岩体结构力学
第五讲 岩体的力学特性
（3-16）
• 岩芯钻取与RQD值的计算实例
学生课堂计算：答案？
3.
岩体地质力学分类法（RMR法）：由南非科学和工业研究 委员会（CSIR）提出，RMR分类法包括：岩块强度、RQD 值、节理间距、节理条件及地下水五个指标组成，见表3-6。 （对照表3-6具体讲解） – 通过表3-6得到基本得分值。 – （由于岩体节理对岩体质量的重要影响）后来对表3-6 进行了修正。即先根据表3-8中的节理产状得到对隧道 开挖的影响程度。 – 再根据影响程度参照表3-7给出修正评分值。 – 将表3-7中的修正评分值与表3-6的基本得分值相加，得 到修正后的得分值。 – 最后，根据修正后的得分值从表3-9中得到岩体的类级。 需要指出的是： 1.从顺序上，表3-7应该编排在表3-8的后面，便于教学。 2.在表3-8中，是专门针对隧道工程而言的；而对于表3-7 中涉及的地基和边坡问题，本书则没有介绍节理产状的影 响程度。
岩体的特征： 结构面和结 构体
3.1.1 结构面的类型
1.结构面的成因和类型 （1）原生结构面：成岩过程中所形成的结构面，其特征 与岩体成因密切相关，分为以下三类：
岩浆结构面：岩浆侵入和冷凝过程中形成的结构面； 沉积结构面：沉积过程中形成的岩层分界面； 变质结构面：在区域变质作用中形成的结构面。
σn
ξ δ max δn
• 法向变形刚度（Kn）：结构面法向变形的能 力，反映结构面产生单位法向变形的法向应 力梯度，见图3-10所示 。
K n 0 max n K n K n0 K n 0 max
2
（3-8）
Bandis等人（1984）通过大量的实验也给出了：法向 应力和法向变形之间的关系式如下（为双曲线型关系 式）：
岩体力学性质-岩体结构
7
3.1 概述
岩体结构是研究岩体力学的基础
岩体
结构面 结构面切割成的结构体
岩体结构
控制岩体的变形、 破坏等力学效应
工程应用
分析岩体结构、结构面特征、对工程岩体稳定性评价
岩体力学性质-岩体结构
8
岩体结构要素
岩体结构要素 结 结 （构 构 单 坚 面 软 板 体 块 元硬 弱 状 状 ）结 结 结 结干 构 夹 构 构 构净 面 泥 面 体 体 的 的 （ （ 于 ， 长 1短 5的 夹 厚 轴
在岩体中沿结构面延展平面上，结构面各块e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。 当Xe =0时，岩体完整。
岩体力学性质-岩体结构
33
岩体按切割度Xe的分类表
名称 完整的
弱节理化 中等节理化
强节理化 完全节理化
结构面强度：层间结合力较差，tanφ＝0.3～0.5；
水的影响：要注意地下水渗透压力所引起的问题，地下水的软化、泥化
作用明显；
工程特性：岩体变形受岩层组合和结构面控制；在缓倾斜和陡立岩层中，
拱顶和边墙可出现弯曲拗折现象；软弱面特别是软弱夹层面的抗剪强度控 制岩体的剪切滑移破坏。稳定性较差
稳定性分析时要注意岩层的组合、层面特性及其结合力、岩层产状， 尤其是软弱夹层、层间错动的存在和II、III级结构面的组合情况。
级
层理、 构面 性，与其他结构
有的呈弱结 卸荷裂隙
面形成不同类型
合状态，统 等。
边坡破坏方式。
计结构面
岩体力学性质-岩体结构
29
结构面分级及其特性－5
级 序
分级依据
地质类型
力学属性
岩石力学之 岩体结构与岩体力学性质
第三章 岩体结构与岩体力学性质第一节 概述成岩之初岩体是连续的，以后由于构造运动的影响，在岩体中形成各种地质界面，因此被各种结构面切割是岩体的主要特征。
岩石是构成岩体的物质，岩体是由结构面和结构体(被结构面包围的岩块)两个基本单元组成。
岩体的物理力学性质取决于结构面和结构体的力学性质，从总体上说，岩体具有以下几个主要特征：(1)、岩体是预应力体，在进行开挖工程前，岩体中已存在初始应力场。
开挖岩体形成的应力集中势必迭加到初始应力场上。
(2)、岩体是一种含有多种介质的裂体。
