巖體力學(xué)格式

巖體力學(xué)格式第1頁(yè)/共481頁(yè)1.2巖體力學(xué)的研究任務(wù)與內(nèi)容

①不連續(xù)；②各向異性；③不均勻性；④巖塊單元的可移動(dòng)性；⑤地質(zhì)因子特性（水、氣、熱、初應(yīng)力）。（1）巖體的力學(xué)特征（2）任務(wù)①基本原理方面（建模與參數(shù)辨別）；

②試驗(yàn)方面（試驗(yàn)方法）儀器、信息處理、室內(nèi)、外、動(dòng)、靜；③現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試；④實(shí)際應(yīng)用第2頁(yè)/共481頁(yè)城市化：我國(guó)1989年不到20%，2000年為35.7%，2010達(dá)45%，為減少占用地面土地，發(fā)展地下空間。人口密度：擁人極限2萬(wàn)/km2，而上海達(dá)4萬(wàn)/km2(局部16萬(wàn)/km2)，北京達(dá)2.7萬(wàn)/km2。綠化指標(biāo)：1990年全國(guó)城市綠化面積3.9m2/人，上海0.9m2/人（國(guó)家要求2m2/人）。聯(lián)合國(guó)建議：40m2/人（莫斯科44m2/人；倫敦22.8m2/人；巴黎25m2/人）。交通方面：北京道路面積4.4m2/人；東京11.3m2/人；倫敦21.3m2/人。

(4)相關(guān)任務(wù)第3頁(yè)/共481頁(yè)1.3巖體力學(xué)的研究方法

研究方法：實(shí)驗(yàn)、理論分析與工程應(yīng)用相結(jié)合實(shí)驗(yàn)室內(nèi)野外巖塊（拉、壓、剪…）模擬位移應(yīng)力壓力收斂（表面位移）應(yīng)變絕對(duì)位移、相對(duì)位移（內(nèi)部）理論連介非連介數(shù)值方法有限元離散元DDA第4頁(yè)/共481頁(yè)地質(zhì)調(diào)查工程地質(zhì)分區(qū)巖體結(jié)構(gòu)劃分巖石巖體力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)巖體賦存條件分析初始應(yīng)力結(jié)構(gòu)面幾何特征介質(zhì)的模型化物理數(shù)學(xué)計(jì)算經(jīng)典解析法數(shù)值計(jì)算法正反分析分類(lèi)確定巖體的質(zhì)量等級(jí)模擬試驗(yàn)物理模擬相似材料經(jīng)驗(yàn)判據(jù)巖體工程設(shè)計(jì)加固措施施工長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)反饋分析圖1-1巖石力學(xué)研究步驟的框圖第5頁(yè)/共481頁(yè)1.4巖體力學(xué)在其它學(xué)科中的地位

（1）1925年泰沙基（Terzaghi）《建筑土力學(xué)》（2）地質(zhì)力學(xué)的巖石力學(xué)學(xué)派（奧地利學(xué)派（薩爾茨堡學(xué)派）繆勒<L.Miiller>）否認(rèn)小巖塊試件的力學(xué)試驗(yàn)。（3）工程巖石力學(xué)學(xué)派，法國(guó)塔洛布爾（J.Talober）1951年《巖石力學(xué)》——最早的代表作。1963年意大利瓦依昂水庫(kù)巖坡滑動(dòng)1966年在里斯召開(kāi)第一屆國(guó)際巖石力學(xué)大會(huì)（一屆/4年）全國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)會(huì)，2000年開(kāi)第6屆，1屆/1年。全美,全歐?？傊齻€(gè)階段：材料力學(xué)、連介力學(xué)、構(gòu)造力學(xué)。力學(xué)（固體力學(xué)分支）、地質(zhì)學(xué)、巖土工程1.5巖石力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史返回第6頁(yè)/共481頁(yè)第二章巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)

巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)是巖體最基本、最重要的性質(zhì)之一，也是巖石力學(xué)學(xué)科中研究最早、最完善的內(nèi)容之一。

第一節(jié)基本物理性質(zhì)

一、巖石的質(zhì)量指標(biāo)（一）密度和比重1、巖石的密度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)巖石的質(zhì)量。巖石含：固相、液相、氣相。三相比例不同而密度不同。第7頁(yè)/共481頁(yè)（2）飽和密度：巖石中的孔隙被水充填時(shí)的單位體積質(zhì)量（水中浸48小時(shí)）

（1）天然密度：自然狀態(tài)下，單位體積質(zhì)量

G——巖石總質(zhì)量；V——總體積。VV——孔隙體積第8頁(yè)/共481頁(yè)（3）干密度：巖塊中的孔隙水全部蒸發(fā)后的單位體積質(zhì)量（108℃烘24h）

2、巖石的比重：巖石固體質(zhì)量（G1）與同體積水在4℃時(shí)的質(zhì)量比VC——固體積；——水的比重

G1——巖石固體的質(zhì)量。（KN/m3）第9頁(yè)/共481頁(yè)二、巖石的孔隙性：反映裂隙發(fā)育程度的指標(biāo)（一）孔隙比VV——孔隙體積（水銀充填法求出）（二）孔隙率V=VC+VVe~n關(guān)系第10頁(yè)/共481頁(yè)天然狀態(tài)下飽和狀態(tài)下三、巖石的水理性質(zhì)（一）含水性1、含水量：巖石孔隙中含水量GW與固體質(zhì)量之比的百分?jǐn)?shù)W=GW/G1（%）2、吸水率：巖石吸入水的質(zhì)量與固體質(zhì)量之比Wd=

（%）吸水率是一個(gè)間接反映巖石內(nèi)孔隙多少的指標(biāo)第11頁(yè)/共481頁(yè)

（二）滲透性在一定的水壓作用下，水穿透巖石的能力。反映了巖石中裂隙向相互連通的程度，大多滲透性可用達(dá)西（Darcy）定律描述：（m3/s）——水頭變化率；qx——沿x方向水的流量；h——水頭高度；A——垂直x方向的截面面積；k——滲透系數(shù)。第12頁(yè)/共481頁(yè)

四、巖石的抗風(fēng)化指標(biāo)（3類(lèi)）(1)軟化系數(shù)（表示抗風(fēng)化能力的指標(biāo)）Rcc——干燥單軸抗壓強(qiáng)度、Rcd——飽和單軸抗壓強(qiáng)度；（）越小，表示巖石受水的影響越大。耐崩解性指數(shù)是通過(guò)對(duì)巖石試件進(jìn)行烘干，浸水循環(huán)試驗(yàn)所得的指標(biāo)。試驗(yàn)時(shí)，將烘干的試塊，約500g，分成10份，放入帶有篩孔的圓筒內(nèi)，使圓筒在水槽中以20r／s速度連續(xù)轉(zhuǎn)10分鐘，然后將留在圓筒內(nèi)的石塊取出烘干稱(chēng)重。如此反復(fù)進(jìn)行兩次，按下式計(jì)算耐崩解性指數(shù)：(2)巖石耐崩解性指數(shù)試驗(yàn)前的試件烘干質(zhì)量；殘留在筒內(nèi)的試件烘干質(zhì)量第13頁(yè)/共481頁(yè)

1、自由膨脹率：無(wú)約束條件下，浸水后脹變形與原尺寸之比軸向自由膨脹（%）H——試件高度徑向自由膨脹（%）D——直徑返回（三）巖石的膨脹性評(píng)價(jià)膨脹性巖體工程的穩(wěn)定。第14頁(yè)/共481頁(yè)

第三章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)定義：所謂波，就是某種擾動(dòng)或某種運(yùn)動(dòng)參數(shù)或狀態(tài)參數(shù)（例如應(yīng)力、變形、震動(dòng)、溫度、電磁場(chǎng)強(qiáng)度等）的變化在介質(zhì)中的傳播。應(yīng)力波就是應(yīng)力在固體介質(zhì)中的傳播。分類(lèi)：(4類(lèi)）彈性波:在應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系服從虎克定律的介質(zhì)中傳播的波。第一節(jié)巖石的波動(dòng)特性一、固體中應(yīng)力波的種類(lèi)第15頁(yè)/共481頁(yè)粘彈性波在非線性彈性體中傳播的波，這種波，除彈性變形產(chǎn)生的彈性應(yīng)力外，還產(chǎn)生又摩擦應(yīng)力或粘滯應(yīng)力。塑性波應(yīng)力超過(guò)彈性極限的波。沖擊波如果固體介質(zhì)的變形性質(zhì)能使大擾動(dòng)的傳播速度遠(yuǎn)比小擾動(dòng)的傳播速度大，在介質(zhì)中就會(huì)形成波頭陡峭的、以超聲波傳播的沖擊波。

巖石在受到擾動(dòng)時(shí)在巖體中主要傳播的是彈性波，塑性波和沖擊波只有在振源才可以看到。第16頁(yè)/共481頁(yè)3.在固體中可傳播的彈性波可分為兩類(lèi)（1）體波：由巖體內(nèi)部傳播的波(2類(lèi)）（a）縱波（又稱(chēng)：初至波、Primary波）質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向和傳播方向一致的波它產(chǎn)生壓縮或拉伸變形。（b）橫波（又稱(chēng)次到波、Second波)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和傳播方向垂直的波產(chǎn)生剪切變形。（2）面波：僅在巖石表面?zhèn)鞑ァＹ|(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡為一橢圓，其長(zhǎng)軸垂直于表面，這樣的面波又稱(chēng)為瑞利波。面波速度小于體波，但傳播距離大。第17頁(yè)/共481頁(yè)按波面形狀，應(yīng)力波又區(qū)分為平面波、球面波和和柱面波。波面上介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)具有相同的速度、加速度、位移、應(yīng)力和變形。最前方的波面稱(chēng)為波前、波頭和波陣面。二、彈性波在固體中的傳播拉梅運(yùn)動(dòng)方程(不計(jì)體力)

