6-2 岩体的力学性质(1-2).pdf

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1、第第三三节节岩体的变形性质岩体的变形性质岩体变形是评价岩体稳定性的重要指标,是岩体工程设计的基本准则之一隧道拱顶大变形隧道拱顶开裂变形隧道拱脚大变形岩体的变形是岩块变形和岩体结构变形的总和，结构变形包括结构面闭合、张开、延展、充填物压密及结构体转动和滑移等.而一般来说，岩体结构的变形对岩体变形起着控制作用。而一般来说，岩体结构的变形潜在的平面滑动破坏弯曲倾倒破坏楔形滑动破坏隧道拱顶楔形体掉落隧道侧壁楔形体滑动那么如何研究岩体的变形呢？那么如何研究岩体的变形呢？1.1.岩体原位试验；岩体原位试验；2.2.工程岩体变形监

2、测；工程岩体变形监测；3.3.物理模拟试验；物理模拟试验；4.4.数值模拟技术；数值模拟技术；5.5.理论分析；理论分析；6.6.经验方法。经验方法。一、岩体变形试验及其变形参数确定一、岩体变形试验及其变形参数确定研究岩体变形性质的主要方法：研究岩体变形性质的主要方法：岩体原位变形试验岩体原位变形试验静力法静力法基本原理：在选定的岩体表面，或在岩体中开挖洞室或钻孔，在岩面、槽洞或孔壁上施加法向荷载，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。方法：承压板法、钻孔变形法、狭缝法、水压洞室法

3、、单（双）轴压缩试验法动力法动力法基本原理：用人工方法在岩体中发射（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方法：声波法、地震波法((一一))承压板法刚性承压板法柔性承压板法混凝土顶板钢板传力柱千斤顶刚百分表性百分表钢板承承压板压板法刚性承压板法刚性试验点：具有代表性，并避开大的承断层和破碎带压板受荷面积:考虑岩体裂隙发育情况、法2加载设备出力大小,取0.25~1m承压板：尺寸与受荷面积相同;具有足够的刚度加载方法：逐级一次循环加载法。加载试验：施加各级压力（p）及

4、测量相应荷载下岩体的变形值（W）,绘制p-W。荷载-变形曲线布西涅斯克公式计布西涅斯克公式计刚性算岩体的变形参数算岩体的变形参数承变形模量E：压m2板pD(1−µ)ωm法E=()MPamW岩体总变形量弹性模量E：me2pD(1−µ)ωmE=()MPameWe岩体弹性变形量ω是与承压板形状和刚度有关的系数。圆形板ω＝0.785；对于方形板ω＝0.886优点：①方法简单；②与岩体实际平面受力状态接近缺点：承压板刚度不易确定荷载-变形曲线((二二))钻孔变形法(水压法)钻孔变形法是指在钻孔中布置钻孔压力计（或膨胀计）等设备

5、，通过水泵给钻孔壁施加压力，同时记录测得的钻孔壁径向位移，以获得岩体变形参数的方法。变形模量（厚壁筒理论）dp(1+µ)mE=mU孔壁受压后的径向变形量优点(与承压板法相比较)：①不需挖试验洞,可利用已有钻孔,对岩体扰动小；②可在深部有地下水的岩体中进行；③试验方向基本不受限制,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。缺点：试验涉及的岩体体积小，代表性受到局限，一孔之见。测杆百分表((三三))狭缝法测量标点狭缝法又称扁千斤顶法，是指在选扁千斤顶砂浆定的岩体表面刻槽，然后在槽内安槽壁压力表装

6、扁千斤顶（压力枕）进行试验，油管获得岩体变形模量的方法。千分表油泵变形模量plEtmm=−−+⎡⎣()1µ(gθθµθθ12tg)()1+m(sin21−sin22)⎤⎦2WR量测点A12,A的相对位移Wyy=−R21相对变形计算示意图常见岩体的弹性模量和变形模量常见岩体的弹性模量和变形模量常见岩体的弹性模量和变形模量（常见岩体的弹性模量和变形模量（GPaGPa或或10103MPaMPa））弹性模量变形模量地质情况1.岩体的变形模量受地质条件的影响明显:岩性、结构面发育程度、风化程度等。应根据工程岩体的地质条件，选择

7、合理的模量值。2.岩体的变形模量比岩块的小很多3.不同试验方法测得的岩体变形模量不同二、岩体变形参数的估算二、岩体变形参数的估算岩体原位变形试验周期长、费用昂贵，一般只在重要工程或大型工程中进行。岩体变形参数估算法：（岩体变形参数估算法：（22种方法）种方法）①①现场地质调查岩体地质力学模型岩体变形参数估算室内小试件试验资料岩体质量评价建②②岩体分类指标与变形参数的关系大量试验资料立岩体变形参数估算（（一）层状岩体变形参数估算（方法一）一）层状岩体变形参数估算（方法一）岩体变形参数估算1.层状岩体地质力学2.作用下岩

8、体的变形参数σn概化模型(1)在n方向加载时t岩块的法向变形：KK,σnns∆=VSrEEµG层面的法向变形：σn∆=VjKnn岩体的总法向变形量：岩体变形参数估算σσσnnn∆=∆+VVVSnrj∆=+=S(2)在t方向加载时EKEnmn变形主要由岩块引起层状岩体垂直层面方111=+向的变形模量E：EEKS层状岩体平行层面方mnmnn向的变形