岩石力学.docx
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岩石力学
岩石力学复习资料
一、绪论
1.岩石力学是解决水利、土木等岩石工程稳定性问题和研究岩石的破裂条件、规律等问题,研究岩石及岩体在不同受力状态下产生变形和破坏的规律,并在工程地质定性分析基础上,定量地分析岩石稳定性的学科。
2.岩石力学研究材料物理性4因素:
岩性、密度、湿度、水理性
力学性3定理:
抗弯抗剪性、压缩性、渗透性
3个稳定:
强度、变形、渗透
1个体系:
地基、基础、结构
4个转变:
容许应力极限状态确定性非确定性
静态动态单体分割共同工作
3.岩石:
由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体
岩块:
不含显著弱面(结构面)的岩石块体,是构成岩体的最小岩石单元,具有一定结构构造的矿物结合体
基岩体:
是一定工程范围内的岩石综合体(自然地质体)称为岩体。
本岩体=结构面+结构体(岩体结构两个基本要素)结构体即为岩石(岩块)
概结构面:
即岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面(包括物理分界面和不连续面)
念结构面直接决定岩体额强度,渗透性、完整性
结构体:
由不同产状的结构面组合切割而形成的单元体称为结构体(就是被结构面所包围的完整岩石)
4.岩石概念:
岩石是矿物的集合体,其特征可以用岩块表示,岩石则是由一种岩石或多种岩石组成的组合体
岩体结构:
岩石与岩体最重要的区别为:
岩体包含若干不连续面(节理、裂隙、孔隙)
区别强度:
岩体的强度远低于岩石强度
特性:
岩体不均匀性、不均一性(非均质各向异性),存在原始应力场,存在一个裂隙系统
岩石既不是连续介质又不是非连续介质
岩石力学应用范围:
(1)工程岩体力学
(2)破碎岩体力学(3)构造岩体力学
工程事故原因
(1)理论落后于实践,安全问题,评价正确性难以验证
(2)生产力水平发展凸显了一系列岩石问题
岩石力学研究方法:
室内试验(岩石的拉压弯剪扭试验模拟)和现场(野外)试验研究地质与结构特征
二、岩石的物理力学性质
1.岩石的结构和构造岩石的构造则指的是各种不同结构的矿物集合体的各种分布和排列方式
岩石的结构是指矿物颗粒的形状,大小和联结方式所决定的结构特征
粒间联结结晶联结:
矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起,通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触
胶结联结:
矿物颗粒通过胶结物联结在一起
硅质胶结>铁质、钙质>泥质胶结
2.岩重度:
岩石单位体积(包括岩石中孔隙体积)的重量,可分为干重度、天然重度、饱和重度,浮重度
石取决于岩石的矿物成分、孔隙大小以及含水量、埋藏深度,矿物之间的联结,靠近地表重度小。
基岩石重度越大,其力学性质越好。
测定方法:
天然:
水中称量;干重度:
烘干法,饱和:
浸水法
本密度:
岩石单位体积(包括岩石中孔隙体积)的质量,可分为干密度、天然密度、饱和密度
力通常试验室采用比重瓶法或水中称重法测定岩石颗粒密度,采用量积法、水中称量法或蜡封法测定岩石块体密度
学相对密度:
