結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)

1、第2章 結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)2-1 結(jié)構(gòu)面的類型及其特征2-2 結(jié)構(gòu)面的變形特性2-3 結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度2-4 結(jié)構(gòu)面的力學(xué)效應(yīng)2-1 2-1 結(jié)構(gòu)面的類型及其特征結(jié)構(gòu)面的類型及其特征一、結(jié)構(gòu)面的概念一、結(jié)構(gòu)面的概念 結(jié)構(gòu)面是指巖體中存在著的各種不同成因和不同特性的結(jié)構(gòu)面是指巖體中存在著的各種不同成因和不同特性的地質(zhì)界面地質(zhì)界面，包括物質(zhì)的分界面、不連續(xù)面如節(jié)理、片理、斷層、，包括物質(zhì)的分界面、不連續(xù)面如節(jié)理、片理、斷層、不整合面等。不整合面等。 結(jié)構(gòu)面具有一定的方向、延展較大、厚度小的結(jié)構(gòu)面具有一定的方向、延展較大、厚度小的二維面狀地質(zhì)界面。二維面狀地質(zhì)界面。二、結(jié)構(gòu)面的類型二、結(jié)構(gòu)面的類型火成

2、結(jié)構(gòu)面火成結(jié)構(gòu)面 原生結(jié)構(gòu)面原生結(jié)構(gòu)面 構(gòu)造結(jié)構(gòu)面構(gòu)造結(jié)構(gòu)面 次生結(jié)構(gòu)面次生結(jié)構(gòu)面 沉積結(jié)構(gòu)面沉積結(jié)構(gòu)面 變質(zhì)結(jié)構(gòu)面變質(zhì)結(jié)構(gòu)面 1 1、按結(jié)構(gòu)面、按結(jié)構(gòu)面按成因可分為按成因可分為 （1 1）原生結(jié)構(gòu)面：在成巖過程中形成的結(jié)構(gòu)）原生結(jié)構(gòu)面：在成巖過程中形成的結(jié)構(gòu)面。面。 A A、沉積結(jié)構(gòu)面沉積結(jié)構(gòu)面是沉積巖在成巖過程中形成的各種地質(zhì)界面，是沉積巖在成巖過程中形成的各種地質(zhì)界面，包括層面、層理、沉積間斷面（不整合面、假整合面），及原包括層面、層理、沉積間斷面（不整合面、假整合面），及原生軟弱夾層等。生軟弱夾層等。 B B、火成結(jié)構(gòu)面火成結(jié)構(gòu)面為巖漿侵入、噴溢冷凝所形成的各種結(jié)構(gòu)面，為巖漿侵入、噴溢

3、冷凝所形成的各種結(jié)構(gòu)面，如流層、流線、火山巖流接觸面、各種蝕變帶、擠壓破碎帶以如流層、流線、火山巖流接觸面、各種蝕變帶、擠壓破碎帶以及原生節(jié)理等。這些結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀受侵入巖體與圍巖接觸面所及原生節(jié)理等。這些結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀受侵入巖體與圍巖接觸面所控制?？刂啤?C C、變質(zhì)結(jié)構(gòu)面變質(zhì)結(jié)構(gòu)面為巖體在變質(zhì)作用過程中所形成的結(jié)構(gòu)面，如為巖體在變質(zhì)作用過程中所形成的結(jié)構(gòu)面，如片理、片麻理、板理及軟弱夾層等。變質(zhì)結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀與巖層片理、片麻理、板理及軟弱夾層等。變質(zhì)結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀與巖層基本一致，延展性較差，但它們一般分布密集。片理結(jié)構(gòu)面是基本一致，延展性較差，但它們一般分布密集。片理結(jié)構(gòu)面是變質(zhì)結(jié)構(gòu)面中最常見的，

