巖石力學(xué)與工程課件

巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石強(qiáng)度與外力有關(guān)a.外力性質(zhì)：動(dòng)載荷、靜載荷b.外力方式：拉伸、壓縮、剪切C.應(yīng)力狀態(tài)：?jiǎn)蜗颉㈦p向、三向1.1巖石單軸抗壓強(qiáng)度1）定義：巖石在單軸壓縮荷載作用下達(dá)到破壞前所能承受的最大壓應(yīng)力稱為巖石的單軸抗壓強(qiáng)度(Uniaxialcompressivestrength)，或稱為非限制性抗壓強(qiáng)度(unconfinedcompressivestrength)。如圖所示。2）計(jì)算公式：

σc=P/A3）4種破壞形式：1.X狀共軛斜面剪切破壞，是最常見的破壞形式。2.單斜面剪切破壞，這種破壞也是剪切破壞。3.塑性流動(dòng)變形，線應(yīng)變≥10％。4.拉伸破壞，在軸向壓應(yīng)力作用下，在橫向?qū)a(chǎn)生拉應(yīng)力。這是泊松效應(yīng)的結(jié)果。這種類型的破壞就是橫向拉應(yīng)力超過巖石抗拉極限所引起的。4)實(shí)驗(yàn)方法a.試件標(biāo)準(zhǔn)立方體50×50×50mm或70×70×70mm圓柱體，但使用最廣泛的是圓柱體。圓柱體直徑D一般不小于50mm。L/D=2.5~3.0（國(guó)際巖石力學(xué)委員會(huì)ISRM建議的尺寸）要求：兩端不平度0.5mm；尺寸誤差±0.3mm；兩端面垂直于軸線誤差±0.25度。加載速率：0.5～0.8Pa/sb.非標(biāo)準(zhǔn)試件的對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響及其修正c.壓縮實(shí)驗(yàn)設(shè)備示意圖(500t壓力機(jī))d.端部效應(yīng)及其消除方法端部效應(yīng):消除方法:①潤(rùn)滑試件端部（如墊云母片；涂黃油在端部）

②加長(zhǎng)試件

5)水對(duì)單軸抗壓強(qiáng)度的影響－軟化系數(shù)巖石的軟化系數(shù)：飽和巖石抗壓強(qiáng)度σb與干燥巖石抗壓強(qiáng)度σc之比η=σb/

σc≤11.2巖石單軸抗拉強(qiáng)度

1）定義：巖石在單軸拉伸荷載作用下達(dá)到破壞時(shí)所能承受的最大拉應(yīng)力稱為巖石的單軸抗拉強(qiáng)度(Tensilestrength),。試件在拉伸荷載作用下的破壞通常是沿其橫截面的斷裂破壞，巖石的拉伸破壞試驗(yàn)分直接試驗(yàn)和間接試驗(yàn)兩類。2)直接拉伸試驗(yàn)加載和試件示意圖計(jì)算公式：破壞時(shí)的最大軸向拉伸荷載(Pt)除以試件的橫截面積(A)。即：

σt=Pt/A2)直接拉伸試驗(yàn)加載和試件示意圖－（續(xù)）3)間接拉伸試驗(yàn)加載和試件示意圖巴西試驗(yàn)法（Braziliantest），俗稱劈裂試驗(yàn)法。a.試件:為一巖石圓盤，加載方式如圖所示。實(shí)際上荷載是沿著一條弧線加上去的，但孤高不能超過圓盤直徑的1/20。b.應(yīng)力分布：圓盤在壓應(yīng)力的作用下，沿圓盤直徑y(tǒng)—y的應(yīng)力分布和x—x方向均為壓應(yīng)力。而離開邊緣后，沿y—y方向仍為壓應(yīng)力，但應(yīng)力值比邊緣處顯著減少。并趨于均勻化；x—x方向變成拉應(yīng)力。并在沿y—y的很長(zhǎng)一段距離上呈均勻分布狀態(tài)。c.破壞原因：從圖可以看出，雖然拉應(yīng)力的值比壓應(yīng)力值低很多，但由于巖石的抗拉強(qiáng)度很低，所以試件還是由于x方向的拉應(yīng)力而導(dǎo)致試件沿直徑的劈裂破壞。破壞是從直徑中心開始，然后向兩端發(fā)展，反映了巖石的抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度要低得多的事實(shí)。d.計(jì)算公式：

σt=σx=-2P/πdt

σy=(1/r1+1/r2-1/d)2P/πt圓盤中心處：

σt=σx=-2P/πdt

σy=6P/πdt1.3抗剪切強(qiáng)度

1)定義：巖石在剪切荷載作用下達(dá)到破壞前所能承受的最大剪應(yīng)力稱為巖石的抗剪切強(qiáng)度（Shearstrength）。剪切強(qiáng)度試驗(yàn)分為非限制性剪切強(qiáng)度試驗(yàn)（Unconfinedshearstrengthtest）和限制性剪切強(qiáng)度試驗(yàn)（Confinedshearstrengthtest）二類。非限制性剪切試驗(yàn)在剪切面上只有剪應(yīng)力存在，沒有正應(yīng)力存在；限制性剪切試驗(yàn)在剪切面上除了存在剪應(yīng)力外，還存在正應(yīng)力。2）四種典型的非限制性剪切強(qiáng)度試驗(yàn)：a.單面剪切試驗(yàn)，b.沖擊剪切試驗(yàn),c.雙面剪切試驗(yàn)，d.扭轉(zhuǎn)剪切試驗(yàn)，分別見圖。3）非限制性剪切強(qiáng)度記為So計(jì)算公式：（a）單面剪切試驗(yàn)So=Fc/A（b）沖擊剪切試驗(yàn)So=Fc/2πra（c）雙面剪切試驗(yàn)So=Fc/2A（d）扭轉(zhuǎn)剪切試驗(yàn)So=16Mc/πD3式中：Mc—試件被剪斷前達(dá)到的最大扭矩（N?m）

D—試件直徑（m）4）四種典型的限制性剪切強(qiáng)度試驗(yàn)a.直剪儀（剪切盒）壓剪試驗(yàn)（單面剪）b.立方體試件單面剪試驗(yàn)c.試件端部受壓雙面剪試驗(yàn)d.角模壓剪試驗(yàn)（變角剪切試驗(yàn)）5)Hoek直剪儀試驗(yàn)裝置6）角模壓剪試驗(yàn)及受力分析示意圖在壓力P的作用下，剪切面上可分解為沿剪切面的剪力Psinα/A和垂直剪切面的正應(yīng)力Pcosα/A，如圖所示。7）限制性剪切強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果及其分析①試驗(yàn)結(jié)果：剪切面上正應(yīng)力越大，試件被剪破壞前所能承受的剪應(yīng)力也越大。原因：剪切破壞一要克服內(nèi)聚力，二要克服摩擦力，正應(yīng)力越大，摩擦力也越大。將破壞時(shí)的剪應(yīng)力和正應(yīng)力標(biāo)注到σ-τ應(yīng)力平面上就是一個(gè)點(diǎn)，不同的正、剪應(yīng)力組合就是不同的點(diǎn)。將所有點(diǎn)連接起來就獲得了莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線，如圖所示。②殘余強(qiáng)度：當(dāng)剪切面上的剪應(yīng)力超過了峰值剪切強(qiáng)度后，剪切破壞發(fā)生，然后在較小的剪切力作用下就可使巖石沿剪切面滑動(dòng)。能使破壞面保持滑動(dòng)所需的較小剪應(yīng)力就是破壞面的殘余強(qiáng)度。正應(yīng)力越大，殘余強(qiáng)度越高，如圖所示。所以只要有正應(yīng)力存在，巖石剪切破壞面仍具有抗剪切的能力。1.4三軸抗壓強(qiáng)度

1)定義：巖石在三向壓縮荷載作用下，達(dá)到破壞時(shí)所能承受的最大壓應(yīng)力稱為巖石的三軸抗壓強(qiáng)度(Triaxialcompressivestrength)。與單軸壓縮試驗(yàn)相比，試件除受軸向壓力外，還受側(cè)向壓力。側(cè)向壓力限制試件的橫向變形，因而三軸試驗(yàn)是限制性抗壓強(qiáng)度(confinedcompressivestrength)試驗(yàn)。2)實(shí)驗(yàn)加載方式：a.真三軸加載:試件為立方體，加載方式如圖所示。應(yīng)力狀態(tài)：σ1>σ2>

σ3這種加載方式試驗(yàn)裝置繁雜，且六個(gè)面均可受到由加壓鐵板所引起的摩擦力，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有很大影響，因而實(shí)用意義不大。故極少有人做這樣的三軸試驗(yàn)。b.假三軸試驗(yàn):，試件為圓柱體，試件直徑25~150mm，長(zhǎng)度與直徑之比為2：1或3：1。加載方式如圖所示，軸向壓力的加載方式與單軸壓縮試驗(yàn)時(shí)相同。但由于有了側(cè)向壓力，其加載上時(shí)的端部效應(yīng)比單軸加載時(shí)要輕微得多。應(yīng)力狀態(tài)：σ1>σ2=σ3三軸壓縮試驗(yàn)加載示意圖真三軸σ1>σ2>

