4岩体的力学性质及工程分类
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1、岩体的抗剪强度包络线介于结构面强度包络线和岩石 强度包络线之间。
2、岩体强度的各向异性
岩体强度受加载方向与结构面夹角θ的控制，因此，表现出岩
体强度的各向异性。
1
3 0
3
4.3.2 岩体强度的测定（现场测试）
1、岩体单向抗压强度 （1）单向抗压强度σc 试件:边长(0.5～1.5）m，高 度不小于边长的立方块。
裂
②流动变形
③结构体流动变形 ④结构体沿结构
面滑动
⑤结构体转动
⑥结构体组合体
倾倒
⑦结构体组合体溃屈
岩体变形破坏方式：
a. 块状及层状结构Leabharlann Baidu体的 块体滑移； b. 薄层状结构岩体的弯曲 倾倒； c. 碎裂结构岩体的剪切破 坏及塑性变形； d. 松散及破碎结构岩体的 塑性变形
§4-3 岩体的强度
4.3.1 岩体强度特征 岩体的强度取决于结构面的强度和岩石的强度。
②屈服点后，某个结构面或结构 体首先剪坏，随之出现一次应 力下降。峰值前可能发现多次 应力升降。升降程度与结构面 或结构体强度有关，岩体越破 碎，应力降反而不明显。
③当应力增加到一定应力水平时， 岩体剪切变形已积累到一定程 度，没剪破的部位以瞬间破坏 方式出现，并伴有一次大的应 力降。
④随后产生稳定滑移
岩体结构
整体结构 块状结构 层状结构 碎裂结构
散体结构
岩体结构控制论
工程实践表明，岩体的应力传播、变形破坏以 及岩体力学介质属性无不受控于岩体结构。岩体结 构对工程岩体控制作用主要表现在三方面：
岩体的应力传播特征 岩体的变形与破坏特征
工程岩体的稳定性
岩体变形与连续介质变形明显不同，发育于岩体中的 结构面，是抵抗外力的薄弱环节。软弱结构面是岩体变形 破坏的重要控制因素或边界。
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岩体 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。
三、结构体的形状
§4-2 岩体的结构
按岩体被结构面分割的程度或结构体的形态特征，可将岩体结构 划分为以下几种基本类型：
岩块压缩变形 微结构面错动
结构面滑移变形 结构体滑移及压缩变形
结构体及结构面压缩及 结构体性状改变
结构体压缩及形状改变
侧胀系数
小于0.5
常大于0.5
极微小
变形系数
结构体压缩及形状改 变
压密
沿结构面滑移
控制岩体变形 岩石、岩相特征及Ⅴ 开裂的不连续的Ⅲ、Ⅳ 贯通的Ⅰ、Ⅱ级结构面，
的主要因素
级结构面特征
现场无法施加垂直荷载的情况下采用单千斤顶法。
Q sin
F
Q
Q cos
F
3、现场三轴强度试验
试件尺寸：2.8m×1.4m×2.8m,一般 h>2a,矩形截面. 加压装置：千斤顶，应力枕。
4.3.3 岩体强度估算
1、准岩体强度
完整性系数K： K (V岩体 )2 V岩 石
式中：V岩体、 V岩石分别为弹性波在岩体和岩石中传播的纵波速度。 准岩体抗压强度: σcm=Kσc 准岩体抗拉强度: σtm=Kσt 式中：σc 、σt为岩石试件的单轴抗压强度和单轴抗拉强度。
岩体的变形主要它由结构体变形与结构面变形两部分 构成。
块状结构岩体变形主要沿贯通性结构面滑移形成；碎裂 状结构岩体变形则由Ⅲ、Ⅳ级结构面滑移及部分岩块变形 构成；只有完整岩体的变形才受控于组成岩体的岩石变形 特征。
岩体变形机制受岩体结构控制
岩体结构
整体状结构
碎裂状结构
块状结构
变形 成分
主要 的
次要 的
按规模结构体可分为： I级结构体：由I级结构面切割成的结构体(地质体)。
II级结构体：由I级结构体经II级结构面切割而成的结 构体(山体)。
III级结构体：II级结构体再经III级结构面切割而成的 结构体。
IV级结构体：III级结构体再经IV级结构面切割而成的 结构体（完整岩石或岩块）。
二、结构体的块度
4岩体的力学性质及工程 分类
§4-1 结构面、结构体、岩体
