巖體力學(xué)巖體的力學(xué)性質(zhì)

巖體力學(xué)巖體的力學(xué)性質(zhì)第一頁，共一百零五頁，2022年，8月28日在工程荷載(一般小于10MPa)范圍內(nèi)，工程巖體常常是沿軟弱結(jié)構(gòu)面失穩(wěn)破壞。第二頁，共一百零五頁，2022年，8月28日工程實(shí)例第三頁，共一百零五頁，2022年，8月28日在工程荷載作用下，結(jié)構(gòu)面及其充填物的變形是巖體變形的主要組分，控制著工程巖體的變形特性。結(jié)構(gòu)面是巖體滲透水流的主要通道。在工程荷載作用下，結(jié)構(gòu)面的變形將極大地改變巖體的滲透性、應(yīng)力分布及其強(qiáng)度。因此，預(yù)測(cè)工程荷載作用下巖體滲透性的變化，必須研究結(jié)構(gòu)面的變形性質(zhì)及其本構(gòu)關(guān)系。工程荷載作用下，巖體中應(yīng)力分布受結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)性質(zhì)的影響。第四頁，共一百零五頁，2022年，8月28日一、結(jié)構(gòu)面

（一）結(jié)構(gòu)面的成因類型1、地質(zhì)成因類型原生結(jié)構(gòu)面構(gòu)造結(jié)構(gòu)面次生結(jié)構(gòu)面2、力學(xué)成因類型張性結(jié)構(gòu)面剪性結(jié)構(gòu)面5第五頁，共一百零五頁，2022年，8月28日巖體結(jié)構(gòu)面的成因類型及其特征成因類型地質(zhì)類型主要特征工程地質(zhì)評(píng)價(jià)產(chǎn)狀分布性質(zhì)原生結(jié)構(gòu)面沉積結(jié)構(gòu)面1層理層面2軟弱夾層3不整合面、假整合面4沉積間斷面一般與巖層產(chǎn)狀一致，為層間結(jié)構(gòu)面海相巖層中此類結(jié)構(gòu)面分布穩(wěn)定，陸相巖層中呈交錯(cuò)狀，易尖滅層面、軟弱夾層等結(jié)構(gòu)面較為平整；不整合面及沉積間斷面多由碎屑泥質(zhì)物構(gòu)成，且不平整國內(nèi)外較大的壩基滑動(dòng)及滑坡很多由此類結(jié)構(gòu)面所造成的，如奧斯汀、圣·弗朗西斯、馬爾帕塞壩的破壞，瓦依昂水庫附近的巨大滑坡巖漿巖結(jié)構(gòu)面1侵入體與圍巖接觸面2巖脈巖墻接觸面3原生冷凝節(jié)理巖脈受構(gòu)造結(jié)構(gòu)面控制，而原生節(jié)理受巖體接觸面控制接觸面延伸較遠(yuǎn)，比較穩(wěn)定，而原生節(jié)理往往短小密集與圍巖接觸面可具熔合及破碎兩種不同的特征，原生節(jié)理一般為張裂面，較粗糙不平一般不造成大規(guī)模的巖體破壞，但有時(shí)與構(gòu)造斷裂配合，也可形成巖體的滑移，如有的壩肩局部滑移變質(zhì)結(jié)構(gòu)面1片理2片巖軟弱夾層產(chǎn)狀與巖層或構(gòu)造方向一致片理短小，分布極密，片巖軟弱夾層延展較遠(yuǎn)，具固定層次結(jié)構(gòu)面光滑平直，片理在巖層深部往往閉合成隱蔽結(jié)構(gòu)面，片巖軟弱夾層具片狀礦物，呈鱗片狀在變質(zhì)較淺的沉積巖，如千枚巖等路塹邊坡常見塌方。片巖夾層有時(shí)對(duì)工程及地下洞體穩(wěn)定也有影響構(gòu)造結(jié)構(gòu)面1節(jié)理（X型節(jié)理、張節(jié)理）2斷層（沖斷層、捩斷層、橫斷層）3層間錯(cuò)動(dòng)4羽狀裂隙、劈理產(chǎn)狀與構(gòu)造線呈一定關(guān)系，層間錯(cuò)動(dòng)與巖層一致張性斷裂較短小，剪切斷裂延展較遠(yuǎn)，壓性斷裂規(guī)模巨大，但有時(shí)為橫斷層切割成不連續(xù)狀張性斷裂不平整，常具次生充填，呈鋸齒狀，剪切斷裂較平直，具羽狀裂隙，壓性斷層具多種構(gòu)造巖，成帶狀分布，往往含斷層泥、糜棱巖對(duì)巖體穩(wěn)定影響很大，在上述許多巖體破壞過程中，大都有構(gòu)造結(jié)構(gòu)面的配合作用。此外常造成邊坡及地下工程的塌方、冒頂次生結(jié)構(gòu)面

1卸荷裂隙2風(fēng)化裂隙3風(fēng)化夾層4泥化夾層5次生夾泥層受地形及原結(jié)構(gòu)面控制分布上往往呈不連續(xù)狀，透鏡狀，延展性差，且主要在地表風(fēng)化帶內(nèi)發(fā)育一般為泥質(zhì)物充填，水理性質(zhì)很差在天然及人工邊坡上造成危害，有時(shí)對(duì)壩基、壩肩及淺埋隧洞等工程亦有影響，但一般在施工中予以清基處理

