工程地质原理

第三章岩体的变形与破坏3.1基本概念及研究意义

变形：岩体承受应力，就会在体积、形状或宏观连续性上发生某种变化（解释）。宏观连续性无明显变化者称为变形（deformation)。

破坏：如果宏观连续性发生了显著变化的称为破坏（failure)。岩体变形破坏的方式与过程既取决于岩体的岩性、结构，也与所承受的应力状态及其变化有关。

为什么要研究这两个问题，因为岩体在变形发展与破坏过程中，除岩体内部结构与外型不断发生变化外，岩体的应力状态也随之调整，并引起弹性变形和释放等效应。区域稳定和岩体稳定工程分析中的一个核心问题就是要对上述变化和效应作出预测和评价，并论证它们对人类工程活动的影响。本章首先讨论不同荷载条件下岩体变形破坏机制和过程；在此基础上讨论变形破坏过程中的时间效应及岩体中空隙水压力对岩体变形破坏的影响。3.1.1岩体变形破坏的基本过程与阶段划分根据裂隙岩石的三轴压缩实验过程曲线，可大致将块状岩体受力变形破坏过程划分为五个阶段：见图图3-1三轴压应力作用下岩石的变形破坏过程3.超过弹性极限（屈服点），岩体进入塑性变形阶段，体内开始出现微破裂，且随应力差的增大而发展，当应力保持不变时，破裂也停止发展。由于微破裂的出现，岩体体积压缩速率减缓，而轴向应变速率和侧向应变速率均有所增高1.原有张性结构面逐渐闭合，充填物被压密，压缩变形具非线性特征，应力应变曲线呈缓坡下凹型4.微破裂的发展出现了质的变化：即使工作应力保持不变，由于应力的集中效应，破裂仍会不断的累进性发展。首先从薄弱环节开始，然后应力在另一个薄弱环节集中，依次下去，直至整体破坏。体积应变转为膨胀，轴应变速率和侧向应变速率加速增大2.经压密后，岩体从不连续介质转化为似连续介质，进入弹性变形阶段。该过程的长短视岩石坚硬程度而定5.强度丧失和完全破坏阶段：岩体内部的微破裂面发展为贯通性破裂面，岩体强度迅速减弱，变形继续发展，直至岩体被分成相互脱离的块体而完全破坏屈服强度上述各阶段不同的岩体会存在一些差异，但所有岩体都具有如下一些共性：（1）岩体的最终破坏是以形成贯通性破坏面，并分裂成相互脱离的块体为其标志。（2）变形过程中所具有的阶段性特征是判断岩体或地质体演变阶段、预测其发展趋势的重要依据。（3）变形过程中还包含恒定应力的长期作用下的蠕变（或流变）。即变形到破坏有时经历一个相当长的时期，过程中蠕变效应意义重大。岩体的不稳定发展阶段相当于加速蠕变阶段，进入此阶段的岩体达到最终破坏已势在必然，仅仅是个时间的问题。判断进入加速蠕变阶段的变形标志和临界应力状态是一个重要的课题。3.1.2岩体破坏的基本形式

根据岩体破坏机制可将岩体破坏划分为剪性破坏和张性破坏两类。岩体破坏剪断破坏剪性破坏张性破坏剪切滑动破坏塑性破坏（a)拉断破坏；(b)剪断破坏；(c)塑性破坏破坏方式影响因素：

荷载条件、岩性、结构及所处的环境特征及配合情况

3.1.2.1岩体变形破坏形式与受力状态的关系

岩石的三轴实验表明，岩石破坏形式与围压的大小有明显的关系。（1）当在负围压及低围压条件下岩石表现为拉破坏；（2）随着围压增高将转化为剪破坏；（3）当围压升高到一定值以后，表现为塑性破坏。

破坏机制转化的界限称为破坏机制转化围压（如表3-1）。从表中可以看出，由拉破坏转化为简断破坏的转化围压为1/5——1/4[σ]（岩石单轴抗拉强度），由剪切转化为塑性破坏的转化围压为1/3—2/3[σ]。在三向应力力状态，中中间主应力力（σ2）与最大主主应力、最最小主应力力之间的比比值关系上上决定岩石石破坏性质质的一个重重要因素。。纳达（1970））提出σ2偏向最大主主应力或最最小主应力力的“应力力状态类型型参数”——α来划划分应力状状态类型：：α=（2σ2-σ1-σ3）/（σσ1-σ3）;当α=1时时，即σ2=σ1，为拉伸应应力状态；；当α=-1时，即即σ2=σ3，为压缩应应力状态。。3.1.2.2岩岩体破坏形形式与岩体体结构特征征关系在低围压条件件下岩石的三轴轴试验表明明：（1）在相同同的应力状状态下完整块体状状坚硬岩石表表现为张性性破坏，通通常释放出出高的弹性性应变能；；（2）含有有软弱结构构面的块状岩体，当结结构面与最最大主应力力之间角度合适时，则表现现为沿结构构面剪切滑滑动破坏；；（3）碎裂裂状岩体的的破坏方式式介于二者者之间；（4）碎块块状或散体体状岩体，，表现为塑塑性破坏。。3.1.3岩体的的强度特征征岩体的强度度不能简单单地用岩石石的强度来来表示。它它不仅与岩岩体的岩性性、结构、、岩体的受受力状态有有关，而且且还决定于于岩体的可可能破坏方方式。设结结构面与最最大主应力力夹角α。。模拟实验表表明：（1）0ºº<α<8º或42º<αα<52º岩体破坏破破坏形式将将部分沿结构构面剪切滑滑移、部分分剪断完整整岩石，此时岩石石的强度与与结构面和岩石的抗剪性能有关。图3-4三三种破坏坏形式的极极限应力系系数(n)①沿结构构面滑动；；②剪断断完整岩石石；③部部分沿结构构面，部分分剪断岩石石（2）8º<αα<42ºº岩体的破坏坏将采取沿沿结构面剪剪切滑移的的形式。此此时，岩体体的强度受受结构面抗抗剪性能及及其方位所所控制；（3）α>52ºº时岩体破坏为为剪断完整整岩体。以上讨论的的为岩体的的极限强度度。岩体由弹性性变形阶段段进入塑性性变形阶段段的临界应应力称为为岩体的屈服强度（σy）岩体进入不不稳定破裂裂发展阶段段的临界应应力称为长期强度（σc）。岩体遭受最最终破坏以以后仍然保保存有一定定的强度，，称为残余强度。3.2岩岩体在加荷荷过程中的的变形与破破坏3.2.1拉断破破坏机制与与过程3.2.1.1拉应应力条件件下的拉拉断破坏坏拉应力条条件下岩岩石的拉拉断破坏坏过程十十分暂短短。根据格里里菲斯破破坏准则则，当σσ1+3σ3≤0时，拉拉应力σσ3对岩岩石的破破坏起主主导作用用，此时时拉破坏坏准则为为：〔σ3〕=-St（（St：岩石石的抗拉拉强度））当岩体中中的结构构面处于于有利位位置时，，岩体的的抗拉强强度远低低于岩石石，拉断断破坏更更易发生生。