第三章 岩体的变形与破坏
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第三章 岩体的变形与破坏
• 3.1 基本概念及研究意义
• 变形：岩体承受应力，就会在体积、形状或宏 观连续性上发生某种变化（解释）。宏观连续性无 明显变化者称为变形（deformation )。 破坏：如果宏观连续性发生了显著变化的称为 破坏（failure)。
岩体变形破坏的方式与过程既取决于岩体的岩 性、结构，也与所承受的应力状态及其变化有关。
Biblioteka Baidu •
•
这类张裂隙的形成机制区别于前者，称为压致拉 裂（compression fracture） 随着压应力的进一步增高，已出现的分支裂隙将 进一步扩展，其它方向稍稍不利的裂隙端部也将产生 分之裂隙。岩体中出现一系列与最大主应力方向平行 的裂隙。这些裂隙可表现为具有一定的等距特征，是 岩体板裂化的主要形成机制之一。 压应力增高至裂隙贯通，则导致破坏。
3. 超过弹性极限（屈服 点），岩体进入塑性变 形阶段，体内开始出现 微破裂，且随应力差的 增大而发展，当应力保 持不变时，破裂也停止 发展。由于微破裂的出 现，岩体体积压缩速率 减缓，而轴向应变速率 和侧向应变速率均有所 增高
屈 服 强 度
2.经压密后，岩 体从不连续介质 转化为似连续介 质，进入弹性变 形阶段。该过程 的长短视岩石坚 硬程度而定
3.1.2.2 岩体破坏形式与岩体结构特征关系
在低围压条件下岩石的三轴试验表明： （1）在相同的应力状态下完整块体状坚硬岩石表现为 张性破坏，通常释放出高的弹性应变能； • （2）含有软弱结构面的块状岩体，当结构面与最大主 应力之间角度合适时，则表现为沿结构面剪切滑动破坏； （3）碎裂状岩体的破坏方式介于二者之间； （4）碎块状或散体状岩体，表现为塑性破坏。
•
破坏机制转化的界限称为破坏机制转化围压（如 表3-1）。从表中可以看出，由拉破坏转化为简断破坏 的转化围压为1/5——1/4 [σ]（岩石单轴抗拉强度）， 由剪切转化为塑性破坏的转化围压为1/3—2/3 [σ]。
•
在三向应力状态，中间主应力（ σ 2）与最大主 应力、最小主应力之间的比值关系上决定岩石破坏性 质的一个重要因素。纳达（1970）提出σ 2偏向最大 主应力或最小主应力的“应力状态类型参数” —α来 划分应力状态类型： • α =（ 2 σ 2-σ 1 -σ 3）/（ σ 1 -σ 3）; • 当α=1时，即σ 2 = σ 1，为拉伸应力状态； • 当 α=-1时，即σ 2 = σ 3，为压缩应力状态。
图 3-1 三轴压应力作用下岩石的变形破坏过程
5. 强度丧失和完全破坏阶段：岩体内部的微破裂面发展为贯通性破裂面，岩体 强度迅速减弱，变形继续发展，直至岩体被分成相互脱离的块体而完全破坏
1.原有张性结构面 逐渐闭合，充填物 被压密，压缩变形 具非线性特征，应 力应变曲线呈缓坡 下凹型
•
上述各阶段不同的岩体会存在一些差异，但所有 岩体都具有如下一些共性： • （1）岩体的最终破坏是以形成贯通性破坏面，并 分裂成相互脱离的块体为其标志。 • （2）变形过程中所具有的阶段性特征是判断岩体 或地质体演变阶段、预测其发展趋势的重要依据。 • （3）变形过程中还包含恒定应力的长期作用下的 蠕变（或流变）。即变形到破坏有时经历一个相当长 的时期，过程中蠕变效应意义重大。岩体的不稳定发 展阶段相当于加速蠕变阶段，进入此阶段的岩体达到 最终破坏已势在必然，仅仅是个时间的问题。判断进 入加速蠕变阶段的变形标志和临界应力状态是一个重 要的课题。
