结构面的力学性质全解37页PPT
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建筑力学与结构分析PPT课件
•
3、力的作用点。表示力的作用位置。
力可以用一个矢量表示。如图所示，矢量的模 按一定的比例尺表示力的大小；矢量的方位和 指向表示力的方向；矢量的起点（或终点）表 示力的作用点。
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• 力系：物体受到的一群力 • 力系的简化：用一个力代替一群力而不改变它对物体的作用效果 • 二力的分解和合成 • 平行四边形法则 • 力的合成，连续运用法则 • 力的分解 法则逆运用，正交分解
荷载的分布面积较集中，因此在计算简图上可把这种荷载作用于结构上的 某一点处。 • 分布荷载是指连续分布在结构上的荷载，当连续分布在结构内部各点上时 叫体分布荷载，当连续分布在结构表面上时叫面分布荷载，当沿着某条线
第2页/共140页
• 3） 根据荷载位置的变化情况，荷载可分
• 为固定荷载和移动荷载。
A
B
a
q C
a
Y 0 : YA YB qa 0
qa 2
MA 0:
YB
•a
qa
•
3a 2
qa 2
0
A
B a
q C
a
YYAB5223qqaa
YA
YB
(负号表明力方向与标注相反）
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A右截面
B左截面
B
右q截a 2面MA右 A
A qa 2
MB左
B
MB右 B
q
C
a
YA
QA右
YA
a
QB左
个荷载单独作用时所引起的该量值的代数和 • 使用条件：结构弹性变形和小变形，荷载和某量值的关系是线性关系
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3静定结构的内力
• 静定结构是通过静力平衡方程可以求出所有支座反力的结构，反之，称为超静定结构。 • 结构的外力是来源于结构外部作用在结构上的力，包括荷载和支座反力。 • 结构内力是有外力作用引起的结构内部材料之间所产生的相互作用力 • 3.1内力和内力图
3- 结构面与岩体力学性质
岩石力学第3章结构面与岩体力学性质提纲3结构面与岩体力学性质结构面自然特征与参数采集1结构面力学性质2岩体强度特性3岩体变形特性4岩体水力学性质5结构面自然特征与参数采集概述结构面的自然特征第一部分结构面的参数采集1概述倾角和倾向结构面组结构面间距结构面张开度钻孔或测线结构面迹长粗糙结构面岩块结构面组充填物渗流岩桥结构面的自然特征示意图自然特征表征参数或描述空间分布特征产状走向、倾向、倾角密度线密度、体密度、间距连续性贯通程度、线连续性系数、面连续性系数、迹长形态起伏度、粗糙度、起伏差、起伏角张开度闭合、裂开、张开充填与胶结未充填或硅质、铁质、钙质、泥质充填等结构面的自然特征，是决定岩体强度和变形的重要因素，因此，准确识别结构面的自然特征并对其参数进行采集分析，是岩体力学特性分析的重要基础工作。
结构面的自然特征x AβAO vzy x y A z Aα(N)(E)αβ①定义：结构面产状是指结构面的空间方位，通常假设结构面为平面，用走向、倾向和倾角表示其产状，如右图所示。
结构面产状示意图②走向：结构面与水平面交线的方向。
③倾向线与倾向：结构面上与走向线垂直并指向结构面下方的直线称为倾向线，倾向线在水平面上投影的方向为倾向，通常以β指代。
④倾角：结构面与水平面的夹角，通常以α指代。
⑤结构面单位法向量：空间坐标系中，规定z 轴竖直向上，x 轴为正东，y 轴为正北，则结构面的单位法向量v 可表示为：(sin sin sin cos cos )αβαβα=，，v （1）产状。