有两个极端情况，一种是弱面极少或几乎没有的整体性质，可视为连续介质。
另一种是弱面充分发育的松散体，在这两种情况之间有松散体—弱面体—连续体的一个系列。
将这由连续到不连续的系列划分为几种力学介质，如连续介质、块体介质、松散介质等。
岩体中的结构面：断层、节理、裂隙、片理等不连续面； 假整合、不整合、充填物等物质分界面。
结构面有厚度、有充填物、结构面是弱面 岩体被结构面切割成岩块岩体破坏可沿结构面发生成追踪开裂 结构体和结构面是构成岩体结构的要素概念：岩体结构——不同类型的岩体结构单元在岩体内的排列、组合形式，称为岩体结构。
基本的岩体结构单元有两类四种岩体力学性质取决于岩体大小尺度和赋存条件(地质环境)。
影响因素有结构体力学性质、结构面力学性质、岩体结构力学效应(实际是结构形式)、地质环境(尤其是水和地应力)。
当岩体强度很高时，结构面的力学性质控制了岩体的力学性质；反之则岩块的力学性质控制了结构体的力学性质。
岩体结构的力学效应主要体现在：爬坡角、尺寸效应和各向异性 地壳中的岩体本身是受载体，周围岩体施于它的应力是地应力。
围压对岩体力学性能的影响主要有： 1、围压越大，承载能力或者强度越大； 2、低围压下呈脆性，高围压下呈塑性； 3、围压越大波传播的衰减越小。
岩体结构单元 结构面结构体坚硬结构面(干净的) 软弱结构面(夹泥的、夹层) 块状结构体板状结构体(长厚比大于15)地下水对岩体力学性质有明显影响研究岩体力学性质要从岩性、结构面、岩体结构型式、应力环境和地下水几个方面参考。
岩体结构面的力学、变形性质
s
τs－产生较大剪切位移时的剪应力渐近值
3.2 结构面的力学性质（剪切变形）
3.剪切变形特征 ①两种类型： a.坚硬、无充填物－脆性变形
有明显的峰值、应力降 b.软弱、有充填物－塑性变形
无明显的峰值、应力降
②风化结构面，峰值位移变大、 剪切刚度变小
③随法向应力减小、剪切规模增 大，剪切刚度减小
3.2 结构面的力学性质 (剪切变形)
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)
一、结构面的法向变形：在法向载荷作用下， 岩石粗糙结构面的接触面积和接触点数随着载 荷的增加而增加，结构面的间隙减小，应力与 法向变形之间呈现指数关系；
1、Goodman（1974）提出的法向应力与结构面
后效变小的原因。
④当卸荷至零持续一定时间后，
有较大回弹变形，这是弹性后效。
3.3 岩体的变形特征（单轴和三轴压缩变形特征）
岩体的变形模量
可以从室内应力—应变关系、岩体变形机理、以及现场岩 体力学测试中求得。
从图，变形模量可按下式求得：
E0 a b
式中 —应力;
a —岩体永久（残余）变形的应变 b —岩体弹性变形应变;
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)
3.2 结构面的力学性质 (抗剪强度)
三. 结构面的抗剪强度(库仑准则)
结构面剪切强度
cntan
c, 是结构面的粘结力和摩擦角。
3.2 结构面的力学性质 (抗剪强度)
岩体的水力学性质
第四章岩体的基本力学性质
结构面的状态对岩体的工程性质的影响是指结构面的产状、形 态、延展尺度、发育程度、密集程度。 结构面的产状：结构面的产状对岩体是否沿某一结构面滑动起控 制作用。 结构面的形态：结构面的形态决定结构面抗滑力的大小，当结构 面的起伏程度较大，粗糙度高时，其抗滑力就大。 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， 完全控制岩体的强度。 结构面的密集程度：以岩体的裂隙度和切割度表征岩体结构面的 密集程度。
又A=h2，节理面的法向弹性变形量δ0=2δ，代入Boussnisq解，得 接触面为方形时，m=0.95，μ≅0.25，则上式变为
（二）节理的闭合变形 含啮合变形（配称实验）和压碎变形（非配称实验）。 下面介绍Goodman方法：
