巖石力學-第三章01

2024/1/171《巖石力學》第三章巖體的力學性質(zhì)3.1巖體結(jié)構(gòu)面的力學性質(zhì)3.1.1概念結(jié)構(gòu)面天然巖體中往往具有明顯的地質(zhì)遺跡，如假整合、不整合、褶皺、斷層、節(jié)理、劈理等。他們在巖體力學中一般都統(tǒng)稱為節(jié)理。由于節(jié)理的存在，造成了介質(zhì)的不連續(xù)，因而這些界面又稱為不連續(xù)面或結(jié)構(gòu)面。所有的結(jié)構(gòu)面中，最危險的是未充填的開口的光滑節(jié)理面。節(jié)理巖體的強度介于節(jié)理強度和巖塊強度之間。2024/1/172《巖石力學》結(jié)構(gòu)面實驗方法實驗室試驗法?傾斜儀法

?直剪儀法

?三軸儀發(fā)傾斜儀法直剪儀法2024/1/173《巖石力學》現(xiàn)場試驗法

巖體、弱面、軟夾層的現(xiàn)場壓剪方法示意圖2024/1/174《巖石力學》巖體破碎程度的指標裂隙度裂隙度K是指沿著取樣線方向，單位長度上節(jié)理的數(shù)量。設(shè)某節(jié)理取樣線長度為L，沿L內(nèi)出現(xiàn)節(jié)理的數(shù)量為n，則

沿取樣方向節(jié)理的平均間距d為2024/1/175《巖石力學》切割度切割度是指巖體被節(jié)理割裂、分離的程度。僅含一個節(jié)理面的平直斷面，節(jié)理面面積，平直斷面面積A，其切割度為

當巖體被完全切割時，；未被切割時，；可見，當時，巖體是部分被切割若在同一平直斷面出現(xiàn)面積為的幾個節(jié)理面，則切割度為2024/1/176《巖石力學》3.1.2結(jié)構(gòu)面的變形特性法向變形古德曼法，法向應(yīng)力與結(jié)構(gòu)面閉合量的關(guān)系：式中：為原位壓力；為最大可能閉合量；是與結(jié)構(gòu)面幾何特征、巖石力學性質(zhì)有關(guān)的兩個參數(shù)；2024/1/177《巖石力學》結(jié)構(gòu)面法向變形曲線2024/1/178《巖石力學》剪切變形古德漫法，剪切剛度可以由下式表示：

式中，是初始剪切剛度，是產(chǎn)生較大剪切位移時的剪應(yīng)力漸進值。試驗結(jié)果表明，對于較堅硬的結(jié)構(gòu)面，剪切剛度一般是常數(shù)；對于松軟結(jié)構(gòu)面，剪切剛度隨法向應(yīng)力的大小而改變。2024/1/179《巖石力學》結(jié)構(gòu)面剪切變形曲線2024/1/1710《巖石力學》從下圖模型可以看出，結(jié)構(gòu)面的剪切變形與巖石強度、結(jié)構(gòu)面粗糙性和法向力有關(guān)。結(jié)構(gòu)面剪切力學模型2024/1/1711《巖石力學》抗剪強度結(jié)構(gòu)面抗剪強度一般可以用庫侖準則描述：

式中，分別是結(jié)構(gòu)面上的黏結(jié)力和摩擦角，是作用在結(jié)構(gòu)面上的法向應(yīng)力。2024/1/1712《巖石力學》凸臺模型的剪應(yīng)力與法向應(yīng)力的關(guān)系曲線2024/1/1713《巖石力學》巴頓準則該準則為一經(jīng)驗公式：

式中，是結(jié)構(gòu)面的抗壓強度，是巖石表面的基本摩擦角，為結(jié)構(gòu)面粗糙性系數(shù)。當，上式變?yōu)?/p>

即轉(zhuǎn)化成平滑節(jié)理（無黏結(jié)力）的庫侖準則。2024/1/1714《巖石力學》3.2巖體的力學性質(zhì)3.2.1巖體力學試驗一般概念巖體與巖塊的差異組構(gòu)方面：巖塊含巖石材料及微小節(jié)理；巖體含巖塊及多組較大的節(jié)理；力學性質(zhì)方面：巖體比巖塊彈模小、峰值強度低、殘值強度低、變形（蠕變）大、泊松比大、各向異性；極端堅固完整巖體的強度≈巖塊強度，節(jié)理極端發(fā)育巖體的強度<<巖塊強度（幾分之一至幾十分之一）。2024/1/1715《巖石力學》尺寸效應(yīng)巖體與巖塊的尺寸界限，由尺度效應(yīng)（scaleeffect）試驗決定；各種巖石的尺度效應(yīng)不同；大部分巖石在>0.5~1.0m時，性狀即穩(wěn)定，故通?？烧J為在該尺寸以上即代表巖體；（A為試件的橫截面積）2024/1/1716《巖石力學》巖體力學試驗特點與方法原則上，與巖塊試驗無異。不同的是：試體大、設(shè)備大、代價大；巖體試驗多在現(xiàn)場原位（in-situ）切割試體，進行單軸壓縮、三軸壓縮及壓剪試驗，一般試體尺寸為0.5~1.5m；加載設(shè)備用普通千斤頂、矮千斤頂和扁千斤頂；原始切割試體的工程浩大，費用高昂；現(xiàn)場原位試驗，要求一次將測試目標：測定；應(yīng)力應(yīng)變曲線測定；強度指標和強度準則確定等全部完成。