岩石的干重量除以岩石的实体积所得的量与1个大气压下4度时纯水的重度比值
性岩石的相对密度可用比重瓶法测定,大部分岩石的相对密度在2.5—2.8之间。
质孔隙率:
岩石试样中孔隙体积与岩石试验总体积的百分比
孔隙比:
指孔隙的体积与固体的体积的比值
含水率:
岩石中水的质量与固体颗粒比值的百分数表示:
表征岩石干湿程度,含水状态的指标量
吸水率:
指岩石在大气和室温条件下吸入水的质量与岩石固体颗粒质量之比的百分数表示
物理含义:
反映岩石的吸水能力指标,间接反映岩石内孔隙多少,工程上作为判断岩石抗冻、风化程度的指标。
测定方法:
取烘干岩样浸水48小时后与烘干24小时的岩样
影响因素:
取决于岩石含孔隙的多少及细微裂隙的连通情况。
饱和吸水率是岩样在强制状态下,岩样的最大吸水的质量与岩样固体颗粒质量比值的百分数。
饱水系数是指岩石吸水率与饱和吸水率的比值,Kw一般在0.5~0.8之间,该参数对于判别岩石的抗冻性具有重要意义。
Kw<0.91水尚有膨胀和挤入剩余的敞开孔隙和裂隙的余地;Kw>0.91,冰劈作用。
岩石的渗透性:
指在水压力作用下,岩石的孔隙和裂隙透过水的能力,可用渗透系数衡量,渗透系数的大小取决于岩石的物理特性和结构特性(孔隙裂隙大小、开闭程度、连通情况,渗透具有各项异性,渗透系数难测准。
渗透系数反应了岩石中孔隙和裂隙的大小,贯通程度。
岩石的膨胀性:
指岩石浸水后体积增大的性质,例如某些含黏土物质(蒙脱石、水云母,高岭石)的软质岩石,经水化作用内部生成水化膜,并产生楔劈效应,当楔劈作用力大于结构联结力,岩石显示膨胀性,可通过室内膨胀试验(平衡加压法、压力恢复法、加压膨胀法)来确定,目前国内大多采用土工压缩仪和膨胀仪测定
岩石的崩解性:
指岩石与水相互作用时失去粘结性并变成完全丧失强度的松散物质的性能。
水化作用削弱了岩石内部结构联结。
一般用岩石的耐崩解性指数表示。
测定方法:
干湿循环测定仪,本实验针对风化严重、可溶岩、黏土胶结质的岩石,是划分此类岩石质量等级的重要参数
岩石的软化性:
指岩石与水相互作用时强度降低的特性,作用机理:
水分子进入粒间间隙而削弱粒间联结。
影响因素:
与矿物成分、粒间联结方式、孔隙率以及微裂隙发育程度有关,用软化系数表示,软化系数越小,岩石受水影响越大,强度比值。
岩石的抗冻性:
岩石抵抗破坏的性能,通常用冻融系数表示。
岩石反复冻融后强度降低的主要原因:
一是构成岩石的各种矿物膨胀系数不同,温度变化,矿物膨胀不均导致岩石破坏,二是当温度降低到0度以下,岩石孔隙水结冰,体积增大约9%,会产生很大膨胀压力,使岩石的结构发生改变,直至破坏。
抗压强度降低不大于25%,重力损失不大于5%,才算是抗冻性好的岩石
岩石强度:
岩石材料受力破坏时所能承受的最大荷载应力。
岩石的强度取决于多种因素,岩石结构,风化程度、水、温度、围压大小、各项异性以及试样形状和尺寸等
岩石的抗压强度单轴抗压强度:
岩石在单轴压力作用下所能承受的最大压应力RC
单斜面剪切破坏脆性破坏:
拉伸破坏、剪切破坏、劈裂破坏
破坏形式延性破坏
柱形劈裂破坏:
张拉破坏(岩石的抗拉强度远小于抗压强度)
圆锥形破坏(X状共轭斜面剪切破坏):
端部效应,压板两端存在摩擦力,端面摩擦力限制试样的横向膨胀,改变端部应力状态
延性破坏:
拉伸破坏,轴向压应力作用下,在横向产生拉应力,横向拉应力超过岩石抗拉极限,泊松效应。
