3结构面的力学性质课案.ppt

第3章 结构面的力学性质 §3-1 结构面的类型及其特征 （1）原生结构面：在成岩过程中形成的结构面 （2）构造结构面 各类岩体在构造运动作用下形成的各种结构面，如劈理、节理、断层、层间错动面等。 节理面在走向延展及纵深发展上，其范围都是有限的，大者一般不过上百米，小者仅有几厘米．张节理面一般粗糙，参差不齐，宽窄不一，延展性较差，剪节理面一般平直光滑，延展性相对较好，节理面上常见有擦痕和各种泥质薄膜，如高岭石、绿泥石、滑石等，因此，剪节理面尽管接触紧密，但却易于滑动。 断层面的规模相差比较悬殊，有的深切岩石圈几十公里，有的仅限于地壳表层或只在地表数十米．但是，相对工程而言，断层面一般是延展性较好的结构面．断层面(或帘)的物质成分主要是构造岩，如断层泥、糜棱岩、角砾岩、压碎岩等．层间错动带是在层状岩体中常见的一种构造结构面，其产状一般与岩层一致。 延展性较好，结构面中的物质，因受构造错动的影响，多呈破碎状、鳞片状，且含泥质物。 （3）次生结构面 在地表条件下，由于外力(如风化、地下水、卸荷、爆破等)的作用而形成的各种界面，如卸荷裂隙、爆破裂隙、风化裂隙、风化夹层及泥化夹层等．  卸荷裂隙一般发生在岩体有临空面条件的地区，特别是在深切河谷处，延展性不好，常在地表20～40m内发育，裂隙面粗糙不平，常为张开型，充填物多为泥质碎屑．  爆破裂隙是矿山工程中常见的一种次生结构面，爆破裂隙的延展与分布视所在地区岩体特性及爆破的大小而异．一般爆破裂隙的延展范围是有限的，且多呈一组相互平行的、弧状的裂隙面分布．  风化裂隙及风化夹层一般是沿原生夹层和原有结构面发育，多是短小密集，延展性差，仅限于地表一定深度．  泥化夹层是由于水的作用使夹层内的松软物质泥化而成，其产状与岩层基本一致，泥化程度视地下水作用条件而异．泥化夹层一般都是强度很低的，它们是导致岩体失稳破坏的常见因素． 2、按结构面按受力条件可分为 A、压性结构面：由压应力挤压而成，其走向与最大主应力方向垂直。如片理面、褶皱轴面、压性节理面等。 B、张性结构面：在拉应力作用下产生的结构面，其走向与最大主应力方向一致。结构面是张开的，结构面壁粗糙。如张断裂面、张性节理面。 C、扭性结构面：由纯剪或压张应力引起的剪应力所形成的结构面，结构面壁较光滑，开口或闭口都有可能，往往成对出现。如x型断层面，x型节理面。 D、压扭性结构面：既有压性结构面的特征，又有扭性结构面的特征，但常以其中一种为主。 E、张扭性结构面：兼有张性和扭性结构面的双重特征。往往成锯齿状。 三、结构面的分级 结构面的发育程度、规模大小、组合形式等是决定结构体的形状、方位和大小，控制岩体稳定性的重要因素。尤以结构面的规模是最重要的控制因素。按结构面发育程度和规模可以划分为如下五级： 四、结构面的几何特征 五、结构面的状态 (2)非胶结结构面 分为有充填物的结构面和无充填物的结构面。 无充填物的结构面：其强度主要取决于结构面两侧岩石的力学性质及结构面粗糙度。 有充填物的结构面：其强度除与充填物、结构面两侧岩壁接触面的力学特性有关外，主要取决于充填物的成分和厚度。 A、充填物成分：质粘土、砂质、角砾质等。 B、充填物厚度对结构面强度影响特别显著。按厚度可将有充填物的结构面分为： 薄膜充填：充填物厚度多在1mm以下，多系次生蚀变矿物与风化矿物构成，如滑石、粘土矿物等； 断续充填：充填物不连续，厚度多小于结构面的起伏差，使结构面强度降低。 连续充填：充填物厚度一般大于起伏差，结构面强度主要受充填物强度控制，因此，常构成岩体的主要滑动面。 厚层充填：充填厚度较大，一般几十厘米至数米，构成软弱带，如断层泥。有时表现为岩体沿接触面滑移，有时为软弱充填物本身塑性流动，常导致重大工程事故。 §3-2 结构面法向变形与刚度 法向应力与法向变形的关系 式中： ：原位压力 ：最大可能闭合量 s，t：与结构面几何特征、岩石力学性质有关的两个参数 法向刚度kn 的表达式 1）（Goodman,1974） 式中Kn0：结构面的初始刚度 2）班迪斯（Bandis,1984） 法向应力与法向变形的关系 式中：a、b为常数 法向刚度kn （Bandis,1984） 实质：每点的切线斜率 1)两种类型 a.粗糙结构面（无充填物），剪应力上升较快，当剪应力达到峰值后抗剪能力下降较大，并产生不规则的峰后变形或滞滑现象。 b.平坦结构面（有充填物），初始阶段剪切变形曲线斜率逐渐减小，曲线没有明显的峰值出现，最恒定。 2）剪切刚度Kt 剪切刚度： 1974年Goodman提出： 式中：Kt0－初始剪切刚度