S= σtgφ0+acC0 (3-10)
i
式中：φ0 、C0为岩石材料的内摩擦角和内聚力，ac为齿 端剪断面所占比例。剪切的继续发展，其强度则与波 状面的情况类似[图3－16（d）]
•
对于这类结构面，一旦剪应力达到结构面的残余 抗剪强度，或外力作用方向与结构面法线方向间夹角 α(称倾斜角)等于或大于平面摩擦角φs (一般情况相 当于残余摩擦角φr)时， • 即 S=σtg φs 或 α ≥ φs • 则剪切滑动发生。 • 在三向应力状态下的起动判据，可采用公式(3一 2，假定不考虑C值，则有:
如果图3—14中滑块为一不受弹簧约束的自由块， 一旦起动并在外力持续作用的条件下，可获得一定加 速度作继续运动，直至外力降至F2后[图3—14(b)]， 才转为减速制动。 以上分析表明，受这类结构面控制的滑移运动对 外力十分敏感。沿这类结构面的滑动也具有脉动特征， 通常认为沿其发生的稳滑很可能是由一系列小阶步脉 动滑移所组成，或属蠕动滑移性质。
• 3.2.1.2 压应力条件下的拉断破坏
•
压应力条件下的拉断破坏过程要复杂得多。此时 切向拉应力集中最强的部位位于与主应力方向夹角β 为30-40º 的裂隙的端部，因而破坏首先在这样一些方 位有利的裂隙端部出现，随之扩展为分支裂隙（J2t）。 其初始方向与原有裂隙长轴方向间夹角为2β，随后逐 渐转向与最大主应力平行。随破裂的发展，隙壁上切 向拉应力集中程度也随之而降低，当分支裂隙转为平 行于最大主应力方向后即自动停止扩展。故此阶段属 稳定破裂发展阶段。
• （3）潜在剪切面的 贯通
• 2. 单剪应力条件下的破坏变形机制与过程 • 当剪切变形发生在有一定厚度的剪切带中，表现 为在单剪（simple shear）应力条件下或一对力偶作 用下的变形破坏。 • 在所形成的破裂迹象中较为常见和具有代表性的 是雁列破裂面。这种破裂面进一步分为张性雁列和压 扭性雁列两类，排列方式正好相反。张性雁列缝T的生 长方向大体与单剪带中的最大主应力方向平行，与剪 切方向夹角约45°，有时还可形成共扼的两组低次序 剪切裂隙。 • 压扭性雁列缝P生长方向与剪动方向夹角大约与岩 石材料内摩擦角相当。两者有时可在同一剪切带中叠 加产出。
•
• 按格里菲斯准则，当σ1+ 3σ3 >0时 • 其破坏准则为（ σ1- σ3 ）2/ （σ1+ σ3 ）=8 St (岩石的抗拉强度） • 单轴条件下， „ σ1‟= 8 St • 三向压应力条件下有： （ σ1- σ2 ）2 + （ σ2- σ3 ）2 + （ σ1-σ3 2/ （ σ1 + σ2 + σ3 ）=24 St
• •
• 3.1.3 岩体的强度特征
岩体的强度不能简单地用岩石的强度来表示。它 不仅与岩体的岩性、结构、岩体的受力状态有关，而 且还决定于岩体的可能破坏方式。设结构面与最大主 应力夹角α。 模拟实验表明： （1）0º < α<8º 或42º < α<52º 岩体破坏破坏形式将部分沿结构面剪切滑移、部 分剪断完整岩石，此时岩石的强度与结构面和岩石的 抗剪性能有关。
图3-4 三种破坏形式的极限应力系数(n)
① 沿结构面滑动；② 剪断完整岩石；③ 部分沿结构面， 部分剪断岩石
（2）8º < α<42º 岩体的破坏将采取沿结构面剪切滑移的形式。此 时，岩体的强度受结构面抗剪性能及其方位所控制； （3）α>52º 时 岩体破坏为剪断完整岩体。 以上讨论的为岩体的极限强度。 岩体由弹性变形阶段进入塑性变形阶段的临界应 力称为岩体的屈服强度（σy） 岩体进入不稳定破裂发展阶段的临界应力称为长 期强度（ σc ）。 岩体遭受最终破坏以后仍然保存有一定的强度， 称为残余强度。
