岩体结构面的力学、变形性质.ppt

岩体结构面的力学、变形性质
岩体力学性质——岩体结构
1岩体结构
2结构面类型
3结构面分级及其特性
4岩体结构类型
上次课内容:

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
(意大利岩体结构面的力学、变形性质
岩体力学性质——岩体结构
1岩体结构
2结构面类型
3结构面分级及其特性
4岩体结构类型
上次课内容:

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
1结构面法向变形与刚度
2结构面切向变形与刚度
3结构面的抗剪强度

(法向变形)
一、结构面的法向变形:在法向载荷作用下,岩石粗糙结构面的接触面积和接触点数随着载荷的增加而增加,结构面的间隙减小,应力与法向变形之间呈现指数关系;
1、Goodman(1974)提出的法向应力与结构面闭合量的关系:
ξ为原位压力;δmax为最大的可能闭和量;s和t为参数
t
法向刚度Kn:单位法向变形的法向应力的梯度.
(Goodman,1974)
式中Kn0:结构面的初始刚度

2、班迪斯(Bandis,1984):通过大量的天然的,不同风化程度和表面粗糙度的非充填结构面实验研究.
双曲线型法向应力与法向变形的关系.

式中:a、b为常数
(法向变形)

①曲线形状,先凹,后陡;可由
初始法向刚度和最大闭合量确定
②初始阶段,结构面变形为主,当
σn=σc/3时结构面变形基本完成
③最大闭合量小于张开度。

(剪切变形)

(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。
(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,最后恒定
二、结构面的剪切变形:在法向应力作用下,结构面在剪切作用下产生切向变形。
JCS为结构面抗压强度
JRC为结构面粗糙系数
JRC在0-20间变化:
平坦近平滑结构面为5;
平坦起伏结构面为10;
粗糙起伏结构面为20;
抗剪强度公式(Barton)
考虑了:法向力(n)、粗糙度(JRC)、结构面强度(JCS)
四、结构面力学性质的尺寸效应
1、随着试块面积增加,平均峰值剪应力呈减小趋势,平均摩擦角下降;
2、随着结构面面积增大,峰值强度时的位移量增大;
3、随着尺度增加,剪切破坏由脆性向延性转化;
4、尺寸加大,峰值剪胀角减小;
5、随结构面粗糙度减小,
尺寸效应减小。

五、充填物对结构面力学性质影响
1、随夹层厚度增大,强度迅速降低;
2、随夹层颗粒增大,强度增大,但超过30mm以后变化不大;
3、随含水量增加,使粘结力和摩擦力下降,强度下降
4、泥化夹层的影响,时效性,恒定荷载下产生蠕变。


1岩体受压变形性质
2岩体受剪变形性质
3岩体各向异性特征
一、岩体的单轴和三轴压缩下变形特征
(1)岩体应力-应变全过程曲线
①在加载过程,结构面压密与闭合,应力-应变曲线,呈上凹型。
②中途卸载有弹性后效现象和不可恢复残余变形。这是结构面闭合、滑移、错动造成的。
③完全卸载,再加载形成形
式上的“开环型”曲线,这
也是弹性后效造成的。
④峰值强度后,岩体开始破
坏,应力下降较缓慢,仍
有残余应力,这是岩体结构效应。
(单轴和三轴压缩变形特征)
(2)卸载时荷载不降至零时的应力-应变曲线
①卸荷不降至零时的循环加载应力-应变曲线呈“闭环型”。
②随着外荷加大、循环次数增多,闭环后移,这是结构面逐级被压密与啮合,这是结构面逐级被压密与啮合所致。
③闭环逐渐变窄→演变呈一条线,
这是压密程度越来越高,弹性
后效变小的原因。
④当卸荷至零持续一定时间后,
有较大回弹变形,这是弹性后效。
(单轴和三轴压缩变形特征)


岩体的变形模量
可以从室内应力—应变关系、岩体变形机理、以及现场岩体力学测试中求得。
从图,变形模量可按下式求得:
式中 —应力;
a—岩体永久(残余)变形的应变
b—岩体弹性变形应变;
(单轴和三轴压缩变形特征)


0
二、岩体剪切变形特征
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,