岩体的力学性质(I)

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1、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*§6.5岩体的工程分类**§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岩体变形量从岩体的定义：岩体=>岩块+结构面岩体变形=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。研究岩体变形的意义一、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

2、地震波法原位岩体变形试验静力法动力法第六章岩体的力学性质静力法的基本原理：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)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。第六章岩体的力学性质1、承压板法第六章岩体的力学性质刚性承压板法柔性承压板法承压板千斤顶传力柱钢板混凝土顶板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＝0.886第六

3、章岩体的力学性质布西涅斯克公式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。第六章岩体的力学性质径向变形3、狭缝法（狭缝扁千斤顶法）第六章岩体的力学性质常见岩体的弹性模量和变形模量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

4、大。试验方法不同、压力大小不同，岩体变形模量不同。二、岩体变形参数估算一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。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。第六章岩体的力学性质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。（1）法向应力σn

5、作用下的岩体变形参数1)沿n方向加荷2)沿t方向加荷变形由岩块引起(2)剪应力作用下的岩体变形参数若岩层厚度及岩块参数都不相同时，应采用别的方法进行计算。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第六章岩体的力学性质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(岩体刚度为常数)岩体岩性均匀、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、

6、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、岩性较软弱且均质、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。多为存在软弱夹层的层状岩体及裂隙岩体、垂直层面加压的层状岩体。第二种情况第一种情况上凸型曲线方程为p＝f(W)，dp/dW随p增加而递

7、减，d2p/dW2＜0。结构面发育且有泥质充填的岩体、较深处埋藏有软弱夹层或岩性软弱的岩体常呈这类曲线。复合型p-W曲线呈阶梯或“S”型。结构面发育不均或岩性不均匀的岩体，常呈此类曲线。2、剪切变形曲线峰值前曲线平均斜率小，破坏位移大；一般可达2-10mm,峰值后应力降很小或不变。τr/τp≈1～0.6,多为沿软弱结构面剪切。峰值前曲线平均斜率较大，峰值强度较高。峰值后应力降较大。τr/τp≈0.8～0.6,多为沿粗糙结构面、软弱岩体及剧风化岩体剪切。峰值前曲线斜率大，线性段和非线性段明显，峰值强度高，破坏位移小,一般约

8、1mm左右,峰值后应力降大，残余强度较低。τr/τp≈0.8～0.3,多为剪断坚硬岩体。四、影响岩体变形性质的因素第六章岩体的力学性质影响因素：岩性、结构面特征、风化程度、试验方法、试件尺寸、加荷条件、温度、湿度等。结构面密度：密度增大，完整性变差，变形变大，E减小结构面的张开度及充填特征：张开度大且无充填或充填薄时