北科大岩石力学课件-李长洪3.3岩体力学性质

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1、岩石力学与工程ROCKMECHANICSANDENGINEERING结构面的力学性质6/14/2021岩石力学本节主要内容1结构面法向变形与刚度2结构面切向变形与刚度3结构面的抗剪强度6/14/2021岩石力学3.3结构面的力学性质为什么要研究结构面的力学性质？1引起工程岩体失稳破坏（意大利瓦依昂水库库岸滑坡）（中国拓溪水库库岸滑坡）2控制岩体变形3控制地下水渗透4影响岩体中应力分布6/14/2021岩石力学3.3结构面的力学性质3.3.1法向变形与法向刚度1）（Goodman,1974）法向应力与法向变形的关系式中：：原位压力：最大可能闭合量s，t：与结构面几何特征、岩石力学性质有关的两个

2、参数6/14/2021岩石力学3.3结构面的力学性质（法向变形与法向刚度）法向刚度kn（Goodman,1974）式中Kn0：结构面的初始刚度实质：每点的切线斜率6/14/2021岩石力学3.3结构面的力学性质2）班迪斯（Bandis,1984）法向应力与法向变形的关系式中：a、b为常数6/14/2021岩石力学3.3结构面的力学性质（法向变形与法向刚度）法向刚度kn（Bandis,1984）实质：每点的切线斜率6/14/2021岩石力学3.3结构面的力学性质（法向变形与法向刚度）3）法向变形的特征①曲线形状，先凹，后陡；可由初始法向刚度和最大闭合量确定。②初始阶段，结构面变形为主，当σn=

3、σc/3时结构面变形基本完成③最大闭合量小于张开度。6/14/2021岩石力学3.3结构面的力学性质3.3.2剪切变形与剪切刚度1)两种类型a.粗糙结构面（无充填物），剪应力上升较快，当剪应力达到峰值后抗剪能力下降较大，并产生不规则的峰后变形或滞滑现象。b.平坦结构面（有充填物），初始阶段剪切变形曲线斜率逐渐减小，曲线没有明显的峰值出现，最恒定。6/14/2021岩石力学3.3结构面的力学性质（剪切变形与剪切刚度）2）剪切刚度Kt剪切刚度：1974年Goodman提出：式中：Kt0－初始剪切刚度τs－产生较大剪切位移时的剪应力渐近值6/14/2021岩石力学3.3结构面的力学性质（剪切变形与

4、剪切刚度）3）剪切变形方程1975，卡尔哈维（Kalhaway)提出：式中：m=1/k0,k0:初始剪切刚度n=1/τ0,τ0－产生较大剪切位移时的剪应力渐近值6/14/2021岩石力学3.3结构面的力学性质（剪切变形与剪切刚度）4）剪切变形特征①两种类型：a.坚硬、无充填物－脆性变形有明显的峰值、应力降b.软弱、有充填物－塑性变形无明显的峰值、应力降②风化结构面，峰值位移变大、剪切刚度变小③随法向应力减小、剪切规模增大，剪切刚度减小6/14/2021岩石力学3.3结构面的力学性质3.3.3结构面的抗剪强度1）平直结构面剪切强度6/14/2021岩石力学3.3结构面的力学性质2）粗糙起伏结构

5、面剪切强度两种情况：剪胀、剪断剪胀：剪断：6/14/2021岩石力学2）剪胀现象与剪断现象①岩石强度↑，爬坡角i↓，法向力N↓，发生剪胀现象(b)②岩石强度↓，爬坡角i↑，法向力N↑，发生剪断现象(c)6/14/2021岩石力学结束语6/14/2021岩石力学