2019岩石力学ppt课件第三章 岩体力学性质.ppt
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1、第三章 岩体的力学特性,本章内容 3.1 概述 3.2 岩体结构基本类型; 3.3 岩体的结构面及其自然特征; 3.4 结构面的力学性质 3.5 岩体的变形性质 3.6 岩体的强度特性 3.7 岩体的水力学性质 3.8 岩体质量评价及其分类 基本要求 了解岩体结构的基本类型,理解岩体结构面特征; 掌握结构面的力学性质及岩体的变形性质; 理解岩体的强度特性,了解岩体的水力学性质; 掌握岩体质量评价及其分类方法;,第三章 岩体的力学性质,第一节 概述 第二节 岩体结构的基本类型 第三节 岩体的结构面及其自然特征 第四节 结构面的力学性质 第五节 岩体的变形性质 第六节 岩体的强度特性 第七节 岩体
2、的水力学性质 第八节 岩体质量评价及其分类,主要内容,岩体=结构面(弱面)+结构体(岩石块体) 结构面:断层、褶皱、节理统称,影响岩体力学性质的基本因素: 结构体(岩石)力学性质、结构面力学性质、岩体结构力学效应和环境因素(特别是水和地应力的作用),3.1 概述,3.2岩体结构的基本类型 (地质学、复习、了解),3.3岩体中的结构面及自然特征,次生结构面,3.3.1结构面类型(自学、了解、提问),火成结构面 沉积结构面 变质结构面,成因及类型,原生结构面,构造结构面,断层 节理 劈理,3.3.2结构面的自然特征,1. 充填胶结特征,几何形态特征,有充填,无充填,薄膜充填(2mm以下) 断续充填
3、 连续充填 厚层充填(数十厘米至数米),平直型 波浪型 锯齿型 台阶型,凹凸度 (量化指标),起伏度(起伏角i) 粗糙度(五级),2.,3. 空间分布特征,产状(即方位)及其变化,延展性 密集程度 组合关系,结构面的产状及其变化:结构面的走向与倾向及其变化,结构面的延展性:结构面在某一方向上的连续性或结构面连续段长短的程度。 分为非贯通性的、半贯通性及贯通性的结构面,结构面的密集程度,设取样线长度为l ,在l上 出现的节理条数为n,则 节理之间的平均间距为,裂隙度 K 切割度 Xe,20m,实例:k=4/20=0.2/m d=1/k=5m,a.单组节理(具有同一走向),(1)裂隙度K :同一组
4、结构面沿法线方向单位长度上的节理数量,d180cm 整体结构 d=30180 块状结构 d30 破裂结构 d6.5 极破裂结构 K=01/m 疏节理 K=110/m 密节理 K=10100/m 很密节理 K=1001000/m 糜棱节理,按间距分类,按裂隙度分类,两组节理的裂隙度计算图,b.两组节理,ma: 沿取样线节理平均间距;,da: 节理垂直间距;,c.多组节理,(2)切割度 Xe:节理在岩体内的贯通程度。,多处不连续切割叠加:,假设在岩体中取一平直断面,总截面积为A,其中被节理面切割的面积为a;则切割度为,3.4 结构面的力学性质,法向变形 切向变形,变形性质,强度性质,(一)法向变形
5、,1.变形特性,在法向荷载作用下,结构面间隙呈非线性减小,应力与法向变形呈指数关系。(原因),当荷载去除时,将引起明显的后滞和非弹性效应。,Kn法向变形刚度,Kn0结构面的初始刚度,趋势:n ,Kn ,(Goodman,1974),Goodman方法:,节理无抗拉强度 极限闭合量max e(节理的厚度),(1)基本假设,(2)状态方程,2. 闭合变形量计算:,原始应力,由测量时的初始条件决定; n, max结构面闭合量,最大闭合量; A, t回归参数,与结构面几何特征、岩石力学性质有关。,(二)节理的切向变形,通常有两种形式:A)粗糙(或非充填)结构面剪切变形曲线;B)平坦(或有充填物)的结构
6、面,区别及原因,见下页力学模型,结构面的剪切变形: 与岩石强度、结构面粗糙性和法向力有关,法向力不足够大 沿凸台斜面滑动 剪胀(或扩容),法向力足够大 沿凸台剪断 不产生明显剪胀,(三)抗剪强度,i,服从库仑准则:,影响抗剪强度的三个基本因素: 法向力 n 粗糙度 JRC 结构面强度 JCS 结构面抗剪强度公式(Barton和choubey, 1977):,粗糙度 JRC (目测),分维数,3.5 岩体的变形性质,法向变形特征 剪切变形特征 各向异性变形特性,岩体的变形,(一)法向变形特征:,1. 法向变形试验:,承压板法、 钻孔变形法、 狭缝法、,1)承压板法,选具有代表性的试验地点 清除浮
7、石,平整岩面 逐级一次循环法加压,岩体变形模量Em和弹性模量Eme公式:,p承受板单位面积上的压力(MPa); D承压板直径或边长(cm); 、 e相应于p下的岩体总变形和弹性变形(cm); 与承压板形状与刚度有关的系数,对圆形板0.785;方形板0.886; m岩体的泊松比。,(J. Boussineq),2)钻孔变形法,岩体的变形模量(Em) 计算公式:,U径向变形 m岩体的泊松比;,厚壁圆筒理论,对岩体扰动较小; 可在地下水位以下和相当深的部位进行; 试验方向基本不受限制,试验压力大; 可以同时测量几个方向的变形,便于研究各向异性;,优点(相对于承压板法来说):,缺点:涉及的岩体体积小,
8、代表性差。,3)狭缝法:,p作用于槽壁上的压力(MPa); 量测点A1、A2的相对位移值(cm), =y2-y1。 m岩体的泊松比;,2. 法向变形曲线及特征:,(1)直线型(弹性岩体),岩性均匀且结构面不发育或结构面分布均匀的岩体,(2)上凹型(塑-弹性岩体),含软弱夹层的层状岩体及裂隙岩体,(3)上凸型(弹-塑性岩体),结构面发育且有泥质充填的岩体。,(4)复合型:阶梯或“S”型(塑-弹-塑性岩体),结构面发育不均或岩性不均匀的岩体。,(二)剪切变形特征:,峰前变形平均斜率小,破坏位移大;峰后强度损失小。,(a)沿软弱结构面剪切,峰前变形平均斜率较大,峰值强度较高;峰后有明显应力降。,(b
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