《结构面的变形性质》PPT课件

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1、一、法向变形性质1、法向变形的特征为了测试得到结构面的应力-变形曲线，取含结构面和不含结构面的两块试件做变形试验，得变形曲线σn-ΔV.设不含结构面的岩块变形为ΔVr(仅仅只包括岩块的变形)；设含结构面的岩块变形为ΔVt(包括岩块和结构面的变形)。则结构面的法向闭合变形ΔVj为：第二节结构面的变形性质ΔVｊΔVｔΔVｒΔVｊ＝ΔVｔ－ΔVｒ(1)开始时随着法向应力增加，结构面闭合变形迅速增长，σn-ΔV及σn-ΔVj曲线均呈上凹型。当σn增到一定值时，σn-ΔVt曲线变陡，并与σn-ΔVr曲线大致平行。说明结构面已基本上完全闭合，其变形主要是岩块变形贡献的。这时ΔVj

2、则趋于结构面最大闭合量Vm。应力-变形关系曲线见下图，表现出以下特征：ABC(2)初始压缩阶段，含结构面的岩块变形ΔVt主要是由结构面的闭合造成的。试验表明，当σn＝1MPa时，ΔVt/ΔVr可达5～30，说明ΔVt占了很大一部分。•(3)法向应力σn大约从σc/3处开始，含结构面的岩块变形由以结构面的闭合为主转为以岩块的弹性变形为主。（4）σn-ΔVj曲线为指数或双对数曲线。曲线形状可用初始法向刚度Kni及最大闭合量Vm来确定。（5）结构面的最大闭合量始终小于结构面的张开度（e）。（结构面凹凸不平）结构面加载、卸载的应力-变形关系曲线如下图：卸荷的应力-变形关系曲线

3、特征:（1）结构面的卸荷变形曲线(σn-ΔVj)仍为一以ΔVj＝Vm为渐近线的非线性曲线。卸荷后留下很大的残余变形不能恢复，不能恢复部分称为松胀变形。卸荷后留下残余变形的大小主要取决于结构面的张开度(e)、粗糙度(JRC)、壁岩强度(JCS)及加、卸载循环次数等因素。（2）对比岩块和结构面的卸荷曲线可知，结构面的卸荷刚度比岩块的卸荷刚度大。（3）随着循环次数的增加，σn-ΔVj曲线逐渐变陡，且整体向左移。（4）每次循环荷载所得的曲线形状十分相似，且其特征与加荷方式及其受力历史无关。2、法向变形本构方程目前仍处于探索阶段，多为在试验的基础上提出的经验方程。（1)Good

4、man方程——双曲函数较适用于具有一定滑错位移的非嵌合性结构面。或（2）班迪斯（Bandis）方程a、b为系数。另，孙广忠（1988）年也提出了指数方程。3、法向刚度及其确定方法（1）定义：法向刚度Kn是指在法向应力作用下，结构面产生单位法向变形所需要的应力，数值上等于σｎ-ΔＶｊ曲线上一点的切线斜率。（2）确定方法：·试验法：室内变形试验、现场变形试验·本构方程和经验估算法，见下式：二、结构面的剪切变形性质1、剪切变形特征Kni——初始法向刚度。(1)结构面的剪切变形曲线均为非线性曲线。脆性变形型(图5—l0a)：开始时剪切变形随应力增加缓慢，曲线较陡。峰值后剪切变

5、形增加较快，有明显的峰值强度和应力降．当应力降至一定值后趋于稳定，残余强度明显低于峰值强度。塑性变形型(图5—l0b)：无明显的峰值强度和应力降，且峰值强度与残余强度相差很小．曲线的斜率是连续变化的，且具流变性。(2)结构面的峰值位移△uf受其风化程度的影响。风化后的峰值位移比新鲜的大。(3)对同类结构面而言，遭受风化的结构面，剪切刚度比未风化的小l／2一l／4。(4)结构面的剪切刚度具有明显的尺寸效应。在同一法向应力作用下，其剪切刚度随被剪切结构面的规模增大而降低(图5—12)。(5)结构面的剪切刚度随法向应力的增大而增大(图5—11，图5—12)。2.剪切刚度及其

6、确定方法（1）定义：剪切刚度KS是反映结构面剪切变形性质的重要参数，其数值等于峰值前τ-Δu曲线上任一点的切线斜率。（2）确定方法·试验法：室内试验、现场试验壁岩强度粗糙度结构面长度摩擦角经验估算法（Barton方程），见下式：