第六頁，共一百零五頁，2022年，8月28日1、地質(zhì)成因類型1）原生結(jié)構(gòu)面巖體在成巖過程中形成的結(jié)構(gòu)面。沉積結(jié)構(gòu)面是沉積巖在沉積和成巖過程中形成的，有層理面、軟弱夾層、沉積間斷面和不整合面等。巖漿結(jié)構(gòu)面是巖漿侵入及冷凝過程中形成的結(jié)構(gòu)面，包括巖漿巖體與圍巖的接觸面、各期巖漿巖之間的接觸面和原生冷凝節(jié)理等。變質(zhì)結(jié)構(gòu)面是在變質(zhì)過程中形成，分為殘留結(jié)構(gòu)面和重結(jié)晶結(jié)構(gòu)面。2）構(gòu)造結(jié)構(gòu)面是巖體形成后在構(gòu)造應(yīng)力作用下形成的各種破裂面，包括斷層、節(jié)理、劈理和層間錯(cuò)動(dòng)面等。3）次生結(jié)構(gòu)面是巖體形成后在外營力作用下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)面，包括卸荷裂隙、風(fēng)化裂隙、次生夾泥層和泥化夾層等。第七頁，共一百零五頁，2022年，8月28日成因類型地質(zhì)類型主要特征原生結(jié)構(gòu)面沉積結(jié)構(gòu)面層面、層理、沉積間斷面（不整合面、假整合面）、原生軟弱夾層1、產(chǎn)狀與巖層一致，隨巖層變化而變化，為層間結(jié)構(gòu)面；2、一般呈層狀分布，延展性強(qiáng)，海相沉積中分布穩(wěn)定，陸相及濱海相沉積中易于尖滅，形成透鏡體、扁豆體，原生層面具波浪起伏狀；3、一般層面結(jié)合良好，層面新鮮時(shí)只能顯示黯淡或黑白條紋，風(fēng)化后才能剝開，若經(jīng)后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)常形成層間錯(cuò)動(dòng)帶；4、層面特征多樣，一般平整，常見有典型的泥裂、波痕、交錯(cuò)層理、縫合線等，在沉積間斷面中常有古風(fēng)化殘積物；5、層間軟弱物質(zhì)在構(gòu)造及地下水作用下易軟化、泥化，強(qiáng)度降低，對(duì)巖體穩(wěn)定不利?；鸪山Y(jié)構(gòu)面流層、流線、火山巖流接觸面、蝕變帶、擠壓破碎帶、原生節(jié)理1、產(chǎn)狀受巖體與圍巖接觸面控制，隨侵入巖體或巖脈的形態(tài)而異；2、流層、流線在新鮮巖體中不易剝開，但經(jīng)風(fēng)化后易剝離或脫落，接觸面延伸較遠(yuǎn)，原生節(jié)理延續(xù)性不強(qiáng)，但往往密集；3、冷凝原生節(jié)理常常是平行或垂直接觸面的，為平緩或高傾角張裂面，較不平整，且粗糙。在淺成巖體及火山巖巖體內(nèi)常發(fā)育有特殊的節(jié)理及柱狀節(jié)理；4、火山巖流間充填物松散，原生節(jié)理常被軟弱物質(zhì)充填，對(duì)穩(wěn)定不利；5、蝕變帶和擠壓破碎帶的形態(tài)、產(chǎn)狀、規(guī)模及特性均受侵入巖體及圍巖性質(zhì)所控制。變質(zhì)結(jié)構(gòu)面片理、板理、剝理、軟弱夾層1、產(chǎn)狀語巖層一致，或受其控制；2、片理面延展性較差，一般分布密集；3、片理結(jié)構(gòu)面光滑，但形態(tài)是波浪起伏的。在新鮮巖體中片理多呈閉合狀，但一般能剝開，片理面常呈凹凸不平狀，面粗糙；4、軟弱夾層中主要是片狀礦物，如黑云母、綠泥石、滑石等富集帶，抗剪強(qiáng)度低，是巖體中的薄弱部位。構(gòu)造結(jié)構(gòu)面劈理為短小、密集的剪切破裂面，影響局部地段巖體的完整性及強(qiáng)度。節(jié)理1、在走向延展及縱深發(fā)展上其范圍有限；2、一般分為張節(jié)理和剪節(jié)理，張節(jié)理延續(xù)性弱，剪節(jié)理延伸較長；3、張節(jié)理一般具陡立或陡傾產(chǎn)狀，常垂直巖層走向。剪節(jié)理斜交巖層走向，其傾角隨巖層傾角變陡而變緩；4、張節(jié)理面粗糙，參差不齊，寬窄不一。剪節(jié)理平直光滑，有的面見擦痕鏡面，常有各種泥質(zhì)薄膜，如高嶺石、綠泥石、滑石、石墨等，盡管接觸面緊閉，但易于滑動(dòng)。斷層1、規(guī)模懸殊，有深切巖石圈幾十千米，也有僅限于地表數(shù)十米，斷層為延續(xù)性較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)面，對(duì)巖體穩(wěn)定性的影響較大；2、大多數(shù)斷層為剪切作用形成的，也有引張脆性破裂所形成的；3、一般斷層帶內(nèi)都存在有構(gòu)造巖，如斷層泥、糜棱巖、角礫巖、壓碎巖，構(gòu)造巖后期被侵染、膠結(jié)，如方解石或石英脈網(wǎng)絡(luò)的形成，對(duì)巖體穩(wěn)定有利。層間破碎夾層1、在層狀巖體中沿軟弱夾層發(fā)育，產(chǎn)狀與巖層一致；2、一般呈層狀分布，延展性較強(qiáng)，有時(shí)也呈透鏡狀或尖滅；3、結(jié)構(gòu)面物質(zhì)破碎，呈鱗片狀，含泥質(zhì)物，呈條帶狀分布次生結(jié)構(gòu)面卸荷裂隙1、產(chǎn)狀與臨空面有關(guān)，一般近水平，多為曲折不連續(xù)狀；2、延續(xù)性不強(qiáng)，常在地表20-40m內(nèi)發(fā)育；3、結(jié)構(gòu)面粗糙不平，常張開，充填物有氣、水、泥質(zhì)碎屑，寬窄不一，變化多樣。爆破裂隙1、在邊坡巖體中最常見；2、產(chǎn)狀與邊坡走向近于平行，延展有一定范圍，視爆破力大小而異；3、多為張開型，松散、破碎，其狀態(tài)受上述各種結(jié)構(gòu)面及巖性控制，但一般多呈弧狀分布。風(fēng)化裂隙及風(fēng)化夾層1、一般沿原生夾層和原有結(jié)構(gòu)面發(fā)育，短小密集，延續(xù)性弱，僅限于地表一定深度；2、風(fēng)化夾層產(chǎn)狀與巖層一致，在風(fēng)化帶內(nèi)延展性強(qiáng)；3、充填物松散、破碎，含泥質(zhì)物。泥化夾層1、產(chǎn)狀與巖層一致，沿軟弱巖層表部發(fā)育；2、延展性強(qiáng)，但各段泥化程度可能不一，視地下水作用條件而定；3、泥質(zhì)物多呈塑性狀態(tài)，甚至流態(tài)，強(qiáng)度低，是導(dǎo)致邊坡巖體失穩(wěn)破壞的常見因素。結(jié)構(gòu)面類型及其主要特征：第八頁，共一百零五頁，2022年，8月28日2、力學(xué)成因類型1）張性結(jié)構(gòu)面是由拉應(yīng)力形成的，如羽毛狀張裂面、縱張及橫張破裂面、巖漿巖中的冷凝節(jié)理等特點(diǎn)：張開度大、連續(xù)性差、形態(tài)不規(guī)則、面粗糙，起伏度大及破碎帶較寬,易被充填,常含水豐富，導(dǎo)水性強(qiáng)2）剪性結(jié)構(gòu)面是剪應(yīng)力形成的，破裂面兩側(cè)巖體產(chǎn)生相對(duì)滑移，如逆斷層、平移斷層以及多數(shù)正斷層等。特點(diǎn)：連續(xù)性好，面較平直，延伸較長并有擦痕鏡面等。第九頁，共一百零五頁，2022年，8月28日（二）結(jié)構(gòu)面的規(guī)模按結(jié)構(gòu)面延伸長度、切割深度、破碎帶寬度及其力學(xué)效應(yīng)，可將結(jié)構(gòu)面劃分為如下五級(jí)：Ⅰ級(jí)結(jié)構(gòu)面：對(duì)區(qū)域構(gòu)造起控制作用的斷裂帶，包括大小構(gòu)造單元接壤的深大斷裂帶。是地殼或區(qū)域內(nèi)巨型的構(gòu)造斷裂面，走向延伸往往很遠(yuǎn)（一般在數(shù)十千米以上），破碎帶寬度數(shù)米以上。沿縱深方向至少可以切穿一個(gè)構(gòu)造層，規(guī)模巨大區(qū)域性大斷層往往具有現(xiàn)代活動(dòng)性，對(duì)工程建設(shè)有很大的危害，影響到區(qū)域穩(wěn)定性，并影響山體穩(wěn)定性和巖體穩(wěn)定性。一般工程應(yīng)盡量避開，如不能避開，則應(yīng)進(jìn)行研究并采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧５谑?，共一百零五頁?022年，8月28日第十一頁，共一百零五頁，2022年，8月28日Ⅱ級(jí)結(jié)構(gòu)面：延伸長而寬度有限的區(qū)域性地質(zhì)界面，如較大的斷層、層間錯(cuò)動(dòng)、接觸破碎帶、不整合面、原生軟弱夾層、風(fēng)化夾層等。貫穿整個(gè)工程巖體，長度一般數(shù)百米~數(shù)千米，破碎帶寬度數(shù)十厘米~數(shù)米。主要在一個(gè)構(gòu)造層內(nèi)分布，可能切穿幾個(gè)地質(zhì)時(shí)代的地層。與其他結(jié)構(gòu)面組合，會(huì)形成較大規(guī)模的破壞。?？刂乒こ虆^(qū)的山體穩(wěn)定性或巖體穩(wěn)定性，影響工程布局，具體建筑物應(yīng)避開或采取必要的處理措施。第十二頁，共一百零五頁，2022年，8月28日Ⅲ級(jí)結(jié)構(gòu)面：局部性的斷裂構(gòu)造，主要為小斷層，延伸長度一般數(shù)十米~數(shù)百米，破碎帶寬度小于1m。還包括寬度在數(shù)厘米的、走向和縱深延伸斷續(xù)的原生軟弱夾層、層間錯(cuò)動(dòng)等以及區(qū)域性節(jié)理等。發(fā)育在同一地質(zhì)時(shí)代的地層中，有時(shí)僅在某一種巖性中分布。主要影響或控制工程巖體，如地下洞室圍巖及邊坡巖體的穩(wěn)定性。若與II級(jí)結(jié)構(gòu)面相組合，會(huì)形成較大的塊體運(yùn)動(dòng)；若是自身組合，則僅能形成局部的或小規(guī)模的破壞。Ⅱ、Ⅲ級(jí)結(jié)構(gòu)面控制著工程巖體力學(xué)作用的邊界條件和破壞方式，它們的組合往往構(gòu)成可能滑移巖體的邊界面，直接威脅工程安全穩(wěn)定性。第十三頁，共一百零五頁，2022年，8月28日Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面：延伸性較差的節(jié)理、層面、次生裂隙、小斷層及較發(fā)育的片理、劈理等。長度一般數(shù)十厘米~二、三十米。破碎帶寬度近于0~數(shù)厘米。是構(gòu)成巖塊的邊界面。數(shù)量多，分布具隨機(jī)性，破壞了巖體的完整性，影響巖體的物理力學(xué)性質(zhì)及應(yīng)力分布狀態(tài)，是巖體分類和巖體結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)，也是結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)分析和模擬的對(duì)象。Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面主要控制著巖體的結(jié)構(gòu)、完整性和物理力學(xué)性質(zhì)，數(shù)量多且具隨機(jī)性，其分布規(guī)律具統(tǒng)計(jì)規(guī)律，需用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行研究。第十四頁，共一百零五頁，2022年，8月28日Ⅴ級(jí)結(jié)構(gòu)面：又稱微結(jié)構(gòu)面，包括隱節(jié)理、微層面、微裂隙及不發(fā)育的片理、劈理等。規(guī)模小，連續(xù)性差，常包含在巖塊中。主要影響巖塊的物理力學(xué)性質(zhì)。第十五頁，共一百零五頁，2022年，8月28日級(jí)序分級(jí)依據(jù)地質(zhì)類型力學(xué)屬性對(duì)巖體穩(wěn)定性的作用I延伸數(shù)十千米，深度可切穿一個(gè)構(gòu)造層，破碎帶寬度在數(shù)米至數(shù)十米主要指區(qū)域性深大斷裂或大斷裂屬于軟弱結(jié)構(gòu)面，構(gòu)成獨(dú)立的力學(xué)介質(zhì)單元影響區(qū)域穩(wěn)定性，山體穩(wěn)定，如直接通過工程區(qū)，是巖體變形或破壞的控制體結(jié)，形成巖體力學(xué)作用邊界II延伸數(shù)百米至數(shù)千米，破碎帶寬度比較窄，數(shù)十厘米至數(shù)米主要包括補(bǔ)正河面、假整合面、原生軟弱夾層、層見錯(cuò)東帶、侵入接觸帶、風(fēng)化夾層等屬于軟弱結(jié)構(gòu)面，形成塊裂邊界控制山體穩(wěn)定性，與I級(jí)結(jié)構(gòu)面可形成大規(guī)模的塊體破壞，即控制巖體變形和破壞方式III延伸數(shù)十米至數(shù)百米，破碎帶數(shù)厘米至，面內(nèi)不含泥，有的具泥膜，僅在一個(gè)地質(zhì)時(shí)代的地層中分布，有時(shí)僅僅在某一巖性中分布各類型的斷層、原生軟弱夾層、層間錯(cuò)動(dòng)帶等多數(shù)屬于堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面，少數(shù)屬軟弱結(jié)構(gòu)面控制巖體的穩(wěn)定性，與I、II級(jí)結(jié)構(gòu)面組合可形成不同規(guī)模的塊體破壞，劃分II類巖體結(jié)構(gòu)的重要依據(jù)IV延展數(shù)米，未錯(cuò)動(dòng)，不夾泥，有的呈弱結(jié)合狀態(tài)，統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)面節(jié)理、劈理、片理、層理、卸荷裂隙、風(fēng)化裂隙等堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面劃分II類巖體結(jié)構(gòu)的基本依據(jù)，是巖體力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)的基礎(chǔ)。破壞巖體的完整性，與其他結(jié)構(gòu)面形成不同類型的邊坡破壞方式V連續(xù)性極差，剛性接觸的細(xì)小或隱微裂面，統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)面微小結(jié)構(gòu)面，隱微裂隙和線理等硬性結(jié)構(gòu)面分布隨機(jī)，降低巖塊強(qiáng)度，是巖塊力學(xué)性質(zhì)效應(yīng)基礎(chǔ)。若十分密集，又因風(fēng)化，可形成松散介質(zhì)（結(jié)構(gòu)面內(nèi)夾有軟弱物質(zhì)者屬于軟弱結(jié)構(gòu)面，無充填物者則屬于堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面）結(jié)構(gòu)面分級(jí)及其特性第十六頁，共一百零五頁，2022年，8月28日走向、傾向、傾角結(jié)構(gòu)面與最大主應(yīng)力間的關(guān)系控制著巖體的破壞機(jī)理與強(qiáng)度。（三）結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀據(jù)單結(jié)構(gòu)面理論，巖體中存在一組結(jié)構(gòu)面時(shí)，巖體的極限強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)面傾角間的關(guān)系為：第十七頁，共一百零五頁，2022年，8月28日（四）結(jié)構(gòu)面連續(xù)性結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性反映結(jié)構(gòu)面的貫通程度，用切割度評(píng)價(jià)。切割度（又稱面連續(xù)性系數(shù)）：指沿結(jié)構(gòu)面延伸方向，結(jié)構(gòu)面面積之和(a)與總面積(A)的比值，即有時(shí)候用線切割度（線連續(xù)性系數(shù)）評(píng)價(jià)：指沿結(jié)構(gòu)面延伸方向，結(jié)構(gòu)面各段長度之和(a)與測(cè)線長度的比值，即Xe變化在0～1之間，K1值愈大說明結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性愈好，當(dāng)Xe＝1時(shí)，結(jié)構(gòu)面完全貫通。第十八頁，共一百零五頁，2022年，8月28日巖體按結(jié)構(gòu)面連續(xù)性的分級(jí)表描述Xe完整的0.0-0.2弱節(jié)理化的0.2-0.4中等節(jié)理化的0.4-0.6強(qiáng)節(jié)理化的0.6-0.8完全節(jié)理化的0.8-1.0第十九頁，共一百零五頁，2022年，8月28日（五）結(jié)構(gòu)面密度結(jié)構(gòu)面的密度反映結(jié)構(gòu)面發(fā)育的密集程度。1、裂隙度(K)是指結(jié)構(gòu)面法線方向單位測(cè)線長度上交切結(jié)構(gòu)面的條數(shù)(條/m)。2、裂隙平均間距(d)則是指同一組結(jié)構(gòu)面法線方向上兩相鄰結(jié)構(gòu)面的平均距離。K與d互為倒數(shù)關(guān)系如果測(cè)線水平布置，且與結(jié)構(gòu)面法線的夾角為，結(jié)構(gòu)面的傾角為β時(shí):如果有多組結(jié)構(gòu)面，則裂隙度等于各組結(jié)構(gòu)面的裂隙度之和。第二十頁，共一百零五頁，2022年，8月28日結(jié)構(gòu)面間距分級(jí)表名稱疏節(jié)理密節(jié)理非常密節(jié)理壓碎或糜棱化帶K（m-1）0-11-1010-100100-1000第二十一頁，共一百零五頁，2022年，8月28日用線密度來估算巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD(rockqualitydesignation)巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD：長度大于10cm的巖心長度之和與鉆孔總進(jìn)尺的百分比。第二十二頁，共一百零五頁，2022年，8月28日（六）結(jié)構(gòu)面張開度結(jié)構(gòu)面的張開度是指結(jié)構(gòu)面兩壁面間的垂直距離。結(jié)構(gòu)面兩壁面一般不是緊密接觸，使結(jié)構(gòu)面實(shí)際接觸面積減少，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)面粘聚力降低和滲透性增大。如在層流條件下，平直而兩壁平行的單個(gè)結(jié)構(gòu)面的滲透系數(shù)(Kf)可表達(dá)為：第二十三頁，共一百零五頁，2022年，8月28日結(jié)構(gòu)面張開度分級(jí)表描述結(jié)構(gòu)面張開度（mm）分類很緊密緊密部分張開<0.10.1~0.250.25~0.5閉合結(jié)構(gòu)面張開中等寬的寬的0.5~2.52.5~10>10裂開結(jié)構(gòu)面很寬的極寬的似洞穴的10~100100~1000>1000張開結(jié)構(gòu)面第二十四頁，共一百零五頁，2022年，8月28日

