岩体的力学性质及工程分类

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1、第4章岩体的力学性质及岩体分类结构面：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。§4-1结构面、结构体、岩体一、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。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）。二

2、、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。三、结构体的形状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：岩体结构整体结构层状结构块状结构碎裂结构散体结构§4-2岩体的结构岩体结构控制论工程实践表明，岩体的应力传播、变形破坏以及岩体力学介质属性无不受控于岩体结构。岩体结构对工程岩体控制作用主要表现在三方面：岩体的应力传播特征岩体的变形与破坏特征工程岩体的稳定性岩体变形与连续介质变形明显不同

3、，发育于岩体中的结构面，是抵抗外力的薄弱环节。软弱结构面是岩体变形破坏的重要控制因素或边界。岩体的变形主要它由结构体变形与结构面变形两部分构成。块状结构岩体变形主要沿贯通性结构面滑移形成；碎裂状结构岩体变形则由Ⅲ、Ⅳ级结构面滑移及部分岩块变形构成；只有完整岩体的变形才受控于组成岩体的岩石变形特征。岩体变形机制受岩体结构控制岩体结构整体状结构碎裂状结构块状结构变形成分主要的岩块压缩变形结构面滑移变形结构体滑移及压缩变形次要的微结构面错动结构体及结构面压缩及结构体性状改变结构体压缩及形状改变侧胀系数小于0.5常大于0.5极微小变形系数结构体压缩及形状改变压密沿结构面

4、滑移控制岩体变形的主要因素岩石、岩相特征及Ⅴ级结构面特征开裂的不连续的Ⅲ、Ⅳ级结构面贯通的Ⅰ、Ⅱ级结构面，主要为软弱结构面岩体的破坏机制也受控于岩体结构：结构控制有：岩体破坏难易程度、岩体破坏的规模、岩体破坏的过程及岩体破坏的主要方式等。岩体破坏机制受岩体结构控制整块体结构岩体块状结构岩体碎裂状结构岩体散体状结构岩体①张破裂②剪破坏结构体沿结构面滑动①结构体张破裂　　　②结构体剪破裂③结构体流动变形　④结构体沿结构面滑动⑤结构体转动　　　⑥结构体组合体倾倒⑦结构体组合体溃屈①剪破坏②流动变形岩体变形破坏方式：a.块状及层状结构岩体的块体滑移；b.薄层状结构岩体的

5、弯曲倾倒；c.碎裂结构岩体的剪切破坏及塑性变形；d.松散及破碎结构岩体的塑性变形§4-3岩体的强度4.3.1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。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。4.3.2岩体强度的测定（现场测试）1、岩体单向抗压强度（1）单向抗压强度σc试件:边长(0.5～1.5）m，高度不小于边长的立方块。式中:P—试件破坏时的作用力，N;A—试件横截面面积，m2。2、岩体抗剪强度现场测定（1）双千斤顶法式中：σ、τ

6、—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。(2)单千斤顶法现场无法施加垂直荷载的情况下采用单千斤顶法。3、现场三轴强度试验试件尺寸：2.8m×1.4m×2.8m,一般h>2a,矩形截面.加压装置：千斤顶，应力枕。4.3.3岩体强度估算1、准岩体强度完整性系数K：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。2、霍克－布朗经验判据式中:σc——完整岩石单轴抗压

7、强度；σ3——作用在岩石试样上的最小主应力；m，s——为与岩性及结构面情况有关的常数，可查表；§4-4岩体的变形特性1岩体的单轴和三轴压缩变形特征（1）岩体应力－应变全过程曲线①在加载过程，结构面压密与闭合，应力－应变曲线，呈上凹型。②中途卸载有弹性后效现象和不可恢复残余变形。这是结构面闭合、滑移、错动造成的。③完全卸载，再加载形成形式上的“开环型”曲线，这也是弹性后效造成的。④峰值强度后，岩体开始破坏，应力下降较缓慢，仍有残余应力，这是岩体结构效应。（2）卸载时荷载不降至零时的应力－应变曲线①卸荷不降至零时的循环加载应力－应变曲线呈“闭环型”。②随着外荷加大、

8、循环次数增多，闭环后移，