工程地质学-第二章 岩体力学 ppt课件.ppt

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1、第二章岩体力学第一节岩石的工程地质性质几个概念：岩石、岩块和岩体：岩石是指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体；岩体由岩块和结构面组成。岩石与土的主要区别：1.岩石矿物颗粒间具有更为牢固的连接；2.岩体存在结构面；3.岩体具有高地应力。岩石的物理性质岩石的密度：颗粒密度块体密度：干密度、天然密度和饱和密度。空隙性：岩石孔隙性和裂隙性的统称，用空隙率表示。总空隙率、总开空隙率、大开空隙率、小开空隙率和闭空隙率。岩石的吸水性：岩石在一定试验条件下吸收水分的能力。岩石的吸水率：指岩石试件在一个大气压

2、和室温条件下自由吸入水的质量与试件干质量之比。岩石的饱和吸水率：是指岩石试件在高压（一般为15MPa）或真空条件下吸入水的质量与岩样干质量之比。饱水系数：吸水率与饱和吸水率之比。岩石的软化性：岩石浸水后强度降低的性质。岩石的软化性取决于它的矿物组成及空隙性。软化系数为饱和抗压强度与干燥抗压强度之比。岩石的抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的性质。岩石的抗冻性常用抗冻系数和质量损失率两个指标表示。抗冻系数是指岩石冻融实验后干抗压强度与冻融前抗压强度之比，以百分数表示。质量损失率是指冻融前后岩样干质量之差与冻融前干质量之比

3、，以百分数表示。当抗冻系数大于75%，质量损失率小于2%时，认为岩石抗冻性好，吸水率小于5%，软化系数大于0.75以及饱水系数小于0.8的岩石，具有足够的抗冻能力。岩石的透水性：岩石能被水透过的性质，用渗透系数表示。它的大小取决于空隙的数量、大小、方向和连通情况。岩石的力学性质岩石在外力作用下所变现出来的性质，这里主要研究变形、破坏及其强度。单轴受压下岩石的变形与强度岩石单轴受压应力应变曲线Ⅰ孔隙裂隙压密阶段；Ⅲ微破裂稳定发展阶段；Ⅴ破坏后阶段Ⅱ弹性变形；Ⅳ非稳定破裂发展阶段；根据美国学者米勒（1965）对2

4、8种岩石的试验成果，可以将岩块峰值前应力-轴向应变曲线分为6类。岩石的变形参数变形模量：指岩石在单向受压时，轴向压力与轴向应变之比，当岩石变形为弹性变形时，应力应变曲线为一直线，该模量为弹性模量，数值等于直线斜率。初始模量切线模量割线模量泊松比：岩石单向受压时，横向应变与轴向应变之比。在实际工作中常采用抗压强度50%处的横向应变与轴向应变之比计算泊松比。岩石的变形模量和泊松比往往具有各向异性，当平行于微结构面加载时，变形模量最大；当垂直于微结构面的变形模量最小。循环荷载条件下岩石变形特征在弹性极限以内卸荷在弹

5、性极限以外卸荷反复加载卸载应力应变曲线单向受力条件下的岩石强度岩石的强度主要包括抗压、抗拉和剪切强度。抗压强度：岩石单向受压时，能够承受的最大压应力，称为单轴抗压强度，简称抗压强度。影响岩石抗压强度的因素：1.岩石本身的因素，如矿物组成、结构构造及含水状态等；2.试验条件，如试件形状、大小、高径比及加工精度、加荷速率等。抗拉强度：岩石试件单向受拉时，能承受的最大拉应力，称为岩石的抗拉强度。影响岩石抗拉强度的因素与抗压强度影响因素相同，但其控制作用的因素是岩石的结构，特别是空隙性的影响尤为严重。岩石的抗拉强度远

6、小于其抗压强度。岩石的剪切强度：受剪力作用时抵抗剪切破坏的最大剪应力，称为剪切强度。抗剪断强度：指在一定的法向应力作用下，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。它反映了岩石的内聚力和内摩擦阻力。抗剪强度：指在一定的法向应力作用下，沿已有破裂面再次剪坏时的最大剪应力。它反映了岩石中微结构面（裂隙、层理等）或人工破裂面上的摩擦阻力。抗切强度：指法向应力为零时，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。它反映了岩石的内聚力。三向应力下岩石的变形与强度三轴应力下岩石的变形与强度测试：真三轴或不等压三轴：>>>0假三轴：>=>0三轴压

7、缩试验可以得出：（1）不同围压下三轴压缩强度；（2）强度包络线及剪切强度参数；（3）压力差（）-轴向应变曲线和变形模量。根据这些成果可以分析岩块在三轴压缩条件下的变形与强度性质。三轴压缩强度：试件在三向压力下能抵抗的最大轴向应力，称为岩块的三轴压缩强度。通过三轴压缩试验可以得到相应围压的三轴压缩强度、剪切强度参数、单轴抗拉强度。围压对岩块变形破坏的影响：岩石破坏前的应变随围压增大而增加；岩石逐渐由脆性转为延性；对变形模量的影响；总体说来，变形模量和泊松比随着围压增大都有一定程度的增加。围压对岩石强度的影响岩石

8、的三轴压缩强度均随围压的增加而增大，但是的增加速率小于的增加速率，即两者呈非线性关系。当围压为零或者很低时，应力达到峰值后曲线迅速下降至接近零，岩块残余强度很低，随着围压增大，其残余强度也逐渐增大，直到产生应变硬化。岩石的蠕变特性岩石的蠕变：岩石在大小和方向不变的外力作用下，变形量随时间延续而不断增长的现象。岩石的典型蠕变曲线页岩、砂岩和花岗岩在一定压力下蠕变曲线第二节岩体的工程地质性质及岩体工程分