Ⅳ級(jí)及部分Ⅲ級(jí)結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、跡長、間距及張開度等幾何特征參數(shù)，服從一定的隨機(jī)分布規(guī)律。第二十五頁，共一百零五頁，2022年，8月28日（七）結(jié)構(gòu)面形態(tài)結(jié)構(gòu)面的形態(tài)可以用側(cè)壁的起伏形態(tài)及粗糙度來反映。結(jié)構(gòu)面?zhèn)缺诘钠鸱螒B(tài)分為：平直的、臺(tái)階狀的、鋸齒狀的、波狀的和不規(guī)則狀的。側(cè)壁的起伏程度可用起伏角(i)表示。第二十六頁，共一百零五頁，2022年，8月28日結(jié)構(gòu)面的粗糙度用粗糙度系JRC(jointroughnesscoefficient)表示。隨粗糙度的增大，結(jié)構(gòu)面的摩擦角也增大。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)粗糙度剖面將結(jié)構(gòu)面的粗糙度系數(shù)劃分為10級(jí)。第二十七頁，共一百零五頁，2022年，8月28日（八）結(jié)構(gòu)面充填膠結(jié)特征結(jié)構(gòu)面膠結(jié)后力學(xué)性質(zhì)有所增強(qiáng)，F(xiàn)e質(zhì)膠結(jié)的強(qiáng)度最高，泥質(zhì)與易溶鹽類膠結(jié)的結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度最低，且抗水性差。未膠結(jié)的結(jié)構(gòu)面，力學(xué)性質(zhì)取決于其充填情況，可分為：薄膜充填、斷續(xù)充填、連續(xù)充填及厚層充填4類：1）薄膜充填是結(jié)構(gòu)面兩壁附著一層極薄的礦物膜，厚度多小于1mm，多明顯降低結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度。2）斷續(xù)充填結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)與充填物性質(zhì)、壁巖性質(zhì)及結(jié)構(gòu)面的形態(tài)有關(guān)。3）連續(xù)充填結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)主要取決于充填物性質(zhì)。4）厚層充填結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)很差，主要取決于充填物性質(zhì)，巖體往往易于沿這種結(jié)構(gòu)面滑移而失穩(wěn)。第二十八頁，共一百零五頁，2022年，8月28日（九）軟弱結(jié)構(gòu)面軟弱結(jié)構(gòu)面是巖體中具有一定厚度的軟弱帶(層)，與兩盤巖體相比具有高壓縮和低強(qiáng)度等特征，在產(chǎn)狀上多屬緩傾角結(jié)構(gòu)面。主要包括原生軟弱夾層、構(gòu)造及擠壓破碎帶、泥化夾層及其他夾泥層等。軟弱結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體的變形、破壞及穩(wěn)定性往往起控制作用。其中，泥化夾層的危害更大。泥化夾層是含泥質(zhì)的軟弱夾層經(jīng)一系列的地質(zhì)演化作用形成的(往往與水有關(guān))，是含水量較大，處于塑性狀態(tài)的含泥質(zhì)的軟弱夾層。多分布于上下相對(duì)堅(jiān)硬而中間相對(duì)軟弱、剛?cè)嵯嚅g的巖層組合條件下。第二十九頁，共一百零五頁，2022年，8月28日泥化夾層的形成：由于構(gòu)造等原因，使原巖破碎，巖石顆粒分散，含水量增加，巖石處于塑性狀態(tài)；水溶解巖石中可溶鹽類，引起離子交換，改變巖石了的物理力學(xué)性質(zhì)。泥化夾層特性：（1）由原巖的超固結(jié)膠結(jié)式結(jié)構(gòu)變成了泥質(zhì)散狀結(jié)構(gòu)或泥質(zhì)定向結(jié)構(gòu)；（2）粘粒含量很高；（3）含水量接近或超過塑限；（4）密度比原巖小；（5）常具有一定的脹縮性；（6）力學(xué)性質(zhì)比原巖差，表現(xiàn)為強(qiáng)度降低、壓縮性增高；（7）易產(chǎn)生滲透變形。第三十頁，共一百零五頁，2022年，8月28日（十）結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系控制著可能滑移巖體的幾何邊界條件、形態(tài)、規(guī)模、滑動(dòng)方向及滑移破壞類型，它是工程巖體穩(wěn)定性預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。任何堅(jiān)硬巖體的塊體滑移破壞，都必須具備一定的幾何邊界條件。因此，在研究巖體穩(wěn)定性時(shí)，必須研究結(jié)構(gòu)面之間及其與臨空面之間的組合關(guān)系，確定可能失穩(wěn)塊體的形態(tài)、規(guī)模和可能滑移方向等。結(jié)構(gòu)面組合關(guān)系的分析可用赤平投影、立體投影和三角幾何計(jì)算法等進(jìn)行。第三十一頁，共一百零五頁，2022年，8月28日第三十二頁，共一百零五頁，2022年，8月28日第三十三頁，共一百零五頁，2022年，8月28日第三十四頁，共一百零五頁，2022年，8月28日二、巖體的結(jié)構(gòu)特征（一）巖體的組成巖體是由結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)及其所圍限的巖塊

