第4章岩体力学性质

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第4章岩体力学性质
3、层状结构
由中厚(0.25~0.5 m)及薄层(<0.25m)的均一、坚硬、 软弱或软硬相间的沉积岩或沉积变质岩形成的岩体。结构面以 层理、片理、节理为主,往往有层间错动,结构体呈板状、片 状互相紧密叠合。
完整性系数:层状 0.3~0.6; 薄层状 <0.4 结构面间距:层状 0.25~0.5 m ;薄层状 <0.25 m 岩土工程特征:工程范围内,一组节理明显发育,在层内具 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,岩体稳定性 较差。
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。
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一、结构体的大小
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。
岩体结构
整体结构 块状结构 层状结构 碎裂结构
散体结构
镶嵌结构 层状碎裂结构 碎裂结构
第4章岩体力学性质
1、整体结构
岩性单一,节理不发育,无软弱结构面或夹泥, 层面 结合良好,渗流对岩体特性影响不大,结构尺 寸大于工程尺寸。
完整性系数 > 0.75 结构面间距 > 1.5 m 岩土工程特征:整体性强度高,岩体稳定,可视为 均质、各向同性的连续介质。
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)。
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二、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。
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2、块状结构
节理发育,有若干软弱夹层或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。
完整性系数 0.35~0.75 结构面间距 0.7~1.5 m 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。
主要为各种剧烈风化或挤压破碎的岩体或土体。结 构面相当发育,呈网状,岩体极度破碎,并混有断层 泥,呈松散堆积或压密堆积。
完整性系数:<0.2 岩土工程特征:稳定性极差,岩体属性接近松散体 介质。
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§4-3 岩体的强度 一、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。 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。
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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。
关键术语:岩体结构,岩体强度,准岩体强度;岩 体变形,岩石RQD质量指标;完整性系数 ;岩 石坚固性系数
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要求: 1、掌握本课程重点难点内容; 2、了解几种有代表性的岩体分类方法; 3、了解我国工程岩体分级标准(GB50218-94)。
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§4-1 结构面、结构体、岩体
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岩体中有多组结构面: 岩体的强度图像将为各单组结构面岩体强度图像的叠加, 如图中阴影部分。如果结构面分布均匀、且强度大体相同时, 则岩体表现出各向同性的特性,但强度却大大削弱了。
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二、岩体强度的测定(现场测试)
1、岩体单向抗压强度和准岩体强度 (1)单向抗压强度σc
第四章
岩体的力学性质及岩体分类
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本章内容:
§4-1 结构面、结构体、岩体 §4-2 岩体的结构 §4-3 岩体的强度 §4-4 岩体破坏机理及破坏判据 §4-5 岩体的变形特性 §4-6 岩体质量评价及其分类
第4章岩体力学性质
授课学时: 4
本章重点难点: 1、岩体结构; 2、岩体的强度特征 3、岩体的破坏机理 4、岩体分类。
二、结构体的形状
1、板状结构体: 2、柱状结构体: 3、锥形结构体:
结构体的形状与岩石类型有关;与区域构造运动强度有关; 与工程围岩的破坏方式有关。
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§4-2 岩体的结构
岩体的结构是指岩体中结构面和结构体的形态和组合特征。
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:
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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。
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石墨片岩在三向压缩下强度随加载方向的变化。
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岩体中只有一组结构面:
(1).当σ1与结构面垂直,岩体强 度与结构面无关,为岩石强度; (2).当θ=450-φj/2,岩体将 沿结构面破坏,其强度为结构面 强度; (3).当σ1与结构面平行,结构面 的抗拉强度小,岩体将因结构面 的横向扩展而破坏。
试件:边长(0.5~1.5)m,高 度不小于边长的立方块。
c
P A
式中:P—试件破坏时的作用力,N; A—试件横截面面积,m2。
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(2)、 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。
4、碎裂结构
构造发育,各种结构面与断裂交叉发育,且多为泥质充填。 岩体破碎,呈块状或片状,局部裹有坚硬的大块或条块状岩 石,属不均一的不连续介质,稳定性很差。
岩体 镶嵌结构 层状碎裂结构 破碎结构
完整性系数 结构面间距
<0.36
<0.5m
<0.4
<0.5m
<0.3
<0.5m
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5、散体结构
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