（1）结构面闭合试验（VmC的确定） 步骤： 1）备制试件； 2）作ζ-ε曲线（a）； 3）将试件切开，并配 称接触再作曲线（b）； 4）非配称接触，作曲线（c）; 5）两种节理的可压缩性法向 Nhomakorabea切向
（1）有n个点接触,每个接触 面边长为h
（2）每个接触面受力相同
（3）每个接触面力学特性 相同
2、计算公式 半无限体上作用一个集中力的布辛涅斯克（Boussnisq）解
δ－变形量；Q－荷载；A－荷载作用面积；E、μ－弹性模量、泊 松比；m－与荷载面积形状因素有关的系数，方形面积m=0.95 设节理面的边长为d，作用于节理面上的应力为ζ，则作用 在每一个接触面上的荷载
统计结构面 实测结构面
V 级结构面--细小的结构面
• Ⅰ级 指大断层或区域性断层。控制工程建设地区的地壳稳 定性，直接影响工程岩体稳定性；
• Ⅱ级 指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。 • 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。 Ⅱ、Ⅲ级结构面控制着工程岩体力学作用的边界条件 和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑移岩体的边界面 ，直接威胁工程安全稳定性
岩体力学结构面的变形与强度性质
（一）剪切变形特征
（二）剪切变形本构方程
卡尔哈韦（ Kalhaway）方程
通过大量试验，发现峰值前的剪应力-剪位移曲线可用双曲线拟合
（三）剪切刚度及其确定方法 K s
定义： 在剪切应力作用下，峰值前结构面产生单位剪切位移所需要的 应力，数值上等于峰值前 u曲线上一点的切线斜率，即：
意义：反映结构面剪切变形性质的重要 参数，是岩体力学性质参数估算及岩体 稳定性计算中必不可少的指标之一。
第三章 结构面的变形与强度性质
• 变形性质
法向变形、剪切变形（特征、本构方程）
•
平直无充填结构面、粗糙起伏无充填结构面、 非贯通断续结构面、有充填物的软弱结构面
3.1 概述
研究结构面变形和强度特性的意义如何？ 具有十分重要的工程实践意义 1） 岩石工程实践表明，有相当一部分工程岩体的失稳破 坏是沿软弱结构面破坏的。结构面的强度性质是评价岩体 稳定性的关键。 2） 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。工程岩体结构面 的变形又将极大地改变岩体的渗透性、应力分布及其强度。 4） 工程岩体中应力的分布受结构面及其力学性质的影响。
陡坎
波状起伏，粗糙
39～40 0.12～0.15 36～37
平直，粗糙
38～39 0.07～0.11 35～36
平直，粗糙，有陡坎 40～42 0.25～0.35 38～39
起伏大，粗糙，有陡坎 43～48 0.35～0.50 40～41
波状起伏，粗糙
39～40 0.15～0.23 37～38
平直，粗糙
经验方程（巴顿和乔贝，1977）
结构面剪切刚度直剪试验结果
岩体力学概述
根据所采用的研究手段 或 基础理论所属学科领域的不同， 岩体力学的研究方法可大致有：
工程地质法、测试试验法、理论研究法、综合研究法
工程地质研究法
工程地质研究方法是了解岩体和岩石地质特征的主要方法，是整 个岩体力学的基础工作。 工程地质 研究法
工程地质学: 矿物学、岩石学、构造地质、地质力学、地层学等
结构－岩体结构
岩体 赋存环境
结构体
结构面 共同作用
应力场 温度场 三场耦合 渗流场 其它物理场（电、磁等）
岩 体 的 工 程 特 征
建造（成分、岩体结构、赋存环境） 岩体的演化过程 改造（成分、岩体结构、赋存环境）
岩石
岩体是由一种或多种岩石组合，岩石是组成岩体的固相基质。 物质成分 岩石结构、构造 岩石＝结构体 岩 岩 地质特征 成因类型 结构体特性 体 岩性岩相变化 石 的 成层条件、厚度变化 的 结构面特征 特 物理(水理)性质 特 性 性 力学性质
