中矿岩石力学-第三章

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1、第三章岩体的力学特性本章内容3.1概述3.2岩体结构基本类型；3.3岩体的结构面及其自然特征；3.4结构面的力学性质3.5岩体的变形性质3.6岩体的强度特性3.7岩体的水力学性质3.8岩体质量评价及其分类基本要求了解岩体结构的基本类型，理解岩体结构面特征；掌握结构面的力学性质及岩体的变形性质；理解岩体的强度特性，了解岩体的水力学性质；掌握岩体质量评价及其分类方法；第三章岩体的力学性质第一节概述第二节岩体结构的基本类型第三节岩体的结构面及其自然特征第四节结构面的力学性质第五节岩体的变形性质第六节岩体的强度特性第七节岩体的水力学性质第八节岩体质量评价及其分

2、类主要内容岩体=结构面（弱面）+结构体（岩石块体）结构面：断层、褶皱、节理……统称影响岩体力学性质的基本因素：结构体(岩石)力学性质、结构面力学性质、岩体结构力学效应和环境因素(特别是水和地应力的作用)§3.1概述§3.3岩体中的结构面及自然特征次生结构面§3.3.1结构面类型（自学、了解、提问）火成结构面沉积结构面变质结构面成因及类型原生结构面构造结构面断层节理劈理§3.3.2结构面的自然特征1.充填胶结特征几何形态特征有充填无充填薄膜充填（2mm以下）断续充填连续充填厚层充填（数十厘米至数米）平直型波浪型锯齿型台阶型凹凸度（量化指标）起伏度（起伏角

3、i)粗糙度(五级）2.3.空间分布特征产状（即方位）及其变化延展性密集程度组合关系结构面的产状及其变化：结构面的走向与倾向及其变化结构面的延展性：结构面在某一方向上的连续性或结构面连续段长短的程度。分为非贯通性的、半贯通性及贯通性的结构面结构面的密集程度设取样线长度为l，在l上出现的节理条数为n，则节理之间的平均间距为裂隙度K切割度Xe20m实例：k=4/20=0.2/md=1/k=5ma.单组节理(具有同一走向）（1）裂隙度K:同一组结构面沿法线方向单位长度上的节理数量ld>180cm整体结构d=30~180块状结构d<30破裂结构d<6.5极破裂结

4、构K=0~1/m疏节理K=1~10/m密节理K=10~100/m很密节理K=100~1000/m糜棱节理按间距分类按裂隙度分类两组节理的裂隙度计算图b.两组节理ma:沿取样线节理平均间距;da:节理垂直间距；c.多组节理（2）切割度Xe：节理在岩体内的贯通程度。多处不连续切割叠加：假设在岩体中取一平直断面，总截面积为A，其中被节理面切割的面积为a；则切割度为§3.4结构面的力学性质法向变形切向变形变形性质强度性质(一）法向变形1.变形特性在法向荷载作用下，结构面间隙呈非线性减小，应力与法向变形呈指数关系。(原因）当荷载去除时，将引起明显的后滞和非弹性效

5、应。Kn－法向变形刚度Kn0－结构面的初始刚度趋势：σn↑，Kn↑（Goodman,1974）Goodman方法：①节理无抗拉强度②极限闭合量δmax＜e（节理的厚度）（1）基本假设（2）状态方程2.闭合变形量计算：－原始应力，由测量时的初始条件决定；δn,δmax－结构面闭合量，最大闭合量;A,t－回归参数，与结构面几何特征、岩石力学性质有关。（二）节理的切向变形通常有两种形式：A）粗糙（或非充填）结构面剪切变形曲线；B）平坦（或有充填物）的结构面区别及原因见下页力学模型结构面的剪切变形:与岩石强度、结构面粗糙性和法向力有关法向力不足够大沿凸台斜面滑

6、动剪胀（或扩容）法向力足够大沿凸台剪断不产生明显剪胀（三）抗剪强度i服从库仑准则:影响抗剪强度的三个基本因素：法向力σn粗糙度JRC结构面强度JCS结构面抗剪强度公式（Barton和choubey,1977)：粗糙度JRC（目测）分维数§3.5岩体的变形性质法向变形特征剪切变形特征各向异性变形特性岩体的变形（一）法向变形特征：1.法向变形试验：承压板法、钻孔变形法、狭缝法、1）承压板法选具有代表性的试验地点清除浮石，平整岩面逐级一次循环法加压岩体变形模量Em和弹性模量Eme公式：p－承受板单位面积上的压力(MPa)；D－承压板直径或边长(cm)；∆、∆

7、e－相应于p下的岩体总变形和弹性变形（cm）；ω－与承压板形状与刚度有关的系数，对圆形板＝0.785；方形板＝0.886；μm－岩体的泊松比。(J.Boussineq)2）钻孔变形法岩体的变形模量（Em）计算公式：U－径向变形μm－岩体的泊松比;厚壁圆筒理论对岩体扰动较小；可在地下水位以下和相当深的部位进行；试验方向基本不受限制，试验压力大；可以同时测量几个方向的变形，便于研究各向异性；优点（相对于承压板法来说）：缺点：涉及的岩体体积小，代表性差。3）狭缝法：p－作用于槽壁上的压力（MPa）；∆－量测点A1、A2的相对位移值(cm)，∆=y2-y1。μ

8、m－岩体的泊松比;2.法向变形曲线及特征：（1）直线型（弹性岩体）岩性均匀且结构面不发育或结构