第3章_巖體的力學性質

1、第第3章章 巖體的力學性質巖體的力學性質本章內容本章內容概述概述巖體結構基本類型巖體結構基本類型巖體結構面巖體結構面結構面的力學性質結構面的力學性質巖體的變形特征巖體的變形特征巖體的強度特征巖體的強度特征巖體的水力學性質巖體的水力學性質巖體質量評價及其分類巖體質量評價及其分類 本章重點難點：本章重點難點： 1、巖體結構；、巖體結構； 2、結構面的力學特征、結構面的力學特征 3、巖體的強度特征、巖體的強度特征 4、巖體的破壞機理、巖體的破壞機理 5、巖體分類。、巖體分類。 關鍵術語：關鍵術語：巖體結構，巖體強度，準巖體強度；巖體變巖體結構，巖體強度，準巖體強度；巖體變形，巖石形，巖石RQD質量指

2、標；完整性系數質量指標；完整性系數 ；巖石堅固性系；巖石堅固性系數數 要求：要求： 1、掌握本課程重點難點內容；、掌握本課程重點難點內容； 2、了解幾種有代表性的巖體分類方法；、了解幾種有代表性的巖體分類方法； 3、了解我國工程巖體分級標準（、了解我國工程巖體分級標準（GB5021894）3.1 概述概述 結構面結構面：是指巖體中存在著的各種不同成因和不同特性是指巖體中存在著的各種不同成因和不同特性的地質界面，包括物質的分界面、不連續(xù)面如節(jié)理、片的地質界面，包括物質的分界面、不連續(xù)面如節(jié)理、片理、斷層、不整合面等。理、斷層、不整合面等。 堅硬結構面（干凈的）堅硬結構面（干凈的） 軟弱結構面（夾

3、泥的夾層的）軟弱結構面（夾泥的夾層的） 結構體結構體：由結構面在巖體中切割而成的幾何體稱為結構：由結構面在巖體中切割而成的幾何體稱為結構體（巖石）。體（巖石）。 塊狀結構體（三維相差不大）塊狀結構體（三維相差不大） 板狀結構體（板狀）板狀結構體（板狀） 巖體巖體：結構面和結構體的地質統(tǒng)一體。：結構面和結構體的地質統(tǒng)一體。 巖體的力學性質：巖體的力學性質：巖體抵抗外力作用的的能力巖體抵抗外力作用的的能力 巖體力學性質的影響因素：巖體力學性質的影響因素： 結構體的力學性質：結構體本身強度結構體的力學性質：結構體本身強度 結構面的力學性質：粗糙起伏、尺寸效應、各向異性、開閉結構面的力學性質：粗糙起伏

4、、尺寸效應、各向異性、開閉 巖體結構的力學效應：結構面空間分布、組合巖體結構的力學效應：結構面空間分布、組合 環(huán)境影響：水：主要是巖石的水理性質和水壓力作用環(huán)境影響：水：主要是巖石的水理性質和水壓力作用 溫度：地下溫度與深度的關系溫度：地下溫度與深度的關系 地應力：三維應力狀態(tài)影響承載能力地應力：三維應力狀態(tài)影響承載能力 地應力影響巖體變形與破壞機制地應力影響巖體變形與破壞機制 應力傳播應力傳播-不連續(xù)的巖體變成連續(xù)不連續(xù)的巖體變成連續(xù) 巖體的力學性質要研究的具體對象巖體的力學性質要研究的具體對象3.2 巖體結構基本類型巖體結構基本類型 3.2.1 巖體結構分類依據巖體結構分類依據第一依據第一

5、依據-結構面類型結構面類型，它規(guī)定了，它規(guī)定了結構級序結構級序 軟弱結構面：軟弱結構面：級結構級結構 堅硬結構面：堅硬結構面：級結構級結構第二依據第二依據-結構面切割程度及結構體類型結構面切割程度及結構體類型，它規(guī)定了，它規(guī)定了巖體結構的巖體結構的基本類型基本類型 級結構：塊狀結構體級結構：塊狀結構體-塊裂結構塊裂結構 板狀結構體板狀結構體-板裂結構板裂結構 級結構：結構面貫通切割級結構：結構面貫通切割-碎裂結構碎裂結構 結構面斷續(xù)切割結構面斷續(xù)切割-斷續(xù)結構斷續(xù)結構 無顯結構面切割無顯結構面切割-完整結構完整結構 過渡型巖體結構：軟硬面混雜、無序排列過渡型巖體結構：軟硬面混雜、無序排列-散體