4、其面常常是光滑的，但形態(tài)呈波浪狀變質(zhì)結(jié)構(gòu)面中最常見的，其面常常是光滑的，但形態(tài)呈波浪狀. .片麻理面常呈凹凸不平狀，結(jié)構(gòu)面也比較粗糙，變質(zhì)巖中的軟片麻理面常呈凹凸不平狀，結(jié)構(gòu)面也比較粗糙，變質(zhì)巖中的軟弱夾層主要是片狀礦物，如黑云母、綠泥石、滑石等的富集帶，弱夾層主要是片狀礦物，如黑云母、綠泥石、滑石等的富集帶，其抗剪強(qiáng)度低，遇水后性質(zhì)就更差其抗剪強(qiáng)度低，遇水后性質(zhì)就更差. .（2 2）構(gòu)造結(jié)構(gòu)面）構(gòu)造結(jié)構(gòu)面各類巖體在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下形成的各種結(jié)構(gòu)面，如各類巖體在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下形成的各種結(jié)構(gòu)面，如劈理、劈理、節(jié)理、斷層、層間錯(cuò)動(dòng)面節(jié)理、斷層、層間錯(cuò)動(dòng)面等。等。 節(jié)理面在走向延展及縱深發(fā)展上，其范圍

5、都是有限的，大節(jié)理面在走向延展及縱深發(fā)展上，其范圍都是有限的，大者一般不過上百米，小者僅有幾厘米張節(jié)理面一般粗糙，參者一般不過上百米，小者僅有幾厘米張節(jié)理面一般粗糙，參差不齊，寬窄不一，延展性較差，剪節(jié)理面一般平直光滑，延差不齊，寬窄不一，延展性較差，剪節(jié)理面一般平直光滑，延展性相對(duì)較好，節(jié)理面上常見有擦痕和各種泥質(zhì)薄膜，如高嶺展性相對(duì)較好，節(jié)理面上常見有擦痕和各種泥質(zhì)薄膜，如高嶺石、綠泥石、滑石等，因此，剪節(jié)理面盡管接觸緊密，但卻易石、綠泥石、滑石等，因此，剪節(jié)理面盡管接觸緊密，但卻易于滑動(dòng)。于滑動(dòng)。 斷層面的規(guī)模相差比較懸殊，有的深切巖石圈幾十公里，斷層面的規(guī)模相差比較懸殊，有的深切巖石圈

6、幾十公里，有的僅限于地殼表層或只在地表數(shù)十米但是，相對(duì)工程而言，有的僅限于地殼表層或只在地表數(shù)十米但是，相對(duì)工程而言，斷層面一般是延展性較好的結(jié)構(gòu)面斷層面斷層面一般是延展性較好的結(jié)構(gòu)面斷層面( (或簾或簾) )的物質(zhì)成分的物質(zhì)成分主要是構(gòu)造巖，如斷層泥、糜棱巖、角礫巖、壓碎巖等層間主要是構(gòu)造巖，如斷層泥、糜棱巖、角礫巖、壓碎巖等層間錯(cuò)動(dòng)帶是在層狀巖體中常見的一種構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，其產(chǎn)狀一般與錯(cuò)動(dòng)帶是在層狀巖體中常見的一種構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，其產(chǎn)狀一般與巖層一致。巖層一致。 延展性較好，結(jié)構(gòu)面中的物質(zhì)，因受構(gòu)造錯(cuò)動(dòng)的影響，多延展性較好，結(jié)構(gòu)面中的物質(zhì)，因受構(gòu)造錯(cuò)動(dòng)的影響，多呈破碎狀、鱗片狀，且含泥質(zhì)物。呈破碎

