岩石力学第三讲、岩体的变形与强度

压力-变形曲线分类– 下弯型（或上凸型）C
p = f（W）， d2 p/d W2＜ 0，节理裂隙很发育且有泥质 充填的岩体、软岩、深部有软弱夹层的岩体，裂纹扩展、 泥质挤出、软岩压缩等都可能表现出C 型特征。
岩体的压力-变形曲线分类– 复合型
裂隙发育不均的岩体，岩石压密、裂隙闭合、节理移动等
二、岩体变形特性参数测定
3、岩体的压力-变形曲线分类
分为：直线型、上凹型、下弯型、复合型等； 直线型A：坚硬完整无裂隙岩体 上凹型B：较坚硬的裂隙岩体，有裂隙压密阶段 下弯型C：裂隙很发育的软弱岩体（或称上凸型） 复合型D：压缩较大的岩体，如垂直片理的片岩、变质岩
岩体的压力-变形曲线分类– 直线型A
p = f（W）= K W， d p/d W= K 为通过原点的直线。 A-1型 ： p – W曲线陡，刚度大；弹性为主变形可恢复， 完整、坚硬、致密、均匀岩体的特性。 A-2型： p – W曲线斜率缓，刚度小；有明显不可恢复变 形和滞回环，节理化但裂隙分布均匀的岩体的特性。
4、岩体动弹性模量测定 根据波在弹性介质中传播规律， 测定岩体内纵波和横波的传播速 度，按波动力学的公式推导岩体 的动弹性模量、动泊松比等。 岩体的动力指标比静力指标好， 适用于动力荷载作用下的稳定性 分析（如地震）
弹性波的传播速度
当现场岩体受振动激发时，岩体内就产生应力波，即弹性波 动力法现场测试包括：激发、接收弹性波、记录弹性波的传播时间、
岩体的压力-变形曲线分类– 上凹型B
p = f（W）， d2 p/d W2＞ 0 B-1型 ： p – W曲线的斜率随压力和循环次数增大，弹 性变形较大， 垂直层面加压时岩体的特性。 B-2型： p – W曲线的斜率随压力和循环次数增大；卸 载时有明显的不可恢复变形和滞回环，高角度节理化 及垂直层面加压时的层状软岩体的特性。
应力场对岩体性质有较大影响。
第一节、岩体的变形特征
一、岩体的应力应变曲线与变形指标 二、岩体变形特性参数测定 三、岩体变形的结构效应 四、岩体变形本构方程
一、岩体的应力（压力）-应变（变形）曲线
1、岩体是同时具有弹性、塑性和粘性的多裂隙的非连续 介质，其应力应变全过程曲线原则上与岩石的相似， 但弹性模量、峰值强度、残余强度有所降低、泊松比 则有所提高。岩体与岩石的最大不同点为：弱面的存 在引起岩体变形和强度上的各向异性。
岩体的复杂性与基本特征
1、岩体为非均质的各向异性体，组成岩体的矿物成分各 不相同，矿物颗粒大小及空间排列方式有很大差异。
2、岩体内存在一个裂隙系统，使岩体的完整性和均匀性 遭到破坏，不连续但也不是散体。
3、岩体一般不严格服从虎克定律，力学性质复杂多变， 弹塑性并存，有时又表现为脆性
4、岩体内存在初始应力场 5、岩体赋存在一定的地质环境中，岩体中的水、温度、
岩 石 力 学 第三讲 ROCK MECHANICS
主讲教师：汪家林 (6学时）
内容：岩体的基本力学性质及工程分类 （岩体变形、强度、原位试验
结构面的力学效应、岩体工程分类）
从岩块到岩体的示意图
影响岩体力学性的因素： 1、组成岩体的岩石材料性质 2、结构面力学性质 3、结构面的发育组合、岩体 经过结构类型 4、赋存环境如水、地应力
上一章主要介绍岩石的 物理力学性质，本章讲 岩体的物理力学性质与 分类，岩体是一定范围 的天然地质体，岩石与 岩体的其物理力学性质 是有较大差异的。
岩体结构（岩块与结构面）
岩石与岩体2
1、岩体的概念：岩体是在一定范围内的自然地质体，经历了漫长
的自然历史过程，经受了各种地质作用，并在地应力的长期作用 下，在其内部保留了各种永久变形的现象和地质构造形迹。
2、工程设计与变形控制、岩体变形阶段 变形控制是工程设计的需要。 岩体的变形性质主要地取决于岩体中的结构面
和结构体及充填物的性质，典型的应力应变全过 程大致可分为四个阶段：
OA段：裂隙压密段，弹塑性并存；
AB段：弹性变形段，压密后较连续。
BC段：塑性变形段，变形较大；
CD段：破坏阶段，有残余
以上为一般规律，不同结构类型的岩 体，变形特性会有差别。
2、岩块与岩体的联系与区别：
岩块是组成岩体的基本单元；岩体指在天然条件下由岩块与弱面 组成的复杂地质体。岩体强度由于弱面的存在远低于岩块强度。
3、岩体结构的基本概念：
岩体结构包括两个方面：结构面和结构体，岩体中结构面与结构 体的排列组合方式称为岩体结构。 结构面：即地质弱面，指岩体内具有一定方向、延伸较长、厚度 较小的二维地质界面，包括物质的分界面和不连续面，如断层、 节理、破碎带、接触带、片理等。 结构体：被结构面分割所包围的完整岩石单元。
振幅和波形，假定岩石均值、弹性、各向同性，则：
Vp= √Ed(1-μd）/（ρ*（1+μd）*（1-2μd）） Vs= √Ed/（ρ*2（1+μd））
变形模量：
E p =σo /（εp +εe）
岩体的情况
二、岩体变形特性参数测定2
2、承压板法（静力法）： 一般在探洞内布置，确定试验位置、清理底板、做地质编录，安 装加载装置和传力装置、承压板、变形测量系统等。
承压板面积0.5~1.2m2, 加载吨位500~3000KN，高压试验可用压力枕。 加载方式可用大循环法（岩体完整时）和小循环法（裂隙岩体） 变形测量可用直接法和中心孔法，计算方法按弹性力学推导的公式。
承压板法计算变形模量的公式
按弹性力学的Boussinessq公式，推导变形与模量关系。
二、岩体变形特性参数测定3ห้องสมุดไป่ตู้
3、狭缝法（刻槽法） 在被测试岩体中切割一条槽缝， 将压力枕置放在槽缝内并用水泥 砂浆浇注，给压力枕加载（泵入 油压），压力枕将施加压力于岩 壁，是岩壁产生位移，压力值由 压力表读出，岩壁的平均位移由 泵入压力枕内的液体量换算得到， 根据弹性理论，计算出变形模量。
1、岩体的弹性模量与变形模量：
对岩体在极限强度范围内做反复加载、卸载试验，每次都会 产生残余变形，并形成塑性滞回环，但随着加载卸载次数的增加， 残余变形逐次减小并接近消失，按此时的应力应变曲线可求的岩 体的弹性模量与变形模量。
岩体变形试验分静力法和动力法两种。
岩石的情况
弹性模量： E e =σo /εe