岩体力学 教学课件 ppt 作者 刘佑荣 唐辉明 主编第4章 岩体的力学性质.ppt

第4章 岩体的力学性质 §4.1 岩体的变形性质 §4.2 岩体的强度性质 §4.3 岩体的动力学性质 §4.4 岩体的水力学性质 §4.1 岩体的变形性质 一、岩体变形试验及其变形参数确定 二、岩体变形参数估算  三、岩体变形曲线类型及其特征  四、影响岩体变形性质的因素 一、岩体变形试验及其变形参数确定 静力法的基本原理：在选定的岩体表面、槽壁或钻孔壁面上施加法向荷载，并测定其岩体的变形值；然后绘制出压力-变形关系曲线，计算出岩体的变形参数。 动力法的基本原理：用人工方法对岩体发射(或激发)弹性波(声波或地震波)，并测定其在岩体中的传播速度，然后根据波动理论求岩体的变形参数。 1、承压板法 2、钻孔变形法 3、狭缝法 几种岩体用不同试验方法测定的弹性模量 二、岩体变形参数估算 一是在现场地质调查的基础上，建立适当的岩体地质力学模型，利用室内小试件试验资料来估算。 二是在岩体质量评价和大量试验资料的基础上，建立岩体分类指标与变形参数之间的经验关系，并用于变形参数估算。 1、层状岩体变形参数估算 层状岩体的地质力学模型 假设各岩层厚度相等为S，且性质相同。 层面的张开度可忽略不计 假设岩块的变形参数为E，μ和G，层面的变形参数为Kn，Ks 取n-t坐标系，n垂直层面，t平行层面。 由岩块和层面组成单元体。 （1）法向应力σn作用下的岩体变形参数 1)沿n方向加荷 (2)剪应力作用下的岩体变形参数 2、裂隙岩体变形参数的估算 （1）用RMR值估算岩体变形模量 三、岩体变形曲线类型及其特征 1、法向变形曲线 直线型 上凹型 上凸型 复合型 直线型 通过原点的直线，其方程为p＝f(W)＝KW 加压过程中W随p成正比增加 岩体岩性均匀、结构面不发育或结构面分布均匀 上凹型 曲线方程为p＝f(W)，dp/dW随p增大而递增，dp/dW＞0 层状及节理岩体多呈这类曲线 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。 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。 结构面密度 结构面的张开度及充填特征 结构面方位 §4.2 岩体的强度性质 一、岩体的剪切强度  二、裂隙岩体的压缩强度  三、裂隙岩体强度的经验估算 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、岩体的剪切强度特征 岩体的剪切强度是具有上限和下限的值域，其强度包络线也是有上限和下限的曲线族。上限是岩体的剪断强度,下限是结构面的抗剪强度。 应力σ较低时，强度变化范围较大，随着应力增大，范围逐渐变小。 应力σ高到一定程度时，包络线变为一条曲线，岩体强度将不受结构面影响而趋于各向同性体。 二、裂隙岩体的压缩强度 岩体的压缩强度分为单轴抗压强度和三轴压缩强度。 在生产实际中，通常是采用原位单轴压缩和三轴压缩试验来确定。 单结构面理论 单结构面理论 岩体的强度(σ1－σ3)随结构面倾角β的变化而变化 当β→φj或β→90°时，岩体不可能沿结构面破坏，而只能产生剪断岩体破坏。 只有当β1≤β≤β2时，岩体才能沿结构面破坏。 单结构面理论 当β＝45°＋φj／2时，岩体强度取得最低值 单结构面理论 含多组结构面，且假定各组结构面具有相同的性质时，可分步运用单结构面理论确定岩体强度包线及岩体强度。 随结构面组数的增加，岩体的强度趋向于各向同性，并被大大削弱，且多沿复合结构面破坏。 含四组以上结构