第四章 岩体基本力学性能.ppt

* φ * 二、结构面的楔摩擦效应 大多数的结构面是起伏不平的，这种不平将给结构面的强度增加一个附加值。附加的强度和结构面的起伏有关，所以叫做楔效应摩擦。 楔效应摩擦分为2种： 规则齿状结构面和不规则齿状结构面摩擦。 * 山东科技大学 * 规则齿形结构面的楔效应摩擦强度 将起伏不平的结构面简化为具有相同角度的规则齿形。珀顿强度公式，如下图。 规则齿形节理面试件，剪力T和正压力N。不断施加T时，结构面将会沿齿面滑动。滑动量可以用水平分量和垂直分量表示。但总的滑动方向仍然为水平（AB）方向。 规则齿面与水平面的夹角为β。 设定齿形斜面上的正应力和剪应力分别为 和 ，则T和N与 和 的关系为： * 山东科技大学 * * 山东科技大学 * =NCOSβ+TSINβ =-NSINβ+TCOSβ 换算 N= COSβ－ SINβ T= SINβ+ COSβ 进一步写为： Tan =T/N=( COSβ－ SINβ)/( SINβ+ COSβ) —岩体在外力作用下的总摩擦角。 * 山东科技大学 * 在这样的状态下，结构面不沿着平行剪切力Ｔ的ＡＢ面发生，而是沿着一个低强度面 （齿面） 产生。此时，试件发生破坏，齿形面上的力也满足其摩擦强度条件。 Tan = / 式中， 为岩体结构面的摩擦角。 上式进一步三角变化， tan =tan（ +β） 即 = （ +β） * 山东科技大学 * 上式表明，具有 β 角的规则齿形结构面，在进行直剪试验时（此时的剪切力作用在齿形斜面上坡的方向），在较低的正应力作用下，结构面表现出爬坡效应的破坏特征。其总体的摩擦角等于结构面的摩擦角和爬坡角之和。齿形面上的合力与作用在外部的正应力夹角为 ，等于 + β。 综上，伯顿强度公式归纳如下： σ＜ σT 时， τ=σtan（ + β ）（爬坡效应，正压力小或0） σ＞σT 时， τ=cj+σtan （切齿效应，结构面的正压力较大时，将产生剪断齿尖的破坏特征） * 山东科技大学 * 在进行变形分析时，结构面的上下2个岩块产生相对位移，不仅沿着剪力方向产生位移u，而且沿垂直方向产生位移v，意味着在剪切过程中将产生结构面的扩容现象。从图4-15（b）得出如下的特性:在剪切力的作用下，结构面的上半块试件将沿爬坡角产生位移，当齿形越过齿尖时将沿齿形的另外一个斜面产生位移。因此，在水平位移和垂直位移的坐标下，将表现出齿形的轮廓线。 * 山东科技大学 * * 山东科技大学 * 三、结构面的转动摩擦效应（自学） 四、结构面的滚动摩擦效应（自学） * 山东科技大学 * 第五节 结构面的力学效应 在工程中要对既有完整岩石又有结构面的岩体进行评价。本节主要介绍由于结构面的存在，岩体在力学特性方面表现出的强度效应。 一、单节理的力学效应 设岩体内存在一个与最大主平面的外法线成β角的节理。节理面和完整岩石强度符合库仑准则。 （4-43） cｊ和 为结构面的粘结力和内摩擦角 c和φ 为结构面的粘结力和内摩擦角。 * 山东科技大学 * 山东科技大学 * * 岩石试件的应力状态（受到σ1和σ3作用）可以用一个莫尔应力圆表示。应力圆上的一个点，表示试件的一个截面，点的坐标值，表示截面上的应力大小。 根据库伦摩尔强度的图解法可知，上图中2β1和2β2角度范围内对应的应力圆上的点的纵坐标值，大于对应角度上对应的节理强度值τ，因此，在含有节理的岩体上，圆周上对应角度的所有的点代表截面的集合。如果这些截面上存在节理，或者说节理角度处于2β1和2β2角度范围内，则节理会破坏。如果节理破坏，则岩体破坏。 由于岩块的强度一般大于节理的强度，一般情况下，节理是节理岩体的弱面。 * 山东科技大学 * 相关公式同学们自己推导。主要是破坏角度的公式。 2β1和2β2角度范围的讨论： σ m=（σ1+ σ2）/2　　　　 =（σ1- σ2）/2 受到σ1和σ3作用时节理岩体的强度公式： = = ） * 山东科技大学 * 结论： 时，节理破坏。 要与岩石破坏和岩体破坏分开，岩体=岩石+节理 节理的存在对岩体破坏的影响可以用图4-20表示。 2条曲线： σ3不同时的节理岩体破坏情况。 σ3越大， σ1越大，表示随着侧压的提高，节理岩体的抗压强度越大。 2个角度 ： 1对边角度，