岩石力学课件---4.岩体的力学性质20061106

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1、第四章岩体的力学性质§4-1岩体的结构岩体的结构是指岩体中结构面和结构体的形态和组合特征。按岩体被结构面分割的程度或结构体的形态特征，可将岩体结构划分为以下几种基本类型：岩体结构整体结构层状结构块状结构碎裂结构散体结构层状结构薄层状结构镶嵌结构层状碎裂结构碎裂结构§4-1岩体的结构一、整体结构岩性单一，节理不发育，无软弱结构面或夹泥，层面结合良好，渗流对岩体特性影响不大，结构尺寸大于工程尺寸。可视为均质、各向同性的连续介质。完整性系数>0.75结构面级别Ⅳ、V结构面间距>1m§4-1岩体的结构二、块状结构节理发育，有若干软弱夹

2、层或贯通微张裂隙将岩体切割成柱状、块状或菱形等结构体。工程范围内，有两组以上节理明显发育，构成影响工程稳定性的危险岩块，其尺寸小于工程几何尺寸。结构面间距0.5～1m完整性系数0.35～0.75结构面级别以Ⅳ、V为主§4-1岩体的结构三、层状结构由中厚（0.1～0.5m）及薄层（<0.1m）的均一、坚硬、软弱或软硬相间的沉积岩或沉积变质岩形成的岩体。结构面以层理、片理、节理为主，往往有层间错动，结构体呈板状、片状互相紧密叠合。工程范围内，一组节理明显发育，在层内具有均一的地质特征与力学特性，属各向异性、层内均质的连续介质。完整

3、性系数：层状0.3～0.6；薄层状<0.4结构面级别:层状以Ⅲ、Ⅳ为主；薄层状Ⅲ、Ⅳ显著结构面间距：层状0.3～0.5m；薄层状<0.3m§4-1岩体的结构四、碎裂结构构造发育，各种结构面与断裂交叉发育，且多为泥质充填。岩体破碎，呈块状或片状，局部裹有坚硬的大块或条块状岩石，属不均一的不连续介质。岩体完整性系数结构面间距结构面级别镶嵌结构<0.36<0.5mⅣ、Ⅴ级密集层状碎裂结构<0.4<0.5mⅡ、Ⅲ、Ⅳ发育破碎结构<0.3<0.5m§4-1岩体的结构五、散体结构主要为各种剧烈风化或挤压破碎的岩体或土体。结构面相当发育，呈

4、网状，岩体极度破碎，并混有断层泥，呈松散堆积或压密堆积。属松散介质。完整性系数：<0.2§4-2岩体的强度一、岩体强度特征岩体的强度取决于结构面的强度和岩石的强度。1、岩体的抗剪强度包络线介于结构面强度包络线和岩石强度包络线之间。§4-2岩体的强度一、岩体强度特征2、岩体强度的各向异性岩体强度受加载方向与结构面夹角θ的控制，因此，表现出岩体强度的各向异性。§4-2岩体的强度一、岩体强度特征2、岩体强度的各向异性石墨片岩在三向压缩下强度随加载方向的变化。§4-2岩体的强度一、岩体强度特征2、岩体强度的各向异性岩体中只有一组结构面

5、：（1）当σ1与结构面垂直，岩体强度与结构面无关，为岩石强度；（2）当θ＝450－φj/2，岩体将沿结构面破坏，其强度为结构面强度（3）当σ1与结构面平行，结构面的抗拉强度小，岩体将因结构面的横向扩展而破坏。§4-2岩体的强度一、岩体强度特征2、岩体强度的各向异性岩体中有多组结构面：岩体的强度图像将为各单组结构面岩体强度图像的叠加，如图中阴影部分。如果结构面分布均匀、且强度大体相同时，则岩体表现出各向同性的特性，但强度却大大削弱了。§4-2岩体的强度二、岩体强度的测定（现场测试）1、岩体单向抗压强度和准岩体强度（1）单向抗压强

6、度σc试件：边长(0.5～1.5）m，高度不小于边长的立方块。式中：P—试件破坏时的作用力，N;A—试件横截面面积，m2。§4-2岩体的强度二、岩体强度的测定（现场测试）1、岩体单向抗压强度和准岩体强度（2）准岩体强度完整性系数K：式中：V岩体、V岩石分别为弹性波在岩体和岩石中传播的纵波速度。准岩体抗压强度:σcm=Kσc准岩体抗拉强度:σtm=Kσt式中：σc、σt为岩石试件的单轴抗压强度和单轴抗拉强度。§4-2岩体的强度二、岩体强度的测定（现场测试）2、岩体抗剪强度现场测定（1）双千斤顶法式中：σ、τ—试件剪切面上的正应力

7、和剪应力；F—试件剪切面面积；N—法向力；Q—斜向力；α—横向推力与剪切面的夹角，通常为150。§4-2岩体的强度二、岩体强度的测定（现场测试）2、岩体抗剪强度现场测定（2）单千斤顶法现场无法施加垂直荷载的情况下采用单千斤顶法。§4-2岩体的强度二、岩体强度的测定（现场测试）3、现场三轴强度试验试件尺寸：2.8m×1.4m×2.8m,一般h>2a,矩形截面.加压装置：千斤顶，应力枕。§4-2岩体的强度二、岩体强度的测定（现场测试）3、现场三轴强度试验（1）真三轴试验（σ1>σ2>σ3)的强度计算在σ1>σ2>σ3状态下，某一平

8、面法线的方向余弦为L,M,N。则法向应力：剪应力：由上三式得：§4-2岩体的强度二、岩体强度的测定（现场测试）3、现场三轴强度试验（1）真三轴试验（σ1>σ2>σ3)的强度计算分别令L,M,N=0,则在σ-τ平面坐标内表示时三个应力圆。§4-2岩体的强度二、岩体强度的测定（现