岩体力学第3章 结构面的变形与强度性质.ppt

2、不规则起伏结构面 自然界岩体中绝大多数结构面的粗糙起伏形态是不规则的，起伏角也不是常数。其强度包络线不是折线，而是曲线形式。 巴顿（Ｂarton，1973）对８种不同粗糙起伏的结构面进行了试验研究，提出了剪胀角的概念并用以代替起伏角，剪胀角αｄ（angle of dilatancy）的定义为剪切时剪切位移的轨迹线与水平线的夹角，即： Barton 方程：Barton 通过大量结构面剪切试验，用统计方法求得 大量的试验资料表明，一般结构面的基本摩擦角?u＝２５°～３５°之间。因此，上式右边的第二项应当就是结构面的基本摩擦角?u ，而第一项的系数取整数２。经这样处理后，上式变为： Barton方程 Ladanyi Archambault 提出： 剪断率 剪胀率 凸起岩石抗剪强度 当?很小时，凸起不被剪断， ?As=0 (as=0)且 =?V/ ?u =tgi,则有: 当?很大时，凸起全部被剪断， ?As?A (as ?1 ),无剪胀发生, =?V/ ?u=0,则有: 从以上讨论可知,阿氏与莱氏公式是图中曲线3。 三、非贯通断续的结构面 这类结构面由裂隙面和非贯通的岩桥组成。在剪切过程中，一般认为两者都起抗剪作用。 通过的裂隙面和岩桥都起抗剪作用。假设沿整个剪切面上的应力分布是均匀的，结构面的线连续性系数为Ｋ1，则整个结构面的抗剪强度为： 裂面 岩桥 裂面 岩桥 C tgφ 裂面 岩桥 裂面 岩桥 Cb tgφb 四、具有充填物的软弱结构面 具有充填物的软弱结构面包括泥化夹层和各种类型的夹泥层，其形成多与水的作用和各类滑错作用有关。这类结构面的力学性质常与充填物的物质成分、结构及充填程度和厚度等因素密切相关。 软弱结构面强度参数的确定方法： 1）原位试验 2）工程地质类比法 3）地质力学法,如A.M.Rooertson等，1970提出 用泥化夹层泥化部分K1及其性质（Cjg、 ?jg） 确定其Cj、 ?j： K130%时； 则： Cj=Cjg ?j= ?jg K130%时； 则： Cj=Cjc+(Cjg- Cjc)x/30 ?j= ?jc+(?jg-?jc) x/30 4) 参数反演法 第3章 结构面的变形与强度性质 §3.1 概述 §3.2 结构面的变形性质 § 3.3 结构面的强度性质 §3.1 概 述 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。 第3章 结构面的变形与强度性质 在工程荷载作用下，结构面及其充填物的变形是岩体变 形的主要组分，控制着工程岩体的变形特性。 结构面是岩体渗透水流的主要通道。在工程荷载作用下 结构面的变形又将极大地改变岩体的渗透性、应力分布 及其强度。因此，预测工程荷载作用下岩体渗透性的变 化，必须研究结构面的变形性质及其本构关系。 工程荷载作用下，岩体中应力分布受结构面及其力学性 质的影响。 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 结构面的变形性质 一、法向变形性质 1. 法向变形特征 两块试件（含结构面、不含结构面）做变形试验，得变形曲线σｎ-ΔＶ，设不含结构面的岩块变形为ΔＶｒ，含结构面的岩块变形为ΔＶｔ，则结构面的变形（法向闭合变形）ΔＶｊ为： ΔＶｊ ΔＶｔ ΔＶｒ ΔＶｊ＝ΔＶｔ－ΔＶｒ 应力-变形关系曲线 A B 开始时随着法向应力增加， 结构面闭合变形迅速增长。当σｎ增到一定值时，σｎ-ΔＶｔ曲线变陡，并与σｎ-ΔＶｒ曲线大致平行。说明结构面已基本上完全闭合，其变形主要是岩块变形贡献的。这时ΔＶｊ则趋于结构面最大闭合量Ｖｍ。 应力-变形关系曲线特征 初始压缩阶段，含结构面的岩块变形ΔＶｔ主要由结构面闭合造成。试验表明，当σｎ＝１ＭＰａ时， ΔＶｔ／ ΔＶｒ可达５～３０，说明ΔＶｔ占了很大一部分。 法向应力σｎ大约从σｃ/3处开始，含结构面的岩块变形由以结构面的闭合为主转为以岩块的弹性变形为主。 结构面的σｎ- ΔＶｊ曲线大致为以ΔＶｊ＝Ｖｍ为渐近线的非线性曲线。可用初始法向刚度及最大闭合量来确定，与结构面的类型及壁岩性质无关 。 结构面的最大闭合量始终小于结构面的张开度（ｅ）。这是因为结构面是凹凸不平的，两壁面间无论如何也不可能达到100％