岩体力学岩体的力学特性.PPT汇编
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《岩体力学》第六章岩体的力学性质
图6.1 岩体的压力--变形曲线第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质包括岩体的变形性质、强度性质、动力学性质和水力学性质等方面。
岩体在外力作用下的力学属性表现出非均质性、非连续、各向异性和非弹性。
岩体的力学性质取决于两个方面： 1）受力条件；2）岩体的地质特征及其赋存环境条件。
其中地质特征包括岩石材料性质、结构面的发育情况及性质（影响岩体的力学性质不同于岩块的本质原因）；赋存环境条件包括天然应力和地下水。
第一节 岩体的变形性质一、 岩体变形试验及其变形参数确定变形参数包括变形模量和弹性模量。
按静力法得到静E ，动力法得到动E 。
⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧法波地震声波法动力法轴压缩试验法双单水压洞室法钻孔变形法扁千斤顶法狭缝法承压板法静力法按原理和方法分原位岩体变形试验)()()( )(1．承压板法刚性承压板法和柔性承压板法 各级压力P －W （岩体变形值）曲线 按布西涅斯克公式计算岩体的变形模量E m （Mpa ）和弹性模量E me （Mpa ）。
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=-=e m mem m W W PD E W W PD E )1()1(22μμ式中：P —承压板单位面积上的压力（Mpa ）； D —承压板的直径或边长（cm ）；W，W e—为相应P下的总变形和弹性变形；ω—与承压板形状、刚度有关系数，圆形板ω=0.785，方形板ω=0.886。
μm—岩体的泊松比。
★定义：岩体变形模量（E m）：岩体在无侧限受压条件下的应力与总应变之比值。
岩体弹性模量（E me）：岩体在无侧限受压条件下的应力与弹性应变之比值。
图6.2 钻孔变形试验装置示意图②可以在地下水位以下笔图6.3 狭缝法试验装置如图6.3所示。
二、岩体变形参数估算现场原位试验费用昂贵，周期长，一般只在重要的或大型工程中进行，因此，岩体变形参数的很多情况下必须进行估算。
两种方法：① 现场地质调查→建立适当的岩体地质力学模型→室内小试件试验资料→进行估算； ② 岩体质量评价和大量试验资料→建立岩体分类指标与变形参数间的经验关系→进行估算。
精品课程《岩石力学》ppt课件(全)
具体而言，研究岩石在荷载作用下的应力、变形和破坏 规律以及工程稳定性等问题。
上述定义是把“岩石”看成固体力学中的一种材料，然而
岩石材料不同于一般的人工制造的固体材料，它是
一种典型的“连续介质”，具有复杂的地质构造和赋
存条件的天然地质体。
.
11
三、岩石力学理论的发展简史
1. 初始阶段(19世纪末~20世纪初)
.
8
（2）60年代初意大利Vajont大坝水库高边坡的崩溃 意大利Vajont拱坝，坝高262m，
于1959年建成，是当时世界上 最高的拱坝。1963年10月9日 夜，由于大坝上游山体突然滑 坡，约2.5亿立方的山体瞬时涌 入水库，涌浪摧毁上游及下游 一个小镇与邻近几个村庄，造 成约2500人死亡，整个灾害的 持续时间仅仅5分钟。
.
3
一、引言
1. 人类活动与岩石工程（Rock Engineering）
岩石圈是人类赖以生存的主要载体，人类的大部分活动都 是在岩石圈上进行的：
远古
约4700年前 公元1600年
19世纪
石器，穴居 金字塔（146.5m) 火药采矿 铁路隧道技术
20世纪 大型水电工程
岩基、边坡，地下 洞室，隧道工程等
普罗托吉雅柯诺夫提出的自然平衡拱学说，即普氏理论．
围岩开挖后自然塌落成抛物线拱形，作用在支架上的压力等于 冒落拱内岩石的重量，仅是上覆岩石重量的一部分．
太沙基(K．Terzahi)理论 围岩塌落成矩形，而不是抛物线型．
优点与缺点
上述理论在一定历史时期和一定条件下还是发挥了一定作用的， 但是围岩的塌落并不是形成围岩压力的惟一来源，也不是所有 的地下空间都存在塌落拱．围岩和支护之间并不完全是荷载和 结构的关系问题，在很多情况下围岩和支护形成一个共同承载 系统，而且维持岩石工程的稳定最根本的还是要发挥围岩的作 用．
岩体力学-第一章 岩石的力学特性.PPT
第一章 岩石的力学特性
本章内容：
岩石的应力－应变关系(静力学瞬时和长期荷载荷载作用下); 岩石弹性参数确定;岩石的本构关系;岩石的破坏准则; 以及介绍影响岩石力学性质因素，常见岩石试验方法。
