高等岩石力学-3结构面+岩体的力学特性课件.ppt

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1、高等岩石力学安全科学与工程矿业工程硕士学位课程重庆大学许江绪论第一篇基础知识篇第二篇基本理论篇第三篇计算机技术应用篇第四篇工程技术应用篇课程目录：第1章地质学基础第2章岩石的物理力学属性第3章结构面力学特性第4章岩体力学特性第一篇基础知识篇第3章结构面力学特性§1法向变形§2剪切变形§3抗剪强度§4影响结构面力学特性的主要因素第3章结构面力学特性§1法向变形§2剪切变形§3抗剪强度§4影响结构面力学特性的主要因素第3章结构面力学特性1.1法向变形曲线1.2Goodman法向应力与结构面闭合量间的关系式1.3Ban

2、dis法向应力与结构面法向变形间的关系式§1法向变形1.1法向变形曲线1.2Goodman法向应力与结构面闭合量间的关系式基本关系式：其中：法向变形刚度：基本关系式：法向刚度表达式：初始法向刚度与最大变形量表达式：1.3Bandis法向应力与结构面法向变形间的关系式§1法向变形§2剪切变形§3抗剪强度§4影响结构面力学特性的主要因素第3章结构面力学特性2.1结构面剪切变形曲线2.2结构面剪切变形曲线的分区2.3剪切刚度2.4结构面剪切凸台力学模型§2剪切变形非充填粗糙结构面平坦或有充填物结构面结构面剪切变形曲线2

3、.1结构面剪切变形曲线2.1结构面剪切变形曲线在一定的法向应力作用下，结构面在剪切力作用下将产生切向变形，且通常有以下两种基本形式：非充填粗糙结构面：随剪切变形发生，剪切应力相对上升较快，当达到剪应力峰值后，结构面抗剪能力出现较大的下降，并产生不规则的峰后变形或滞滑现象；平坦(或有充填物)的结构面：初始阶段的剪切变形曲线呈下凹型，随着剪切变形的持续发展，剪切应力逐渐升高但没有明显的峰值出现，最终达到恒定值，有时也出现剪切硬化。2.2结构面剪切变形曲线的分区弹性区：峰值应力上升区剪应力峰值区：塑性区：峰后应力降低区

4、或恒应力区弹性区弹性区塑性区塑性区剪应力峰值区特别强调：剪切变形曲线从形式上可划分成“弹性区”(即峰前应力上升区)、剪应力峰值区和“塑性区”(即峰后应力降低区或恒应力区。但在结构面剪切过程中，由于伴随有微凸体的弹性变形、劈裂、磨粒的产生与迁移、结构面的相对错动等多种力学过程，因此，剪切变形一般是不可恢复的，即便在“弹性区”，剪切变形也不可能完全恢复。2.2结构面剪切变形曲线的分区2.3剪切刚度2.4结构面剪切凸台力学模型对于凹凸不平的结构面，可简化成下图所示的结构面剪切凸台力学模型，其剪切结构面上有一凸台，模型上

5、半部作用有剪切力S和法向力N，模型下半部固定不动。在剪应力作用下，模型上半部将沿凸台斜面滑动，除有切向运动外，还将产生向上的移动．把这种剪切过程中产生的法向移动分量称之为剪胀。在剪切变形过程中，由于剪应力与法向应力的复合作用，可使凸台剪断或拉断，此时剪胀现象消失；当法向应力较大或结构面剪应力持续增加，最终将使凸台沿根部剪断或拉断。因此，结构面的剪切变形与岩石强度、结构面粗糙度（凸台角i）和法向力密切有关。§2剪切变形§1法向变形§2剪切变形§3抗剪强度§4影响结构面力学特性的主要因素第3章结构面力学特性3.1抗剪

6、强度与法向力间的关系3.2Barton结构面的抗剪强度公式3.3结构面抗剪强度的尺寸效应3.4结构面抗剪强度与其变形历史相关3.5充填物厚度与成分对结构面抗剪强度的影响§3抗剪强度根据结构面剪切凸台力学模型，结构面抗剪强度与法向应力间的关系曲线（其中φb为岩石平坦表面基本摩擦角，i为结构面凸台斜坡角）为：3.1抗剪强度与法向力间的关系大量试验结果表明，结构面抗剪强度与法向力间的关系一般也可表述为线性关系，即可用库仑准则表述为：式中：c和　分别是结构面上的粘结力和摩擦角是作用在结构面上的法向应力3.1抗剪强度与法向

7、力间的关系3.2Barton的结构面抗剪强度公式结构面的抗剪强度公式：式中：JRC是结构面壁岩石的单轴抗压强度是岩石表面的基本摩擦角JRC为结构面的粗糙性系数右图为Barton和Choubey给出的10种典型剖面及其JRC取值计算公式：JRC取值：3.2Barton的结构面抗剪强度公式3.3结构面抗剪强度的尺寸效应3.4结构面抗剪强度与其变形历史相关3.5充填物对结构面抗剪强度的影响3.5充填物对结构面抗剪强度的影响§1法向变形§2剪切变形§3抗剪强度§4影响结构面力学特性的主要因素第3章结构面力学特性？§4影响

8、结构面力学特性的主要因素第1章地质学基础第2章岩石的物理力学属性第3章结构面力学特性第4章岩体力学特性第一篇基础知识篇§1岩体的变形特性§2岩体的强度特征§3岩体的水力学性质第4章岩体力学特性§1岩体的变形特性§2岩体的强度特征§3岩体的水力学性质第4章岩体力学特性1.1岩体的单轴或三轴压缩变形特征1.2岩体剪切变形特征1.3岩体各向异性变形特征1.4特别提醒§1岩体的变