7、狀、鱗片狀，且含泥質(zhì)物。（3 3）次生結(jié)構(gòu)面）次生結(jié)構(gòu)面 在地表?xiàng)l件下，由于外力在地表?xiàng)l件下，由于外力( (如如風(fēng)化、地下水、卸荷、爆破風(fēng)化、地下水、卸荷、爆破等等) )的作用而形成的各種界面，如卸荷裂隙、爆破裂隙、風(fēng)的作用而形成的各種界面，如卸荷裂隙、爆破裂隙、風(fēng)化裂隙、風(fēng)化夾層及泥化夾層等化裂隙、風(fēng)化夾層及泥化夾層等 卸荷裂隙一般發(fā)生在巖體有臨空面條件的地區(qū)，特別是卸荷裂隙一般發(fā)生在巖體有臨空面條件的地區(qū)，特別是在深切河谷處，延展性不好，常在地表在深切河谷處，延展性不好，常在地表202040m40m內(nèi)發(fā)育，裂內(nèi)發(fā)育，裂隙面粗糙不平，常為張開型，充填物多為泥質(zhì)碎屑隙面粗糙不平，常為張開型，充

8、填物多為泥質(zhì)碎屑 爆破裂隙是礦山工程中常見的一種次生結(jié)構(gòu)面，爆破裂爆破裂隙是礦山工程中常見的一種次生結(jié)構(gòu)面，爆破裂隙的延展與分布視所在地區(qū)巖體特性及爆破的大小而異一隙的延展與分布視所在地區(qū)巖體特性及爆破的大小而異一般爆破裂隙的延展范圍是有限的，且多呈一組相互平行的、般爆破裂隙的延展范圍是有限的，且多呈一組相互平行的、弧狀的裂隙面分布弧狀的裂隙面分布 風(fēng)化裂隙及風(fēng)化夾層一般是沿原生夾層和原有結(jié)構(gòu)面發(fā)風(fēng)化裂隙及風(fēng)化夾層一般是沿原生夾層和原有結(jié)構(gòu)面發(fā)育，多是短小密集，延展性差，僅限于地表一定深度育，多是短小密集，延展性差，僅限于地表一定深度 泥化夾層是由于水的作用使夾層內(nèi)的松軟物質(zhì)泥化而成，泥化夾層

9、是由于水的作用使夾層內(nèi)的松軟物質(zhì)泥化而成，其產(chǎn)狀與巖層基本一致，泥化程度視地下水作用條件而其產(chǎn)狀與巖層基本一致，泥化程度視地下水作用條件而異泥化夾層一般都是強(qiáng)度很低的，它們是導(dǎo)致巖體失穩(wěn)破異泥化夾層一般都是強(qiáng)度很低的，它們是導(dǎo)致巖體失穩(wěn)破壞的常見因素壞的常見因素2 2、按結(jié)構(gòu)面按受力條件可分為、按結(jié)構(gòu)面按受力條件可分為A、壓性結(jié)構(gòu)面壓性結(jié)構(gòu)面：由壓應(yīng)力擠壓而成，其走向與最大主：由壓應(yīng)力擠壓而成，其走向與最大主應(yīng)力方向垂直。如片理面、褶皺軸面、壓性節(jié)理面應(yīng)力方向垂直。如片理面、褶皺軸面、壓性節(jié)理面等。等。 B、張性結(jié)構(gòu)面張性結(jié)構(gòu)面：在拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)面，其走：在拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)面，其

10、走向與最大主應(yīng)力方向一致。結(jié)構(gòu)面是張開的，結(jié)構(gòu)向與最大主應(yīng)力方向一致。結(jié)構(gòu)面是張開的，結(jié)構(gòu)面壁粗糙。如張斷裂面、張性節(jié)理面。面壁粗糙。如張斷裂面、張性節(jié)理面。 C、扭性結(jié)構(gòu)面扭性結(jié)構(gòu)面：由純剪或壓張應(yīng)力引起的剪應(yīng)力所形：由純剪或壓張應(yīng)力引起的剪應(yīng)力所形成的結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面壁較光滑，開口或閉口都有可成的結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面壁較光滑，開口或閉口都有可能，往往成對(duì)出現(xiàn)。如能，往往成對(duì)出現(xiàn)。如x型斷層面，型斷層面，x型節(jié)理面。型節(jié)理面。D、壓扭性結(jié)構(gòu)面壓扭性結(jié)構(gòu)面：既有壓性結(jié)構(gòu)面的特征，又有扭性：既有壓性結(jié)構(gòu)面的特征，又有扭性結(jié)構(gòu)面的特征，但常以其中一種為主。結(jié)構(gòu)面的特征，但常以其中一種為主。 E、張扭性結(jié)構(gòu)