6、結構散體結構亞類劃分依據：依據巖體的原生結構亞類劃分依據：依據巖體的原生結構 如碎裂結構可分為：塊狀碎裂結構、層狀碎裂結構如碎裂結構可分為：塊狀碎裂結構、層狀碎裂結構3.2.2 巖體結構分類方案巖體結構分類方案級結構：級結構： 切割形成的結構面大多與區(qū)域構造有關 或與不連續(xù)層面有關 貫通切割 不是一個完整體 無約束將自然分離級結構：級結構：由次級結構面切割而成 完整結構（無顯結構面切割） 斷續(xù)結構（斷續(xù)結構面切割） 碎裂結構（堅硬貫通結構面切割）過渡型結構：過渡型結構： 散體結構（軟硬結構面混雜切割）散體結構（軟硬結構面混雜切割） 多為斷層破碎帶和強風化帶中多為斷層破碎帶和強風化帶中 關于斷層

7、破碎帶關于斷層破碎帶 關于強風化帶（四川石棉礦大坪分礦山例）關于強風化帶（四川石棉礦大坪分礦山例） 兩種特點：結構面排列無序兩種特點：結構面排列無序 結構面軟硬混雜結構面軟硬混雜參見參見Tab 3-1，Page783.2.3 各類巖體結構的地質特征各類巖體結構的地質特征1、完整結構巖體、完整結構巖體 碎裂結構后天愈合而成碎裂結構后天愈合而成 愈合形式有兩種：壓力愈合，膠結愈合愈合形式有兩種：壓力愈合，膠結愈合 壓力愈合，使具有粘性散體粘接在一起壓力愈合，使具有粘性散體粘接在一起 膠結愈合，含硅、鈣、鐵質成分侵入膠結愈合，含硅、鈣、鐵質成分侵入 “粘的不如原生的牢粘的不如原生的牢”2、塊裂結構巖

8、體、塊裂結構巖體 一組或數組軟硬結構面切割而成（多為錯動過）一組或數組軟硬結構面切割而成（多為錯動過） 參與切割的結構面一般延展較長參與切割的結構面一般延展較長 形成形狀各異的塊體形成形狀各異的塊體3、板裂結構巖體、板裂結構巖體 主要是層狀巖體受褶皺作用產生層間錯動所致主要是層狀巖體受褶皺作用產生層間錯動所致4、碎裂結構巖體、碎裂結構巖體 多組結構面多組結構面 結構面貫通結構面貫通 結構體尺寸大（常以米計）結構體尺寸大（常以米計）5、斷續(xù)結構巖體、斷續(xù)結構巖體 不連續(xù)結構面切割所致不連續(xù)結構面切割所致 不形成結構體不形成結構體 受力后結構面端部應力集中而破壞受力后結構面端部應力集中而破壞6、散

9、體結構、散體結構 碎屑狀散體結構：結構面軟硬混雜、無序切割，結構體呈礫狀，碎屑狀散體結構：結構面軟硬混雜、無序切割，結構體呈礫狀，大小不一（塊度較碎裂結構小）。分構造型和風化型大小不一（塊度較碎裂結構?。７謽嬙煨秃惋L化型 糜棱化散體結構：斷層內磨蝕，或風化所致糜棱化散體結構：斷層內磨蝕，或風化所致 結構體的形狀結構體的形狀1 1、板狀結構體：、板狀結構體：2 2、柱狀結構體：、柱狀結構體：3 3、錐形結構體：、錐形結構體： 結構體的形狀與巖石類型有關；與區(qū)域構造運動強度結構體的形狀與巖石類型有關；與區(qū)域構造運動強度有關；與工程圍巖的破壞方式有關。有關；與工程圍巖的破壞方式有關。3.2.4 巖

10、體結構對于工程的相對性巖體結構對于工程的相對性 之所以要研究巖體結構，是因為人類要在巖體內部或上方作之所以要研究巖體結構，是因為人類要在巖體內部或上方作工程工程 工程尺寸不同，巖體結構對其穩(wěn)定性影響也不同工程尺寸不同，巖體結構對其穩(wěn)定性影響也不同 同一巖體，在其內部開挖隧道或鉆孔，穩(wěn)定性不同同一巖體，在其內部開挖隧道或鉆孔，穩(wěn)定性不同3.3 結構面及其充填特征結構面及其充填特征 結構面具有一定方向、延展較大、厚度較小、變化復雜、二維結構面具有一定方向、延展較大、厚度較小、變化復雜、二維地質界面地質界面 使巖體構造上不連續(xù)、非均質使巖體構造上不連續(xù)、非均質3.3.1 結構面的類型及其特征結構面的