①定义：结构面密度是反映结构面发育密集程度的指标，常用线密度、体密度、间距等指标表征。
如右图所示。
结构面线密度计算示意图lLα1结构面迹线测线②线密度：结构面线密度K ，指同组结构面沿其迹线的垂直方向，单位长度上结构面的数目，其计算式为:注意：若岩体中存在数组结构面(a ,b , …)，则测线上的线密度为各组线密度之和：若测线不能沿结构面迹线的垂直方向布置，当测线与结构面迹线夹角为α1，实际测线长度为L 时，根据右图有:a b K K K =++⋅⋅⋅1/sin K n L α=（）（2）密度/K n l =。
结构面的力学性质
机械结构面包括轴承、齿轮、 连杆、曲轴等，需要具备足够 的强度、刚度和耐久性，以确 保机械设备的正常运行和使用 寿命。
机械结构面的材料选择和加工 精度对其力学性质有着重要影 响，需要根据实际需求进行选 择和加工。
交通工具结构面
交通工具结构面是交通工具中承受和传 递载荷的重要部位，其力学性质直接影 响到交通工具的安全性和可靠性。
感谢聆听
交通工具结构面的材料选择和构造方 式对其力学性质有着重要影响，需要 根据实际情况进行选择和优化。
交通工具结构面包括车架、车轮、机翼、机 身等，需要根据不同的受力特点和要求进行 合理的设计和制造，以确保交通工具的安全 可靠。
04
结构面力学性质的研究方法
实验研究
1
实验是研究结构面力学性质的重要手段，通过实 验可以获得结构面的抗剪强度、摩擦角、内聚力 等参数。
按物质组成分类
可分为软弱夹层、粘土层、砂 层、岩浆岩、沉积岩等。
02
结构面的力学性质
结构面的强度
结构面抗拉强度
结构面抗剪强度
结构面抗压强度
结构面抗弯强度
结构面在拉力作用下能 够承受的最大拉力。
结构面在剪切力作用下 能够承受的最大剪切力。
结构面在压力作用下能 够承受的最大压力。
结构面在弯曲力作用下 能够承受的最大弯矩。
通过数值模拟可以模拟不同工况下的结构面行 为，如应力分布、应变分布、位移变化等，从 而对结构面的稳定性进行评估。
数值模拟需要使用专业的数值分析软件，如 ANSYS、ABAQUS等，同时需要建立合适的数 值模型，以确保模拟结果的准确性和可靠性。
理论分析
01
理论分析是一种基于数学和物理原理的分析方法，可以对结 构面的力学行为进行理论推导和分析。
结构面的力学性质课件
结构面的规模和分布状态决定了岩体的整体力学特 性和稳定性。
结构面的分类
01
02
03
04
按成因分类
可分为原生结构面、次生结构 面和构造结构面等。
按规模分类
可分为大、中、小三个级别， 其中大型结构面影响区域稳定 ，中型结构面影响工程岩体稳 定性，小型结构面影响岩体的 强度和稳定性。
按产状分类
可分为走向、倾向和斜向结构 面等。
03 影响因素
04 试验方法
05 工程应用
结构面的弹性模量是指结 构面在弹性变形阶段，所 受应力与应变之比。
结构面的泊松比是指结构 面在单向受拉或受压时， 横向应变与纵向应变之比 。
结构面的弹性模量和泊松 比主要受岩性、胶结物性 质、胶结程度等因素的影 响。
通过室内试验和现场试验 ，可以测定结构面的弹性 模量和泊松比。室内试验 常用的方法有单轴压缩试 验和三轴压缩试验，现场 试验常用的方法有岩石压 缩试验和大型压缩试验。
结构面的弯曲变形
弯曲变形是指结构面在垂直于 其平面的方向上产生的弯曲， 通常由重力、温度变化等外部 因素引起。
弯曲变形会导致结构面中间部 位凸起或凹陷，从而影响结构 的承载能力和稳定性。
弯曲变形的程度可以通过挠度 计进行测量，并根据测量结果 对结构进行相应的加固或调整 。
结构面的拉伸与压缩
拉伸与压缩是指结构面在平行于其平面的方向上产生的伸长或缩短，通常由地震、 车辆荷载等外部因素引起。
