岩体力学第四章岩体的基本力学性能资料重点
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2. 剪切位移曲线的本构方程 1）常用的计算模型（脆断型） (1)变刚度模型
Ks U f
峰值剪应变不变
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
第二节 结构面的变形特性
(2)常刚度模型
Ks U f
剪切刚度不变
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
第二节 结构面的变形特性
结构面法向弹性变形例题
解:
P
P 20010
岩
d E
d2
d E
dE
1.5104
0.013cm
节 0.043 0.013 0.03 cm
1.8d 2 0.03
Enh
n h 1.8d 2 E
1.8 200 10 0.03 10 4
12
cm
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
结构面法向弹性变形例题
最大的变形，作用在接触点的应力，满足极限强度 条件，即:
P n h2
c 0.8c
n h2 P 20010 14.29 cm2 0.8c 0.8175
两式相除
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
结构面法向弹性变形例题
h n h2 14.29 1.19 cm 1.2 cm n h 12
第二节 结构面的变形特性
3）讨论 (1) 最大法向弹性变形的限制条件
d 2
nh2
c
:作用在试件上的正应力
d
:正方形的边长
c
:接触点材料的单轴抗压强度
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
第二节 结构面的变形特性
（2）结构面壁法向弹性变形公式
双面壁
0.9 d 2
nEh
0
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
第二节 结构面的变形特性
分析： 1）岩体的变形由两部分组成：岩石和结构面； 2）要求的是最大的弹性变形，必须满足结构面的 面壁强度的条件； 3）求n、h两个未知数，应该联合应用变形和强度 条件。
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
结构面弹性变形指接触面或者接触点的弹性变形。
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
第二节 结构面的变形特性
一 结构面的法向变形 1. 结构面法向弹性变形 1）假设条件
（1）有n个点接触，假设边长为h面接触 （2）每个接触面受力相同 （3）每个接触面力学特性相同
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
已知岩体试件的尺寸: 15*15*15cm，作用在试件上 的外荷载P=200KN。测得试 件总的变形为0.043cm， 岩石 的c =175(MPa)，结构面面 壁强度为岩石c 的0.8倍，岩 石的弹性模量 E=1.0*104(MPa)
试求: 结构面产生最大弹性变形时，接触的个数 n 及边长 h (不计结构面厚度对变形的影响)
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
第二节 结构面的变形特性
二、结构面的剪切位移特性
剪切变形比法向闭合变形更为重要，影响岩体稳定性
1. 剪切位移曲线
1)剪切刚度 Ks
f u
u
Ks
来自百度文库
f
'u
u
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
第二节 结构面的变形特性
2）影响因素 (1)正应力 (2)表面形态 (3)填充厚度
结构面的类型： 1. 重新胶结的结构面 2. 未胶结的结构面 1）未充填的结构面 2）充填的结构面(厚、薄）
结构面的变形： 1、法向变形 2、剪切变形
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
第二节 结构面的变形特性
一 结构面的法向变形 1. 结构面法向弹性变形
结构面由两个岩壁组成， 平滑——面接触 粗糙——部分接触、点接触
n h 12 cm n 10个
强度校核:
P n h2
20010 10 1.22
138.9
MPa 175 0.8 140
MPa
满足要求
答:产生最大弹性法向变形时，n=10(个) h=1.2cm
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
第二节 结构面的变形特性
2、结构面的法向闭合变形 1） 结构面的弹性变形和非弹性变形
古德曼 (R.E.Goodman) 试验：
试样切割成粗糙和波状起伏的切缝，将此缝上下两块试 样重合装上，称配称切缝试样；将上半块旋转90°装上， 称非配称切缝试样，
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
第二节 结构面的变形特性
2） 配称节理面 弹性变形 齿合变形
3）非配称节理面 弹性变形 齿合变形 压碎变形
2）常用的计算模型（软弱型）
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
第三节 结构面的剪切强度特性
结构面的剪切强度与结构面的形态相关 。 （1）面摩擦效应：结构面表面平整 （2）楔摩擦效应：结构面表面起伏不平 （3）转动摩擦效应：结构面有块状充填物，或 节理岩体被节理切割成碎块状 （4）滚动摩擦效应：结构面充填物多边或圆状
第二节 结构面的变形特性
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
第二节 结构面的变形特性
2）计算公式
半无限体上作用一个集中力的布辛涅
斯克的解
0
1 2 mQ EA
1 2 0.95Q Eh
m：接触面的形态系数，方形m=0.95
μ： 0.25
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
第二节 结构面的变形特性
3）曲线类型 (1)脆断型
结构面重新胶结
(2)切齿型
硬性结构面沿一个突出物被 剪断
(3)间断起伏型
硬性结构面沿多个突出物被 剪断
(4)软弱型
结构面充填
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
第二节 结构面的变形特性
岩体力学
Rock Mass Mechanics
第四章 岩体的基本力学性能
李旺林
第四章 岩体的基本力学性能
第一节 岩体结构面的分析 第二节 结构面的变形特性 第三节 结构面的剪切强度特性 第四节 结构面的力学效应 第五节 岩体力学性能的现场测试
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
第二节 结构面的变形特性
1.8 d
nEh
2
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
第二节 结构面的变形特性
(3)影响因素
0
1.8 d 2
nEh
a. 与外荷载成正比
b. 结构面的力学特性
E，，
' c
c. 结构面的表面形态
n0
成正比
两者相互牵连 n, h
2020/10/12
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结构面法向弹性变形例题
