第六章 岩体的力学性质 (岩体力学)

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1、贾洪彪中国地质大学工程学院岩土工程与工程地质系岩体力学ROCKMASSMECHANICS中国地质大学土木工程专业基础课第六章岩体的力学性质§6.1岩体的变形性质§6.2岩体的强度性质§6.3岩体的动力学性质§6.4岩体的水力学性质6/26/20212土木工程专业课程——《岩体力学》§6.1岩体的变形性质一、岩体变形试验及其变形参数确定二、岩体变形参数估算三、岩体变形曲线类型及其特征四、影响岩体变形性质的因素在受力条件改变时岩体的变形是岩块变形和结构变形的总和，而结构变形通常包括结构面闭合、充填物的压密及结构体转动和滑动等变形。从岩

2、体的定义：岩块+结构面=>岩体岩体变形=岩块变形+结构面闭合+充填物压缩+其他变形在一般情况下，岩体的结构变形起着控制作用。6/26/20213土木工程专业课程——《岩体力学》一、岩体变形试验及其变形参数确定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6/26/20214土木工程专业课程——《岩体力学》静力法的基本原理：在选定的岩体表面、槽壁或钻孔壁面上施加法向荷载，并测定其岩体的变形值；然后绘制出压力-变形关系曲线，计算出岩体的变形参数。动力法的基本原理：用人工方法对岩体发射(或激发

3、)弹性波(声波或地震波)，并测定其在岩体中的传播速度，然后根据波动理论求岩体的变形参数。6/26/20215土木工程专业课程——《岩体力学》1、承压板法刚性承压板法柔性承压板法6/26/20216土木工程专业课程——《岩体力学》ω是与承压板形状与刚度有关的系数。对于圆形板ω＝0.785；对于方形板ω＝0.8866/26/20217土木工程专业课程——《岩体力学》2、钻孔变形法优点：①对岩体扰动小；②可以在地下水位以下和相当深的部位进行；③试验方向基本上不受限制，而且试验压力可以达到很大；④在一次试验中可以同时量测几个方向的变形，便于研究

4、岩体的各向异性。缺点：试验涉及的岩体体积小，代表性受到局限。6/26/20218土木工程专业课程——《岩体力学》3、狭缝法6/26/20219土木工程专业课程——《岩体力学》常见岩体的弹性模量和变形模量6/26/202110土木工程专业课程——《岩体力学》几种岩体用不同试验方法测定的弹性模量岩体的变形模量比岩块的小，而且受结构面发育程度及风化程度等因素影响十分明显。不同地质条件下的同一岩体，其变形模量相差较大。试验方法不同、压力大小不同，岩体变形模量不同。6/26/202111土木工程专业课程——《岩体力学》二、岩体变形参数估算一是在现

5、场地质调查的基础上，建立适当的岩体地质力学模型，利用室内小试件试验资料来估算。二是在岩体质量评价和大量试验资料的基础上，建立岩体分类指标与变形参数之间的经验关系，并用于变形参数估算。6/26/202112土木工程专业课程——《岩体力学》1、层状岩体变形参数估算层状岩体的地质力学模型假设各岩层厚度相等为S，且性质相同。层面的张开度可忽略不计假设岩块的变形参数为E，μ和G，层面的变形参数为Kn，Ks。取n-t坐标系，n垂直层面，t平行层面。由岩块和层面组成单元体。6/26/202113土木工程专业课程——《岩体力学》（1）法向应力σn作用下

6、的岩体变形参数1)沿n方向加荷2)沿t方向加荷6/26/202114土木工程专业课程——《岩体力学》(2)剪应力作用下的岩体变形参数6/26/202115土木工程专业课程——《岩体力学》2、裂隙岩体变形参数的估算（1）用RMR值估算岩体变形模量（2）用Q值估算纵波速度和岩体平均变形模量6/26/202116土木工程专业课程——《岩体力学》三、岩体变形曲线类型及其特征1、法向变形曲线直线型上凹型上凸型复合型6/26/202117土木工程专业课程——《岩体力学》直线型通过原点的直线，其方程为p＝f(W)＝KW加压过程中W随p成正比增加岩体岩

7、性均匀、结构面不发育或结构面分布均匀岩体刚度大，不易变形，岩体较坚硬、完整、致密均匀、少裂隙，以弹性变形为主，接近于均质弹性体。岩体刚度低、易变形，由多组结构面切割且分布较均匀或岩性较软弱且均质或平行层面加压。有明显的塑性变形和回滞环，非弹性变形。陡直线型缓直线型6/26/202118土木工程专业课程——《岩体力学》上凹型曲线方程为p＝f(W)，dp/dW随p增大而递增，dp/dW＞0层状及节理岩体多呈这类曲线岩体刚度随循环次数增加而增大，弹性变形成分较大。多为垂直层面加压的较坚硬层状岩体。卸压曲线较陡，变形大部分为塑性变形。多为存在软

8、弱夹层的层状岩体及裂隙岩体或垂直层面加压的层状岩体。第二种情况第一种情况6/26/202119土木工程专业课程——《岩体力学》上凸型曲线方程为p＝f(W)，dp/dW随p增加而递减，d2p/dW2＜0。结构