本章重点与难点：强度与变形特征 １.１ 静力学特性 １.２ 流变特性 １.３ 影响岩石力学性质的因素 １.４ 破坏判据
c c1 0.778 0.222 h
d
1
2
2.5
3
h/d
13
点荷载强度指标(point load strength index)：
P D2 c ——为h/d为2的试件单轴抗压强度
c 24 I s I s
I s ——点荷载强度指标，
普通材料试验机： 柔性试验机； 刚度较小； 不能控制荷载和变形； 只能做出岩石受力在达 到极限强度以前的变形 特征。
类型Ⅰ弹性的
类型Ⅱ 弹塑性的
类型Ⅲ 塑弹性的
类型Ⅳ 塑－弹－塑性的
类型Ⅴ 塑－弹－塑的
类型Ⅵ 弹－塑－蠕变的
4
类型Ⅰ：直线型； 包括玄武岩，石英岩，辉绿岩，白云岩和非常坚硬的石灰岩 类型Ⅱ：直线＋弯曲下降； 石灰岩，粉砂岩，凝灰岩等致密但岩性较软的岩石 类型Ⅲ：下凹＋直线 ； 花岗岩和砂岩等具有孔隙和微裂隙坚硬岩石 类型Ⅳ：Ｓ型直线陡且长，曲线较短 坚硬致密的变质岩，如大理岩，片麻岩等 类型Ⅴ：Ｓ型直线平且短，曲线长； 压缩性较高的岩石，片岩在垂直片理方向受压 类型Ⅵ：直线＋弯曲； 盐岩
2P d2 d 2a
0.8 0.7 0.6 0.5
抛物线型压力分布 均匀压力分布 常位移条件压力分布 光弹试验
t
2P dh
P t 0.3 0.2 A
本章内容：
岩石的应力－应变关系(静力学瞬时和长期荷载荷载作用下); 岩石弹性参数确定;岩石的本构关系;岩石的破坏准则; 以及介绍影响岩石力学性质因素，常见岩石试验方法。
本章重点与难点：强度与变形特征 １.１ 静力学特性 １.２ 流变特性 １.３ 影响岩石力学性质的因素 １.４ 破坏判据
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点荷载强度指标(point load strength index)：
P D2 c ——为h/d为2的试件单轴抗压强度
c 24 I s I s
I s ——点荷载强度指标，
普通材料试验机： 柔性试验机； 刚度较小； 不能控制荷载和变形； 只能做出岩石受力在达 到极限强度以前的变形 特征。
类型Ⅰ弹性的
类型Ⅱ 弹塑性的
类型Ⅲ 塑弹性的
类型Ⅳ 塑－弹－塑性的
类型Ⅴ 塑－弹－塑的
类型Ⅵ 弹－塑－蠕变的
4
类型Ⅰ：直线型； 包括玄武岩，石英岩，辉绿岩，白云岩和非常坚硬的石灰岩 类型Ⅱ：直线＋弯曲下降； 石灰岩，粉砂岩，凝灰岩等致密但岩性较软的岩石 类型Ⅲ：下凹＋直线 ； 花岗岩和砂岩等具有孔隙和微裂隙坚硬岩石 类型Ⅳ：Ｓ型直线陡且长，曲线较短 坚硬致密的变质岩，如大理岩，片麻岩等 类型Ⅴ：Ｓ型直线平且短，曲线长； 压缩性较高的岩石，片岩在垂直片理方向受压 类型Ⅵ：直线＋弯曲； 盐岩
2P d2 d 2a
0.8 0.7 0.6 0.5
抛物线型压力分布 均匀压力分布 常位移条件压力分布 光弹试验
t
2P dh
P t 0.3 0.2 A
《高等岩石力学》课件
用于模拟岩石在三轴压力下的力学行为，包括应力应变关系、破裂模式等。
岩石声波测试仪
用于测量岩石的声波速度，评估岩石的完整性、孔隙 度和弹性参数。
岩石CT扫描仪
通过X射线扫描岩石，获取岩石内部的结构和孔隙分 布信息。
岩石力学实验方法
直接拉伸试验
测量岩石在拉伸载荷下 的应力-应变关系，了解 岩石的抗拉强度和变形 特性。
《高等岩石力学》ppt课件
目 录
• 岩石力学基础 • 岩石力学性质 • 岩石力学实验 • 岩石工程稳定性分析 • 岩石工程防护与加固 • 高等岩石力学应用案例
01
岩石力学基础
岩石力学定义
总结词：基本概念
详细描述：岩石力学是一门研究岩石在各种外力作用下的变形、破裂、破坏和流 动等行为的科学。它涉及到岩石的物理性质、力学行为和地质环境等多个方面。
单轴压缩试验
测量岩石在单轴压缩下 的应力-应变关系，了解 岩石的抗压强度和变形 特性。
三轴压缩试验
模拟岩石在实际地质环 境中的受力状态，测量 岩石在三轴压力下的应 力-应变关系。
岩石力学实验结果分析
强度分析
根据实验结果，分析岩石的抗压、抗拉和抗剪 强度，评估岩石的稳定性。
变形特性分析
分析岩石的应力-应变曲线，了解岩石的弹性、 塑性 Nhomakorabea破裂特性。
地下水监测
通过监测地下水的变化情况，评估地下水对岩体的影响和破坏程 度。
06
高等岩石力学应用案 例
岩石工程设计案例
总结词 详细描述 详细描述 详细描述
通过实际案例分析，展示高等岩石力学在岩石工程设计中的应 用。
介绍某大型水电站岩石高边坡设计，如何运用高等岩石力学的 理论和方法，对边坡稳定性进行评估，并设计出合理的支护结
岩石声波测试仪
用于测量岩石的声波速度，评估岩石的完整性、孔隙 度和弹性参数。
岩石CT扫描仪