结构面的产状、形态、粗糙度、充填情况等特征对岩体工程地质灾害的发生和发 展有重要影响，例如：陡倾角结构面、张开度较大的结构面、粗糙的结构面等都 可能引发岩体工程地质灾害。
05
结构面研究的意义与展望
结构面研究的意义
结构面的分类
01
02
03
04
按成因分类
可分为原生结构面、次生结构 面和构造结构面等。
按规模分类
可分为大、中、小三个级别， 其中大型结构面影响区域稳定 ，中型结构面影响工程岩体稳 定性，小型结构面影响岩体的 强度和稳定性。
按产状分类
可分为走向、倾向和斜向结构 面等。
03 影响因素
04 试验方法
05 工程应用
结构面的弹性模量是指结 构面在弹性变形阶段，所 受应力与应变之比。
结构面的泊松比是指结构 面在单向受拉或受压时， 横向应变与纵向应变之比 。
结构面的弹性模量和泊松 比主要受岩性、胶结物性 质、胶结程度等因素的影 响。
通过室内试验和现场试验 ，可以测定结构面的弹性 模量和泊松比。室内试验 常用的方法有单轴压缩试 验和三轴压缩试验，现场 试验常用的方法有岩石压 缩试验和大型压缩试验。
结构面的弯曲变形
弯曲变形是指结构面在垂直于 其平面的方向上产生的弯曲， 通常由重力、温度变化等外部 因素引起。
弯曲变形会导致结构面中间部 位凸起或凹陷，从而影响结构 的承载能力和稳定性。
弯曲变形的程度可以通过挠度 计进行测量，并根据测量结果 对结构进行相应的加固或调整 。
结构面的拉伸与压缩
拉伸与压缩是指结构面在平行于其平面的方向上产生的伸长或缩短，通常由地震、 车辆荷载等外部因素引起。
结构面的产状、形态、粗糙度、充填情况等特征对岩体工程地质灾害的发生和发 展有重要影响，例如：陡倾角结构面、张开度较大的结构面、粗糙的结构面等都 可能引发岩体工程地质灾害。
05
结构面研究的意义与展望
结构面研究的意义
第3章岩石结构面、力学性质 岩体力学
下表)。
描 述
迹长 /m
很低连 续性
<1
低连 续性
1~3
中等连 高连续 很高连 续性 性 续性
3~10 10~20 >20
岩石力学
（2）线连续性系数 Kl 是指沿结构面延伸方向上，结构面各段长度之和与测线 长度的比值 。
Kl
ai ai bi
岩石力学
（3）面连续性系数 Ka 是指结构面延伸方向，结构面面积之和与被测试岩体总面
试验时，取n个相同的岩石试件，并含有相同的结构面。 每次试验时所施加的N值都不相同，这样便得到n组（σ，τ）数 据，并在坐标系σ－τ中标出这些试验点，同样可获得结构面的 抗剪强度曲线。
岩石力学
3.3.4.3 三轴仪法 当结构面具有很大的倾角时，可采用三轴压缩试验的方法
确定结构面的抗剪强度曲线。 采用圆柱形试件，含有结构面，如下图所示。
巨块状
块状 柱状
层状 板状
结构面发育情况
以层面和原生、 构造节理为主， 多呈闭合型，间 距大于1.5m，一 般为1~2组，无 危险结构
有少量贯穿性节 理裂隙，结构面 间距0.7~1.5m， 一般为2~3组， 有少量分离体
有层理、片理、 节理，常有层间 错动
岩土工程特 征
岩体稳定， 可视为均质 弹性各项同 性体
岩石力学
国际岩石力学学会（ISRM）建议采用施密特锤（ Schmidt锤，即回弹仪）测试结构面壁面抗压强度。根据实 验测定的回弹值，按下式计算，即
JC 1 0 .0 0 S 0 R 1 0 .0 8 18
式中：γ ——岩石的重度，kN/m3； R——回弹值（无因次）。
岩石力学
（2）结构面的起伏度 可用起伏角来描述，见下图。
描 述
迹长 /m
很低连 续性
<1
低连 续性
1~3
中等连 高连续 很高连 续性 性 续性
3~10 10~20 >20
岩石力学