11、面張扭性結(jié)構(gòu)面：兼有張性和扭性結(jié)構(gòu)面的雙重特征。：兼有張性和扭性結(jié)構(gòu)面的雙重特征。往往成鋸齒狀。往往成鋸齒狀。三、結(jié)構(gòu)面的分級(jí)三、結(jié)構(gòu)面的分級(jí)結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度、規(guī)模大小、組合形式等是決定結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度、規(guī)模大小、組合形式等是決定結(jié)構(gòu)體的形狀、方位和大小，控制巖體穩(wěn)定性的重要因素。尤以結(jié)的形狀、方位和大小，控制巖體穩(wěn)定性的重要因素。尤以結(jié)構(gòu)面的規(guī)模是最重要的控制因素。按結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度和規(guī)模構(gòu)面的規(guī)模是最重要的控制因素。按結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度和規(guī)模可以劃分為如下五級(jí)：可以劃分為如下五級(jí)：I I 級(jí)結(jié)構(gòu)面級(jí)結(jié)構(gòu)面-區(qū)域構(gòu)造起控制作用的斷裂帶區(qū)域構(gòu)造起控制作用的斷裂帶 級(jí)結(jié)構(gòu)面級(jí)結(jié)構(gòu)面-延展性強(qiáng)而寬

12、度有限的地質(zhì)界面延展性強(qiáng)而寬度有限的地質(zhì)界面 級(jí)結(jié)構(gòu)面級(jí)結(jié)構(gòu)面-局部性的斷裂構(gòu)造局部性的斷裂構(gòu)造 級(jí)結(jié)構(gòu)面級(jí)結(jié)構(gòu)面-節(jié)理面節(jié)理面V V 級(jí)結(jié)構(gòu)面級(jí)結(jié)構(gòu)面-細(xì)小的結(jié)構(gòu)面細(xì)小的結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面的幾何特征是反映結(jié)構(gòu)面的外貌，由下列要素組成：結(jié)構(gòu)面的幾何特征是反映結(jié)構(gòu)面的外貌，由下列要素組成：1 1、走向、走向: :結(jié)構(gòu)面與水平面的交線方向，用方位角表示。結(jié)構(gòu)面與水平面的交線方向，用方位角表示。 2 2、傾斜、傾斜: :結(jié)構(gòu)面的傾斜方向和傾斜角度。結(jié)構(gòu)面的傾斜方向和傾斜角度。 3 3、連續(xù)性。、連續(xù)性。4 4、粗糙度、粗糙度: :表明結(jié)構(gòu)面的粗糙程度。表明結(jié)構(gòu)面的粗糙程度。 5 5、起伏度、起伏度: :包

13、括起伏波的幅度和長(zhǎng)度。起伏波的幅度是指相包括起伏波的幅度和長(zhǎng)度。起伏波的幅度是指相鄰兩波峰連線與其下波槽的最大距離鄰兩波峰連線與其下波槽的最大距離a,a,起伏波的長(zhǎng)度是指相起伏波的長(zhǎng)度是指相鄰兩波峰之距離。鄰兩波峰之距離。四、結(jié)構(gòu)面的幾何特征四、結(jié)構(gòu)面的幾何特征 結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、形態(tài)、延展尺度、密集程度以及膠結(jié)結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、形態(tài)、延展尺度、密集程度以及膠結(jié)與充填情況等是影響巖體強(qiáng)度和穩(wěn)定性的重要因素。與充填情況等是影響巖體強(qiáng)度和穩(wěn)定性的重要因素。1、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀：指結(jié)構(gòu)面的走向、傾向和傾角，對(duì)巖體指結(jié)構(gòu)面的走向、傾向和傾角，對(duì)巖體是否沿某一結(jié)構(gòu)面滑移起控制作用。是否沿某一結(jié)構(gòu)面滑移起控制

