3.2岩体力学性质-结构面力学性质.ppt

概述
岩体结构基本类型
岩体结构面及其充填特征
结构面的力学性质
岩体的变形特性
岩体的强度特性
岩体的水力学性质
岩体质量评价及其分类
第三章岩体力学性质
上次课内容:
主要讲了岩体结构类型、岩体结构面的类型及其形态
这节课接着讲:
结构面的力学性质、岩体的变形强度特征。
结构面的力学性质
结构面力学性质主要包括三个方面:
①法向变形与刚度;
②剪切变形与刚度;
③抗剪强度。
为什么要研究结构面的力学性质?
1 引起工程岩体失稳破坏
(意大利瓦依昂水库库岸滑坡)
(中国拓溪水库库岸滑坡)
2 控制岩体变形
3 控制地下水渗透
4 影响岩体中应力分布
结构面的力学性质
1) (Goodman,1974 )
法向应力与法向变形的关系

式中:
:原位压力
:最大可能闭合量
s,t:与结构面几何特征、岩石力学性质有关的两个参数
法向变形与法向刚度
在法向荷载作用下,岩石粗糙结构面的接触面积和接触点数随荷载增大而增加,结构面间隙呈非线性减小,应力与法向变形之间呈指数关系。
法向刚度Kn (Goodman,1974)
式中Kn0:结构面的初始刚度
实质:每点的切线斜率
法向变形与法向刚度
2)班迪斯(Bandis,1984)
通过对大量的天然、不同风化程度和表面粗糙程度的非充填结构面进行试验研究,提出了双曲线型法向应力与法向变形的关系

式中:a、b为常数
法向刚度kn
法向变形与法向刚度
1)剪切变形两种类型
(无充填物),剪应力上升较快,当剪应力达到峰值后抗剪能力下降较大,并产生不规则的峰后变形或滞滑现象。
剪切变形与剪切刚度
(有充填物),初始阶段剪切变形曲线斜率逐渐减小,曲线没有明显的峰值出现,最恒定。
2)剪切刚度Kt
剪切刚度:
1974年Goodman提出:
式中:Kt0-初始剪切刚度
τs-产生较大剪切位移时的剪应力渐近值
剪切变形曲线从形式上可划分成“弹性区”、剪应力峰值区和“塑性区”。通过将弹性区单位变形的应力梯度称为剪切刚度Kt。
剪切变形与剪切刚度
3)剪切变形方程
1975,卡尔哈维(Kalhaway)提出:
式中:m=1/k0, k0:初始剪切刚度; n=1/τ0, τ0-产生较大剪切位移时的剪应力渐近值
4)剪切变形特征
①两种类型:
、无充填物-脆性变形: 有明显的峰值、应力降
、有充填物-塑性变形: 无明显的峰值、应力降
②风化结构面,峰值位移变大、剪切刚度变小
③随法向应力减小、剪切规模增大,剪切刚度减小
剪切变形与剪切刚度
①岩石强度↑,爬坡角i↓,法向力N↓,发生剪胀现象(b)
②岩石强度↓,爬坡角i↑,法向力N↑,发生剪断现象(c)
结构面的剪切变形与岩石强度、结构面粗糙性和法向力有关。
4)剪胀现象与剪断现象
剪切变形与剪切刚度