通过X射线扫描岩石，获取岩石内部的结构和孔隙分 布信息。
岩石力学实验方法
直接拉伸试验
测量岩石在拉伸载荷下 的应力-应变关系，了解 岩石的抗拉强度和变形 特性。
《高等岩石力学》ppt课件
目 录
• 岩石力学基础 • 岩石力学性质 • 岩石力学实验 • 岩石工程稳定性分析 • 岩石工程防护与加固 • 高等岩石力学应用案例
01
岩石力学基础
岩石力学定义
总结词：基本概念
详细描述：岩石力学是一门研究岩石在各种外力作用下的变形、破裂、破坏和流 动等行为的科学。它涉及到岩石的物理性质、力学行为和地质环境等多个方面。
单轴压缩试验
测量岩石在单轴压缩下 的应力-应变关系，了解 岩石的抗压强度和变形 特性。
三轴压缩试验
模拟岩石在实际地质环 境中的受力状态，测量 岩石在三轴压力下的应 力-应变关系。
岩石力学实验结果分析
强度分析
根据实验结果，分析岩石的抗压、抗拉和抗剪 强度，评估岩石的稳定性。
变形特性分析
分析岩石的应力-应变曲线，了解岩石的弹性、 塑性 Nhomakorabea破裂特性。
地下水监测
通过监测地下水的变化情况，评估地下水对岩体的影响和破坏程 度。
06
高等岩石力学应用案 例
岩石工程设计案例
总结词 详细描述 详细描述 详细描述
通过实际案例分析，展示高等岩石力学在岩石工程设计中的应 用。
介绍某大型水电站岩石高边坡设计，如何运用高等岩石力学的 理论和方法，对边坡稳定性进行评估，并设计出合理的支护结
岩石力学ppt课件第三章 岩体力学性质
（2）上凹型（塑-弹性岩体）
含软弱夹层的层状岩体及裂隙岩体 （3）上凸型（弹-塑性岩体）
结构面发育且有泥质充填的岩体。
（4）复合型：阶梯或“S”型（塑-弹-塑性岩体)
20结21/8构/17面发育不均或岩性不均匀的岩体。
23
（二）剪切变形特征：
(a)沿软弱结 构面剪切
(b)沿粗糙结构面、 软弱岩体及强风
化岩体剪切
(c)坚硬岩体 受剪切
峰前变形平均斜 率小，破坏位移 大；峰后强度损 失小。
2021/8/17
峰前变形平均斜 率较大，峰值强 度较高；峰后有 明显应力降。
峰前变形斜率大，
峰值强度高，破坏
位移小；峰后残余 强度较低。
24
（三）各向异性变形特征：（P101蔡）
岩石的全部或部分物理、力学特性随方向不同而 表现出差异的现象称为岩石的各向异性。
2021/8/17
2
§3.1 概述
岩体=结构面（弱面）+结构体（岩石块体） 结构面：断层、褶皱、节理……统称
影响岩体力学性质的基本因素：
结构体(岩石)力学性质、结构面力学性质、岩体 结构力学效应和环境因素(特别是水和地应力的作用)
2021/8/17
3
§3.2岩体结构的基本类型 （地质学、复习、了解）
36
孔隙静水压力作用
（三）力学作用：
孔隙动水压力作用
当多孔连续介质岩土体中存在孔隙地下水时， 未充满孔隙的地下水使岩土体的有效应力增加：
p
σα有效应力，σ 总应力，p 孔隙静水水压力
当地下水充满多孔连续介质岩土体时，使有效 应力减小：
p
2021/8/17
σα，σ ，p ： 含义同上
37
含软弱夹层的层状岩体及裂隙岩体 （3）上凸型（弹-塑性岩体）
结构面发育且有泥质充填的岩体。
（4）复合型：阶梯或“S”型（塑-弹-塑性岩体)
20结21/8构/17面发育不均或岩性不均匀的岩体。
23
（二）剪切变形特征：
(a)沿软弱结 构面剪切
(b)沿粗糙结构面、 软弱岩体及强风
化岩体剪切
(c)坚硬岩体 受剪切
峰前变形平均斜 率小，破坏位移 大；峰后强度损 失小。
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峰前变形平均斜 率较大，峰值强 度较高；峰后有 明显应力降。
峰前变形斜率大，
峰值强度高，破坏
位移小；峰后残余 强度较低。
24
（三）各向异性变形特征：（P101蔡）
岩石的全部或部分物理、力学特性随方向不同而 表现出差异的现象称为岩石的各向异性。
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§3.1 概述
岩体=结构面（弱面）+结构体（岩石块体） 结构面：断层、褶皱、节理……统称
影响岩体力学性质的基本因素：
结构体(岩石)力学性质、结构面力学性质、岩体 结构力学效应和环境因素(特别是水和地应力的作用)
2021/8/17
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§3.2岩体结构的基本类型 （地质学、复习、了解）
36
孔隙静水压力作用
（三）力学作用：
孔隙动水压力作用
当多孔连续介质岩土体中存在孔隙地下水时， 未充满孔隙的地下水使岩土体的有效应力增加：
p
σα有效应力，σ 总应力，p 孔隙静水水压力