• 3.2.2 剪切变形破坏机制与过程
• 3.2.2.1 完整岩体的剪断破坏机制与过程 一完整岩体的剪断破坏具有明显的阶段性。经 压密、弹性变形两个阶段进入破裂阶段以后，内部变 形破裂变形十分复杂（图3－9）。
• 1. 沿潜在剪切面 • 的剪断机制与过程 • （1）拉张分支裂隙 的形成与扩展 • （2）法向压碎带的 形成
• 3.1.2
• •
岩体破坏的基本形式
根据岩体破坏机制可将岩体破坏划分为剪性破坏 和张性破坏两类。 剪切滑动破坏 剪断破坏 塑性破坏 张性破坏
岩 体 破 坏
剪性破坏
（a) 拉断破坏；(b)剪断破坏； (c) 塑性破坏
• 破坏方式影响因素： 荷载条件、岩性、结构及所处的环境特征及配合 情况 • 3.1.2.1 岩体变形破坏形式与受力状态的关系 岩石的三轴实验表明，岩石破坏形式与围压的大小 有明显的关系。 （1）当在负围压及低围压条件下岩石表现为拉破坏； （2）随着围压增高将转化为剪破坏； （3）当围压升高到一定值以后，表现为塑性破坏。
• 3.2.2.2 沿原有结构面的剪切机制与过程 • 这类破坏机制及过程与结构面特征密切相关。断 续结构面，其剪切破坏过程与前者相近，这里着重讨 论连续性较好的结构面(带),按其抗剪性能可分为平面 摩擦、糙面摩擦和转动(滚动)摩擦三类。 • 1. 平面摩擦 表现为平面摩擦特征的结构面，通常为地质历史 过程中曾经遭受过剪切滑动、随后又未胶结的结构面， 如层间错动面、扭性断裂面、滑动面等。这类结构面 在其形成过程中，随剪切滑动的发展，结构面的抗剪 强度已接近残余强度(图3—13①)；某些充填有足够厚 的塑性夹泥致使隙面的起伏差和糙度已不起控制作用 的结构面，亦具平面摩擦特征，其抗剪强度由夹泥的 性能所决定。
（ncr为应力系数）结构面的动摩擦角φk低于其静 摩擦角φs,两者相差的程度与岩石性质、接触面的光 滑程度、温度，充填物的性质，滑移速度，湿度以及 振动状况都有关。某些材料试验表明动、静摩擦角的 差别可以十分悬殊(如铸铁的φs，为48，而其φk值仅 为830′).因而剪切位移一旦起动，由于静、动摩擦 相差悬殊，可出现突跃的剪切位移，即所谓粘滑 stick—slip)现象。
•
•
•
为什么要研究这两个问题，因为岩体在变形发展 与破坏过程中，除岩体内部结构与外型不断发生变化 外，岩体的应力状态也随之调整，并引起弹性变形和 释放等效应。 区域稳定和岩体稳定工程分析中的一个核心问题 就是要对上述变化和效应作出预测和评价，并论证它 们对人类工程活动的影响。 本章首先讨论不同荷载条件下岩体变形破坏机制 和过程；在此基础上讨论变形破坏过程中的时间效应 及岩体中空隙水压力对岩体变形破坏的影响。
• 2 糙面摩擦 • 具这类摩擦特征的结构面，通常为地质历史过程 中来遭受过明显剪动的结构面，如张性断裂面，原生 波状面等。这类结构面具有明显的起伏差或凸起体， 就其表面形态可分为曲齿状，锯齿状和波状三类[图 3—15(a)]并且在大的起伏面上还可划分出次一级起伏 [图3-15(b)]。剪切破坏可能有三种情况： • (1)越过凸起体 • 相对两个面的凸起体相互滑过而不发生破坏。这 种方式发生在结构面法向(有效)应力低，起体起伏角 (i)较缓且刚度较高的情况下。此时发生剪动的条件为： • S=σtg(φJ+i) (3—10)