σ3假三軸σ1>σ2=σ33)假三軸試驗(yàn)裝置圖：由于試件側(cè)表面已被加壓油缸的橡皮套包住，液壓油不會(huì)在試件表面造成摩擦力，因而側(cè)向壓力可以均勻施加到試件中。其試驗(yàn)裝置示意圖如下。4)第一個(gè)經(jīng)典三軸試驗(yàn)a.試驗(yàn)者和時(shí)間：意大利人馮·卡門(Von·Karman)于1911年完成的。b.試驗(yàn)巖石：白色圓柱體大理石試件，該大理石具有很細(xì)的顆粒并且是非常均質(zhì)的。c.試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：①在圍壓為零或較低時(shí)，大理石試件以脆性方式破壞，沿一組傾斜的裂隙破壞。②隨著圍壓的增加，試件的延性變形和強(qiáng)度都不斷增加，直至出現(xiàn)完全延性或塑性流動(dòng)變形，并伴隨工作硬化，試件也變成粗腰桶形的。③在試驗(yàn)開始階段，試件體積減小，當(dāng)達(dá)到抗壓強(qiáng)度一半時(shí)，出現(xiàn)擴(kuò)容，泊松比迅速增大。5)三軸試驗(yàn)與莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線a.三軸壓縮試驗(yàn)的最重要的成果：就是對(duì)于同一種巖石的不同試件或不同的試驗(yàn)條件給出幾乎恒定的強(qiáng)度指標(biāo)值。這一強(qiáng)度指標(biāo)值以莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線（Mohr’sstrengthenvelop）的形式給出。b.莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線的繪制：須對(duì)該巖石的5~6個(gè)試件做三軸壓縮試驗(yàn)，每次試驗(yàn)的圍壓值不等，由小到大，得出每次試件破壞時(shí)的應(yīng)力莫爾圓，通常也將單軸壓縮試驗(yàn)和拉伸試驗(yàn)破壞時(shí)的應(yīng)力莫爾圓，用于繪制應(yīng)力莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線。如圖所示。曲線形：直線形：6)三軸試驗(yàn)巖石強(qiáng)度參數(shù)的確定a.直線形：τ軸的截距稱為巖石的粘結(jié)力（或稱內(nèi)聚力），記為C（MPa），與σ軸的夾角稱為巖石的內(nèi)摩擦角，記為φ（度）。b.曲線形：①一種方法是將包絡(luò)線和τ軸的截距定為C，將包絡(luò)線與τ軸相交點(diǎn)的包絡(luò)線外切線與σ軸夾角定為內(nèi)摩擦角。②另一種方法建議根據(jù)實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)在莫爾包絡(luò)線上找到相應(yīng)點(diǎn)，在該點(diǎn)作包絡(luò)線外切線，外切線與σ軸夾角為內(nèi)摩擦角，外切線及其延長(zhǎng)線與τ軸相交之截距即為C。實(shí)踐中采用第一種方法的人數(shù)多。1.5巖石變形性質(zhì)的幾個(gè)基本概念1）彈性(elasticity)：

物體在受外力作用的瞬間即產(chǎn)生全部變形，而去除外力(卸載)后又能立即恢復(fù)其原有形狀和尺寸的性質(zhì)稱為彈性。彈性體按其應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系又可分為兩種類型：線彈性體：應(yīng)力－應(yīng)變呈直線關(guān)系。非線性彈性體：應(yīng)力—應(yīng)變呈非直線的關(guān)系。*線彈性體，其應(yīng)力－應(yīng)變呈直線關(guān)系

σ=Eε非線性彈性體，其應(yīng)力—應(yīng)變呈非直線的關(guān)系σ=f(ε)*2）塑性（plasticity）：物體受力后產(chǎn)生變形，在外力去除（卸載）后變形不能完全恢復(fù)的性質(zhì)，稱為塑性。不能恢復(fù)的那部分變形稱為塑性變形，或稱永久變形，殘余變形。在外力作用下只發(fā)生塑性變形的物體，稱為理想塑性體。理想塑性體，當(dāng)應(yīng)力低于屈服極限時(shí)，材料沒有變形，應(yīng)力達(dá)到后，變形不斷增大而應(yīng)力不變，應(yīng)力－應(yīng)變曲線呈水平直線.*理想塑性體的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系:當(dāng)σ

<σs

時(shí)，ε=0當(dāng)σ≥σs

時(shí)，ε－＞∞

σ

σso

ε*3）黏性(viscosity):

物體受力后變形不能在瞬時(shí)完成，且應(yīng)變速率隨應(yīng)力增加而增加的性質(zhì)，稱為粘性。應(yīng)變速率與時(shí)間有關(guān)，－>黏性與時(shí)間有關(guān)其應(yīng)力－應(yīng)變速率關(guān)系為過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線的物質(zhì)稱為理想粘性體（如牛頓流體），如圖所示。

σ應(yīng)力－應(yīng)變速率關(guān)系：σ=η

dε/dtodε/dt*4）脆性(brittle):

物體受力后，變形很小時(shí)就發(fā)生破裂的性質(zhì)。工程上一般以5％為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，總應(yīng)變大于5％者為塑性材料，反之為脆性材料。赫德(Heard，1963)以3％和5％為界限，將巖石劃分三類：總應(yīng)變小于3％者為脆性巖石；總應(yīng)變?cè)?％～5％者為半脆性或脆－塑性巖石；總應(yīng)變大于5％者為塑性巖石。按以上標(biāo)準(zhǔn)，大部分地表巖石在低圍壓條件下都是脆性或半脆性的。當(dāng)然巖石的塑性與脆性是相對(duì)的，在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)化，如在高溫高壓條件下，脆性巖石可表現(xiàn)很高的塑性。*5）延性(ductile):

物體能承受較大塑性變形而不喪失其承載力的性質(zhì)，稱為延性。巖石是礦物的集合體，具有復(fù)雜的組成成分和結(jié)構(gòu)，因此其力學(xué)屬性也是很復(fù)雜的。這一面受巖石成分與結(jié)構(gòu)的影響；另一方面還和它的受力條件，如荷載的大小及其組合情況、加載方式與速率及應(yīng)力路徑等密切相關(guān)。例如，在常溫常壓下，巖石既不是理想的彈性材料，也不簡(jiǎn)單的塑性和粘性材料，而往往表現(xiàn)出彈一塑性、塑一彈性、彈一粘一塑或粘一彈性等性質(zhì)。此外，巖體賦存的環(huán)境條件，如溫度、地下水與地應(yīng)力對(duì)其性狀的影響也很大。*1.6單軸壓縮條件巖石應(yīng)力－應(yīng)變曲線6種類型巖石的應(yīng)力—應(yīng)變曲線隨著巖石性質(zhì)不同有各種不同的類型。米勒（Müller）采用28種巖石進(jìn)行大量的單軸試驗(yàn)后，據(jù)峰值前應(yīng)力—應(yīng)變曲線將巖石分成六種類型，如圖所示。*類型Ⅰ

應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系是一直線或者近似直線，直到試件發(fā)生突然破壞為止。由于塑性階段不明顯，這些巖石被稱為彈性巖石。例如：玄武巖、石英巖、白云巖以及極堅(jiān)固的石灰?guī)r。類型Ⅱ

應(yīng)力較低時(shí)，應(yīng)力—應(yīng)變曲線近似于直線，當(dāng)應(yīng)力增加到一定數(shù)值后，應(yīng)力—應(yīng)變曲線向下彎曲，隨著應(yīng)力逐漸增加而曲線斜率也就越變?cè)叫?，直至破壞。由于這些巖石低應(yīng)力時(shí)表現(xiàn)出彈性，高應(yīng)力時(shí)表現(xiàn)出塑性，所以被稱為彈—塑性巖石。例如：較弱的石灰?guī)r、泥巖以及凝灰?guī)r等。類型Ⅲ

在應(yīng)力較低時(shí)，應(yīng)力—應(yīng)變曲線略向上彎曲。當(dāng)應(yīng)力增加到一定數(shù)值后，應(yīng)力—應(yīng)變曲線逐漸變?yōu)橹本€，直至發(fā)生破壞。由于這些巖石低應(yīng)力時(shí)表現(xiàn)出塑性，高應(yīng)力時(shí)表現(xiàn)出彈性，所以被稱為塑—彈性巖石。例如：砂巖、花崗巖、片理平行于壓力方向的片巖以及某些輝綠巖等。*類型Ⅳ

應(yīng)力較低時(shí)，應(yīng)力—應(yīng)變曲線向上彎曲，當(dāng)壓力增加到一定值后，變形曲線成為直線，最后，曲線向下彎曲，曲線似S型。由于這些巖石低應(yīng)力時(shí)表現(xiàn)出塑性，高應(yīng)力時(shí)表現(xiàn)出彈性，破壞前又表現(xiàn)出塑性，所以被稱為塑—彈—塑性巖石。例如：大多數(shù)為變質(zhì)巖（大理巖、片麻巖等）。類型Ⅴ

