岩体力学ppt课件cha5结构面的变形与强度性质 .ppt

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1、第五章结构面的变形与强度性质贾洪彪中国地质大学岩土工程与工程地质系第五章结构面的变形与强度性质§5.1概述§5.2结构面的变形性质一、法向变形性质二、剪切变形性质§5.3结构面的强度性质一、平直无充填的结构面二、粗糙起伏无充填的结构面三、非贯通断续的结构面四、具有充填物的软弱结构面§5.1概述在工程荷载(一般小于10MPa)范围内，工程岩体常常是沿软弱结构面失稳破坏。第五章结构面的变形与强度性质工程实例第五章结构面的变形与强度性质第五章结构面的变形与强度性质在工程荷载作用下，结构面及其充填物的变形是岩体变形的主要组分，控制着工程岩体的变形特性。结构面是岩体渗透水流的主要通道。在工程荷载

2、作用下，结构面的变形将极大地改变岩体的渗透性、应力分布及其强度。因此，预测工程荷载作用下岩体渗透性的变化，必须研究结构面的变形性质及其本构关系。工程荷载作用下，岩体中应力分布受结构面及其力学性质的影响。§5.2结构面的变形性质一、法向变形性质1.法向变形特征ΔVｊΔVｔΔVｒΔVｊ＝ΔVｔ－ΔVｒ第五章结构面的变形与强度性质应力-变形关系曲线ABC第五章结构面的变形与强度性质开始时随着法向应力增加，结构面闭合变形迅速增长，σn-ΔV及σn-ΔVｊ曲线均呈上凹型。当σn增到一定值时，σn-ΔVｔ曲线变陡，并与σn-ΔVｒ曲线大致平行。说明结构面已基本上完全闭合，其变形主要是岩块变形贡献的

3、。这时ΔVｊ则趋于结构面最大闭合量Vｍ。初始压缩阶段，含结构面的岩块变形ΔVｔ主要是由结构面的闭合造成的。试验表明，当σn＝１MPa时，ΔVｔ/ΔVｒ可达５~３０，说明ΔVｔ占了很大一部分。法向应力σn大约从σｃ/3处开始，含结构面的岩块变形由以结构面的闭合为主转为以岩块的弹性变形为主。应力-变形关系曲线特征第五章结构面的变形与强度性质结构面的σn-ΔVｊ曲线大致为以ΔVｊ＝Vｍ为渐近线的非线性曲线。可用初始法向刚度及最大闭合量来确定，与结构面的类型及壁岩性质无关。结构面的最大闭合量始终小于结构面的张开度（ｅ）。这是因为结构面是凹凸不平的，两壁面间无论如何也不可能达到100％的接触。结

4、构面的初始法向刚度是一个与结构面在地质历史时期的受力历史及初始应力（σｉ）有关的量，其定义为σn-Vｊ曲线原点处的切线斜率，即：应力-变形关系曲线特征第五章结构面的变形与强度性质2.法向变形本构方程1)Goodman方程适用于具有一定滑错位移的非嵌合性结构面第五章结构面的变形与强度性质2)Bardis方程第五章结构面的变形与强度性质2)Bardis方程适合于未经滑错位移的嵌合结构面(如层面)的法向变形第五章结构面的变形与强度性质法向刚度Ｋn（normalstiffness）是指在法向应力作用下，结构面产生单位法向变形所需要的应力，在数值上等于σn-Vｊ曲线上一点的切线斜率。确定方法试

5、验法3.法向刚度及其确定方法室内变形试验现场变形试验本构方程和经验估算第五章结构面的变形与强度性质现场变形试验——中心孔承压板法第五章结构面的变形与强度性质经验估算——由Bandis方程估算第五章结构面的变形与强度性质Bandis经验方程求Kni，Vm第五章结构面的变形与强度性质壁岩强度JCS第五章结构面的变形与强度性质几种结构面的抗剪参数表第五章结构面的变形与强度性质岩体结构面直剪试验结果表第五章结构面的变形与强度性质便携式直剪仪第五章结构面的变形与强度性质脆性变形型塑性变形型结构面变形与风化程度有关结构面的剪切刚度，随法向应力的增大而增大，随结构面的规模增大而降低。1、剪切变形特征

6、二、结构面的剪切变形性质第五章结构面的变形与强度性质卡尔哈韦（Kalhaway）方程2.剪切变形本构方程第五章结构面的变形与强度性质剪切刚度KS（shearstiffness）是反映结构面剪切变形性质的重要参数，其数值等于峰值前τ-u曲线上任一点的切线斜率。3.剪切刚度及其确定方法确定方法试验法室内试验现场试验经验估算法（Barton方程）第五章结构面的变形与强度性质§5.3结构面的强度性质结构面强度分为抗拉强度和抗剪强度。结构面的抗拉强度非常小，常可忽略不计，所以一般认为结构面是不能抗拉的。在工程荷载作用下，岩体破坏常沿某些软弱结构面的滑动破坏。在岩体力学中，重点研究结构面的抗剪强

7、度。第五章结构面的变形与强度性质第五章结构面的变形与强度性质一、平直无充填的结构面二、粗糙起伏无充填的结构面三、非贯通断续的结构面四、具有充填物的软弱结构面一、平直无充填的结构面平直无充填的结构面包括剪应力作用下形成的剪性破裂面，如剪节理、剪裂隙等，发育较好的层理面与片理面。特点是面平直、光滑，只具微弱的风化蚀变。坚硬岩体中的剪破裂面还发育有镜面、擦痕及应力矿物薄膜等。这类结构面的抗剪强度大致与人工磨制面的摩擦强度接近，即：第五章结构面的变