土的工程性质章岩体的力学性质.ppt

* 第十一章 岩体的力学性质 第一页，共二十九页。 岩体的力学性质，一方面取决于它的受力条件；另一方面则受岩体的地质特征和赋存的环境条件的影响。 其影响因素主要包括： 组成岩体的岩石变形与强度性质； 各种结构面的发育特征及其变形与强度性质； 岩体的赋存环境，尤其是天然应力及地下水的影响。其中，结构面影响是岩体力学性质不同于 岩石的本质原因。 第二页，共二十九页。 11-1 岩体的变形性质 由于岩体中包含有大量的结构面，结构面中还往往有各种充填物存在，因此，岩体在外力作用下的变形是岩石变形、结构面闭合和充填物变形三者的总和，且在一般情况下，结构面和充填物变形常起控制作用。 第三页，共二十九页。 一、结构面的变形特征 第四页，共二十九页。 2)曲线为为渐近线的双曲线，说明结构面的变形大部分在低应力下就趋于完成。 3）含结构面岩块的变形ΔVt,开始随σn增加呈非线性增加，当σn达到某一定值后， σn—ΔVt曲线变陡且近似与σ—ΔVr曲线平行。 4）由非线性变形转变为线性变形的法向应力大约在岩石抗压强度的1/3处， σn高于σc／3后的ΔVt主要是岩块变形贡献的。 1)在法向应力作用下，结构面闭合变形开始较快，变形量也较大，随后逐渐变慢，变形量趋于常量。 1．法向变形特征 第五页，共二十九页。 结构面的剪切变形有二种基本类型 2．剪切变形特征 在岩体中取含有结构面的岩块试件，在一定的法向应力下进行剪切试验，可得到结构面的剪应力τ—剪位移Δμj，关系曲线。 一类为塑性变形型，如泥化夹层、光滑平直破裂面等； 另一类为脆性变形型， τ-Δμj曲线有明显的峰值点和应力降；当应力降至一定值后趋于稳定，不再随位移变化而变化，如粗糙结构面常具这种变形特征。 第六页，共二十九页。 岩体变形参数的测定方法有静力法和动力法两类。 二、岩体变形参数的测定 目的：测定岩体的变形指标E、μ，测定σ－ε关系。 动力法则是通过测定弹性波在岩体中的传播速度，依据一定的公式求取岩体的变形参数，主要有地震法和声波法。 静力法又可分承压板法、狭缝法、钻孔变形法及水压洞室法等。 目前，国内应用较广的是承压板法、钻孔变形法及声波法等。 第七页，共二十九页。 承压板法 狭缝法 钻孔变形法 水压洞室法 单(双)轴压缩试验法 声波法 地震波法 原位岩体变形试验 静力法 动力法 第八页，共二十九页。 三、岩体变形曲线类型 (1)直线型 (2)上凹型 (3)下凹型 第九页，共二十九页。 11-2 岩体的强度性质 一般情况下，岩体的强度既不等于岩块的强度，也不等于结构面的强度，而是两者共同影响表现出来的强度。 一、结构面的抗剪强度 根据结构面的形态、连续性、充填情况及其力学性质，可将结构面分为平直光滑无充填的、粗糙起伏无充填的、非贯通断续的及有充填的软弱结构面四类。 第十页，共二十九页。 这类结构面以光滑破裂面及摩擦镜面(如剪切理、片理面等)为代表，是摩擦剪切作用的产物，一般无充填，并附有动力变质矿物薄膜。其抗剪强度接近于人工磨光面的摩擦强度，即： 1．平直光滑无充填结构面的抗剪强度 第十一页，共二十九页。 这类结构面的特点是具有粗糙起伏度，在法向应力较小时，剪切过程中可引起上滑效应(或称剪胀效应)，从而增大了结构面的抗剪强度。 沿结构面产生滑动时 2．粗糙起伏无充填结构面的抗剪强度 当法向应力不断增大，并达到一定值时，由于岩块上滑运动所需的功达到并超过了剪断锯齿体所需要的功，锯齿将被挫断，这时结构面的抗剪强度为： 第十二页，共二十九页。 　　（1977 N·Barton） 经验公式： JRC为节理粗糙系数 JCS为节理壁抗压强度 第十三页，共二十九页。 这类结构面的抗剪强度由各段结构面抗剪强度和非贯通段岩石(岩桥)的抗剪断强度两部分组成。因此，整个结构面的强度取决于结构面和岩石性质，以及结构面的连续性。 3．非贯通断续结构面的抗剪强度 第十四页，共二十九页。 4．具充填的软弱结构面的抗剪强度 这类结构面的抗剪强度，主要取决于充填物的成分、结构、厚度及充填度和含水状况等。 第十五页，共二十九页。 岩体中任一方向的剪切面，在一定的法向应力作用下所能抵抗的最大剪应力，称为岩体的抗剪强度。岩体的抗剪强度也可细分为抗剪断强度、抗切强度及摩擦强度三种。在生产实际中，常用抗剪断强度参数。 二、岩体的剪切试验及抗剪强度 第十六页，共二十九页。  图4－1节理岩体的强度特征与岩石强度的区别 Ⅰ－岩石；Ⅱ－节理化岩体：Ⅲ－节理 岩体强度=岩块强度+节理强度 第十七页，共二十九页。 11-3 岩体的动力性质 岩体的动力性质是指岩体在动荷载作用