结构面力学性质与岩体力学性质.ppt

关于结构面力学性质与岩体力学性质
第1页，讲稿共35张，创作于星期二
1、法向变形与法向刚度
（1）法向变形特征
①曲线形状：先上凹缓升，后陡升。归结为接触微凸体的弹性变形—压碎—间接拉裂隙产生—新的接触点和面的增加。
②期二
（2） 单千斤顶法
现场无法施加垂直荷载的情况下采用单千斤顶法。
第17页，讲稿共35张，创作于星期二
应力代入强度准则，经整理可得：
结构面上的应力状态：
结构面强度准则：
三、结构面的强度效应
1、单结构面的强度效应
设结构面的方向角为
第18页，讲稿共35张，创作于星期二
则
①当
②当
③对 求一阶导数，并令其为零得：
( 可见 )
此时结构面对岩体的强度削弱最大，岩体有最小强度:
→结构面的存在不影响岩体的强度
令 ，
第19页，讲稿共35张，创作于星期二
两种可能的情况
或
节理先破坏，
岩体强度小于岩块强度
岩块先破坏，岩体强度等于
岩块强度
第20页，讲稿共35张，创作于星期二
2、多结构面的强度效应
岩体中具有两组以上结构面时，沿最容易破坏的一组结构面首先破坏。
（1）根据结构面倾角逐组判断是否有可能该组节理破坏
（2）若该组结构面倾角满足上式，根据应力判断会否发生破坏
第21页，讲稿共35张，创作于星期二
3、当C=0时节理面的强度效应
这时库仑准则
推导得：

此时岩体的强度只靠碎块之间的摩擦力来提供，
已知 　 ，可计算出维持岩体极限稳定的侧向挤压力，即岩
所需的最小支护力
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四、岩体的强度特征
1、岩体的强度取决于结构面的强度和岩石的强度，岩体的抗剪强度包络线介于结构面强度包络线和岩石强度包络线之间。
2、岩体强度受加载方向与结构面夹角θ的控制，因此，表现出岩体强度的各向异性。
3、当含有四组以上结构面时，岩体的强度趋于各向同性。
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五、岩体的破坏判据（强度准则）
1、耶格尔判据
节理面极限应力平衡方程：
（1）当节理面倾角β满足β1≤β≤β2 ,且φj <β <π/2时，节理才会对岩体产生影响，这时岩体的强度取决于节理的强度；
（2）β＝450＋φj/2时，岩体强度最低，其莫尔圆直径最小。
（3）当β<β1或β>β2 时，岩体强度与节理无关，取决于岩石的强度。
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耶格尔判据
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2、霍克－布朗经验判据
式中:σc——完整岩石单轴抗压强度；
m——霍克－布朗常数，反映岩石的坚硬性。 （强烈破坏岩石）-25（坚硬而完整的岩石） 。
s——岩体完整性系数，s的变化范围为0（节理化岩体）-1（完整岩石） 。
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§2-4 岩体的变形性质
一、岩体的单轴和三轴压缩变形特性
1、岩体的单轴和三轴压缩试验的应力－应变全过程曲线
第27页，讲稿共35张，创作于星期二
典型的岩体应力－应变全过程曲线4个阶段：
（1）裂隙压密阶段（OA）：曲线上凹
（2）弹性变形阶段（AB）:呈直线
（3）塑性变形阶段（BC）：曲线下凹
（4）破坏后阶段（CD）：
残余强度σD
峰值强度σC
A
B
σ
C
D
第28页，讲稿共35张，创作于星期二
①在屈服点前，变形曲线与抗压变形相似，上凹型。
②屈服点后，某个结构面或结构体首先剪坏，出现一次应力下降。峰值前可能发现多次应力升降。升降程度与结构面或结构体强度有关，岩体越破碎，应力降反而不明显。
③当应力增加到一定水平时，岩体剪切变形已积累到一定程度，没剪破的部位以瞬间破坏方式出现，并伴有一次大的应力降。
④随后产生稳定滑移。
二、岩体的剪切变形特征
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三、岩体各向异性变形特征
2、特征：垂直层面方向岩体变形模量E⊥明显小于平行层面方向岩体的变形模量E∥ 。
(a)垂直层面加力
(b)平行层面加力
1、构成岩体变形各向异性的两个基本要素：
（1）物质成分和物质结构的方向性
（2）结构面的方向性
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四、岩体变形参数原位测定
常用静力法：承压板试验（千斤顶荷载试验）、径向荷