(結(jié)構(gòu)體)所組成。具有一定的結(jié)構(gòu)是巖體的顯著特征之一。巖體中存在著復(fù)雜的天然應(yīng)力狀態(tài)和地下水，這是巖體與其他材料的根本區(qū)別之一。第三十五頁，共一百零五頁，2022年，8月28日（二）巖體的結(jié)構(gòu)巖體結(jié)構(gòu)(rockmassstructure)指巖體中結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體的排列組合關(guān)系。1、結(jié)構(gòu)體特征結(jié)構(gòu)體(structuralelement)指巖體中被結(jié)構(gòu)面切割圍限的巖石塊體。它不同于巖塊的概念。結(jié)構(gòu)體的規(guī)模取決于結(jié)構(gòu)面的密度，密度愈小，結(jié)構(gòu)體的規(guī)模愈大,與結(jié)構(gòu)面對(duì)應(yīng),劃分為五級(jí)。常用塊度模數(shù)（單位體積內(nèi)的Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)體數(shù))或結(jié)構(gòu)體體積來表示結(jié)構(gòu)體規(guī)模。第三十六頁，共一百零五頁，2022年，8月28日結(jié)構(gòu)體的形狀示意圖結(jié)構(gòu)體常見的形狀:柱狀、板狀、楔形、菱形形狀不同，穩(wěn)定性不同。不穩(wěn)定穩(wěn)定第三十七頁，共一百零五頁，2022年，8月28日2、巖體的結(jié)構(gòu)類型巖體結(jié)構(gòu)類型劃分的依據(jù)：（1）第一依據(jù)——結(jié)構(gòu)面類型，它規(guī)定結(jié)構(gòu)級(jí)序：軟弱結(jié)構(gòu)面——I級(jí)巖體結(jié)構(gòu)；堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面——II級(jí)巖體結(jié)構(gòu)。（2）第二依據(jù)——結(jié)構(gòu)面切割程度或結(jié)構(gòu)體類型，它規(guī)定巖體結(jié)構(gòu)基本類型：I級(jí)巖體結(jié)構(gòu)面——塊狀結(jié)構(gòu)體—快裂結(jié)構(gòu)；板狀結(jié)構(gòu)體—板裂結(jié)構(gòu)。II級(jí)結(jié)構(gòu)面——結(jié)構(gòu)面貫通切割—碎裂結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)面斷續(xù)切割—斷續(xù)結(jié)構(gòu)；無顯結(jié)構(gòu)面切割—完整結(jié)構(gòu)。過渡型巖體結(jié)構(gòu)——軟硬結(jié)構(gòu)混雜、結(jié)構(gòu)面無序狀排列—散體結(jié)構(gòu)。（3）亞類劃分依據(jù)——亞類的劃分主要是依據(jù)巖體的原生結(jié)構(gòu)。如碎裂結(jié)構(gòu)可劃分為：塊狀的——塊狀碎裂結(jié)構(gòu)；層狀的——層狀碎裂結(jié)構(gòu)