主要影响因素岩石自身因素(结构、构造、胶结、风化程度、含水)
实验条件因素试件几何尺寸形状及加工精度,主要体现在高径比和横断面积,一般认为h/d在2~2.5之间为宜,尺寸越大强度越低
加荷速度,速度越大,强度偏高
环境因素:
温度和湿度影响温度大于180度温度越高,强度越小
三轴抗压强度:
影响因素:
侧压力影响---围压越大,轴向压力越大
加载路径(应力路径)
孔隙水压力,使有效压力(围压)减小,强度降低
真/假三轴实验装置
岩石的抗剪强度:
是指岩石抵抗剪切破坏的极限能力,是岩石力学性能的重要指标之一,常以粘聚力c
和内摩擦角这两个抗剪参数表示。
实验方法:
室内(直剪试验,楔形剪切试验,三轴压缩强度试验)
强度类型抗剪断强度:
指试件在一定的法向应力作用下,沿预定剪切面剪断时的最大剪应力
抗切强度:
指试件上法向应力为0时,沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。
(非限制性剪切强度试验)
摩擦强度:
指试件在一定的法向应力作用下,沿已有破裂面再次剪切破坏时的最大剪应力(限制性)
抗剪强度与正应力呈一次直线关系
岩石的抗拉强度:
指岩石试件在单轴拉力作用下抵抗破坏的极限能力,在数值上等于破坏时最大拉应力值
两种方法:
直接抗拉试验,劈裂法:
试验时沿着圆柱体岩石试样的直径方向施加一对线性荷载,
试件受力后可能沿着试件直径贯穿破坏
岩石强度准则:
岩石强度理论是确定岩石破坏时的应力状态
(1)岩石破坏形式:
一是脆性破坏,特点:
岩石达到破坏时不产生明显变形
二是塑性破坏:
破坏时会产生明显的塑性变形而不呈现明显的破坏面
(2)莫尔库伦准则:
根据莫尔强度理论,在判断材料内某点处于复杂应力状态下是否破坏时,只要做出该点的莫尔应力圆,如果所做的应力圆在莫尔包络线以内,该点没有破坏;刚好相切,开始破坏,此点称为极限平衡状态。
大主应力作用面与破坏面夹45°+φ/2,大主应力方向与破坏面夹45°—φ/2
格里菲斯准则:
拉伸破坏、脆性。
岩石的变形:
指在物理因素作用下岩石形状和大小的变化
(1)应力应变曲线:
四个阶段压密阶段:
岩石中初始的微裂隙受压闭合
近似于线弹性工作阶段:
非弹性阶段:
平行于荷载方向开始逐渐生成新的微裂隙以及裂隙的不稳定
破坏阶段
(2)切线模量:
就是该点在曲线上切线的斜率
割线模量:
就是该点割线的斜率(割线:
原点到该点的连线)
(3)如果逐渐加载至某点,然后再逐渐卸载至0,应变也退至0,但卸载曲线发生变化,这时产生了滞回效应
加载曲线和卸载曲线围成塑性滞回环。
变形分类弹性变形:
在加载后卸载,能恢复到原状的变形。
塑性变形、残余变形或永久变形:
外力撤除后岩石的外形和尺寸不能完全恢复而产生变形
残余强度:
破坏后的岩石仍可能具有一定的强度,从而也具有一定的承载能力,该强度称为岩石残余强度
材料分类线性弹性材料
完全弹性材料
加、卸载形成回滞环的弹性材料
弹塑性材料
反复加载与卸载条件下岩石的变形特性
对具有弹塑性特性的岩石,在反复多次加载与卸载循环时,所得到的应力应变曲线具有以下特点
(1)加、卸载循环次数越多,岩石越接近弹性变形。
(2)加卸载循环次数足够多时,卸载曲线与其后一次再加载曲线之间形成的滞回环的面积将越来越小。