当地下水充满多孔连续介质岩土体时，使有效 应力减小：
p
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σα，σ ，p ： 含义同上
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岩体力学第二章岩石的基本物理力学性质PPT课件
岩石的强度和破坏
强度
岩石抵抗外力破坏的能力， 通常分为抗压、抗拉和抗 剪强度。
破裂准则
描述岩石在不同应力状态 下从弹性到破坏的过渡规 律。
破裂模式
岩石破坏时的形态和方式， 如脆性、延性、剪切等。
04
岩石的物理力学性质与岩体力学应用
岩石的物理力学性质在岩体工程设计中的应用
岩石的物理性质在岩体工程设计中具有重要影响， 如密度、孔隙率、含水率等参数，决定了岩体的承 载能力和稳定性。
岩石的物理力学性质在岩体工程治理中的应用
在岩体工程治理中，需要根据岩石的 物理力学性质制定相应的治理方案。
在治理过程中，还需要根据岩石的变形和 破坏模式，采取相应的监测和预警措施， 以确保工程治理的有效性和安全性。
如对于软弱岩体，可以采用加固、注浆等措 施提高其承载能力和稳定性；对于破碎岩体 ，可以采用锚固、支撑等措施防止其崩塌和 滑移。
弹性波速
表示岩石中弹性波传播速度， 与岩石的密度和弹性模量等有 关。
岩石的塑性和流变
01
02
03
塑性
当应力超过岩石的屈服点 时，岩石会发生塑性变形， 不再完全恢复到原始状态。
流变
在长期应力作用下，岩石 的变形不仅与当前应力状 态有关，还与应力历史有 关。
蠕变
在恒定应力作用下，岩石 变形随时间逐渐增加的现 象。
岩体力学第二章岩石的基本物 理力学性质ppt课件
目
CONTENCT
录
• 引言 • 岩石的物理性质 • 岩石的力学性质 • 岩石的物理力学性质与岩体力学应
用 • 结论
01
引言
岩石的基本物理力学性质在岩体力学中的重要性
岩石的基本物理力学性质是岩体力学研究的基础，对于理解岩体 的变形、破坏和稳定性至关重要。
岩体力学02-岩石的物理力学性质
3
密度和重度在进行 岩体工程稳定性计 算评价、自重应力 计算时是常用的参 数
g—重力加速度，工程计算时一般取10m/s2。
3、岩石的颗粒密度 岩石的颗粒密度（ s）是指岩石固体物质的质量与固体
的体积之比，即
s
ms Vs
g / cm
3
岩石颗粒密度只 取决于矿物成分。
Vs—颗粒体积； ms—颗粒质量
（一）岩石的质量与重量指标——密度与重度
1、天然密度（） 岩石在天然条件下单位体积的质量，即
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。
V—岩石试件的总体积； m—岩石试件的总质量
m V
g / cm
3
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
量(mw1)与岩样干质量(ms)之比，即
Wa
大开空隙 率与吸水 率的关系
mw 1 100 % ms
VVb dWa nb 100% dWa V w
2、饱和吸水率(Wsat) 岩石试件在煮沸、高压(一般压力为15MPa)或真空条 件下吸入水的质量(mw2)与岩样干质量(ms)之比，即
kv
0.2~0.4 0.4~0.6 0.6~0.8 0.8~0.9
kf
<0.4 0.4~0.8 0.8~0.9
未风化
>5000
0.9~1.0
0.9~1.0
《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）
硬质岩石风化风化程度野外描述
硬质岩石风化风化程度野外描述
四、岩块的工程分类
密度和重度在进行 岩体工程稳定性计 算评价、自重应力 计算时是常用的参 数
g—重力加速度，工程计算时一般取10m/s2。
3、岩石的颗粒密度 岩石的颗粒密度（ s）是指岩石固体物质的质量与固体
的体积之比，即
s
ms Vs
g / cm
3
岩石颗粒密度只 取决于矿物成分。
Vs—颗粒体积； ms—颗粒质量
（一）岩石的质量与重量指标——密度与重度
1、天然密度（） 岩石在天然条件下单位体积的质量，即
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。
V—岩石试件的总体积； m—岩石试件的总质量
m V
g / cm
3
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
量(mw1)与岩样干质量(ms)之比，即
Wa
大开空隙 率与吸水 率的关系
mw 1 100 % ms
VVb dWa nb 100% dWa V w
