岩体力学第4章.ppt

4.4.4　裂隙岩体的强度 1.单一裂隙岩体强度2.多结构面岩体的强度 1.单一裂隙岩体强度 (1)重剪破坏条件　单一裂隙岩体的重剪破坏可用单结构面理论加以阐述。(2)剪断破坏条件(3)岩体破坏的判定　如图4-38所示，结构面的强度包络线τ=σntan?j＋cj，岩石的强度包络线τ=σntan?0+c0，岩体任一点的主应力(σ1，σ3)及相应的应力莫尔圆O′。 (1)重剪破坏条件　单一裂隙岩体的重剪破坏可用单结构面理论加以阐述。 图4-37　单结构面理论分析图 (2)剪断破坏条件 图4-38　单结构面岩体强度分析 (3)岩体破坏的判定　 1)若莫尔应力圆O′上的点在结构面强度包络线下时，其理所当然在岩石强度包络线下，岩体既不会沿结构面破坏，也不会在岩体发生剪切破坏产生新的破裂面，此时结构面法线与最大主应力σ1的夹角β为2)当β满足３)莫尔应力圆O′与岩石强度包络线相切时，β为 图4-39　-β角的关系图(=常数) (1)现场试验直接求得　 通过现场试验，如利用钻孔变形法试验或承载板法试验，均可直接求得岩体变形参数。  (2)经验公式估算　 1)仅考虑岩体分类指标。2)同时考虑岩石材料与岩体评分等级。 图4-29　钻孔RQD与岩体变形模量比的关系 图4-30　岩体变形模量与RMR关系 (3)建立岩体地质力学模型　 1)正应力σn作用下的岩体变形参数。①沿法向方向加载时(见图4-31b)，σn作用下岩层岩石和层面产生法向方向变形δn与δj②沿切向方向加载时，正应力σn作用下岩体变形主要发生在岩层岩石，因此岩体的变形模量Emt和泊松比μmt分别为岩石的变形模量E与泊松比μ，即2)切应力τ作用下的岩体变形参数。 (3)建立岩体地质力学模型　 图4-31　层状岩体地质力学模型及变形参数估算 4.3.3　影响岩体变形性质与试验结果的因素 1.加载速率2.温度3.尺寸效应4.侧向压力5.各向异性 1.加载速率 岩体变形试验时，如果加载速率过快，会导致岩体变形不充分，结构面不能及时发生压碎或发生爬坡现象，相同加载速率差表现出来的法向变形和剪切变形较小，试验得出的变形模量值偏大。因此，岩体变形试验应该按一定的速率加载，直到既定的荷载等级。必须指出的是，一般岩体力学试验中的加载速率与实际岩体承受的加载速率往往不同，因此不同加载速率条件下岩石强度一直是一个重要的研究课题。 2.温度 一般来说，随着温度的增高，岩体的延性加大，屈服点随之降低。根据地热随地层深度变化情形来看，深度每增加100m，温度升高3℃，而目前的工程活动的最大深度3000m内，岩石的温度约为90℃，这一温度对岩体不可能产生显著的影响。因此，岩体工程中除一些特殊项目外，通常并不需要研究温度对岩体力学性质的影响。 3.尺寸效应 由于结构面大小相对于不同的岩体，其贯通性存在差异，即岩体结构存在相对性，相同岩性的岩石在相同的荷载条件下也会表现出不同的变形性质。在软硬互层状岩体的承压板试验中，硬岩层面法向方向加载时，如果承压板直径较大，应力可以充分传递到软岩上，会引起较大变形，相应的岩体等效变形模量较小。反之，应力如果不能很好地传递到软岩上，软岩变形不充分，变形模量则较大。图4-32为长江科学院岩基研究所周火明教授的试验成果，通过选定的软硬互层状岩体的相关试验与研究获得的等效变形模量与加载面直径的关系曲线发现，随着加载面直径的增大，等效变形模量会减小。 4.侧向压力 图4-32　岩体等效变形模量与加载面直径关系曲线 5.各向异性 各向异性的存在对岩体变形性质具有很大的影响，由于变形机制不同，竖直向分布的节理岩体变形模量明显会大于水平分布节理岩体的变形模量。垂直层面的压碎变形量主要是由岩块和结构面(软弱夹层)压密汇集而成，平行层面方向的压缩变形量主要是岩块和少量结构面错动构成。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规律的变化，层面出现在矿物联结力弱、致密度低的部位，这也是层面方向压缩变形大的又一个原因。构成岩体变形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以及节理、结构面和层面的方向性，因此，节理岩体力学性质通常呈各向异性。 4.4　岩体的强度性质 4.4.1　岩体破坏及其方式4.4.2　岩体强度及其测定4.4.3　岩体强度的估算4.4.4　裂隙岩体的强度 4.4.1　岩体破坏及其方式 1.岩体破坏2.岩体破坏方式 1.岩体破坏 岩体中某些点的破坏一旦开始，便会进入一个渐进破坏过程，即岩体可能破坏面上应力达到或超过峰值强度的特定点后，相应的峰值强度随之降低。渐进破坏同时导致另外一些特定点的应力增大至峰值强度进而该点破坏。在极限情况下，渐进破坏能使整个滑动面上的强度降低到残余强度。随着渐进破坏的发展，岩体中的微变形逐渐