第_4_章___岩体破坏机制及强度.ppt

第 4 章 岩体破坏机制及强度研究 4.1 岩体结构 4.2 岩体的力学介质分类 4.3 块裂介质岩体破坏机制及强度研究 4.4 连续介质岩体破坏机制及强度研究 4.5 碎裂介质岩体破坏机制及强度研究 第 4 章 岩体破坏机制及强度研究 岩体（Rock Mass）定义为由岩石组成的地质体作为工程作用对象时的专用名称。 岩体的组成要素：岩块、结构面、与结构面内的充填物的结合体。 岩体与地质体的区别：研究目的和内容，并不以规模大小区别。 4.1.1 岩体结构面 结构面定义:岩体中各式各样大小不等的、力学强度相对较低的二维面状不连续地质界面称为结构面，如层理、节理、劈理、片理、断裂等。 岩块：被结构面所切割的大小不等，形体各异的岩石结构体，称为岩块。它是组成岩体的最小单元。 第 4 章 岩体破坏机制及强度研究 1）结构面的地质成因分类 原生结构面：它是岩体建造过程中形成的结构面，分为沉积结构面、岩浆结构面、变质结构面； 构造结构面：它是受构造应力的作用所产生的破裂面，如：节理、劈理、断层等 分类：压性、 张性、 剪切 次生结构面：它是由于岩体受载荷、风化、冰冻等表生作用所形成的结构面。 2）结构面的特征 第 4 章 岩体破坏机制及强度研究 结构面的特征可以用六个因素表征 （1）结构面胶结或结合状况 （2）结构面充填状况 （3）结构面粗糙度及起伏度等形态特征 （4）结构面连续性、贯通性、延展性及规模 （5）结构面密度 （6）结构面的空间分布特征 3）结构面的工程分类 结构面分类：软弱结构面 有充填物 硬性结构面 无充填物 第 4 章 岩体破坏机制及强度研究 第 4 章 岩体破坏机制及强度研究 4.1.2 岩体结构 岩体分类(基本类型) 表 2 块裂结构 :在 I、II级软弱结构面切割下形成 碎裂结构：在III、IV级硬性结构面切割下形成 散体结构：由无序状态的结构面切割下形成 完整结构：包含有IV级以下的不连续、不相互切割 的结构面。 第 4 章 岩体破坏机制及强度研究 4.1.3 单一裂缝的基本参数 (1)裂缝的张开度：裂缝的张开度或宽度可由裂缝壁之间的距离来表示。 裂缝张开度取决于深度、孔隙压力、岩石类型 统计表明：裂缝张开度一般在10----200?m，最常见的范围在10----40 ?m之间。见图 测试方法： 第 4 章 岩体破坏机制及强度研究 4.1.3 单一裂缝的基本参数 （2）裂缝的大小 指的是裂缝的长度和岩层厚度之间的关系。 较小的裂缝的长度小于单个生产层厚度； 中等的裂缝穿过较多层； 较大的裂缝延伸极大，达10m，甚至几百米。 （3）裂缝的性质 张开度：张开，闭合 充填： 裂缝壁：多褶皱、光滑、磨光、蠕变 （4）裂缝方向：用倾斜方位角和倾角表示 第 4 章 岩体破坏机制及强度研究 4.1.4 裂缝的力学特性 （1） 基本力学特性 法向变形：研究法向应力作用下裂缝的法向变形之间的关系，实验揭示：其法向应力与法向变形呈指数函数关系： U=U0（1 - e-?n/kn） U0软弱面的最大压缩量，Kn为法向压缩刚度；MPa/cm U的单位取cm，应力取MPa， 第 4 章 岩体破坏机制及强度研究 剪切变形： 讨论：Ks为常数，对于硬性结构面 Ks为变数，对于软弱结构面 结构面的抗剪强度 第 4 章 岩体破坏机制及强度研究 （2）裂缝的粗糙度 裂缝的粗糙度：指不连续面相对于其平均面的固有表面不平整度和波纹度。 讨论：粗糙度的作用随裂缝张开度、充填厚度、剪切位移的增加而减小。 第 4 章 岩体破坏机制及强度研究 Barton（1973）提出将JRC分为10级，其取值如表。 第 4 章 岩体破坏机制及强度研究 结构面粗糙度的分形研究 a）分形维数的量测与计算 （1）量规法；（2）盒计数维数法；（3）自相关系数法；（4）功率谱密度法 b）不连续面粗糙度系数与分形维数的关系 （1）Sakallariou（1989），Lee（1990）等将JSRM所推荐的10条标准剖面进行数值化，用量规法估计分维值 D=1.0+2.921?10-4 JRC+1.795 ?10-5 JRC2 D(1---1.0134) (2) Carr(1987) D=(JRC+1022.55)/1023.92 当JRC在1-20内变化, D=1.0----1.0182 第 4 章 岩体破坏机制及强度研究 结构面粗糙度的分形研究 (3)徐光黎(1993) JRC=85.2671(D-1)0.5679 D(1--1