剪动过程具有以下动态特征： ①均匀的波状面，随剪切位移（u）的增大,i值也随 之变化。以正弦波状面为例，在u=0-1/4λ区段，i=f(u) 为增函数;u=1/4-1/2λ段，f(u)为减函数。当u越过1／ 2λ时，i室为负值。上述过程中，剪切带也将以λ／2为周 期发生剪胀和闭合交替现象。
②均匀的锯齿状结构面，剪动过程也具有上述类似特 征。但齿端应力集中现象较前者更强烈，往往被压碎，其 发展趋势使锯齿面向波状面演化(图3—16)。齿端剪断阶段 [图3－16（c）]时的抗剪强度为：
• 3.2 岩体在加荷过程中的变形与破坏
• 3.2.1 拉断破坏机制与过程
• 3.2.1.1 拉应力条件下的拉断破坏 拉应力条件下岩石的拉断破坏过程十分暂短。 根据格里菲斯破坏准则，当σ1+ 3σ3 ≤0时，拉 应力σ3对岩石的破坏起主导作用，此时拉破坏准则为： „ σ 3‟=-St （ St：岩石的抗拉强度） 当岩体中的结构面处于有利位臵时，岩体的抗拉强度 远低于岩石，拉断破坏更易发生。
•
•
• 3.1.1 岩体变形破坏的基本过程与阶段划分
• 根据裂隙岩石的三轴压缩实验过程曲线，可大致将块 状岩体受力变形破坏过程划分为五个阶段： • 见图
4. 微破裂的发展出现了质的变化：即使 工作应力保持不变，由于应力的集中效应， 破裂仍会不断的累进性发展。首先从薄弱 环节开始，然后应力在另一个薄弱环节集 中，依次下去，直至整体破坏。体积应变 转为膨胀，轴应变速率和侧向应变速率加 速增大
• 3.1 基本概念及研究意义
• 变形：岩体承受应力，就会在体积、形状或宏 观连续性上发生某种变化（解释）。宏观连续性无 明显变化者称为变形（deformation )。 破坏：如果宏观连续性发生了显著变化的称为 破坏（failure)。
岩体变形破坏的方式与过程既取决于岩体的岩 性、结构，也与所承受的应力状态及其变化有关。
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这类张裂隙的形成机制区别于前者，称为压致拉 裂（compression fracture） 随着压应力的进一步增高，已出现的分支裂隙将 进一步扩展，其它方向稍稍不利的裂隙端部也将产生 分之裂隙。岩体中出现一系列与最大主应力方向平行 的裂隙。这些裂隙可表现为具有一定的等距特征，是 岩体板裂化的主要形成机制之一。 压应力增高至裂隙贯通，则导致破坏。
3. 超过弹性极限（屈服 点），岩体进入塑性变 形阶段，体内开始出现 微破裂，且随应力差的 增大而发展，当应力保 持不变时，破裂也停止 发展。由于微破裂的出 现，岩体体积压缩速率 减缓，而轴向应变速率 和侧向应变速率均有所 增高
屈 服 强 度
2.经压密后，岩 体从不连续介质 转化为似连续介 质，进入弹性变 形阶段。该过程 的长短视岩石坚 硬程度而定
3.1.2.2 岩体破坏形式与岩体结构特征关系
在低围压条件下岩石的三轴试验表明： （1）在相同的应力状态下完整块体状坚硬岩石表现为 张性破坏，通常释放出高的弹性应变能； • （2）含有软弱结构面的块状岩体，当结构面与最大主 应力之间角度合适时，则表现为沿结构面剪切滑动破坏； （3）碎裂状岩体的破坏方式介于二者之间； （4）碎块状或散体状岩体，表现为塑性破坏。
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破坏机制转化的界限称为破坏机制转化围压（如 表3-1）。从表中可以看出，由拉破坏转化为简断破坏 的转化围压为1/5——1/4 [σ]（岩石单轴抗拉强度）， 由剪切转化为塑性破坏的转化围压为1/3—2/3 [σ]。
