是有上限和下限的曲线族。上 限是岩体的剪断强度，下限是 结构面的抗剪强度。 应力 σ 较低时，强度变化范围 较大，随着应力增大，范围逐 渐变小。 应力 σ 高到一定程度时，包络 线变为一条曲线，岩体强度将 不受结构面影响而趋于各向同 性体。
τ
岩块
岩体
面 构 结
0
σ
坚硬岩石的强度曲线
软弱岩石的强度曲线
二、岩体的压缩强度
岩体的压缩强度分为单轴抗 压强度和三轴压缩强度。
在生产实际中，通常是采用 原位单轴压缩和三轴压缩试 验来确定。
单轴压缩
三轴压缩
单结构面理论
σ
1
1 3
B
β
2 2 1 3 sin 2 岩石破坏 2 强度判据 f tg j C j
GSI 100 s exp( ) 9 3D
1 GSI 20 0.5 exp( ) exp( ) 6 15 3
第2讲 岩体力学性质及工程分类
2.1 岩块的力学性质 2.2 结构面的力学性质 2.3 岩体的变形性质 2.4 岩体的强度性质
第2讲 岩体力学性质与工程分类
2.1 岩块的力学性质 2.2 结构面的力学性质
2.3 岩体的变形性质 2.4 岩体的强度性质 2.5 岩石的破坏判据 2.6 岩体工程分类
第2讲 岩体力学性质及工程分类
2.1 岩块的力学性质 2.2 结构面的力学性质
2.3 岩体的变形性质
2.4 岩体的强度性质 2.5 岩石的破坏判据 2.6 岩体工程分类
岩体变形是岩体在受力条件改变时，产生体积 变化、形状改变及结构体间位置移动的总和。
体积变化
岩体变形 (u) 形状变化
材料变形(um) 结构变形(us)
位置变化
•在一般情况下，岩体的结构变形起着控制作用。
一、岩体原位变形试验
承压板法 钻孔变形法 静力法
岩体原位 变形试验 动力法 狭缝法 水压洞室法 单(双)轴压缩试验法 声波法
1、承压板法
刚性承压板法 柔性承压板法
p(MPa) p
2 pD(1 m ) Em W
Eme
Wp We W(mm)
2 pD(1 m )
We
ω是与承压板形状与刚度有关的系数。 对于圆形板ω＝0.785；对于方形板ω＝0.886
2、钻孔变形法
压力表 水泵
优点：
①对岩体扰动小；
j
45°+φ
j/2
90°
( 1 3 2C j ctg j ) sin j 1 1 arcsin 2 2 1 3
j
2 90 j 1
1 3
2(C j 3tg j ) (1 tg j ctg ) sin 2
2.5 岩石的破坏判据
2.6 岩体工程分类
•岩石强度理论：研究岩石在一定的假说条件下在各 种应力状态下的强度准则的理论。 •强度准则(又称破坏判据):岩石在极限应力状态下 （破坏条件）的应力状态和岩石强度参数之间的关 系。可表示为极限应力状态下的主应力间的关系方 程: 1 f 2 , 3 或处于极限平衡状态截面上的剪应力和正应力间的 关系方程： f
三、裂隙岩体的强度估算
Hoek-Brown经验方程
2 1 3 m c 3 S c
mc S c
mt
2 c m m 4S
2
B
B A c ( T ) c
B 1 Cm A c T AB ( T ) c c m arctg AB( T ) B 1 c
一、岩体剪切强度
1、岩体原位剪切试验及其强度参数确定
1 2 3
τ （MPa）
40
4
30
20 接油泵 5 6 2 接油泵 Cm 0 7 2 5 8 2 9 10 20 φ 10
m
岩体剪应力(τ)-剪位移(u)曲线及法向应力(σ)-法 向变形(W)曲线。 剪切强度曲线及岩体剪切强度参数Cm，φm值
RMR-10 Em=10 40
60
70Biblioteka 8090100岩体变形模量与RMR值关系
（1）用RMR值估算岩体变形模量
Em 2 RMR 100 ( RMR 55) RMR 10 40 E 10 ( RMR 55) m
（2）用Q值估算纵波速度和岩体平均变形模量
vmp 1000lg Q 3500 vmp 3500 Emean 40
τ （MPa）
2
3
40
30
20 5 6 接油泵 Cm 0 2 9 10 20 30 40 50 σ （MPa） φm 10
岩体名称 褐煤
内聚力(MPa) 0.014～0.03 范围 0. 002—0.18 一般 0.04～0.09 0.01 0.07～0.44 0.01～0.53 0.2～0.75 0.35～1.4 0.76～1.38 范围 —般 范围 一般 0.03～1.36 0.1～0 4 0.02～3.9 0.1～1 0.07～1.7 0.07～0.18 范围 一般 0.04～2.88 1 ～2 0.06～1.4 范围 一般 范围 —般 0．1～4.16 0 2 ～0 5 1.54～4．9 3 ～4
1 3
cos 2
σ
3
σ
3
σ 1 -σ
3
A
0 σ
1
1 3
φ
j
沿不连续面滑动 2(C j 3tg j ) 45°+φ