3.2.1.2压应应力条件件下的拉拉断破坏坏压应力条条件下的的拉断破破坏过程程要复杂杂得多。。此时切切向拉应应力集中中最强的的部位位位于与主主应力方方向夹角角β为30-40º的的裂隙隙的端部部，因而而破坏首首先在这这样一些些方位有有利的裂裂隙端部部出现，，随之扩扩展为分分支裂隙隙（J2t）。。其初始始方向与与原有裂裂隙长轴轴方向间间夹角为为2β，，随后逐逐渐转向向与最大大主应力力平行。。随破裂裂的发展展，隙壁壁上切向向拉应力力集中程程度也随随之而降降低，当分支裂裂隙转为为平行于于最大主主应力方方向后即即自动停停止扩展展。故此阶段段属稳定定破裂发发展阶段段。这类张裂裂隙的形形成机制制区别于于前者，，称为压致拉裂裂（compressionfracture）随着压应应力的进进一步增增高，已已出现的的分支裂裂隙将进进一步扩扩展，其它方方向稍稍稍不利的的裂隙端端部也将将产生分分之裂隙隙。岩体体中出现现一系列列与最大大主应力力方向平平行的裂裂隙。这这些裂隙隙可表现现为具有有一定的的等距特特征，是是岩体板板裂化的的主要形形成机制制之一。。压应力增增高至裂裂隙贯通通，则导导致破坏坏。按格里菲菲斯准则则，当σσ1+3σ3>0时其破坏准准则为（（σ1-σσ3））2/（σσ1+σσ3））=8St(岩岩石的抗抗拉强度度）单轴条件件下，〔〔σσ1〕=8St三向压应应力条件件下有：：（σ1-σσ2））2+（σσ2-σ3）2+（σσ1-σ32/（σσ1+σσ2+σ3）=24St3.2.2剪剪切变形形破坏机机制与过过程3.2.2.1完整整岩体的的剪断破破坏机制制与过程程一完整岩岩体的剪剪断破坏坏具有明明显的阶阶段性。。经压密、弹性性变形两个个阶段进入入破裂阶段段以后，内内部变形破裂变形形十分复杂杂（图3－－9）。1.沿潜潜在剪切面面的剪断机制制与过程（1）拉张张分支裂隙隙的形成与与扩展（2）法向向压碎带的的形成（3）潜在在剪切面的的贯通2.单剪剪应力条件件下的破坏坏变形机制制与过程当剪切变形形发生在有有一定厚度度的剪切带带中，表现现为在单剪剪（simpleshear）应力力条件下或或一对力偶偶作用下的的变形破坏坏。在所形成的的破裂迹象象中较为常常见和具有有代表性的的是雁列破破裂面。这这种破裂面面进一步分分为张性雁雁列和压扭扭性雁列两两类，排列列方式正好好相反。张性雁列缝缝T的生长方向向大体与单单剪带中的的最大主应应力方向平平行，与剪剪切方向夹夹角约45°，有时时还可形成成共扼的两两组低次序序剪切裂隙隙。压扭性雁列列缝P生长方向与与剪动方向向夹角大约约与岩石材材料内摩擦擦角相当。。两者有时时可在同一一剪切带中中叠加产出出。3.2.2.2沿沿原有结构构面的剪切切机制与过过程这类破坏机机制及过程程与结构面面特征密切切相关。断断续结构面面，其剪切切破坏过程程与前者相相近，这里里着重讨论论连续性较较好的结构构面(带),按其抗抗剪性能可可分为平面面摩擦、糙糙面摩擦和和转动(滚滚动)摩擦擦三类。1.平面面摩擦表现为平面面摩擦特征征的结构面面，通常为为地质历史史过程中曾曾经遭受过过剪切滑动动、随后又又未胶结的的结构面，，如层间错错动面、扭扭性断裂面面、滑动面面等。这类类结构面在在其形成过过程中，随随剪切滑动动的发展，，结构面的的抗剪强度度已接近残残余强度(图3—13①)；；某些充填填有足够厚厚的塑性夹夹泥致使隙隙面的起伏伏差和糙度度已不起控控制作用的的结构面，，亦具平面面摩擦特征征，其抗剪剪强度由夹夹泥的性能能所决定。。对于这类结结构面，一一旦剪应力力达到结构构面的残余余抗剪强度度，或外力力作用方向向与结构面面法线方向向间夹角αα(称倾斜斜角)等于于或大于平平面摩擦角角φs(一般情况况相当于残残余摩擦角角φr)时，即S=σtgφs或α≥≥φs则剪切滑动动发生。在三向应力力状态下的的起动判据据，可采用用公式(3一2，假假定不考虑虑C值，则则有:（ncr为应力系数数）结构面的动动摩擦角φφk低于其静摩摩擦角φs,两者相差的的程度与岩岩石性质、、接触面的的光滑程度度、温度，，充填物的的性质，滑滑移速度，，湿度以及及振动状况况都有关。。某些材料料试验表明明动、静摩摩擦角的差差别可以十十分悬殊(如铸铁的的φs，为48，而其φk值仅为830′).因而剪切切位移一旦旦起动，由由于静、动动摩擦相差差悬殊，可可出现突跃跃的剪切位位移，即所所谓粘滑stick—slip)现象象。如果图3——14中滑滑块为一不不受弹簧约约束的自由由块，一旦旦起动并在在外力持续续作用的条条件下，可可获得一定定加速度作作继续运动动，直至外外力降至F2后[图图3—14(b)]，才转为为减速制动动。以上分析表表明，受这这类结构面面控制的滑滑移运动对对外力十分分敏感。沿沿这类结构构面的滑动动也具有脉脉动特征，，通常认为为沿其发生生的稳滑很很可能是由由一系列小小阶步脉动动滑移所组组成，或属属蠕动滑移移性质。2糙面摩摩擦具这类摩擦擦特征的结结构面，通通常为地质质历史过程程中来遭受受过明显剪剪动的结构构面，如张张性断裂面面，原生波波状面等。。这类结构构面具有明明显的起伏伏差或凸起起体，就其其表面形态态可分为曲曲齿状，锯锯齿状和波波状三类[图3—15(a)]并且在在大的起伏伏面上还可可划分出次次一级起伏伏[图3-15(b)]。剪剪切破坏可可能有三种种情况：(1)越过过凸起体相对两个面面的凸起体体相互滑过过而不发生生破坏。这这种方式发发生在结构构面法向(有效)应应力低，起起体起伏角角(i)较较缓且刚度度较高的情情况下。此此时发生剪剪动的条件件为：S=σtg(φJ+i)(3——10)剪动过程具有以以下动态特征：：①均匀的波状面面，随剪切位移移（u）的增大大,i值也随之之变化。以正弦弦波状面为例，，在u=0-1/4λ区段，，i=f(u)为增函数;u=1/4-1/2λ段，f(u)为减函函数。当u越过过1／2λ时，，i室为负值。。上述过程中，，剪切带也将以以λ／2为周期期发生剪胀和闭闭合交替现象。。②均匀的锯齿状状结构面，剪动动过程也具有上上述类似特征。。