11、類型及其特征1、原生結構面、原生結構面 沉積結構面：沉積結構面：沉積巖成巖石過程中形成的地質界面沉積巖成巖石過程中形成的地質界面 常見形式：層面、層理、沉積間斷面（不整合、假整合）、常見形式：層面、層理、沉積間斷面（不整合、假整合）、原生軟弱面等。原生軟弱面等。 沉積結構面產狀與巖層相同沉積結構面產狀與巖層相同 沉積面特征決定于沉積環(huán)境沉積面特征決定于沉積環(huán)境 海相：延展范圍廣、分布穩(wěn)定海相：延展范圍廣、分布穩(wěn)定 陸相：易尖滅、透鏡或扁豆體陸相：易尖滅、透鏡或扁豆體 沉積結構面的特征：常見泥裂、波痕、交錯層理、縫合線、沉積結構面的特征：常見泥裂、波痕、交錯層理、縫合線、古生物遺跡、古風化殘積物

12、、軟弱夾層等古生物遺跡、古風化殘積物、軟弱夾層等火成結構面：火成結構面：巖漿侵入、冷凝、噴溢所形成的結構面巖漿侵入、冷凝、噴溢所形成的結構面 常見形式：流層、流線、火山巖流接觸面、各種蝕變面擠壓破常見形式：流層、流線、火山巖流接觸面、各種蝕變面擠壓破碎帶、原生節(jié)理等碎帶、原生節(jié)理等 接觸帶延展強接觸帶延展強 原生節(jié)理延展不強，粗糙起伏，平行或垂直接觸面，有時充填原生節(jié)理延展不強，粗糙起伏，平行或垂直接觸面，有時充填 充填節(jié)理、擠壓破碎帶、蝕變帶較弱充填節(jié)理、擠壓破碎帶、蝕變帶較弱變質結構面：變質結構面：巖體變質過程中所形成的結構面巖體變質過程中所形成的結構面 常見形式：片理、片麻理、板理、軟弱

13、夾層等常見形式：片理、片麻理、板理、軟弱夾層等 結構面產狀：與巖層一致結構面產狀：與巖層一致 延展性差，分布密集，除板理外，其余都較粗糙延展性差，分布密集，除板理外，其余都較粗糙 抗剪強度低，含水后更差抗剪強度低，含水后更差2、構造結構面、構造結構面 構造結構面是地殼構造運動作用產生的結構面構造結構面是地殼構造運動作用產生的結構面 常見形式：劈理、節(jié)理、斷層、層間錯動等常見形式：劈理、節(jié)理、斷層、層間錯動等 大小不一、寬窄不一、起伏粗糙不一、充填不一大小不一、寬窄不一、起伏粗糙不一、充填不一3、次生結構面、次生結構面 次生結構面？地表附近外部影響引起產生的結構面次生結構面？地表附近外部影響引起

14、產生的結構面 風化所致風化所致 地下水所致地下水所致 卸載所致卸載所致 沖擊震動所致（如爆破、天外隕石）沖擊震動所致（如爆破、天外隕石） 結構面類型及特征：參見結構面類型及特征：參見Tab 2-2, Page 843.3.2 結構面的分級結構面的分級 級結構面：區(qū)域構造控制面，如斷層，延展范圍大，公里級級結構面：區(qū)域構造控制面，如斷層，延展范圍大，公里級 級結構面：一般構造斷裂延展性強而寬度有限，米到公里級級結構面：一般構造斷裂延展性強而寬度有限，米到公里級 級結構面：延展性差的小型構造斷裂，米到百米級級結構面：延展性差的小型構造斷裂，米到百米級 級結構面：延展性較差的成組分布的節(jié)理，米級級結

15、構面：延展性較差的成組分布的節(jié)理，米級 級結構面：延展性極差的隨機性小節(jié)理，米級及其以下級結構面：延展性極差的隨機性小節(jié)理，米級及其以下 前三級為實測結構面，后兩種為統(tǒng)計結構面前三級為實測結構面，后兩種為統(tǒng)計結構面 結構面分級及其特征：參見結構面分級及其特征：參見Tab 2-3，Page 873.3.3 結構面狀態(tài)結構面狀態(tài) 結構面的分類：結構面的分類：按照貫通與否，可分作三類按照貫通與否，可分作三類 非貫通結構面非貫通結構面 半貫通結構面半貫通結構面 貫通結構面貫通結構面 結構面的分布結構面的分布 結構面對巖體強度影響，與結構面性態(tài)、結構面的分布相關結構面對巖體強度影響，與結構面性態(tài)、結構面

