隧道设计理论讲义1.ppt

二、岩体力学基础 岩石物理性质 岩体的形成 岩体的结构 岩石的力学行为特性 岩体变形及强度 岩体强度理论 二、岩体力学基础 岩石物理性质 岩石的基本物理性质指标 容重（干容重、湿容重和饱和容重）：岩石单位体积（含空隙体积）的重量。 密度：颗粒密度（不含空隙流体）和块体密度（含空隙流体）。 空隙率：岩石中空隙体积与总体积之比。空隙率越大力学性质越差。 吸水率：岩石自由吸收水分的质量与岩石干质量之比。 岩石的水理性 渗透性：指水在岩石空隙中透过的能力，存在一定水压作用。 膨胀性：一些粘土矿物有强亲水性，使岩石中颗粒间水膜增厚，引起膨胀。 软化性：岩石浸水后导致强度降低的性能。 岩石的热理性 线胀系数和体胀系数 热导率：取决于岩石矿物组成、结构构造及赋存环境等 地温梯度：指深度每增加100米时地温上升的度数 热流密度：地温梯度与岩石热导率的乘积。 岩石的导电性和磁性 导电性：主要取决于岩石矿物成分，主要造岩矿物（石英、长石、辉岩、云母）导电性相当差。 磁性：岩石属于磁性介质 岩体的形成 岩体形成的建造过程：长期而复杂的地质作用过程，如岩浆作用、变质作用、风化作用、沉积作用等。 岩体形成的改造过程：在建造过程中形成的岩体由于赋存环境变化、构造变形的叠加，使岩石成分与结构发生不同程度的变化。 岩体赋存环境条件：包括地应力、地下水和地热三种易变的活性因素，直接影响和制约岩体力学性质。 地应力：成因认识、分布规律、高地应力区地质标志（岩暴、饼状岩心、孔径收缩、斜坡错动台阶，现场力学指标比室内的高）、、测量方法（应力解除法、水力压裂法、超声波法、应力恢复法、钻孔法）、模拟分析。 地下水：类型及作用（吸着水和重力水）、属性（赋存条件和组成成分双重属性）、分布规律及活动特征（取决于岩体结构和地应力）、运动规律（符合达西定律）、测试（渗透系数是核心参数）。 地热：促使岩体风化及力学性质蜕化、引起岩体发生热应力变化。 岩体的结构 结构面 软弱夹层 层间滑动面 结构面等级划分为四个等级：（I级延长至几公里到几十公里；II级一般为几公里；III级延长至几米到几十米，内无破碎带；IV级为断续小节理、隐节理等，属硬性结构面，容易形成应力集中） 结构体 板状 柱状 四面体 六面体状结构体 岩体结构类型 整体块状结构 层状结构：结构间距30~50厘米，薄层结构小于30厘米 碎裂结构：镶嵌结构、层状碎裂结构和碎裂结构 散体结构：断层破碎带、强风化破碎带 岩体地质模型 水平层状岩体 倾斜层状岩体：倾角5~85度之间 直立层状岩体：大于85度 弯曲层状岩体：褶皱变形所致 完整岩体 块状岩体 碎裂岩体 岩石的力学行为特性 岩石的变形性质及破坏形式 岩石变形性质：弹性变形、塑性变形、粘性变形 岩石破坏形式：脆性破坏、延性破坏 岩石的变形性质及破坏形式 岩石抗压强度 岩石抗拉强度 岩石抗剪强度 岩石在单轴压力下的变形特征 岩石在单轴拉力下的变形特征 岩石在三轴应力下的变形和强度 岩石在等围压下的变形与强度 岩石在三轴不等压力下的变形与强度 应力途径对岩石变形和强度的影响 温度对岩石变形和强度的影响 岩石变形时间效应 岩体变形及强度 岩体破坏形式 挠曲 剪切 拉伸 压缩 岩体变形特征 挠曲 岩体变形曲线及变形指标：塑性变形与总变形之比等 岩体变形曲线类型：直线型、上凹型、下凹型、复合型 岩体变形结构效应：产状效应、性质效应、密度效应、组合效应 岩体变形时间效应及变形本构方程 结构面力学性质 结构面力学性质基本特点 平直光滑无充填物硬性结构面 起伏粗糙无充填物硬性结构面 断续结构面 具有充填物软弱结构面 岩体强度 均质岩体强度 非均质岩体强度 结构面产状强度效应 结构面密度强度效应 试件尺寸强度效应 环境围压强度效应 孔隙水压强度效应： 岩体强度理论 强度理论（破坏准则）：岩石破坏时的应力状态所满足的关系。 Mohr-Coulomb强度理论： Drucker-Prager强度理论： Griffith强度理论： Hoek-Brown经验准则： * *