工程地质学基础讲义第二章岩体力学

第二章岩体力学第一节岩石的工程地质性质几个概念：岩石：是由具有一定结构构造的矿物（含结晶和非结晶）集合体组成。岩块：是指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。岩体：由岩块和结构面组成。岩石与土的主要区别：1.岩石矿物颗粒间具有更为牢固的连接；2.岩体存在结构面；3.岩体具有高地应力。岩石的物理性质岩石的密度：颗粒密度块体密度：干密度、天然密度和饱和密度。空隙性：岩石孔隙性和裂隙性的统称，用空隙率表示。总空隙率、总开空隙率、大开空隙率、小开空隙率和闭空隙率。岩石的吸水性：岩石在一定试验条件下吸收水分的能力。岩石的吸水率：指岩石试件在一个大气压和室温条件下自由吸入水的质量与试件干质量之比。岩石的饱和吸水率：是指岩石试件在高压（一般为15MPa）或真空条件下吸入水的质量与岩样干质量之比。饱水系数：吸水率与饱和吸水率之比。反映岩石中大、小空隙的相对比例关系。岩石的软化性：岩石浸水后强度降低的性质。岩石的软化性取决于它的矿物组成及空隙性。软化系数为饱和抗压强度与干燥抗压强度之比。当软化系数大于0.75时，软化性弱，同时也说明岩石的抗冻性和抗风化能力强；反之亦反。岩石的抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的性质。岩石的抗冻性常用抗冻系数和质量损失率两个指标表示。抗冻系数是指岩石冻融实验后干抗压强度与冻融前抗压强度之比，以百分数表示。质量损失率是指冻融前后岩样干质量之差与冻融前干质量之比，以百分数表示。当抗冻系数大于75%，质量损失率小于2%时，认为岩石抗冻性好；吸水率小于5%，软化系数大于0.75以及饱水系数小于0.8的岩石，具有足够的抗冻能力。岩石勾的透耐水性声：岩鱼石能梦被水柜透过息的性启质，词用渗忌透系尤数表弊示。放它的努大小简取决砍于空孩隙的续数量蓝、大仿小、蓝方向淹和连箩通情味况。岩石碌的力根学性恭质岩石栋在外驰力作悟用下鸽所变里现出惩来的榜性质近，这斑里主特要研废究变耽形、戏破坏误及其率强度搂。单轴势受压筑下岩秃石的号变形论与强姿度岩石后单轴妄受压首应力购应变担曲线Ⅰ孔隙槽裂隙钟压密掌阶段舍；Ⅲ微破筒裂稳漂定发筋展阶蛾段；Ⅴ破坏梁后阶扔段Ⅱ弹性脖变形附；Ⅳ非稳蛾定破旱裂发嫩展阶暖段；根据摆美国赶学者辛米勒章（19汤65）对28种岩爹石的下试验料成果貌，可肺以将凭岩块轿峰值愁前应格力-轴向积应变撕曲线查分为6类。玄武斑岩盐岩片岩片麻句岩花岗抚岩灰岩岩石看的变给形参炒数变形因模量敏：指嗽岩石该在单唇向受劲压时裁，轴港向压燥力与蓄轴向述应变窃之比戏，当蹦岩石精变形鸭为弹熟性变朗形时况，应掘力应烘变曲筋线为丧一直方线，帮该模集量为汗弹性窝模量号，数画值等练于直睁线斜变率。初始磁模量切线护模量割线颈模量泊松储比：民岩石稳单向乎受压蔬时，杆横向凤应变总与轴纹向应字变之赔比。劣在实泽际工退作中抖常采管用抗优压强徐度50尚%处的闯横向刮应变形与轴抓向应愧变之逢比计等算泊逢松比行。岩石仅的变银形模伐量和据泊松守比往茂往具呈有各成向异膜性，丹当平胜行于脚微结懒构面好加载岂时，好变形伍模量问最大赶；当染垂直剖于微扩结构该面的拥变形敏模量槽最小黄。循环匀荷载变条件筐下岩厦石变女形特参征在弹既性极沉限以断内卸捐荷在弹首性极喜限以朋外卸砍荷反复鬼加载讨卸载右应力赤应变北曲线单向找受力麦条件董下的想岩石伍强度岩石茫的强迅度主落要包挠括抗渣压、咬抗拉落和剪栽切强第度。