2、饱和吸水率(Wsat) 岩石试件在煮沸、高压(一般压力为15MPa)或真空条 件下吸入水的质量(mw2)与岩样干质量(ms)之比，即
kv
0.2~0.4 0.4~0.6 0.6~0.8 0.8~0.9
kf
<0.4 0.4~0.8 0.8~0.9
未风化
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0.9~1.0
0.9~1.0
《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）
硬质岩石风化风化程度野外描述
硬质岩石风化风化程度野外描述
四、岩块的工程分类
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
2021/3/6
8
四、结构面对岩体强度的影响
结构面是通过结构面的产状、形态、延展尺度 等几何特征参数和密集度与充填物等状态，来 描述对岩体强度和工程稳定性影响的。
1.结构面的产状对岩体是否沿某一结构面滑动 起控制作用。
2.结构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。
3.结构面的延展尺度在工程岩体范围内，延展 尺度大的结构面程岩体力学性质
2021/3/6
9
三、岩体破碎程度的指标(补充)
1.裂隙度
（1）定义 裂隙度K是指沿着取样线方向，单位长度上节理 的数量。
（2）计算
1）设某节理取样线长度为L，沿L内出现节理的数 量为n，则 Kn L
2021/3/6
岩石力学与工程岩体力学性质
划分依据 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构特征已消失 原生岩体结构特征已消失
7
2）沿取样方向节理的平均间距d为
d 1 L Kn
岩石力学与工程岩体力学性质
2021/3/6
10
2.切割度
（1）切割度
是指岩体被节理割裂、分离的程度。
（2）计算
1）仅含一个节理面的平直断面，节理面面积 a，平
直断面面积A，其切割度 X e 为
Xe
a A
2）当岩体被完全切割时，Xe 1 ；未被切割时，
级 序 结构类型
划分依据
Ⅰ Ⅰ1 块裂结构 多数软弱结构面切割，块 状结构体
Ⅰ2 板裂结构 一组软弱结构面切割，板 状结构体
岩体的力学性质
第55页/共60页
透水率q的确定（吕荣试验）
透水率q单位吕荣（Lu）：当试段压力为1MPa时，每米试段的压入流量。
吕荣试验的基本要点自上而下单栓塞分段压水，试段长5m，相邻试段互相衔接每试段按三级压力（p1＜p2＜p3）、五个阶段（p1-p26MPa， p3 =1.0MPa试验钻孔采用59~150mm孔径
岩体的动力学性质：岩体在动荷载作用下所表现出来的性质，包括岩体中弹性波的传播规律及岩体动力变形与强度性质。
第36页/共60页
一、岩体中弹性波的传播规律
弹性波在介质中的传播速度仅与介质密度ρ及其动力变形参数Ed，μd有关。因此可以通过测定岩体中的弹性波速来确定岩体的动力变形参数。
第37页/共60页
第23页/共60页
1、原位岩体剪切试验及其强度参数确定
双千斤顶法直剪试验
第24页/共60页
第25页/共60页
τ-u曲线及σ-法向变形(W)曲线。剪切强度曲线及剪切强度参数Cm，φm值
第26页/共60页
各类岩体的剪切强度参数表
Φ：岩体≈岩块；C：岩体< <岩块。结构面的存在主要降低了岩体的连结能力，进而降低C 。
一，现场地质调查基础上，建立适当岩体地质力学模型，利用室内小试件试验资料来估算。二，在岩体质量评价和大量试验资料基础上，建立岩体分类指标与变形参数之间的经验关系，并用于变形参数估算。
第9页/共60页
1、层状岩体变形参数估算
地质力学模型假设各岩层厚度相等=S，性质相同。层面张开度可忽略不计假设岩块变形参数：E，μ和G，层面变形参数：Kn，Ks。取n-t坐标系，n垂直层面，t平行层面。由岩块和层面组成单元体。
第42页/共60页
常见岩体动弹性模量和动泊松比参考值
透水率q的确定（吕荣试验）
透水率q单位吕荣（Lu）：当试段压力为1MPa时，每米试段的压入流量。
吕荣试验的基本要点自上而下单栓塞分段压水，试段长5m，相邻试段互相衔接每试段按三级压力（p1＜p2＜p3）、五个阶段（p1-p26MPa， p3 =1.0MPa试验钻孔采用59~150mm孔径
岩体的动力学性质：岩体在动荷载作用下所表现出来的性质，包括岩体中弹性波的传播规律及岩体动力变形与强度性质。
第36页/共60页
一、岩体中弹性波的传播规律
弹性波在介质中的传播速度仅与介质密度ρ及其动力变形参数Ed，μd有关。因此可以通过测定岩体中的弹性波速来确定岩体的动力变形参数。
第37页/共60页
