3结构面的力学性质选读.pptVIP

第3章 结构面的力学性质;结构面的概念 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。 结构面具有一定的方向、延展较大、厚度小的二维面状地质界面。;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。如马尔帕塞坝溃坝、瓦依昂库岸滑坡等。;工程实例;工程实例;秭归县千将坪滑坡 2003年7月13日零时20分;§3-2 结构面的类型及其特征;（1）原生结构面：在成岩过程中形成的结构面;（2）构造结构面;（3）次生结构面;按成因分;按成因分;岩浆结构面;*;层面;层间错动面;风化裂隙是由风化作用在地壳的表部形成的裂隙。 ;Mar , 2007;卸荷裂隙是岩体的表面某一部分被剥蚀掉，引起重力和构造应力的释放或调整，使得岩体向自由空间膨胀而产生了平行于地表面的张裂隙。 ;*;2、按结构面按受力条件可分为;二、结构面的分级;Ⅰ级 指大断层或区域性断层。控制工程建设地区的地壳稳定性，直接影响工程岩体稳定性； Ⅱ级 指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。 Ⅲ级 指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好的层面及层间错动等。 ??Ⅱ、Ⅲ级结构面控制着工程岩体力学作用的边界条件和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑移岩体的边界面，直接威胁工程安全稳定性;Ⅳ级 指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断层及较发育的片理、劈理面等。是构成岩块的边界面，破坏岩体的完整性，影响岩体的物理力学性质及应力分布状态。 Ⅳ级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律不太容易搞清楚，需用统计方法进行研究 Ⅴ级 又称微结构面。常包含在岩块内，主要影响岩块的物理力学性质。控制岩块的力学性质;走向、倾向、倾角 结构面与最大主应力间的关系 控制着岩体的破坏机理与强度。 据单结构面理论，岩体中存在一组结构面时，岩体的极限强度与结构面倾角间的关系为： ;;3. 密度 结构面的密度反映结构面发育的密集程度。 1、线密度(Kd)是指结构面法线方向单位测线长度上交切结??面的条数(条／m)。 2、间距(d)则是指同一组结构面法线方向上两相邻结构面的平均距离。 Kd与d互为倒数关系 如果测线是水平布置的，且与结构面法线的夹角为α，结构面的倾角为β时:; 结构面间距分级表;4.张开度 结构面的张开度是指结构面两壁面间的垂直距离。 结构面两壁面一般不是紧密接触，使结构面实际接触面积减少，导致结构面粘聚力降低和渗透性增大。 如在层流条件下，平直而两壁平行的单个结构面的渗透系数(Kf)可表达为：;5. 形态 结构面的形态可以用侧壁的起伏形态及粗糙度来反映。 结构面侧壁的起伏形态分为：平直的a、波状的b、锯齿状的c、台阶状的d和不规则状的e。;结构面的粗糙度用粗糙度系JRC表示 (joint roughness coefficient) 随粗糙度的增大，结构面的摩擦角也增大。 根据标准粗糙度剖面将结构面的粗糙度系数划分为10级。;6、结构面的胶结情况及充填情况 (1)胶结结构面 泥质胶结：强度最低，在脱水情况下有一定的强度，遇水发生泥化、软化，强度明显降低。 可溶盐类胶结：干燥时有一定的强度，遇水发生溶解，强度降低。 钙质胶结：强度较高，且不受水的影响，但遇酸性水强度降低。 铁质胶结：强度较高，但易风化，力学性能不稳定。 硅质胶结：强度高，力学性能稳定。 可见，胶结结构面随胶结物的成分不同，其力学效应有很大差别。;(2)非胶结结构面 分为有充填物的结构面和无充填物的结构面。 无充填物的结构面：其强度主要取决于结构面两侧岩石的力学性质及结构面粗糙度。 有充填物的结构面：其强度除与充填物、结构面两侧岩壁接触面的力学特性有关外，主要取决于充填物的成分和厚度。 A、充填物成分：质粘土、砂质、角砾质等。 B、充填物厚度对结构面强度影响特别显著。按厚度可将有充填物的结构面分为： 薄膜充填：充填物厚度多在1mm以下，多系次生蚀变矿物与风化矿物构成，如滑石、粘土矿物等； 断续充填：充填物不连续，厚度多小于结构面的起伏差，使结构面强度降低。 连续充填：充填物厚度一般大于起伏差，结构面强度主要受充填物强度控制，因此，常构成岩体的主要滑动面。 厚层充填：充填厚度较大，一般几十厘米至数米，构成软弱带，如断层泥。有时表现为岩体沿接触面滑移，有时为软弱充填物本身塑性流动，常导致重大工程事故。;结构面变形; 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 的表达式 1）（Goodman,1974） 式中Kn0：结构面的初始刚