(1 tg j ctg ) sin 2
j/2
β
90°
1 3
2(C j 3tg j ) (1 tg j ctg ) sin 2
3
σ 1 -σ
σ 1 -σ
岩石破坏
σ σ σ σ
3,1
3,2
β
3,3 3,4
σ 1 -σ
3
3
σ σ σ
3,1 3,2
3,3 3,4
沿不连续面滑动 0 β φ
j
σ β 0 15 30 45 60 75 90 0 15 30 45 60 75 β 90
45°+φ
j/2
90°
（a） （b）
含多组结构面，且假定各组结构面具有相同的性质时，可 分步运用单结构面理论确定岩体强度包线及岩体强度。 随结构面组数的增加，岩体的强度趋向于各向同性，并被 大大削弱，且多沿复合结构面破坏。 含四组以上结构面岩体的强度可按各向同性考虑。 当σ3接近于σmc时，可视为各向同性体。
岩体的强度(σ1－σ3) 随结构面倾角β的变化而变化。 当β→φj或β→90°时，岩体不可能沿结构面破坏，而只能 产生剪断岩体破坏。 τ 只有当β1≤β≤β2时，岩体才能沿结构面破坏。
1
σ 1 -σ
3
岩石破坏
2 2β 1-φ φ
j j
β
Cj 0 σ
3
2β
2
2β
1
3
o
σ
1
σ
沿不连续面滑动 0 β φ
M、 S 、 A、 B、 T为与岩性及结构面情况有关的常数， 根据岩体性质查表确定。
S
n （a）
（1）法向应力σn作用下的岩体变形参数 1)沿n方向加荷
Ks σ Kn Е μ S Δ Vn τ σ
n n
t
岩块法向变形Vr
τ
n n
K E
S
n
层面法向变形Vj
τ S
岩体法向变形Vn Vr Vj
G Ks
τ ·S Ks G n
S
n
地震波法
静力法的基本原理：在选定的岩体表面、槽壁 或钻孔壁面上施加法向荷载，并测定其岩体的 变形值；然后绘制出压力-变形关系曲线，计算 出岩体的变形参数。 动力法的基本原理：用人工方法对岩体发射(或 激发)弹性波(声波或地震波)，并测定其在岩体 中的传播速度，然后根据波动理论求岩体的变 形参数。
mc
2C j (1 tg j ctg ) sin 2
σ3=0
1m 3
2(C j 3tg j ) (1 tg j ctg ) sin 2
当β＝45°＋φj／2时，岩体强度取得最低值
1 3 min
2(C j 3tg j ) 1 tg 2 j tg j
岩体剪切变形u j u r u
τ
G
S
Ks
Gmt
S
1 1 1 Gmt KsS G
2、裂隙岩体变形参数的估算
90 80 70 Bieniawski，1978 Serafim和Pereira，1983 Em=2RMR-10
变形模量Em（GPa）
60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 RMR评分值
应力正负号的规定： 以压应力为正，拉应力为负。
②可以在地下水位以下和 相当深的部位进行；
dp(1 m ) Em U
③试验方向基本上不受限 制，而且试验压力可以达 到很大； ④在一次试验中可以同时 量测几个方向的变形，便 于研究岩体的各向异性。 缺点：
试验涉及的岩体体积小， 代表性受到局限。
p
3、狭缝法
4 5 6 1 7 8 2 9 3
横切结构面剪切(剪断破坏)时，岩体剪切强度最高。
沿复合剪切面剪切(复合破坏)时，其强度介于以上 两者之间。
岩体的剪切强度是具有上限和 下限的值域，其强度包络线也 是有上限和下限的曲线族。上 限是岩体的剪断强度，下限是 结构面的抗剪强度。 应力 σ 较低时，强度变化范围 较大，随着应力增大，范围逐 渐变小。 应力 σ 高到一定程度时，包络 线变为一条曲线，岩体强度将 不受结构面影响而趋于各向同 性体。
τ
岩块
岩体
面 构 结
0
σ
坚硬岩石的强度曲线
软弱岩石的强度曲线
二、岩体的压缩强度
岩体的压缩强度分为单轴抗 压强度和三轴压缩强度。
在生产实际中，通常是采用 原位单轴压缩和三轴压缩试 验来确定。
单轴压缩
三轴压缩
单结构面理论
σ
1
1 3
B
β
2 2 1 3 sin 2 岩石破坏 2 强度判据 f tg j C j
GSI 100 s exp( ) 9 3D
1 GSI 20 0.5 exp( ) exp( ) 6 15 3
第2讲 岩体力学性质及工程分类
2.1 岩块的力学性质 2.2 结构面的力学性质 2.3 岩体的变形性质 2.4 岩体的强度性质
第2讲 岩体力学性质与工程分类
2.1 岩块的力学性质 2.2 结构面的力学性质
2.3 岩体的变形性质 2.4 岩体的强度性质 2.5 岩石的破坏判据 2.6 岩体工程分类
第2讲 岩体力学性质及工程分类
2.1 岩块的力学性质 2.2 结构面的力学性质
2.3 岩体的变形性质
2.4 岩体的强度性质 2.5 岩石的破坏判据 2.6 岩体工程分类