基本上與類型Ⅳ相同，也呈S型，不過曲線斜率較平緩。一般發(fā)生在壓縮性較高的巖石中。應(yīng)力垂直于片理的片巖具有這種性質(zhì)。類型Ⅵ

應(yīng)力—應(yīng)變曲線開始先有很小一段直線部分，然后有非彈性的曲線部分，并繼續(xù)不斷地蠕變。這類材料被稱為彈—粘性巖石。例如：巖鹽、某些軟弱巖石。*1.7巖石變形指標(biāo)及其確定巖石的變形特性通常用彈性模量、變形模量和泊松比等指標(biāo)表示。1)彈性模量和變形模量*a.線彈性巖石①應(yīng)力—應(yīng)變曲線具有近似直線的形式。②彈性模量：直線的斜率,也即應(yīng)力（σ

）與應(yīng)變（ε）的比率被稱為巖石的彈性模量，記為E。③其應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系：

σ=Eε④反復(fù)加卸載應(yīng)力—應(yīng)變曲線仍為直線。*b.完全彈性巖石①巖石的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系不是直線，而是曲線。②對(duì)于任一應(yīng)變?chǔ)?，都有唯一的?yīng)力σ與之對(duì)應(yīng)，應(yīng)力是應(yīng)變的函數(shù)關(guān)系，即

σ=f（ε）③切線模量、初始模量和割線模量：由于應(yīng)力—應(yīng)變是一曲線關(guān)系，所以這里沒有唯一的模量。但對(duì)于曲線上任一點(diǎn)的值，都有一個(gè)。譬如對(duì)應(yīng)于P點(diǎn)的值，切線模量就是P點(diǎn)在曲線上的切線PQ的斜率Et，曲線原點(diǎn)處的切線斜率Eo即為初始模量，而割線模量就是割線OP的斜率Es，通常取σc/2處的割線模量。

Et

=

dσ/dε;Es

=

σ/ε④反復(fù)加卸載當(dāng)荷載逐漸施加到任何點(diǎn)P，得加載曲線OP。如果在P點(diǎn)將荷載卸去，則卸載曲線仍沿原曲線OP路線退到原點(diǎn)O。*c.彈性巖石①巖石的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系不是直線，而是曲線，且卸載曲線不沿原加載路徑返回原點(diǎn)。②對(duì)于任一應(yīng)變?chǔ)牛皇俏ㄒ坏膽?yīng)力σ與之對(duì)應(yīng)，應(yīng)力不是應(yīng)變的函數(shù)關(guān)系。③切線模量和割線模量：卸載曲線P點(diǎn)的切線PQ‘的斜率就是相應(yīng)于該應(yīng)力的卸載切線模量，它與加載切線模量不同。而加、卸載的割線模量相同。④反復(fù)加卸載當(dāng)荷載逐漸施加到任何點(diǎn)P，得加載曲線OP。如果在P點(diǎn)將荷載卸去，則卸載曲線不沿原曲線OP路線退到原點(diǎn)O，如圖中虛線所示，這時(shí)產(chǎn)生了所謂滯回效應(yīng)。*d.彈塑性巖石①巖石的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系不是直線，而是曲線，卸載曲線不沿原加載路徑返回，且應(yīng)變也不能恢復(fù)到原點(diǎn)O。②對(duì)于任一應(yīng)變?chǔ)牛皇俏ㄒ坏膽?yīng)力σ與之對(duì)應(yīng)，應(yīng)力不是應(yīng)變的函數(shù)關(guān)系。③彈性模量和變形模量：彈性變形，以εe表示；塑性變形，以εp表示；總變形，以ε表示。彈性模量E：把卸載曲線的割線的斜率作為彈性模量，即:E=PM/NM=σ/εe

變形模量Eo：是正應(yīng)力與總應(yīng)變(ε)之比，即：Eo=PM/OM=σ/ε=σ/(εe+εp)④塑性滯回環(huán)：加載曲線與卸載曲線所組成的環(huán)，叫做塑性滯回環(huán)。*1.8彈塑性巖石在循環(huán)荷載條件下的變形特征在循環(huán)荷載條件下，彈性巖石變形如何？非彈性巖石（彈塑性）的變形又如何呢？*1)彈塑性巖石等荷載循環(huán)加載變形特征

①等荷載循環(huán)加載：如果多次反復(fù)加載與卸載，且每次施加的最大荷載與第一次施加的最大荷載一樣。②塑性滯回環(huán)：則每次加、卸載曲線都形成一個(gè)塑性滯回環(huán)。這些塑性滯回環(huán)隨著加、卸載的次數(shù)增加而愈來愈狹窄，并且彼此愈來愈近，巖石愈來愈接近彈性變形，一直到某次循環(huán)沒有塑性變形為止，如圖中的HH‘環(huán)。③臨界應(yīng)力：當(dāng)循環(huán)應(yīng)力峰值小于某一數(shù)值時(shí)，循環(huán)次數(shù)即使很多，也不會(huì)導(dǎo)致試件破壞；而超過這一數(shù)值巖石將在某次循環(huán)中發(fā)生破壞（疲勞破壞），這一數(shù)值稱為臨界應(yīng)力。此時(shí)，給定的應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度。

*2)彈塑性巖石增荷載循環(huán)加載變形特征

①增荷載循環(huán)加載：如果多次反復(fù)加載、卸載循環(huán)，每次施加的最大荷載比前一次循環(huán)的最大荷載為大。②塑性滯回環(huán)：每次加、卸載曲線都形成一個(gè)塑性滯回環(huán)。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，塑性滯回環(huán)的面積也有所擴(kuò)大，卸載曲線的斜率（它代表著巖石的彈性模量）也逐次略有增加，表明卸載應(yīng)力下的巖石材料彈性有所增強(qiáng)。③巖石的記憶性：每次卸載后再加載，在荷載超過上一次循環(huán)的最大荷載以后，變形曲線仍沿著原來的單調(diào)加載曲線上升（圖中的OC線），好象不曾受到反復(fù)加載的影響似的，這種現(xiàn)象稱為巖石的變形記憶。*1.9單軸壓縮條件下的巖石全應(yīng)力－應(yīng)變曲線1）全應(yīng)力－應(yīng)變曲線產(chǎn)生的背景①普通柔性實(shí)驗(yàn)機(jī)只能獲得峰值以前的應(yīng)力－應(yīng)變曲線。1966年以前所獲的的巖石應(yīng)力－應(yīng)變曲線均是峰值以前的曲線。在普通柔性實(shí)驗(yàn)機(jī)上的試驗(yàn)現(xiàn)象是：巖石破壞的形式都是突發(fā)的：瞬間崩裂、碎塊四面飛射、伴有很大聲響。

σ

o

ε*②在普通的試驗(yàn)機(jī)上，巖石達(dá)到其峰值強(qiáng)度后發(fā)生突發(fā)性破壞的根本原因：是試驗(yàn)機(jī)的剛度不夠大，這類試驗(yàn)機(jī)稱為“柔”性試驗(yàn)機(jī)（Softtestingmachine）。由于試驗(yàn)機(jī)的剛度不夠大，在試驗(yàn)過程中試件受壓，試驗(yàn)機(jī)框架受拉，如圖所示。試驗(yàn)機(jī)受拉產(chǎn)生的彈性變形以應(yīng)變能的形式存在機(jī)器中。當(dāng)施加的壓縮應(yīng)力超過巖石抗壓強(qiáng)度后，試件破壞。此時(shí)，試驗(yàn)機(jī)架迅速回彈，并將其內(nèi)部貯存的應(yīng)變能釋放到巖石試件上，從而引起巖石試件的急劇破裂和崩解。*③普通柔性實(shí)驗(yàn)機(jī)獲得結(jié)果與工程的矛盾：試驗(yàn)結(jié)果表明，巖石超過其峰值強(qiáng)度后就完全破壞了，沒有任何承載能力了。與事實(shí)矛盾。事實(shí)上，巖石超過其峰值強(qiáng)度后，發(fā)生了破壞，內(nèi)部出現(xiàn)破裂，其承載能力因而下降，但并沒有降到零，而是仍然具有一定的強(qiáng)度。特別是在具有限制應(yīng)力的條件下，情況更是如此。巖石開挖工程的圍巖一般都處在周圍巖石的限制中，因而破壞時(shí)不可能發(fā)生突然崩解現(xiàn)象。從另一方面看，地下巖石在漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代中受到過各種力場(chǎng)的作用，經(jīng)歷過多次破壞，因而我們?cè)趲r石工程中面對(duì)的就是已經(jīng)發(fā)生過破壞的巖石（巖體）。研究巖石超過其峰值強(qiáng)度破壞后的強(qiáng)度特征對(duì)巖石工程本身具有重要意義。*④試驗(yàn)改進(jìn)途徑提高試驗(yàn)機(jī)剛度，降低巖石試件剛度，增加伺服控制系統(tǒng)。試驗(yàn)系統(tǒng)組成：鋼架構(gòu)件、液壓柱、巖石試件。a.提高試驗(yàn)機(jī)鋼架構(gòu)件的剛度：鋼架構(gòu)件的剛度系數(shù)Ks=EA/L.增加鋼構(gòu)件的截面積A，減小其長(zhǎng)度L。因此在許多剛性試驗(yàn)機(jī)上使用了幾個(gè)粗矮鋼柱以加強(qiáng)。b.提高試驗(yàn)機(jī)液壓柱剛度：液壓柱剛度系數(shù)Kf=kA/H.應(yīng)增加液壓柱的截面積A，減小其長(zhǎng)度H；同時(shí)要增大液壓油的體積模量K。為此，在少數(shù)剛性試驗(yàn)機(jī)的液壓系統(tǒng)中用水銀代替普通液壓油。c.減少巖石試件的剛度：減小試件截面積，增加其長(zhǎng)度。d.增加伺服控制系統(tǒng)，控制巖石變形速度恒定。*2）全應(yīng)力－應(yīng)變曲線的特征