第三十八頁，共一百零五頁，2022年，8月28日2、巖體的結(jié)構(gòu)類型級(jí)序結(jié)構(gòu)類型劃分依據(jù)亞類劃分依據(jù)II1塊裂結(jié)構(gòu)多組軟弱結(jié)構(gòu)面切割，塊狀結(jié)構(gòu)體塊狀塊裂結(jié)構(gòu)原生巖體結(jié)構(gòu)呈塊狀層狀塊裂結(jié)構(gòu)原生巖體結(jié)構(gòu)呈層狀I(lǐng)2板裂結(jié)構(gòu)一組軟弱結(jié)構(gòu)面切割，板狀結(jié)構(gòu)體塊狀板裂結(jié)構(gòu)原生巖體結(jié)構(gòu)呈塊狀層狀板裂結(jié)構(gòu)原生巖體結(jié)構(gòu)呈層狀I(lǐng)III1完整結(jié)構(gòu)無顯結(jié)構(gòu)面切割塊狀完整結(jié)構(gòu)原生巖體結(jié)構(gòu)呈塊狀板狀完整結(jié)構(gòu)原生巖體結(jié)構(gòu)呈層狀I(lǐng)I2斷續(xù)結(jié)構(gòu)顯著結(jié)構(gòu)面斷續(xù)切割塊狀斷續(xù)結(jié)構(gòu)原生巖體結(jié)構(gòu)呈塊狀層狀斷續(xù)結(jié)構(gòu)原生巖體結(jié)構(gòu)呈層狀I(lǐng)I3碎裂結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面貫通切割，結(jié)構(gòu)體為塊狀塊狀碎裂結(jié)構(gòu)原生巖體結(jié)構(gòu)呈塊狀層狀碎裂結(jié)構(gòu)原生巖體結(jié)構(gòu)呈層狀過渡型散體結(jié)構(gòu)軟、硬結(jié)構(gòu)面混雜，結(jié)構(gòu)面無序分布碎屑狀散體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體為角礫，原生巖體結(jié)構(gòu)特征已消失糜棱化散體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體為糜棱質(zhì)，原生巖體結(jié)構(gòu)特征已消失第三十九頁，共一百零五頁，2022年，8月28日2、巖體的結(jié)構(gòu)類型(a)(b)(c)(d)(e)a—完整結(jié)構(gòu)；b—塊裂結(jié)構(gòu)；c—板裂結(jié)構(gòu)；d—碎裂結(jié)構(gòu)；e—散體結(jié)構(gòu)散體結(jié)構(gòu)是指斷層破碎帶及強(qiáng)化風(fēng)帶中存在的一種結(jié)構(gòu)類型。其特點(diǎn)是：①結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體呈無序狀排列；②結(jié)構(gòu)面有的為軟弱結(jié)構(gòu)面，有的為堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)面，有的為軟、硬混雜。這種結(jié)構(gòu)類型既不屬于I級(jí)結(jié)構(gòu)，也不屬于II級(jí)結(jié)構(gòu)。其規(guī)模一般不大，常呈夾層或帶狀存在。在工程中常存在于應(yīng)力消散、地下水暢通、巖體失穩(wěn)的關(guān)鍵地段。第四十頁，共一百零五頁，2022年，8月28日巖體的結(jié)構(gòu)類型及其主要特征：巖體結(jié)構(gòu)類型巖體地質(zhì)類型主要結(jié)構(gòu)形狀結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況巖土工程特征可能發(fā)生的巖土工程問題整體狀結(jié)構(gòu)均質(zhì)，巨塊狀巖漿巖、變質(zhì)巖，巨厚層沉積巖、正變質(zhì)巖巨塊狀以原生構(gòu)造節(jié)理為主，多呈閉合型，裂隙結(jié)構(gòu)面間距大于15m，一般不超過1～2組，無危險(xiǎn)結(jié)構(gòu)面組成的落石掉塊整體性強(qiáng)度高，巖體穩(wěn)定，可視為均質(zhì)彈性各向同性體不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體的局部滑動(dòng)或坍塌，深埋洞室的巖爆塊狀結(jié)構(gòu)厚層狀沉積巖、正變質(zhì)巖、塊狀巖漿巖、變質(zhì)巖塊狀、柱狀只具有少量貫穿性較好的節(jié)理裂隙，裂隙結(jié)構(gòu)面間距0.7～1.5m。一般為2～3組，有少量分離體整體強(qiáng)度較高，結(jié)構(gòu)面互相牽制，巖體基本穩(wěn)定，接近彈性各向同性體層狀結(jié)構(gòu)多韻律的薄層及中厚層狀沉積巖、副變質(zhì)巖層狀、板狀、透鏡體有層理、片理、節(jié)理，常有層間錯(cuò)動(dòng)面接近均一的各向異性體，其變形及強(qiáng)度特征受層面及巖層組合控制，可視為彈塑性體，穩(wěn)定性較差不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體可能產(chǎn)生滑塌，特別是巖層的彎張破壞及軟弱巖層的塑性變形碎裂狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響嚴(yán)重的破碎巖層塊狀斷層、斷層破碎帶、片理、層理及層間結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，裂隙結(jié)構(gòu)面間距0.25~0.5m，一般在3組以上，由許多分離體形成完整性破壞較大，整體強(qiáng)度很低，并受斷裂等軟弱結(jié)構(gòu)面控制，多呈彈塑性介質(zhì)，穩(wěn)定性很差易引起規(guī)模較大的巖體失穩(wěn)，地下水加劇巖體失穩(wěn)散體狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響劇烈的斷層破碎帶，強(qiáng)風(fēng)化帶，全風(fēng)化帶碎屑狀顆粒狀斷層破碎帶交叉，構(gòu)造及風(fēng)化裂隙密集，結(jié)構(gòu)面及組合錯(cuò)綜復(fù)雜，并多充填粘性土，形成許多大小不一的分離巖塊完整性遭到極大破壞，穩(wěn)定性極差，巖體屬性接近松散體介質(zhì)易引起規(guī)模較大的巖體失穩(wěn)，地下水加劇巖體失穩(wěn)第四十一頁，共一百零五頁，2022年，8月28日