岩体变形是岩体在受力条件改变时，产生体积 变化、形状改变及结构体间位置移动的总和。
体积变化
岩体变形 (u) 形状变化
材料变形(um) 结构变形(us)
位置变化
•在一般情况下，岩体的结构变形起着控制作用。
一、岩体原位变形试验
承压板法 钻孔变形法 静力法
岩体原位 变形试验 动力法 狭缝法 水压洞室法 单(双)轴压缩试验法 声波法
1、承压板法
刚性承压板法 柔性承压板法
p(MPa) p
2 pD(1 m ) Em W
Eme
Wp We W(mm)
2 pD(1 m )
We
ω是与承压板形状与刚度有关的系数。 对于圆形板ω＝0.785；对于方形板ω＝0.886
2、钻孔变形法
压力表 水泵
优点：
①对岩体扰动小；
j
45°+φ
j/2
90°
( 1 3 2C j ctg j ) sin j 1 1 arcsin 2 2 1 3
j
2 90 j 1
1 3
2(C j 3tg j ) (1 tg j ctg ) sin 2
2.5 岩石的破坏判据
2.6 岩体工程分类
•岩石强度理论：研究岩石在一定的假说条件下在各 种应力状态下的强度准则的理论。 •强度准则(又称破坏判据):岩石在极限应力状态下 （破坏条件）的应力状态和岩石强度参数之间的关 系。可表示为极限应力状态下的主应力间的关系方 程: 1 f 2 , 3 或处于极限平衡状态截面上的剪应力和正应力间的 关系方程： f
三、裂隙岩体的强度估算
Hoek-Brown经验方程
2 1 3 m c 3 S c
mc S c
mt
2 c m m 4S
2
B
B A c ( T ) c
B 1 Cm A c T AB ( T ) c c m arctg AB( T ) B 1 c
一、岩体剪切强度
1、岩体原位剪切试验及其强度参数确定
1 2 3
τ （MPa）
40
4
30
20 接油泵 5 6 2 接油泵 Cm 0 7 2 5 8 2 9 10 20 φ 10
m
岩体剪应力(τ)-剪位移(u)曲线及法向应力(σ)-法 向变形(W)曲线。 剪切强度曲线及岩体剪切强度参数Cm，φm值
RMR-10 Em=10 40
60
70Biblioteka 8090100岩体变形模量与RMR值关系
（1）用RMR值估算岩体变形模量
Em 2 RMR 100 ( RMR 55) RMR 10 40 E 10 ( RMR 55) m
（2）用Q值估算纵波速度和岩体平均变形模量
vmp 1000lg Q 3500 vmp 3500 Emean 40
τ （MPa）
2
3
40
30
20 5 6 接油泵 Cm 0 2 9 10 20 30 40 50 σ （MPa） φm 10
岩体名称 褐煤
内聚力(MPa) 0.014～0.03 范围 0. 002—0.18 一般 0.04～0.09 0.01 0.07～0.44 0.01～0.53 0.2～0.75 0.35～1.4 0.76～1.38 范围 —般 范围 一般 0.03～1.36 0.1～0 4 0.02～3.9 0.1～1 0.07～1.7 0.07～0.18 范围 一般 0.04～2.88 1 ～2 0.06～1.4 范围 一般 范围 —般 0．1～4.16 0 2 ～0 5 1.54～4．9 3 ～4
1 3
cos 2
σ
3
σ
3
σ 1 -σ
3
A
0 σ
1
1 3
φ
j
沿不连续面滑动 2(C j 3tg j ) 45°+φ
(1 tg j ctg ) sin 2
j/2
β
90°
1 3
2(C j 3tg j ) (1 tg j ctg ) sin 2
3
σ 1 -σ
σ 1 -σ
岩石破坏
σ σ σ σ
3,1
3,2
β
3,3 3,4
σ 1 -σ
3
3
σ σ σ
3,1 3,2
3,3 3,4
沿不连续面滑动 0 β φ
j
σ β 0 15 30 45 60 75 90 0 15 30 45 60 75 β 90
45°+φ
j/2
90°
（a） （b）
含多组结构面，且假定各组结构面具有相同的性质时，可 分步运用单结构面理论确定岩体强度包线及岩体强度。 随结构面组数的增加，岩体的强度趋向于各向同性，并被 大大削弱，且多沿复合结构面破坏。 含四组以上结构面岩体的强度可按各向同性考虑。 当σ3接近于σmc时，可视为各向同性体。
岩体的强度(σ1－σ3) 随结构面倾角β的变化而变化。 当β→φj或β→90°时，岩体不可能沿结构面破坏，而只能 产生剪断岩体破坏。 τ 只有当β1≤β≤β2时，岩体才能沿结构面破坏。
1
σ 1 -σ
3
岩石破坏
2 2β 1-φ φ
j j
β
Cj 0 σ
3
2β
2
2β
1
3
o
σ
1
σ
沿不连续面滑动 0 β φ
M、 S 、 A、 B、 T为与岩性及结构面情况有关的常数， 根据岩体性质查表确定。