14、作用。 2、結(jié)構(gòu)面形態(tài)：、結(jié)構(gòu)面形態(tài)：決定結(jié)構(gòu)面抗滑力的大小，當(dāng)結(jié)構(gòu)面的決定結(jié)構(gòu)面抗滑力的大小，當(dāng)結(jié)構(gòu)面的起伏程度大，粗糙度高時(shí)，其抗滑力就大。起伏程度大，粗糙度高時(shí)，其抗滑力就大。 3、結(jié)構(gòu)面的延展尺度：、結(jié)構(gòu)面的延展尺度：在工程巖體范圍力，延展度大的在工程巖體范圍力，延展度大的結(jié)構(gòu)面控制著巖體的強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)面延展情況不同，其力結(jié)構(gòu)面控制著巖體的強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)面延展情況不同，其力學(xué)效應(yīng)也不同。學(xué)效應(yīng)也不同。 五、結(jié)構(gòu)面的狀態(tài)五、結(jié)構(gòu)面的狀態(tài)(1)非貫通性結(jié)構(gòu)面非貫通性結(jié)構(gòu)面(2)半貫通性結(jié)構(gòu)面半貫通性結(jié)構(gòu)面(3)貫通性結(jié)構(gòu)面貫通性結(jié)構(gòu)面4 4、結(jié)構(gòu)面的密集程度：指巖體中各種結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度。、結(jié)構(gòu)

15、面的密集程度：指巖體中各種結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度。衡量密集度的指標(biāo)為巖體裂隙度衡量密集度的指標(biāo)為巖體裂隙度K K和切割度和切割度XeXe。 lnK nlKd 1（1 1）巖體裂隙度）巖體裂隙度KK沿取樣方沿取樣方向單位長(zhǎng)度上的節(jié)理數(shù)量向單位長(zhǎng)度上的節(jié)理數(shù)量式中：式中：n n為長(zhǎng)度為長(zhǎng)度l l內(nèi)的節(jié)理數(shù)量?jī)?nèi)的節(jié)理數(shù)量. .當(dāng)取樣線垂直節(jié)理的走向時(shí)，當(dāng)取樣線垂直節(jié)理的走向時(shí)，d d為節(jié)理走向?yàn)楣?jié)理走向的垂直間距。按節(jié)理的垂直間距的垂直間距。按節(jié)理的垂直間距d d將巖體分為：將巖體分為： d 180cm d 180cm 整體結(jié)構(gòu)；整體結(jié)構(gòu)； d =30d =3080cm 80cm 塊狀結(jié)構(gòu)塊狀結(jié)構(gòu) d 3

16、0cm d 30cm 碎裂狀結(jié)構(gòu)；碎裂狀結(jié)構(gòu)； d 6.5cm d 6.5cm 極破碎結(jié)構(gòu)極破碎結(jié)構(gòu)當(dāng)巖體中有幾組不同方向的節(jié)理時(shí)，當(dāng)巖體中有幾組不同方向的節(jié)理時(shí)，如圖所示兩組節(jié)理如圖所示兩組節(jié)理KaKa、KbKb，則沿取樣方，則沿取樣方向向x x上的節(jié)理平均間距上的節(jié)理平均間距maxmax和和mbxmbx為為五、結(jié)構(gòu)面的狀態(tài)五、結(jié)構(gòu)面的狀態(tài),cos,cos,cosnnnxbbbxaaaxdmdmdm 式中：式中：n n為取樣線為取樣線l l內(nèi)的節(jié)理組數(shù)量?jī)?nèi)的節(jié)理組數(shù)量. .該取樣線上的裂隙度該取樣線上的裂隙度K K為各組節(jié)理的裂隙度為各組節(jié)理的裂隙度K Ki i之和。即：之和。即： nbaK

