岩石力学课件第三章岩体力学性质

第三章岩体的力学特性本章内容3.1概述3.2岩体结构基本类型；3.3岩体的结构面及其自然特征；3.4结构面的力学性质3.5岩体的变形性质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基本要求了解岩体结构的基本类型，理解岩体结构面特征；掌握结构面的力学性质及岩体的变形性质；理解岩体的强度特性，了解岩体的水力学性质；掌握岩体质量评价及其分类方法；第三章岩体的力学特性本章内容1第三章岩体的力学性质第一节概述第二节岩体结构的基本类型第三节岩体的结构面及其自然特征第四节结构面的力学性质第五节岩体的变形性质第六节岩体的强度特性第七节岩体的水力学性质第八节岩体质量评价及其分类主要内容第三章岩体的力学性质第一节概述主要内容2

岩体=结构面（弱面）+结构体（岩石块体）结构面：断层、褶皱、节理……统称影响岩体力学性质的基本因素：结构体(岩石)力学性质、结构面力学性质、岩体结构力学效应和环境因素(特别是水和地应力的作用)§3.1概述岩体=结构面（弱面）+结构体（岩石块体）影响岩体力学3§3.2岩体结构的基本类型

（地质学、复习、了解）§3.2岩体结构的基本类型

（地质学、复习、了解）4§3.3岩体中的结构面及自然特征次生结构面§3.3.1结构面类型（自学、了解、提问）火成结构面沉积结构面变质结构面成因及类型原生结构面构造结构面断层节理劈理§3.3岩体中的结构面及自然特征次生结构面§3.3.1结构面5§3.3.2结构面的自然特征1.充填胶结特征几何形态特征有充填无充填薄膜充填（2mm以下）断续充填连续充填厚层充填（数十厘米至数米）平直型波浪型锯齿型台阶型凹凸度（量化指标）起伏度（起伏角i)粗糙度(五级）2.§3.3.2结构面的自然特征1.充填胶结特征几何形态特征有63.空间分布特征

产状（即方位）及其变化延展性密集程度组合关系结构面的产状及其变化：结构面的走向与倾向及其变化结构面的延展性：结构面在某一方向上的连续性或结构面连续段长短的程度。分为非贯通性的、半贯通性及贯通性的结构面3.空间分布特征产状（即方位）及其变化延展性结构面的产7结构面的密集程度

设取样线长度为l

，在l上出现的节理条数为n，则节理之间的平均间距为裂隙度K切割度Xe20m实例：k=4/20=0.2/md=1/k=5ma.单组节理(具有同一走向）（1）裂隙度K:同一组结构面沿法线方向单位长度上的节理数量l结构面的密集程度裂隙度K20m实例：k=4/20=0.8d>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

按间距分类按裂隙度分类

9两组节理的裂隙度计算图b.两组节理ma:

沿取样线节理平均间距;da:节理垂直间距；c.多组节理两组节理的裂隙度计算图b.两组节理ma:沿取样线节理平均间10（2）切割度Xe：节理在岩体内的贯通程度。多处不连续切割叠加：假设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（2）切割度Xe：节理在岩体内的贯通程度。多处不连续切割叠11§3.4结构面的力学性质

法向变形切向变形

变形性质强度性质(一）法向变形1.变形特性

在法向荷载作用下，结构面间隙呈非线性减小，应力与法向变形呈指数关系。(原因）

当荷载去除时，将引起明显的后滞和非弹性效应。

Kn－法向变形刚度

Kn0－结构面的初始刚度趋势：σn

↑

，Kn↑（Goodman,1974）§3.4结构面的力学性质法向变形变形性质强度性质(一）法12Goodman方法：①节理无抗拉强度②极限闭合量δmax＜e（节理的厚度）（1）基本假设（2）状态方程2.闭合变形量计算：－原始应力，由测量时的初始条件决定；δn,δmax－结构面闭合量，最大闭合量;A,t－回归参数，与结构面几何特征、岩石力学性质有关。Goodman方法：①节理无抗拉强度（1）基本假设（2）状态13（二）节理的切向变形通常有两种形式：A）粗糙（或非充填）结构面剪切变形曲线；B）平坦（或有充填物）的结构面区别及原因见下页力学模型（二）节理的切向变形通常有两种形式：A）粗糙（或非充填）结构14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法向力不足够大沿凸台斜面滑动剪胀（或扩容）法向力足够大沿凸台剪断不产生明显剪胀结构面的剪切变形:与岩石强度、结构面粗糙性和法向力有关法向15