但齿端应力集集中现象较前者者更强烈，往往往被压碎，其发发展趋势使锯齿齿面向波状面演演化(图3—16)。齿端剪剪断阶段[图3－16（c））]时的抗剪强强度为：S=σtgφ0+acC0(3-10)式中：φ0、C0为岩石材料的内内摩擦角和内聚聚力，ac为齿端端剪断面面所占比例。剪剪切的继续发展展，其强度则与与波状面的情况况类似[图3－－16（d）]③天然起伏面，，大数呈不规则则状态。剪切起起始阶段，一些些陡度大而形体体窄小的凸起体体将首先被剪断断。随剪动进展展，起伏角将由由那些宽缓且在在相应法应力条条件下不会被剪剪断的凸起体的的平均坡角（i）所决定，强强度表达式分别别为：起动阶段：Sa=σtg(φJ+i)+acC0)(3-11)剪断后S=σtg(φφJ+i)(3-12)式中：αc为剪断的凸起体体所占面积比。。上述特征说明，，这类结构面在在剪动过程中也也具有明显的脉脉动特征，且剪剪胀与压缩交替替出现，这在岩岩体变形破坏论论证中具有十分分重要的意义。。（2）剪断凸起起体剪切过程中将凸凸起体剪断（图图3－17）。。这种现象较普普遍，通常大量量发生于高法向向（有效）应力力条件下。不过过研究表明，即即使法向应力为为零的条件下，，i角大于550－650的凸起体（凸齿齿状结构面，[图3－17（（a）]仍会被被剪断，此时发发生剪断滑动的的条件为：(3-13)式中：(1-ac)相当于无凸起起体的平滑段所所占比例。试验显示（图3－17），凸凸起体被剪断，，实际上式一个个拉张和压碎的的过程，将图3－17与图3－10对照，，凸起体的剪断断与锁固段的破破裂压碎过程十十分相似。根据据这一破坏机制制，可采用岩石石的单轴抗压强强度（RC)和抗拉强度（（St)来确定其抗剪剪强度，费赫斯斯特（Fairhurst,1964）提提出的表达式为为：(3-14)式中：(3)刻痕或犁犁槽凸起体在其相对对面上刻痕或犁犁槽，这也是一一种普遍现象，，但都发生于凸凸起体的硬度不不低于对面的硬硬度时。此时要要使之产生滑动动，也需要克服服一部分内聚力力，起动条件为为：(3一15)式中：c。为刻刻(犁)槽提供供的内聚力；t为刻(犁)槽所所占面积比例。。有关其剪动过过程,将在时间间效应一节中讨讨论。由以上讨论可见见，糙面摩擅所所具有的高于平平面摩擦的强度度值，均与凸起起体的特征有关关，它的剪动过过程与前述剪断断过程有相似之之处．当施加的的剪应力低于该该面的峰值强度度，但已超过其其残余强度时，，即当：f＝＝0时，沿沿结构面的剪切切变形仍有可能能进入破裂发展展阶殴，甚至可可能进入不稳定定破裂发展阶段段，通过累进性性破坏导致最终终破坏．这是因因为那些凸起部部位与锁固段B一样，也将是是剪应力高度集集中的部位，且且凸起愈陡，应应力集中程度也也将愈高。此外外，诸凸起体的的抗剪强度也可可因岩性的下均均一而有所不同同．这样，那些应力集中程程度已超过凸起起体的极限强度度的部位，将立立即被剪断，而而那些应力稍低低但已达到使凸凸起体的变形进进入不稳定破裂裂发展阶段的部部位，也会由于于破裂的累进发发展而逐惭被剪剪断．随着这些些凸起体被各个个击破，剪应力力将向另一些未未被剪断的凸起起体集中，使另另一些凸起体遭遭受破坏。这种种“各个击破””的破坏方式继继续进行的结果果，常能使岩体体沿这类结构面面突然丧失稳定定性，而且一旦旦破坏，共强度度急剧降低，因因而所造成的破破坏往往是突发发而迅猛的，能能迅速释放出大大量动能。过程程中每次凸起体体的突破或被越越过，都会造成成剪切位移的突突跃．对于这类结构面面，正确判定其其是否已进入发发生累进性破坏坏的不稳定破裂裂阶段，将是十十分重要的．水水电部门规范中中规定，当峰值值抗剪强度中考考虑了剪断锁固固段(不连续段段)岩石的内聚聚力时．安全系系数应提高到3.5-4．巴顿(Barton，1977)根据大量量试验资料，按按结构面面的糙度和边壁壁的抗压强度来来确定结构面的的峰值抗剪强度度：(3—16)式中：JRC代代表结构面粗糙糙废系数，糙度度划分为图3——18所所示十个等级，，JRC值变化化在0-20之之间；JCS代表结构构面边壁的抗压压强度，可用回回弹仪在现场直直接测定，φb为结构边壁的基基本摩擦角(接接近残余摩擦角角φr)，由试验或经经验确定;σσn为结构面上的有有效法向应力。。该公式不考虑虑岩石的内聚力力，直接从结构构面边壁的抗压压强度与其实际际承受的法向应应力两者来确定定糙度在增强抗抗剪强度方面所所起的作用，该该值可作为确定定结构面的长期期抗剪强度的重重要参考值。3.转动摩擦和和滚动摩擦当剪切是沿某一一碎块体构成的的剪切带，或沿沿夹有许多碎块块的断裂面发生生时，被两组或或两组以上的结结构面切割的块块体或碎块可能能发生转动，这这种碎块的转动动将成为这类结结构面（带）剪剪动的控制机制制。纳西曼托(Nascimento，1971)提出出如图：3———19所示转动动摩擦模式，模模式中假定碎抉抉是一些规则的的平行六面体。。4.分离“碎块块”的转动摩擦擦由图3—19(a)①可见，，剪动过程中六六面体碎块将以以其底面的边棱棱线为转动轴(该轴线在图面面上投影为o点点)。这样，上上滑面的运动轨轨迹由碎块上轴轴点o的对角点点P的运动轨迹迹所决定。P点的运动轨迹迹为一条以o为为圆心，以斜边边长oP为半径径的圆弧线C（（图3—19(a)②)。因因此滑动过程相相当于滑块越过过一个圆弧形的的凸起体，该圆圆弧线上任一点点的切线与剪切切方向线的夹角角即为该点处滑滑块爬升或下降降的坡角(如图图3一土9(a)②)。如果果不考虑滑块间间的面摩擦，则则该坡角即为转转动时的摩擦角角φ，它应与处处于极限平衡状状态时作用力的的倾斜角α一致致[图3一19（a）①)。。起动时曲角为为φ=α=δ=tg-1(a/b)式中：δ为翻翻转角，a,b分别为碎块的的宽和高。随后后，ΦΦ随碎块块的转动角γ而而呈线性降低（（图3-19（（a)③）,即即f＝d－l(3-17)当当对角角线OP直立（（a=0)时：：l＝d即f＝0此时上滑面抬升升至最高点，继继续滑动将使碎碎块“翻转”（（故称d角为翻翻转角）。