結(jié)構(gòu)面的力學(xué)效應(yīng).ppt

1、第五節(jié) 結(jié)構(gòu)面的力學(xué)效應(yīng),1、節(jié)理巖體強(qiáng)度分析 2、結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體強(qiáng)度的影響 3、巖體強(qiáng)度的確定方法,3.3 巖體的強(qiáng)度,3,結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀對(duì)巖體的強(qiáng)度產(chǎn)生影響。,三種可能破壞形式： （1）結(jié)構(gòu)面破壞； （2）巖塊破壞； （3）巖塊與結(jié)構(gòu)面同時(shí)破壞。,1、節(jié)理巖體強(qiáng)度分析 巖體由結(jié)構(gòu)面和巖塊組成，其強(qiáng)度必然受到巖塊和結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度及其組合方式的控制；一般情況下巖體強(qiáng)度既不同于巖塊強(qiáng)度，也不同于結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度。 帶有節(jié)理的巖體在破壞時(shí)有可能沿巖塊內(nèi)部破壞，也可能沿節(jié)理破壞，在節(jié)理較多且分布條件下，多數(shù)會(huì)沿節(jié)理破壞。 無(wú)論巖體沿節(jié)理破壞還是巖塊內(nèi)部破壞均符合摩爾庫(kù)侖理論：,結(jié)構(gòu)面是一個(gè)方向，在莫爾圓上是一個(gè)點(diǎn)

2、。 所以，穩(wěn)定問(wèn)題是點(diǎn)與直線的位置問(wèn)題。,巖體強(qiáng)度包括:抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度。 巖體抗拉一般不研究，不允許巖體中有拉應(yīng)力出現(xiàn)。 因此主要討論巖體的抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。 巖體破壞本質(zhì)一般是剪切破壞（也有張拉破壞）。 一、節(jié)理巖體強(qiáng)度分析 結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度條件 當(dāng)節(jié)理穩(wěn)定或處于極限平衡時(shí)：,莫爾園上的點(diǎn)坐標(biāo)： 整理得：,1、節(jié)理與巖石的抗剪強(qiáng)度線無(wú)關(guān)系； 2、沿節(jié)理破壞必需滿足與莫爾圓交點(diǎn)為其節(jié)理方向，且該點(diǎn)的正壓力與剪應(yīng)力剛好達(dá)到節(jié)理的強(qiáng)度； 3、一般情況下直線與莫爾圓相割。 例題：,例： 假設(shè)洞室邊墻處的節(jié)理面傾角=500。如圖，內(nèi)摩擦角=400，粘結(jié)力C=0，即無(wú)粘結(jié)力，由實(shí)測(cè)知道洞室處平均垂直

3、應(yīng)力， 試計(jì)算巖石錨桿在邊墻處應(yīng)提供多大水平應(yīng)力時(shí)才能維持邊墻的平衡？,若運(yùn)用強(qiáng)度包絡(luò)線理論，結(jié)構(gòu)面包絡(luò)線及巖塊包絡(luò)線分別表達(dá)如下，巖體破壞不僅要考慮巖塊的穩(wěn)定性還需要重點(diǎn)了解結(jié)構(gòu)面的穩(wěn)定情況，此時(shí)需要重點(diǎn)探討結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀情況。,2、結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體強(qiáng)度的影響分析,一、結(jié)構(gòu)面方位對(duì)巖體強(qiáng)度的影響,圖解法，利用正玄定理 (見(jiàn)圖）,由圖可見(jiàn)，當(dāng)1或 2時(shí)，巖體就不沿弱面破壞，而沿新產(chǎn)生的裂面破壞，這個(gè)新產(chǎn)生的裂面和主應(yīng)力夾角為 這時(shí)巖體的單軸強(qiáng)度提高。,實(shí)際上巖體強(qiáng)度在很大程度上取決于結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)對(duì)裂隙巖體具有控制作用： 1）結(jié)構(gòu)面方位對(duì)巖體強(qiáng)度的影響,2、破壞方式的圖解判斷 （1）、

