1 岩石与岩体的力学特性.ppt

1 岩石的力学特性 主要内容： 岩石的力学性质试验 岩石的变形与强度特性 影响岩石力学性质主要因素 代入上式 整理得不连续面滑动条件的另一种表达形式 当 当 在上述两种情况下，不会发生沿不连续面的滑移。 整理得 沿不连续面滑移条件： 由图中三角关系 结构面 完整岩块 整理得 同理得 当 不会沿结构面破坏。 含有一个不连续面岩体的强度与结构面方向的关系 由 得，当 时，岩体的强度最小 ，为 所以，不连续面的存在使岩体的性质呈现出各向异性的特征。 抗压强度与结构面夹角的关系 (a) 结晶片岩； (b) 石墨片岩 2 含有多组不连续面岩体的强度 含有多组不连续面岩体的强度 2.4.3 岩体强度的估算 1 裂隙化岩体的霍克-布朗（Hoek-Brown）强度准则 H-B准则只适用于岩块尺寸远小于岩石工程规模的情况或只适用于裂隙化岩体。 岩体的H-B强度准则 ——岩块的单轴抗压强度； ，S，a——岩体力学参数 。 H-B准则力学参数的确定方法： 当GSI25时 当 GSI25时 S=0 当 得 当 得 GSI（Geological Strength Index）称为地质强度指标，它是反映各种地质条件对岩体强度削弱程度的一个参数 。霍克建议：根据岩体结构特征和岩体表面状况来确定。 根据 霍克建议的GSI值确定方法 Sonmez的修正方法 (1) 将岩体结构特征和表面状况加以量化； (2) 假设SR是单位体积岩体中所含节理数Jv的函数； 岩体结构特征——〉SR (Structure Rating) 岩体表面状况——〉SCR (Surface Condition Rating) Lx，Ly，Lz——互相正交的三条测线的长度； Nx，Ny，Nz——互相正交的三条测线上节理的条数。 若岩体为各向同性材料，那么 N——长度为L的测线上遇到的节理条数； L——测线长度。 60 碎块 Disintigrated(D) 30-60 很小 Blocky/Disturbed(B/D) 10-30 小 Very Blocky(VB) 3-10 中等 1-3 大 Blocky(B) 1 很大 GSI描述 Jv (条/m3) ISRM描述 国际岩石力学(ISRM)学会对 岩块大小的定义与GSI描述的对应关系 岩体结构（SR）分类标准 25-0 50-25 75-50 100-75 Disintegrated Blocky/Disturbed Very Blocky Blocky 或 2 结构面不抗拉时法向应力—应变关系 1) 古德曼(Goodman，1974) 双曲线模型 2) 斑迪斯等(Bandis等，1983) 双曲线模型 或 时, 得 将a、b代入 得 则 3 结构面法向刚度 将 代入 得 把 代入上式 4 结构面具有抗拉强度时的应力应变关系 Goodman的双曲线型模型 拉： + 压： - 若岩体中有初始地应力 则 初始地应力引起的法向位移为 节理的法向刚度 其中 JCS——结构面岩石的抗压强度 JRC——结构面粗糙度。 2.2.2 结构面的剪切变形与剪切强度 1. 结构面的剪切变形 结构面在剪切应力作用下的剪切变形与结构面的类型、粗糙度、有无充填物以及充填物的多少等有关。 结构面受剪作用时剪应力—位移曲线 闭合节理 充填节理 结构面的剪切变形曲线分为：脆性变形型和塑性变形型，前者主要是无充填且较粗糙的硬性结构面；后者主要是有一定宽度的构造破碎带、挤压带、软弱夹层及含有较厚充填物的结构面。 结构面的峰值位移受其风化程度的影响。风化后的峰值位移比新鲜的大。 对同类结构面而言，遭受风化的结构面，剪切刚度比末风化的小1/2～1/4。 结构面的剪切刚度具有明显的尺寸效应，随被剪切结构面的规模增大而降低。 结构面的剪切刚度随法向应力的增大而增大。 2. 结构面的剪切应力与变形关系 Kalhaway 1975通过大量的试验，发现结构面峰值前的关系曲线也可用双曲函数来拟合。 其中： 则： 3. 结构面剪切刚度及其确定方法 巴顿(Barton，1977)和乔贝(Choubey，1977)根据大量的试验资料总结分析，并考虑到尺寸效应，提出了剪切刚度的经验估算公式如下： 4. 结构面的剪胀 对粗糙结构面，视剪切方向不同，存在剪胀和减缩 结构面的力学参数 5. 未充填结构面的剪切强度 上述模型表明： 结构面的粗糙度和材料的强度决定了它的剪切性能。 (1) Patton 公式 (基于莫尔-库伦准则） 光滑、无充填物的结构面： 或