（三）抗剪强度

i服从库仑准则:

（三）抗剪强度

i服从库仑准则:16影响抗剪强度的三个基本因素：法向力σn粗糙度JRC结构面强度JCS结构面抗剪强度公式（Barton和choubey,1977)：影响抗剪强度的三个基本因素：17粗糙度JRC（目测）分维数粗糙度JRC（目测）分维数18§3.5岩体的变形性质法向变形特征剪切变形特征各向异性变形特性岩体的变形（一）法向变形特征：1.法向变形试验：承压板法、钻孔变形法、狭缝法、§3.5岩体的变形性质法向变形特征岩体的变形（一）法向变形191）承压板法选具有代表性的试验地点清除浮石，平整岩面逐级一次循环法加压岩体变形模量Em和弹性模量Eme公式：

p－承受板单位面积上的压力(MPa)；

D－承压板直径或边长(cm)；

∆、∆

e－相应于p下的岩体总变形和弹性变形（cm）；

ω－与承压板形状与刚度有关的系数，对圆形板＝0.785；方形板＝0.886；

μm－岩体的泊松比。(J.Boussineq)1）承压板法选具有代表性的试验地点岩体变形模量Em和弹性模量202）钻孔变形法岩体的变形模量（Em）计算公式：U－径向变形μm－岩体的泊松比;厚壁圆筒理论对岩体扰动较小；可在地下水位以下和相当深的部位进行；试验方向基本不受限制，试验压力大；可以同时测量几个方向的变形，便于研究各向异性；优点（相对于承压板法来说）：缺点：涉及的岩体体积小，代表性差。2）钻孔变形法岩体的变形模量（Em）U－径向变形厚壁圆筒理论213）狭缝法：p－作用于槽壁上的压力（MPa）；∆－量测点A1、A2的相对位移值(cm)，∆=y2-y1。

μm－岩体的泊松比;3）狭缝法：p－作用于槽壁上的压力（MPa）；222.法向变形曲线及特征：（1）直线型（弹性岩体）岩性均匀且结构面不发育或结构面分布均匀的岩体（2）上凹型（塑-弹性岩体）含软弱夹层的层状岩体及裂隙岩体（3）上凸型（弹-塑性岩体）结构面发育且有泥质充填的岩体。（4）复合型：阶梯或“S”型（塑-弹-塑性岩体)结构面发育不均或岩性不均匀的岩体。2.法向变形曲线及特征：（1）直线型（弹性岩体）岩性均匀且23（二）剪切变形特征：峰前变形平均斜率小，破坏位移大；峰后强度损失小。(a)沿软弱结构面剪切峰前变形平均斜率较大，峰值强度较高；峰后有明显应力降。(b)沿粗糙结构面、软弱岩体及强风化岩体剪切峰前变形斜率大，峰值强度高，破坏位移小；峰后残余强度较低。(c)坚硬岩体受剪切（二）剪切变形特征：峰前变形平均斜率小，破坏位移大；峰后强度24（三）各向异性变形特征：（P101蔡）造成岩体变形各向异性的两个基本因素：①物质成分和物质结构的方向性；②节理、结构面和层面的方向性。岩石的全部或部分物理、力学特性随方向不同而表现出差异的现象称为岩石的各向异性。（三）各向异性变形特征：（P101蔡）造成岩体变形各向异性的25§3.6岩体的强度特性§3.6.1岩体强度的测定（一）岩体单轴抗压强度的测定图3-24岩体单轴抗压强度测定1－方木；2－工字钢；3－千斤顶；4－水泥砂浆现场原位切割较大尺寸试体（边长0.5～1.5m的立方体）；为了保持原有的力学条件，试块附近不能爆破，机械破岩。千斤顶和液压枕（扁千斤顶）加载。水泥砂浆抹平试体表面→垫方木、工字钢→加载→计算强度试件§3.6岩体的强度特性§3.6.1岩体强度的测定（一）岩体单26（二）岩体抗剪强度的测定双千斤顶法：1.正压力P和横推力T的合力通过剪切面中心。3.试验5组以上2.横推千斤顶成15°角倾斜布置。计算公式：