抗压鱼强度犁：岩借石单禽向受补压时吃，能篮够承艰受的前最大驶压应款力，凳称为命单轴质抗压沿强度男，简杆称抗读压强拾度。影响恒岩石尊抗压赖强度烈的因阴素：1.岩石野本身叹的因表素，觉如矿吩物组法成、倍结构玻构造昨、风惹化程停度及杜含水肝状态伞等；2.试验蔽条件促，如嚼试件拔形状橡、大航小、地高径抢比及掠加工冻精度刺、加介荷速云率等浪。抗拉黎强度越：岩垮石试尽件单苹向受前拉时绝，能赞承受兵的最态大拉腾应力治，称层为岩对石的墓抗拉诸强度服。影响响岩石厚抗拉售强度荣的因弄素与暴抗压堂强度瓜影响畅因素焦相同炼，但劳其控真制作资用的企因素纤是岩榆石的仰结构兰，特丈别是菜空隙宜性的摔影响廉尤为棵严重榴。岩石环的抗摘拉强额度远怎小于在其抗监压强锦度。岩石煎的剪靠切强够度：滴受剪唱力作莫用时伶抵抗挑剪切欧破坏督的最居大剪踏应力绑，称哭为剪调切强塘度。抗剪矩断强盆度：压指在冲一定欺的法宴向应吴力作失用下欠，沿剩预定栽剪切冲面剪洲断时务的最伶大剪烈应力悟。它澡反映漏了岩典石的皆内聚养力和冰内摩锯擦阻榆力。抗剪嫂强度谦：指崇在一撞定的殊法向辜应力亿作用时下，躲沿已奖有破再裂面明再次骑剪坏蛙时的焰最大欣剪应绩力。消它反牌映了耍岩石咬中微绍结构旬面（笛裂隙观、层崭理等具）或拨人工歇破裂义面上借的摩跑擦阻糠力。抗切卖强度痛：指爪法向少应力倍为零猪时，蚁沿预算定剪那切面尘剪断阻时的沟最大违剪应祸力。暮它反逗映了岛岩石丸的内府聚力帆。三向懒应力温下岩覆石的辩变形丛与强拉度三轴踢应力纹下岩稠石的园变形如与强赠度测哭试：真三偶轴或芬不等遣压三浪轴：>必>盗>痰0假三游轴：>飞=拍>拐0三轴户压缩影试验径可以资得出榴：（1）不哲同围牙压境下三挨轴压搜缩强田度颠；（2）强厚度包桃络线印及剪搅切强屈度参串数；敲（3）压桐力差宝（酿）-轴向俗应变撑曲线喊和变授形模遍量。蹲根据软这些宴成果脂可以迎分析刻岩块膛在三档轴压翠缩条凭件下夫的变鞋形与查强度农性质川。三轴甩压缩否强度洪：试山件在锯三向及压力暴下能笋抵抗母的最匪大轴匀向应兄力，慨称为蹄岩块趟的三降轴压妈缩强看度。屡通过是三轴抹压缩征试验干可以窄得到恩相应寨围压术的三植轴压投缩强遮度、副剪切树强度粘参数转、单逐轴抗挣拉强坦度。围压洒对岩股块变趋形破薪坏的仇影响追：岩石荷破坏恨前的中应变物随围渐压增劈燕大而酬增加俱；岩石特逐渐善由脆盆性转它为延绸性；对变弦形模胳量的尘影响齐；总退体说泽来，洽变形幕模量兽和泊底松比也随着需围压抽增大厨都有瓦一定达程度尘的增呼加。围压车对岩烂石强趣度的埋影响岩石塌的三间轴压源缩强纹度颈均莲随围膝压拨的增袍加而缸增大券，但惩是踪蝶的诉增加川速率椅小于滚的增签加速诞率，建即两拾者呈谣非线可性关裙系。当围认压为球零或静者很蕉低时拖，应辨力达赏到峰鸟值后反曲线旨迅速串下降卡至接勾近零阳，岩捏块残倚余强点度很垮低，防随着虎围压爷增大顾，其往残余侮强度策也逐虹渐增煮大，次直到弓产生壮应变艺硬化桨。岩石馒的蠕涛变特制性岩石辅的蠕术变：齿岩石趣在大想小和焦方向队不变另的外偿力作或用下敲，变选形量跨随时毯间延甜续而买不断俭增长邮的现泳象。岩石屋的典捧型蠕塌变曲随线页岩膊、砂健岩和恋花岗盏岩在10豪MP页a压力晌下蠕劫变曲贫线第二埋节损岩体赞的工章程地穴质性覆质及摩岩体堂工程筐分类岩体静包括源结构强面和杨结构栗体两捉个部咳分。结构掉面的蛮类型衔：原斤生结策构面堤、构鹿造结因构面穷和次常生结移构面引。不喉同的摩结构睁面成策因不觉同，述工程幸地质纠特性曾也不系相同吐。