结构面：是指岩体中存在着的各种不同成因和不同特性的 地质界面，包括物质的分界面、不连续面如节理、片理、 断层、不整合面等。 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）。 岩体：结构面和结构体的地质统一体。
一、结构体的大小
2、霍克－布朗经验判据
1 3
m
c 3
s
2 c
式中:σc——完整岩石单轴抗压强度； σ3——作用在岩石试样上的最小主应力； m，s——为与岩性及结构面情况有关的常数，可查表；
§4-4 岩体的变形特性
1 岩体的单轴和三轴压缩变形特征
（1）岩体应力－应变全过程曲线
①在加载过程，结构面压密与闭合，应 力－应变曲线，呈上凹型。
②随着外荷加大、循环次数增多， 闭环后移，这是结构面逐级被 压密与啮合，这是结构面逐级 被压密与啮合所致。
③闭环逐渐变窄→演变呈一条线， 这是压密程度越来越高，弹性 后效变小的原因。
④当卸荷至零并持续一定时间后， 有较大回弹变形，这是弹性后 效的表现。
⑤变形模量
E
a b
2 岩体剪切变形特征
①在屈服点前，变形曲线与抗压 变形相似，上凹型。
②中途卸载有弹性后效现象和不可恢复 残余变形。这是结构面闭合、滑移、 错动造成的。
③完全卸载，再加载形成形式上的“开 环型”曲线，这也是弹性后效造成的。
④峰值强度后，岩体开始破坏，应力下 降较缓慢，仍有残余应力，这是岩体 结构效应。
（2）卸载时荷载不降至零时的应 力－应变曲线
①卸荷不降至零时的循环加载应 力－应变曲线呈“闭环型”。
3 岩体各向异性变形 ①岩体力学性质具有各向异性，
级结构面
主要为软弱结构面
岩体的破坏机制也受控于岩体结构： 结构控制有：岩体破坏难易程度、岩体破坏的规模、岩 体破坏的过程及岩体破坏的主要方式等。
岩体破坏机制受岩体结构控制
整块体结构岩 体
①张破裂 ②剪破坏
块状结构岩 体
结构体沿结 构面滑动
碎裂状结构岩体
散体状结构岩体
①结构体张破裂
②结构体剪破 ①剪破坏
式中:P—试件破坏时的作用力，N; A—试件横截面面积，m2。
2、岩体抗剪强度现场测定
（1）双千斤顶法
N Q sin
FF
Q cos
F
式中： σ、τ—试件剪切面上的正应力和剪应力； F—试件剪切面面积； N—法向力； Q—斜向力； α—横向推力与剪切面的夹角，通常为150。
(2) 单千斤顶法
2、岩体强度的各向异性
岩体强度受加载方向与结构面夹角θ的控制，因此，表现出岩
体强度的各向异性。
1
3 0
3
4.3.2 岩体强度的测定（现场测试）
1、岩体单向抗压强度 （1）单向抗压强度σc 试件:边长(0.5～1.5）m，高 度不小于边长的立方块。
裂
②流动变形
③结构体流动变形 ④结构体沿结构
面滑动
⑤结构体转动
⑥结构体组合体
倾倒
⑦结构体组合体溃屈
岩体变形破坏方式：
a. 块状及层状结构Leabharlann Baidu体的 块体滑移； b. 薄层状结构岩体的弯曲 倾倒； c. 碎裂结构岩体的剪切破 坏及塑性变形； d. 松散及破碎结构岩体的 塑性变形
§4-3 岩体的强度
4.3.1 岩体强度特征 岩体的强度取决于结构面的强度和岩石的强度。
②屈服点后，某个结构面或结构 体首先剪坏，随之出现一次应 力下降。峰值前可能发现多次 应力升降。升降程度与结构面 或结构体强度有关，岩体越破 碎，应力降反而不明显。
③当应力增加到一定应力水平时， 岩体剪切变形已积累到一定程 度，没剪破的部位以瞬间破坏 方式出现，并伴有一次大的应 力降。
④随后产生稳定滑移
岩体结构
整体结构 块状结构 层状结构 碎裂结构
散体结构
岩体结构控制论
工程实践表明，岩体的应力传播、变形破坏以 及岩体力学介质属性无不受控于岩体结构。岩体结 构对工程岩体控制作用主要表现在三方面：
岩体的应力传播特征 岩体的变形与破坏特征
工程岩体的稳定性
岩体变形与连续介质变形明显不同，发育于岩体中的 结构面，是抵抗外力的薄弱环节。软弱结构面是岩体变形 破坏的重要控制因素或边界。
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岩体 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。
三、结构体的形状
§4-2 岩体的结构