Ks U f
峰值剪应变不变
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第二节 结构面的变形特性
(2)常刚度模型
Ks U f
剪切刚度不变
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第二节 结构面的变形特性
结构面法向弹性变形例题
解:
P
P 20010
岩
d E
d2
d E
dE
1.5104
0.013cm
节 0.043 0.013 0.03 cm
1.8d 2 0.03
Enh
n h 1.8d 2 E
1.8 200 10 0.03 10 4
12
cm
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结构面法向弹性变形例题
最大的变形，作用在接触点的应力，满足极限强度 条件，即:
P n h2
c 0.8c
n h2 P 20010 14.29 cm2 0.8c 0.8175
两式相除
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结构面法向弹性变形例题
h n h2 14.29 1.19 cm 1.2 cm n h 12
第二节 结构面的变形特性
3）讨论 (1) 最大法向弹性变形的限制条件
d 2
nh2
c
:作用在试件上的正应力
d
:正方形的边长
c
:接触点材料的单轴抗压强度
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第二节 结构面的变形特性
（2）结构面壁法向弹性变形公式
双面壁
0.9 d 2
nEh
0
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第二节 结构面的变形特性
分析： 1）岩体的变形由两部分组成：岩石和结构面； 2）要求的是最大的弹性变形，必须满足结构面的 面壁强度的条件； 3）求n、h两个未知数，应该联合应用变形和强度 条件。
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岩体力学（2011-202学年）
结构面弹性变形指接触面或者接触点的弹性变形。
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第二节 结构面的变形特性
一 结构面的法向变形 1. 结构面法向弹性变形 1）假设条件
（1）有n个点接触，假设边长为h面接触 （2）每个接触面受力相同 （3）每个接触面力学特性相同
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岩体力学（2011-202学年）
已知岩体试件的尺寸: 15*15*15cm，作用在试件上 的外荷载P=200KN。测得试 件总的变形为0.043cm， 岩石 的c =175(MPa)，结构面面 壁强度为岩石c 的0.8倍，岩 石的弹性模量 E=1.0*104(MPa)
试求: 结构面产生最大弹性变形时，接触的个数 n 及边长 h (不计结构面厚度对变形的影响)
2020/10/12
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第二节 结构面的变形特性
二、结构面的剪切位移特性
剪切变形比法向闭合变形更为重要，影响岩体稳定性
1. 剪切位移曲线
1)剪切刚度 Ks
f u
u
Ks
来自百度文库
f
'u
u
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第二节 结构面的变形特性
2）影响因素 (1)正应力 (2)表面形态 (3)填充厚度
结构面的类型： 1. 重新胶结的结构面 2. 未胶结的结构面 1）未充填的结构面 2）充填的结构面(厚、薄）
结构面的变形： 1、法向变形 2、剪切变形
2020/10/12
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第二节 结构面的变形特性
一 结构面的法向变形 1. 结构面法向弹性变形
结构面由两个岩壁组成， 平滑——面接触 粗糙——部分接触、点接触
n h 12 cm n 10个
强度校核:
P n h2
20010 10 1.22
138.9
MPa 175 0.8 140
MPa
满足要求
答:产生最大弹性法向变形时，n=10(个) h=1.2cm
2020/10/12
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第二节 结构面的变形特性
2、结构面的法向闭合变形 1） 结构面的弹性变形和非弹性变形
古德曼 (R.E.Goodman) 试验：
试样切割成粗糙和波状起伏的切缝，将此缝上下两块试 样重合装上，称配称切缝试样；将上半块旋转90°装上， 称非配称切缝试样，
2020/10/12
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第二节 结构面的变形特性
2） 配称节理面 弹性变形 齿合变形
3）非配称节理面 弹性变形 齿合变形 压碎变形
2）常用的计算模型（软弱型）
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岩体力学（2011-202学年）
第三节 结构面的剪切强度特性
结构面的剪切强度与结构面的形态相关 。 （1）面摩擦效应：结构面表面平整 （2）楔摩擦效应：结构面表面起伏不平 （3）转动摩擦效应：结构面有块状充填物，或 节理岩体被节理切割成碎块状 （4）滚动摩擦效应：结构面充填物多边或圆状
第二节 结构面的变形特性
2020/10/12
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第二节 结构面的变形特性
2）计算公式
半无限体上作用一个集中力的布辛涅
斯克的解
0
1 2 mQ EA
1 2 0.95Q Eh
m：接触面的形态系数，方形m=0.95
μ： 0.25
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第二节 结构面的变形特性
3）曲线类型 (1)脆断型
结构面重新胶结
(2)切齿型
硬性结构面沿一个突出物被 剪断
(3)间断起伏型
硬性结构面沿多个突出物被 剪断
(4)软弱型
结构面充填
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岩体力学（2011-202学年）
第二节 结构面的变形特性
岩体力学
Rock Mass Mechanics
第四章 岩体的基本力学性能
李旺林
第四章 岩体的基本力学性能
第一节 岩体结构面的分析 第二节 结构面的变形特性 第三节 结构面的剪切强度特性 第四节 结构面的力学效应 第五节 岩体力学性能的现场测试
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
第二节 结构面的变形特性
1.8 d
nEh
2
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
第二节 结构面的变形特性
(3)影响因素
0
1.8 d 2
nEh
a. 与外荷载成正比
b. 结构面的力学特性
E，，
' c
c. 结构面的表面形态
n0
成正比
两者相互牵连 n, h
2020/10/12
岩体力学（2011-202学年）
结构面法向弹性变形例题