研究课题
工程岩体力学是伴随着工程建设的发展而发展的，其 研究课题、研究任务和研究内容 随 工程建设的发展而增多， 研究任务和内容既来源于生产实践，又必须直接服务于生产实践。 因此，工程岩体力学研究既有理论上的，又有应用实践上的。 研究课题 理论课题 岩体(岩石)的工程地质特性 工程岩体的评价与预测 工程岩体改良技术方法 水利水电工程 道路工程 海洋勘探与开发工程 核电建设及核废料处理工程 地震预报 应用课题 边坡变形与破坏问题 地基变形与破坏问题 地下硐室变形与破坏问题 采矿工程 土木建筑工程 石油工程 地层热能资源开发工程 地下水资源开发工程
课程介绍
1.岩体力学的研究对象 2.岩体力学的研究内容 3.岩体力学的研究方法 4.岩体力学的发展历程 5.岩石力学的发展历程
岩体力学--岩体结构面性质
③ 古德曼经验公式（4-7）式
法向应力与结构面闭合量的关系式。
n
n
σn
σn
t
n 0 0
s
m
ax
n
n
o (a)
图4-5 结构面法向变形
啮
非
合
啮
结
合
构
结
面
构
面
Kn 1
o
δm'ax
δmax
n
(a)
(b)
图4-5 结构面法向变形曲线
15/38
σn
σn
啮 合
结
构
面
δn
δn
σn
2
Kn
K n0
K n0 max n K n0 max
节理、泥化夹层和夹泥层
Ks
等软弱结构面。
1
o
δt
特点： (a)
(b)
曲线无明显的峰图值4强-6度结和构应面力的降剪。切变形曲线
峰值强度与残余强度相差很小。
曲线的斜率是连续变化的，且具流变性。
20/38
③结构面的剪切变形不可恢复
常伴随有微凸体的弹性变形、劈裂、磨粒的产生与迁 移、结构面的相对错动等多种力学过程。
n
(a)
(b)
图4-5 结构面法向变形曲线
2．结构面的剪切变形
结构面剪切变形与结构面表面形态、结构体与填充物
质特征密切相关。
τ
σn δt
τ
A
B Ks
1
o
δt
(a)
(b)
图4-6 结构面的剪切变形曲线
18/38
τ
①脆性变形型：σA n δt
无充填τ粗糙硬性结构面
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)。
岩体力学性质
yx xy
1 3 1 3 cos 2 2 2 1 3 sin 2 2 2 ( 1 3 ) 2 ( 1 3 ) 2 2 2
10
•强度、刚度 岩 块 的 变 形 与 强 度 性 质 •变形弹性变形、塑性变形弹性、塑性 •破坏脆性破坏、塑性破坏脆性、塑性 •粘性 、延性
白云岩
80~250
灰岩
20~200
35
5.影响因素 （1）岩石自身的性质（ 矿物组成 、 粒间连接、 岩性、 结构特征 、颗粒大小及形状、风化程度 、微结构面） （2）实验条件 试件形状、尺寸及加工精度 断面形状：强度:圆形>六多边形>四边形>三边形试件 尺寸效应：尺寸越大，岩块强度越低。 试件的高径比h/D增大，岩块强度降低。 c 加工精度： c1 加荷速率 强度常随加荷速率增大而增高 温度、湿度 含水量越高,强度越低;温度越高，强度越低。
应力、应变 应力状态、摩尔应力圆
任 意 状 态 z y zy yz z y zx xz x x
σ x τ xy τ xz τ yx σ y τ yz τ τ σ zx zy z
主 应 力 状 态
σ 1 0 0 0 σ 0 2 0 0 σ 3
C 峰值 前变 形阶 段 峰 值 后 变 形 阶 D 段
•微裂隙稳定发展阶段(BC) d C点:屈服强度
•非稳定发展阶段(CD) D点:峰值强度
V
B
A
L
E
•破坏后阶段(DE) 全过程曲线前过程曲线
(-)
o
(+)
13
岩 块 的 变 形 与 强 度 性 质
14
岩体力学知识点
岩石由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而成的自然物体。
岩体 由岩块和结构面共同组成的具有一定结构并赋存于一定地质环境中的地质体。