第18頁(yè)/共481頁(yè)由上方程導(dǎo)出縱波在各向同性巖體中的傳播速度：

橫波在各向同性巖體中的傳播速度：

將，代入上兩式，得：第19頁(yè)/共481頁(yè)若已知，側(cè)可根據(jù)上兩式推出求動(dòng)彈性模量和動(dòng)泊松比，即：

第20頁(yè)/共481頁(yè)注：若分辨不清，則可用（一般可用靜泊松比代替）求，則

若＝0.25時(shí)，＝1.73經(jīng)過(guò)各方面試驗(yàn)驗(yàn)證，一般在1.6～1.7之間。第21頁(yè)/共481頁(yè)三、巖體彈性波速得測(cè)定（一）巖塊聲波傳播速度室內(nèi)測(cè)定

測(cè)定時(shí)，把聲源和接收器放在巖塊試件得兩端，通常用超聲波，其頻率為1000Hz－2MHz。（示波見(jiàn)圖3－1）聲波儀巖石試件發(fā)射傳感器耦合濟(jì)接收傳感器測(cè)出第22頁(yè)/共481頁(yè)第23頁(yè)/共481頁(yè)注：由于縱波比橫波較后到達(dá)，因此橫波易受干擾，難于分辨，所以準(zhǔn)確得測(cè)出橫波時(shí)很重要的。中國(guó)科學(xué)院巖土力學(xué)研究所建議用下述方法：（1）用激發(fā)橫向振動(dòng)的PZT型壓電晶片作橫波換能器（圖3－2a）

（2）利用固體與固體的自由邊表面產(chǎn)生反射橫波（圖3－2b）

（3）利用水浸法量測(cè)試件的橫波（圖3－2c）第24頁(yè)/共481頁(yè)第25頁(yè)/共481頁(yè)（二）巖體聲波傳播速度的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定

巖體聲波的傳播速度可以在巷道幫面或平坦的巖面上測(cè)定?，F(xiàn)場(chǎng)量測(cè)彈性波速度的方法如圖（3-3）所示。量出聲源與接收器之間的距離如圖3－3中的D1或D2測(cè)出P波和S波傳播的時(shí)間計(jì)算彈性波速度Vp和Vs第26頁(yè)/共481頁(yè)第27頁(yè)/共481頁(yè)（三）巖體彈性波測(cè)定結(jié)果巖體中彈性波速經(jīng)過(guò)室內(nèi)外測(cè)定與歸納，得結(jié)果間表3－1。由表可見(jiàn)，巖體縱波波速變化范圍較大，受各種因素影響。一般來(lái)說(shuō)，巖塊波速要大于巖體波速；新鮮完整得巖體波速大；裂隙越發(fā)育和風(fēng)化破碎巖體的波速越小。第28頁(yè)/共481頁(yè)第29頁(yè)/共481頁(yè)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理的巖體動(dòng)彈性模量見(jiàn)表（3－2）第30頁(yè)/共481頁(yè)

動(dòng)彈性模量與靜彈性模量的比值一般來(lái)說(shuō)，巖體越堅(jiān)硬越完整，則差值越小，否則，差值就越大。根據(jù)對(duì)比資料的統(tǒng)計(jì)，動(dòng)彈性模量比靜彈性模量高百分之幾至幾十倍，如圖3－4所示。從動(dòng)彈性模量的數(shù)字來(lái)看，多集中在之間。

第31頁(yè)/共481頁(yè)圖3-4返回第32頁(yè)/共481頁(yè)第二節(jié)影響巖體波速的因素（5方面因素）一、巖體彈性波速與巖體種類(lèi)、巖石密度和生成年代有關(guān)1.巖石的密度和完整性越高，波速越大2.巖石密度越大，彈性波的速度也相應(yīng)增加表3－1表示了各類(lèi)巖石的彈性波速與巖石種類(lèi)之間的關(guān)系。圖3－5從實(shí)例統(tǒng)計(jì)的角度，表示了各類(lèi)巖石的彈性波速及密度之間的關(guān)系。第33頁(yè)/共481頁(yè)第34頁(yè)/共481頁(yè)二、巖體波速與巖體中裂隙或夾層的關(guān)系

彈性波在巖體中傳播時(shí)，遇到裂隙，則視充填物而異。若裂隙中充填物為空氣，則彈性波不能通過(guò)，而是繞過(guò)裂隙斷點(diǎn)傳播。在裂隙充水的情況下，聲能有5％可以通過(guò)，若充填物為其他液體或固體物質(zhì)，則彈性波可部分或完全通過(guò)。彈性波跨越裂隙寬度的能力與彈性波的頻率和振幅有關(guān).1.頻率越低，跨越裂隙寬度俞大，反之俞小第35頁(yè)/共481頁(yè)圖3-7第36頁(yè)/共481頁(yè)2.裂隙數(shù)目越多，則縱波速度愈小第37頁(yè)/共481頁(yè)3.巖體的風(fēng)化程度愈高彈性波的速度亦小第38頁(yè)/共481頁(yè)4.夾層厚度愈大彈性波縱波速度愈

第39頁(yè)/共481頁(yè)三、巖體波速與巖體的有效孔隙率n及吸水率有關(guān)

一些巖漿巖，沉積巖和變質(zhì)巖的縱波速度與有效孔隙率n之間的關(guān)系見(jiàn)圖3－9所示。從圖中可以看出：1.隨著有效孔隙率的增加，縱波波速則急劇下降第40頁(yè)/共481頁(yè)圖3－10表示了縱波波速與吸水率之間的關(guān)系。從圖中可以看出：

2.隨著吸水率的增加，縱波波速急劇的下降第41頁(yè)/共481頁(yè)四、巖體波速與各向異性性質(zhì)有關(guān)

巖體因成巖條件、結(jié)構(gòu)面和地應(yīng)力等原因而具有各向異性，因而彈性波在巖體中的傳播、巖體動(dòng)彈性模量等也具有各向異性。表3－6看出：1.平行層面縱波波速大于垂直層面波速平行層面波速/垂直巖層波速＝各向異性系數(shù)CC=1.08-2.28；多數(shù)：C=1.67相當(dāng)一部分：c=1.10

第42頁(yè)/共481頁(yè)表3－6第43頁(yè)/共481頁(yè)2.平行巖層面的動(dòng)彈模大于垂直巖層的動(dòng)彈模

各向異性系數(shù)數(shù)值在1.01－2.72之間；絕大部分小于1.30第44頁(yè)/共481頁(yè)3.壓力愈大，縱波波速各向異性系數(shù)愈小

由表可見(jiàn)，所有系數(shù)均大于1；其最大系數(shù)在0.1MPa第45頁(yè)/共481頁(yè)五、巖體受壓應(yīng)力對(duì)彈性波傳播的影響（一）室內(nèi)測(cè)試的結(jié)果巖石在壓應(yīng)力作用下，對(duì)彈性波的波速和動(dòng)彈性模量有一定的影響，受力狀態(tài)可分靜水壓縮、三向壓縮和單向壓縮，量測(cè)方式可分為平行或垂直于最大應(yīng)力。1.加載方式對(duì)聲波波速的影響在單向壓縮且垂直應(yīng)力方向測(cè)試巖石的波速時(shí)，所測(cè)波速有較明顯的影響；其它加載方法對(duì)所測(cè)波速的影響比較小，見(jiàn)圖3－11，12第46頁(yè)/共481頁(yè)第47頁(yè)/共481頁(yè)均勻壓縮單向壓縮環(huán)向壓縮第48頁(yè)/共481頁(yè)2.壓應(yīng)力愈大波速愈大從圖中可以看出，隨著壓力的增大，縱波的波速亦隨之增大。縱波增加的波速，在開(kāi)始階段較快，然后逐漸變小，最后可能不增加。3.對(duì)于層面發(fā)育的沉積巖石，當(dāng)垂直于層面加載時(shí)，在低應(yīng)力階段波速急速隨應(yīng)力增長(zhǎng)而增加，當(dāng)波速超過(guò)平行層面方向的波以后，增長(zhǎng)變慢。

如圖3－13所示第49頁(yè)/共481頁(yè)第50頁(yè)/共481頁(yè)4.當(dāng)巖石單向壓縮后，量測(cè)的波速因方向的不同而不同與壓應(yīng)力相同方向上的縱波波速，在低應(yīng)力階段波速急速增長(zhǎng)，達(dá)到一定程度后增速減緩第51頁(yè)/共481頁(yè)與壓應(yīng)力垂直方向上的縱波波速，隨應(yīng)力增長(zhǎng)而減?。ú▊鲃?dòng)方向上受拉應(yīng)力）第52頁(yè)/共481頁(yè)（二）現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)的結(jié)果

在某工程中，測(cè)定了巷道兩幫的應(yīng)力變化對(duì)聲波波速的影響可以推斷松動(dòng)圈的范圍。工程測(cè)點(diǎn)布置如圖3－16第53頁(yè)/共481頁(yè)1.在巷道壁鉆孔測(cè)試聲波速度在松動(dòng)區(qū)內(nèi)，由于巖體破碎且是低應(yīng)力區(qū)，因而波速較?。桓邞?yīng)力區(qū)，巖體完整，波速達(dá)到最大；原巖應(yīng)力區(qū)，波速正常。根據(jù)波速沿測(cè)孔深度的變化曲線，確定這三個(gè)區(qū)的范圍。第54頁(yè)/共481頁(yè)2.測(cè)試結(jié)果