（三）巖體成因與巖體特征1、巖漿巖體無層理，產(chǎn)狀復(fù)雜。根據(jù)巖漿活動(dòng)方式，巖漿巖可分為深成巖、淺成巖和噴出巖三類。2、沉積巖體具有層理構(gòu)造，巖體呈層狀結(jié)構(gòu)。沉積巖包括他生沉積巖和自生沉積巖兩大類。3、變質(zhì)巖體多數(shù)巖石變質(zhì)后都經(jīng)歷了不同程度的重結(jié)晶作用，結(jié)構(gòu)較致密，抗水性增強(qiáng)，孔隙率較低，透水性弱，抗變形性能好，強(qiáng)度高。因此與沉積巖相比，變質(zhì)巖的性質(zhì)一般要好些。第四十二頁，共一百零五頁，2022年，8月28日第三章巖體力學(xué)性質(zhì)§3.1巖體結(jié)構(gòu)的概念及巖體結(jié)構(gòu)分類§3.2結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)§3.3巖體的變形特性§3.4巖體的強(qiáng)度特性§3.5巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)及其分類第四十三頁，共一百零五頁，2022年，8月28日一、結(jié)構(gòu)面的變形性質(zhì)(一)結(jié)構(gòu)面的法向變形性質(zhì)1、法向變形特征ΔVｊΔVｔΔVｒΔVｊ＝ΔVｔ－ΔVｒ結(jié)構(gòu)面變形量=巖體變形量-巖塊變形量法向變形是在法向荷載作用下，結(jié)構(gòu)面的閉合（壓縮荷載）與張開位移（拉伸荷載）。通常法向荷載以壓縮荷載為主，因此法向變形也以結(jié)構(gòu)面法向壓縮變形為主。第四十四頁，共一百零五頁，2022年，8月28日應(yīng)力-變形關(guān)系曲線：

ABC第四十五頁，共一百零五頁，2022年，8月28日開始時(shí)隨著法向應(yīng)力增加，結(jié)構(gòu)面閉合變形迅速增長，σn-ΔV及σn-ΔVｊ曲線均呈上凹型。當(dāng)σn增到一定值時(shí)，σn-ΔVｔ曲線變陡，并與σn-ΔVｒ曲線大致平行。說明結(jié)構(gòu)面已基本上完全閉合，其變形主要是巖塊變形貢獻(xiàn)的。這時(shí)ΔVｊ則趨于結(jié)構(gòu)面最大閉合量Vｍ。初始?jí)嚎s階段，含結(jié)構(gòu)面的巖塊變形ΔVｔ主要是由結(jié)構(gòu)面的閉合造成的。試驗(yàn)表明，當(dāng)σn＝１MPa時(shí)，ΔVｔ/ΔVｒ可達(dá)5~30，說明ΔVｔ占了很大一部分。法向應(yīng)力σn大約從σｃ/3處開始，含結(jié)構(gòu)面的巖塊變形由以結(jié)構(gòu)面的閉合為主轉(zhuǎn)為以巖塊的彈性變形為主。應(yīng)力-變形關(guān)系曲線特征：第四十六頁，共一百零五頁，2022年，8月28日結(jié)構(gòu)面的σn-ΔVｊ曲線大致為以ΔVｊ＝Vｍ為漸近線的非線性曲線（大體為指數(shù)曲線）。與結(jié)構(gòu)面的類型及壁巖性質(zhì)無關(guān)。結(jié)構(gòu)面的最大閉合量始終小于結(jié)構(gòu)面的張開度（ｅ）。這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)面是凹凸不平的，兩壁面間無論如何也不可能達(dá)到100％的接觸。上述的非線性力學(xué)行為歸結(jié)于接觸微凸體彈性變形、壓碎和間接拉裂隙的產(chǎn)生，以及新的接觸點(diǎn)、接觸面積的增加。當(dāng)荷載去除后，會(huì)存在明顯的后滯和非彈性效應(yīng)。第四十七頁，共一百零五頁，2022年，8月28日法向剛度Ｋn是指在法向應(yīng)力作用下，結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生單位法向變形所需要的應(yīng)力，在數(shù)值上等于σn-Vｊ曲線上一點(diǎn)的切線斜率。確定方法試驗(yàn)法2、法向剛度室內(nèi)變形試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)變形試驗(yàn)本構(gòu)方程和經(jīng)驗(yàn)估算第四十八頁，共一百零五頁，2022年，8月28日幾種結(jié)構(gòu)面的法向剛度：第四十九頁，共一百零五頁，2022年，8月28日（二）結(jié)構(gòu)面的剪切變形性質(zhì)

1、剪切變形特征剪切變形是在一定法向壓力作用下，結(jié)構(gòu)面在剪切力作用下產(chǎn)生切向（沿結(jié)構(gòu)面）的變形。1）變形形式（1）對(duì)于非充填粗糙結(jié)構(gòu)面隨著剪切變形的產(chǎn)生，剪應(yīng)力相對(duì)上升較快，當(dāng)達(dá)到剪應(yīng)力峰值后，結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度出現(xiàn)較大的下降，并產(chǎn)生不規(guī)則的峰后變形(圖中線A)或滯滑現(xiàn)象。第五十頁，共一百零五頁，2022年，8月28日（2）對(duì)于平坦或有充填物的結(jié)構(gòu)面當(dāng)?shù)蛧鷫簳r(shí)，初始階段的剪切變形曲線呈下凹型，隨著剪切變形的持續(xù)發(fā)展，剪應(yīng)力逐漸升高，但沒有明顯的峰值，最終達(dá)到恒定值或繼續(xù)上升（及應(yīng)變硬化）(圖中線B)。第五十一頁，共一百零五頁，2022年，8月28日當(dāng)圍壓較高時(shí)，在剪切過程中，可呈現(xiàn)一種特殊的運(yùn)動(dòng)方式——粘滑震蕩（下圖）。粘滑振蕩可以用彈簧牽引塊體在剛性平面上的滑動(dòng)模型來說明。對(duì)彈簧一端施加力的作用使其以較低的速度運(yùn)動(dòng)，當(dāng)彈簧上施加的力逐漸增加到足以克服塊體與剛性平面間的靜摩擦?xí)r，塊體將在彈簧的牽引下發(fā)生滑動(dòng)。由于動(dòng)摩擦小于靜摩擦，一旦塊體與平面發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，摩擦力即突然下降，塊體在彈簧牽引下以大于彈簧原來伸長的速度突然向前運(yùn)動(dòng)，彈簧中的力則將降低直至小于保持滑動(dòng)所需的力時(shí)，滑塊運(yùn)動(dòng)停止。而彈簧施力的一端仍繼續(xù)以原有的速度運(yùn)動(dòng)，當(dāng)彈簧中的力足以克服靜摩擦?xí)r，又重復(fù)上述過程，形成這種張弛、跳躍式的運(yùn)動(dòng)。研究表明，粘滑不僅發(fā)生于磨光面上，在較粗糙的裂隙面也較普遍發(fā)生。對(duì)于粗糙面上的粘滑，一種解釋認(rèn)為是面沿面上的突起發(fā)生剪脹變形和突起被剪斷后的快速變形的交替——粘滑脆性破壞機(jī)制。另外一種解釋是剪切停止時(shí)，由于蠕動(dòng)而使突起嵌入到相對(duì)的結(jié)構(gòu)面中，使接觸面積增加，當(dāng)繼續(xù)加力使滑動(dòng)時(shí)，隨著滑動(dòng)的開始，接觸面積減小，導(dǎo)致摩擦阻力突然降低而產(chǎn)生粘滑——突起體蠕動(dòng)機(jī)制。粘滑機(jī)制研究的研究具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。地殼中早已存在的斷層常呈這種運(yùn)動(dòng)形式。斷層面在穩(wěn)定剪切位移中突然發(fā)生快速滑動(dòng)，產(chǎn)生地震。然后應(yīng)力被釋放，斷層面又被鎖固在一起，直到某一時(shí)間再次發(fā)生突然滑動(dòng)。第五十二頁，共一百零五頁，2022年，8月28日根據(jù)剪切變形曲線的形態(tài)，一般將剪切變形曲線分為兩個(gè)區(qū)域，峰前應(yīng)力上升區(qū)為彈性區(qū)，峰值前后的區(qū)域?yàn)樗苄詤^(qū)。由于在剪切變形的過程中，伴隨有微凸體的彈性變形、劈裂、磨粒的產(chǎn)生與位移、結(jié)構(gòu)面的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)等多種力學(xué)過程，因此，剪切變形一般是不可恢復(fù)的變形，即使在彈性區(qū)，剪切變形一般也不能完全恢復(fù)。對(duì)于凹凸不平的結(jié)構(gòu)面，可簡化為下圖a的力學(xué)模型。受剪結(jié)構(gòu)面上有突起，突起物坡角為i，模型上半部作用剪切力和法向力，模型下半部固定不動(dòng)。在法向應(yīng)力較小的情況下，在剪切力作用下，具有明顯的剪脹（剪切變形過程中的法向變形），即結(jié)構(gòu)面相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，由于結(jié)構(gòu)面上突起體的影響，結(jié)構(gòu)面沿突起體的斜面上升，結(jié)構(gòu)面張開，發(fā)生膨脹（下圖b）；當(dāng)法向應(yīng)力較大時(shí)，將限制結(jié)構(gòu)面沿突起體斜面的向上滑動(dòng)，突起體在剪切力的作用下被剪斷，此時(shí)就不存在剪脹性（下圖c）。因此，結(jié)構(gòu)的剪切變形與巖石的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)面的粗糙性和法向力有關(guān)。第五十三頁，共一百零五頁，2022年，8月28日剪切剛度KS是反映結(jié)構(gòu)面剪切變形性質(zhì)的重要參數(shù)，其數(shù)值等于峰值前τ-u曲線上任一點(diǎn)的切線斜率。2、剪切剛度及其確定方法確定方法試驗(yàn)法室內(nèi)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)估算法（Barton方程）第五十四頁，共一百零五頁，2022年，8月28日幾種結(jié)構(gòu)面的剪切剛度及抗剪參數(shù)：第五十五頁，共一百零五頁，2022年，8月28日巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)結(jié)果表