结构沿面特掀征及萝其对伐岩体鼻力学恢性质琴的影洲响：结构杀面产爱状；结构盖面连许续性扣；结构日面密处度；结构役面形产态；结构但面张味开度猴；结构辛面冲舟填胶痰结程吩度；结构淋面的锣规模烈及分沿级；结构芝面分撒级及瞒特征按结斧构面匀的延骂伸长蛋度、算切割盐深度收、破伤碎带拔宽度羡及其龙力学融效应情，将央其分为5级：I级：污指大牌断层锈或区北域性康断层如，一扎般延摘伸约蔑数公巴里至旨数十之公里霉以上诱，破碎指带宽痕度约贿数米辆至数盘百米谦以上娘。如齿郯庐挑大断贸裂。П级：盯指延嚷伸长萍而宽菜度不披大的炎区域遮性地准质界搏面，呼如较天大的吨断层烧、层间错既动、宵不整得合面胜及原洗生软饭弱夹江层等蜡。长剑度一方般数朋百米米至数壁千米定，破碎伟带宽言度数钟十厘番米至清数米图。如咽西南掉区煤晚系地科层。Ш级：资指长袋度数薪十米攀至数粪百米维的断描层、滴区域象性节经理、锹延伸酸较好筹的层面及栗层间保错动喷等。哀宽度悄一般焦数厘价米至1米。薄如房紧山岩测体区幸域性血节理柱。Ⅳ级：换指延仁展性肝较差趴的节以理、恨层面威、次庆生裂冠隙、予小断泛层及渴较发次育的片理千、劈扰理面谅等。例一般沃长度腰为数疗十厘队米至20值-3贴0米，鞠宽度谨数厘著米至十几告厘米揭。如小卸荷膨裂隙半。Ⅴ级：嘱微结猾构面缩慧。指茅隐节陡理、电微层长面、姻微裂喂隙及节不发糠育的扮片理斜、劈理状等。结构持体：故被结评构面戚切割证成的清岩石奏块体把。结构镰体分涛级，含可以家分为4级，负不同价级别候的结下构面母所切使割围劣限的砖岩石基块体孝（结炮构体培）的捞规模风是不连同的蓬。结局构体乎一般杀分为4级。Ⅳ级结捕构面猜切割伞的Ⅳ结构斥体称扇为岩屋块，设其内养部还删有微鞠裂隙才、隐键节理搭等Ⅴ级结赢构面洲。岩体吉结构碗：岩饥体中践结构闹面和酸结构棒体的搅成因绞、特怜征、兔及其喉排列法组合策关系拉。岩体淹结构眼类型岩体孟结构涉控制铁论岩体盛的应只力传颜播、秆变形隔破坏移以及热岩体锐力学疲介质虏属性巴无不育受控斥于岩蛾体结松构。掉岩体纷结构断对工马程岩晕体的主控制外作用兔主要调表现芝在三贺方面浑：应力狗传播疯特征岩体过的变育形与升破坏雁特征工程禾岩体尼的稳眉定性不同个结构梢岩体畏的变补形破佣坏方荣式结构红面的馅变形陡与强算度性痕质结构骄面的妙法向泪变形行特征法向牧刚度报：法慎向应厨力作肃用下移，结担构面喷产生顽单位穷法向警变形刻所需娱要的玩应力危，数拼值上捉等于某一留点的侧切线机斜率前。切向忽变形胖特征走：结构亡面切越向刚吐度结构鸦面的悼强度跪，这亡里重司点研尽究其喷抗剪蛮强度遣。结构亿面的会抗剪哈强度耀主要森受结粮构面穷的形裂态、斜连续楚性、船胶结袍填充遗特征抓、壁滴岩性返质、从次生腥变化微和受产力历诞史等陆因素诵的影清响。根据率结构锣面的税形态家、填押充情颂况及愁连续丽性特杨征，祝将其脂划分驾为：疗平直雷无填欺充的蒸结构怎面、呜粗糙尖起伏地无填架充的歉结构森面、找非贯味通连蚁续的扬结构薪面和肝具有勤填充纺物的顽软弱史结构仅面。平直震无填罩充的煮结构符面：惊特点汉是面俘平直凝、光鼓滑，没只有债微弱绍的风揪化。粗糙日起伏尽无填涌充的哪结构蝴面：屡具有兵明显昂的粗头糙度尤，是坦影响感结构斩面剪茶切强久度的全一个革重要义因素紫。当法忌向应乱力较角低：当法滴向应蔑力足鲜够大牢时：规则搂锯齿独形结拼构面不规仿则起米伏结家构面JR伍C-结构叮面的赏粗糙斧度系枣数；JC削S-结构繁面的茎壁岩因强度愁；-结构镜面的氧基本钥摩擦通角，法等于树结构初面壁岩赏平直虾表面朗的摩睡擦角非连埋续贯灯通的妈结构岩面裂隙萍面的防粘聚粘力和样摩擦犬角；岩石巷粘聚级力和尊摩擦此角；结构岭面的巴线连祖续性少系数搏。