如圖可見(jiàn)，3條測(cè)線總的趨勢(shì)大約在1.5米處，波速最大，可推測(cè)松動(dòng)圈范圍在此處。

另外，曲線1在1.5米更深處波速更大，這可能是該處巷道縱橫交錯(cuò)，應(yīng)力較復(fù)雜之故。第55頁(yè)/共481頁(yè)3.當(dāng)巖石種類(lèi)不同，縱波波速不同。但基本規(guī)律相同，即在低應(yīng)力區(qū)縱波波速增長(zhǎng)很快，隨著應(yīng)力的增大，增長(zhǎng)減慢，趨于常值。如圖3－18所示返回第56頁(yè)/共481頁(yè)第四章巖體的基本力學(xué)性質(zhì)

4.1巖體結(jié)構(gòu)面分析一、結(jié)構(gòu)面：斷層、節(jié)理、褶皺……統(tǒng)稱(chēng)

巖體

結(jié)構(gòu)面影響完整性很好——連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法非常破碎——土力學(xué)方法兩者之間——裂隙體力學(xué)方法巖體不連續(xù)性，各向異性反映區(qū)域性地質(zhì)構(gòu)造降低巖體強(qiáng)度第57頁(yè)/共481頁(yè)

圖4－1節(jié)理巖體的強(qiáng)度特征與巖石強(qiáng)度的區(qū)別Ⅰ－巖石；Ⅱ－節(jié)理化巖體：Ⅲ－節(jié)理

巖體強(qiáng)度=巖塊強(qiáng)度+節(jié)理強(qiáng)度

第58頁(yè)/共481頁(yè)二、結(jié)構(gòu)面的分類(lèi)

按照工程的要求分類(lèi)1．絕對(duì)分類(lèi)2．相對(duì)分類(lèi)——相對(duì)工程而言的分類(lèi)見(jiàn)表4-1。

3．按力學(xué)觀點(diǎn)分類(lèi)中等結(jié)構(gòu)面

≤1～10m巨大結(jié)構(gòu)面≥10m

細(xì)小結(jié)構(gòu)面延長(zhǎng)≤1m破壞面破壞帶行兩者之間

充填非充填

見(jiàn)表4－2第59頁(yè)/共481頁(yè)表4－1結(jié)構(gòu)面的相對(duì)分類(lèi)第60頁(yè)/共481頁(yè)圖4－2按力學(xué)觀點(diǎn)的破壞面和破壞帶分類(lèi)單節(jié)理節(jié)理組節(jié)理群羽毛狀節(jié)理破碎帶無(wú)充填有充填有粘性充填物第61頁(yè)/共481頁(yè)三、巖體破碎程度分類(lèi)

（一）裂隙度K

設(shè)勘測(cè)線長(zhǎng)度為，在上出現(xiàn)的節(jié)理的個(gè)數(shù)為n，

則

節(jié)理之間的平均間距為裂隙度切割度單組結(jié)構(gòu)面多組結(jié)構(gòu)面10m實(shí)例：k=4/10=0.4/md=1/k=2.5m1.單組節(jié)理第62頁(yè)/共481頁(yè)d>180cm整體結(jié)構(gòu)d=30~180塊狀結(jié)構(gòu)d<30破裂結(jié)構(gòu)d<6.5極破裂結(jié)構(gòu)

K=0~1/m疏節(jié)理K=1~10/m密節(jié)理K=10~100/m很密節(jié)理K=100~1000/m糜棱節(jié)理

2.多組節(jié)理

按間距分類(lèi)按裂隙度分類(lèi)

第63頁(yè)/共481頁(yè)圖4－3兩組節(jié)理的裂隙度計(jì)算圖第64頁(yè)/共481頁(yè)（二）切割度

節(jié)理并非在巖體內(nèi)全部貫通，用“切割度”來(lái)描述節(jié)理貫通度，在巖體中取一平直斷面，總截面積為A，其中被節(jié)理面切割的面積為a；則切割度為

多處不連續(xù)切割疊加：實(shí)例第65頁(yè)/共481頁(yè)

式中：－巖體體積內(nèi)部被某組節(jié)理切割的程度，單位m2/m3.表4-2按切割度分類(lèi)切割度與裂隙度的關(guān)系第66頁(yè)/共481頁(yè)（三）巖體破碎程度分類(lèi)（表4-3）

第67頁(yè)/共481頁(yè)四、結(jié)構(gòu)面的幾何特征

1．走向例如：N30oE

2．傾斜3．連續(xù)性4．粗糙度：節(jié)理表面粗糙程度5．起伏度

傾向傾角

沿走向沿傾角（切割度為依據(jù)）

幅度a長(zhǎng)度反映節(jié)理的外貌—幾何要素第68頁(yè)/共481頁(yè)圖4－5節(jié)理面的起伏度與粗糙度A↑和↓的節(jié)理表面起伏越急峻。返回第69頁(yè)/共481頁(yè)第二節(jié)結(jié)構(gòu)面的變形特性

一、節(jié)理的法向變形（一）節(jié)理彈性變形（齒狀接觸）式中:d-為塊體的邊長(zhǎng);n-為接觸面的個(gè)數(shù);-為每個(gè)接觸面的面積;-為泊松比；E-為彈性模量。法向切向

按彈性力學(xué)Boussinesq公式計(jì)算齒狀節(jié)理接觸面彈性變形引起的閉合變形第70頁(yè)/共481頁(yè)（二）節(jié)理的閉合變形齒狀接觸，開(kāi)始是齒頂?shù)膲嚎s→壓碎→閉合。下面介紹Goodman方法：①?gòu)堥_(kāi)節(jié)理無(wú)抗拉強(qiáng)度②結(jié)構(gòu)面在壓應(yīng)力下存在極限閉合量且＜e（節(jié)理的厚度）（1）基本假設(shè)（2）狀態(tài)方程－原位應(yīng)力A，t－回歸參數(shù)第71頁(yè)/共481頁(yè)（3）狀態(tài)方程的幾何表示當(dāng)t=tA=1時(shí)，有最大閉合第72頁(yè)/共481頁(yè)(4)試驗(yàn)方法（VmC的確定）步驟：（1）備制試件；（2）作σ-ε曲線（a）；（3）將試件切開(kāi)，并配稱(chēng)接觸再作曲線（b）；（4）非配稱(chēng)接觸，作曲線（c）;（5）兩種節(jié)理的可壓縮性配稱(chēng)節(jié)理的壓縮量：非配稱(chēng)節(jié)理的壓縮量：

a.無(wú)節(jié)理b.徑向劈裂d.非配稱(chēng)接觸c.配稱(chēng)接觸第73頁(yè)/共481頁(yè)圖4－7一條張開(kāi)裂縫的壓縮變形曲線第74頁(yè)/共481頁(yè)二、節(jié)理的切向變形

（一）節(jié)理強(qiáng)度與剪切變形的關(guān)系

節(jié)理“

”曲線分為4類(lèi)。見(jiàn)下圖強(qiáng)度準(zhǔn)則：

抗剪強(qiáng)度節(jié)理變形擴(kuò)容現(xiàn)象

第75頁(yè)/共481頁(yè)圖4－8四種典型的節(jié)理強(qiáng)度和位移關(guān)系曲線a-充填節(jié)理b-齒狀節(jié)理c-充填齒狀節(jié)理d-復(fù)位式第76頁(yè)/共481頁(yè)（二）節(jié)理抗剪強(qiáng)度和擴(kuò)容分析

基本理論：庫(kù)侖準(zhǔn)則類(lèi)型：面接觸、齒狀接觸1．面接觸

滾動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦

第77頁(yè)/共481頁(yè)正好破壞時(shí)：

①破壞面與的夾角=②剪應(yīng)變③內(nèi)摩擦角（當(dāng)=常量，節(jié)理面最大主應(yīng)力）極限：④靜摩擦系數(shù)fs與靜摩擦角令節(jié)理剪切破壞的剪應(yīng)力和正應(yīng)力為：

對(duì)邊/斜邊對(duì)邊/鄰邊第78頁(yè)/共481頁(yè)則

⑤動(dòng)摩擦系數(shù)fk與動(dòng)摩擦角的關(guān)系2．齒接觸摩擦①準(zhǔn)則：總剪切方向：AB每個(gè)齒在爬坡，與AB成角上坡；齒面上的剪切力和正應(yīng)壓力為，。

（1）規(guī)則（2）不規(guī)則見(jiàn)圖4－12摩擦角與位移的關(guān)系靜摩擦角動(dòng)摩擦角第79頁(yè)/共481頁(yè)圖4－12齒狀剪切面模型第80頁(yè)/共481頁(yè)設(shè)斜坡上的摩擦角為則

展開(kāi)

＝第81頁(yè)/共481頁(yè)與平面接觸比較可見(jiàn)，齒的作用提高了摩擦角，也就提高摩擦系數(shù)。稱(chēng)為滑升角。當(dāng)T的方向是下坡方向時(shí)，內(nèi)摩擦角變成

規(guī)則齒強(qiáng)度準(zhǔn)則

升角取“+”降角取“－”第82頁(yè)/共481頁(yè)