结构面 岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面。
结构体 由不同产状的结构面组合切割而形成的单元体。
岩体结构1.结构面的发育程度及其组合关系。
2.结构体的规模、形态及其排列形式所表现的空间形态。
岩石的物理力学参数1.密度指标：岩石的颗粒密度s ρ、天然密度ρ、干密度d ρ、饱和密度sa ρ。
2.孔隙性：孔隙比e 、孔隙率n 。
3.水理性质：含水率ω、自由吸水率a W 、饱和吸水率sa W 、渗透系数K 。
4.抗风化特性：软化系数η、耐崩解性指数d I 、自由膨胀率H V 、侧向约束膨胀率HP V 、膨胀压力。
5.抗冻性：抗冻性系数f K 。
刚性试验机工作原理当试验机刚度Km 大于岩石刚度Ks 时，在相同的条件下，试验机附加给岩石的能量比岩石所能承受的能量小，要岩石继续产生应变必须依靠外荷载的加载做功才能实现。
因此，当试验机刚度大于岩石刚度时，才能记录下岩石峰值强度后的应力-应变曲线。
曲线形态 岩石特性 代表岩石直线型（弹脆性） 具有很明显的弹性特性的岩石 石英岩 玄武岩下凹型（弹塑性） 具有明显的塑形变形的岩石 石灰岩 粉砂岩上凹型（塑弹性） 具有较大的孔隙但较为坚硬的岩石 片麻岩S 型（塑弹塑型） 多孔且具有明显塑性的岩石大理石岩石应力—应变全过程曲线：指在刚性试验机上进行试验所获得的包括岩石达到峰值应力之后的应力—应变曲线。
压密阶段：岩石内的微裂隙在外力作用下发生闭合，岩石压密。
曲线上凹，应变率随应力增加而减小，为不可恢复的塑性变形。
弹性阶段：初期裂隙压密后，岩石强度暂趋稳定。
曲线近似呈直线，弹性模量为常熟，很大程度上为可恢复的弹性变形。
（弹性模量泊松比）塑性阶段：曲线呈下凹状，有应变软化现象；塑性变形，变形不可恢复。
应变软化阶段：曲线斜率为负，软化现象显著，试件承载力随变形的增大而迅速下降。
岩体结构力学PPT模板
上的力的分析
力学原理
第三部分岩体力学分析原理及方法
四、块裂介质岩体力学
（七）块裂介质岩体力学分析方法
第三部分岩体力学分析原理及方法
五、板裂介质岩体力学
（一）概说
（三）板裂介质岩体地 质特征
（五）模型试验的启示
（二）板裂结构岩体存 在的地质背景
（四）板裂介质岩体力 学模型
（六）板裂介质岩体力 学作用分析一般原理
三、碎裂介质岩体力学
（七）地下洞室稳定性分析
第三部分岩体力学分析原理及方法 02 （ 二 ） 软 弱结构面的
基本特征
地质特征
03 （ 三 ） 赤 平极射投影 04 （ 四 ） 实 体比例投影
原理及方法
图及块裂体几何分析
05 （ 五 ） 作 用于块裂体 06 （ 六 ） 块 裂介质岩体
二、连续介质岩体力学
（一）连续介质岩体的 地质特征
（三）与力学分析有关 的几个概念
（五）均匀应力场内圆 形洞室的力学分析
（二）连续性条件
（四）岩质地基变形分 析
（六）二向不等应力场 内圆形洞室力学分析
第三部分岩体力学分析原理及方法
二、连续介质岩体力学
（七）地下洞室围岩内应力分布近似计算方法
第三部分岩体力学分析原理及方法
二、岩体破坏机制及破坏判据
（二）岩体 破坏现象及 破坏机制
（一）概说
（三）破坏 判据
第二部分岩体结构 的力学效应——岩 体力学的基本规律
三、岩体力学性质的基本规 律
01 （一）概说 0 2 （二）结构体——岩石力学性质基本
特点
0 3 （三）结构面的基本力学性质 0 4 （四）结构面力学性质的影响因素及
第一部分岩体的地质特征——岩体力学的地质基础
岩体结构特征和岩体力学特征
平推断层是由于岩体受水平扭应力作用，使两盘沿断层面发生相对水平位移的断层。 由于多系受剪(扭)应力形成，因此大多数与褶皱轴斜交，与“x”节理平行或沿该节理形成，其 倾角一般是近于直立的。这种断层的破碎带一般较窄，沿断层面常有近水平的擦痕。
隙的总体积与岩石总体积的比，以百分数计。 未受风化或构造作用的侵入岩和某些变质岩，其孔隙度一般是很小的，而砾岩、砂岩等一些