上下下滑面的间距开开始缩短，剪胀胀变为负值，f值也将变为负负值，滑面将承承受平行与滑动动方向的拉应力力。2.紧贴碎块的的转动摩擦（1）当碎块相相互紧贴时，如如仍以碎块转动动方式起动，则则尚需克服以下下附加摩擦阻力力：式中：scn为接触面法向应应力；fs为接触面摩擦角角（不考虑内内聚力）；tc×b为相对于于O点的力矩，，则阻止碎块转转动的附加阻力力为：单位附加阻力为为：随碎块转动，Sc’为l的减函数数（假定scn无明显变化）；；（3－18）（2）碎块与主主滑面接触端错错位摩擦阻力（（Sc2）。由图可见，，紧密平排列的的碎块要向一侧侧倾倒，必将发发生沿剪动方向向的侧向扩张，，接触点间距由由原始的？随转转动角λ而增大大为a/cosγ，因而转转动的实现尚需需克服接触端与与主滑面相互错错位的摩擦阻力力，它相当于前前述刻痕或梨痕痕的阻力。根据公式式3－18可见见,转动动一旦起起动，摩摩擦阻力力也将随随之降低低（图3－19（b））③）。。由以上分分析可以以注意到到下列几几点：（1）转转动摩擦擦将以结结构面间间所夹碎碎块的翻翻转角δδ小于该该面的静静摩擦角角为其发发生的前前提条件件；（2）分分割碎块块的结构构面愈密密集（δδ也就就愈小）），转动动摩擦也也就愈容容易发生生，正是是由于这这个缘故故，所以以在薄层层状的岩岩体中容容易造成成与层面面近于正正交的剪剪动带；；（3）紧紧贴碎块块只有在在碎块间间接触面面的øs值明显偏偏低或碎碎块因侧侧向松弛弛，接触触面抗剪剪强度显显著降低低的情况况下才有有可能发发生转动动，并且且通常总总是发生生在碎块块的原始始倾角λλ比较接接近倾倒倒角δ的的情况下下；（4）转转动剪动动一旦起起动，摩摩擦角将将随之而而降低，，甚至变变为负值值，因而而剪切位位移的跃跃变（粘粘滑）现现象也十十分明显显，并且且往往造造成突发发性破坏坏；（5）碎碎块的边边角越多多，愈趋趋向于圆圆球形，，则其翻翻转角δδ也愈小小乃至接接近于零零，此时时转动摩摩擦将变变为滚动动摩擦。。后者为为前者的的一种极极端情况况，滚动动摩擦角角ø变得得很小。。碎块也也可在剪剪动过程程中由于于相互摩摩擦、错错位而使使“棱角角”破坏坏从而降降低转动动摩擦角角，这种种效应可可导致剪剪动位移移速度迅迅速增大大。3.2.3弯弯曲变变形破坏坏机制与与过程3.2.3.1岩体体弯曲变变形的基基本类型型与主要要特征近地表岩岩体和工工程岩体体中所发发生的弯弯曲变形形，都表表现为具具有一定定塑性和和延性变变形特征征，并伴伴有脆性性破裂。。按受力力状况，，可分为为横弯曲曲和纵弯弯曲两类类，按弯弯曲板梁梁约束支支承情况况，可分分为简支支梁，外外伸梁和和悬臂梁梁弯曲等等(图3—20)。现象与理理论计算算表明，，弯曲板板梁的轴轴部和翼翼部变形形破裂的的机制与与过程有有明显差差别。轴部区(或枢纽纽部位)是压应应力和拉拉应力的的集中部部位，也也是变形形破裂最最显著的的部位，，并且这这个部位位的变形形破裂对对整个板板梁的演演化起着着重要控控制作用用(图3—21)。翼部区则则主要表表现为剪剪应力集集中所造造成的变变形与破破裂，这这方面的的问题已已在前一一节中作作了详细细讨论；；值得注注意的是是由此造造成的板板梁之间间的滑脱脱脱离现现象；有有的研究究者称为为弯曲滑滑动或分分离滑动动(如图图3-21(b)，由由于滑脱脱的产生生，轴部部区的应应力集中中现象也也有所缓缓解，影影响了轴轴部区的的演化方方式。滑滑脱还可可表现为为多种其其他方式式。3.2.3.2横横弯曲条条件下岩岩体的变变形与破破坏1.轴轴部区区的变形形与破坏坏现场观察察与模拟拟研究证证明，岩岩体在横横向力作作用下弯弯曲变形形破坏的的演化过过程具有有明显的的阶段性特特征。图图3—22为弹弹一塑性性有限元元模拟成成果，以以等效<单轴)应力[σ]表表示板内内应力状况况，等效效于三向向应力效效应，表表达为：：(3-19)当σ达到到岩石屈屈服应力力σy，则判定定发生塑塑性破坏坏。模拟拟中考虑虑了桥梁梁的自重重应力场场，并假假定为静水水压力状状态，亦亦即σ＝＝o。。演化过过程可划划分为三三个阶段段：(1)轻轻微隆起起阶段(图3——22中中的1)上隆初期期应力状状态发生生显著变变化的部部位主要要分布在在板梁底底部隆起起中心的的两侧和和顶面中中心部位。。顶部中中心部位位虽已出出现拉张张变形，，但尚未未出现塑塑性破裂裂，仅在在底部出出现小范范围破坏。模型型所示特特定条件件下，上上隆量(H)约约为板梁梁厚度D的1．．8％。。(2)强烈烈隆起阶阶段(图图3—22中的的2)顶、底部部塑性破破坏区相相互贯通通，形成成一宽度度大体与与隆起带带宽度(只)相相当的拉拉张破碎碎带，模模型的H／D为为2.8％。(3)折折断破坏坏阶段(图3——22中中的3)轴部区顶顶、底面面塑性破破坏区形形成并不不断扩展展。由前前述应力力分析(公式3—19)可见见，由于于塑性破破坏区的的形成，，尤其是是板梁顶顶部拉张张破裂的的出现，，特使承承受弯矩矩的板梁梁的实际际厚度减减薄，应应力集中中现象向向板梁中中部推进进，因而而弯曲破破坏实际际已进入入不稳定定破裂阶阶段。该该阶段模模型的H／D为为4.9％。2.横弯弯曲过程中中的滑脱（（下图）3.2.3.3纵弯曲条件件下岩体的的变形与破破坏纵弯曲的形形成较横弯弯曲要复杂杂一些。可可有如下情情况：当岩岩体板梁原原始状态起起伏弯曲时时，在轴向向力作用下下，板内应应力将叠加加一弯矩产产生的附加加应力，从从而使弯曲曲形成；当当板梁为平平直状态时时，如轴向向力为偏心心加载，也也可使板内内叠加使其其弯曲的弯弯矩，形成成弯曲，如如轴向力为为均匀加载载，则只有有当轴向力力达到使板板梁屈曲(Buckling)时，才才发生明显显弯曲或折折断。1．板梁的的屈曲造成板粱屈屈曲，其临临界纵向压压力常按经典欧欧拉公式确确定：（3－20）采用惯性距距J＝bh3/12,则则临界应力力（σcr)为：（3－21）当岩体为多多层板梁，，假定硬软软相间、等等厚互层，，且不考虑虑层间摩擦擦阻力时，，则有：（3－22）而容易弯曲曲的波长（（Wd)为为：（3－23）式中：E1,E2,η1,η2分别代表表硬层和软软层的弹模模和粘滞滞系数，，h为板梁梁总厚度，，n为板梁梁层数。