②規(guī)則齒剪切擴(kuò)容（剪脹）③殘余內(nèi)摩擦角

設(shè)滑動(dòng)前的內(nèi)摩摩擦角為

則滑動(dòng)后的內(nèi)摩摩擦角為

—無(wú)齒時(shí)的殘余內(nèi)摩擦角

－無(wú)齒（平面接觸）時(shí)的內(nèi)摩擦角

第83頁(yè)/共481頁(yè)圖4－13契效應(yīng)的擴(kuò)容曲線第84頁(yè)/共481頁(yè)（2）不規(guī)則齒接觸

（1977N·Barton）經(jīng)驗(yàn)公式：JRC為節(jié)理粗糙系數(shù)JCS為節(jié)理壁抗壓強(qiáng)度第85頁(yè)/共481頁(yè)3、轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦（1）基本假設(shè)在張開(kāi)節(jié)理中，經(jīng)常有塊狀充填物，或節(jié)理切割成碎塊。當(dāng)剪切時(shí)，可使充填物或碎塊發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)的碎塊為平行六面體，其模型見(jiàn)圖。假設(shè)模型受法向力N；剪切力T。（2）穩(wěn)定性分析設(shè)平行六面體寬為a、高為b?？傻谩．?dāng)六面體受力后，其一邊作軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)角為?？赡苡?種情況：第86頁(yè)/共481頁(yè)當(dāng)時(shí)，則六面體發(fā)生翻倒，故稱(chēng)為翻倒角。當(dāng)時(shí)，六面體不會(huì)翻倒；當(dāng)時(shí)，六面體處于極限狀態(tài)。（3）應(yīng)變分析（參見(jiàn)圖）一旦轉(zhuǎn)動(dòng)，平行六面體受到剪應(yīng)變和線應(yīng)變。剪應(yīng)變：線應(yīng)變：六面體（）作圓弧轉(zhuǎn)動(dòng)的方程為：由此解出：第87頁(yè)/共481頁(yè)應(yīng)變：（5）內(nèi)摩擦角的變化（見(jiàn)圖4.16）

六面體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其傾斜角為:

破壞時(shí)傾角等于內(nèi)摩擦角：（4）節(jié)理面的位移圖中底部的位移：頂部的位移：第88頁(yè)/共481頁(yè)第89頁(yè)/共481頁(yè)在初始狀態(tài)下，內(nèi)摩擦角最大，等于翻倒角：當(dāng)時(shí)擴(kuò)容最大，當(dāng)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)破壞時(shí)，碎塊間的內(nèi)摩擦角為第90頁(yè)/共481頁(yè)第91頁(yè)/共481頁(yè)4、滾動(dòng)摩擦

當(dāng)碎塊的翻倒角減少時(shí)，其內(nèi)摩擦角也將減小。當(dāng)碎塊剖面為n個(gè)邊的規(guī)則多角形時(shí)，其翻倒角為：當(dāng)碎塊的邊數(shù)不斷增加，則碎塊趨向圓球，。其抗翻倒阻力就是它的滾動(dòng)摩力，其摩擦系數(shù)為鋼圓柱滾動(dòng)其摩擦系數(shù)為返回第92頁(yè)/共481頁(yè)

4.3結(jié)構(gòu)面的力學(xué)效應(yīng)

一、單節(jié)理和多節(jié)理的力學(xué)效應(yīng)（一）單節(jié)理的力學(xué)效應(yīng)設(shè)結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度條件設(shè)節(jié)理的方向角為節(jié)面上的應(yīng)力(圖4.19）

第93頁(yè)/共481頁(yè)圖4－19結(jié)構(gòu)面的力學(xué)效應(yīng)第94頁(yè)/共481頁(yè)所以，強(qiáng)度準(zhǔn)則：

令則①當(dāng)

（節(jié)理的存在不影響巖體的強(qiáng)度）②當(dāng)

可見(jiàn)③對(duì)

求一階導(dǎo)數(shù)，并含其為零得

此時(shí)節(jié)理面對(duì)巖體的強(qiáng)度削弱最大，巖體有最小強(qiáng)度

第95頁(yè)/共481頁(yè)④巖體的最大強(qiáng)度，節(jié)理面的存在不削弱巖塊強(qiáng)度⑤圖解法(見(jiàn)圖4－19）⑥對(duì)巖體強(qiáng)度有影響的節(jié)理方位角：直接在圖4－19量取，也可以由正弦定律推出：第96頁(yè)/共481頁(yè)對(duì)巖體強(qiáng)度有影響的節(jié)理方位角：第97頁(yè)/共481頁(yè)幾點(diǎn)討論

巖石節(jié)理同時(shí)破壞，巖體強(qiáng)度等于巖塊強(qiáng)度巖塊先破壞，巖體強(qiáng)度等于巖塊強(qiáng)度或節(jié)理先破壞，巖體強(qiáng)度小于巖塊強(qiáng)度

或

第98頁(yè)/共481頁(yè)（二）多節(jié)理的力學(xué)效應(yīng)（疊加）

兩組以上的節(jié)理同樣處理，不過(guò)巖體總是沿一組最有利破壞的節(jié)理首先破壞。圖4－21兩組節(jié)理力學(xué)模型圖4－20σ1與β的關(guān)系曲線第99頁(yè)/共481頁(yè)二、當(dāng)C=0時(shí)節(jié)理面的力學(xué)效應(yīng)這時(shí)庫(kù)侖準(zhǔn)則由（4-51）式推導(dǎo)得：，此時(shí)巖體的強(qiáng)度只靠碎塊之間的摩擦力來(lái)提供，已知由此式可計(jì)算出維持巖體極限穩(wěn)定的側(cè)向擠壓力。巖體所需的最小支護(hù)力返回第100頁(yè)/共481頁(yè)第四節(jié)碎塊巖體的破壞被結(jié)構(gòu)面切割的巖體，視為巖塊的集合體。變形明顯變大，且是永久變形。裂隙巖體的破壞類(lèi)型可分三種：沿節(jié)理破壞（常見(jiàn)）巖體實(shí)體部分破壞（少數(shù)）巖塊與節(jié)理面同時(shí)破壞（較常見(jiàn)）一、沿節(jié)理面產(chǎn)生破壞

1、破壞類(lèi)型（分三類(lèi)）第101頁(yè)/共481頁(yè)齒狀剪切破壞斜面，個(gè)別塊體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)剪切破壞帶，一列內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的塊體有2塊扭結(jié)破壞帶，巖塊砌疊列排列，扭結(jié)在一起而整轉(zhuǎn)動(dòng)，一列內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的塊體大于2塊第102頁(yè)/共481頁(yè)2、L-A方程（Ladanyi和Archambault）（1）設(shè)（2）由平衡條件及功能原理，得峰值抗剪強(qiáng)度①節(jié)理破壞面為規(guī)則齒狀（圖4-24）②外力作用下，齒面產(chǎn)生相對(duì)水平位移和垂直位移增量（擴(kuò)容）③齒受力后，若荷載過(guò)大，部分齒剪壞（4-61）--剪斷齒端的面積與剪切面積之比；

--峰值抗剪強(qiáng)度時(shí)的擴(kuò)容比；--巖塊的抗剪強(qiáng)度；--節(jié)理面的內(nèi)摩擦角。第103頁(yè)/共481頁(yè)鋸齒狀剪壞面模型擴(kuò)容與應(yīng)力的關(guān)系齒根剪斷部分齒根全部剪斷，擴(kuò)容為0擴(kuò)容擴(kuò)容最大第104頁(yè)/共481頁(yè)（3）退化討論①當(dāng)as=0(被剪斷的面積為零)，適用于低正應(yīng)力狀態(tài)，為滑升角

②當(dāng)as=1和V’=0(齒根全部剪斷，擴(kuò)容為0)，抗剪強(qiáng)度為

--巖石殘余內(nèi)摩擦角。--節(jié)理面抗剪強(qiáng)度；適用于高正應(yīng)力--推動(dòng)力，等于巖石的單向抗壓強(qiáng)度第105頁(yè)/共481頁(yè)佩頓雙線性強(qiáng)度準(zhǔn)則第106頁(yè)/共481頁(yè)節(jié)理峰值抗剪強(qiáng)度線節(jié)理峰值抗剪強(qiáng)度巖石包絡(luò)線第107頁(yè)/共481頁(yè)（4）峰值抗剪強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)當(dāng)σ<σT（齒沒(méi)有全部剪切時(shí)），Adany建議：（4-64）(4-65)(4-66)n—巖石的抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比第108頁(yè)/共481頁(yè)(4－67)在剪切破壞帶或扭壞帶內(nèi)，即當(dāng)每轉(zhuǎn)動(dòng)巖塊的塊數(shù)＝2－5時(shí)，則從試驗(yàn)得到Adany公式中的參數(shù)：破壞類(lèi)型剪壞面剪壞帶紐壞帶0231.5456第109頁(yè)/共481頁(yè)二、巖塊－節(jié)理破壞、巖塊剪切破壞面mn，圖4.27巖塊－節(jié)理模型的剪切破壞求：塊體沿mn和Ml發(fā)生破壞所需要的最小推力及該類(lèi)巖體的擴(kuò)容條件。第110頁(yè)/共481頁(yè)①設(shè)巖塊抗剪強(qiáng)度，②設(shè)mn方向位移1單位，則水平位移：垂直位移：

合剪力：合正應(yīng)力：水平推力：H內(nèi)、外力作功相等：代入以上結(jié)果，并得mnHa1u位移方向單元受力圖1.塊體沿mn發(fā)生破壞所需要的最小推力H第111頁(yè)/共481頁(yè)

式中：－節(jié)理的摩擦系數(shù)

因?yàn)閴K體朝需要推力最小的方向位移，

3.該類(lèi)巖體的擴(kuò)容條件2.塊體沿ml發(fā)生破壞所需要的最小推力H返回第112頁(yè)/共481頁(yè)第五節(jié)巖體的應(yīng)力—應(yīng)變分析一、巖體的曲線巖石和巖體的σ－ε曲線對(duì)比示意圖1.巖石和巖體應(yīng)力－應(yīng)變曲線差別巖石巖體第113頁(yè)/共481頁(yè)2.巖體變形曲線類(lèi)型彈性線性巖體內(nèi)部破裂或結(jié)構(gòu)面局部剪切破壞。雙線性彈—塑性變形非線性出現(xiàn)2個(gè)破壞點(diǎn)多線性第114頁(yè)/共481頁(yè)二、巖體變形模量