P、T－垂直及横向千斤顶施加的荷载；

S－试体受剪截面积。（二）岩体抗剪强度的测定双千斤顶法：1.正压力P和横推力T27（三）岩体三轴强度试验地下工程的受力状态是三维的，所以三轴力学试验非常重要。千斤顶加轴向荷载压力枕加围压荷载准三轴（等围压）：实用性更强。图3-26原位岩体三轴试验1一混凝土顶座；2、4、6－垫板；3一顶柱；5一球面垫；7一压力枕；8一试件；9一液压表；10一液压枕真三轴：中间主应力在岩体强度中起着重要作用，在多节理岩体中尤为重要。试体（三）岩体三轴强度试验地下工程的受力状态是三维的，所以三轴力28

§3.6.2结构面的强度效应

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β节面上的应力(图）

§3.6.2结构面的强度效应

一、单节理和多节理的力学效29

①当

（岩石块体破坏，结构面不破坏）②当节理面的存在不削弱岩块强度③对

求一阶导数，并令其为零得

此时节理面对岩体的强度削弱最大并令得：

当可能结构面破坏③对求一阶导数，并令其为零得30

岩石节理同时破坏，岩体强度等于岩块强度岩块先破坏，岩体强度等于岩块强度或节理先破坏，岩体强度小于岩块强度

或图解法:

直接在图2－20量取；岩石节理同时破坏，岩体强度等于岩块强度岩块先破坏，岩体强31也可以由正弦定律推出：(见图2－20）也可以由正弦定律推出：(见图2－20）32（二）多节理的力学效应（叠加）

两组以上的节理同样处理，只不过岩体总是沿一组最有利破坏的节理首先破坏。图3－21两组节理力学模型图3－20σ1与β的关系曲线（二）多节理的力学效应（叠加）两组以上的节理同样处理33二、当C=0时节理面的力学效应这时库仑准则用主应力表示上式，得：

已知σ1,由上式可计算出维持破裂岩体极限稳定的侧向压力σ3，即岩体所需的最小支护力此时岩体的强度只靠碎块之间的摩擦力来提供。二、当C=0时节理面的力学效应这时库仑准则已知σ1,由上式34

3.7岩体的水力学性质岩体的水力学性质：岩体与水共同作用所表现出来的力学性质。岩体与水的相互作用，一方面水改变着岩体的物理、化学及力学性质，另一方面岩石也改变着地下水自身的物理、力学性质及化学组份。地下水对岩体的作用物理作用化学作用力学作用3.7岩体的水力学性质岩体的水力学性质：岩体与水共同作用35（一）物理作用：岩体结构面上的摩阻力减小改变岩体结构面充填物的物理性状，内聚力和摩擦角减小。→软化系数η区别于重力水的润滑，软化作用。（二）化学作用：离子交换、溶解和溶蚀作用（黄土湿陷及岩溶）、水化作用（膨胀岩的膨胀）、水解作用、氧化还原作用、沉淀作用以及超渗透作用等。润滑作用：软化和泥化作用：结合水的强化作用：泥石流、山体滑坡（一）物理作用：岩体结构面上的摩阻力减小改变岩体结构面充填物36（三）力学作用：孔隙静水压力作用孔隙动水压力作用

当多孔连续介质岩土体中存在孔隙地下水时，未充满孔隙的地下水使岩土体的有效应力增加：σα有效应力，σ

总应力，p

孔隙静水水压力

当地下水充满多孔连续介质岩土体时，使有效应力减小：σα，σ

，p

：含义同上（三）力学作用：孔隙静水压力作用孔隙动水压力作用当多孔连续37当多孔连续介质岩土体中充满流动的地下水时，施加孔隙静水压力和动水压力作用，其中，动水压力为：τd