17、KKK ,1,1,1nxnbxbaxamKmKmK K K越大，結(jié)構(gòu)面越密集。不同測(cè)線上的越大，結(jié)構(gòu)面越密集。不同測(cè)線上的K K值差別越大，巖體各值差別越大，巖體各向異性越明顯。按向異性越明顯。按K K的大小，可將節(jié)理分成：的大小，可將節(jié)理分成：疏節(jié)理（疏節(jié)理（K=0K=01 m-1 m-1 1）；密節(jié)理（）；密節(jié)理（K=1K=110 m-110 m-1）；非常密集節(jié)理（）；非常密集節(jié)理（K=10K=10100 m-100 m-1 1）；壓碎或糜棱化帶（）；壓碎或糜棱化帶（K=100K=1001000 m-11000 m-1）；）；（2 2）切割度）切割度XeXe指巖體被節(jié)理分割的程度。指巖體

18、被節(jié)理分割的程度。 假設(shè)巖體僅有一個(gè)結(jié)構(gòu)面，可沿結(jié)構(gòu)面在巖體中取一個(gè)假設(shè)巖體僅有一個(gè)結(jié)構(gòu)面，可沿結(jié)構(gòu)面在巖體中取一個(gè)貫通性的假想平直斷面，則結(jié)構(gòu)面面積貫通性的假想平直斷面，則結(jié)構(gòu)面面積a a與該斷面面積與該斷面面積A A之比，之比，即為該巖體的切割度。即為該巖體的切割度。 AaXe 可見可見, ,當(dāng)當(dāng): : 0Xe1, 0XeR 。RR tg 二、粗糙結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度二、粗糙結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度1、理想化粗糙結(jié)構(gòu)面模型鋸齒狀結(jié)構(gòu)面、理想化粗糙結(jié)構(gòu)面模型鋸齒狀結(jié)構(gòu)面（1）爬坡角）爬坡角與與剪脹現(xiàn)象剪脹現(xiàn)象（2）剪切強(qiáng)度）剪切強(qiáng)度 作用在斜面作用在斜面AB上的法向力和切向力分別為：上的法向力和切向力分

19、別為： sincosTNN cossinTNT bNT tg )tg()( bbNtgT 式中：式中：, 為結(jié)構(gòu)面為結(jié)構(gòu)面AB上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，b為為AB面面上的摩擦角。上的摩擦角。如圖為結(jié)構(gòu)面有凸臺(tái)的模型的剪應(yīng)力與法向應(yīng)力的關(guān)系曲如圖為結(jié)構(gòu)面有凸臺(tái)的模型的剪應(yīng)力與法向應(yīng)力的關(guān)系曲線，它近似呈雙直線的特結(jié)構(gòu)面受剪初期，剪切力上升較快；線，它近似呈雙直線的特結(jié)構(gòu)面受剪初期，剪切力上升較快；隨著剪力和剪切變形增加，結(jié)構(gòu)面上部分凸臺(tái)被剪斷，此后剪隨著剪力和剪切變形增加，結(jié)構(gòu)面上部分凸臺(tái)被剪斷，此后剪切力上升，梯度變小，直至達(dá)到峰值抗剪強(qiáng)度切力上升，梯度變小，直至達(dá)到峰值抗剪強(qiáng)度

20、 Patton公式公式 較小時(shí)，抗剪強(qiáng)度較小時(shí)，抗剪強(qiáng)度tg(b+); 較大時(shí)，抗剪強(qiáng)度較大時(shí)，抗剪強(qiáng)度c+tgb ,其中其中c為視內(nèi)聚力。為視內(nèi)聚力。試驗(yàn)表面，低法向應(yīng)力的剪切，結(jié)構(gòu)面有剪切位移和剪脹；高法向應(yīng)力試驗(yàn)表面，低法向應(yīng)力的剪切，結(jié)構(gòu)面有剪切位移和剪脹；高法向應(yīng)力的剪切，凸臺(tái)剪斷，結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度最終變成殘余抗剪強(qiáng)度。在剪切過的剪切，凸臺(tái)剪斷，結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度最終變成殘余抗剪強(qiáng)度。在剪切過程中，凸臺(tái)起伏形成的粗糙度以及巖石強(qiáng)度對(duì)結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度起著重程中，凸臺(tái)起伏形成的粗糙度以及巖石強(qiáng)度對(duì)結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度起著重要作用。要作用。 在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意：在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意： (1)對(duì)結(jié)構(gòu)面進(jìn)

