岩体的力学性质分析.ppt

第六章复习思考题 1、通过本章学习，你对岩体的各向异性有什么具体的认识？ 2、比较岩体与岩块性质的差别，加深其为不同概念的理解。 3、单结构面理论的内容是什么？ 4、你是如何理解岩体强度的？ 5、某岩石通过三轴试验，求得其剪切强度为：C=10MPa，φ=45°，试计算该岩石的单轴抗压强度和单轴抗拉强度。 6、某裂隙化安山岩，通过野外调查和室内实验，已知岩体属质量中等一类，RMR 值为44，Q值为1，岩块单轴抗压强度σc=75MPa，薄膜充填节理强度为：φj=15°、Cj=0，假定岩体强度服从Hoek-Brown经验准则， 求：（1）绘出岩块、岩体及节理三者的强度曲线（法向应力范围为0~10MPa）； （2）绘出该岩体Cm和φm随法向应力变化的曲线（法向应力范围为0~2.5MPa）。 坚硬岩石的强度曲线 软弱岩石的强度曲线 ? ? ? ? 二、裂隙岩体的压缩强度 岩体的压缩强度分为单轴抗压强度和三轴压缩强度。 在生产实际中，通常是采用原位单轴压缩和三轴压缩试验来确定。 单轴压缩 三轴压缩 单结构面理论 岩体的强度(σ1－σ3)随结构面倾角β的变化而变化。 当β→φj或β→90°时，岩体不可能沿结构面破坏，而只能产生剪断岩体破坏。 只有当β1≤β≤β2时，岩体才能沿结构面破坏。 单结构面理论 单结构面理论 当β＝45°＋φj／2时，岩体强度取得最低值 σ3=0 单结构面理论 含多组结构面，且假定各组结构面具有相同的性质时，可分步运用单结构面理论确定岩体强度包线及岩体强度。 随结构面组数的增加，岩体的强度趋向于各向同性，并被大大削弱，且多沿复合结构面破坏。 含四组以上结构面岩体的强度可按各向同性考虑。 当σ3接近于σmc时，可视为各向同性体。 三、裂隙岩体强度的经验估算 Hoek-Brown的经验方程 M、S、A、B、T为与岩性及结构面情况有关的常数，根据岩体性质查表确定。 岩体质量和经验常数之间关系表 §6.3 岩体的动力学性质 一、岩体中弹性波的传播规律 二、岩体中弹性波速度的测定 三、岩体的动力变形与强度参数 岩体的动力学性质是岩体在动荷载作用下所表现出来的性质，包括岩体中弹性波的传播规律及岩体动力变形与强度性质。 一、岩体中弹性波的传播规律 弹性波在介质中的传播速度仅与介质密度ρ及其动力变形参数Ed，μd有关。因此可以通过测定岩体中的弹性波速来确定岩体的动力变形参数。 岩体受到振动、冲击或爆破 应力波 塑性波和冲击波 弹性波 面波 体波 纵波(P波) 横波(S波) 瑞利波(R波) 勒夫波(Q波) 压缩波 剪切波 影响弹性波在岩体中的传播速度的因素 不同岩性岩体中弹性波速度不同，岩体愈致密坚硬，波速愈大，反之，则愈小。 沿结构面传播的速度大于垂直结构面传播的速度。 在压应力作用下，波速随应力增加而增加，波幅衰减少；反之，在拉应力作用下，则波速降低，衰减增大。 随岩体中含水量的增加导致弹性波速增加。 岩体处于正温时，波速随温度增高而降低，处于负温时则相反。 二、岩体中弹性波速度的测定 地震法 声波法 选择代表性测线，布置测点和安装声波仪 发生正弦脉冲，向岩体内发射声波 记录纵、横波在岩体中传播的时间 常见岩石的纵、横波速度值 常见岩体不同结构面发育情况下的纵波速度值 三、岩体的动力变形与强度参数 1、动力变形参数 动力变形参数有：动弹性模量和动泊松比及动剪 切模量。可通过声波测试确定。 优点：不扰动被测岩体的天然结构和应力状态； 测定方法简便，省时省力； 能在岩体中各个部位广泛进行。 计算公式： 常见岩体动弹性模量和动泊松比参考值 几种岩体动、静弹性模量比较表 岩体与岩块的动弹性模量都普遍大于静弹性模量 坚硬完整岩体Ed/Eme约为1.2～2.0 风化、裂隙发育的岩体和软弱岩体Ed/Eme约为1.5～10.0左右，大者可超过20.0 原因： ①静力法采用的最大应力大部分在1.0～10.0MPa，少数则更大，变形量常以mm计，而动力法的作用应力约为10－4MPa量级，引起的变形量很微小。因此静力法会测得较大的不可逆变形，而动力法则测不到这种变形。 ②静力法持续的时间较长。 ③静力法扰动了岩体的天然结构和应力状态。 动弹性模量与静弹性模量的关系 用动弹性模量换算静弹性模量 利用岩块与岩体的纵波速度计算岩体完整性系数Kv 2、动力强度参数 静态加载、准静态加载：应变率10－4s-1 动态加载:应变率10－4s-1 动态加载下岩石的强度比静态加载时的强度高。 冲击荷载下岩石的动抗压强度约为静抗压强度的1.2～2.0倍。 原因：这实际上是一个时