动水压力，γ地下水容重，J地下水水力坡度

当裂隙岩体充满流动的地下水时，施加一垂直于裂隙壁面的静水压力和平行于裂隙壁面的动水压力，其中，动水压力为：b：裂隙的隙宽，τd

，γ，J意义同上当多孔连续介质岩土体中充满流动的地下水时，施加孔隙静水压力38

3.8岩体质量评价及其分类为了在工程设计与施工中能区分出岩体质量的好坏和表现在稳定性上的差别，需要对岩体作合理的分类，以作为选择工程结构参数、科学管理生产以及评价经济效益的依据之一。（一）普氏分级法：f=σc/10常沿用但具有严重局限性。(二）岩石质量指标RQD分类(笛尔Deer，1964)：RQD＜2525～5050～7575～90＞90岩石质量描述很差差一般好很好等级IIIIIIIVVRockQualityDesignation:没反映出节理的方位、充填物的影响等，在更完备的岩体分类中作重要参数应用。不足：3.8岩体质量评价及其分类为了在工程设计与施工中能区分出39（三）岩体地质力学分类（CSIR分类,P56）CSIR分类指标值RMR(RockMassRating)：南非科学和工业研究委员会(CouncilforScientificandIndustrialResearch)提出。分类时，根据表3-6得RMR初值P57,然后据节理、裂隙的产状变化按表3-7和表3-8对RMR初值修正，最后对照表3-9求得岩体的类别。由岩块强度、RQD值、节理间距、节理条件及地下水5种指标组成。不足：对挤压、膨胀和涌水的极其软弱的岩体问题时，此分类法难于使用。（三）岩体地质力学分类（CSIR分类,P56）CSIR分类40（四）巴顿岩体质量分类（Q类）：由挪威地质学家巴顿(Barton，1974)等人提出

RQD：Deer的岩石质量指标；Jn:节理组数；Jr:节理粗糙度系数；Ja:节理蚀变影响系数；Jw:节理水折减系数；SRF——应力折减系数。Bieniawski(1976)：表3-10岩体质量Q值分类表Q值＜0．010．01~0.10．1~1.01．0~4.04．0~1010~4040~100100~400＞400岩体类型特别坏异常差极坏极差坏很差不良差中等一般好好良好很好极好极好特别好异常好定性与定量相结合，目前比较好的岩体分类方法，软、硬岩体均适用。（四）巴顿岩体质量分类（Q类）：由挪威地质学家巴顿(Bart41（五）岩体BQ分类第一步：根据BQ初步分为5级（考虑了岩体的坚硬程度和完整性）国标《工程岩体分级标准》GB50218-94提出两步分级法Rcw为岩体饱和单轴抗压强度（MPa）；Kv为岩体的完整性系数；（可用声波测试资料或结构面条数来确定）第二步：考虑其他因素影响，对BQ进行修正后详细分级K1：主要软弱结构面产状影响修正系数，表3-15

K2：地下水影响修正系数，表3-16K3：天然应力影响修正系数，表3-17（六）按岩体结构类型分类（中科院地质所，谷德振）：（五）岩体BQ分类第一步：根据BQ初步分为5级（考虑了岩体的42某岩块强度符合库仑准则，C=5MPa,=300。如果三轴应力状态下的3=10MPa保持常数，求极限平衡时1

若此时1和3分别铅直和水平，岩块内有一条节理。节理的C=0，=300。节理与水平倾角或为300（或450、或600、750、900），问以上情况中：在何种情况下节理不破坏，仅岩块破坏？在何种情况下节理不破坏，仅节理破坏，或节理和岩块都破坏，且岩块破坏面与节理面重合？在何种情况下，节理与岩块都破坏，但岩块破裂面与节理面不重合？作业：作业：43第三章岩体的力学特性本章内容3.1概述3.2岩体结构基本类型；3.3岩体的结构面及其自然特征；3.4结构面的力学性质3.5岩体的变形性质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基本要求了解岩体结构的基本类型，理解岩体结构面特征；掌握结构面的力学性质及岩体的变形性质；理解岩体的强度特性，了解岩体的水力学性质；掌握岩体质量评价及其分类方法；第三章岩体的力学特性本章内容44第三章岩体的力学性质第一节概述第二节岩体结构的基本类型第三节岩体的结构面及其自然特征第四节结构面的力学性质第五节岩体的变形性质第六节岩体的强度特性第七节岩体的水力学性质第八节岩体质量评价及其分类主要内容第三章岩体的力学性质第一节概述主要内容45