確定方法1.由應(yīng)力-應(yīng)變曲線確定

2.巖塊與節(jié)理面變形疊加求模量3.“等價(jià)”模型確定4.現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)方法1.由應(yīng)力-應(yīng)變曲線確定

變形模量彈性模量第115頁(yè)/共481頁(yè)2.巖塊變形與節(jié)理面變形疊加求模量依據(jù)：巖體的位移=巖塊的位移+節(jié)理的位移巖塊的位移：節(jié)理的位移：巖體的位移：(a)巖體有效變形模量:(b)第116頁(yè)/共481頁(yè)(a)式=(b)式：由于故：注：實(shí)際工程中，E由室內(nèi)巖塊試驗(yàn)確定d為節(jié)理的間距，可由地質(zhì)測(cè)繪確定;可由現(xiàn)場(chǎng)巖體變形試驗(yàn)求出。故可由此式來(lái)求出nh第117頁(yè)/共481頁(yè)4.現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)方法（4.6講）3.“等價(jià)”模型求模量設(shè)巖體內(nèi)存在單獨(dú)一組有規(guī)律的節(jié)理，可用“等價(jià)”連續(xù)介質(zhì)模型來(lái)代替這個(gè)不連續(xù)巖體等價(jià)原理：保證模型和原型中的總應(yīng)力和位移相等；但原型和模型中的變形不同“等價(jià)”模型變形=巖塊變形+節(jié)理法向變形既：巖體的變形模量節(jié)理的法向剛度系數(shù)E巖塊彈性模量返回第118頁(yè)/共481頁(yè)第六節(jié)巖體力學(xué)性能的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

由于室內(nèi)的巖樣存在體積小、脫離巖體的地質(zhì)力學(xué)性能的全貌等缺點(diǎn)，因而不能充分反映巖體的力學(xué)性能。而巖體的野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試就較為全面的反映巖體力學(xué)性能的全貌，這是室內(nèi)試驗(yàn)所不及的。本節(jié)我們討論巖體的變形性能和強(qiáng)度特性的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

一、巖體的變形試驗(yàn)

巖體的變形試驗(yàn)有靜力法和動(dòng)力法兩種。第119頁(yè)/共481頁(yè)

靜力法是指巖體現(xiàn)場(chǎng)變形試驗(yàn)時(shí)以靜力荷載進(jìn)行加載。動(dòng)力法是指施加于巖體上的荷載為動(dòng)力荷載。動(dòng)力法的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定在第三章已介紹，這里介紹靜力法求現(xiàn)場(chǎng)巖體的變形模量。常用的靜力法有千斤頂法荷載試驗(yàn)（或稱(chēng)平板荷載法）、徑向荷載試驗(yàn)（如雙筒法）和水壓法。通常求算巖體的彈性模量及變形模量用千斤頂法，求巖石的彈性抗力系數(shù)采用雙筒法。第120頁(yè)/共481頁(yè)1.定義：用千斤頂加荷于墊板上，使荷載傳到巖體中，也稱(chēng)千斤頂法。2.設(shè)備裝置的主要組成（圖4－32)：（1）墊板（承壓板);一般為方形或圓形，面積為0.25-1.20mm2、材料彈性也可為剛性。（2）加荷裝置（千斤頂或壓力枕）;加荷為500kN-3000kN，加荷方法有小循環(huán)和大循環(huán)兩種。小循環(huán)分為多次循環(huán)和單次循環(huán),見(jiàn)圖4-33。多次小循環(huán)加載比相同荷載下常規(guī)加載巖體產(chǎn)生的總變形大(蠕變現(xiàn)象)

（3）傳力裝置（傳力支柱、傳力柱墊板）;

（4）變形量測(cè)裝置（測(cè)微計(jì)）;（一）千斤頂法荷載試驗(yàn)第121頁(yè)/共481頁(yè)頂、底板加載邊墻加載第122頁(yè)/共481頁(yè)圖4-33巖體現(xiàn)場(chǎng)變形試驗(yàn)加荷過(guò)程示意圖3.測(cè)試巖體的變形可在墊板下面測(cè)定，也可在通過(guò)墊板中心的軸線上距墊板一定距離處量測(cè)單次小循環(huán)大循環(huán)多次小循環(huán)P-壓力T-時(shí)間第123頁(yè)/共481頁(yè)4.算式(測(cè)出壓力和位移，由下列公式計(jì)算巖體的變形模量E)把巖體看作一個(gè)彈性半無(wú)限空間，用布辛涅斯克方程求得巖體表面的垂直向位移。(1)墊板為柔性墊板(3種位移)a.巖體表面上墊板的中點(diǎn)處垂直位移（4-80）式中：p-荷載;r-墊板的半徑;μ-巖體的泊松比;E——巖體的彈性模量第124頁(yè)/共481頁(yè)b.墊板的平均位移（4－81）式中，A-受荷表面的面積；m-系數(shù)它取決于墊板的形狀、剛度以及荷載分布等情況，其m值可見(jiàn)表4－5第125頁(yè)/共481頁(yè)c.帶孔柔性墊板(中心有孔的壓力枕)中心點(diǎn)的垂直位移（4－83)注：在圓形板下不同荷載類(lèi)型時(shí)，其相應(yīng)的m值可見(jiàn)表4－6第126頁(yè)/共481頁(yè)（2）墊板為剛性墊板時(shí)（4－82）式中：a和b為墊板的邊長(zhǎng)（二）徑向荷載試驗(yàn)（求抗力系數(shù)K和彈模E）要點(diǎn)：在巖體中開(kāi)挖一個(gè)圓筒形洞室，然后在這個(gè)洞室的某一段長(zhǎng)度上施加垂直于巖體表面的均勻壓力。水施加壓力的為水壓法；用壓力枕施加壓的為壓力枕法(又稱(chēng)奧地利荷載試驗(yàn))第127頁(yè)/共481頁(yè)圖4-35所示試驗(yàn)是靠一鋼支承圓筒的四周的壓力枕同步對(duì)巖體施加荷載，造成洞中一定長(zhǎng)度內(nèi)的巖體產(chǎn)生徑向壓縮，巖體變形控制在彈性階段。變形模量可按彈性厚壁圓筒理論（圖4－36）求得：式中--半徑為巖體內(nèi)的徑向位移

第128頁(yè)/共481頁(yè)AA-AA第129頁(yè)/共481頁(yè)推算彈性抗力系數(shù)K定義：洞室表面產(chǎn)生單位位移的應(yīng)力利用彈性厚壁圓筒理論推出：注：K隨洞的半徑的大小而變化，一般，半徑越大K值越小。K愈大巖體彈性抗力愈大，愈有利于襯砌的穩(wěn)定。既第130頁(yè)/共481頁(yè)（三）狹縫壓力枕荷載試驗(yàn)(2種)

方法1要點(diǎn)：將巖體切割成槽，把壓力枕埋于槽內(nèi)，并用水泥砂漿澆注，使壓力枕的兩個(gè)面皆能很好地與槽的兩側(cè)巖面接觸（圖4-37）。變形模量為式中：p-壓力枕給巖面的總荷載；A-圓形加載面的半徑；Vs-巖面的平均位移第131頁(yè)/共481頁(yè)方法2要點(diǎn)：在垂直巖壁上刻槽布置，圖4－38。則巖體的變形模量E可按布辛涅斯克的彈性理論求得。當(dāng)實(shí)測(cè)位移已知時(shí)，變形模量為：式中：p-壓力枕施加的單位壓力（MPa）—直槽寬度（近似用壓力枕的寬度代替）(cm)y-x軸到測(cè)點(diǎn)的距離(cm）—-測(cè)點(diǎn)的位移（cm）第132頁(yè)/共481頁(yè)1.要點(diǎn)：可按施加的推力與剪切面之間的夾角的大小而采用不同的加荷方法。雙千斤頂試驗(yàn)中，一組試驗(yàn)不少于五塊試件。

二、現(xiàn)場(chǎng)巖體直剪試驗(yàn)(2種)（一）雙千斤頂法第133頁(yè)/共481頁(yè)

p—垂直千斤頂壓力表讀數(shù)（MPa）

t—橫向千斤頂壓力表讀數(shù)（MPa）

F1—垂直千斤頂活塞面積(若為壓力枕，應(yīng)乘以出力系數(shù))（cm2）2.在不同p力作用下剪切面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力F2-橫向千斤頂活塞面積(若為壓力枕，應(yīng)乘以出力系數(shù))（cm2）F-試件剪切面面積（cm2）α—橫向推力與剪切面的夾角（通常取150)式中：第134頁(yè)/共481頁(yè)

注1

當(dāng)剪切面上存在裂隙、節(jié)理等滑面時(shí)，抗剪面積將分為剪斷破壞和滑動(dòng)破壞兩部分，而把剪斷破壞當(dāng)作有效抗剪面積Fa，滑動(dòng)破壞時(shí)的滑動(dòng)面積為Fb。3.繪制應(yīng)力與位移特性曲線和剪應(yīng)力與正應(yīng)力強(qiáng)度曲線有效抗剪面積正壓力仍由全部面積承擔(dān)總面積：第135頁(yè)/共481頁(yè)（二）單千斤頂法1、要點(diǎn)：?jiǎn)吻Ы镯敺ㄊ乾F(xiàn)場(chǎng)無(wú)法施加垂直應(yīng)力的情況下采用的。在山坡上或平洞內(nèi)的預(yù)定剪切面上挖成各種主應(yīng)力方向與固定剪切面成不同傾角的試件（通常剪切面傾角為150-350）注2施加于試件剪切面上的壓力應(yīng)該包括千斤頂施加的荷重、設(shè)備和試件的重量。注3在計(jì)算剪應(yīng)力時(shí)，應(yīng)扣除由于垂直壓力而產(chǎn)生的滾軸滾動(dòng)摩擦力。注4如果剪切面為傾斜面時(shí)，上述破壞面上的正、剪應(yīng)力的計(jì)算公式還應(yīng)根據(jù)傾角的大小進(jìn)行修正。第136頁(yè)/共481頁(yè)2.破壞面上的正、剪應(yīng)力計(jì)算(如圖4－42)