1966年庫(kù)克（Cook)教授利用自制的剛性試驗(yàn)機(jī)獲得了的一條大理巖的全應(yīng)力－應(yīng)變曲線,可將巖石變形分為下列四個(gè)階段:①

孔隙裂隙壓密階段（OA段）：即試件中原有張開性結(jié)構(gòu)面或微裂隙逐漸閉合，巖石被壓密，形成早期的非線性變形，σ－ε曲線呈上凹型。在此階段試件橫向膨脹較小，試件體積隨載荷增大而減小。本階段變形對(duì)裂隙化巖石來說較明顯，而對(duì)堅(jiān)硬少裂隙的巖石則不明顯，甚至不顯現(xiàn)。②

彈性變形至微彈性裂隙穩(wěn)定發(fā)展階段（AC段〕：該階段的應(yīng)力—應(yīng)變曲線成近似直線型。其中，AB段為彈性變形階段，BC段為微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段。*③非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段，或稱累進(jìn)性破裂階段（CD段）：C點(diǎn)是巖石從彈性變?yōu)樗苄缘霓D(zhuǎn)折點(diǎn)，稱為屈服點(diǎn)。相應(yīng)于該點(diǎn)的應(yīng)力為屈服極限，其值約為峰值強(qiáng)度的2/3。進(jìn)入本階段后，微破裂的發(fā)展出現(xiàn)了質(zhì)的變化，破裂不斷發(fā)展，直至試件完全破壞。試件由體積壓縮轉(zhuǎn)為擴(kuò)容，軸向應(yīng)變和體積應(yīng)變速率迅速增大。本階段的上界應(yīng)力稱為峰值強(qiáng)度。④破裂后階段（D點(diǎn)以后段）：巖塊承載力達(dá)到峰值強(qiáng)度后，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，但試件基本保持整體狀。到本階段，裂隙快速發(fā)展，交叉且相互聯(lián)合形成宏觀斷裂面。此后，巖塊變形主要表現(xiàn)為沿宏觀斷裂面的塊體滑移，試件承載力隨變形增大迅速下降，但并不降到零，說明破裂的巖石仍有一定的承載力。*3）全應(yīng)力－應(yīng)變曲線的工程意義①揭示巖石試件破裂后，仍具有一定的承載能力。*②預(yù)測(cè)巖爆。若A>B，會(huì)產(chǎn)生巖爆若B>A，不產(chǎn)生巖爆。**關(guān)于“巖爆”發(fā)生機(jī)理的解釋③預(yù)測(cè)蠕變破壞。當(dāng)應(yīng)力水平在H點(diǎn)以下時(shí)保持應(yīng)力恒定，巖石試件不會(huì)發(fā)生蠕變。應(yīng)力水平在G－H點(diǎn)之間保持恒定。蠕變應(yīng)變發(fā)展會(huì)和蠕變終止軌跡相交，蠕變將停止，巖石試件不會(huì)破壞。若應(yīng)力水平在G點(diǎn)及以上保持恒定，則蠕變應(yīng)變發(fā)展就和全應(yīng)力—應(yīng)變曲線的右半部，試件將發(fā)生破壞。*④預(yù)測(cè)循環(huán)加載條件下巖石的破壞。循環(huán)荷載：爆破，而且是動(dòng)荷載。在高應(yīng)力水平下循環(huán)加載，巖石在很短時(shí)間內(nèi)就破壞。在低應(yīng)力水平下循環(huán)加載，巖石可以經(jīng)歷相對(duì)較長(zhǎng)一段時(shí)間，巖石工程才會(huì)發(fā)生破壞。所以，根據(jù)巖石受力水平，循環(huán)荷載的大小、周期、全應(yīng)力—應(yīng)變曲線來預(yù)測(cè)循環(huán)加載條件下巖石破壞時(shí)間。*1.10三軸壓縮條件下的巖石變形特征如圖所示的大理巖，在圍壓為零或較低的情況下，巖石呈脆性狀態(tài)；當(dāng)圍壓增大至50MPa時(shí)，巖石顯示出由脆性到塑性轉(zhuǎn)化的過渡狀態(tài)：把巖石由脆性轉(zhuǎn)化為塑性的臨界圍壓稱為轉(zhuǎn)化壓力。圍壓增加到68.5MPa時(shí)，呈現(xiàn)出塑性流動(dòng)狀態(tài)；圍壓增至165MPa時(shí),試件承載力則隨圍壓穩(wěn)定增長(zhǎng)，出現(xiàn)所謂應(yīng)變硬化現(xiàn)象。*圍壓對(duì)巖石變形的影響得出如下結(jié)論：①隨著圍壓的增大，巖石的抗壓強(qiáng)度顯著增加；②隨著圍壓的增大，巖石的變形顯著增大；③隨著圍壓的增大，巖石的彈性極限顯著增大；④隨著圍壓的增大，巖石的應(yīng)力—應(yīng)變曲線形態(tài)發(fā)生明顯改變；巖石的性質(zhì)發(fā)生了變化：由彈脆性→彈塑性→應(yīng)變硬化。

花崗巖應(yīng)力－應(yīng)變曲線*1.11巖石的擴(kuò)容擴(kuò)容：當(dāng)外力繼續(xù)增加，巖石試件的體積不是減小，而是大幅度增加，且增長(zhǎng)速率越來越大，最終將導(dǎo)致巖石試件的破壞，這種體積明顯擴(kuò)大的現(xiàn)象稱為擴(kuò)容。實(shí)驗(yàn)表明：體積應(yīng)變曲線可以分為三個(gè)階段：①體積變形階段體積應(yīng)變?cè)趶椥噪A段內(nèi)隨應(yīng)力增加而呈線性變化（體積減?。诖穗A段內(nèi)，軸向壓縮應(yīng)變大于側(cè)向膨脹。稱為體積變形階段。在此階段后期，隨應(yīng)力增加，巖石的體積變形曲線向左轉(zhuǎn)彎，開始偏離直線段，出現(xiàn)擴(kuò)容。在一般情況下，巖石開始出現(xiàn)擴(kuò)容時(shí)的應(yīng)力約為其抗壓強(qiáng)度的1/3～1/2左右。*②體積不變階段在這一階段內(nèi)，隨著應(yīng)力的增加，巖石雖有變形，但體積應(yīng)變?cè)隽拷诹悖磶r石體積大小幾乎沒有變化。在此階段內(nèi)可認(rèn)為軸向壓縮應(yīng)變等于側(cè)向膨脹，因此稱為體積不變階段。③

擴(kuò)容階段當(dāng)外力繼續(xù)增加，巖石試件的體積不是減小，而是大幅度增加，且增長(zhǎng)速率越來越大，最終將導(dǎo)致巖石試件的破壞，這種體積明顯擴(kuò)大的現(xiàn)象稱為擴(kuò)容，此階段稱為擴(kuò)容階段。在此階段內(nèi)，當(dāng)試件臨近破壞時(shí)，兩側(cè)向膨脹變形之和超過最大主應(yīng)力方向上的壓縮變形值。這時(shí)，巖石試件的泊松比已經(jīng)不是一個(gè)常量。*1.12影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素