21、行直剪試驗(yàn)時(shí)，法向應(yīng)力應(yīng)與實(shí)際工程中的一致。一般認(rèn)為對(duì)結(jié)構(gòu)面進(jìn)行直剪試驗(yàn)時(shí)，法向應(yīng)力應(yīng)與實(shí)際工程中的一致。一般認(rèn)為b R (殘余摩擦角）殘余摩擦角）. (2)是各向不同的，因此，測(cè)量時(shí)應(yīng)使所測(cè)是各向不同的，因此，測(cè)量時(shí)應(yīng)使所測(cè)角與所討論的方向一致。角與所討論的方向一致。2、不規(guī)則粗糙結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度、不規(guī)則粗糙結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度BartonBarton強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則 考慮到三個(gè)基本因素（法向力考慮到三個(gè)基本因素（法向力、粗糙度粗糙度JRCJRC、結(jié)構(gòu)面抗壓強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)面抗壓強(qiáng)度JCSJCS）的）的影響，影響，B Barton(1977)arton(1977)提出確定不規(guī)則提出確定不規(guī)則粗糙結(jié)構(gòu)面

22、抗剪強(qiáng)度公式：粗糙結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度公式： bJCSJCR )lg(tg式中：式中：bb巖石表面基本摩擦角。巖石表面基本摩擦角。JRCJRC為結(jié)構(gòu)面粗糙性系數(shù)（為結(jié)構(gòu)面粗糙性系數(shù)（0 02020），）， B Bartonarton將其分為將其分為1010級(jí)級(jí) ，平坦近平滑，平坦近平滑結(jié)構(gòu)面為結(jié)構(gòu)面為5 5，平坦起伏結(jié)構(gòu)面為，平坦起伏結(jié)構(gòu)面為1010，粗糙起伏結(jié)構(gòu)面為粗糙起伏結(jié)構(gòu)面為2020。2-4 2-4 結(jié)構(gòu)面的力學(xué)效應(yīng)結(jié)構(gòu)面的力學(xué)效應(yīng)一、單節(jié)理面的力學(xué)效應(yīng)一、單節(jié)理面的力學(xué)效應(yīng) 1 1、節(jié)理面的破壞條件（極限應(yīng)力平衡方程）、節(jié)理面的破壞條件（極限應(yīng)力平衡方程） 如圖，巖體受如圖，巖體受1 1、

23、3 3 作用，節(jié)理面與最大主平面的交角為作用，節(jié)理面與最大主平面的交角為，則節(jié)理，則節(jié)理面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力為：面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力為： 11331133jjjc tg 2cos223131 2sin231 如節(jié)理面強(qiáng)度符合庫(kù)倫準(zhǔn)則，其強(qiáng)度方程為：如節(jié)理面強(qiáng)度符合庫(kù)倫準(zhǔn)則，其強(qiáng)度方程為：式中：式中：c cj j,j j為結(jié)構(gòu)面的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角。為結(jié)構(gòu)面的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角。 （1）（2）1 1、節(jié)理面的破壞條件（極限應(yīng)力平衡方程）、節(jié)理面的破壞條件（極限應(yīng)力平衡方程）jjjjjc sin)2sin(sin2cos2331 2sin)ctgtg1(tg22331jjjc 或或 可見：節(jié)理面上的應(yīng)