（2）线连续性系数 Kl 是指沿结构面延伸方向上，结构面各段长度之和与测线 长度的比值 。
Kl
ai ai bi
岩石力学
（3）面连续性系数 Ka 是指结构面延伸方向，结构面面积之和与被测试岩体总面
试验时，取n个相同的岩石试件，并含有相同的结构面。 每次试验时所施加的N值都不相同，这样便得到n组（σ，τ）数 据，并在坐标系σ－τ中标出这些试验点，同样可获得结构面的 抗剪强度曲线。
岩石力学
3.3.4.3 三轴仪法 当结构面具有很大的倾角时，可采用三轴压缩试验的方法
确定结构面的抗剪强度曲线。 采用圆柱形试件，含有结构面，如下图所示。
巨块状
块状 柱状
层状 板状
结构面发育情况
以层面和原生、 构造节理为主， 多呈闭合型，间 距大于1.5m，一 般为1~2组，无 危险结构
有少量贯穿性节 理裂隙，结构面 间距0.7~1.5m， 一般为2~3组， 有少量分离体
有层理、片理、 节理，常有层间 错动
岩土工程特 征
岩体稳定， 可视为均质 弹性各项同 性体
岩石力学
国际岩石力学学会（ISRM）建议采用施密特锤（ Schmidt锤，即回弹仪）测试结构面壁面抗压强度。根据实 验测定的回弹值，按下式计算，即
JC 1 0 .0 0 S 0 R 1 0 .0 8 18
式中：γ ——岩石的重度，kN/m3； R——回弹值（无因次）。
岩石力学
（2）结构面的起伏度 可用起伏角来描述，见下图。
结构面的基本性能
岩体结构图上。
2019/11/23 武汉科技大学理学院工程力学系
蔡路军 37
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三、产状
走向、倾向、倾角
结构面与最大主应力 间的关系控制着岩体 的破坏机理与强度。
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：
1
3
2(C j 3tg j ) (1 tg j ctg ) sin 2
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蔡路军 28
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(一)地质成因类型
1.
岩体在成岩过程中形成的结构面。
沉积结构面是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，有层理面、
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基本内容
1
结构面概述
2
结构面的变形特性
3
结构面的强度特性
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1 结构面概述
工程地质评价
海相岩层中此类结构 面分布稳定，陆相岩 层中呈交错状，易尖 灭
层面、软弱夹层等结构面较为平整； 不整合面及沉积间断面多由碎屑泥 质物构成，且不平整
国内外较大的坝基滑动及滑坡很多由此 类结构面所造成的，如奥斯汀、圣·弗 朗西斯、马尔帕塞坝的破坏，瓦依昂水 库附近的巨大滑坡
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三、产状
走向、倾向、倾角
结构面与最大主应力 间的关系控制着岩体 的破坏机理与强度。
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：
1
3
2(C j 3tg j ) (1 tg j ctg ) sin 2
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(一)地质成因类型
1.
