《岩体的变形性质》PPT课件

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1、第八章岩体的力学性质第一节 岩体的变形性质岩体的变形是岩块变形和结构变形的总和。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。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。一、岩体变形试验及其变形参数确定岩体的变形试验包括静力法和动力法两大类：1.基本方法（1）静力法基本原理：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。常用的测试岩体变形参数的静力法原位试验有以下三种：（1）承压板法;（2）钻孔变形法;（3）

2、狭缝法（2）动力法基本原理：用人工方法对岩体发射(或激发)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。动力法包括声波试验、地震试验等。2.承压板法：（平板载荷试验）原理：油压千斤顶对承压板下的岩体（平直光滑的表面上）加压，用测微表测变形（表面变形）。承压板面积：0.25~1.0m2加压方式：将预定荷载分若干级采用逐级一次或多次循环加载。测记变形：用百分表测记各级压力下的变形值。试验结果：可得P~W曲线P——压力；W——各级压力对应变形值WpWeW0=Wp+We弹性变形残余变形总变形由压力变形曲线可见，对应于每

3、一级的压力，其总变形，可分为弹性变形和残余变形。W0根据布西涅斯克公式：变形模量(E0)——在无侧限受压下应力与总应变之比。弹性模量(Ee)——在无侧限受压下，应力与弹性应变之比。P——承压板单位面积上的压力（MPa）；b——承压板边长（直径）；ω——与承压板刚度和强度有关的系数（方形取0.886，圆形取0.785）；W0——总变形；μ——泊松比（一般室内试验决定）；We——弹性变形；变形系数：（反映卸荷曲线的斜率）（反映岩体的刚度）（反映了岩体的残余变形特征）3.钻孔变形法它是利用钻孔膨胀计对一定长度的孔壁施加均匀液压，同时通过传感器测量孔壁的径向

4、变形。用厚壁圆筒理论，可推导出岩体变形模量与径向变形的关系：d—钻孔直径（cm）；p—水压力（MPa）；U—径向变形。4.狭缝法：（刻槽法）开缝——用扁千斤顶加压，通过百分表或电阻应变片观察变形。由以上试验结果可知：（1）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。（2）不同地质条件下的同一类型的岩体，其变形模量相差较大。（3）试验方法不同、压力大小不同，得到的岩体变形模量不同。岩体与岩块比：弹性摸量E小，峰值强度低，残余强度低，各向异性显著，相同荷载下的变形大。原因：岩体存在显著结构面。岩体：由岩块和结构面（一组或多

5、组）组成。岩块：只是含微裂隙，无宏观结构面。所以岩体与岩块相比，其变形特征有很大区别。二、岩体变形参数估算由于岩体变形试验费用昂贵，周期长，仅在重要或大型工程中使用。因此，对一般工程需要用简单方法估计变形参数。一种估算方法是：在现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岩体变形参数，这里以层状岩体为例进行介绍。另一种估算方法是：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，估算岩体变形参数。1、层状岩体变形参数估算针对层状岩体的地质力学模型（见上图），假设：各岩层厚度相等为S，且性

6、质相同；  层面的张开度忽略不计；假设岩块变形参数为E，μ和G，层面变形参数为Kn，Ks（法向刚度和剪切刚度）。取n-t坐标系，n垂直层面，t平行层面。(1)法向应力σn作用下的岩体变形参数1)沿n方向加荷由岩块和层面组成单元体（b）：假设岩石各向同性，n向加荷时，由t向应变可求岩体的泊松比。2)沿t方向加荷沿t向加荷时，岩体的变形主要是岩块引起的，故：(2)剪应力作用下的岩体变形参数岩体剪切变形由岩块剪切变形和沿层面滑动变形组成，即：岩体的剪切模量岩体的剪切变形：2、裂隙岩体变形参数的估算对于裂隙岩体，通常用岩体分类指标与变形模量之间的统计关系求得

7、：（1）用RMR值估算岩体变形模量RMR——岩体地质力学分类中，岩块强度、RQD值、节理间距、节理条数和地下水5类指标的总评分值。（2）用岩体质量指标Q值估算纵波速度和岩体平均变形模量三、岩体变形曲线类型及其特征1、法向变形曲线岩体变形曲线有以下一些类型，其特征各不相同。（1）（2）（3）（4）岩体法向变形曲线类型示意图（1）直线型：通过原点的直线，其方程为：加压过程中W随p成正比增加。岩体岩性均匀、结构面不发育或结构面分布均匀多呈这种状态。根据K及加压退压曲线，又可分为两类：陡直线型：特征：K大，E0大（刚度大）变形系数D很小（以弹性变形为主），为

8、完整、坚硬、少裂隙、致密均匀的岩体，接近于均质弹性体。缓直线型：特征：K小，E0小（刚度小）变形系数D较大，