第五十六頁，共一百零五頁，2022年，8月28日二、結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度性質(zhì)結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度分為抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)面的抗拉強(qiáng)度非常小，?？珊雎圆挥?jì)，所以一般認(rèn)為結(jié)構(gòu)面是不能抗拉的。在工程荷載作用下，巖體破壞常沿某些軟弱結(jié)構(gòu)面的滑動(dòng)破壞。在巖體力學(xué)中，重點(diǎn)研究結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度。第五十七頁，共一百零五頁，2022年，8月28日第五十八頁，共一百零五頁，2022年，8月28日（一）平直無充填的結(jié)構(gòu)面平直無充填的結(jié)構(gòu)面包括剪應(yīng)力作用下形成的剪性破裂面，如剪節(jié)理、剪裂隙等，發(fā)育較好的層理面與片理面。特點(diǎn)是面平直、光滑，只具微弱的風(fēng)化蝕變。堅(jiān)硬巖體中的剪破裂面還發(fā)育有鏡面、擦痕及應(yīng)力礦物薄膜等。這類結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度大致與人工磨制面的摩擦強(qiáng)度接近，即：第五十九頁，共一百零五頁，2022年，8月28日第六十頁，共一百零五頁，2022年，8月28日（二）粗糙起伏無充填的結(jié)構(gòu)面

剪切特點(diǎn)：①當(dāng)σ較小時(shí)，上盤巖塊上下運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生爬坡效應(yīng)，增大了τ；②當(dāng)σ較大時(shí)，將剪斷凸起而運(yùn)動(dòng)，也增大了τ。σττ第六十一頁，共一百零五頁，2022年，8月28日1、規(guī)則鋸齒形結(jié)構(gòu)面1）σ較小，剪脹作用Patton公式b——巖石平坦表面基本摩擦角，與光滑程度有關(guān)，結(jié)構(gòu)面越光滑，其值越小。第六十二頁，共一百零五頁，2022年，8月28日2）σ較大，啃斷效用上式為法向應(yīng)力σ≥σt時(shí)，結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度。剪斷凸起的條件為：第六十三頁，共一百零五頁，2022年，8月28日2、不規(guī)則起伏結(jié)構(gòu)面自然界巖體中絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)面的粗糙起伏形態(tài)是不規(guī)則的，起伏角也不是常數(shù)。其強(qiáng)度包絡(luò)線不是折線，而是曲線形式。第六十四頁，共一百零五頁，2022年，8月28日巴頓（Ｂarton，1973）對(duì)８種不同粗糙起伏的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行了試驗(yàn)研究，提出了剪脹角的概念并用以代替起伏角，剪脹角αｄ（angleofdilatancy）的定義為剪切時(shí)剪切位移的軌跡線與水平線的夾角，即：第六十五頁，共一百零五頁，2022年，8月28日Barton抗剪強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)方程：大量的試驗(yàn)資料表明，一般結(jié)構(gòu)面的基本摩擦角u＝25°～35°。因此，上式右邊的第二項(xiàng)應(yīng)當(dāng)就是結(jié)構(gòu)面的基本摩擦角u

，而第一項(xiàng)的系數(shù)取整數(shù)2。第六十六頁，共一百零五頁，2022年，8月28日（三）非貫通斷續(xù)的結(jié)構(gòu)面假設(shè)沿整個(gè)剪切面上的應(yīng)力分布是均勻的，結(jié)構(gòu)面的線連續(xù)性系數(shù)為Ｋ1裂面巖橋裂面巖橋Ctgφ裂面巖橋第六十七頁，共一百零五頁，2022年，8月28日裂面巖橋裂面巖橋Ctgφ第六十八頁，共一百零五頁，2022年，8月28日四、具有充填物的軟弱結(jié)構(gòu)面具有充填物的軟弱結(jié)構(gòu)面包括泥化夾層和各種類型的夾泥層，其形成多與水的作用和各類滑錯(cuò)作用有關(guān)。這類結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)常與充填物的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)及充填程度和厚度等因素密切相關(guān)。第六十九頁，共一百零五頁，2022年，8月28日第七十頁，共一百零五頁，2022年，8月28日第三章巖體力學(xué)性質(zhì)§3.1巖體結(jié)構(gòu)的概念及巖體結(jié)構(gòu)分類§3.2結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)§3.3巖體的變形特性§3.4巖體的強(qiáng)度特性§3.5巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)及其分類第七十一頁，共一百零五頁，2022年，8月28日在受力條件改變時(shí)巖體的變形是巖塊變形和結(jié)構(gòu)變形的總和，而結(jié)構(gòu)變形通常包括結(jié)構(gòu)面閉合、充填物的壓密及結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)等變形。從巖體的定義表明：巖塊+結(jié)構(gòu)面=>巖體巖體變形=巖塊變形+結(jié)構(gòu)面閉合+充填物壓縮+其他變形在一般情況下，巖體的結(jié)構(gòu)變形起著控制作用。第七十二頁，共一百零五頁，2022年，8月28日一、巖體變形試驗(yàn)及其變形參數(shù)確定承壓板法狹縫法鉆孔變形法水壓洞室法單(雙)軸壓縮試驗(yàn)法聲波法地震波法原位巖體變形試驗(yàn)靜力法動(dòng)力法第七十三頁，共一百零五頁，2022年，8月28日靜力法的基本原理：在選定的巖體表面、槽壁或鉆孔壁面上施加法向荷載，并測(cè)定其巖體的變形值；然后繪制出壓力-變形關(guān)系曲線，計(jì)算出巖體的變形參數(shù)。動(dòng)力法的基本原理：用人工方法對(duì)巖體發(fā)射(或激發(fā))彈性波(聲波或地震波)，并測(cè)定其在巖體中的傳播速度，然后根據(jù)波動(dòng)理論求巖體的變形參數(shù)。第七十四頁，共一百零五頁，2022年，8月28日1、承壓板法