第23页/共60页
1、原位岩体剪切试验及其强度参数确定
双千斤顶法直剪试验
第24页/共60页
第25页/共60页
τ-u曲线及σ-法向变形(W)曲线。剪切强度曲线及剪切强度参数Cm，φm值
第26页/共60页
各类岩体的剪切强度参数表
Φ：岩体≈岩块；C：岩体< <岩块。结构面的存在主要降低了岩体的连结能力，进而降低C 。
一，现场地质调查基础上，建立适当岩体地质力学模型，利用室内小试件试验资料来估算。二，在岩体质量评价和大量试验资料基础上，建立岩体分类指标与变形参数之间的经验关系，并用于变形参数估算。
第9页/共60页
1、层状岩体变形参数估算
地质力学模型假设各岩层厚度相等=S，性质相同。层面张开度可忽略不计假设岩块变形参数：E，μ和G，层面变形参数：Kn，Ks。取n-t坐标系，n垂直层面，t平行层面。由岩块和层面组成单元体。
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常见岩体动弹性模量和动泊松比参考值
岩体力学-岩体的力学特性.PPT
Xe变化在0－1之间变化； Xe值愈大说明结构面的连续 性愈好； 当Xe=1时，结构面完全贯通。 当Xe=0时，岩体完整。
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迹长：在岩体中沿结构面延展 迹线的长度。
岩体按切割度Xe的分类表 用结构面的迹长来描述和评 价结构面的连续性，并制订 了相应的分级标准 名称 切割度Xe
国际岩石力学学会(ISRM，1978)建议
III 级
IV 级
划分II类岩体结构 的基本依据 是岩体力学性质和 结构效应基础 坚硬结构面 破坏岩体的完整性， 与其他结构面形成 不同类型边坡破坏 方式。 16
结构面分级-4
级序 分级依据 地质类型 力学属性 影响岩体稳定性
分布随机，降低岩 块强度，是岩块力 学性质效应基础。 硬性结构面 若十分密集，又因 风化，形成松散介 质。
1.结构体的相对大小 2.结构体的块度 3.结构体的形状 板状结构体，柱状结构体，锥状结构体
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2.2 岩体静力学特性：
包括剪切变形和抗剪强度，以及法向变形;以剪切试验为研 究手段。 不连续面在剪切试验，包括室内剪切试验和现场剪切试验， 试验装置和简图 填充物对结构面抗剪强度的影响 1 夹层厚度：随着厚度的增加迅速降低，与法向应力的 大小有关 2 矿物颗粒：随着颗粒直径增大而增大，超过30mm，变 化不大 3 含水量：含水量增大导致抗剪强度大幅度降低
K=n/L ， d’ =1/K=L/n 线密度Kd：若取样线垂直结构面，则裂隙度被称为线密度。 间距d：同一组结构面法线方向上结构面平均距离。 Kd=n/L ， d =1/Kd=L/n
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多组结构面裂隙度K的计算： Ka=1/max =cosξa/da Kb=1/mbx =ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱosξb/db · · · · · · ， Kn=1/mnx =cosξn/dn K=Ka+Kb+· · · +Kn
岩石力学教案PPT课件
岩石的应力-应变关系
应力
指作用在岩石上的外力，包括压、 拉、剪等。
应变
指岩石在应力作用下发生的形变。
应力-应变曲线
描述岩石在受力过程中应力与应变 的关系曲线，通常呈现非线性的特 点。
岩石的破裂机制与强度准则
破裂机制
描述岩石在受力过程中如何达到破坏 状态的过程。
强度准则
用于预测岩石在不同应力状态下是否 会发生破坏的准则，如莫尔圆准则等 。
岩土体加固、滑坡治理等。
岩石力学的发展历程
19世纪初
20世纪80年代以来
岩石力学作为一门独立的学科开始形 成，最初的研究主要集中在岩石的强 度和变形特性方面。
数值计算和计算机技术的快速发展为岩 石力学提供了新的研究手段，推动了岩 石力学在理论和应用方面的深入研究。
20世纪50年代
随着工程建设的快速发展，岩石力学的 研究范围不断扩大，开始涉及到岩体的 稳定性分析、岩土工程设计等方面。
总结词
介绍岩石的变形和弹性模量，以及它们 对岩石力学性质的影响。
VS
详细描述
岩石的变形是指在外力作用下岩石发生的 形状变化，而弹性模量则表示岩石在受到 外力作用时抵抗变形的能力。变形和弹性 模量是衡量岩石力学性质的重要参数。一 般来说，变形较小、弹性模量较大的岩石 具有更好的承载能力和稳定性。
03 岩石的力学性质