1)水對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響

結(jié)合水：產(chǎn)生三種作用：連結(jié)作用、潤(rùn)滑作用、水楔作用。連結(jié)作用：將礦物顆粒拉近、接緊，起連結(jié)作用。潤(rùn)滑作用：可溶鹽溶解，膠體水解，使原有的連結(jié)變成水膠連結(jié)，導(dǎo)致礦物顆粒間連結(jié)力減弱，摩擦力減低，水起到潤(rùn)滑劑的作用。水楔作用：當(dāng)兩個(gè)礦物顆?？康煤芙?，有水分子補(bǔ)充到礦物表面時(shí)，礦物顆粒利用其表面吸著力將水分子拉到自己周圍，在兩個(gè)顆粒接觸處由于吸著力作用使水分子向兩個(gè)礦物顆粒之間的縫隙內(nèi)擠入。*當(dāng)巖石受壓時(shí)：如壓應(yīng)力大于吸著力，水分子就被壓力從接觸點(diǎn)中擠出。反之如壓應(yīng)力減小至低于吸著力，水分子就又?jǐn)D入兩顆粒之間，使兩顆粒間距增大。這樣便產(chǎn)生兩種結(jié)果：一是巖石體積膨脹，如巖石處于不可變形的條件，便產(chǎn)生膨脹壓力；二是水膠連結(jié)代替膠體及可溶鹽連結(jié)，產(chǎn)生潤(rùn)滑作用，巖石強(qiáng)度降低。*重力水：對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在孔隙水壓力作用和溶蝕、潛蝕作用。孔隙壓力作用：孔隙壓力，減小了顆粒之間的壓應(yīng)力，從而降低了巖石的抗剪強(qiáng)度，使巖石的微裂隙端部處于受拉狀態(tài)從而破壞巖石的連結(jié)。溶蝕－潛蝕作用：巖石中滲透水在其流動(dòng)過程中可將巖石中可溶物質(zhì)溶解帶走，有時(shí)將巖石中小顆粒沖走，使巖石強(qiáng)度大為降低，變形加大。除了上述五種作用外，水在凍融時(shí)的脹縮作用對(duì)巖石力學(xué)強(qiáng)度破壞很大。*巖漿巖沉積巖變質(zhì)巖巖石名稱軟化系數(shù)巖石名稱軟化系數(shù)巖石名稱軟化系數(shù)花崗巖0.72－0.97火山集塊巖0.6－0.8片麻巖0.75－0.97閃長(zhǎng)巖0.60－0.80火山角礫巖0.57－0.95石英片麻巖0.44－0.84閃長(zhǎng)玢巖0.78－0.81安山凝灰集塊巖0.61－0.74角閃片巖0.44－0.84輝綠巖0.33－0.90凝灰?guī)r0.52－0.86云母片巖0.53－0.69流紋巖0.75－0.95礫巖0.50－0.96綠泥石片巖0.53－0.69安山巖0.81－0.91石英砂巖0.65－0.97千枚巖0.67－0.96玄武巖0.30－0.95泥質(zhì)砂巖，粉砂巖0.21－0.75硅質(zhì)板巖0.75－0.79泥巖0.40－0.60泥質(zhì)板巖0.39－0.52頁(yè)巖0.24－0.74石英巖0.94－0.96石灰?guī)r0.70－0.94泥灰?guī)r0.44－0.54*2)溫度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響

一般地?zé)崦吭黾?00米深度，溫度升高3℃。高硫礦山、自燃礦物溫度高地下深部研究、核廢料處理研究一般來說，隨著溫度的增高，巖石的延性加大，屈服點(diǎn)降低，強(qiáng)度降低。如圖所示即為三種不同巖石在圍壓為500MPa，溫度由25℃升高到800℃時(shí)應(yīng)力－應(yīng)變特征。**

玄武巖花崗巖白云巖

3)加載速率對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響

加載速率愈大，彈性模量愈大；加荷速率愈小，彈性模量愈小。加載速率越大，獲得的強(qiáng)度指標(biāo)值越高。國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)（ISRM）建議：加載速率為0.5~1MPa/秒，一般從開始試驗(yàn)直至試件破壞的時(shí)間為5~10分鐘。*4)圍壓對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響

由三軸壓縮試驗(yàn)可知：巖石的脆性和塑性并非巖石固有的性質(zhì)，它與其受力狀態(tài)有關(guān)，隨著受力狀態(tài)的改變，其脆性和塑性是可以相互轉(zhuǎn)化的。在三軸壓縮條件下，巖石的變形、強(qiáng)度和彈性極限都有顯著增大。例如：歐洲阿爾卑斯山的山嶺隧道穿過很堅(jiān)硬的花崗巖，由于山勢(shì)陡峭，花崗巖處于很高的三維地應(yīng)力狀態(tài)下，表現(xiàn)出明顯的塑性變形。*5)風(fēng)化對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響

風(fēng)化作用：是一種表生的自然營(yíng)力和人類作用的共同產(chǎn)物，是一種很復(fù)雜的地質(zhì)作用，將涉及到氣溫、大氣、水分、生物、原巖的成因、原巖的礦物成分、原巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等諸因素的綜合作用。風(fēng)化作用降低巖體的物理力學(xué)性質(zhì)：①降低巖體結(jié)構(gòu)面的粗糙程度,產(chǎn)生新的裂隙，破壞巖體的完整性。巖石結(jié)構(gòu)連結(jié)被削弱,堅(jiān)硬巖石變?yōu)榘雸?jiān)硬巖石、疏松土。②在化學(xué)風(fēng)化過程中，礦物成分發(fā)生變化，原生礦物經(jīng)受水解、水化、氧化等作用，逐漸為次生礦物，特別是產(chǎn)生粘土礦物（如蒙脫石、高嶺石等）。③成分結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的變化,導(dǎo)致抗水性降低、親水性增高（如膨脹性、崩解性、軟化性增強(qiáng)）；力學(xué)強(qiáng)度降低，壓縮性加大。*風(fēng)化作用程度的評(píng)價(jià)方法：1964年以來，水電部成都勘察設(shè)計(jì)研究院科研所提出用巖石風(fēng)化程度系數(shù)(Ky)來評(píng)定巖石的風(fēng)化程度。

Ky＝(Kn＋Kr＋Kw)/3 式中：Kn=n1/n2(孔隙率系數(shù))；

Kr=r2/r1(強(qiáng)度系數(shù))；

Kw=ω1/ω2(吸水率系數(shù))；

n1，r1，ω1－新鮮巖石的孔隙率、抗壓強(qiáng)度、吸水率；

n2，r2，ω2－風(fēng)化巖石的孔隙率、抗壓強(qiáng)度、吸水率；*

巖石風(fēng)化程度分級(jí)如下:

Ky≤0.1 劇風(fēng)化

Ky＝0.1－0.35強(qiáng)風(fēng)化

Ky＝0.35－0.65 弱風(fēng)化

Ky＝0.65－0.90 微風(fēng)化

Ky＝0.90－1.00 新鮮巖石巖石風(fēng)化程度Ky的概念，是表示巖石風(fēng)化程度深淺的一個(gè)相對(duì)指標(biāo)，不是絕對(duì)值。*巖石力學(xué)與工程巖石流變理論RHEOLOGICALTHEORYOFROCK2.1流變理論－主要內(nèi)容1流變的概念2蠕變的類型和特點(diǎn)3描述流變性質(zhì)的三個(gè)基本元件4組合模型及其性質(zhì)*2.1.1流變的概念三個(gè)概念：彈性變形塑性變形粘性流動(dòng)*2.1.1流變的概念三個(gè)概念：彈性變形塑性變形粘性流動(dòng)*與時(shí)間無關(guān)，只從變形能否恢復(fù)的角度2.1.1流變的概念三個(gè)概念：彈性變形塑性變形

粘性流動(dòng)*與變形速率有關(guān)，與時(shí)間有關(guān)2.1.1流變的概念三個(gè)概念：彈性變形塑性變形粘性流動(dòng)流變現(xiàn)象：材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與時(shí)間因素有關(guān)的性質(zhì)，稱為流變性。材料變形過程中具有時(shí)間效應(yīng)的現(xiàn)象，稱為流變現(xiàn)象。*2.1.1流變的概念三個(gè)概念：彈性變形塑性變形粘性流動(dòng)流變現(xiàn)象：材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與時(shí)間因素有關(guān)的性質(zhì)，稱為流變性。材料變形過程中具有時(shí)間效應(yīng)的現(xiàn)象，稱為流變現(xiàn)象。流變的種類：蠕變松弛彈性后效*2.1.1流變的概念三個(gè)概念：彈性變形塑性變形粘性流動(dòng)流變現(xiàn)象：材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與時(shí)間因素有關(guān)的性質(zhì)，稱為流變性。材料變形過程中具有時(shí)間效應(yīng)的現(xiàn)象，稱為流變現(xiàn)象。流變的種類：蠕變

松弛彈性后效*應(yīng)力不變，應(yīng)變隨時(shí)間增加而增長(zhǎng)2.1.1流變的概念*1940.051939.01*阿爾卑斯山谷反傾巖層中蠕動(dòng)

湖南五強(qiáng)溪板溪群輕度變質(zhì)砂巖、石英巖、板巖中的蠕動(dòng)，深達(dá)40～50m*2.1.1流變的概念三個(gè)概念：彈性變形塑性變形粘性流動(dòng)流變現(xiàn)象：材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與時(shí)間因素有關(guān)的性質(zhì)，稱為流變性。材料變形過程中具有時(shí)間效應(yīng)的現(xiàn)象，稱為流變現(xiàn)象。流變的種類：蠕變

松弛

彈性后效*應(yīng)變不變，應(yīng)力隨時(shí)間增加而減小2.1.1流變的概念三個(gè)概念：彈性變形塑性變形粘性流動(dòng)流變現(xiàn)象：材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與時(shí)間因素有關(guān)的性質(zhì)，稱為流變性。材料變形過程中具有時(shí)間效應(yīng)的現(xiàn)象，稱為流變現(xiàn)象。流變的種類：蠕變松弛

彈性后效*加載或卸載時(shí)，彈性應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象2.1.2蠕變的類型和特點(diǎn)*a.穩(wěn)定蠕變：低應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生的蠕變，圖中sCb.不穩(wěn)定蠕變：較高應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生的蠕變，圖中sA