由以上分析析可见，相相同厚度的的板梁，分分层愈密，，即单层厚厚愈薄，则则弯曲波长长愈短，且且也愈易发发生弯曲。。据此推论论，在不等等厚互层板板梁中，可可由不同波波长的弯曲曲层组成那那个（图3－20（（B）c））。2.轴部区区的变形与与破坏按弹性理论论，板梁一一旦屈曲则则被折断破破坏。但地地质体和岩岩体中更普普遍的情况况式板梁在在轴向压力力作用下，，表现一定定塑性变形形和流变特特征，逐渐渐弯曲达到到破坏。演演化过程也也可划分为为三个阶段段（图3－－25）。。轻微隆起起阶段（图图3－25（a））），弯曲板板梁顶面出出现少量拉拉裂隙、底底面附近可可见少量稀稀疏发育的的剖面X剪剪切断裂；；强烈隆起起阶段(图图3－25（b）),顶面普普遍拉裂且且向深处扩扩展，底面面附近的X断裂扩展展至中性层层附近；至至剪断破坏坏阶段（图图3.－25（c））），剪切切断断裂穿过中中性层与拉拉裂贯通，，或切断板板梁形成““逆”断层层。3．纵弯曲曲过程中的的滑脱(1)背斜斜式滑脱可有多种形形式．图3--21(b)所所示为一种种较普遍的的方式。层层间滑脱使使轴部板层层间架空(虚脱)，，扳梁整体体性降低．．更易使板板梁被分层层破坏。在在一定条条件下，可可出现由冀冀部板梁中中的低序次次剪裂[R，参见图图3--12(a)]发展而而成的滑脱脱，其形成成过程如图图3—29(a)’’所示。当当弯曲岩体体下伏有轴轴向力作用用下发生塑塑性流动的的软弱岩层层时[图3--26(b)]，也可可因软岩““上涌"而而造成滑脱脱[图3--26(b)]。。背斜式滑脱脱不仅是弯弯曲岩体的的一种特殊殊破坏方式式，井且也也是造成岩岩体碎裂松松动的重要要形成机制制．例如在在地质体中中，受强烈烈挤压的背背斜的倾伏伏处，可因因为两翼滑滑脱，逆断断层在地面面交汇，形形成一楔形形松动体(图3—27)。(2)向褂褂式滑脱其形成过程程如图3一一28所示示。弯曲的的层状岩体体因某种原原因(如地地质过程中中的剥蚀)使板梁被被切断（图图3--28(b)），弯曲曲变形的继继续则有可可能使抗剪剪强度低的的接触面发发生滑脱（（图a--28(c)）。滑滑脱发动于于临空端，，由于剪动动时滑面强强度降至动动摩擦强度度(参见图图3--14)，因因而波及范范围可达到到图3－28（d））所示范围围。3．3岩岩体在卸荷过过程中的变形形与破坏3.3·I卸卸荷破裂裂面的基本类类型岩体应力状态态分析已指出出，卸荷作用用将引起卸荷荷面附近岩体体内部应力重重分布，造成成局部应力集集中效应；并并且在卸荷回回弹变形过程程中，还会因因差异回弹而而在岩体中形形成一个被约约束的残余应应力体系。岩岩体在卸荷过过程中的变形形与破坏，正正是由于应力力状态的上述述两方面的变变化所引起的的(图3—29)。应力分异(重重分布与集中中)所造成的的变形和破坏坏，其力学机机制与前述加加荷过程的情情况类似。在拉应力集中中带产生的拉拉裂面在平行临空面面的压应力集集中带中形成成的与临空面面近于平行的的压致拉裂面面剪切破裂面拉裂面剪裂面此外在卸荷过过程也可产生生弯曲变形，，它总是与一一些破裂面的的生成相伴生生。3.3.2差差异卸荷荷回弹造成的的破裂岩体中紧密相相连而材料性性质不同的颗颗粒体系(图图3—30)，如果在加加荷过程中，，弹性强的单单元1引起纯纯弹性应变，，而弹性弱的的单元2则在在弹性变形后后发生了塑性性变形[图3—30(b)]。卸荷荷回弹时，两两者膨胀程度度不一，于是是分别在单元元1和单元2内产生了残残余压应力和和残余拉应力力[图3—30(C)]。一旦残余余拉应力达到到颗粒材料的的抗拉强度，，助产生拉裂裂面[图3——30(d)]。3.3.2.应力史不同同造成的差异异回弹碎屑岩中碎屑屑颗粒和胺结结物两者可具具有不同的应应力史，如左左，颗粒承受受荷载被压缩缩，或产生切切过颗粒的张张性破裂面，，方向和加荷荷方向近于平平行(a)。在颗粒粒被压缩的情情况下充人胶胶结物，因此此卸荷时，处处于压缩状态态的颗粒力图图膨胀，但这这种膨胀受到到胶结物的限限制，使胶结结物转为拉伸伸状态，一旦旦被残余拉应应力突破，即即产生沿颗粒粒边界的与回回弹方向近于于正交的拉裂裂面(b)。。在压应力作用用下，岩体中中原有裂隙或或裂纹的端部部发生压应力力集中[图3—32(b)]，如集集中应力使端端部岩石塑性性变形或压碎碎，应力集中中部位随之向向内部转移[图3—32(c)]。。这样，卸荷荷回弹时由于于裂隙端部的的回弹能力明明显削弱，而而内侧应力集集中处的完整整岩石具有高高3.3.2.2差异异卸荷回弹造造成的剪切破破裂卸荷回弹同样样可在岩体中中造成残余剪剪应力，并导导致剪切破裂裂。通常这种种现象与卸荷荷边界条件不不同所造成的的差异回弹有有关，在高地地应力区钻进进过程中所见见到的岩心裂裂成饼状(简简称“裂饼””，下同)现现象，可作为为阐明这类剪剪切破裂形成成机制的力学学模式。岩心裂饼现象象自本世纪60年代末以以来开始引起起岩石力学界界的注意，我我国西南、西西北几个新勘勘察的电站以以及我国地下下核试验所造造成的高应力力区也见到这这种现象。它它多半发生在在坚硬完整的的岩石中，如如花岗岩、玄玄武岩、片麻麻岩等。图3—33所所示为雅碧江江上某电站河河心钻孔中取取出的正长岩岩岩饼，岩饼饼的厚度与岩岩饼直径大体体保持一定的的比值(该岩岩饼比值约为为O．257—0．269)，亦即即直径相同者者其厚度大致致相近。岩饼饼略呈椭圆形形、微微上凹凹，凹槽轴与与长轴一致。。破裂面新鲜鲜，可见沿长长轴方向的剪剪切擦痕和与与擦痕方向大大体正交的拉拉裂坎。上述述迹象表明，，岩饼是沿长长轴方向剪切切破裂的产物物，该方向代代表钻进中岩岩心柱最大的的侧向回弹膨膨胀方向，也也相当于最大大主压应力方方向；研究表表明，该方向向与河谷近于于正交(参见见9．2)。。钻进中岩心柱柱的受力状况况，可用图3—34加以以说明。如图图所示，切出出的岩柱由于于受根部x——x受限面的的约束而不能能充分回弹，，其回弹的充充分程度随距距受限面高度度A而增大。。