岩石的强度准则是指岩石在 不同受力状态下的破坏准则 ，如库仑-纳维准则、莫尔库仑准则等。
能量守恒定律是自然界的基 本定律之一，它指出能量不 能凭空产生也不能凭空消失 ，只能从一种形式转化为另 一种形式。在岩石力学中， 能量守恒定律可以用来分析 岩石的破裂和变形过程。
05 岩石力学实验与案例分析
岩体力学第四章岩体的基本力学性质
•
•
•
(2) 间距
结构面的间距是指同组相邻结构面的垂直距离 。 通常采用同组结构面的平均间距。间距的大小直接 反映了该组结构面的发育程度，也就是反映了岩体 的完整程度。
(3) 延展性
在一个岩休的露头上，所见到的结构面迹线的长 度。该参数反映了该组结构面的规模大小。
•
(4) 粗糙度和起伏度
相对于结构面平均平面的表面不平整度，通常用 结构面的粗糙度和起伏度表示。这是增加结构面抗 剪强度的一个几何参数。
1．绝对分类——结构面延展长度
细小结构面 延长 ≤1m 中等结构面 延长 1～10m 巨大结构面 延长 ≥10m
2．相对分类——相对工程而言的分类见表4-1。
•
•
(3) 按地质力学观点分类
a 破坏面
大面积破坏
缓慢地质作用
b 破坏带
小面积密集破坏 快速地质作用
c 两者之间 过渡类型
•
•单节 理
•节理 组
•
•
•上述Xe，仅是某一平面上节理面所占面积的比 率。有时为了研究岩体空间内部某组节理的切割 程度Xr，可由裂隙度K与平面切割度Xe建立如下 关系式：
•式中：
－岩体体积内部被某组节理切割
的程度，单位m2/m3.
•
岩体破碎程度分类（表4-3）
•
2.2 结构面的定量描述
(1) 产状 产状是指结构面在空间的分相状态。它是由
d= L/ n=1/K
•
•实例： K=4/10=0.4/m •d=1/K=2.5m
•10 m
•
当取样线垂直节理的走向时，则d为节理 走向的垂直间距。
•按垂直间距分类
d>180cm d=30~180 d<30 d<6.5
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按结构面间距d的分级表
描 述 间 距(mm)
结构面按裂隙度K分类： k=0-1为疏节理， k=1-10为密节理， k=10-100为非常密集节理 k=100-1000为压碎、糜棱 化。
极密集的间距 <20 很密的间距 20-60 密集的间距 60-200 中等的间距 200-600 宽的间距 600-2000 很宽的间距 2000-6000 极宽的间距 >6000
弱节理化 中等节理化 强节理化 完全节理化
0.2－0.4 0.4－0.6 0.6－0.8 0.8－1.0
描 述 很低连续性 低的连续性 中等连续性 高连续性 很高连续性
迹长(m) <1 1－3 3－l0 10－20 >20
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E.结构面密集程度：
结构面的密集程度反映结构面发育的密集程度 裂隙度K：沿取样线方向单位长度上的结构面数量。 设取样线长度为L,单位m,该长度内出现的结构面数量n，沿取 样线方向结构面平均间距为d′，则
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F.结构面分级-1
结构面的发育程度，规模大小，组合形式等因素决定了结构体的 形状，方位和大小，是控制岩体稳定性的重要因素。
结构面发育程度和规模分为五级 Ⅰ级结构面：对区域构造起控制作用的断裂带。 Ⅱ级结构面：延展性强而宽度有限的地址界面，不整合 面， Ⅲ级结构面：局部性的断裂构造，主要是小断层 Ⅳ级结构面：延展性较差，无明显宽度，主要是 节理面 Ⅴ级结构面：延性甚差，无宽度之别，分布随机，细小 结构面。
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结构面分级-2
级序 分级依据 地质类型 力产状：指结构面的走向，倾向和倾角,用倾向／倾角
表示。
方位角:从标准方向的北端起,顺时针方向到直线的水平角称为
该直线的方位角。方位角的取值范围为0°－360°。
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D.结构面贯通类型和连续性
贯通类型 ①非贯通性结构面：较短、不能贯通,岩块强度降低、变形增大. ②半贯通性结构面：有一定长度、不能贯通,岩块强度降低、变 形增大． ③贯通性结构面：长度较长、连续好、贯通整个岩体、构成岩体 边界，它对岩体有较大的影响，破坏常受这种结构面控制．
