CH2第二章岩石力学.ppt

第二章 岩体力学性质与岩体分类;2.1 岩体的特点;为什么相差如此之大？是偶然还是普遍情形？;结构面——岩石节理;;岩体;一 结构面;2. 构造结构面 指由地球构造活动所产生的结构面。包含：节理、劈理、断层等。 3. 次生结构面 指在次生作用下形成的结构面。如风化裂隙、泥化夹层等。 ;1.2 结构面的几何特征;1、结构面的产状;2、结构面表面粗糙度的影响;3、结构面的延展尺度和规模;4、结构面的密集度;（1）裂隙度K a.单组节理 设观测线长度为 ，在 上出现的节理的个数为n， 则 节理之间的平均间距为;;;（2）切割度 ;5、结构面的充填物;1.2 岩体结构的类型;（1）整体结构;（2）块状结构;（3）层状结构;（4）碎裂结构;（5）散体结构;二 结构面的强度;对任一次剪切试验，可绘出剪应力-剪切位移曲线：剪应力随剪切位移的增加而增大，当剪应力达到峰值后，剪切位移突然增大，表明试件已破坏；此后，只需很小的剪应力便能使试件继续产生切向位移，该剪应力称为残余抗剪强度。 ;大多数结构面，两表面之间相互还有一定粘结力。因此，试验所得结果，C值一般不为零。(等同于抗剪断试验)。 抗剪断试验以后，如果对这同一组试样再做一次直剪试验（抗摩擦试验，即残余抗剪强度），此时所得的C值等于零。;2、粗糙结构面的抗剪强度 设结构面表面不平，并具有角度为i(粗糙角)的规则齿状突起。于是，在直剪试验中，在推力T的作用下，上半部分就会沿齿向上移动。 两个概念： 剪胀：在沿斜面滑动时，将产生沿水平方向的切向位移u和垂直方向的法向位移v，导致整个岩块体积膨胀(膨胀是由新增空隙所致)，这种体积膨胀现象称为剪胀。 爬坡(爬坡角)：沿斜面的滑动现象称为爬坡；粗糙角i又称爬坡角。;2、粗糙结构面的抗剪强度 于是，作用在锯齿上的正应力si和剪应力ti，可分别由下式计算： 在推力T达到极大值，试样即将发生破坏的瞬间，正应力si和剪应力ti应该满足下式： ;即 或 整理，化简，得 将此式与没有齿状突起的结构面的试验结果相比较，可知，对于具有角度为i的齿的结构面，齿的效应是使结构面的内摩擦角提高，提高的幅度就等于角度i。 ;以上结果是正应力较小 时候的情形。 当正应力较大时，则显然，齿将被剪掉。此时的结果类似于没有结构面的岩石试验：摩擦角没有提高，但出现凝聚力C′（称视凝聚力）。 此时的强度方程： ;总结： 1. 结构面平直： 2. 结构面粗糙： 正应力较小时: （i也称爬坡角） 正应力较大时（锯齿被剪断）： ;三、结构面的力学效应;考察应力改变时(以最大主应力不断增大为考察条件)，是否会沿已知结构面发生破坏。;可知：二者相割时代表在该组应力状态下，岩体已经沿着切线上方的部分结构面发生了破坏。因此，判断岩体是否会沿着已知结构面破坏的条件是： 　　;岩体强度取决于岩石强度，而与节理面的存在无关;三、结构面的力学效应;所以，岩体沿结构面破坏的强度准则为： ;（3）多节理的力学效应 （叠加）;（4）当Cj=0时节理面的力学效应;总结;由莫尔圆和结构面强度曲线间的关系可知： (a) 当结构面的角度在b1和b2之间时，代表结构面的点位于结构面强度曲线之上。因此，岩体将沿结构面破坏； (b) 当结构面的角度小于b1或大于b2时，代表结构面的点位于结构面强度曲线之下。因此，岩体将不会沿结构面破坏。 因此，岩体是否会沿结构面破坏的判断方法是： 当 时会， b2＜b 或 b ＜ b1 不会。 ;例题;2.3岩体的强度2.3.1 岩体的强度特征;（2）岩体强度的各向异性;岩体中只有一组结构面：;岩体中有多组结构面：; 当岩体中存在结构面时，结构面的方向对岩体强度有什么样的影响？;2.3.2 岩体强度测定;准岩体强度;抗剪强度测定;岩体抗剪强度现场测定; (2) 单千斤顶法;现场三轴强度试验;岩体强度的经验折减;2.4.1岩体的应力应变曲线 与岩石的全应力-应变曲线相似，但弹模、强度值会降低，泊松比提高。典型的岩体应力－应变全过程曲线如下：;岩体变形曲线的基本形式; 2.4.2 岩体的变形特性参数;静力法 1、表面承压板法。又分刚性垫板法和柔性垫板法。承压板方形或圆形，面积一般为0.5～1.2m2，加载力一般用50～300t的千斤顶(P76图2-29) 根据弹性力学，当半无限大弹性体表面某一部分受均匀压应力的时候，压缩载荷与位移有如下关系： 式中 W为位移；p为对岩体施加的载荷；D为承压板直径或边长； 为与承压板形状和刚度有关的系数；E和m为岩体的模量和泊松比。;力的加载方式可分为