、sB（1）蠕變的兩種類型2.1.2蠕變的類型和特點(diǎn)*第一階段(a-b)，減速蠕變階段：應(yīng)變速率隨時(shí)間增加而減小。第二階段(b-c)，等速蠕變階段：應(yīng)變速率保持不變。第三階段(c-d)：加速蠕變階段：應(yīng)變速率隨時(shí)間增加而增加。（2）典型蠕變?nèi)齻€(gè)階段2.1.3描述流變性質(zhì)的三個(gè)基本元件(1)彈性元件力學(xué)模型：材料性質(zhì)：物體在荷載作用下，其變形完全符合虎克

(Hooke)定律。稱其為虎克體，是理想的線性彈性體。本構(gòu)方程：s=ke應(yīng)力應(yīng)變曲線（見右圖）：模型符號(hào)：H虎克體的性能：a.瞬變性b.無彈性后效

c.無應(yīng)力松弛d.無蠕變流動(dòng)*2.1.3描述流變性質(zhì)的三個(gè)基本元件(2)塑性元件材料性質(zhì)：物體受應(yīng)力達(dá)到屈服極限s0時(shí)便開始產(chǎn)生塑性變形，即使應(yīng)力不再增加，變形仍不斷增長(zhǎng)，其變形符合庫(kù)侖摩擦定律，稱其為庫(kù)侖(Coulomb)體。是理想的塑性體。力學(xué)模型：

本構(gòu)方程：

ε=0，（當(dāng)s<s0時(shí)）

ε→∞，（當(dāng)s

s0時(shí)）*2.1.3描述流變性質(zhì)的三個(gè)基本元件(2)塑性元件應(yīng)力－應(yīng)變曲線

模型符號(hào)：C

庫(kù)侖體的性能：當(dāng)s<s0時(shí)，ε=0，低應(yīng)力時(shí)無變形當(dāng)s

s0時(shí)，ε→∞，達(dá)到塑性極限時(shí)有蠕變*2.1.3描述流變性質(zhì)的三個(gè)基本元件(3)粘性元件材料性質(zhì)：物體在外力作用下，應(yīng)力與應(yīng)變速率成正比，符合牛頓(Newton)流動(dòng)定律。稱其為牛頓流體，是理想的粘性體。力學(xué)模型：

本構(gòu)方程：應(yīng)力－應(yīng)變速率曲線（見右圖）模型符號(hào)：N*2.1.3描述流變性質(zhì)的三個(gè)基本元件(3)粘性元件牛頓體的性能：

a.有蠕變

即有蠕變現(xiàn)象*應(yīng)變-時(shí)間曲線2.1.3描述流變性質(zhì)的三個(gè)基本元件(3)粘性元件牛頓體的性能：

b.無瞬變

c.無松弛

d.無彈性后效

*2.1.3描述流變性質(zhì)的三個(gè)基本元件(4)注意點(diǎn)（小結(jié)）

a.塑性流動(dòng)與粘性流動(dòng)的區(qū)別當(dāng)s

s0時(shí)，才發(fā)生塑性流動(dòng)，當(dāng)s<s0

完全塑性體，表現(xiàn)出剛體的特點(diǎn)。當(dāng)s>0時(shí)，就可以發(fā)生粘性流動(dòng)，不需要應(yīng)力超過某一定值。

b.實(shí)際巖石的流變性是復(fù)雜的，是三種基本元件的不同組合的性質(zhì)，不是單一元件的性質(zhì)。

c.用粘彈性體：研究應(yīng)力小于屈服應(yīng)力時(shí)的流變性；用粘彈塑性體：研究應(yīng)力大于屈服應(yīng)力時(shí)的流變性。*2.1.4組合模型及其性質(zhì)(1)串聯(lián)和并聯(lián)的性質(zhì)串連即兩個(gè)或多個(gè)元件首尾依次相聯(lián)的模型。并聯(lián)即兩個(gè)或多個(gè)元件首與首、尾與尾相聯(lián)的模型。例如串連模型：并聯(lián)模型：*2.1.4組合模型及其性質(zhì)(1)串聯(lián)和并聯(lián)的性質(zhì)

*2.1.4組合模型及其性質(zhì)（2）馬克斯威爾(Maxwell)體*①本構(gòu)方程：由串聯(lián)性質(zhì)：

σ=σ1=σ2

模型符號(hào)：M=H-N（2）馬克斯威爾(Maxwell)體對(duì)H體：*對(duì)N體：本構(gòu)關(guān)系：（2）馬克斯威爾(Maxwell)體②蠕變方程*當(dāng)t=0時(shí)，突然施加代入本購(gòu)方程：得積分初始條件t=0（2）馬克斯威爾(Maxwell)體

蠕變方程:*

蠕變曲線

等速蠕變，且不穩(wěn)定（2）馬克斯威爾(Maxwell)體*③松弛方程當(dāng)t=0時(shí)，保持應(yīng)變不變初始條件：t=0,σ=σ0(σ0為瞬時(shí)應(yīng)力)，得代入本構(gòu)方程得到一個(gè)一階可分離變量的微分方程積分代入上式整理得：則（2）馬克斯威爾(Maxwell)體*松弛曲線（2）馬克斯威爾(Maxwell)體瞬變應(yīng)變量④有瞬變性*⑤無彈性后效⑥描述巖石的特點(diǎn)具有瞬變性有不穩(wěn)定的蠕變有松弛有殘余（永久）變形2.1.4組合模型及其性質(zhì)（3）開爾文（kelvin）體*模型符號(hào)：K=H|N（3）開爾文（kelvin）體*由并聯(lián)性質(zhì)：ε=ε1=ε2

①本構(gòu)方程：對(duì)N體：對(duì)H體：本構(gòu)方程（3）開爾文（kelvin）體*②

蠕變方程：得當(dāng)t=0時(shí)，突然施加一階線性微分方程初始條件：當(dāng)t=0時(shí)代入本方程（3）開爾文（kelvin）體*蠕變方程：蠕變曲線：（3）開爾文（kelvin）體*初始條件t=t1，ε=ε1卸載方程③有彈性后效：卸載時(shí)，也是如此，下面研究卸載方程如果t=t1時(shí)卸載，σ=0代入本構(gòu)方程（3）開爾文（kelvin）體*卸載曲線（3）開爾文（kelvin）體*④

無松弛代入本構(gòu)方程得表明無松弛現(xiàn)象⑤無瞬變性（顯然）⑥描述巖石的特點(diǎn)有穩(wěn)定蠕變有彈性后效無松弛無瞬變性2.2強(qiáng)度理論－主要內(nèi)容1強(qiáng)度理論概述2Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則3Mohr強(qiáng)度理論4Griffith強(qiáng)度理論*2.2巖石強(qiáng)度理論2.2.1概述強(qiáng)度理論：關(guān)于材料破壞原因和條件的假說?；舅枷耄孩俅_認(rèn)材料失效的力學(xué)原因，提出破壞條件假說。②用簡(jiǎn)單受力情況下的破壞實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，建立復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的彈性失效準(zhǔn)則。巖石破壞類型：

①斷裂破壞：?jiǎn)屋S拉斷、劈裂——由拉應(yīng)力引起；②剪切破壞：塑性流動(dòng)、剪斷——由剪應(yīng)力引起。**古典強(qiáng)度理論與巖石強(qiáng)度表現(xiàn)不符：①最大拉應(yīng)力理論沒有考慮σ2

和σ3

的影響。②最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論雖考慮σ2

和σ3的影響，但多向拉比單向拉安全，與事實(shí)矛盾。③最大剪應(yīng)力理論與巖石試驗(yàn)結(jié)果不符

σ1－σ3≤[σ]a.最大剪應(yīng)力理論破壞面與σ1

的夾角為45°；而巖石破壞面與σ1

的夾角為45°－φ/2。b.最大剪應(yīng)力理論破壞面上剪應(yīng)力最大；而巖石破壞面上剪應(yīng)力不是最大。*④歪形能理論只與σ1

、σ2

和σ3三者之間的差的絕對(duì)值有關(guān)；而與應(yīng)力大小無關(guān)，這與巖石破壞現(xiàn)象不符。**2.2.2庫(kù)侖準(zhǔn)則：

（1773年）

觀點(diǎn)：①巖石破壞為剪切破壞；

②巖石抗能力由兩部分組成（內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦力）。

③強(qiáng)度準(zhǔn)則形式－直線型：*2θ庫(kù)侖準(zhǔn)則可由AL直線表示任意斜截面上應(yīng)力為：當(dāng)任意斜截面為破壞面時(shí)，其上應(yīng)力滿足庫(kù)侖準(zhǔn)則。*

由圖：

破壞面方向：由圖：化簡(jiǎn)得：（有兩種方法推導(dǎo)：代數(shù)、幾何）強(qiáng)度準(zhǔn)則：

剪切式：

三向應(yīng)力式：

單向應(yīng)力式：**應(yīng)用：

①判斷巖石在某一應(yīng)力狀態(tài)下是否破壞（用應(yīng)力圓）。

②預(yù)測(cè)破壞面的方向：（與最大主平面成）；（X型節(jié)理銳角平分線方向?yàn)樽畲笾鲬?yīng)力方向）。

③進(jìn)行巖石強(qiáng)度計(jì)算。評(píng)價(jià)：①是最簡(jiǎn)單的強(qiáng)度準(zhǔn)則，是莫爾強(qiáng)度理論的一個(gè)特例。②