而故3.繪制巖體正-剪應(yīng)力強(qiáng)度曲線第137頁(yè)/共481頁(yè)三、現(xiàn)場(chǎng)三軸強(qiáng)度試驗(yàn)在一個(gè)隨機(jī)性節(jié)理的巖體中，破壞面位置的預(yù)定是有困難的，用三軸試驗(yàn)可以量測(cè)巖體的抗剪強(qiáng)度和破壞面的位置及形態(tài)，這時(shí)，破壞面會(huì)沿最弱的面破壞。1.試件矩形塊體，在試洞底板或洞壁的試驗(yàn)位置上，經(jīng)過(guò)仔細(xì)鑿刻和整平而成的，此矩形試件三邊脫離原地巖體，而僅一邊與巖體相連。目前，試件的大小可達(dá)2.80m×1.40m×2.80m,試件的基底與巖體相連的面積為2.80m×1.40m.（圖4－43）第138頁(yè)/共481頁(yè)2.加載與測(cè)試試件準(zhǔn)備好后，把壓力枕埋置在刻槽內(nèi)，以便施加σ2和σ3，而σ1是通過(guò)垂直千斤頂或壓力枕施加的。在試驗(yàn)中量測(cè)和記錄試件的位移。3.繪制巖體試驗(yàn)應(yīng)力圓包絡(luò)線、強(qiáng)度曲線和巖體特征曲線第139頁(yè)/共481頁(yè)從而測(cè)定應(yīng)力－位移關(guān)系曲線。確定應(yīng)力的比例極限、屈服極限和破壞極限。關(guān)于不同應(yīng)力狀態(tài)下，現(xiàn)場(chǎng)三軸試驗(yàn)成果的計(jì)算分述如下：1.三軸應(yīng)力在狀態(tài)下應(yīng)力滿足：上式中，L,M,N分別是某平面的法向方向余弦。令L,M,N＝0，則在τ－σ平面坐標(biāo)內(nèi)表示為三個(gè)應(yīng)力圓（圖4－44）。第140頁(yè)/共481頁(yè)2.三軸應(yīng)力在狀態(tài)下應(yīng)力滿足：(圖4－45)上式在τ－σ平面坐標(biāo)內(nèi)表示為一個(gè)應(yīng)力圓。3.三軸應(yīng)力在狀態(tài)下應(yīng)力滿足：返回第141頁(yè)/共481頁(yè)第四章習(xí)題選擇題1、巖體的強(qiáng)度小于巖石的強(qiáng)度主要是由于（）。（A）巖體中含有大量的不連續(xù)面（B）巖體中含有水（C）巖體為非均質(zhì)材料（D）巖石的彈性模量比巖體的大2、巖體的尺寸效應(yīng)是指（）。（A）巖體的力學(xué)參數(shù)與試件的尺寸沒(méi)有什么關(guān)系（B）巖體的力學(xué)參數(shù)隨試件的增大而增大的現(xiàn)象（C）巖體的力學(xué)參數(shù)隨試件的增大而減少的現(xiàn)象（D）巖體的強(qiáng)度比巖石的小第142頁(yè)/共481頁(yè)3、影響巖體質(zhì)量的主要因素為（）。（A）巖石類(lèi)型、埋深（B）巖石類(lèi)型、含水量、溫度（C）巖體的完整性和巖石的強(qiáng)度（D）巖體的完整性、巖石強(qiáng)度、裂隙密度、埋深4、我國(guó)工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中巖石的堅(jiān)硬程序確定是按照（）。（A）巖石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度（B）巖石的抗拉強(qiáng)度（C）巖石的變形模量（D）巖石的粘結(jié)力第143頁(yè)/共481頁(yè)5、下列形態(tài)的結(jié)構(gòu)體中，哪一種具有較好的穩(wěn)定性？（）（A）錐形（B）菱形（C）楔形（D）方形6、沉積巖中的沉積間斷面屬于哪一種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)面？（）（A）原生結(jié)構(gòu)面（B）構(gòu)造結(jié)構(gòu)面（C）次生結(jié)構(gòu)面7、巖體的變形和破壞主要發(fā)生在（）（A）劈理面（B）解理面（C）結(jié)構(gòu)（D）晶面第144頁(yè)/共481頁(yè)8、同一形式的結(jié)構(gòu)體，其穩(wěn)定性由大到小排列次序正確的是（）（A）柱狀>板狀>塊狀（B）塊狀>板狀>柱狀（C）塊狀>柱狀>板狀（D）板狀>塊狀>柱狀9、不同形式的結(jié)構(gòu)體對(duì)巖體穩(wěn)定性的影響程度由大到小的排列次序?yàn)椋ǎˋ）聚合型結(jié)構(gòu)體>方形結(jié)構(gòu)體>菱形結(jié)構(gòu)體>錐形結(jié)構(gòu)體（B）錐形結(jié)構(gòu)體>菱形結(jié)構(gòu)體>方形結(jié)構(gòu)體>聚合型結(jié)構(gòu)體第145頁(yè)/共481頁(yè)（C）聚合型結(jié)構(gòu)體>菱形結(jié)構(gòu)體>文形結(jié)構(gòu)體>錐形結(jié)構(gòu)體（D）聚合型結(jié)構(gòu)體>方形結(jié)構(gòu)體>錐形結(jié)構(gòu)體>菱形結(jié)構(gòu)體10、巖體結(jié)構(gòu)體是指由不同產(chǎn)狀的結(jié)構(gòu)面組合圍限起來(lái)，將巖體分割成相對(duì)的完整堅(jiān)硬的單無(wú)塊體，其結(jié)構(gòu)類(lèi)型的劃分取決于（）（A）結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)（B）結(jié)構(gòu)體型式（C）巖石建造的組合（D）三者都應(yīng)考慮

第146頁(yè)/共481頁(yè)1、A2、C3、C4、A5、D6、A7、C8、B9、A10、D參考答案返回第147頁(yè)/共481頁(yè)

第五章工程巖體分類(lèi)

第一節(jié)分類(lèi)的目的與原則巖體復(fù)雜、理論不完善、靠經(jīng)驗(yàn)。從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)巖體的工程性質(zhì)，根據(jù)工程類(lèi)型及使用目的對(duì)巖體進(jìn)行分類(lèi)，這也是巖體力學(xué)中最基本的研究課題。1、分類(lèi)的目的（1）為巖石工程建設(shè)的勘察、設(shè)計(jì)、施工和編制定額提供必要的基本依據(jù)。（2）便于施工方法的總結(jié),交流,推廣。（3）為便于行業(yè)內(nèi)技術(shù)改革和管理。第148頁(yè)/共481頁(yè)2、分類(lèi)原則

（1）有明確的類(lèi)級(jí)和適用對(duì)象。（2）有定量的指標(biāo)。（3）類(lèi)級(jí)一般分五級(jí)為宜。（4）分類(lèi)方法簡(jiǎn)單明了、數(shù)字便于記憶和應(yīng)用。（5）根據(jù)適用對(duì)象，選擇考慮因素。趨勢(shì)：“綜合特征值”分類(lèi)法第149頁(yè)/共481頁(yè)3、分類(lèi)的獨(dú)立因素

在分類(lèi)中起主導(dǎo)和控制作用的有如下幾方

面因素：

（1）巖石材料的質(zhì)量（強(qiáng)度指標(biāo)）。（2）巖體的完整性，結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、密度、聲波等。（3）水汶狀態(tài)（軟化、沖蝕、弱化）（4）地應(yīng)力（5）其它因素（自穩(wěn)時(shí)間、位移率）

其中：巖性是最重要因素返回第150頁(yè)/共481頁(yè)第二節(jié)幾種典型分類(lèi)

1、按巖石的單軸抗壓強(qiáng)度RC分類(lèi)

用巖塊單軸抗壓強(qiáng)度進(jìn)行分類(lèi)，簡(jiǎn)單、早期，因此在工程上采用了較長(zhǎng)的時(shí)間(普氏系數(shù))。（一）巖石單軸抗壓強(qiáng)度分類(lèi)(表5-1)第151頁(yè)/共481頁(yè)由于巖石點(diǎn)荷載試驗(yàn)可在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，數(shù)量多而簡(jiǎn)便，所以用點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)分類(lèi)得到重視。由倫敦地質(zhì)學(xué)會(huì)與Franklin等人提出，見(jiàn)圖5-1（二）以點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)分類(lèi)第152頁(yè)/共481頁(yè)2、按巷道巖石穩(wěn)定性分類(lèi)

（一）斯梯尼(Stini)分類(lèi)

根據(jù)巷道圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行分類(lèi)，如表5-2所示。第153頁(yè)/共481頁(yè)

根據(jù)巖石抗壓強(qiáng)度、工程地質(zhì)條件和開(kāi)挖時(shí)巖體穩(wěn)定破壞現(xiàn)象，分四類(lèi)，并有相應(yīng)的施工措施，見(jiàn)表5-3（二）前蘇聯(lián)巴庫(kù)地鐵分類(lèi)第154頁(yè)/共481頁(yè)3、按巖體完整性分類(lèi)（一）按巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD分類(lèi)（RockQualityDesignation）RQD是選用堅(jiān)固完整的、其長(zhǎng)度大于等于10mm的巖芯總長(zhǎng)度與鉆孔長(zhǎng)度的比，百分?jǐn)?shù)表示為：

