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岩体力学总结


岩块、结构面和岩体三者的变形与强度性质 一、岩块 1.岩块的变形性质 岩块在外荷载作用下,产生变形,并随着荷载的不断增加,变形也不断增加,当荷载达到或 超过某一限度是,将导致岩块破坏。 其变形分为:弹性变形、塑性变形和流变变形。 由于其矿物组成和结构构造复杂,所以其变形性质比普通材料复杂的多。 岩块的蠕变性质:外部条件不变时,岩块的变形或应变随时间而变的现象叫流变,主要包括 蠕变

、松弛和弹性效后。 ⑴单轴压缩条件下的岩块变形性质

Ⅰ孔隙裂隙压密阶段,OA 段 Ⅱ弹性变形至微破裂稳定发展阶段,AC 段 Ⅲ、Ⅳ非稳定破裂发展阶段(或称累进性破裂阶段) ,CD 段 Ⅴ破裂后阶段,D 点后阶段 总体而言可分为两个阶段,一是峰值前阶段(或称前区) ,以反映岩块破坏前的变形特征, 其又可分为若干个小阶段;二是峰值后阶段(或称后区) ,对于该区的研究较少。 ⑵三轴压缩条件下的岩块变形性质

试验表明:有围压作用时,岩石的变形性质与单轴压缩时不尽相同。 首先破坏前岩块的应变随围压增大而增加;其次,随着围压增大,岩块的塑性也不断增大, 而且,且由脆性逐渐转化为延性。 其破坏形式大致分为:脆性劈裂、剪切及塑性流动。 2.岩块的强度性质 根据破坏时应力类型,岩块的破坏分为拉破坏、剪切破坏及流动三种基本类型。 把岩块抵抗外力破坏的能力称为岩块的强度。 由于受力状态不同,岩块的强度分为单轴抗压强度、单轴抗拉强度、剪切强度、三轴压缩强 度等。 二、结构面 1.结构面的变形性质 ⑴结构面的法向变形性质

①开始时,随着法向压力增大,结构面闭合变形迅速增加。当法向应力增到一定值时,两曲 线大致平行,说明结构面基本完全闭合,其变形主要是由岩块变形贡献。 ②试验研究表明,当法向压力约在 1/3 岩块抗压强度处开始,含结构面岩块变形由以结构面 的闭合为主转为以岩块的弹性变形为主。 ③结构面的最大闭合量始终小于结构面的张开度(e) 。 ⑵结构面的剪切变形性质 ①结构面剪切变形曲线均为非线性曲线。 同时, 按其剪切变形机理可分为塑性变形型和脆性 变形型两类曲线。 ②结构面的峰值位移受其风化程度的影响。风化结构面的峰值位移比新鲜面的大。 ③对同类结构面而言,遭受风化的结构面,剪切刚度比未风化的结构面小 1/4~1/2。 ④结构面的剪切刚度具有明显的尺寸效应。 在同一法向压力作用下, 其剪切刚度随剪切结构 面的规模增大而降低。 ⑤结构面的剪切刚度随法向应力的增大而增大。 三、岩体 岩体, 由结构面网络及其切割的岩块组成。 其性质与组成岩体的岩块和结构面以及岩体本身 所处的地质环境密切相关。

1.岩体的变形性质 在受力条件改变时,岩体的变形是岩块材料变形和结构变形的总和。 结构变形通常包括结构面闭合、填充物压密及结构体转动和滑动等变形。 在一般情况下,岩体的结构变形起着控制作用。 目前,岩体的变形性质主要通过原位岩体变形试验进行。 原位岩体试验分为静力法和动力法。静力法有承压板法、狭缝法等。 通过这些试验,测定变形量再计算变形模量 Em (MPa) ,弹性模量 E me (MPa) 。 岩体变形曲线类型及其特征 Ⅰ法向变形曲线 ⑴直线型 如图 6, ①陡直线型 说明岩体刚度大,不易变形。 ②缓直线型 反映出刚度小,易变形。 ⑵上凹型 每次加压曲线斜率增大、卸压循环次数的增加而增大,即岩体刚度随循环次数增加而增大。 还有种情形,如图 5,加压时斜率增大,但卸压时情形较陡,说明卸压后变形大部分不能恢 复,为塑性变形。 ⑶上凸型 如图 7,结构面发育且有泥质填充的岩体;较深处藏 有软弱夹层或岩性脆弱的岩体常呈现这种曲线。 ⑷复合型 结构面发育不均匀或岩性不均匀的岩体呈现此类曲 线。 Ⅱ剪切变形曲线 原位剪切试验表明,岩体的剪切曲线十分复杂。 沿着结构面剪切和剪断岩体的剪切曲线明显不同; 沿着平直光滑结 构面和粗糙结构面的剪切曲线也有差异。 影响岩体变形性质的因素 ①结构面方位 ②结构面密度 ③结构面的张开度以及填充特征的变形 2.岩体的强度性质 ⑴岩体剪切强度特征 岩体剪切强度主要受结构面、应力状态、岩块性质、风化程度及其 含水量等影响。 高应力条件下,岩体剪切强度较接近于岩块强度,而在低应力条件 下,剪切强度主要受结构面发育特征及其组合关系的控制。 ⑵裂隙岩体的强度 强度受结构面倾角影响。 当岩体内部结构面数量增加,强度特性渐趋于各向同性,而整体强 度却大大削弱,且沿着多复合结构面破坏。 一般认为,当 ? 3 接近于岩体单轴抗压强度 ? c 时,可视为各向同性 体。

岩体是指在地质历史过程中形成的, 由岩块和结构面网络组成的, 具有一定的结构并赋存一 定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体,是岩体力学的研究对象。 岩块和岩体的本质区别在于岩体中有各种各样的结构面以及不同于自重应力场的天然应力 场和地下水。 岩块指不含显著结构面的岩石块体,是构成岩体的最小单元体。 岩石是由具有一定结构构造的矿物集合体组成的。


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