16、的分布相關 結構面的產狀結構面的產狀 結構面的形態(tài)結構面的形態(tài) 結構面的延展度結構面的延展度 結構面的密集度結構面的密集度 巖體裂隙度巖體裂隙度 K K 節(jié)理平均間距節(jié)理平均間距 d d 巖體中有多組節(jié)理時巖體中有多組節(jié)理時KnL1LdKnaxxx, ,.coscoscosabnbnabndddnnn12.nKKKK 巖體的切割度巖體的切割度 Xe 巖體的切割度是指巖體被切割分離的程度巖體的切割度是指巖體被切割分離的程度 切割度：等于某節(jié)理的巖體中的面積除以該方向巖體截面積切割度：等于某節(jié)理的巖體中的面積除以該方向巖體截面積 當一貫截面方向多個節(jié)理時當一貫截面方向多個節(jié)理時 某個節(jié)理組產生的切

17、割度某個節(jié)理組產生的切割度 結構面的充填物結構面的充填物 充填物的充填物的 C、值較兩壁小得多值較兩壁小得多 當充填物含水時，降低更明顯當充填物含水時，降低更明顯eaXA12.neaaaXAveXKX3.4 結構面的力學性質結構面的力學性質1、結構面的法向變形、結構面的法向變形Goodman理論：法向變形與壓力關系理論：法向變形與壓力關系 剛度系數剛度系數max()tnnns20max00max()nnnnnKKKKBandis理論： 法向變形與壓力關系法向變形與壓力關系 剛度系數（理論）剛度系數（理論） 剛度系數（經驗）剛度系數（經驗） 初始剛度系數與最大閉合量初始剛度系數與最大閉合量nnn

18、ab21()nnnnKab200max( 1)nnnnnKKK000.02()1.757nnJCSKJRCmax0()()DnJCSAB JRCC2、剪切變形、剪切變形結構面粗糙無充填時結構面粗糙無充填時 結構面剪切變形過程：分光滑結構面與粗糙起伏結構面結構面剪切變形過程：分光滑結構面與粗糙起伏結構面 剪切過程（在正壓力作用下）：剪切過程（在正壓力作用下）： 初始表現(xiàn)彈性初始表現(xiàn)彈性 不同起伏粗糙度剪切變形曲線不同不同起伏粗糙度剪切變形曲線不同 剪切剛度剪切剛度 Goodman經驗公式經驗公式ttK0( 1)ttsKK 粗糙起伏節(jié)理面的剪切騎越粗糙起伏節(jié)理面的剪切騎越()jnbtgin n結構

19、面含有充填物時結構面含有充填物時 張性結構面常常含有充填物。當充填物較兩壁軟弱時，對結張性結構面常常含有充填物。當充填物較兩壁軟弱時，對結構面剪切試驗構面剪切試驗充填物厚度大于結構面起伏度時充填物厚度大于結構面起伏度時充填物厚度小于結構面起伏度時充填物厚度小于結構面起伏度時 討論：剪切應力與位移關系變化討論：剪切應力與位移關系變化3、抗剪強度、抗剪強度平直結構面問題平直結構面問題 張性結構面張性結構面 未貫通或膠結結構面未貫通或膠結結構面jnjtgjjnjctg粗糙結構面粗糙結構面 剪脹剪脹的概念的概念 剪脹角的概念剪脹角的概念 剪脹角的幾何含義剪脹角的幾何含義tnntdtgd(lg)nbnJ

20、CStg JRCJRC的確定的確定 結構面分形曲線的測定結構面分形曲線的測定 目測確定目測確定 計算確定計算確定 p-峰值剪切角，可用傾斜滑移傾角確定，亦可用下式計算峰值剪切角，可用傾斜滑移傾角確定，亦可用下式計算 結構面峰值剪切強度的尺寸效應結構面峰值剪切強度的尺寸效應（隨著尺寸增大而減?。S著尺寸增大而減?。?隨著尺寸增大：峰值強度時位移增大隨著尺寸增大：峰值強度時位移增大 剪切破壞由脆性向延性變化剪切破壞由脆性向延性變化 峰值剪脹減小峰值剪脹減小 隨著粗糙度減小，尺寸效應減小隨著粗糙度減小，尺寸效應減小lgpbnJRCJCSppnarctg結構面接觸的尺寸效應結構面接觸的尺寸效應 結構

21、面面積大，接觸面積大，接觸點少結構面面積大，接觸面積大，接觸點少 結構面面積小，接觸面積小，接觸點多結構面面積小，接觸面積小，接觸點多結構面抗剪強度與結構面形成歷史關系結構面抗剪強度與結構面形成歷史關系 新鮮結構面抗剪強度大新鮮結構面抗剪強度大 古老結構面抗剪強度小古老結構面抗剪強度小結構面抗剪強度與剪切試驗次數的關系結構面抗剪強度與剪切試驗次數的關系 初次剪切，抗剪強度高初次剪切，抗剪強度高 隨著剪切次數的增加，抗剪強度逐漸降低隨著剪切次數的增加，抗剪強度逐漸降低 剪切次數充分多，結構面磨平，無剪切峰值，摩擦問題剪切次數充分多，結構面磨平，無剪切峰值，摩擦問題討論：結構面抗剪強度受充填層的影