这种差异回回弹使受限面面上产生残余余剪应力τ，，其值视切出出的岩柱中被被约束而末释释放的回弹力力之大小而定定。根据弹性性力学森维南南原理，受限限面只能在一一个局部范围围内约束岩柱柱的回弹，超超过某一临界界高度h0的部份则已充充分回弹，所所以沿岩柱短短轴方向中垂垂面上法向残残余压应力与与受限面上残残余剪应力两两者可有如图图3—34(b)所示变变化图式。由图可见，当当切出的岩柱柱所达到的高高度已足以使使岩柱边缘的的最大剪应力力达到以致超超过岩石的抗抗剪强度，则则岩柱沿受限限面被迅速剪剪断，所以在在一定的地应应力环境中，，同类岩石的的岩饼，其厚厚度与直径的的比值十分相相近。根据以上分析析可知，在高高地应力区的的河谷下切或或人工开挖过过程中，特别别当地区最大大主压应力方方向与谷按近近于正交时，，由于坡脚根根部受限面上上下岩体的差差异回弹，也也可于坡脚一一带造成平缓缓的剪裂面(图3—29中9)。当当岩体中含有有平缓的软弱弱面时，这种种现象就更易易发生(图3—29中l0)。3.3.3卸卸荷造成变形形破裂的空间间组合模式根据以上分析析，以河谷区区为例，河谷谷形态和地质质条件不同，，卸荷造成的的变形破裂的的发育状况和和空间组合形形式也各异。。例如平缓层层状岩体组成成的宽谷区，，一般情况下下可具有如图图3—36(a)所示的的发育状况，，当侧向地应应力(σy)较高时，往往往造成谷底隆起，甚至形成“空洞”，是这类地区区影响坝基稳稳定性和渗漏漏条件的重要要因素；而高高山峡谷区，，发育状况可可有图3—36(b)所所示形式，当当侧向地应力力较高时，坡坡脚谷底一带带坚硬完整的的岩石中可形形成一高强应应力集中带，，积存很高的的弹性应变能。3．4岩岩体在动荷载载条件下的变变形与破坏3．4．1动动荷载下下岩体的应力力状态动荷载来源于于天然地震、、诱发地震、、化爆、核爆爆以及机械振振动等。动荷载在岩体体中造成的动动应力，实质质上是在岩体体中传播的一一种应力波(stresswave)，它的的传播方式与与发震方式有有关。地层或爆破给给岩体以突然然的初始位移移，使岩石受受冲击而发生生反常应力，，岩体以其本本身的震动特特征来决定这这种应力波的的传播方式。。由于岩体存存在有阻尼，，因此激发产产生的震动终终会消失[固固3—37(a)]。机械振动通常常是连续作用用的，并且作作用力本身具具有特定的振振动特征，它它对岩体产生生的动应力称称为干扰力。。应力波以强强迫振动方式式传播[图3—37(b)]，岩体体的最终稳定定运动频率和和外加干扰力力的频率一致致。3.4.2岩岩体结构构特征对应力力波传播的影影响应力波在穿过过某些地质界界面时，由于于两侧介质特特性的差异，，特产生反射射波，因此在在界面造成反反射波应力(σr)和透射波应应力(σt）它们与入射射波应力(σσ1)之间有如下下关系：σt＝2σ1/（1＋n））（（3－29））σr＝σ1（1－n）/（1+n)（（3－30））式中：n＝（（ρ1E1/ρ2E2）1/2=ρ1Vp1/ρ2Vp2ρ1、ρ2、E1、E2、VP1、VP2,岩体的密度、、弹模和P波波传播速度。。应力波的上述述反射机制，，使得在各类类结构面附近近出现了复杂杂的动应力分分异效应。根根据上述公式式，可概括以以下几种在岩岩体稳定性评评价中极为重重要的动应力力分异情况。。(1)当应力力波从相对坚坚硬的岩体传传入较软弱的的岩层中，亦亦即E1>E2时，由于于n>1，此此时产生的反反射波为拉伸伸波，则将在在界面处产生生拉应力，并并且两介质的的E值相差愈愈大，拉应力力值愈高。显显然，这种情情况对岩体的的稳定性是很很不利的。科科茨曾指出，，爆炸在靠近近自由面的岩岩石内发生时时，在自由面面附近出现的的逐层剥落现现象，即是发发射波应力的的后果。应该该指出，裂隙隙面、尤其是是有一定张开开度的或被充充填的裂隙，，其本身就是是介质特性突突变部位，也也将产生反射射波应力，促促进其被拉裂裂。(2)应力波波穿过软弱夹夹层或断层破破碎带时，由由于应力波的的反射机制和和低强度岩石石吸收了大量量的能量，所所以这些软弱弱带成为一个个阻挡动应力力的屏障，它它使传入其后后的动应力显显著削弱(图图3—38)。3.4.3动动荷载作用下下岩体变形破破坏特征动荷载作用下下岩体处于反反复的瞬时加加荷和卸荷状状态，变形破破坏表现为两两种状态的综综合结果。3.4.3.1变形形破坏的分布布规律在爆破动应力力作用下，爆爆破中心附近近岩石的变形形表现出一定定的分布规律律。以点源爆爆破为例，其其周围岩石变变形破坏规律律如图3－39所示。爆爆心一带岩石石承受巨大的的径向压力，，并出现巨大大压缩使之形形成切向压力力，岩石遭受受挤压剪断破破坏，破碎成成碎许或岩粉粉（图3--39a区））。外围区径径向压力衰减减，径向压缩缩变小，切向向压力也降低低或消失，可可产生径向压压致拉裂裂隙隙（图3－39b、c区区）并由于压压力波的反射射机制，可造造成环绕爆破破中心的环向向张裂隙(图图3—39b区)，但分分布范围较径径向裂隙小。。3.4.3.2动应力效应岩体稳定性评评价中更为关关注的是动应应力的参与对对岩体(稳定定性的影响，，应注意以下下两方面效应应。1.触发效效应触发效应可表表现为两方面面：(1)如前所所述，应力场场可在裂隙或或软弱夹层中中产生反射应应力波，造成成瞬时拉应力力。因而当岩岩体中某些软软弱结构面本本身巳具有或或储有足够的的剪切应变能能时，应力波波(如地震或或爆破引起的的震动)的介介入则有可能能促进这些结结构面发生破破裂，如岩体体稳定性已接接近临界状态态，或某一控控制画已近于于贯通，由于于震动可使岩岩体突然受荷荷而丧失稳定定，导致破坏坏突然发生，，这种现象在在斜坡岩体的的变形破坏中中尤为突出(参见图9一一15)。(2)某些对对震动特别敏敏感的岩体或或土体，如饱饱水的碎裂岩岩体、松散岩岩体，饱水的的疏松砂土、、敏感粘土等等，在动应力力作用下可因因骨架的迅速速变形造成空空隙水压力的的突然变化，，从而导致岩岩体失稳，崩崩溃或土体液液化(见第七七章)等。2.