工程實(shí)踐說(shuō)明，RQD是一種比巖芯采取率更好的指標(biāo)。第155頁(yè)/共481頁(yè)例某鉆孔的長(zhǎng)度為250cm，其中巖芯采取總長(zhǎng)度為200cm,而大于10cm的巖芯總長(zhǎng)度為157cm(圖5-2)，則巖芯采取率：200/250=80%RQD=157/250=63%第156頁(yè)/共481頁(yè)用RQD值來(lái)描述巖石的質(zhì)量--分級(jí)(表5-4)第157頁(yè)/共481頁(yè)（二）以彈性波（縱波）速度分類(lèi)依據(jù)：彈性波變化能反映巖體結(jié)構(gòu)特性和完整性。

中科院地質(zhì)所根據(jù)他們對(duì)巖體結(jié)構(gòu)的分類(lèi)，列出了彈性波在各類(lèi)巖體中傳播特性，如表5-5。第158頁(yè)/共481頁(yè)

日本池田和彥于1969年提出了日本鐵路隧道圍巖強(qiáng)度分類(lèi)。首先將巖質(zhì)分六類(lèi)，在根據(jù)彈性波在巖體中的速度，將圍巖強(qiáng)度分為七類(lèi)。（表5-6）第159頁(yè)/共481頁(yè)4、按巖體綜合指標(biāo)分類(lèi)

第160頁(yè)/共481頁(yè)（二）巖體的巖土力學(xué)分類(lèi)由畢昂斯基(Bieniaski1974)提出“綜合特征值”-RMR值分類(lèi)0<RMR<100（在歐美流行）

式中的6個(gè)指標(biāo)的相關(guān)因素分別為：R1-巖石抗壓強(qiáng)度R2-RQDR3-節(jié)理間距R4-節(jié)理狀態(tài)R5-地下水狀態(tài)R6-修正系數(shù)，節(jié)理的方向?qū)こ痰挠绊戇@6個(gè)指標(biāo)分別由如下各表來(lái)確定。第161頁(yè)/共481頁(yè)（1）與巖石強(qiáng)度相關(guān)的巖體評(píng)分值R1可以用標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行單軸壓縮來(lái)確定，也可由點(diǎn)荷載試驗(yàn)確定。表5-7巖石抗壓強(qiáng)度與巖體評(píng)分值R1的對(duì)應(yīng)關(guān)系第162頁(yè)/共481頁(yè)（2）巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD由修正的巖芯采取率確定表5-8對(duì)應(yīng)于RQD的巖體評(píng)分值R2（3）對(duì)應(yīng)于節(jié)理組間距的巖石評(píng)分值R3，表5-9第163頁(yè)/共481頁(yè)（4）與節(jié)理狀態(tài)相關(guān)的巖體評(píng)分值R4，見(jiàn)表5-10（5）與地下水狀態(tài)相關(guān)的巖體評(píng)分值R5見(jiàn)表5-11第164頁(yè)/共481頁(yè)（6）巖體工程的穩(wěn)定性與節(jié)理方向是否有利關(guān)系很大，所以最后提出了表5-12，來(lái)考慮節(jié)理方向?qū)こ淌欠裼欣麃?lái)修正前五個(gè)評(píng)分之和。(R6)

第165頁(yè)/共481頁(yè)根據(jù)以上六個(gè)參數(shù)之和RMR值，把巖體的質(zhì)量劃分為五類(lèi)，見(jiàn)表5-13第166頁(yè)/共481頁(yè)

本分類(lèi)還給出了對(duì)巖體穩(wěn)定性（隧洞巖體自穩(wěn)時(shí)間）以及對(duì)應(yīng)的巖體c,φ值，建議值見(jiàn)表5-14。返回第167頁(yè)/共481頁(yè)第三節(jié)我國(guó)工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB50218-94）

1、工程巖體分級(jí)的基本方法（1）確定巖體基本質(zhì)量按定性、定量相協(xié)調(diào)的要求，最終確定巖石的堅(jiān)硬程度與巖體完整性指數(shù)。

a.巖石堅(jiān)硬程度的確定

巖石堅(jiān)硬程度采用巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)（RC）第168頁(yè)/共481頁(yè)表5-15RC與定性劃分的巖石堅(jiān)硬程度的關(guān)系b.巖體完整性指數(shù)（Kv）的確定。①用彈性波測(cè)試。見(jiàn)第三章②選擇有代表性露頭或開(kāi)挖面，對(duì)不同的工程地質(zhì)巖組進(jìn)行節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果計(jì)算單位巖體體積的節(jié)理數(shù)（Jv）(條/m3)第169頁(yè)/共481頁(yè)表5-16Jv與

Kv的對(duì)照關(guān)系表5-17Kv與巖體完整性程度定性劃分的對(duì)應(yīng)關(guān)系第170頁(yè)/共481頁(yè)（2）基本質(zhì)量分級(jí)a.巖體基本質(zhì)量指標(biāo)（BQ）按下式計(jì)算BQ=90+3RC+250KV式中：RC－巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度的兆帕數(shù)值

KV－巖體完整性指數(shù)值注：①當(dāng)RC>90KV+30,代RC＝90KV+30②當(dāng)KV>0.04RC+0.4,代KV＝0.04RC+0.4b.按計(jì)算所得的Q值分級(jí)見(jiàn)表5-18（分為5級(jí)）

第171頁(yè)/共481頁(yè)第172頁(yè)/共481頁(yè)（3）結(jié)合工程情況，計(jì)算巖體基本質(zhì)量指標(biāo)修正值[BQ]，并按表5-18的指標(biāo)值確定本工程的工程巖體級(jí)別。[BQ]＝BQ－100(K1+K2+K3)

K1,K2,K3值，可分別按表5-19、5-20、5-21確定。無(wú)表中所列情況時(shí)，修正系數(shù)取零。[BQ]出現(xiàn)負(fù)值時(shí)，應(yīng)按特殊問(wèn)題處理。第173頁(yè)/共481頁(yè)第174頁(yè)/共481頁(yè)第175頁(yè)/共481頁(yè)2.工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用(2條)（1）巖體物理力學(xué)參數(shù)的選用第176頁(yè)/共481頁(yè)

工程巖體基本級(jí)別一旦確定以后，可按表5-2選用巖體的物理力學(xué)參數(shù)以及按表5-23選用巖體結(jié)構(gòu)面抗剪斷峰值強(qiáng)度參數(shù)。第177頁(yè)/共481頁(yè)第178頁(yè)/共481頁(yè)（2）地下工程巖體自穩(wěn)能力的確定

利用標(biāo)準(zhǔn)中附錄所列的地下工程自穩(wěn)能力（表5-24），可以對(duì)跨度等于或小于20m的地下工程作自穩(wěn)性初步評(píng)價(jià)，當(dāng)實(shí)際自穩(wěn)能力與表中相應(yīng)級(jí)別的自穩(wěn)能力不相符時(shí)，應(yīng)對(duì)巖體級(jí)別作相應(yīng)調(diào)整第179頁(yè)/共481頁(yè)返回第180頁(yè)/共481頁(yè)例：某地下工程巖體的勘探后得到如下資料：?jiǎn)屋S飽和抗壓強(qiáng)度強(qiáng)度；巖石較堅(jiān)硬，但巖體較破碎，巖石的彈性縱波速度、巖體的彈性縱波速度；工作面潮濕，有的地方出現(xiàn)點(diǎn)滴出水狀態(tài)；有一組結(jié)構(gòu)面，其走向與巷道軸線夾角大約為25度、傾角為33度；沒(méi)有發(fā)現(xiàn)極高應(yīng)力現(xiàn)象。按我國(guó)工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB50218－94）該巖體基本質(zhì)量級(jí)別和考慮工程基本情況后的級(jí)別分別確定為（）。（A）Ⅲ級(jí)和Ⅲ級(jí)（B）Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)（C）Ⅳ級(jí)和Ⅳ級(jí)（D）Ⅳ級(jí)和Ⅳ級(jí)

解：（1）計(jì)算巖體的基本質(zhì)量指標(biāo)

其中：第181頁(yè)/共481頁(yè)檢驗(yàn)限制條件：

所以仍取為32.5

所以仍取為0.66得：

（2）查表5-18（巖體基本質(zhì)量分級(jí)表）該巖體基本質(zhì)量級(jí)別確定為Ⅲ級(jí)。

第182頁(yè)/共481頁(yè)（3）計(jì)算巖體的基本質(zhì)量指標(biāo)修正值其中：為地下水影響修正系數(shù)，由表5-19查得＝0.1；為主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)，由表5-20查得＝0.5；為初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)，由表5-21查得＝0.5。所以：（4）查表5-18（巖體基本質(zhì)量分級(jí)表）該巖體質(zhì)量級(jí)別最終確定為Ⅳ級(jí)。所以，本題答案選（B）。返回第183頁(yè)/共481頁(yè)第六章巖體的初始應(yīng)力狀態(tài)

第一節(jié)初始應(yīng)力的概念與意義意義（1）工程穩(wěn)定性分析的原始參數(shù)。（2）確定開(kāi)挖方案與支護(hù)設(shè)計(jì)的必要參數(shù)。初始應(yīng)力：天然狀態(tài)下巖體內(nèi)的應(yīng)力，又稱(chēng)地應(yīng)力、原巖應(yīng)力。因素：自重地質(zhì)構(gòu)造地形地貌地震力水壓力地?zé)帷７祷氐?84頁(yè)/共481頁(yè)第二節(jié)初始應(yīng)力的組成與計(jì)算

1、巖體自重應(yīng)力場(chǎng)垂直應(yīng)力：—平均密度，KN/m3側(cè)壓力：H—總深度（m）—側(cè)壓力系數(shù)的取值有4種可能圖6-1巖體自重垂直應(yīng)力第185頁(yè)/共481頁(yè)（1）巖體假定處于彈性狀態(tài)