第七十五頁，共一百零五頁，2022年，8月28日ω是與承壓板形狀與剛度有關(guān)的系數(shù)。對(duì)于圓形板ω＝0.785；對(duì)于方形板ω＝0.886

第七十六頁，共一百零五頁，2022年，8月28日2、鉆孔變形法

優(yōu)點(diǎn)：①對(duì)巖體擾動(dòng)小；②可以在地下水位以下和相當(dāng)深的部位進(jìn)行；③試驗(yàn)方向基本上不受限制，而且試驗(yàn)壓力可以達(dá)到很大；④在一次試驗(yàn)中可以同時(shí)量測(cè)幾個(gè)方向的變形，便于研究巖體的各向異性。缺點(diǎn)：試驗(yàn)涉及的巖體體積小，代表性受到局限。第七十七頁，共一百零五頁，2022年，8月28日3、狹縫法

第七十八頁，共一百零五頁，2022年，8月28日常見巖體的彈性模量和變形模量

第七十九頁，共一百零五頁，2022年，8月28日幾種巖體用不同試驗(yàn)方法測(cè)定的彈性模量巖體的變形模量比巖塊的小，而且受結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度及風(fēng)化程度等因素影響十分明顯。不同地質(zhì)條件下的同一巖體，其變形模量相差較大。試驗(yàn)方法不同、壓力大小不同，巖體變形模量不同。第八十頁，共一百零五頁，2022年，8月28日二、巖體變形參數(shù)估算一是在現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，建立適當(dāng)?shù)膸r體地質(zhì)力學(xué)模型，利用室內(nèi)小試件試驗(yàn)資料來估算。二是在巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)和大量試驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上，建立巖體分類指標(biāo)與變形參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，并用于變形參數(shù)估算。第八十一頁，共一百零五頁，2022年，8月28日1、層狀巖體變形參數(shù)估算

層狀巖體的地質(zhì)力學(xué)模型假設(shè)各巖層厚度相等為S，且性質(zhì)相同。層面的張開度可忽略不計(jì)假設(shè)巖塊的變形參數(shù)為E、μ和G，層面的變形參數(shù)為Kn、Ks。取n-t坐標(biāo)系，n垂直層面，t平行層面。由巖塊和層面組成單元體。第八十二頁，共一百零五頁，2022年，8月28日1）法向應(yīng)力σn作用下的巖體變形參數(shù)

(1)沿n方向加荷(2)沿t方向加荷第八十三頁，共一百零五頁，2022年，8月28日2)剪應(yīng)力作用下的巖體變形參數(shù)

第八十四頁，共一百零五頁，2022年，8月28日2、裂隙巖體變形參數(shù)的估算

1）用RMR值估算巖體變形模量2）用Q值估算縱波速度和巖體平均變形模量第八十五頁，共一百零五頁，2022年，8月28日三、巖體變形曲線類型及其特征

1、法向變形曲線直線型上凹型上凸型復(fù)合型第八十六頁，共一百零五頁，2022年，8月28日直線型通過原點(diǎn)的直線，其方程為p＝f(W)＝KW加壓過程中W隨p成正比增加巖體巖性均勻、結(jié)構(gòu)面不發(fā)育或結(jié)構(gòu)面分布均勻巖體剛度大，不易變形，巖體較堅(jiān)硬、完整、致密均勻、少裂隙，以彈性變形為主，接近于均質(zhì)彈性體。巖體剛度低、易變形，由多組結(jié)構(gòu)面切割且分布較均勻或巖性較軟弱且均質(zhì)或平行層面加壓。有明顯的塑性變形和回滯環(huán)，非彈性變形。

陡直線型緩直線型第八十七頁，共一百零五頁，2022年，8月28日上凹型曲線方程為p＝f(W)，dp/dW隨p增大而遞增，dp/dW＞0層狀及節(jié)理巖體多呈這類曲線

巖體剛度隨循環(huán)次數(shù)增加而增大，彈性變形成分較大。多為垂直層面加壓的較堅(jiān)硬層狀巖體。卸壓曲線較陡，變形大部分為塑性變形。多為存在軟弱夾層的層狀巖體及裂隙巖體或垂直層面加壓的層狀巖體。第二種情況第一種情況第八十八頁，共一百零五頁，2022年，8月28日上凸型曲線方程為p＝f(W)，dp/dW隨p增加而遞減，d2p/dW2＜0。結(jié)構(gòu)面發(fā)育且有泥質(zhì)充填的巖體、較深處埋藏有軟弱夾層或巖性軟弱的巖體常呈這類曲線。復(fù)合型p-W曲線呈階梯或“S”型。結(jié)構(gòu)面發(fā)育不均或巖性不均勻的巖體，常呈此類曲線。第八十九頁，共一百零五頁，2022年，8月28日2、剪切變形曲線峰值前曲線平均斜率小，破壞位移大；峰值后應(yīng)力降很小或不變。多為沿軟弱結(jié)構(gòu)面剪切。峰值前曲線平均斜率較大，峰值強(qiáng)度較高。峰值后應(yīng)力降較大。多為沿粗糙結(jié)構(gòu)面、軟弱巖體及劇風(fēng)化巖體剪切。峰值前曲線斜率大，線性段和非線性段明顯，峰值強(qiáng)度高，破壞位移小。峰值后應(yīng)力降大，殘余強(qiáng)度較低。多為剪斷堅(jiān)硬巖體。第九十頁，共一百零五頁，2022年，8月28日

四、影響巖體變形性質(zhì)的因素

影響因素：巖性、結(jié)構(gòu)面特征、風(fēng)化程度、試驗(yàn)方法、試件尺寸、加荷條件、溫度、濕度等。這里僅介紹結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體變形的影響：1、結(jié)構(gòu)面密度右圖分別表示了RQD、波速比(Vm/Vr)2與模量降低系數(shù)（巖體Em/巖塊E）之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。RQD、波速比是反映裂隙發(fā)育程度的指標(biāo)。可以看出，當(dāng)波速比由近于1降至0.65時(shí)，模量比迅速下降。由0.65繼續(xù)下降時(shí)，模量比變化不大。相應(yīng)于波速比=0.65的模量降低值為0.14，也即當(dāng)巖體中結(jié)構(gòu)發(fā)育至一定程度時(shí)（波速比=0.65），巖體變形可達(dá)巖塊變形的1/0.14=7.14倍。此后，若結(jié)構(gòu)面密度再增加，對(duì)巖體變形的影響就不大了。第九十一頁，共一百零五頁，2022年，8月28日2、結(jié)構(gòu)面的張開度及充填特征結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體變形特性的影響與結(jié)構(gòu)面本身的特性(張開程度、充填程度、充填物性質(zhì)等)有密切關(guān)系。下圖為具裂隙和片麻理的片麻巖硐室徑向變形圖。圖中，線1為垂直片麻理的方向。由圖可見，對(duì)于不同的應(yīng)力水平，巖體最大變形方向會(huì)改變。在應(yīng)力較低時(shí)(0.4-0.9MPa)最大變形為水平方向(線2)，而在應(yīng)力增高后(1.9-2.4MPa)，則垂直于片麻理的方向變形最大。由灌漿前后的變形對(duì)比可見，灌漿消除了2方向上結(jié)構(gòu)面的影響，但對(duì)1方向影響甚微。由此可見，結(jié)構(gòu)面性質(zhì)不同，對(duì)巖體變形的影響程度也不同。在2方向，壓力垂直于一組無充填的張開裂隙。因此，在較低壓力下，田裂隙閉合而產(chǎn)生很大變形，加之裂隙張開后又無充填，灌漿時(shí)漿液易進(jìn)入，故灌漿后這組結(jié)構(gòu)面的影響大為減弱。由硬礦物和軟礦物交替組成的具