累积效效应岩体若在地震震力的某一作作用方向出现现剪切失稳，，由于作用时时间短暂，它它可能造成一一次跃变剪切切位移而并不不破坏，但多多次位移的累累积，如果使使剪切面中某某些锁固段被被突破，或越越过某些凸起起体，造成抗抗剪强度显著著削弱，则有有可能导致最最终破坏。因因此，必须具具体确定动应应力作用下的的上述累积效效应，才能正正确判定岩体体变形破坏的的可能性(见见第九章)3.5岩岩体变形破坏坏过程中的时时间效应岩体变形破坏坏过程中的时时间效应表现现为两方面：：其一，在应应力恒定的情情况下岩石变变形随时间而而发展，称为为蠕变(creep)；；其二，庄变变形恒定的情情况下岩石内内应力随时间间而降低，称称为松弛(relaxation)。岩体的蠕变是是一种十分普普遍的现象，，在天然斜坡坡、人工边坡坡、地下洞室室围岩中可直直接观测到。。岩体因加荷荷速率、变形形速率不同所所表现的不同同变形破裂性性状，岩体的的累进性破坏坏机制和剪切切粘滑机制等等，也都与时时间效应有关关。研究证明，坚坚硬岩石即使使在低应力的的长期持续作作用下，也会会像流体那样样具有粘滞流流动的性质，，因而提出了了伯格斯模(Burgersmodel)。。它由马克斯斯韦尔模型与与凯尔文模型型串联而成(图3—41(a)]，，属复合粘弹弹性模型，用用来表示较坚坚硬岩石的流流变特征．其其蠕变应变εεT表示为：（3－31））式中：E1、、E2和η1、η2分别代表被串串联的马克斯斯韦尔尔和凯尔文文两模型中的的弹性模量和和粘滞系数。。蠕变参数根根据试验求得得。坚硬岩石的上上述性能已为为室内模拟试试验和大量野野外调查资料料所证实(详详见第九章)。伯格斯模型的的应变是没有有极限的，作作为一种复合合粘弹性模型型，它的应变变将无限制地地作粘性流动动，不反映何何时屈服，因因而不能全面面地表示岩石石介质的性能能。实践证明明岩石介质粘粘弹性流动到到一定程度以以后，或应力力超过某一屈屈服值(σy)，将进入塑塑性状态。宾宾汉姆(Bingham)模型考虑虑了这一情况况，建立了由由弹性、粘性性和塑性三个个元件组成的的弹-粘塑性性模型。西原模模型将宾汉姆姆模型与凯尔尔文模型串联联起来，表示示了岩石介质质弹性、粘弹弹性和粘塑性性三方面特征征(图3—41(b))，蠕变应变变表示为：σ≤σy时（（3－32）σ＞σy时（（3－33）更为完善的介介质流变模型型仍在探索中中．朗格(Langer)在第四届届国际岩石力力学大会的流流变学综合报报告中指出，，经过修正的的索弗尔德-斯科特-布布内尔介质流流变本构模型型，是当前最最具普遍性模模型[图3——41(c)]。由以上分析可可见，当σ>σy时，岩石实际际表现为塑性性流动．岩体体中由于软岩岩的塑性流动动而产生的现现象是相当普普遍的，即使使表层岩体在在重力场作用用下，也会发发生塑流。图图3－42所所示河谷谷底底所见“鼓起起”现象即是是典型例证，，它们都是由由于河谷下切切卸荷，两岸岸下伏的粘图3－42下下伏粘土土或软岩塑流流造成河床““鼓起”的实实例（a）英格兰兰布桑溪河谷谷底里阿斯粘粘土的“鼓起起”（据Hollingworth等，1944）①－粘粘土；②－砂砂岩；③－粘粘土；④－石石灰岩；⑤－－粘土；⑥－－页岩；⑦－－冰碛层（b）卢西兰河河床中泥质页页岩的挤出（（据查鲁巴，，1956））①－早白垩垩纪泥质页岩岩；②－方沸沸粗玄岩；③③－板岩；④④－河床中扰扰动的页岩土或泥质页岩岩在上覆岩层层重力压缩下下，向河谷长长期缓慢塑性性流动所造成成，软岩的塑塑流和“鼓起起”使上覆岩岩体发生弯曲曲、下陷或断断裂。3.5.2岩岩体的累累进性破坏和和加速蠕变前述分析已指指出，岩体承承受的应力一一旦超过了它它的长期强度度，则将进入入累进性破坏坏阶段，它相相当子岩体的的加速蠕变阶阶段。岩石的蠕变试试验曲线(图图3－43)表明，仅当当荷载达到或或超过某临界界值(相当岩岩石的长期强强度)的情况况下，岩石的的蠕变才有可可能在经厉了了前两阶段以以后，继续进进入加速蠕变变阶段，并最最终导致破坏坏。试验还证证明，岩石的的应变速率c随荷载增高高而增大[图图3－43(b)]，同同时加速蠕变变达到最终破破坏所经历的的时间也随之之缩短。图3－43砂砂岩梁梁弯曲蠕变试试验关系曲线线在岩体稳定性性分析中，对对岩体变形破破坏作时、空空预测时，需需要判定岩体体进入累进性性破坏的临界界应力状态，，也需要判定定不同条件下下累进性破坏坏发展为最终终破坏所需要要经历的时间间，这是一项项十分重要的的工作，但迄迄今为止尚无无成熟的经验验和方法，有有待于进一步步研究。为确定岩体的的长期强度，，显然不仅要要考虑岩体可可能的破坏方方式，并且也也要考虑岩体体结构特征对对局部应力集集中效应的有有利程度。例例如结构面的的连续率愈高高，其中局部部的非连续部部位的应力集集中程度也将将愈高。因而而某些规范中中经验规定当当连续率大于于5O％时，，结构面的抗抗剪强度则不不宜再考虑其其非连续部位位岩石的内聚聚力。又如结结构面上不同同等级的起伏伏[参见图3－15(b)]也应分分别对待。凸凸起体愈窄小小、起伏角愈愈大、分布愈愈不均匀，应应力的局部集集中程度也愈愈高．因而在在稳定性分析析中只能考虑虑那些宽厚、、平缓且分布布又较均匀的的起伏所能增增高的那部分分抗剪强度。。同时，还必必须考虑岩抗抗风化和抵抗抗地下水等外外营力作用的的能力，这些些作用降低了了岩体的强度度，促进累进进性破坏的发发生和进展。。在实际工作中中可以根据岩岩体动态长观观资料来预测测岩体的变形形破坏，例如如地下洞室围围岩变性形长长现资料、边边破位移长观观资料等。图图3－44所所示为某露天天采矿边坡的的位移－时间间曲线图，根根据1969年1月13日以前所测测得的资料，，初步判定边边坡岩体于10月底至11月初进入入加速蠕变阶阶段，并且根根据曲线A的的延伸情况成成功地预测到到边坡于l969年2月月18日发生生破坏。3.5.3岩岩体变形形破坏与应变变速率的关系系根据岩石的流流变模型可以以进一步讨论论岩体应变速速率与其变形形破坏的关系系。