岩体=结构面（弱面）+结构体（岩石块体）结构面：断层、褶皱、节理……统称影响岩体力学性质的基本因素：结构体(岩石)力学性质、结构面力学性质、岩体结构力学效应和环境因素(特别是水和地应力的作用)§3.1概述岩体=结构面（弱面）+结构体（岩石块体）影响岩体力学46§3.2岩体结构的基本类型

（地质学、复习、了解）§3.2岩体结构的基本类型

（地质学、复习、了解）47§3.3岩体中的结构面及自然特征次生结构面§3.3.1结构面类型（自学、了解、提问）火成结构面沉积结构面变质结构面成因及类型原生结构面构造结构面断层节理劈理§3.3岩体中的结构面及自然特征次生结构面§3.3.1结构面48§3.3.2结构面的自然特征1.充填胶结特征几何形态特征有充填无充填薄膜充填（2mm以下）断续充填连续充填厚层充填（数十厘米至数米）平直型波浪型锯齿型台阶型凹凸度（量化指标）起伏度（起伏角i)粗糙度(五级）2.§3.3.2结构面的自然特征1.充填胶结特征几何形态特征有493.空间分布特征

产状（即方位）及其变化延展性密集程度组合关系结构面的产状及其变化：结构面的走向与倾向及其变化结构面的延展性：结构面在某一方向上的连续性或结构面连续段长短的程度。分为非贯通性的、半贯通性及贯通性的结构面3.空间分布特征产状（即方位）及其变化延展性结构面的产50结构面的密集程度

设取样线长度为l

，在l上出现的节理条数为n，则节理之间的平均间距为裂隙度K切割度Xe20m实例：k=4/20=0.2/md=1/k=5ma.单组节理(具有同一走向）（1）裂隙度K:同一组结构面沿法线方向单位长度上的节理数量l结构面的密集程度裂隙度K20m实例：k=4/20=0.51d>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

按间距分类按裂隙度分类

52两组节理的裂隙度计算图b.两组节理ma:

沿取样线节理平均间距;da:节理垂直间距；c.多组节理两组节理的裂隙度计算图b.两组节理ma:沿取样线节理平均间53（2）切割度Xe：节理在岩体内的贯通程度。多处不连续切割叠加：假设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（2）切割度Xe：节理在岩体内的贯通程度。多处不连续切割叠54§3.4结构面的力学性质

法向变形切向变形

变形性质强度性质(一）法向变形1.变形特性

在法向荷载作用下，结构面间隙呈非线性减小，应力与法向变形呈指数关系。(原因）

当荷载去除时，将引起明显的后滞和非弹性效应。

Kn－法向变形刚度

Kn0－结构面的初始刚度趋势：σn

↑

，Kn↑（Goodman,1974）§3.4结构面的力学性质法向变形变形性质强度性质(一）法55Goodman方法：①节理无抗拉强度②极限闭合量δmax＜e（节理的厚度）（1）基本假设（2）状态方程2.闭合变形量计算：－原始应力，由测量时的初始条件决定；δn,δmax－结构面闭合量，最大闭合量;A,t－回归参数，与结构面几何特征、岩石力学性质有关。Goodman方法：①节理无抗拉强度（1）基本假设（2）状态56（二）节理的切向变形通常有两种形式：A）粗糙（或非充填）结构面剪切变形曲线；B）平坦（或有充填物）的结构面区别及原因见下页力学模型（二）节理的切向变形通常有两种形式：A）粗糙（或非充填）结构57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法向力不足够大沿凸台斜面滑动剪胀（或扩容）法向力足够大沿凸台剪断不产生明显剪胀结构面的剪切变形:与岩石强度、结构面粗糙性和法向力有关法向58

（三）抗剪强度

i服从库仑准则:

（三）抗剪强度

i服从库仑准则:59影响抗剪强度的三个基本因素：法向力σn粗糙度JRC结构面强度JCS结构面抗剪强度公式（Barton和choubey,1977)：影响抗剪强度的三个基本因素：60粗糙度JRC（目测）分维数粗糙度JRC（目测）分维数61§3.5岩体的变形性质法向变形特征剪切变形特征各向异性变形特性岩体的变形（一）法向变形特征：1.法向变形试验：承压板法、钻孔变形法、狭缝法、§3.5岩体的变形性质法向变形特征岩体的变形（一）法向变形621）承压板法选具有代表性的试验地点清除浮石，平整岩面逐级一次循环法加压岩体变形模量Em和弹性模量Eme公式：

p－承受板单位面积上的压力(MPa)；

D－承压板直径或边长(cm)；

∆、∆

e－相应于p下的岩体总变形和弹性变形（cm）；

ω－与承压板形状与刚度有关的系数，对圆形板＝0.785；方形板＝0.886；

μm－岩体的泊松比。(J.Boussineq)1）承压板法选具有代表性的试验地点岩体变形模量Em和弹性模量632）钻孔变形法岩体的变形模量（Em）计算公式：U－径向变形μm－岩体的泊松比;厚壁圆筒理论对岩体扰动较小；可在地下水位以下和相当深的部位进行；试验方向基本不受限制，试验压力大；可以同时测量几个方向的变形，便于研究各向异性；优点（相对于承压板法来说）：缺点：涉及的岩体体积小，代表性差。2）钻孔变形法岩体的变形模量（Em）U－径向变形厚壁圆筒理论643）狭缝法：p－作用于槽壁上的压力（MPa）；∆－量测点A1、A2的相对位移值(cm)，∆=y2-y1。

μm－岩体的泊松比;3）狭缝法：p－作用于槽壁上的压力（MPa）；652.法向变形曲线及特征：（1）直线型（弹性岩体）岩性均匀且结构面不发育或结构面分布均匀的岩体（2）上凹型（塑-弹性岩体）含软弱夹层的层状岩体及裂隙岩体（3）上凸型（弹-塑性岩体）结构面发育且有泥质充填的岩体。（4）复合型：阶梯或“S”型（塑-弹-塑性岩体)结构面发育不均或岩性不均匀的岩体。2.法向变形曲线及特征：（1）直线型（弹性岩体）岩性均匀且66（二）剪切变形特征：峰前变形平均斜率小，破坏位移大；峰后强度损失小。(a)沿软弱结构面剪切峰前变形平均斜率较大，峰值强度较高；峰后有明显应力降。(b)沿粗糙结构面、软弱岩体及强风化岩体剪切峰前变形斜率大，峰值强度高，破坏位移小；峰后残余强度较低。(c)坚硬岩体受剪切（二）剪切变形特征：峰前变形平均斜率小，破坏位移大；峰后强度67（三）各向异性变形特征：（P101蔡）造成岩体变形各向异性的两个基本因素：①物质成分和物质结构的方向性；②节理、结构面和层面的方向性。岩石的全部或部分物理、力学特性随方向不同而表现出差异的现象称为岩石的各向异性。（三）各向异性变形特征：（P101蔡）造成岩体变形各向异性的68§3.6岩体的强度特性§3.6.1岩体强度的测定（一）岩体单轴抗压强度的测定图3-24岩体单轴抗压强度测定1－方木；2－工字钢；3－千斤顶；4－水泥砂浆现场原位切割较大尺寸试体（边长0.5～1.5m的立方体）；为了保持原有的力学条件，试块附近不能爆破，机械破岩。千斤顶和液压枕（扁千斤顶）加载。水泥砂浆抹平试体表面→垫方木、工字钢→加载→计算强度试件§3.6岩体的强度特性§3.6.1岩体强度的测定（一）岩体单69（二）岩体抗剪强度的测定双千斤顶法：1.正压力P和横推力T的合力通过剪切面中心。3.试验5组以上2.横推千斤顶成15°角倾斜布置。计算公式：