22、響討論：結構面抗剪強度受充填層的影響 充填層厚度大于起伏度充填層厚度大于起伏度 充填層厚度小于起伏度充填層厚度小于起伏度 充填物含水的情形充填物含水的情形 巖體中含有結構面，巖體的受理變形受結構面力學特性、分布巖體中含有結構面，巖體的受理變形受結構面力學特性、分布情況和產狀直接影響情況和產狀直接影響1、巖體的單軸和三軸壓縮變形、巖體的單軸和三軸壓縮變形 巖體單軸壓縮變形特性巖體單軸壓縮變形特性 試驗方法：巖柱試驗（常用來測強度）試驗方法：巖柱試驗（常用來測強度） 表面承壓板法表面承壓板法 3.5 巖體的變形特性巖體的變形特性 采用何種加荷方式，可根采用何種加荷方式，可根據巖體結構和工程要求而定

23、。據巖體結構和工程要求而定。 完整巖體完整巖體：可采用大循環(huán)：可采用大循環(huán)加荷方式，以確定巖體在不同加荷方式，以確定巖體在不同荷載下的變形特性；荷載下的變形特性； 多裂隙巖體多裂隙巖體：可采用多循：可采用多循環(huán)或單循環(huán)加荷方式，以了解環(huán)或單循環(huán)加荷方式，以了解各種結構面對巖體變形的影響。各種結構面對巖體變形的影響。加荷方式加荷方式（1 1）直線型：堅硬、完整無裂隙巖體）直線型：堅硬、完整無裂隙巖體直線型直線型下凹型下凹型上凹型上凹型S S型型（2 2）下凹型：節(jié)理裂隙發(fā)育，泥質充填，巖性軟弱）下凹型：節(jié)理裂隙發(fā)育，泥質充填，巖性軟弱（3 3）上凹型：堅硬但裂隙發(fā)育，多呈張開而無充填物）上凹型：

24、堅硬但裂隙發(fā)育，多呈張開而無充填物 單調加載時單調加載時 壓密階段明顯壓密階段明顯 逐級循環(huán)加載時逐級循環(huán)加載時 形成回滯環(huán)形成回滯環(huán)不斷后移，且有一定彈性滯后不斷后移，且有一定彈性滯后 峰值后應力下降緩慢，且有殘余應力峰值后應力下降緩慢，且有殘余應力 巖柱試驗測得變形模量巖柱試驗測得變形模量epE 當存在彈性后效（滯彈性）當存在彈性后效（滯彈性）abE三軸壓縮變形特征三軸壓縮變形特征 類似單軸壓縮試驗，底板類似單軸壓縮試驗，底板保留水平約束，垂直方向單保留水平約束，垂直方向單軸施加壓力進行壓縮實驗軸施加壓力進行壓縮實驗 另施圍壓試驗另施圍壓試驗 應力應變曲線與單軸類似應力應變曲線與單軸類似

25、上述承壓板法測得彈性模量或變形模量偏低上述承壓板法測得彈性模量或變形模量偏低 巖體動彈性模量巖體動彈性模量E Ed d的測定：的測定： 采用小量藥包爆炸激發(fā)地震波，在距震源一定距離設置檢波器，采用小量藥包爆炸激發(fā)地震波，在距震源一定距離設置檢波器，檢測彈性波。檢測彈性波。 根據彈性波波速算出動彈性模量根據彈性波波速算出動彈性模量 E Ed d 和動泊松比和動泊松比d d。2( 1)( 12)1dddpdEv)(222222spspdvvvv 式中：式中：v vp,p,v,vs s - - 分別為縱波波速和橫波波速，分別為縱波波速和橫波波速， - - 為巖體密度。為巖體密度。 一般而言：一般而言

26、：E Ed d E Ee , e , d d 。2、巖體剪切變形特征、巖體剪切變形特征 剪應變與剪應力關系曲線剪應變與剪應力關系曲線 屈服前與壓應力應變曲線相近屈服前與壓應力應變曲線相近 屈服以后應力反復升降屈服以后應力反復升降 峰值后陡降，然后殘余抗剪強度峰值后陡降，然后殘余抗剪強度3、巖體各向異性特征、巖體各向異性特征 主要有兩個因素決定了巖體的非各向同性主要有兩個因素決定了巖體的非各向同性 其一是組成巖石結構體物質結構的方向性其一是組成巖石結構體物質結構的方向性 其二是結構面的方向性其二是結構面的方向性 結構面的方向性的影響：分離度結構面的方向性的影響：分離度=1/3=1/3和和=2/3