4、無(wú)論多少，巖體不破壞。,（2） 12時(shí) 沿結(jié)構(gòu)面破壞； （3）2時(shí)，既不沿結(jié)構(gòu)面破壞，也不切巖石破壞。,三、單結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度效應(yīng),（4）、2時(shí)剪切巖石破壞。 （5） 1或2時(shí)沿結(jié)構(gòu)面與巖石同時(shí)破壞；,三、單結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度效應(yīng),26,3、巖體破壞的解析法確定 （1）沿結(jié)構(gòu)面破壞：對(duì)巖體強(qiáng)度有影響的節(jié)理方位：1 2,27,對(duì)巖體強(qiáng)度有影響的節(jié)理方位角： 1 2 1、2可以直接在圖上量取，也可以由正弦定律推求：,28,（2）巖石（巖塊）破壞： 對(duì)巖體強(qiáng)度無(wú)影響的節(jié)理方位： 1或 2,29,（3）巖體強(qiáng)度,當(dāng)1或2時(shí)，巖石結(jié)構(gòu)面同時(shí)破壞，巖體強(qiáng)度等于巖塊強(qiáng)度,當(dāng)1或2時(shí)，巖塊先破壞，巖體強(qiáng)度等于巖塊強(qiáng)度：,當(dāng)

5、12結(jié)構(gòu)面先破壞時(shí)，巖體強(qiáng)度小于巖塊強(qiáng)度,30,（3）單結(jié)構(gòu)面巖體強(qiáng)度強(qiáng)度取完整巖石強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度的小值（兩者的強(qiáng)度都按直線型考慮）,巖體單軸抗壓強(qiáng)度：,若沿結(jié)構(gòu)面破壞，應(yīng)滿足下列條件： 則有， 由上式可知： （1）巖體的強(qiáng)度(1-3)隨結(jié)構(gòu)面傾角的變化而變化，見(jiàn)圖。,（2）當(dāng)j或90時(shí)，巖體不可能沿結(jié)構(gòu)面破壞，而只能產(chǎn)生剪斷巖體破壞。只有當(dāng) j 90時(shí)，巖體才能沿結(jié)構(gòu)面破壞。 （3）當(dāng)=45j/2時(shí)，巖體強(qiáng)度取得最低值，為： （4）巖體的三軸強(qiáng)度為： 當(dāng)3=0，可得巖體的單軸強(qiáng)度為：,34,多結(jié)構(gòu)面的巖體強(qiáng)度：分步運(yùn)用單結(jié)構(gòu)面理論，分別繪出每一組結(jié)構(gòu)面單獨(dú)存在時(shí)的強(qiáng)度包絡(luò)線和應(yīng)力莫爾圓，巖

6、體到底沿哪組結(jié)構(gòu)面破壞，由1與各組結(jié)構(gòu)面的夾角所決定。,四、多結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度效應(yīng),根據(jù)疊加原理 多結(jié)構(gòu)面的組合使得受力狀態(tài)極其復(fù)雜，若不計(jì)受力后沿結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)對(duì)應(yīng)力分布的影響，則可將多組結(jié)構(gòu)面分別按單一結(jié)構(gòu)面考慮確定其強(qiáng)度，最后綜合考慮巖石和各組結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度，取其最小值。,隨著結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的改變，巖體的破壞方式有：沿結(jié)構(gòu)面的滑動(dòng)（試件a），部分穿切巖石材料，部分沿結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)（試件b），結(jié)構(gòu)面張開(kāi)（試件d）和產(chǎn)生新的張裂隙面而破壞（試件c） 等。 因此，對(duì)同一巖體，如果不分析結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀與工程力方向的關(guān)系對(duì)破壞機(jī)制的影響，而采用同一破壞準(zhǔn)則來(lái)處理問(wèn)題，必然導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。,多節(jié)理的力學(xué)效應(yīng) （疊加）,兩

7、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。,兩組節(jié)理力學(xué)模型,1與 的關(guān)系曲線,二、結(jié)構(gòu)面的粗糙程度對(duì)巖體強(qiáng)度的影響： 齒接觸摩擦包括:,（1）規(guī)則 （2）不規(guī)則,（1）規(guī)則齒,不規(guī)則齒接觸（1977 NBarton）,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,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)。見(jiàn)下圖。,充填物強(qiáng)度與顆粒粗細(xì)的關(guān)系,內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力與充填厚度的關(guān)系曲線,內(nèi)摩擦角隨充填度增大而減小,不同夾層物質(zhì)成分的結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度 夾層成分抗剪強(qiáng)度系數(shù)