P、T－垂直及横向千斤顶施加的荷载；

S－试体受剪截面积。（二）岩体抗剪强度的测定双千斤顶法：1.正压力P和横推力T70（三）岩体三轴强度试验地下工程的受力状态是三维的，所以三轴力学试验非常重要。千斤顶加轴向荷载压力枕加围压荷载准三轴（等围压）：实用性更强。图3-26原位岩体三轴试验1一混凝土顶座；2、4、6－垫板；3一顶柱；5一球面垫；7一压力枕；8一试件；9一液压表；10一液压枕真三轴：中间主应力在岩体强度中起着重要作用，在多节理岩体中尤为重要。试体（三）岩体三轴强度试验地下工程的受力状态是三维的，所以三轴力71

§3.6.2结构面的强度效应

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β节面上的应力(图）

§3.6.2结构面的强度效应

一、单节理和多节理的力学效72

①当

（岩石块体破坏，结构面不破坏）②当节理面的存在不削弱岩块强度③对

求一阶导数，并令其为零得

此时节理面对岩体的强度削弱最大并令得：

当可能结构面破坏③对求一阶导数，并令其为零得73

岩石节理同时破坏，岩体强度等于岩块强度岩块先破坏，岩体强度等于岩块强度或节理先破坏，岩体强度小于岩块强度

或图解法:

直接在图2－20量取；岩石节理同时破坏，岩体强度等于岩块强度岩块先破坏，岩体强74也可以由正弦定律推出：(见图2－20）也可以由正弦定律推出：(见图2－20）75（二）多节理的力学效应（叠加）

两组以上的节理同样处理，只不过岩体总是沿一组最有利破坏的节理首先破坏。图3－21两组节理力学模型图3－20σ1与β的关系曲线（二）多节理的力学效应（叠加）两组以上的节理同样处理76二、当C=0时节理面的力学效应这时库仑准则用主应力表示上式，得：

已知σ1,由上式可计算出维持破裂岩体极限稳定的侧向压力σ3，即岩体所需的最小支护力此时岩体的强度只靠碎块之间的摩擦力来提供。二、当C=0时节理面的力学效应这时库仑准则已知σ1,由上式77

3.7岩体的水力学性质岩体的水力学性质：岩体与水共同作用所表现出来的力学性质。岩体与水的相互作用，一方面水改变着岩体的物理、化学及力学性质，另一方面岩石也改变着地下水自身的物理、力学性质及化学组份。地下水对岩体的作用物理作用化学作用力学作用3.7岩体的水力学性质岩体的水力学性质：岩体与水共同作用78（一）物理作用：岩体结构面上的摩阻力减小改变岩体结构面充填物的物理性状，内聚力和摩擦角减小。→软化系数η区别于重力水的润滑，软化作用。（二）化学作用：离子交换、溶解和溶蚀作用（黄土湿陷及岩溶）、水化作用（膨胀岩的膨胀）、水解作用、氧化还原作用、沉淀作用以及超渗透作用等。润滑作用：软化和泥化作用：结合水的强化作用：泥石流、山体滑坡（一）物理作用：岩体结构面上的摩阻力减小改变岩体结构面充填物79（三）力学作用：孔隙静水压力作用孔隙动水压力作用

当多孔连续介质岩土体中存在孔隙地下水时，未充满孔隙的地下水使岩土体的有效应力增加：σα有效应力，σ

总应力，p

孔隙静水水压力

当地下水充满多孔连续介质岩土体时，使有效应力减小：σα，σ

，p

：含义同上（三）力学作用：孔隙静水压力作用孔隙动水压力作用当多孔连续80当多孔连续介质岩土体中充满流动的地下水时，施加孔隙静水压力和动水压力作用，其中，动水压力为：τd

动水压力，γ地下水容重，J地下水水力坡度

当裂隙岩体充满流动的地下水时，施加一垂直于裂隙壁面的静水压力和平行于裂隙壁面的动水压力，其中，动水压力为：b：裂隙的隙宽，τd

，γ，J意义同上当多孔连续介质岩土体中充满流动的地下水时，施加孔隙静水压力81

3.8岩体质量评价及其分类为了在工程设计与施工中能区分出岩体质量的好坏和表现在稳定性上的差别，需要对岩体作合理的分类，以作为选择工程结构参数