27、=2/3兩組結構面兩組結構面3.6 巖體的強度特性巖體的強度特性巖體的強度的概念巖體的強度的概念巖體的抗壓強度與抗剪強度巖體的抗壓強度與抗剪強度巖體強度的影響因素，結構面力學性能與方位較突出巖體強度的影響因素，結構面力學性能與方位較突出1、巖體強度的測定、巖體強度的測定巖體單軸抗壓強度的測定巖體單軸抗壓強度的測定cPA 巖體抗剪強度的測定巖體抗剪強度的測定 雙千斤頂法雙千斤頂法sinP TFcosTF 單千斤頂法單千斤頂法 TsinQFcosQF 巖體三軸壓縮強度試驗巖體三軸壓縮強度試驗 試驗方法試驗方法 試驗數據處理：試驗數據處理： 不同圍壓不同圍壓 不同軸向壓力強度不同軸向壓力強度2、單結

28、構面的強度效應、單結構面的強度效應 巖體中有單一結構面如圖巖體中有單一結構面如圖 在加載試驗中，結構面上應力在加載試驗中，結構面上應力1322131313cossincossincossin11()()cos 222FFFF131313cossinsincoscossinsincos1()cos 22FFFFwwct g將前兩式代入結構將前兩式代入結構面強度曲線方程面強度曲線方程F 將前兩式代入結構面強度曲線方程將前兩式代入結構面強度曲線方程 得結構面剪切破壞條件得結構面剪切破壞條件131313111()cos 2 ()()cos 2 222wwctg3132()(1)sin 2wwwctgt

29、gctg3132()(1)sin 2wwwcff ctg或用摩擦系數表示之或用摩擦系數表示之上式左邊大于右邊，巖石將沿著結構面破壞，上式左邊大于右邊，巖石將沿著結構面破壞，等式成立則極限平衡等式成立則極限平衡 巖體沿著結構面破壞條件討論巖體沿著結構面破壞條件討論 上式中上式中為為/2/2和和w w，使等式成立需，使等式成立需1 1所以說不會沿著所以說不會沿著結構面破壞結構面破壞 研究研究1 1的最小值，將其對的最小值，將其對求導并令之等于求導并令之等于0 則有則有1242wwtgtg ，31min322()1wwwwcfff1min1min若不沿著該結構面破壞若不沿著該結構面破壞04203 0

30、1302()( 1)sin2cffctg 沿著結構面破壞的沿著結構面破壞的取之范圍取之范圍 通過幾何關系可以確定通過幾何關系可以確定2122213113(2)sin1=arcsin22wwwwc ctg13213(2)sin1=arcsin222wwwwc ctg21 巖體三軸抗壓強度巖體三軸抗壓強度 對于結構面對于結構面 對于無結構面的巖石對于無結構面的巖石 當當 巖體強度就是結構面的強度巖體強度就是結構面的強度 當當 巖體的強度就是巖石結構體的強度巖體的強度就是巖石結構體的強度 當當3 3=0=0，巖體單軸應力狀態(tài)下結構面影響問題，巖體單軸應力狀態(tài)下結構面影響問題 31min322()1w

31、wwwcfff03 01302()(1)sin 2cffctg42w21 ，或12(1)sin 2wwcf ctg3、多結構面巖體的強度、多結構面巖體的強度212121222 , 222, 260 60303015155 0.750.750.550.550.350.350.150.15完整程度完整程度完整完整較完整較完整較破碎較破碎破碎破碎極破碎極破碎J Jv v35Kv0.750.750.550.550.350.350.15 90K 90Kv v+30 +30 時，應以時，應以C C=90K=90Kv v+30 +30 代入上式計算代入上式計算Q Q值；值； 當當K Kv v 0.04 0.

32、04C C+0.4+0.4時，應以時，應以K Kv v=0.04=0.04C C+0.4+0.4代入上式計算代入上式計算Q Q值；值；vcKBQ250390 式中：式中：BQBQ巖體基本質量指標；巖體基本質量指標； C C巖石飽和單軸抗壓強度巖石飽和單軸抗壓強度( (Mpa);Mpa); K Kv v巖體完整性系數。巖體完整性系數。B B、按按BQBQ值進行巖體基本質量分級值進行巖體基本質量分級基本質基本質量級別量級別巖體基本質量定性特征巖體基本質量定性特征巖體基本質巖體基本質量指標量指標(BQ)(BQ)堅硬巖，巖體完整；堅硬巖，巖體完整；55550 0堅硬巖，巖體較完整；堅硬巖，巖體較完整；

