岩体力学03-岩体的力学性质.ppt

上凸型 曲线方程为p＝f(W)，dp/dW随p增加而递减，d2p/dW2＜0。 结构面发育且有泥质充填的岩体、较深处埋藏有软弱夹层或岩性软弱的岩体常呈这类曲线。 复合型 p-W曲线呈阶梯或“S”型。 结构面发育不均或岩性不均匀的岩体，常呈此类曲线。 2、剪切变形曲线 峰值前曲线平均斜率小，破坏位移大；峰值后应力降很小或不变。多为沿软弱结构面剪切。 峰值前曲线平均斜率较大，峰值强度较高。峰值后应力降较大。多为沿粗糙结构面、软弱岩体及剧风化岩体剪切。 峰值前曲线斜率大，线性段和非线性段明显，峰值强度高，破坏位移小。峰值后应力降大，残余强度较低。多为剪断坚硬岩体。 四、影响岩体变形性质的因素 影响因素：岩性、结构面特征、风化程度、试验方法、试件尺寸、加荷条件、温度、湿度等。 这里仅介绍结构面对岩体变形的影响： 1、结构面密度 右图分别表示了RQD、波速比(Vm/Vr)2 与模量降低系数（岩体Em/岩块E）之间的统计关系。RQD、波速比是反映裂隙发育程度的指标。可以看出，当波速比由近于1降至0.65时，模量比迅速下降。由0.65继续下降时，模量比变化不大。相应于波速比=0.65的模量降低值为0.14，也即当岩体中结构发育至一定程度时（波速比=0.65），岩体变形可达岩块变形的1/0.14=7.14倍。此后，若结构面密度再增加，对岩体变形的影响就不大了。 2、结构面的张开度及充填特征 结构面对岩体变形特性的影响与结构面本身的特性(张开程度、充填程度、充填物性质等)有密切关系。下图为具裂隙和片麻理的片麻岩硐室径向变形图。图中，线1为垂直片麻理的方向。由图可见，对于不同的应力水平，岩体最大变形方向会改变。在应力较低时(0.4-0.9MPa)最大变形为水平方向(线2)，而在应力增高后(1.9-2.4MPa)，则垂直于片麻理的方向变形最大。由灌浆前后的变形对比可见，灌浆消除了2方向上结构面的影响，但对1方向影响甚微。由此可见，结构面性质不同，对岩体变形的影响程度也不同。在2方向，压力垂直于一组无充填的张开裂隙。 因此，在较低压力下，田裂隙闭合而产生很大变形，加之裂隙张开后又无充填，灌浆时浆液易进入，故灌浆后这组结构面的影响大为减弱。由硬矿物和软矿物交替组成的具片麻理岩体，只在压力较大时，软矿物层才能压密，且由于其闭合或被充填，灌浆时浆液难进入，灌浆后岩体在这个方向的变形仍然很大。 3、结构面方位 结构面导致岩体变形的各向异性。垂直层面的压缩变形量主要是由岩块和结构面（软弱夹层）压密而成；平行层面方向的压缩变形主要由岩块和少量结构面错动构成。在层状岩体中，不仅开裂层面压缩变形量大，而且成岩过程中由于沉积韵律的变化，层面出现在矿物连结力弱、致密度又低的部位，是层面压缩量大的又一个原因。因此，构成岩体变形的各向异性的两个基本要素是：物质成分和物质结构的方向性；裂隙、层面等结构面的方向性。裂隙岩体各方向力学性质的差异均由此产生。 各向异性在结构面组数较少时表现得更明显。下图是泥质岩体变形与结构面方向的关系。由图可见，无论是弹性变形还是总变形，其最大值均出现在荷载与结构面向垂直的方向上，而平行方向上则最小。由图还可以看出，虽然总变形和弹性变形曲线形状相似，但弹性变形与总变形的比值却因方向而异。在结构面与荷载作用垂直方向上，比值最小，反映岩体总变形中，结构面的压密变形占很大的比例，而在平行方向上，总变形与弹性变形几乎相等，说明在平行结构面加载时（有侧限），岩体变形主要为岩石的变形。 第三章 岩体力学性质 §3.1 岩体结构的概念及岩体结构分类 §3.2 结构面的力学性质 §3.3 岩体的变形特性 §3.4 岩体的强度特性 §3.5 岩体质量评价及其分类 岩体强度是指岩体抵抗外力破坏的能力。岩体的强度既不同于岩块的强度，也不同于结构面的强度，一般情况下，其强度介于岩块与结构面强度之间。 岩体和岩块一样，岩体强度也有抗压强度、抗拉强度和剪切强度之分。 一、岩体的剪切强度 岩体的剪切强度是指岩体内任一方向剪切面，在法向应力作用下所能抵抗的最大剪应力。 剪切强度分为抗剪断强度、抗剪强度和抗切强度。 抗剪断强度是指在任一法向应力下，横切结构面剪切破坏时岩体能抵抗的最大剪应力。 抗剪强度是指在任一法向应力下，岩体沿已有破裂面剪切破坏时的最大应力。 抗切强度是指剪切面上的法向应力为零时的抗剪断强度。 1、原位岩体剪切试验及其强度参数确定 双千斤顶法直剪试验 岩体剪应力(τ)-剪位移(u)曲线及法向应力(σ)-法向变形(W)曲线。 剪切强度曲线及岩体剪切强度参数Cm，φm值 各类岩体的剪切强度参数表 岩体内摩擦角与岩块较接近，而内聚力则大大低于岩块。说明结构面的存在主要是降低了岩体的连结能力，进而降低其内聚力。 2、岩体的