岩体在成岩过程中形成的结构面。
沉积结构面是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，有层理面、
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结构面的变形特性
3
结构面的强度特性
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1 结构面概述
工程地质评价
海相岩层中此类结构 面分布稳定，陆相岩 层中呈交错状，易尖 灭
层面、软弱夹层等结构面较为平整； 不整合面及沉积间断面多由碎屑泥 质物构成，且不平整
国内外较大的坝基滑动及滑坡很多由此 类结构面所造成的，如奥斯汀、圣·弗 朗西斯、马尔帕塞坝的破坏，瓦依昂水 库附近的巨大滑坡
第讲 岩体结构与结构面性质ppt课件
2019
-
17
2、块状结构
完整性系数 0.35～0.75 结构面间距 0.7～1.5 m 节理发育，有若干贯通微张裂隙将岩体切割成柱状、 块状或菱形等结构体。工程范围内，有两组以上节理明 显发育，构成影响工程稳定性的危险岩块，其尺寸小于 工程几何尺寸。 岩土工程特征：整体性强度高，结构面相互牵制，岩 体基本稳定，接近弹性各向同性体。
Ⅱ级 碎带宽度几厘米~几米
大中型断层、不整 控制工程岩体力学边界
合面、层间错动带、 条件和破坏方式，与Ⅲ
软弱夹层等
级结构面组合直接威胁 工程稳定
延伸十米~数十米，无破
Ⅲ级 碎带，面内不含泥，仅在
一个地质年代的地层中分 布
小断层、软弱夹层、 控制工程岩体力学边界
层间错动带等
条件和破坏方式，直接
威胁工程稳定
2019
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13
2、结构体的块度
结构体的块度通常指最小结构体的尺寸。在岩 体工程稳定性分析中，结构体的块度决定了工程 围岩的破坏方式，从而决定了支护和加固方法。 在开挖过程中结构体的块度影响施工及临时支护。
2019
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三、岩体结构类型
将大规模结构面切割成的岩体结构定义为I级结构；在I级结构 基础上，次级结构面切割成的岩体结构定义为II级结构。
内具有均一的地质特征与力学特性，属各向异性、层内均
质的连续介质。其变形和强度特征受层面及岩层组合控制，
岩2体019 稳定性较差。
-
23
2019
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24
§2-2 岩体结构面的几何与力学性质
一、结构面的几何性质
结构体：由结构面在岩体中 切割而成的几何体称为结构 体（岩石块体）。
岩体：结构面和结构体的地 质统一体。
结构面的力学性质全解37页PPT
END
结构面的力学性质全解
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
结构面力学性质及岩体力学试验.2021最全PPT
• 将“弹性区”单位变形内的应力梯度称为剪切刚
度Kt。根据古德曼的研究，剪切刚度可由下式表
示：
Kt
Kt0
1
s
s
（3-10）
• 式中：Kt0—初始剪切刚度， —产生较大剪切位 移时剪应力的渐近值。
• 试验表明，对于坚硬的结构面，剪切刚度一般是 常数；对于比较松软的结构面，其大小随法向应 力的大小而改变。
• 因此，它们的存在是导致岩体滑坡和隧洞坍塌的主要因数，也是岩土工程防治的重 点。
从岩块到岩体的示意图
前面主要介绍岩石与结构面 的物理力学性质，现在讲岩体的 物理力学性质，岩体是一定范围 的天然地质体，岩石与岩体的其 物理力学性质是有较大差异的。
岩体结构（岩块与结构面）
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。
• 抗剪强度
• 结构面最重要的力学性质之一是抗剪强度。
• 结构面在剪切过程中的力学机制比较复杂，构成 结构面抗剪强度的因素是多方面的，一般结构面 抗剪强度可以用库仑准则表述：
n tan c （3-11）
• 式中：c， 分别是结构面上的粘结力和摩擦角；n 是作用在结构面上的法向应力。
• 其中，摩擦角可表示成 b i ，b 是岩石平坦时 表面基本摩擦角i ， 是结构面上微凸台斜坡角。
图6.2 钻孔变形试验装置示意图
与承压板比，钻孔变形法的优点：
① 对岩体扰动小； ② 可以在地下水位以下笔相当深的部位进行； ③ 试验方向不受限制； ④ 可以测出几个方向的变形，便于研究岩体的各向异性。
缺点：涉及岩体体积小，代表性受局限。
（3）狭缝法（狭缝扁千斤顶法）
水平的，也可以是垂直的。如图6.3所示。
结构面的力学性质资料共48页文档
结构面的力学性质资料
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
48
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
48
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为