33、較堅硬巖，巖體完整；較堅硬巖，巖體完整；550550451451堅硬巖，巖體較破碎；堅硬巖，巖體較破碎；較堅硬巖或軟硬巖互層，巖體較完整；較堅硬巖或軟硬巖互層，巖體較完整；較軟巖，巖體完整；較軟巖，巖體完整；450450351351堅硬巖，巖體破碎；堅硬巖，巖體破碎；較堅硬巖，巖體較破碎破碎；較堅硬巖，巖體較破碎破碎；較軟巖或軟硬巖互層，且以軟巖為主，巖體較完較軟巖或軟硬巖互層，且以軟巖為主，巖體較完整較破碎；整較破碎；軟巖，巖體完整較完整；軟巖，巖體完整較完整；350350251251較軟巖，巖體破碎；較軟巖，巖體破碎；軟巖，巖體較破碎破碎；軟巖，巖體較破碎破碎；全部極軟巖及全部極破碎巖；全

34、部極軟巖及全部極破碎巖；250450450351350251250潮濕或點滴出水潮濕或點滴出水 0 0.40.6淋雨狀或涌流狀出水，水壓淋雨狀或涌流狀出水，水壓0.1MPa，或單位出水量或單位出水量10L/(min.m) 0.40.6 0.70.9淋雨狀或涌流狀出水，水壓淋雨狀或涌流狀出水，水壓0.1MPa或單位出水量或單位出水量 10L/(min.m) 0.70.9 1.0B B 主要軟弱結構面產狀影響修正系數主要軟弱結構面產狀影響修正系數 K K2 2結構面產狀及其結構面產狀及其與洞軸線的組合與洞軸線的組合關系關系結構面走向與洞軸線的

35、結構面走向與洞軸線的夾角夾角600結構面傾角結構面傾角750其它組合其它組合 K2 0.40.60C C 初始應力狀態(tài)修正系數初始應力狀態(tài)修正系數 K K3 3初始應初始應力狀態(tài)力狀態(tài) BQ55055045145035135025126.5602.133 0.260502.11.533200.20.2526.524.550391.50.72060.250.324.522.539270.70.2522.5270.2 0.35巖體級別與巖體結構面抗剪強度參數巖體級別與巖體結構面抗剪強度參數基本質量基本質量級別級別兩側巖體的堅硬程度及結構面的結兩側巖體的堅硬程度

36、及結構面的結合程度合程度內摩擦角內摩擦角(0)粘結力粘結力C(Mpa)堅硬、結合好堅硬、結合好37 0.22堅硬較堅硬、結合一般；堅硬較堅硬、結合一般；軟弱巖，結合好軟弱巖，結合好37290.220.12堅硬較堅硬、結合差；堅硬較堅硬、結合差；較軟弱巖，結合一般較軟弱巖，結合一般29190.120.08較堅硬較軟巖、結合差較堅硬較軟巖、結合差很差；很差；軟弱巖、結合差；軟質巖的泥化面軟弱巖、結合差；軟質巖的泥化面19130.080.05較堅硬及全部軟質巖、結合很差；較堅硬及全部軟質巖、結合很差；軟質巖泥化層本身軟質巖泥化層本身13 0.05巖體級別與地下工程巖體自穩(wěn)能力巖體級別與地下工程巖體自

37、穩(wěn)能力基本質量基本質量級別級別 自穩(wěn)能力自穩(wěn)能力跨度跨度20m，可長期穩(wěn)定，偶有掉塊，無塌方可長期穩(wěn)定，偶有掉塊，無塌方跨度跨度1020m，可基本穩(wěn)定，局部發(fā)生掉塊或小塌方可基本穩(wěn)定，局部發(fā)生掉塊或小塌方跨度跨度 10m，可長期穩(wěn)定，偶有掉塊可長期穩(wěn)定，偶有掉塊跨度跨度1020m，可穩(wěn)定數日至可穩(wěn)定數日至1個月，可發(fā)生小至中塌方個月，可發(fā)生小至中塌方跨度跨度510m，可穩(wěn)定數月，可發(fā)生局部塊體位移及小至中塌方可穩(wěn)定數月，可發(fā)生局部塊體位移及小至中塌方跨度跨度5m，一般無自穩(wěn)能力，數日至數月內可發(fā)生松動變形、小塌方，一般無自穩(wěn)能力，數日至數月內可發(fā)生松動變形、小塌方，可發(fā)展為中至大塌方。可發(fā)展為