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在三向应力状态，中间主应力（ σ 2）与最大主 应力、最小主应力之间的比值关系上决定岩石破坏性 质的一个重要因素。纳达（1970）提出σ 2偏向最大 主应力或最小主应力的“应力状态类型参数” —α来 划分应力状态类型： • α =（ 2 σ 2-σ 1 -σ 3）/（ σ 1 -σ 3）; • 当α=1时，即σ 2 = σ 1，为拉伸应力状态； • 当 α=-1时，即σ 2 = σ 3，为压缩应力状态。
图 3-1 三轴压应力作用下岩石的变形破坏过程
5. 强度丧失和完全破坏阶段：岩体内部的微破裂面发展为贯通性破裂面，岩体 强度迅速减弱，变形继续发展，直至岩体被分成相互脱离的块体而完全破坏
1.原有张性结构面 逐渐闭合，充填物 被压密，压缩变形 具非线性特征，应 力应变曲线呈缓坡 下凹型
•
上述各阶段不同的岩体会存在一些差异，但所有 岩体都具有如下一些共性： • （1）岩体的最终破坏是以形成贯通性破坏面，并 分裂成相互脱离的块体为其标志。 • （2）变形过程中所具有的阶段性特征是判断岩体 或地质体演变阶段、预测其发展趋势的重要依据。 • （3）变形过程中还包含恒定应力的长期作用下的 蠕变（或流变）。即变形到破坏有时经历一个相当长 的时期，过程中蠕变效应意义重大。岩体的不稳定发 展阶段相当于加速蠕变阶段，进入此阶段的岩体达到 最终破坏已势在必然，仅仅是个时间的问题。判断进 入加速蠕变阶段的变形标志和临界应力状态是一个重 要的课题。
S= σtgφ0+acC0 (3-10)
i
式中：φ0 、C0为岩石材料的内摩擦角和内聚力，ac为齿 端剪断面所占比例。剪切的继续发展，其强度则与波 状面的情况类似[图3－16（d）]
•
对于这类结构面，一旦剪应力达到结构面的残余 抗剪强度，或外力作用方向与结构面法线方向间夹角 α(称倾斜角)等于或大于平面摩擦角φs (一般情况相 当于残余摩擦角φr)时， • 即 S=σtg φs 或 α ≥ φs • 则剪切滑动发生。 • 在三向应力状态下的起动判据，可采用公式(3一 2，假定不考虑C值，则有:
如果图3—14中滑块为一不受弹簧约束的自由块， 一旦起动并在外力持续作用的条件下，可获得一定加 速度作继续运动，直至外力降至F2后[图3—14(b)]， 才转为减速制动。 以上分析表明，受这类结构面控制的滑移运动对 外力十分敏感。沿这类结构面的滑动也具有脉动特征， 通常认为沿其发生的稳滑很可能是由一系列小阶步脉 动滑移所组成，或属蠕动滑移性质。
• 3.2.1.2 压应力条件下的拉断破坏
•
压应力条件下的拉断破坏过程要复杂得多。此时 切向拉应力集中最强的部位位于与主应力方向夹角β 为30-40º 的裂隙的端部，因而破坏首先在这样一些方 位有利的裂隙端部出现，随之扩展为分支裂隙（J2t）。 其初始方向与原有裂隙长轴方向间夹角为2β，随后逐 渐转向与最大主应力平行。随破裂的发展，隙壁上切 向拉应力集中程度也随之而降低，当分支裂隙转为平 行于最大主应力方向后即自动停止扩展。故此阶段属 稳定破裂发展阶段。
• （3）潜在剪切面的 贯通