(3)如果多次反复加载卸载循环,每次施加的最大荷载比前一次循环的最大荷载大,随着循环次数增加,塑性滞回环的面积也有所扩大,卸载曲线的斜率也逐次略有增加,这个现象称为强化
此后,每次卸载后再加载,在荷载超过上一次循环最大荷载以后,变形曲线仍沿着原来的单调加载曲线上升,这就是所谓的岩石具有记忆效应。
真三轴压缩试验应力应变曲线
特征:
(1)当σ2=σ3,随着围压的增大,岩石的塑性和岩石破坏的强度、屈服极限同时增大。
(2)当σ3=c(常数),随着σ2的增大,岩石的强度和屈服极限有所增大,而岩石的塑性降低
(3)σ2为常数时,随着σ3的增大,岩石的强度和塑性有所增大,但屈服强度并无变化。
曲线:
体积应变就是三个主应变之和,当轴向应力σ1较小时,岩石符合线弹性材料的性状。
体积随着压力的增加而减小,当压力大约达到强度的一半时,体积应变开始偏离线弹性材料的直线,
随着应力的增加,偏离程度越来越大,在接近破坏时,使得岩石在压缩阶段的体积超过其原来的体积
产生负的压缩体积应变,通常称之为扩容,就是体积扩大的现象。
扩容的原因是由于岩石试件内部细
微裂缝的形成和扩张所致,这种裂隙的长轴与最大主应力的方向是平行的
岩石的流变:
指岩石矿物组构(骨架)随时间不断调整重组,其应力、应变状态也随时间而持续变化的性质
蠕变:
指在应力恒定的情况下岩石变形随时间发展的性质。
蠕变曲线初始蠕变阶段:
应变与时间大致呈对数关系
稳定蠕变阶段:
应变与时间近于线性关系
非稳定蠕变阶段:
导致岩石的迅速破坏
存在一临界荷载,当荷载小于这个临界荷载时,岩石不会发展到蠕变破坏,而大于这个临界荷载时,岩石会持续变形,并发展到破坏,这个临界荷载叫做岩石的长期强度
蠕变模型:
弹性单元
塑性单元
黏性单元
松弛:
指在应变保持恒定的情况下岩石的应力随时间而减少的性质。
分类立即松弛:
应变保持恒定下,应力立即消失到0
完全松弛:
应变保持恒定下,应力逐渐消失,直至应力为0
不完全松弛:
变形保持恒定后,应力逐渐减小,但最终不完全消失,而是趋于某一定值
极端情况:
应变保持恒定后应力始终不变
长期强度:
通常把作用时间趋于无穷的强度称为长期强度
当评价永久性或使用期长的岩石工程的稳定性时,不应以瞬时强度而应以长期强度作为岩石强度计算指标
黏滞效应:
滞后效应:
在加载过程中变形随时间增长
弹性后效:
卸载后变形随时间逐渐恢复
过程:
加载时继瞬时发生的弹性变形后,仍有部分后续的黏性变形随时间增长;此外,在一定应力水平持续作用下,在卸载后,这部分黏性变形虽属可恢复的,但其恢复过程需要一定的滞后时间。
第三章、岩石的力学特性
原生结构面:
指在成岩过程中所形成的结构面
岩浆结构面(火成):
指岩浆侵入及冷凝过程中所形成的原生结构面
(岩浆岩侵入时的温度条件及围岩的热容量性质,决定这类接触面的融合和胶结情况)
产状:
接触带延展强,原生节理延展不强,粗糙起伏
特征:
冷凝原生节理常具有张性破坏面特征,发育深度有限,一般不会造成大规模破坏
沉积结构面:
指沉积过程中所形成的物质分界面,包括层面、软化夹层及沉积间断面
海相岩层中:
延展范围广、分布稳定陆相岩层中:
交错状、易尖灭
特征:
层面、软弱夹层等结构面较为平整,沉积间断面多由碎屑、泥质物质构成,不平整
产状:
与岩层相同
变质结构面:
在区域变质作用中形成的结构面,如片理、片岩夹层。
产生原因:
伴随强烈的地壳运动,在较广阔的空间中进行的动热变质作用
影响因素:
变质作用与深度有关。
产状与岩层一致。
特征:
延展性差,分布密集,除板理外,其余都较粗糙
构造结构面:
指岩体受地壳运动(构造应力)作用所形成的结构面。
形态:
大小不一、宽窄不一、起伏粗糙不一、充填不一
影响因素:
性质与力学成因、规模、多次构造变动有关
类型断层:
一般指位移显著的构造结构面
分类张性断层:
由张应力或与张断层平行的压应力形成
特征:
张裂面上参差不齐、宽窄不一、粗糙不平、很少擦痕,常充填有附近岩层的岩石碎块
平行的张裂面往往形成张裂带
压性断层:
主要指压性逆断层、逆掩断层
特征:
破裂的压性结构面沿走向、倾向一般呈舒缓波状,断层面上常有与走向大致垂直的逆冲擦痕。
断层面上矿物呈片状排列和定向排列,一系列压性断层平行集中出现,构成挤压断层带
剪性断层:
主要指平移断层,也包括一部分正断层
特征:
剪裂面产状稳定,断层平面光滑,有时呈镜面出现;断面上有平移擦痕;剪裂面常成对存在,为共轭的X形断层,平移断层往往咬合力小,摩擦系数低,含水性导水性一般,正断层反之。
节理:
也称裂隙,是岩体受力断裂后两侧岩块没有显著位置的小型断裂构造
应张节理:
岩体在张应力作用下形成的一系列裂隙的组合
力特点:
裂隙宽度大,裂隙面延伸短,尖灭较快,曲折,表面粗糙,分布不均
分剪节理:
岩石在剪应力作用下形成的一系列裂隙的组合
特点:
通常以相互交叉的两组裂隙同时出现,为共轭节理,裂隙闭,裂隙面延伸远且方位稳定
一般较平直,有时有平滑的弯曲,无明显曲折;面光滑,常具有磨光面、擦痕、阶步、羽裂
层面节理:
指层状岩体在构造应力作用下,沿岩层层面破裂而形成的一系列裂隙的组合
特点:
岩层在褶皱发育的过程中,两翼岩层的上覆面与下腹面发生层间滑动,使形成剪性层面节理
而在层间发生脱节,形成张性层面节理。
劈理:
在地应力作用下,岩石沿着一定方向产生密集的、大致平行的破裂面破开的现象
概劈面:
把组成劈理的破裂面称为劈面
念微劈石:
相邻劈面所夹的岩石薄片
劈面距离:
相邻劈面的垂直距离,0.1---10cm
劈理的密集性,与岩性和厚度等因素有关,较厚的岩层中的劈理相对薄层的岩层稀疏些
次生结构面指岩体在外营力(风化、卸荷、地下水等)作用下形成的结构面
特征:
地表附近,微裂隙,发育多呈无序状的不平整的、不连续的状态。
类型风化裂隙:
是由风化作用在地壳的表部形成的裂隙
特点:
裂隙延伸短而弯曲或曲折;裂隙面参差不齐,不光滑,分支分叉较多,裂隙分布密集
相互连通,呈不规则网状;裂隙发育随深度增加而减弱。
风化作用影响:
是岩石脆弱的地方产生新的裂隙,使岩体中原有的软弱面扩大、变宽
岩石风化层:
实际上是分布于地壳表层的软弱带。
由密集的风化裂隙➕裂隙间岩块被化学侵蚀
普遍存在地壳表层的一定深度,大致10---15m范围内。
卸荷裂隙:
指岩体的表面某一部分被剥蚀掉,引起重力和构造应力的释放或调整,使得岩体向
自由空间膨胀而产生的平行于地表面的张裂隙。
产状:
与临空面有关,多为曲折的、不连续的状态;裂隙充填物包括水、气、泥质碎屑,其宽窄不一,变化多端,结构面多呈粗糙。
应力变化、人工爆破等作用也可生成次生结构面。
结构面的张性结构面:
由拉应力形成。
力学成因纵张破裂面常发生在背斜轴部,走向与背斜轴近于平行,呈上款下窄