38、中至大塌方?？缍瓤缍?m，可穩(wěn)定數日至可穩(wěn)定數日至1個月個月無自穩(wěn)能力無自穩(wěn)能力注：小塌方：塌方高度注：小塌方：塌方高度3m，或塌方體積，或塌方體積6m，或塌方體積，或塌方體積 100m34、巖體地質力學分級（、巖體地質力學分級（CSIR分類）分類） 南非科學與工業(yè)研究委員會（一說是南非科學與工業(yè)研究委員會（一說是賓尼奧夫斯基賓尼奧夫斯基）提出）提出CSIR分類指標值分類指標值RMR，然后進行修正，然后進行修正 RMR(Rock Mass Rating) 由下列由下列6種指標組成：種指標組成： （1）巖塊強度）巖塊強度(R1) （2）RQD值值(R2) （3）節(jié)理間距）節(jié)理間距(R3) （4）

39、節(jié)理條件）節(jié)理條件(R4) （5）地下水）地下水(R5) （6）節(jié)理方向對工程的影響的修正參數（）節(jié)理方向對工程的影響的修正參數（R6） 即：即：654321RRRRRRRMR （1 1）對應巖石強度的巖體評分值）對應巖石強度的巖體評分值R R1 1 點荷載指標點荷載指標（Mpa） 巖石單軸抗壓強度巖石單軸抗壓強度Rc(Mpa)評分值評分值 1025015 4810025012 245010071225 504不采用不采用5 252不采用不采用1 51不采用不采用 10（2 2）對應于巖芯質量指標的巖體評分值）對應于巖芯質量指標的巖體評分值R R2 2RQD（）（） 91100 7690517

40、52650 3 130.310.050.30.05評分值評分值302520105（4 4）對應于節(jié)理狀態(tài)的巖體評分值）對應于節(jié)理狀態(tài)的巖體評分值R R4 4 說明說明評分值評分值尺寸有限的粗糙的表面、硬巖壁尺寸有限的粗糙的表面、硬巖壁25略粗糙的表面、張開度略粗糙的表面、張開度1mm，硬巖壁硬巖壁20略粗糙的表面、張開度略粗糙的表面、張開度5mm的斷層泥充填的張開節(jié)理的斷層泥充填的張開節(jié)理;張開度張開度5mm的的節(jié)理，延伸超過數米節(jié)理，延伸超過數米0（5 5）取決于地下水狀態(tài)的巖體評分值）取決于地下水狀態(tài)的巖體評分值R R5 5每米隧道的涌水每米隧道的涌水量（量（L/min）節(jié)理水壓力與最大節(jié)

41、理水壓力與最大主應力的比值主應力的比值總的狀態(tài)總的狀態(tài)評分值評分值無無0完全干燥完全干燥15101250.5有嚴重地下水有嚴重地下水問題問題，流水，流水0（6 6）節(jié)理方位對）節(jié)理方位對RMR的修正值的修正值R R6 6方位對工程的影響方位對工程的影響評價評價隧道隧道地基地基邊坡邊坡很有利很有利000有利有利225一般一般5725不利不利101550很不利很不利1225節(jié)理走向與傾角對隧道掘進的影響節(jié)理走向與傾角對隧道掘進的影響節(jié)理走向垂直于隧道軸線節(jié)理走向垂直于隧道軸線節(jié)理走向平行于節(jié)理走向平行于隧道軸線隧道軸線傾角傾角00200順傾向掘進順傾向掘進逆傾向掘進逆傾向掘進傾角傾角4509002

42、00450450900200450450900200450不考慮不考慮走向走向很有利很有利有利有利一般一般不利不利很不利很不利一般一般 根據總分確定巖體分級根據總分確定巖體分級654321RRRRRRRMR 類別類別 巖體描述巖體描述巖體評分值巖體評分值RMR 很好很好81100 好好6180 較好較好4160 較差較差2140 很差很差020巖體分級的意義巖體分級的意義 考慮不支護隧道的自穩(wěn)時間考慮不支護隧道的自穩(wěn)時間分類號分類號平均自穩(wěn)平均自穩(wěn)時間時間15m跨，跨，20年年10m跨，跨，1年年5m跨，跨，1星期星期2.5m跨，跨，10h1m跨，跨，30min巖體的內巖體的內聚力聚力(kPa)400 300400200300100200 450350450250350150250 150 該分類法已得到比較廣泛的應用。該分類法已得到比較廣泛的應用。5 5、巴頓巖體質量（、巴頓巖體質量（Q Q）分類）分類 挪威巴頓（挪威巴頓（B Bartonarton）等人于等人于19741974年根據隧道工程調查，提出年根據隧道工程調查，提出一個用一個用6 6個參數表達的巖體質量指標個參數表達的巖體質量指標Q Q，作為巖體質量分類依