按岩体被结构面分割的程度或结构体的形态特征，可将岩体结构 划分为以下几种基本类型：
岩块压缩变形 微结构面错动
结构面滑移变形 结构体滑移及压缩变形
结构体及结构面压缩及 结构体性状改变
结构体压缩及形状改变
侧胀系数
小于0.5
常大于0.5
极微小
变形系数
结构体压缩及形状改 变
压密
沿结构面滑移
控制岩体变形 岩石、岩相特征及Ⅴ 开裂的不连续的Ⅲ、Ⅳ 贯通的Ⅰ、Ⅱ级结构面，
的主要因素
级结构面特征
现场无法施加垂直荷载的情况下采用单千斤顶法。
Q sin
F
Q
Q cos
F
3、现场三轴强度试验
试件尺寸：2.8m×1.4m×2.8m,一般 h>2a,矩形截面. 加压装置：千斤顶，应力枕。
4.3.3 岩体强度估算
1、准岩体强度
完整性系数K： K (V岩体 )2 V岩 石
式中：V岩体、 V岩石分别为弹性波在岩体和岩石中传播的纵波速度。 准岩体抗压强度: σcm=Kσc 准岩体抗拉强度: σtm=Kσt 式中：σc 、σt为岩石试件的单轴抗压强度和单轴抗拉强度。
岩体的变形主要它由结构体变形与结构面变形两部分 构成。
块状结构岩体变形主要沿贯通性结构面滑移形成；碎裂 状结构岩体变形则由Ⅲ、Ⅳ级结构面滑移及部分岩块变形 构成；只有完整岩体的变形才受控于组成岩体的岩石变形 特征。
岩体变形机制受岩体结构控制
岩体结构
整体状结构
碎裂状结构
块状结构
变形 成分
主要 的
次要 的
按规模结构体可分为： I级结构体：由I级结构面切割成的结构体(地质体)。
II级结构体：由I级结构体经II级结构面切割而成的结 构体(山体)。
III级结构体：II级结构体再经III级结构面切割而成的 结构体。
IV级结构体：III级结构体再经IV级结构面切割而成的 结构体（完整岩石或岩块）。
二、结构体的块度
4岩体的力学性质及工程 分类
§4-1 结构面、结构体、岩体
结构面：是指岩体中存在着的各种不同成因和不同特性的 地质界面，包括物质的分界面、不连续面如节理、片理、 断层、不整合面等。 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）。 岩体：结构面和结构体的地质统一体。
一、结构体的大小
2、霍克－布朗经验判据
1 3
m
c 3
s
2 c
式中:σc——完整岩石单轴抗压强度； σ3——作用在岩石试样上的最小主应力； m，s——为与岩性及结构面情况有关的常数，可查表；
§4-4 岩体的变形特性
1 岩体的单轴和三轴压缩变形特征
（1）岩体应力－应变全过程曲线
①在加载过程，结构面压密与闭合，应 力－应变曲线，呈上凹型。
②随着外荷加大、循环次数增多， 闭环后移，这是结构面逐级被 压密与啮合，这是结构面逐级 被压密与啮合所致。
③闭环逐渐变窄→演变呈一条线， 这是压密程度越来越高，弹性 后效变小的原因。
④当卸荷至零并持续一定时间后， 有较大回弹变形，这是弹性后 效的表现。
⑤变形模量
E
a b
2 岩体剪切变形特征
①在屈服点前，变形曲线与抗压 变形相似，上凹型。
②中途卸载有弹性后效现象和不可恢复 残余变形。这是结构面闭合、滑移、 错动造成的。
③完全卸载，再加载形成形式上的“开 环型”曲线，这也是弹性后效造成的。
④峰值强度后，岩体开始破坏，应力下 降较缓慢，仍有残余应力，这是岩体 结构效应。
（2）卸载时荷载不降至零时的应 力－应变曲线
①卸荷不降至零时的循环加载应 力－应变曲线呈“闭环型”。
3 岩体各向异性变形 ①岩体力学性质具有各向异性，
级结构面
主要为软弱结构面
岩体的破坏机制也受控于岩体结构： 结构控制有：岩体破坏难易程度、岩体破坏的规模、岩 体破坏的过程及岩体破坏的主要方式等。
岩体破坏机制受岩体结构控制
整块体结构岩 体
①张破裂 ②剪破坏
块状结构岩 体
结构体沿结 构面滑动
碎裂状结构岩体
散体状结构岩体
①结构体张破裂
②结构体剪破 ①剪破坏
式中:P—试件破坏时的作用力，N; A—试件横截面面积，m2。
2、岩体抗剪强度现场测定
（1）双千斤顶法
N Q sin
FF
Q cos
F
式中： σ、τ—试件剪切面上的正应力和剪应力； F—试件剪切面面积； N—法向力； Q—斜向力； α—横向推力与剪切面的夹角，通常为150。
(2) 单千斤顶法