沉积岩类的岩石，则经常具有较大的孔隙度。
3）吸水性 岩石的吸水性一般用吸水率表示，反映岩石在一定条件下(在通常大气压下)的吸水能力。在
数值上等于岩石的吸水重量与同体积干燥岩石重量的比，也以百分数计。岩石的吸水率与岩石 孔隙度的大小、孔隙张开程度等因素有关。岩石的吸水率大，则水对岩石颗粒间结合物的浸润、 软化作用就强，岩石强度和稳定性受水作用的影响也就显著。
（3）碎裂结构。其中镶嵌结构岩体结构体为硬质岩石，具有较高的变形模量和承载能力，工 程地质性能尚好。而层状碎裂结构和碎裂结构岩体变形模量、承载能力均不高，工程地质性质 较差。 （4）散体结构。岩体节理、裂隙很发育，岩体十分破碎。岩石手捏即碎，属于碎石土类。
二、岩体的力学特性 （一）岩体的变形特征
谢 谢！
岩石的抗压强度和抗剪强度，是评价岩石(岩体)稳定性的指标，是对岩石(岩体)的稳定性进 行定量分析的依据。
（2009）某岩石的抗压强度是 200MPa，其抗剪强度和抗拉强度可能约为（ ）。 A. 100MPa 和 40MPa B. 60MPa 和 20MPa C. 10MPa 和 2MPa D. 5MPa 和 1MPa 答案：B 解析：抗剪强度约为抗压强度的 10%～40%，题中抗剪强度为 20～80MPa，抗拉强度仅是抗 压强度的 2%～16%，题中抗拉强度为 4～32MPa，故 B 正确。
岩体的基本力学性质
按裂隙度分类
d<6.5 极破裂结构
K=0~1/m
疏节理
K=1~10/m 密节理
K=10~100/m 很密节理
K=100~1000/m 糜棱节理
2.多组节理 K K 1 K 2 m 1 1 m 1 2 cd 1 o 1 scd o 22s
K n cosi
i1
di
7
图4－3两组节理的裂隙度计算图
?沿节理破坏常见?岩体实体部分破坏少数?岩块与节理面同时破坏较常见一沿节理面产生破坏1破坏类型分三类46齿状剪切破坏斜面破坏斜面个别块体发生转动剪切破坏带破坏带一列内转动的块体有2块扭结破坏带扭结破坏带岩块砌叠列排列扭结在一起而整转动一列内转动的块体大于2块472la方程ladanyi和archambault2由平衡条件及功能原理得峰值抗剪强度节理破坏面为规则齿状图424外力作用下齿面产生相对水平位移和垂直位移增量扩容齿受力后若荷载过大部分齿剪坏461剪断齿端的面积与剪切面积之比
A(Vm c VV)t
当t=t A=1时，有
V VmcV MC
最大 闭合V mc
16
(4)试验方法（VmC的确定） a.无节理 c.配称接触
步骤：
（1）备制试件；
（2）作σ-ε曲线（a）；
（3）将试件切开，并配 称接触再作曲线（b）；
b.径向 劈裂
d.非配 称接触
（4）非配称接触，作曲线（c）;
（5）两种节理的可压缩性
t ani
(4－67)
⑥对岩体强度有影响的节理方位角： 12
直接在图4－19量取，也可以由正弦 定 律推出：
21si 1 n {[mcc o)/tm ]sin } 22si 1 n {[mcc o)/tm ]sin }
4岩体的力学性质及工程分类.
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。
2、岩石单轴抗压强度分类
我国工程界按岩石单轴抗压强度将岩体分为四类：
类别
岩石单轴抗压强度 σc(Mpa)
坚固性
Ⅰ
250~160
特坚固
Ⅱ
160~100
坚固
Ⅲ
100~40
次坚固
Ⅳ
<40
软岩
3、按岩体完整性系数Kv（龟裂系数）分类
Kv
V (
pm
)2
V pr
式中：Vpm、Vpr—岩体、岩石弹性纵波速度（m/s)。
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σ c 试件:边长(0.5～1.5）m，高 度不小于边长的立方块。
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”。