• 2. 单剪应力条件下的破坏变形机制与过程 • 当剪切变形发生在有一定厚度的剪切带中，表现 为在单剪（simple shear）应力条件下或一对力偶作 用下的变形破坏。 • 在所形成的破裂迹象中较为常见和具有代表性的 是雁列破裂面。这种破裂面进一步分为张性雁列和压 扭性雁列两类，排列方式正好相反。张性雁列缝T的生 长方向大体与单剪带中的最大主应力方向平行，与剪 切方向夹角约45°，有时还可形成共扼的两组低次序 剪切裂隙。 • 压扭性雁列缝P生长方向与剪动方向夹角大约与岩 石材料内摩擦角相当。两者有时可在同一剪切带中叠 加产出。
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• 按格里菲斯准则，当σ1+ 3σ3 >0时 • 其破坏准则为（ σ1- σ3 ）2/ （σ1+ σ3 ）=8 St (岩石的抗拉强度） • 单轴条件下， „ σ1‟= 8 St • 三向压应力条件下有： （ σ1- σ2 ）2 + （ σ2- σ3 ）2 + （ σ1-σ3 2/ （ σ1 + σ2 + σ3 ）=24 St
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• 3.1.3 岩体的强度特征
岩体的强度不能简单地用岩石的强度来表示。它 不仅与岩体的岩性、结构、岩体的受力状态有关，而 且还决定于岩体的可能破坏方式。设结构面与最大主 应力夹角α。 模拟实验表明： （1）0º < α<8º 或42º < α<52º 岩体破坏破坏形式将部分沿结构面剪切滑移、部 分剪断完整岩石，此时岩石的强度与结构面和岩石的 抗剪性能有关。
图3-4 三种破坏形式的极限应力系数(n)
① 沿结构面滑动；② 剪断完整岩石；③ 部分沿结构面， 部分剪断岩石
（2）8º < α<42º 岩体的破坏将采取沿结构面剪切滑移的形式。此 时，岩体的强度受结构面抗剪性能及其方位所控制； （3）α>52º 时 岩体破坏为剪断完整岩体。 以上讨论的为岩体的极限强度。 岩体由弹性变形阶段进入塑性变形阶段的临界应 力称为岩体的屈服强度（σy） 岩体进入不稳定破裂发展阶段的临界应力称为长 期强度（ σc ）。 岩体遭受最终破坏以后仍然保存有一定的强度， 称为残余强度。
• 3.2.2 剪切变形破坏机制与过程
• 3.2.2.1 完整岩体的剪断破坏机制与过程 一完整岩体的剪断破坏具有明显的阶段性。经 压密、弹性变形两个阶段进入破裂阶段以后，内部变 形破裂变形十分复杂（图3－9）。
• 1. 沿潜在剪切面 • 的剪断机制与过程 • （1）拉张分支裂隙 的形成与扩展 • （2）法向压碎带的 形成
• 3.1.2
• •
岩体破坏的基本形式
根据岩体破坏机制可将岩体破坏划分为剪性破坏 和张性破坏两类。 剪切滑动破坏 剪断破坏 塑性破坏 张性破坏
岩 体 破 坏
剪性破坏
（a) 拉断破坏；(b)剪断破坏； (c) 塑性破坏
• 破坏方式影响因素： 荷载条件、岩性、结构及所处的环境特征及配合 情况 • 3.1.2.1 岩体变形破坏形式与受力状态的关系 岩石的三轴实验表明，岩石破坏形式与围压的大小 有明显的关系。 （1）当在负围压及低围压条件下岩石表现为拉破坏； （2）随着围压增高将转化为剪破坏； （3）当围压升高到一定值以后，表现为塑性破坏。
• 3.2.2.2 沿原有结构面的剪切机制与过程 • 这类破坏机制及过程与结构面特征密切相关。断 续结构面，其剪切破坏过程与前者相近，这里着重讨 论连续性较好的结构面(带),按其抗剪性能可分为平面 摩擦、糙面摩擦和转动(滚动)摩擦三类。 • 1. 平面摩擦 表现为平面摩擦特征的结构面，通常为地质历史 过程中曾经遭受过剪切滑动、随后又未胶结的结构面， 如层间错动面、扭性断裂面、滑动面等。这类结构面 在其形成过程中，随剪切滑动的发展，结构面的抗剪 强度已接近残余强度(图3—13①)；某些充填有足够厚 的塑性夹泥致使隙面的起伏差和糙度已不起控制作用 的结构面，亦具平面摩擦特征，其抗剪强度由夹泥的 性能所决定。
