岩体力学 岩体结构面性质课件.ppt

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1、岩体中的结构面与结构体第一节概述第二节岩体的结构面及其自然特征第三节结构面的力学性质主要内容岩体=结构面（弱面）+结构体（岩石块体）结构面：断层、褶皱、节理……统称影响岩体力学性质的基本因素：结构体(岩石)力学性质、结构面力学性质、岩体结构力学效应和环境因素(特别是水和地应力的作用)一、概述二、岩体中的结构面及自然特征次生结构面(风化、卸载、应力变化、人工爆破、泥化夹层)§2.1结构面的分类岩浆结构面沉积结构面变质结构面按成因分类原生结构面构造结构面断层节理劈理非贯通型结构面（隐微结构面）按规模分类贯通型结构面半贯

2、通型结构面（显现结构面）§2.2结构面的分级根据结构面发育程度和规模可划分为五级Ⅰ级结构面Ⅱ级结构面Ⅲ级结构面Ⅳ级结构面Ⅴ型结构面实测结构面坚硬结构面软弱结构面统计结构面§2.3结构面的自然特征及基本参数1.充填胶结特征有充填无充填坚硬结构面填充（硅质、铁质、钙质）软弱结构面填充（蒙脱石、高岭石、绿泥石）结构面的自然特征此外，影响结构面强度因素还有填充填物颗粒粒度大小、充填物厚度2.几何形态特征平直型波浪型锯齿型台阶型不规则型凹凸度（量化指标）起伏度（起伏角i)粗糙度(五级）结构面基本状态参数产状（即方位）及其变化

3、延展性密集程度结构面的产状及其变化：结构面的走向与倾向及其变化结构面的延展性：结构面在某一方向上的连续性或结构面连续段长短的程度。分为非贯通性的、半贯通性及贯通性的结构面结构面的密集程度设取样线长度为l，在l上出现的节理条数为n，则节理延取样线方向的平均间距为裂隙度K切割度Xe20m实例：k=4/20=0.2/md=1/k=5ma.单组节理(具有同一走向）（1）裂隙度K:同一组结构面沿取样线方向单位长度上的节理数量l两组节理的裂隙度计算图b.两组节理ma:沿取样线节理平均间距;da:节理垂直间距；c.多组节理（2）

4、切割度Xe：节理在岩体内的贯通程度。多处不连续切割叠加：假设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；则切割度为结构面的力学性质变形性质法向、剪切变形，强度性质抗剪强度。1．结构面的法向变形①法向变形拉伸变形和压缩变形。P84图4-4：初始受拉结构面张开失去抵抗能力张开度可无限增大。②压缩变形压应力结构面间隙呈非线性减小(P85图4-5)，应力-变形指数关系。③古德曼经验公式（4-7）式法向应力与结构面闭合量的关系式。2．结构面的剪切变形结构面剪切变形与结构面表面形态、结

5、构体与填充物质特征密切相关。峰值后剪切变形增加较快，有明显的峰值强度和应力降。有峰后变形不规则或滞滑现象，当应力降至一定值后趋于稳定。残余强度明显低于峰值强度。①脆性变形型：A无充填粗糙硬性结构面。特点：开始时剪切变形随应力增加缓慢，曲线较陡；②塑性变形型：B具有一定宽度的构造破碎带、挤压带、软弱夹层及含有较厚充填物的裂隙、节理、泥化夹层和夹泥层等软弱结构面。特点：曲线无明显的峰值强度和应力降。峰值强度与残余强度相差很小。曲线的斜率是连续变化的，且具流变性。③结构面的剪切变形不可恢复常伴随有微凸体的弹性变形、劈裂、

6、磨粒的产生与迁移、结构面的相对错动等多种力学过程。不可恢复！1)平直光滑且局部连结或啮合台阶状结构面的剪切变形①曲线（P87图4-7）峰值抗剪强度与残余抗剪强度相差较大。原因：局部连接部分和啮合部分岩石的粘结力起了抗剪作用。②规则齿状结构面的剪胀现象(P87图4-8)③齿状结构面的简化力学模型P88图4-9a。凸台角i起伏角，模型受力：剪切力T和法向力N。剪切变形过程：凸台剪断或拉破坏，剪胀现象消失。2)充填结构面的剪切变形（P88图4-10）软弱夹层剪切变形曲线的两种形式：①峰值强度与残余强度相等，②峰值强度

7、大于残余强度。剪切破坏充填物夹层剪切破坏，塑性破坏或近于塑性破坏。十分复杂！3)结构面的剪切刚度结构面剪切变形中峰前应力上升区内单位变形的应力梯度。试验研究表明：①较坚硬结构面的剪切刚度多为常数；②松软结构面的剪切刚度则随法向应力变化而变化。③剪切刚度古德曼表达式：3．结构面的抗剪强度①定义:结构面发生剪切错动或滑动时的极限剪应力。②结构面抗剪强度（与莫尔－库仑破坏准则相似）。③结构面凸台模型剪应力-法向应力关系曲线（P89图4-11）开始剪切力上升较快，剪切变形增加，上部分凸台剪断，剪切应力上升梯度减小，

8、直到达到峰值抗剪强度。i不是常数作业课后习题2、3、44．影响结构面力学性质的因素P92结构面两侧结构体的力学性质；结构面几何特征；填充物的力学性质；结构面的尺寸大小；前期变形历史；含水量；后期加载过程。1)尺寸效应;2)前期变形历史;3)含水量;4)时效性。4.2.3岩体中结构体的特征1．岩体中不同规模的结构面切割出不同大小的结构体。2．结构体形状:柱状