不僅適用于巖石壓剪破壞，也適用于結(jié)構(gòu)面壓剪破壞。③不適用于受拉破壞。

2.2.3莫爾強(qiáng)度理論：（1900）理論要點(diǎn)：①巖石的剪切破壞由剪應(yīng)力引起；但不是發(fā)生在最大剪應(yīng)力作用面上；②剪切強(qiáng)度取決于剪切面上的正應(yīng)力和巖石的性質(zhì)，是剪切面上正應(yīng)力的函數(shù)；③剪切強(qiáng)度與剪切面上正應(yīng)力的函數(shù)形式有多種：直線型、二次拋物線型、雙曲線型，等等；是一系列極限莫爾圓的包絡(luò)線，它由試驗(yàn)擬合獲得；④剪切強(qiáng)度是關(guān)于σ軸對(duì)稱的曲線，破壞面成對(duì)成簇出現(xiàn)；⑤莫爾圓與強(qiáng)度曲線相切或相割研究點(diǎn)破壞，否則不破壞；⑥不考慮σ2的影響。

**莫爾理論建立與古典理論區(qū)別：①不致力于尋找材料失效的共同力學(xué)原因；②盡可能多地占有不同應(yīng)力狀態(tài)下材料失效的試驗(yàn)資料，極限應(yīng)力狀態(tài)；③用宏觀唯象的處理方法建立失效條件。*莫爾強(qiáng)度曲線繪制：

（由單拉、單壓、三壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)得到）特點(diǎn)：

曲線左側(cè)閉合，向由側(cè)開放（耐壓、不耐拉）；曲線的斜率各處不同（內(nèi)摩擦角、似內(nèi)聚力變化，與所受應(yīng)力有關(guān)）；曲線對(duì)稱于正應(yīng)力軸（破壞面成對(duì)出現(xiàn)，形成X型節(jié)理）；不同巖石其強(qiáng)度曲線不同（不同巖石具有不同的強(qiáng)度性）。*莫爾包絡(luò)線的三種形式：

（不同巖石具有不同的強(qiáng)度性質(zhì)，其強(qiáng)度曲線可分為三個(gè)類型）

a)直線型：

（與庫(kù)侖準(zhǔn)則相同）可進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算：

單直線型雙直線型*b)二次拋物線型：表達(dá)式：

式中：—單向抗拉強(qiáng)度

—待定系數(shù)由圖：N點(diǎn)坐標(biāo)及NM半徑為

N強(qiáng)度表達(dá)式：主、剪應(yīng)力表達(dá)式：主應(yīng)力表達(dá)式：n系數(shù)：確定n系數(shù)的方法：**c)雙曲線型：表達(dá)式：（強(qiáng)度條件）

式中：φ1—為包絡(luò)線漸進(jìn)線夾角

對(duì)莫爾強(qiáng)度理論的評(píng)價(jià)：

優(yōu)點(diǎn)：①適用于塑性巖石，也適用于脆性巖石的剪切破壞；

②較好解釋了巖石抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度特征；

③解釋了三向等拉時(shí)破壞，三向等壓時(shí)不破壞現(xiàn)象；

④簡(jiǎn)單、方便:同時(shí)考慮拉、壓、剪,可判斷破壞方向.不足：①忽視了σ2

的作用，誤差：±10％；

②沒有考慮結(jié)構(gòu)面的影響；

③不適用于拉斷破壞；

④不適用于膨脹、蠕變破壞。**2.2.4格里菲斯強(qiáng)度理論（1920、1921）

1）基本假設(shè)（觀點(diǎn)）：

①物體內(nèi)隨機(jī)分布許多裂隙；

②所有裂隙都張開、貫通、獨(dú)立；

③裂隙斷面呈扁平橢圓狀態(tài)；

④在任何應(yīng)力狀態(tài)下，裂隙尖端產(chǎn)生拉應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂隙沿某個(gè)有利方向進(jìn)一步擴(kuò)展。

⑤最終在本質(zhì)上都是拉應(yīng)力引起巖石破壞。

*2）兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：①最容易破壞的裂隙方向；②最大應(yīng)力集中點(diǎn)（危險(xiǎn)點(diǎn)）。在壓應(yīng)力條件下裂隙開列及擴(kuò)展方向帶橢圓孔薄板的孔邊應(yīng)力集中問題①數(shù)學(xué)式*

③Griffith準(zhǔn)則幾何表示

Griffith準(zhǔn)則圖解

②最有利破裂的方向角3）Griffth（張拉）準(zhǔn)則（a）在坐標(biāo)下

由此區(qū)可見，當(dāng)時(shí)，即壓拉強(qiáng)度比為8。（b）在坐標(biāo)下

設(shè)－應(yīng)力圓圓心；－應(yīng)力圓半徑

又設(shè)，則Griffith強(qiáng)度準(zhǔn)則第二式寫成

應(yīng)力圓方程：

（1）代入（2）得：

*

（3）式是滿足強(qiáng)度判據(jù)的極限莫爾應(yīng)力圓的表達(dá)式

（3）式對(duì)

求導(dǎo)得把（4）式帶入（3）得在坐標(biāo)下的準(zhǔn)則與庫(kù)侖準(zhǔn)則相似－－拋物線型。*Griffith強(qiáng)度曲線①在坐標(biāo)下:*Griffith強(qiáng)度曲線*

②在坐標(biāo)下Griffth準(zhǔn)則圖解*Grriffith強(qiáng)度準(zhǔn)則評(píng)價(jià)：優(yōu)點(diǎn)：①巖石抗壓強(qiáng)度為抗拉強(qiáng)度的8倍，反映了巖石的真實(shí)情況；②證明了巖石在任何應(yīng)力狀態(tài)下都是由于拉伸引起破壞；③指出微裂隙延展方向最終與最大主應(yīng)力方向一致。

不足：①僅適用于脆性巖石，對(duì)一般巖石莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則適用性遠(yuǎn)大于Griffith準(zhǔn)則。②對(duì)裂隙被壓閉合，抗剪強(qiáng)度增高解釋不夠。③Griffith準(zhǔn)則是巖石微裂隙擴(kuò)展的條件，并非宏觀破壞。

巖體力學(xué)性質(zhì)*3.1巖體結(jié)構(gòu)－主要內(nèi)容1巖體結(jié)構(gòu)要素2結(jié)構(gòu)面類型3結(jié)構(gòu)面分級(jí)及其特性4結(jié)構(gòu)面狀態(tài)5

巖體結(jié)構(gòu)類型*3.1.1巖體結(jié)構(gòu)要素*3.1.2結(jié)構(gòu)面（Structuralplane)類型－1*成因類型地質(zhì)類型原生結(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）、原生軟弱夾層火成結(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)理變質(zhì)結(jié)構(gòu)面片理、板理、軟弱夾層3.1.2結(jié)構(gòu)面（Structuralplane)類型－2成因類型地質(zhì)類型構(gòu)造結(jié)構(gòu)面劈理節(jié)理斷層層間破碎夾層*3.1.2結(jié)構(gòu)面（Structuralplane)類型－3成因類型地質(zhì)類型次生結(jié)構(gòu)面卸荷裂隙爆破裂隙風(fēng)化裂隙風(fēng)化夾層泥化夾層*3.1.3結(jié)構(gòu)面分級(jí)及其特性－1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)定性影響I級(jí)延伸數(shù)十公里深度可切穿一個(gè)構(gòu)造層破碎帶寬度在數(shù)米、數(shù)十米以上區(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)定性是巖體變形或破壞的控制條件，形成巖體力學(xué)作用邊界。*3.1.3結(jié)構(gòu)面分級(jí)及其特性－2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)定性影響II級(jí)延伸數(shù)百米至數(shù)公里，破碎帶寬度比較窄，幾厘米至數(shù)米不整合面假整合面原生軟弱夾層層間錯(cuò)動(dòng)帶風(fēng)化夾層屬于軟弱結(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。*3.1.3結(jié)構(gòu)面分級(jí)及其特性－3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)定性影響III級(jí)延展十米或數(shù)十米，無破碎帶，面內(nèi)不含泥，有泥膜。在一個(gè)地質(zhì)時(shí)代地層中分布。各種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?？刂茙r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)*3.1.3結(jié)構(gòu)面分級(jí)及其特性－4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)定性影響IV級(jí)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)和結(jié)構(gòu)效應(yīng)基礎(chǔ)破壞巖體的完整性，與其他結(jié)構(gòu)面形成不同類型邊坡破壞方式。*3.1.3結(jié)構(gòu)面分級(jí)及其特性－5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)定性影響V級(jí)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)面微小節(jié)理隱微裂隙線理等。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，形成松散介質(zhì)。*3.1.4結(jié)構(gòu)面狀態(tài)*1）結(jié)構(gòu)面貫通類型和連續(xù)性a.貫通類型①非貫通性結(jié)構(gòu)面：較短、不能貫通,巖塊強(qiáng)度降低、變形增大.②半貫通性結(jié)構(gòu)面：有一定長(zhǎng)度、不能貫通,巖塊強(qiáng)度降低、變形增大．③貫通性結(jié)構(gòu)面：長(zhǎng)度較長(zhǎng)、連續(xù)好、貫通整個(gè)巖體、構(gòu)成巖體邊界，它對(duì)巖體有較大的影響，破壞常受這種結(jié)構(gòu)面控制．

