岩体的基本力学性质

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1、第四章岩体的基本力学性质4.1岩体结构面分析一、结构面：断层、节理、褶皱……统称岩体结构面影响完整性很好——连续介质力学方法非常破碎——土力学方法两者之间——裂隙体力学方法岩体不连续性，各向异性反映区域性地质构造降低岩体强度图4－1节理岩体的强度特征与岩石强度的区别Ⅰ－岩石；Ⅱ－节理化岩体：Ⅲ－节理岩体强度=岩块强度+节理强度二、结构面的分类按照工程的要求分类1．绝对分类2．相对分类——相对工程而言的分类见表4-1。3．按力学观点分类中等结构面≤1～10m巨大结构面≥10m细小结构面延长≤1m破坏面破坏带行两者之间充

2、填非充填见表4－2表4－1结构面的相对分类图4－2按力学观点的破坏面和破坏带分类单节理节理组节理群羽毛状节理破碎带无充填有充填有粘性充填物三、岩体破碎程度分类（一）裂隙度K设勘测线长度为，在上出现的节理的个数为n，则节理之间的平均间距为裂隙度切割度单组结构面多组结构面10m实例：k=4/10=0.4/md=1/k=2.5m1.单组节理d>180cm整体结构d=30~180块状结构d<30破裂结构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

3、.多组节理按间距分类按裂隙度分类图4－3两组节理的裂隙度计算图（二）切割度节理并非在岩体内全部贯通，用“切割度”来描述节理贯通度，在岩体中取一平直断面，总截面积为A，其中被节理面切割的面积为a；则切割度为多处不连续切割叠加：实例式中：－岩体体积内部被某组节理切割的程度，单位m2/m3.表4-2按切割度分类切割度与裂隙度的关系（三）岩体破碎程度分类（表4-3）四、结构面的几何特征1．走向例如：N30oE2．倾斜3．连续性4．粗糙度：节理表面粗糙程度5．起伏度倾向倾角沿走向沿倾角（切割度为依据）幅度a长度反映节理的外貌—

4、几何要素图4－5节理面的起伏度与粗糙度A↑和↓的节理表面起伏越急峻。返回第二节结构面的变形特性一、节理的法向变形（一）节理弹性变形（齿状接触）式中:d-为块体的边长;n-为接触面的个数;-为每个接触面的面积;-为泊松比；E-为弹性模量。法向切向按弹性力学Boussinesq公式计算齿状节理接触面弹性变形引起的闭合变形（二）节理的闭合变形齿状接触，开始是齿顶的压缩→压碎→闭合。下面介绍Goodman方法：①张开节理无抗拉强度②结构面在压应力下存在极限闭合量　　且＜e（节理的厚度）（1）基本假设（2）状态方程－原位应力A

5、，t－回归参数（3）状态方程的几何表示当t=tA=1时，有最大闭合(4)试验方法（VmC的确定）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）；（4）非配称接触，作曲线（c）;（5）两种节理的可压缩性配称节理的压缩量：非配称节理的压缩量：a.无节理b.径向劈裂d.非配称接触c.配称接触图4－7一条张开裂缝的压缩变形曲线二、节理的切向变形（一）节理强度与剪切变形的关系节理“”曲线分为4类。见下图强度准则：抗剪强度节理变形扩容现象图4－8四种典型的节理强度和位移关系曲线a-充填

6、节理b-齿状节理c-充填齿状节理d-复位式（二）节理抗剪强度和扩容分析基本理论：库仑准则类型：面接触、齿状接触1．面接触滚动摩擦转动摩擦正好破坏时：①破坏面与的夹角=②剪应变③内摩擦角（当=常量，节理面最大主应力）极限：④静摩擦系数fs与静摩擦角令节理剪切破坏的剪应力和正应力为：对边/斜边对边/邻边则⑤动摩擦系数fk与动摩擦角的关系2．齿接触摩擦①准则：总剪切方向：AB每个齿在爬坡，与AB成角上坡；齿面上的剪切力和正应压力为，。（1）规则（2）不规则见图4－12摩擦角与位移的关系静摩擦角动摩擦角图4－12齿状剪切面模

7、型设斜坡上的摩擦角为则展开＝与平面接触比较可见，齿的作用提高了摩擦角，也就提高摩擦系数。　称为滑升角。当T的方向是下坡方向时，内摩擦角变成规则齿强度准则升角取“+”降角取“－”②规则齿剪切扩容（剪胀）③残余内摩擦角设滑动前的内摩摩擦角为则滑动后的内摩摩擦角为—无齿时的残余内摩擦角－无齿（平面接触）时的内摩擦角图4－13契效应的扩容曲线（2）不规则齿接触（1977N·Barton）经验公式：JRC为节理粗糙系数JCS为节理壁抗压强度3、转动摩擦（1）基本假设在张开节理中，经常有块状充填物，或节理切割成碎块。当剪切时，可

8、使充填物或碎块发生转动。设转动的碎块为平行六面体，其模型见图。假设模型受法向力N；剪切力T。（2）稳定性分析　　　　　　　　　　　　　　设平行六面体宽为a、高为b。可得。当六面体受力后，其一边作轴转动，转角为　　。可能有3种情况：当　　　　　时，则六面体发生翻倒，　　　故　　称为翻倒角。　　　　　　当　　　　　时，六面体不会翻倒；　当