类型横张破裂面走向与褶皱轴近于垂直,形成机理与单向压缩条件下的沿轴向发展的劈裂相似
特点:
张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙,起伏度大及破裂带较宽,其构造岩多为角砾岩,易被充填,因此常含水丰富,导水性强。
压性结构面:
由压应力形成。
特点:
一般呈舒缓波状,断层面上常有与走向垂直的逆冲擦痕。
剪性结构面:
由剪应力形成,破碎面两侧岩石产生相对滑移。
特点:
连续性好,面较平直,延伸较长并有擦痕镜面现象发育。
原生软弱夹层沉积软弱夹层:
沉积同生的黏土夹层、页岩夹层、泥灰岩夹层、石膏夹层等
特点:
其产状与岩层相同,厚度较薄,力学性质最差,延续性较好,但也有尖灭的。
含黏土
矿物多,细薄层理发育,易风化与泥化软化,抗剪强度低,压缩较大,失水干裂。
变质软弱夹层:
常见于沉积变质岩地区,由变质岩构造决定,产状与岩层一致,但多呈波状
弯曲或延续性差,遇水作用后性质变化不明显,其主要成分为片状矿物或柱状矿物。
火成软弱夹层:
常见于喷出岩或溢出岩地区。
特征:
呈层状或透镜体状,厚度薄,遇水易软化,抗剪强度低
构造软弱夹层:
主要是沿原有的弱面或软弱夹层经构造错动而形成的,也有的沿断裂面错动或再次错动而成
(1)断层软弱带形成:
首先生成节理面或节理密集带,之后产生位移,进而发展成为断层,特别是脆性岩体的大断层,会形成一个相当规模的断层软弱带(断层破碎带、断层影响带),断层破裂带之外为断层影响带
岩
体
软
弱
夹层成因类型
断层破裂带一般由上盘侧与下盘侧两个滑动面围限着一个破碎带,由构造应力形成的构造岩为其总特征。
断层影响带的构造岩石主要是碎裂岩和碎块岩,宽度数米到数十米,透水性很大
(2)断层软弱带的宽度变化分为:
断层破裂带宽度变化和断层影响带宽度变化
断层破裂带宽度变化与构造应力性质、大小、岩性有关;断层破碎带宽度大,断层影响带宽度也大;断层上盘影响带的宽度较大,压性断层,特别是逆掩断层最明显,断层通过脆性岩石常比通过塑性岩石的影响带宽度大
次生软弱夹层:
是沿着薄层状岩石、岩体间接触面或原有软弱面或软弱夹层,由次生作用参与形成的软弱夹层。
次生作用风化作用风化夹层夹层风化:
易于风化的岩石,经风化形成的软弱夹层。
特点:
与岩层产状一致或受岩体产状的制约,在风化带里延续性较好,随深度的增加延续性减弱;夹层物质松散、破碎,含风化泥质物
断裂风化:
那些节理、断层经过风化形成的软弱夹层
特点:
产状受节理、断层产状制约,仅限于地表附近的风化带中,其物质
松散、破碎,含风化泥质物
地下水作用泥化夹层:
厚度较薄的塑性岩层,受到通过厚度较大、断裂比较发育的上覆脆性岩层的水流涌道而来的地下水作用,溶蚀、软化而成。
夹层泥化化
特点:
产状与岩层产状一致,延续性强,,但各段泥化程度不同,泥化物质呈塑性,粒径均匀,易压缩,抗剪强度很低,具有时效性恒定荷载产生蠕动变形
次生夹泥:
沿着层面或断裂面,由地下水渗入带来并沉积下来的黏土构成
特点:
具有塑性,呈流态,压缩性很强,抗剪强度很低,产状受原岩或断裂而制约,延续性差,近地表发育,常见于河谷两侧,埋深仅在地下水活动范围。
充填胶结特征结构面无填充:
闭合状态,岩块接合较紧密,强度与结构面两侧岩石的力学性质和结构面的形态及粗糙率有关
结构面有填充成分硅、铁、钙、部分岩脉充填,强度不低于岩体强度
