3.2岩体力学性质-结构面力学性质.ppt

1） （Goodman,1974 ） 法向应力与法向变形的关系 式中： ：原位压力 ：最大可能闭合量 s，t：与结构面几何特征、岩石力学性质有关的两个参数 法向刚度Kn （Goodman,1974） 式中Kn0：结构面的初始刚度 实质：每点的切线斜率 2）班迪斯（Bandis,1984） 通过对大量的天然、不同风化程度和表面粗糙程度的非充填结构面进行试验研究，提出了双曲线型法向应力与法向变形的关系 式中：a、b为常数 法向刚度kn 1)剪切变形两种类型 a.粗糙结构面（无充填物），剪应力上升较快，当剪应力达到峰值后抗剪能力下降较大，并产生不规则的峰后变形或滞滑现象。 2）剪切刚度Kt 剪切刚度： 1974年Goodman提出： 式中：Kt0－初始剪切刚度 τs－产生较大剪切位移时的剪应力渐近值 3）剪切变形方程 1975，卡尔哈维（Kalhaway)提出： 式中：m=1/k0, k0:初始剪切刚度; n=1/τ0, τ0－产生较大剪切位移时的剪应力渐近值 ①岩石强度↑，爬坡角i↓，法向力N↓，发生剪胀现象(b) ②岩石强度↓，爬坡角i↑，法向力N↑，发生剪断现象(c) 结构面的剪切变形与岩石强度、结构面粗糙性和法向力有关。 （1）岩体单轴抗压强度测定 （2）岩体抗剪强度测定 P、T分别为垂直及斜向千斤顶施加荷载；F为试体受剪截面。 （3）岩体三轴压缩试验 等围压 真三轴试验 对于多节理岩体 影响较大 (1) 单节理的力学效应 设结构面的强度条件: 设节理的方向角为: 节理面上的应力(图） ④对岩体强度有影响的节理方位角： 　 　直接在图量取，也可以由正弦定律推出： ⑤几点讨论 * * 3.1 概述 3.2 岩体结构基本类型 3.3 岩体结构面及其充填特征 3.4 结构面的力学性质 3.5 岩体的变形特性 3.6 岩体的强度特性 3.7 岩体的水力学性质 3.8 岩体质量评价及其分类 第三章 岩体力学性质 上次课内容： 主要讲了岩体结构类型、岩体结构面的类型及其形态 这节课接着讲： 结构面的力学性质、岩体的变形强度特征。 3.4 结构面的力学性质 结构面力学性质主要包括三个方面： ①法向变形与刚度； ②剪切变形与刚度； ③抗剪强度。 为什么要研究结构面的力学性质？ 1 引起工程岩体失稳破坏 （意大利 瓦依昂 水库库岸滑坡） （中国 拓溪 水库 库岸滑坡） 2 控制岩体变形 3 控制地下水渗透 4 影响岩体中应力分布 3.4 结构面的力学性质 3.4.1 法向变形与法向刚度 在法向荷载作用下，岩石粗糙结构面的接触面积和接触点数随荷载增大而增加，结构面间隙呈非线性减小，应力与法向变形之间呈指数关系。 3.4.1 法向变形与法向刚度 3.4.1 法向变形与法向刚度 3.4.2 剪切变形与剪切刚度 b.平坦结构面（有充填物），初始阶段剪切变形曲线斜率逐渐减小，曲线没有明显的峰值出现，最恒定。 剪切变形曲线从形式上可划分成“弹性区”、剪应力峰值区和“塑性区”。通过将弹性区单位变形的应力梯度称为剪切刚度Kt。 3.4.2 剪切变形与剪切刚度 4）剪切变形特征 ①两种类型： a.坚硬、无充填物－脆性变形： 有明显的峰值、应力降 b.软弱、有充填物－塑性变形： 无明显的峰值、应力降 ②风化结构面，峰值位移变大、剪切刚度变小 ③随法向应力减小、剪切规模增大，剪切刚度减小 3.4.2 剪切变形与剪切刚度 4）剪胀现象与剪断现象 3.4.2 剪切变形与剪切刚度 3.4.3 结构面的抗剪强度 C, ф: 结构面上的粘结力和摩擦角 ?n: 结构面上的法向应力 ф = фb + i ; фb: 岩石平坦表面摩擦角; i : 结构面上的凹台斜坡角; 结构面剪切过程中的力学机制比较复杂，构成结构面抗剪强度的因素是多方面的，一般可用库仑准则表述： 3.4.3 结构面的抗剪强度 低法向应力时的剪切，结构面有剪切位移和剪胀；高法向应力时，凸台剪断，结构面的抗剪强度最终变成残余抗剪强度。 凸台起伏形成的粗糙度和岩石强度对结构面的抗剪强度起着重要作用。 Barton和Choubey(1977)提出结构面的抗剪强度公式： 式中，JCS是结构面的抗压强度，φb是岩石表面的基本摩擦角，JRC为结构面粗糙性系数。 3.4.3 结构面的抗剪强度 JRC