24、力和強(qiáng)度均是可見：節(jié)理面上的應(yīng)力和強(qiáng)度均是的函數(shù)。因此，巖體的函數(shù)。因此，巖體強(qiáng)度與巖石的強(qiáng)度不同，除與應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)外，還與節(jié)理面的強(qiáng)度與巖石的強(qiáng)度不同，除與應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)外，還與節(jié)理面的方位有關(guān)。方位有關(guān)。1 12 2，單節(jié)理巖體才會(huì)沿節(jié)理面發(fā)生移動(dòng)破壞，單節(jié)理巖體才會(huì)沿節(jié)理面發(fā)生移動(dòng)破壞，Q Q P P（1 1）式帶入（）式帶入（2 2）式時(shí)）式時(shí)（3 3）(1)(1)由上式極限平衡方程可見：當(dāng)由上式極限平衡方程可見：當(dāng)j j 或或/2 /2 ， 1 13 3, , 故使方程有意義故使方程有意義 2 j(2)(2)如圖可見，當(dāng)如圖可見，當(dāng)1 12 2 , ,巖體才會(huì)沿節(jié)理面產(chǎn)生滑巖體才會(huì)沿節(jié)

25、理面產(chǎn)生滑移破壞。移破壞。故，節(jié)理面破壞故，節(jié)理面破壞必須滿足的條件必須滿足的條件: : (1)(1)j j /2, /2, (2)(2)1 12 2 。2 2、節(jié)理面破壞、節(jié)理面破壞必須滿足的條件必須滿足的條件 2sin)ctgtg1(tg22331jjjc 3 3、求、求11、22m jj31jjctgc2)(ctgcOMRORMRPM中中:m 2PM31RPM=21- j;由正弦定律：由正弦定律：jjPMRM sin)2sin(1 將將RM,PM代入上式得：代入上式得：jmjm sin)2sin(ctgc1jj )ctgc(sin)2sin(jj1mmjj )ctgc (sinsin2j

26、j11mmjj 12222 j由幾何關(guān)系：由幾何關(guān)系：4 4、節(jié)理最不利的位置、節(jié)理最不利的位置0d)d(31 由極限平衡方程可以看出，應(yīng)力圓直徑（由極限平衡方程可以看出，應(yīng)力圓直徑（13）是）是的函數(shù)，當(dāng)?shù)暮瘮?shù)，當(dāng)?shù)扔谀骋粋€(gè)值時(shí)，其直徑最小，與強(qiáng)度曲等于某一個(gè)值時(shí)，其直徑最小，與強(qiáng)度曲線相切。將上式對(duì)線相切。將上式對(duì)取一階導(dǎo)數(shù)，然后令其為取一階導(dǎo)數(shù)，然后令其為0，得：，得：)90(120jjtgtgtg 2450j 即是說，當(dāng)即是說，當(dāng) 時(shí)，節(jié)理的強(qiáng)度最低，最時(shí)，節(jié)理的強(qiáng)度最低，最容易產(chǎn)生破壞。說明巖體最容易沿此節(jié)理面產(chǎn)生滑容易產(chǎn)生破壞。說明巖體最容易沿此節(jié)理面產(chǎn)生滑移。移。jjjjjc sin)2sin(sin2cos2331 2450j 5 5、節(jié)理對(duì)巖體強(qiáng)度的影響、節(jié)理對(duì)巖體強(qiáng)度的影響從上述分析可見：從上述分析可見： （1）當(dāng)節(jié)理面傾角）當(dāng)節(jié)理面傾角滿足滿足12 ,且且j /2時(shí)，時(shí)，節(jié)理才會(huì)對(duì)巖體產(chǎn)生影響，這時(shí)巖體的強(qiáng)度取決于節(jié)理才會(huì)對(duì)巖體產(chǎn)生影響，這時(shí)巖體的強(qiáng)度取決于節(jié)理的強(qiáng)度，且當(dāng)節(jié)理的強(qiáng)度，且當(dāng)45j/2時(shí)，巖體強(qiáng)度最低，時(shí)，巖體強(qiáng)度最低，其莫爾圓直徑最小。其莫爾圓直徑最小。 （2）當(dāng)）當(dāng)增大或減小時(shí)，巖體的強(qiáng)度隨之增加。增大或減小時(shí)，巖體的強(qiáng)度隨之