岩体的基本力学性能课件.ppt

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、层理、褶皱……统称 岩体 结构面影响 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 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 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.多组节理 （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 （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：N30oE 2．倾斜 3．连续性 4．粗糙度：节理表面粗糙程度 5．起伏度 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。 （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： 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： 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： （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、滚动摩擦、转动摩擦 1．面接触 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： 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 ， 。 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 （2）不规则齿接触　　（1977 N·Barton） 经验公式： 4.3 结构面的力学效应 一、单节理和多节理的力学效应 （一）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 节面上的应力 图4-19） 所以，强度准则： ④岩体的最大强度 ，节理面的存在不　削弱岩块强度 ⑤图解法 见图4-19） 几点讨论 （二）多节理的力学效应 （叠加） 两组以上的节理同样处理，不过岩体总 是沿一组最有利破坏的节理首先破坏。 二、当C 0时节理面的力学效应 这时库仑准则 由（4-51）式推导得： ， 此时岩体的强度只靠碎块之间的摩擦力来提供， 已知　　由此式可计算出维持岩体极限稳定的侧 向挤压力　　。 岩体所需的最小支护力 如下图所示，平硐沿岩层走向开挖，岩层倾角β ＝50，由上覆岩层引起的垂直应力σ1 2MPa，节理面的内聚力Cj 0， φj＝40 °，求维持平衡的最小水平推力σ3为： 第四节 碎块岩体的破坏 被结构面切割的岩体，视为岩块的集合体。变形明显变大，且是永久变形。 2、L-A方程（Ladanyi和Archambault） （1）设 （2）由平衡条件及功能原理，得峰值抗剪强度 （3）退化讨论 ①当as 0 被剪断的面积为零 ， （4）峰值抗剪强度的经验参数 当σ σT（齿没有全部剪切时）， Adany 建议： 二、岩块－节理破坏 、 岩块剪切破坏面mn， ①设岩块抗剪强度 ， ②设mn方向位移1单位， 则水平位移： 垂直位移： 合剪力： 合正应力： 水平推力：H 内、外力作功相等： 代入以上结果，并 式中：　　　－节理的摩擦系数 　　因为块体朝需要推力最小的方向位移， 第五节 岩体的应力—应变分析 一、岩体的 曲线 2.岩块变形与节理面变形叠加求模量 第六节 岩体力学性能的现场测试 由于室内的岩样存在体积小、脱离岩体的地质力学性能的全貌等缺点，因而不能充分反映岩体的力学性能。而岩体的野外现场测试就较为全面的反映岩体力学性能的全貌，这是室内试验所不及的。本节我们讨论岩体的变形性能和强度特性的现场试验。