由推出得：巖體由多層不同性質(zhì)巖層組成時(shí)(圖6-2)第j層應(yīng)力：原始垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力：第186頁(yè)/共481頁(yè)圖6-2自重垂直應(yīng)力分布第187頁(yè)/共481頁(yè)（2）Heim假設(shè)（塑性狀態(tài)）當(dāng)原始應(yīng)力超過(guò)一定的極限，巖體就會(huì)處于潛塑狀態(tài)或塑性狀態(tài)。（相當(dāng)于）（3）巖體為理想松散介質(zhì)（風(fēng)化帶、斷層帶）由極限平衡理得第188頁(yè)/共481頁(yè)第189頁(yè)/共481頁(yè)（4）當(dāng)松散介質(zhì)有一定粘聚力時(shí)

注：當(dāng)說(shuō)明無(wú)側(cè)壓力

側(cè)壓力為：無(wú)側(cè)壓力深度第190頁(yè)/共481頁(yè)第191頁(yè)/共481頁(yè)2、巖體構(gòu)造應(yīng)力（判斷、測(cè)試，不能計(jì)算）

當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力存在時(shí)。

3、影響巖體初應(yīng)力狀態(tài)的其它因素（1）地形-自重的減小或增大圖6－7地形對(duì)初應(yīng)力的影響第192頁(yè)/共481頁(yè)（2）地質(zhì)條件對(duì)初應(yīng)力的影響。

圖6-8背斜褶曲對(duì)地應(yīng)力的影響圖6-9斷層對(duì)地應(yīng)力的影響第193頁(yè)/共481頁(yè)（3）水壓力、熱應(yīng)力

孔隙水壓力、流動(dòng)水壓力(影響小，可不計(jì))、靜水壓力（懸浮作用）熱膨冷縮在巖體中產(chǎn)生熱應(yīng)力。地溫升高會(huì)使巖體內(nèi)地應(yīng)力增加，一般地溫梯度：巖體的體膨脹系數(shù)：，巖體彈模E=104MPa；地溫梯度引起的溫度應(yīng)力約為：

z--深度/m。溫度應(yīng)力是同深度的垂直應(yīng)力的1/9，并呈靜水壓力狀態(tài)。返回第194頁(yè)/共481頁(yè)第三節(jié)巖體初始應(yīng)力狀態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)方法一、巖體應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)方法概述1.目的：（1）了解巖體中存在的應(yīng)力大小和方向（2）為分析巖體的工程受力狀態(tài)以及為支護(hù)及巖體加固提供依據(jù)（3）預(yù)報(bào)巖體失穩(wěn)破壞以及預(yù)報(bào)巖爆的有力工具第195頁(yè)/共481頁(yè)2.方法分類(lèi)(表6-1)第196頁(yè)/共481頁(yè)二、水壓致裂法（一）方法原理及技術(shù)要點(diǎn)：通過(guò)液壓泵向鉆孔內(nèi)擬定量測(cè)深度加液壓將孔壁壓裂，測(cè)定壓裂過(guò)程中的各特征點(diǎn)壓力及開(kāi)裂方位，然后根據(jù)測(cè)得的壓裂過(guò)程中泵壓表的讀數(shù)，計(jì)算測(cè)點(diǎn)附近巖體中地應(yīng)力大小和方向。壓裂點(diǎn)上下用止水封隔器密封，其結(jié)構(gòu)如圖6-10所示。水壓致裂過(guò)程中泵壓變化及其特征壓力示于圖6-11。第197頁(yè)/共481頁(yè)P(yáng)0PbPsPs0P0Pb0Ps圖6-11壓裂過(guò)程泵壓變化及特征壓力圖6-10止水、壓裂工作原理PbPsPsPs0Pb0P0第198頁(yè)/共481頁(yè)各特征壓力的物理意義①P0-巖體內(nèi)孔隙水壓力或地下水壓力②Pb-注入鉆孔內(nèi)液壓將孔壁壓裂的初始?jí)毫褖毫Β跴s-液體進(jìn)入巖體內(nèi)連續(xù)的將巖體劈裂的液壓，稱(chēng)為穩(wěn)定開(kāi)裂壓力④Ps0-關(guān)泵后壓力表上保持的壓力，稱(chēng)為關(guān)閉壓力。如圍巖滲透性大，該壓力將逐漸衰減⑤Pb0-停泵后重新開(kāi)泵將裂縫壓開(kāi)的壓力，稱(chēng)為開(kāi)啟壓力第199頁(yè)/共481頁(yè)（二）基本理論和計(jì)算公式當(dāng)孔壁出現(xiàn)垂直裂縫時(shí)，設(shè)孔周邊兩個(gè)水平地應(yīng)力分別為和，孔壁還受有水壓Pb.如圖6-12。圖6-12孔壁開(kāi)裂力學(xué)模型a第200頁(yè)/共481頁(yè)鉆孔周?chē)鷰r體內(nèi)應(yīng)力

(Kirsch.G-基爾斯解)第201頁(yè)/共481頁(yè)在孔壁上r=a，有：當(dāng)時(shí)有最大拉應(yīng)力：按最大拉應(yīng)力理論，有(6-15)(6-16)將(6-15)代入(6-16)得孔壁開(kāi)裂應(yīng)力條件(6-18)即孔壁開(kāi)裂在與垂直,的面上式中：T0-巖體的抗強(qiáng)度第202頁(yè)/共481頁(yè)若巖體中有孔隙水壓力Pw，（6-18）式變成：(6-19)由圖6-11知水泵重新加壓使裂縫重新開(kāi)裂的壓力Pb0，則上式變成：(6-20)19和20兩式對(duì)比得：Pb–Pb0=T0(6-21)在關(guān)閉壓力Pb0點(diǎn)上，孔壁已經(jīng)開(kāi)裂，則T0=0,穩(wěn)定開(kāi)裂壓力由P0下降到Ps0。此時(shí)，ps0等于與裂縫垂直的應(yīng)力，即：第203頁(yè)/共481頁(yè)求得主應(yīng)力及巖體抗拉強(qiáng)度（三）根據(jù)水壓致裂法試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算地應(yīng)力（1）一般來(lái)講作為地主應(yīng)力之一。我們可以將與作比較，若，則可以肯定此時(shí)為最小主應(yīng)力；進(jìn)一步將與作比較，也就可以以此確定地應(yīng)力的三個(gè)主應(yīng)力。第204頁(yè)/共481頁(yè)因?yàn)殚_(kāi)裂點(diǎn)方位或開(kāi)裂裂縫方向可以確定的方位或的方向，所以三個(gè)地主應(yīng)力的方位也就可以相應(yīng)確定。（2）如果，并且孔壁開(kāi)裂后孔內(nèi)巖體出現(xiàn)水平裂縫，則此時(shí)為最小地應(yīng)力，與各為中間主應(yīng)力及最大地主應(yīng)力，垂直開(kāi)裂方向即為最大地應(yīng)力方向。（四）水壓致裂法的特點(diǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單操作方便測(cè)值直觀適應(yīng)性強(qiáng)

受到重視和推廣缺陷：主應(yīng)力方向不準(zhǔn)第205頁(yè)/共481頁(yè)三、應(yīng)力解除法

1.基本原理：當(dāng)需要測(cè)定巖體中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，人為的將該處巖體單元和周?chē)膸r體分離，此時(shí)，巖體單元上所受的拉力將被解除。同時(shí)，該單元體的幾何尺寸也將產(chǎn)生彈性恢復(fù)。應(yīng)用一定的儀器，測(cè)定彈性恢復(fù)的應(yīng)變值或變形值，并且認(rèn)為巖體時(shí)連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的彈性體，于是就可以借助彈性理論的解答計(jì)算巖體單元所受的應(yīng)力狀態(tài)。切斷聯(lián)系解除應(yīng)力應(yīng)變恢復(fù)測(cè)試應(yīng)變計(jì)算應(yīng)力流程要點(diǎn)第206頁(yè)/共481頁(yè)2.應(yīng)力解除法分類(lèi)按測(cè)試深度表面應(yīng)力解除淺孔應(yīng)力解除深孔應(yīng)力解除按測(cè)試應(yīng)變或變形孔徑變形測(cè)試孔壁應(yīng)變測(cè)試孔底應(yīng)力解除法孔壁應(yīng)力解除法測(cè)1個(gè)平面3個(gè)方向上的應(yīng)變1平面3方向上的徑位移3平面9個(gè)方向應(yīng)變第207頁(yè)/共481頁(yè)原理要點(diǎn)向巖體中的測(cè)點(diǎn)先鉆進(jìn)一個(gè)平底鉆孔，在孔底中心處粘貼應(yīng)變傳感器；套孔鉆出巖芯，使孔底平面完全卸載，應(yīng)變傳感器測(cè)得孔底平面中心恢復(fù)應(yīng)變；在室內(nèi)測(cè)得巖石的彈性常數(shù)；計(jì)算孔底中心處的平面應(yīng)力狀態(tài)。由于孔底應(yīng)力解除法只需要鉆進(jìn)一段不長(zhǎng)的巖芯，所以對(duì)較破碎的巖體也能應(yīng)用。（1）巖體孔底應(yīng)力解除法在孔底平面粘貼3應(yīng)變片應(yīng)變花一個(gè)平面有3個(gè)獨(dú)立的應(yīng)力分量第208頁(yè)/共481頁(yè)工作步驟應(yīng)變觀測(cè)系統(tǒng)第209頁(yè)/共481頁(yè)（2）套孔應(yīng)力解除法原理要點(diǎn)對(duì)巖體中某點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力量測(cè)時(shí)，先向該點(diǎn)鉆進(jìn)一定深度的超前小孔，在此小孔中埋設(shè)鉆孔傳感器，