2024/1/1717《巖石力學》巖體力學計算指標的選取與修正原則上：巖體指標≈巖塊指標，取巖塊指標；巖體指標<<巖塊指標，取巖體指標；巖體指標：有條件的，可作試驗測定；不能試驗的，可暫先選取經(jīng)驗數(shù)據(jù)；巖體內(nèi)摩擦角≈巖塊內(nèi)摩擦角；已知巖體的C和φ，可近似求得巖體單軸抗壓強度：再根據(jù)格氏準則，可近似求得巖體抗拉強度：用巖體力學性質(zhì)經(jīng)驗數(shù)據(jù)對工程進行的初步計算，在工程開工后，應(yīng)根據(jù)實測的應(yīng)力，經(jīng)資料加以適當修正。2024/1/1718《巖石力學》3.2.2巖體變形特性巖體的單軸和三軸壓縮變形特征現(xiàn)場巖體循環(huán)壓縮應(yīng)力—應(yīng)變?nèi)^程曲線2024/1/1719《巖石力學》現(xiàn)場巖體變形模量測量過程曲線2024/1/1720《巖石力學》巖體剪切變形特征巖體原位抗剪試驗曲線2024/1/1721《巖石力學》影響巖體變形性質(zhì)的因素結(jié)構(gòu)面方位；結(jié)構(gòu)面的密度；結(jié)構(gòu)面的張開度及充填特征；2024/1/1722《巖石力學》3.2.3巖體的強度性質(zhì)一般概念節(jié)理發(fā)育巖體，抗拉強度極弱，可概括為無拉力準則；巖體的單軸壓縮、三軸壓縮及壓剪試驗證實，大部分巖體在受壓區(qū)符合庫侖準則，但其強度低于巖塊強度；巖體強度必介于巖塊強度與最弱面強度之間的一個范圍；巖體強度的具體情況，應(yīng)根據(jù)試驗具體確定；2024/1/1723《巖石力學》單節(jié)理面理論單結(jié)構(gòu)面理論分析圖2024/1/1724《巖石力學》莫爾應(yīng)力圓，有：結(jié)構(gòu)面強度服從庫侖準則沿結(jié)構(gòu)面AB產(chǎn)生剪切破壞的條件：2024/1/1725《巖石力學》單結(jié)構(gòu)面巖體強度分析單結(jié)構(gòu)面巖體強度分析2024/1/1726《巖石力學》結(jié)構(gòu)面力學效應(yīng)單結(jié)構(gòu)面力學效應(yīng)2024/1/1727《巖石力學》巖體強度的估算—Hoek-Brown經(jīng)驗公式式中，為破壞時的最大主應(yīng)力；為作用在巖石試樣上的最小主應(yīng)力；為巖塊的單軸抗壓強度；為與巖性及結(jié)構(gòu)面情況有關(guān)的常數(shù)。

將代入上式，可解得巖體的單軸抗拉強度為：剪應(yīng)力表達式為：2024/1/1728《巖石力學》3.3巖體質(zhì)量評價及其分類3.3.1分類目的與原則目的提供必要的計算指標參數(shù)；為巖石工程建設(shè)勘察、設(shè)計、施工和編制定額提供必要的基本依據(jù)；原則按目的和使用對象。定量的。級數(shù)應(yīng)合適，一般為5級。分類方法與步驟簡明，數(shù)字便于記憶，便于應(yīng)用。由于目的和對象不同，考慮的因素也不同。2024/1/1729《巖石力學》3.3.2按巖體完整性分類(P90)——巖石質(zhì)量指標(RQD)分類定義：將長度在10cm(含10cm)以上的巖芯累計長度占鉆孔總長度的百分比，稱為巖石質(zhì)量指標RQD評價簡單易行，是一種快速、經(jīng)濟而實用的巖體質(zhì)量評價方法。在一些國家得到廣泛應(yīng)用。由于沒有反映出節(jié)理的方位、充填物的影