为简便起起见，以上述述模型中含有有底马克斯韦韦尔模型为例例进行讨论．．其蠕变应变变表达式为：：（（3－34）则应变速率C表示为：（3－35））由上式可见：：当C＝时时，，＝＝0，，亦即＝＝0，，σ为常值，，也就是说此时时岩体内的应应力保持不变变；当C<σ/ηη时，σ<o，则岩件内内的应力有随随时间递减的的趋势，亦即即应力松弛；；当C>σ/η时，σσ>o，则岩岩体内的应力力有随时间递递增的趋势，，直到达到的的应力值与应应变速率C相相适应时为止止。由上可见，岩岩体变形过程程中存在着一一个临界应变变速率(C0，如花岗岩，，根据伊藤等等的试验，C0为(10-14－10-13）/s），从从这一概念出出发，可得出出以下两点重重要认识：(1)当岩体体的实际应变变速率低于临临界值C0时，岩体在受受力的初随应应变的增大发发生应力积累累。但当应力力增大到—定定程度以后，，应力也就不不再升高，继继之以随时间间增长的流变变，岩体不分分进入加速蠕蠕变阶段。相相反，当C等等干或大干C0时，岩体变形形进展必将进进入加速蠕变变阶段，岩体体内应力不断断积累，则可可能最终导致致岩体破坏。。(2)当应变速速率因某种原原因转为递减减趋势或降为为零时，岩体体内已积累的的应力将随时时间而松弛。。例如当式3－5中C＝0时，则则有或两侧积分得：：式中：σ0为岩体内初始始应力。积分分后得：也就式说，岩岩体中的应力力降为初始应应力的1／2.718所所需的时t＝＝η/E，该该时间称之为为松弛期(relaxationtime)，以T表表示。以灰岩岩为例，设粘粘滞系数？泊泊，弹性模量量E＝6.5×109N／cm2，则松弛期T约等于3200年。所所以，一些研研究者认为地地壳表层高地地应力区通常常总是和近期期构造变动有有关。在实际工作中中，可以应用用地貌第四纪纪分析或设立立变形精测装装置来估算或或测定沿断裂裂面、滑移面面的历史的或或现时的应变变速率，据此此时岩体变形形破坏进行预预报。这种预预报方法不需需要了解变形形随时间的变变化趋势，因因而它能更早早地预见岩体体变形破坏所所处发展阶段段和发展趋势势。故：（（3－36）当当t=η/E时，则(3-37)式中：α为常常数；P1为单位时间内内测得的被嵌嵌入物的抗嵌嵌入强度。由于凸起体嵌嵌入面积随时时间而增大，，所以，无论论是剪断凸起起体、还是在在接触面中犁犁槽，结构面面的抗剪阻力力都有所增高高，因而可以以想象，结构构面的静摩擦擦系数fs也将因嵌入蠕蠕变的进展而而有所增高，，两者之间的的关系可定量量表示为：(3-38)式：fs为单单位接触面时时间的摩擦系系数。这就意味着嵌嵌入蠕变时间间增长，结构构面静摩擦与与动摩擦之间间的差值增大大，因而粘滑滑发生时能释释放出更大的的能量。由上还可推论论，在滑动中中凸起体嵌入入的面积A以以及与此相关关的动摩擦系系数fk与滑动的速度度（V）有关关，滑动速度度愈快，接触触嵌入的时间间也愈短暂，，所以A和fk两者均随速度度的增大而降降低，可以下下列关系式表表示：(3-39)(3-40)式中：β为取取决于常数αα和凸起体形形状的常数;fk相当于于S/P1(S为嵌入体体抗剪强度））由上述关系式式可见，仅当当滑动速度保保持不变时，，A和fk才为常值．据以上试验和和分析，可得得出两点结论论：(1)按运动动特征，沿结结构面的滑移移有稳滑与粘粘滑两种基本本类型，稳滑滑状态的产生生条件不仅与与结构面特怔怔有关(如结结构面较为平平坦或夹由足足够厚的夹泥泥等)，并且且还必须与不不同断的匀速速运动相累．．世界著名的的美国圣安德德烈斯大断层层的某些段是是自然界宏观观稳滑断裂的的极好实例。。据研究和观观测，该断层层中平直段，，断层帖土充充填物的分布布可选12km深．并且且一直保持着着平均约3cm／s左右右的滑动速率率．可以想见见，任伺处于于稳滑状态的的断裂面，都都会因滑动速速率的陡然增增、减而引起起粘滑或孕育育着断的粘滑滑.(2)粘滑时释释放的能量的大大小不但与不同同的粘滑机制有有关，对于某一一特定的剪切滑滑移面而言，停停止活动承受法法向应力的时间间愈长则粘滑时时释放的舵量也也就愈高．以上两点对于分分析地震的发震震机制，以及阐阐明岩体失稳时时滑动的动力特特征，都具有十十分重要的意义义，3.6空隙水水压力在岩体变变形破坏中的作作用地下水普遍赋存存于岩体之中，，它与岩体间的的相互作用主要要可归为两个方方画：一是地下下水与岩体间发发生机械的、物物理的或化学的的相互作用．使使岩体和地下水水的性质或状态态发生不断的变变化，二是地下下水与岩体间发发生的力学方面面的相互作朋．．它不断地改变变着作用双方的的力学状态和特特性．AB面上的应力力可用图3－45（c）的莫莫尔圆表示。由由该图可见，空空隙水压力的作作用使整个莫尔尔圆向左侧移动动，AB面上有有效正应力（s）降低，等于总总正应力（）减去空隙水压压力（pw），即：s＝－pw由于空隙水压力力垂直作用于结结构面，因此它它对剪应力不发发生影响，即：：s＝这样，干燥岩体体AB平面上的的抗剪强度：S＝tg＋c而含空隙水时，，AB平面上的的抗剪强度：：S＝（－pw)tg+c(3-41)上述关系表明，，由于空隙水压压力的作用，岩岩体强度降低了了pwtg，结构面也将因因此而张开，引引起岩体变形。。一旦因空隙水水压力增大使结结构面的抗剪强强度降至与剪应应力相等时（s=），则将引起岩岩石破坏。上述有效应力原原理在应用于仅仅含有空隙的岩岩石材料时，由由于空隙水压力力仅存于其间的的孔隙之中，因此此需要考虑孔隙隙水压力作用的的有效面积系数数η，其物理意意义如图3－46所示。因而而岩石材料中的的有效正应力和和抗剪强度为：：（（3－42）（（3－43）对于不同的岩石石材料，由于孔孔隙度的不同，，η值可变化于于0－1之间，，可由试验测定定，也可按吉尔尔茨马（Ceertsma））的关系式进行行计算，即：（3－44）式中：Bc为岩岩体的体积弹性性模量，B为岩岩体的体积弹性性模量，且（3－45）E和分别为岩体在在无孔隙水压力力作用时外力作作用下的弹性模模量和泊松比。。按3－44式计计算，混凝土的的值大约为0.84，与试试验结