岩体(Rock Mass) ：结构面和结构体组成的地质体。 结构面(rock mass discontinuity) ：岩体中开裂的或易于开裂的地质 界面叫结构面； 具有一定的厚度 其几何形态可用起伏形状，粗糙度和形貌描述； 其充填和胶结的情况决定了其力学特性，是研究重点 其产状描述了结构面的空间分布 不连续面：开裂的或垂直于结构面方向抗拉强度很小的结构面； 断层、节理和劈理。 结构体(Structural rock ):由不连续面切割而成的完整岩块。`
K=n/L ， d’ =1/K=L/n 线密度Kd：若取样线垂直结构面，则裂隙度被称为线密度。 间距d：同一组结构面法线方向上结构面平均距离。 Kd=n/L ， d =1/Kd=L/n
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多组结构面裂隙度K的计算： Ka=1/max =cosξa/da Kb=1/mbx =cosξb/db · · · · · · ， Kn=1/mnx =cosξn/dn K=Ka+Kb+· · · +Kn
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岩体、结构面(不连续面)、结构体的关系：
1.结构体和结构面是岩体的基本组成部分； 2.结构面的存在导致岩体构造上不连续和不均匀性； 2 .岩体的力学特性包括稳定性特征，强度和变形特征，不是固定 不变的； 3. 岩体的力学特性基本影响因素包括，结构体和结构面的力学特 性，岩体结构，地应力。 4.在结构体强度高时，岩体的力学特性由结构面的力学特性决定， 在某些情况下，其力学特性由结构面决定; 5.研究岩体的力学特性，必须研究结构面(第二章)，岩体结构(第 三章)的力学性质和地应力(第四章)
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结构面的连续性：反映结构面的贯通程度，可用线连续性 系数和面连续性系数表示。 线连续性系数K1：沿结构面延伸方向上，结构面各段长度之和与
测线长度比值．
K1=∑a/(∑a+ ∑b)
K1变化在0－1之间变化, 当K1=1时，结构面完全 贯通。
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面连续性系数（面切割度）Xe：在岩体中沿结构面延 展平面上，结构面各块面积之和∑a与该断面面积A之 比． Xe=∑a/A
第二章
岩体力学特性
研究对象和要点：岩体(岩体的连续面和结构体特征) 岩体静力学特性(不连续面的抗剪强度，破坏机理和判 据，强度和变形参数估算和测定) 岩体动力学特性；岩体水力学特性；岩体热力学特性 教学重点：结构面特性以及岩体静力学特性 教学重点：结构面特性以及岩体静力学特性
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2.1研究对象：岩体以及岩体中结构面和结构体特征
Xe变化在0－1之间变化； Xe值愈大说明结构面的连续 性愈好； 当Xe=1时，结构面完全贯通。 当Xe=0时，岩体完整。
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迹长：在岩体中沿结构面延展 迹线的长度。
岩体按切割度Xe的分类表
名称 完整的 切割度Xe 0.1－0.2
用结构面的迹长来描述和评 价结构面的连续性，并制订 了相应的分级标准
国际岩石力学学会(ISRM，1978)建议
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2.1.1 结构面的状态：包括几何形态，充填和胶结情况，产状，
贯通性和连贯性，密集状态和发育程度等等。
A. 结构面(不连续面)的几何形态：
包括起伏形态，粗糙度和形貌 ① 起伏形态包括 平直：开裂层理，片理，原生节理及剪切破裂面； 台阶状：层间错动后期受断层切割而成； 齿状：X型剪切节理追踪而成的张性不连续面； 波状：压性断层，节理，波痕层理 不规则状：张性不连续面 ② 粗糙度是不连续面起伏特性的定量描述，用起伏角和起伏齿根 宽度描述。 ③ 形貌是不连续面的二维特征，和地形相似。
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B. 结构面(不连续面) 的充填和胶结：
分为胶结和非胶结不连续面； 1 .胶结分为泥质，可溶性盐类，钙质，铁质和硅质胶结，强度依次 增大。 2.非胶结不连续面分为无填充和有充填物两种。 无充填物不连续面取决于不连续面两侧岩石的力学特性以及不连续面 的粗糙度； 有充填物不连续面取决于其成分和厚度。 充填物的粒度成分，对不连续面的强度影响较大，粗颗粒含量越 多，力学性能较好，反之，较差。 按其厚度，不连续面分为薄膜充填，薄层充填和厚层充填