岩石力学-第三章01

2024/1/171《岩石力学》第三章岩体的力学性质3.1岩体结构面的力学性质3.1.1概念结构面天然岩体中往往具有明显的地质遗迹，如假整合、不整合、褶皱、断层、节理、劈理等。他们在岩体力学中一般都统称为节理。由于节理的存在，造成了介质的不连续，因而这些界面又称为不连续面或结构面。所有的结构面中，最危险的是未充填的开口的光滑节理面。节理岩体的强度介于节理强度和岩块强度之间。2024/1/172《岩石力学》结构面实验方法实验室试验法倾斜仪法

直剪仪法

三轴仪发倾斜仪法直剪仪法2024/1/173《岩石力学》现场试验法

岩体、弱面、软夹层的现场压剪方法示意图2024/1/174《岩石力学》岩体破碎程度的指标裂隙度裂隙度K是指沿着取样线方向，单位长度上节理的数量。设某节理取样线长度为L，沿L内出现节理的数量为n，则

沿取样方向节理的平均间距d为2024/1/175《岩石力学》切割度切割度是指岩体被节理割裂、分离的程度。仅含一个节理面的平直断面，节理面面积，平直断面面积A，其切割度为

当岩体被完全切割时，；未被切割时，；可见，当时，岩体是部分被切割若在同一平直断面出现面积为的几个节理面，则切割度为2024/1/176《岩石力学》3.1.2结构面的变形特性法向变形古德曼法，法向应力与结构面闭合量的关系：式中：为原位压力；为最大可能闭合量；是与结构面几何特征、岩石力学性质有关的两个参数；2024/1/177《岩石力学》结构面法向变形曲线2024/1/178《岩石力学》剪切变形古德漫法，剪切刚度可以由下式表示：

式中，是初始剪切刚度，是产生较大剪切位移时的剪应力渐进值。试验结果表明，对于较坚硬的结构面，剪切刚度一般是常数；对于松软结构面，剪切刚度随法向应力的大小而改变。2024/1/179《岩石力学》结构面剪切变形曲线2024/1/1710《岩石力学》从下图模型可以看出，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。结构面剪切力学模型2024/1/1711《岩石力学》抗剪强度结构面抗剪强度一般可以用库仑准则描述：

式中，分别是结构面上的黏结力和摩擦角，是作用在结构面上的法向应力。2024/1/1712《岩石力学》凸台模型的剪应力与法向应力的关系曲线2024/1/1713《岩石力学》巴顿准则该准则为一经验公式：

式中，是结构面的抗压强度，是岩石表面的基本摩擦角，为结构面粗糙性系数。当，上式变为

即转化成平滑节理（无黏结力）的库仑准则。2024/1/1714《岩石力学》3.2岩体的力学性质3.2.1岩体力学试验一般概念岩体与岩块的差异组构方面：岩块含岩石材料及微小节理；岩体含岩块及多组较大的节理；力学性质方面：岩体比岩块弹模小、峰值强度低、残值强度低、变形（蠕变）大、泊松比大、各向异性；极端坚固完整岩体的强度≈岩块强度，节理极端发育岩体的强度<<岩块强度（几分之一至几十分之一）。2024/1/1715《岩石力学》尺寸效应岩体与岩块的尺寸界限，由尺度效应（scaleeffect）试验决定；各种岩石的尺度效应不同；大部分岩石在>0.5~1.0m时，性状即稳定，故通常可认为在该尺寸以上即代表岩体；（A为试件的横截面积）2024/1/1716《岩石力学》岩体力学试验特点与方法原则上，与岩块试验无异。不同的是：试体大、设备大、代价大；岩体试验多在现场原位（in-situ）切割试体，进行单轴压缩、三轴压缩及压剪试验，一般试体尺寸为0.5~1.5m；加载设备用普通千斤顶、矮千斤顶和扁千斤顶；原始切割试体的工程浩大，费用高昂；现场原位试验，要求一次将测试目标：测定；应力应变曲线测定；强度指标和强度准则确定等全部完成。

2024/1/1717《岩石力学》岩体力学计算指标的选取与修正原则上：岩体指标≈岩块指标，取岩块指标；岩体指标<<岩块指标，取岩体指标；岩体指标：有条件的，可作试验测定；不能试验的，可暂先选取经验数据；岩体内摩擦角≈岩块内摩擦角；已知岩体的C和φ，可近似求得岩体单轴抗压强度：再根据格氏准则，可近似求得岩体抗拉强度：用岩体力学性质经验数据对工程进行的初步计算，在工程开工后，应根据实测的应力，经资料加以适当修正。2024/1/1718《岩石力学》3.2.2岩体变形特性岩体的单轴和三轴压缩变形特征现场岩体循环压缩应力—应变全过程曲线2024/1/1719《岩石力学》现场岩体变形模量测量过程曲线2024/1/1720《岩石力学》岩体剪切变形特征岩体原位抗剪试验曲线2024/1/1721《岩石力学》影响岩体变形性质的因素结构面方位；结构面的密度；结构面的张开度及充填特征；2024/1/1722《岩石力学》3.2.3岩体的强度性质一般概念节理发育岩体，抗拉强度极弱，可概括为无拉力准则；岩体的单轴压缩、三轴压缩及压剪试验证实，大部分岩体在受压区符合库仑准则，但其强度低于岩块强度；岩体强度必介于岩块强度与最弱面强度之间的一个范围；岩体强度的具体情况，应根据试验具体确定；2024/1/1723《岩石力学》单节理面理论单结构面理论分析图2024/1/1724《岩石力学》莫尔应力圆，有：结构面强度服从库仑准则沿结构面AB产生剪切破坏的条件：2024/1/1725《岩石力学》单结构面岩体强度分析单结构面岩体强度分析2024/1/1726《岩石力学》结构面力学效应单结构面力学效应2024/1/1727《岩石力学》岩体强度的估算—Hoek-Brown经验公式式中，为破坏时的最大主应力；为作用在岩石试样上的最小主应力；为岩块的单轴抗压强度；为与岩性及结构面情况有关的常数。

将代入上式，可解得岩体的单轴抗拉强度为：剪应力表达式为：2024/1/1728《岩石力学》3.3岩体质量评价及其分类3.3.1分类目的与原则目的提供必要的计算指标参数；为岩石工程建设勘察、设计、施工和编制定额提供必要的基本依据；原则按目的和使用对象。定量的。级数应合适，一般为5级。分类方法与步骤简明，数字便于记忆，便于应用。由于目的和对象不同，考虑的因素也不同。2024/1/1729《岩石力学》3.3.2按岩体完整性分类(P90)——岩石质量指标(RQD)分类定义：将长度在10cm(含10cm)以上的岩芯累计长度占钻孔总长度的百分比，称为岩石质量指标RQD评价简单易行，是一种快速、经济而实用的岩体质量评价方法。在一些国家得到广泛应用。由于没有反映出节理的方位、充填物的影