第三章结构面的变形和强度性质案例.ppt

第三章 结构面的变形与强度性质 ;第三章 结构面的变形与强度性质;§3.1 概 述;工程实例;在工程荷载作用下，结构面及其充填物的变形是岩体变形的主要组分，控制着工程岩体的变形特性。 结构面是岩体渗透水流的主要通道。在工程荷载作用下，结构面的变形将极大地改变岩体的渗透性、应力分布及其强度。因此，预测工程荷载作用下岩体渗透性的变化，必须研究结构面的变形性质及其本构关系。 工程荷载作用下，岩体中应力分布受结构面及其力学性质的影响。;§ 3.2 结构面的变形性质;应力-变形关系曲线 ;开始时随着法向应力增加，结构面闭合变形迅速增长， σn-ΔV及σn-ΔVｊ曲线均呈上凹型。当σn增到一定值时，σn-ΔVｔ曲线变陡，并与σn-ΔVｒ曲线大致平行。说明结构面已基本上完全闭合，其变形主要是岩块变形贡献的。这时ΔVｊ则趋于结构面最大闭合量Vｍ。 初始???缩阶段，含结构面的岩块变形ΔVｔ主要是由结构面的闭合造成的。试验表明，当σn＝１MPa时，ΔVｔ/ΔVｒ可达５~３０，说明ΔVｔ占了很大一部分。 法向应力σn大约从σｃ/3处开始，含结构面的岩块变形由以结构面的闭合为主转为以岩块的弹性变形为主。;结构面的σn- ΔVｊ曲线大致为以ΔVｊ＝Vｍ为渐近线的非线性曲线。可用初始法向刚度及最大闭合量来确定，与结构面的类型及壁岩性质无关 。 结构面的最大闭合量始终小于结构面的张开度（ｅ）。这是因为结构面是凹凸不平的，两壁面间无论如何也不可能达到100％的接触。 结构面的初始法向刚度是一个与结构面在地质历史时期的受力历史及初始应力（σｉ）有关的量，其定义为σn-Vｊ曲线原点处的切线斜率，即：;2.法向变形本构方程;2) Bardis方程;2) Bardis方程;法向刚度Ｋn（normal stiffness）是指在法向应力作用下，结构面产生单位法向变形所需要的应力，在数值上等于σn- ?Vｊ曲线上一点的切线斜率。;现场变形试验——中心孔承压板法 ;经验估算——由Bandis方程估算;Bandis经验方程求Kni，Vm ;壁岩强度JCS ;几种结构面的抗剪参数表 ;岩体结构面直剪试验结果表 ;便携式直剪仪;脆性变形型 塑性变形型 结构面变形与风化程度有关 结构面的剪切刚度???随法向应力的增大而增大，随结构面的规模增大而降低。;卡尔哈韦（ Kalhaway）方程;剪切刚度KS（shear stiffness）是反映结构面剪切变形性质的重要参数，其数值等于峰值前τ-?u曲线上任一点的切线斜率。;§3.3 结构面的强度性质;一、平直无充填的结构面 二、粗糙起伏无充填的结构面 三、非贯通断续的结构面 四、具有充填物的软弱结构面;一、平直无充填的结构面;二、粗糙起伏无充填的结构面;1、规则锯齿形结构面 1）σ较小，剪胀效应;2）σ较大，啃断效应;2、不规则起伏结构面;巴顿（Ｂarton，1973）对８种不同粗糙起伏的结构面进行了试验研究，提出了剪胀角的概念并用以代替起伏角，剪胀角αｄ（angle of dilatancy）的定义为剪切时剪切位移的轨迹线与水平线的夹角，即：;Barton 方程： ;Ladanyi Archambault方程：;当?很大时，凸起全部被剪断， ?As?A (as ?1 ),无剪胀发生, =?V/ ?u=0,则有:;三、非贯通断续的结构面;;四、具有充填物的软弱结构面