（ncr为应力系数）结构面的动摩擦角φk低于其静 摩擦角φs,两者相差的程度与岩石性质、接触面的光 滑程度、温度，充填物的性质，滑移速度，湿度以及 振动状况都有关。某些材料试验表明动、静摩擦角的 差别可以十分悬殊(如铸铁的φs，为48，而其φk值仅 为830′).因而剪切位移一旦起动，由于静、动摩擦 相差悬殊，可出现突跃的剪切位移，即所谓粘滑 stick—slip)现象。
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为什么要研究这两个问题，因为岩体在变形发展 与破坏过程中，除岩体内部结构与外型不断发生变化 外，岩体的应力状态也随之调整，并引起弹性变形和 释放等效应。 区域稳定和岩体稳定工程分析中的一个核心问题 就是要对上述变化和效应作出预测和评价，并论证它 们对人类工程活动的影响。 本章首先讨论不同荷载条件下岩体变形破坏机制 和过程；在此基础上讨论变形破坏过程中的时间效应 及岩体中空隙水压力对岩体变形破坏的影响。
• 2 糙面摩擦 • 具这类摩擦特征的结构面，通常为地质历史过程 中来遭受过明显剪动的结构面，如张性断裂面，原生 波状面等。这类结构面具有明显的起伏差或凸起体， 就其表面形态可分为曲齿状，锯齿状和波状三类[图 3—15(a)]并且在大的起伏面上还可划分出次一级起伏 [图3-15(b)]。剪切破坏可能有三种情况： • (1)越过凸起体 • 相对两个面的凸起体相互滑过而不发生破坏。这 种方式发生在结构面法向(有效)应力低，起体起伏角 (i)较缓且刚度较高的情况下。此时发生剪动的条件为： • S=σtg(φJ+i) (3—10)
剪动过程具有以下动态特征： ①均匀的波状面，随剪切位移（u）的增大,i值也随 之变化。以正弦波状面为例，在u=0-1/4λ区段，i=f(u) 为增函数;u=1/4-1/2λ段，f(u)为减函数。当u越过1／ 2λ时，i室为负值。上述过程中，剪切带也将以λ／2为周 期发生剪胀和闭合交替现象。
②均匀的锯齿状结构面，剪动过程也具有上述类似特 征。但齿端应力集中现象较前者更强烈，往往被压碎，其 发展趋势使锯齿面向波状面演化(图3—16)。齿端剪断阶段 [图3－16（c）]时的抗剪强度为：
• 3.2 岩体在加荷过程中的变形与破坏
• 3.2.1 拉断破坏机制与过程
• 3.2.1.1 拉应力条件下的拉断破坏 拉应力条件下岩石的拉断破坏过程十分暂短。 根据格里菲斯破坏准则，当σ1+ 3σ3 ≤0时，拉 应力σ3对岩石的破坏起主导作用，此时拉破坏准则为： „ σ 3‟=-St （ St：岩石的抗拉强度） 当岩体中的结构面处于有利位臵时，岩体的抗拉强度 远低于岩石，拉断破坏更易发生。
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• 3.1.1 岩体变形破坏的基本过程与阶段划分
• 根据裂隙岩石的三轴压缩实验过程曲线，可大致将块 状岩体受力变形破坏过程划分为五个阶段： • 见图
4. 微破裂的发展出现了质的变化：即使 工作应力保持不变，由于应力的集中效应， 破裂仍会不断的累进性发展。首先从薄弱 环节开始，然后应力在另一个薄弱环节集 中，依次下去，直至整体破坏。体积应变 转为膨胀，轴应变速率和侧向应变速率加 速增大