黏土充填,特别是含润滑性矿物(蒙脱石、高岭石等)力学性质最差。
含非润滑性质矿物(石英、方解石)力学性质较好
结构面的自然特征
粒度:
粗颗粒含量越高,力学性能越好。
薄膜充填:
由风化矿物和应力矿物组成
厚度断续充填:
力学性质取决于充填物物质组成、结构面的形态及侧壁岩石力学性质
连续充填:
强度取决于充填物物质组成及侧壁岩石力学性质。
厚层充填:
特点充填物厚度大,易形成软化带,造成岩体失稳
形态特征平直形:
变形、破坏取决于结构面上的粗糙度、充填物质成分、侧壁岩体风化程度等,i=0°
波浪形:
变形、破坏取决于起伏角、起伏伏度、岩石力学性质、充填情况等i=10°~20°
锯齿形:
变形、破坏取决基本与波浪形相同
台阶形:
变形、破坏取决于岩石力学性质,这类结构面起伏角为90°多系层间错动后经断层而成。
研究结构面的形态主要是研究其凹凸度与强度的关系。
主要是抗剪强度关系。
根据规模大小,可将它分为两级
第一级:
起伏度起伏角越大,抗剪强度越大
第二级:
粗糙度,反映面上普遍微量的凹凸不平状态,一般可分为极粗糙、粗糙、一般、光滑、镜面5级
结构面的空间分布:
大体上指结构面的产状及其变化、结构面的延展性、结构面密集的程度、结构面空间组合关系
结构面的产状及其变化是指结构面的走向、倾向与倾角及其变化
结构面的延展性指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。
可用切割度Xe表示Xe越小,岩体连续性越好
可分为三种形式:
非贯通性、半贯通及贯通性的结构面。
结构面的展延性可用切割度来表示
结构面密度:
指岩体中结构面发育程度,可用结构面线密度、间距和体密度表示
结构面的张开度:
指结构面裂口开口处张开的程度,一般在相同边界条件受力情况下岩石越硬,结构面间距越大,
张开度越大,岩石越松散
变形性质法向变形压缩变形特征:
在法向荷载作用下,粗糙结构面接触点数和接触面积随荷载增大而增加,
结构面间隙呈非线性减小,应力与法向变形之间呈指数关系,应力增加,变形增加
岩石本身力学性质
法向刚度kn影响因素应力水平、受力历史
粗糙结构面接触点数,接触面积
结构面两侧岩石的啮合程度
拉伸变形曲线特征结构面受压时曲线向左移动,呈指数或双曲型,受拉向右移动
结构面抗拉强度较抗压强度小很多,结构面遵循无拉力准则
剪切变形:
在一定法向应力作用下,结构面在剪切作用下产生切向变形
曲线两种形式塑性变形---对于平坦有填充且厚度大于主力凸台高度,初始阶段剪切变形曲线呈下凹形,
随剪切变形的持续发展,剪切应力逐渐升高,但没有峰值最终达到恒定值
脆性变形-----非填充,粗糙且硬性结构面,充填厚度小于主力凸台高度,随剪切变形发生,剪切应力相对上升较快,当达到剪应力峰值后,结构面抗剪能力出现较大的下降,并产生
不规则峰后变形或滞滑现象
通常将弹性区单位变形内的应力梯度称为剪切变形刚度,对于较坚硬的结构面,剪切刚度一般为常数;对于松软结构面,剪切刚度随法向应力的大小改变
剪胀:
剪切过程中产生的法向移动分量
结构面的剪切变形与岩石强度、结构面粗糙度和法向应力大小有关
影响结构面力学性质因素:
尺寸效应
前期变形历史
后期充填性质
分类目的:
通过分类,概
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- 岩石 力学