第二章 岩体力学.ppt

岩体结构控制论 岩体的应力传播、变形破坏以及岩体力学介质属性无不受控于岩体结构。岩体结构对工程岩体的控制作用主要表现在三方面： 应力传播特征 岩体的变形与破坏特征 工程岩体的稳定性 不同结构岩体的变形破坏方式 结构面的变形与强度性质 结构面的法向变形特征 法向刚度：法向应力作用下，结构面产生单位法向变形所需要的应力，数值上等于 某一点的切线斜率。 切向变形特征： 结构面切向刚度 结构面的强度，这里重点研究其抗剪强度。 结构面的抗剪强度主要受结构面的形态、连续性、胶结填充特征、壁岩性质、次生变化和受力历史等因素的影响。 根据结构面的形态、填充情况及连续性特征，将其划分为：平直无填充的结构面、粗糙起伏无填充的结构面、非贯通连续的结构面和具有填充物的软弱结构面。 平直无填充的结构面：特点是面平直、光滑，只有微弱的风化。 粗糙起伏无填充的结构面：具有明显的粗糙度，是影响结构面剪切强度的一个重要因素。 当法向应力较低： 当法向应力足够大时： 规则锯齿形结构面 不规则起伏结构面 JRC-结构面的粗糙度系数； JCS-结构面的壁岩强度； - 结构面的基本摩擦角，等于结构面 壁岩平直表面的摩擦角 非连续贯通的结构面 裂隙面的粘聚力和摩擦角； 岩石粘聚力和摩擦角； 结构面的线连续性系数。 具有填充物的软弱结构面 曲线Ⅰ为粘粒含量较高的泥化夹层的剪切曲线，而曲线Ⅱ-Ⅴ的粗碎屑成分逐渐增加。 岩体的变形 研究岩体变形的意义：1. 防止岩体各部分形变差过大而在建筑物结构中产生附加应力；2.岩体形变量过大导致建筑物形变量过大。 岩体的形变是岩块材料变形和结构变形的总和，而结构变形通常包括结构面闭合、填充物压密、结构体转动和滑动等变形，一般情况下，岩体的结构变形起着控制作用。 岩体变形参数的测定方法： 一般采用原位测试：承压板法、钻孔变形法、狭缝法、声波法和地震波法。 节理化岩体变形参数的估算： 比尼卫斯基： Serafim 和Pereira： RMR≤55 RMR55 岩体的强度性质 岩体的剪切强度 原位岩体剪切试验 岩体的压缩强度估算： 利用单结构面理论估算岩体强度： Hoek和Brown根据岩体性质的理论与实践经验，依据试验资料导出了裂隙岩体的强度方程。 第三节 岩体的工程分类 岩体的工程分类是工程地质学中一个重要的研究课题。它是通过岩体一些简单和易实测的指标，把工程地质条件与岩体力学性质联系起来进行归类。并对各类岩体质量、工程建筑条件予以定性或定量的评价，给人们质量好坏的改良，为工程设计和施工提供地质依据。 RQD分类 RQD值：大于10cm的岩芯累计长度与钻孔进尺长度之比的百分数。 RQD分类没有考虑岩体中结构面性质的影响，也没有考虑岩块性质的影响及这些因素的综合效应。 RMR分类 由岩块强度、RQD值、节理间距、节理条件及地下水5类参数组成。 Q分类 式中6个参数的组合，反映了岩体质量的3个方面，即岩体的完整性；结构面（节理）的形态、填充物特征及其次生变化程度；水与其他应力存在时对岩体质量的影响。 BQ法 国标《工程岩体分级标准》（GB50218-94）提出二级分级法，先按岩体的基本质量指标BQ进行初步分级；然后考虑其他影响因素对BQ进行修正，再按修正后的[BQ]进行详细分级。 工程岩体分类的具体应用 工程岩体分类广泛应用于岩体参数估算、稳定性评价及其加固与支护。 例子：某隧道位于地下200m处的泥岩中，岩体内发育有3组主要结构面：第一组结构面为层面，其特点为强风化，表面较为粗糙，产状为180°∠10°，该组节理条件评分为15；第二组结构面为节面，其特点为中等风化，表面较粗糙，产状为185° ∠75°，该组节理条件评分为21，第三组结构面为节理面，其特点为为中等风化，表面较为粗糙，产状为90° ∠80°，该组节理条件评分为21；岩石抗压强度为55MPa，RQD值为60%，平均裂隙宽度为0.4m。试采用RMR系统对该岩体进行分类，估算岩体力学参数，评估由东向西开挖10m隧道的稳定性。 RMR评分与岩体质量分级 一般岩体，岩体内聚力200~300KPa，内摩擦角为25°~35°， 5m直径的隧道自稳时间为一周，如果修建10m的隧道，围岩 发生失稳的可能性较大，建议对其进行初期支护。 风化岩体的工程地质特征 岩体在各种风化营力，如太阳能、大气、水及动植物有机体等的作用下，发生物理化学变化的过程，成为岩体风化作用。 风化岩体的工程地质特征主要有： 岩体完整性遭到破坏； 岩石的矿物成分和化学成分发生变化； 岩体的工程地质性质发生变化； 岩体的风化分带 我国岩石风化壳分带的标准： 1. 风化岩石的颜色； 2. 岩体的破碎程度；