K1變化在0～1之間變化,K1值愈大說明結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性愈好,當(dāng)K1=1時(shí)，結(jié)構(gòu)面完全貫通。*b.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。①線連續(xù)性系數(shù)K1

：沿結(jié)構(gòu)面延伸方向上，結(jié)構(gòu)面各段長(zhǎng)度之和與測(cè)線長(zhǎng)度比值．K1=∑a/(∑a+∑b)Xe變化在0～1之間變化；Xe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。當(dāng)Xe=0時(shí)，巖體完整。*②面連續(xù)性系數(shù)（面切割度）Xe：在巖體中沿結(jié)構(gòu)面延展平面上，結(jié)構(gòu)面各塊面積之和∑a與該斷面面積A之比．Xe=∑a/A名稱切割度Xe完整的0.1～0.2弱節(jié)理化0.2～0.4中等節(jié)理化0.4～0.6強(qiáng)節(jié)理化0.6～0.8完全節(jié)理化0.8～1.0*巖體按切割度Xe的分類表

描述

跡長(zhǎng)(m)

很低連續(xù)性<1

低的連續(xù)性1～3

中等連續(xù)性3～l0

高連續(xù)性10～20

很高連續(xù)性>20*③跡長(zhǎng)：在巖體中沿結(jié)構(gòu)面延展跡線的長(zhǎng)度。國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)(ISRM，1978)建議：用結(jié)構(gòu)面的跡長(zhǎng)來描述和評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性，并制訂了相應(yīng)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)*結(jié)構(gòu)面的密集程度反映結(jié)構(gòu)面發(fā)育的密集程度。①裂隙度K：沿取樣線方向單位長(zhǎng)度上的結(jié)構(gòu)面數(shù)量。設(shè)取樣線長(zhǎng)度為L(zhǎng),單位m,該長(zhǎng)度內(nèi)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)面數(shù)量n，沿取樣線方向結(jié)構(gòu)面平均間距為d′，則K=n/L，d′=1/K=L/n線密度Kd：若取樣線垂直結(jié)構(gòu)面，則裂隙度被稱為線密度。間距d：同一組結(jié)構(gòu)面法線方向上結(jié)構(gòu)面平均距離。Kd=n/L，d=1/Kd=L/n2）結(jié)構(gòu)面密集程度

描述

削距(mm)

極密集的間距<20

很密的間距20～60

密集的間距60～200

中等的間距200～600

寬的間距600～2000

很寬的間距2000～6000

極寬的間距>6000*按結(jié)構(gòu)面間距d的分級(jí)表*多組結(jié)構(gòu)面裂隙度K的計(jì)算：Ka=1/max=cosξa/da

，Kb=1/mbx=cosξb/db，······，Kn=1/mnx=cosξn/dn

K=Ka+Kb+···+Kn結(jié)構(gòu)面按裂隙度K分類：k=0~1為蔬節(jié)理，k=1~10為密節(jié)理，k=10~100為非常密集節(jié)理，k=100~1000為壓碎、糜棱化。*②裂隙度K與的線密度Kd關(guān)系：假設(shè)測(cè)線OC是水平布置的，且與結(jié)構(gòu)面法線OA在水平面上的投影線OB的夾角為α，結(jié)構(gòu)面的傾角為β，則③體切割度Xv：面切割度Xe與裂隙度K的乘積；表示一組結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體的切割程度。Xv＝K·Xe*3）結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀：①要素：走向、傾向、傾角②與主應(yīng)力之間的關(guān)系：控制巖體的破壞機(jī)理與強(qiáng)度。*4）結(jié)構(gòu)面形態(tài)：①要素：起伏形態(tài)、起伏角、粗糙度。②對(duì)巖體的力學(xué)性質(zhì)和剪切強(qiáng)度有影響。③起伏角:i=arctan(2h/L)*④粗糙度系數(shù)：JRC（jointroughnesscoefficent)巴頓（Barton，1977）提出：

粗糙度標(biāo)準(zhǔn)及粗糙系數(shù)挪威巖土工程研究所(NorwegianGeotechnicalIinsitute)描述結(jié)構(gòu)面張開度(mm)張開情況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～l000>1000張開結(jié)構(gòu)面*5）結(jié)構(gòu)面張開度：①?gòu)堥_度：結(jié)構(gòu)面兩壁間的垂直距離。②點(diǎn)接觸：起伏、鋸齒的凸起點(diǎn)，粘聚力降低。③張開:強(qiáng)度決定于充填物。結(jié)構(gòu)面按張開度分級(jí)*6）結(jié)構(gòu)面的膠結(jié)充填物：a.膠結(jié)充填物成分對(duì)結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的影響：①鐵硅質(zhì)膠結(jié)強(qiáng)度高；②鈣質(zhì)膠結(jié)強(qiáng)度較差；③黏土、泥質(zhì)膠結(jié)強(qiáng)度最差。b.膠結(jié)充填物厚度對(duì)結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的影響：①薄膜充填：厚度小于1mm、應(yīng)力礦物、強(qiáng)度明顯降低；②端續(xù)充填：厚度小于起伏、強(qiáng)度與充填物和結(jié)構(gòu)面有關(guān)；③連續(xù)充填：厚度稍大于起伏、強(qiáng)度取決于充填物。④后層充填：厚度遠(yuǎn)大于起伏、強(qiáng)度取決于充填物、易滑移。3.1.5巖體結(jié)構(gòu)類型－1巖體構(gòu)類型巖體地質(zhì)類型主要結(jié)構(gòu)體形狀結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況巖土工程特征可能發(fā)生的巖上工程問題整體狀結(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1.5m,一般不超過l～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．深埋洞室的巖爆*3.1.5巖體結(jié)構(gòu)類型－2巖體構(gòu)類型巖體地質(zhì)類型主要結(jié)構(gòu)體形狀結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況巖土工程特征可能發(fā)生的巖上工程問題塊狀結(jié)構(gòu)厚層狀機(jī)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)面問距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．巖基本穩(wěn)定，接近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*3.1.5巖體結(jié)構(gòu)類型－3巖體構(gòu)類型巖體地質(zhì)類型主要結(jié)構(gòu)體形狀結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況巖土工程特征可能發(fā)生的巖上工程問題層狀結(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)理帶有層間錯(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．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*3.1.5巖體結(jié)構(gòu)類型－4巖體構(gòu)類型巖體地質(zhì)類型主要結(jié)構(gòu)體形狀結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況巖土工程特征可能發(fā)生的巖上工程問題碎裂狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造影嚴(yán)重的破碎巖層碎塊狀斷層、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．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)*3.1.5巖體結(jié)構(gòu)類型－5巖體構(gòu)類型巖體地質(zhì)類型主要結(jié)構(gòu)體形狀結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況巖土工程特征可能發(fā)生的巖上工程問題散體狀結(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)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)*3.2巖體分類理論與方法－主要內(nèi)容1巖體分類的目的和意義2巖體分類的原則3分類的獨(dú)立因素4幾種典型的分類理論和方法*

3.2巖體分類的理論與方法

3.2.1分類的目的與意義（1）分析、評(píng)價(jià)工程巖體穩(wěn)定性的需要。（2）為巖石工程建設(shè)的勘察、設(shè)計(jì)、施工和編制定額和概預(yù)算提供必要的基本依據(jù)。

（3）便于設(shè)計(jì)、施工方法的總結(jié),交流,推廣。（4）為便于行業(yè)內(nèi)技術(shù)改革和管理。體現(xiàn)：安全、經(jīng)濟(jì)、發(fā)展的思想，巖體分類是巖石力學(xué)研究領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)性課題。舉例說明*3.2.2.分類原則

(1）有明確的類級(jí)和適用對(duì)象（專題性的、綜合性的)。（2）根據(jù)適用對(duì)象，選擇考慮因素（單因素、多因素）。（3）有定量的指標(biāo)。（4）類級(jí)一般分五級(jí)為宜。（5）分類方法簡(jiǎn)單明了、數(shù)字便于記憶和應(yīng)用。發(fā)展趨勢(shì)：“多因素、綜合特征值”分類法*3.2.3分類的獨(dú)立因素

（1）巖石材料的質(zhì)量（強(qiáng)度指標(biāo)）。（2）巖體的完整性，密集度、切割度、連續(xù)性等。（3）巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀與巖體工程的相對(duì)空間位置關(guān)系等。（4）地下水（軟化、沖蝕、降低有效正應(yīng)力、c、φ）（5）地應(yīng)力（大小、最大主應(yīng)力方向）（6）其它因素（自穩(wěn)時(shí)間、位移率）其中（1）（2）是巖石基本質(zhì)量，（3）－（6）是考慮工程巖體特點(diǎn)的其它因素*3.2.4幾種典型巖體分類理論和方法

1.按巖石的單軸抗壓強(qiáng)度σc分類巖石普氏系數(shù)(f=σc/10)分類法（Ｍ．Ｍ．Продотьяконов，1907

）*極硬（f＝20）、很硬（f＝15）、堅(jiān)