具有蒙填充巴物的饭软弱狠结构常面曲线Ⅰ为粘江粒含浪量较惧高的箭泥化衰夹层选的剪毛切曲代线，祝而曲窝线Ⅱ-卡Ⅴ的粗潜碎屑映成分及逐渐雅增加推。岩体利的变讽形研究判岩体绕变形坝的意剩义：1.防止彻岩体嘉各部耍分形妙变差村过大篮而在种建筑盖物结效构中愈产生尾附加甩应力污；2.岩体脏形变磨量过其大导还致建抽筑物竹形变务量过宽大。岩体溪的形制变是央岩块涝材料看变形机和结芒构变远形的镰总和识，而益结构哀变形稻通常虏包括落结构掌面闭果合、汇填充蛾物压鸭密、必结构解体转浅动和速滑动炸等变轨形，斤一般萄情况剑下，喘岩体双的结营构变闹形起越着控衬制作厨用。岩体省变形写参数鼻的测何定方较法：一般目采用疫原位疾测试顾：承喊压板妇法、祥钻孔宣变形努法、甚狭缝集法、材声波苏法和厦地震舞波法笑。节理深化岩堪体变影形参唇数的致估算穷：比尼唤卫斯驾基：Se榴ra床fi粪m和Pe袋re兄ir唇a：RM源R≤55RM煌R>卸55岩体饮的强室度性芽质岩体免的剪开切强丢度原位家岩体乌剪切麻试验岩体兴的压扁缩强悟度估饿算：利用害单结裹构面望理论先估算生岩体沫强度速：Ho限ek和Br虎ow齿n根据梦岩体疑性质擦的理最论与架实践岗经验乌，依右据试拌验资河料导贝出了成裂隙楚岩体环的强开度方淹程。第三蚀节稳岩体仰的工忧程分名类岩体工的工爬程分赏类是线工程橡地质响学中座一个刷重要框的研奥究课肥题。暂它是诱通过窜岩体制一些筹简单帖和易但实测晴的指制标，遣把工扯程地匠质条愿件与题岩体弱力学执性质卫联系扰起来拦进行职归类栋。并朱对各姻类岩录体质最量、偶工程保建筑扶条件锁予以浓定性扑或定枯量的袋评价懂，给回人们求质量辱好坏刑的改奋良，今为工告程设让计和遥施工纷提供硬地质呀依据睡。RQ拐D分类RQ杏D值：们大于10百cm的岩挨芯累帆计长恢度与是钻孔土进尺川长度侄之比唐的百轻分数版。RQ壁D分类抚没有协考虑偶岩体榴中结激构面荐性质先的影惩响，鼓也没或有考姑虑岩必块性醉质的牲影响农及这杜些因牵素的鼓综合订效应润。RM破R分类由岩议块强泽度、RQ愁D值、笨节理菌间距蝴、节柿理条投件及芳地下救水5类参征数组除成。Q分类式中6个参地数的拢组合鞭，反厦映了闻岩体报质量书的3个方范面，犹即岩协体的撇完整凝性；鼠结构溪面（膜节理读）的吐形态宴、填桥充物漫特征险及其狸次生化变化姻程度睁；水甚与其锅他应晋力存鹿在时刻对岩私体质扮量的尚影响海。BQ法国标《工程恰岩体辱分级蒸标准》（GB瞧50漠21共8-觉94）提无出二嫂级分更级法寸，先鸽按岩鞋体的妨基本快质量运指标BQ进行溪初步愧分级嚼；然悉后考楼虑其肢他影区响因皆素对BQ进行蒙修正削，再件按修修正后似的[B筛Q]进行搂详细召分级堆。工程竹岩体替分类净的具袍体应瞒用工程检岩体乏分类等广泛动应用康于岩混体参枪数估兵算、奇稳定盖性评尾价及掉其加复固与蹄支护胆。例子愿：某倒隧道剩位于扑地下20塌0m处的扁泥岩群中，伍岩体弹内发孤育有3组主嘉要结艇构面筒：第谋一组骗结构谋面为准层面作，其跨特点灯为强烂风化东，表盾面较被为粗刑糙，己产状砖为18谈0°慨∠1稳0°，该倘组节孩理条悔件评纸分为15；第晒二组府结构蜡面为以节面因，其薯特点阳为中社等风圣化，摇表面坡较粗亿糙，蓄产状吴为18障5°车∠疮75坟°，该蹈组节畜理条咐件评个分为21，第疯三组坚结构布面为醉节理批