浅谈混凝土坝坝基岩体力学参数
中水东北勘测设计研究有限责任公司地质处
二oo八年一月
目录
1、坝基岩体力学参数
2、SDJ21-78（试行）的补充规定送审稿的岩石工程分级
3、送审稿对于坝体混凝土与基岩接触面抗剪参数的依据和确定。
3.1依据
3.2确定
4、设计规范与勘察规范相比较
4.1分类指标及岩体特征
4.1.1分类指标
4.1.2岩体特征
4.2混凝土与岩体面抗剪参数
5、坝体岩体抗剪强度试验值，建议值与地质规范相比较
6、岩体变形模量试验
7、小结
1、坝基岩体力学参数
混凝土坝基岩体与混凝土接触面和岩体抗剪参数表1－1。
混凝土坝设计规范提出岩体与混凝土接触面抗剪断参数是根据I、II类岩体试验值（峰值平均值）打了折扣提出的，III、IV类岩体逐级下降。岩体抗剪断参数未见说明，II~IV类围岩与公路设计规范基本一致。
2、SD21-78（试行）的补充规定送审稿的岩石工程分级
坝体混凝土与基岩接触面抗剪断参数计算值表2－1。
表2－1
3、送审稿对于坝体混凝土与基岩接触面抗剪断参数的依据和确定
3.1依据
1）将近年来及以往国内40个大、中型水利水电工程，百余组混凝土与基岩接触面统计，将表列f′、C′值，若基岩内无软弱夹层或软弱结构面时，中等以上岩石与150#混凝土以上接触面的抗剪断强度比较集中f′=1.0~1.5 ，C′=3.0~15 Kg/cm2。C′值较低者多数为软弱岩体，例如大化坝基的泥岩夹灰岩，八盘峡坝基的粘土质砂岩以及葛洲坝的粘土质粉砂岩等。
2）梅剑云统计56个工程148组混凝土与坚硬岩石胶结面的试验
资料，提出保证率95%时，f ′=1.25~1.52 ，C′=12.40~15.33 Kg/cm2。（I、II）
3）英国哈兰法?林克统计16个国家55组混凝土与基岩基础面的抗剪试验，除去泥灰岩、强风化岩石、岩石节理或层理等很低且分散时，大多数f ′=1.0~1.5 ，C′=4~16 Kg/cm2。
4）前苏联尤??何?菲什曼统计了23个工程30组试验成果，
f ′=1.0~1.5，C′=4~16 Kg/cm2。
5）美国垦务局77年“混凝土重力坝设计准则”，认为混凝土与岩石接触面及岩石内部的凝聚力和内摩擦力，都由实验和现场试验来测定，但仍以室内试验为主，现场只做少量节理面抗剪强度试验，还认为较完整岩石与混凝土之间的抗剪强度一般不是控制面，可以采用混凝土之间的指标f ′=1.0，C′值为0.1混凝土抗压强度（一般说C′值偏大，我国提出0.065~0.070）。
6）日本相当于我国中等及以上岩石抗剪断强度f ′=0.8~1.43
C′=2.0~4 MPa，（日本混凝土强度为300#，我国为150~200#）。
总体中等以上岩石的f ′、C′比较接近。
3.2确定
依据《水利水电工程地质勘察规范GB50287-99》、《水利水电工程岩石试验规程Sl264-2001》、《水利水电坝基岩石开挖施工规范》等规范岩块单轴饱和抗压强度大于600Kg/cm2，变形模量超过10×104Kg/cm2好岩石，前述坚硬岩石与混凝土胶结面的抗剪断强度指标f ′=1.25~1.52 ，C′=12.40~15.3 Kg/cm2（峰值平均值，下同）。将好
岩石以上的岩石抗剪断指标上限值定为f ′=1.5 ，C′=15 Kg/cm2，下限指标定为f ′=1.0 ，C=9 Kg/cm2，其下限分别比平均值降低20%和27%。中等岩石的抗剪断指标70~85%以上，f ′=1.0，C′=8 Kg/cm2，下限值定为f ′=0.9，C′=7 Kg/cm2。较差的岩石抗剪断指标下限值
f ′=0.7，C′=3 Kg/cm2，上限指标不超过中等岩石，这种岩体只能修中等高度中较低的坝和低坝，一般坝高40m以下的坝，即使取用较小的抗剪断和凝聚力，对坝的稳定起重要作用。
4、设计规范与勘察规范相比较
4.1分类指标及岩体特征
4.1.1分类指标
设计规范以岩块单轴饱和抗压强度（Rb），岩体变形模量（E r）及岩体纵波速度（Vp）为依据，而Vp要求偏高。
地质规范以岩块单轴饱和抗压强度（Rb），岩体变形模量（E0）为依据。把I类岩石的Rb >100 MPa，降为＞60 MPa。
4.1.2岩体特征
设计规范岩体工程分类，岩性特征见表4－1。
地质规范坝基岩体工程地质分类见勘察规范附录L（略）。
两个规范岩体分类岩体特征差别如下：
I类岩石
设计规范要求Rb>100MPa ，裂隙面间距大于100cm，为新鲜岩石。地质规范要求Rb>60MPa，结构面间距大于100cm或一般为100~50cm。
II类岩石
设计规范要求Rb=100~60MPa，裂隙面间距100~50cm，为微风化岩石。地质规范要求Rb>60MPa或Rb=60~30MPa，要求岩体结构特征同I类，具备相同力学性质，结构面间距100~50cm或50~30cm。
III类岩石
设计规范要求Rb=60~30MPa，裂隙间距50~30cm，为弱风化岩石。地质规范将III类岩石分为III1和III2。Rb>60MPa；III1类结构面间距50~30cm，岩体较完整，岩体中分布有缓倾角或倾角（坝肩）的软弱结构面或存在影响坝基或坝肩稳定的楔体或棱体；III2类结构面间距30~10cm，岩体完整性差，岩体抗滑，变形受结构面的抗剪强度控制。Rb=60~30MPa：III1类岩体结构特征基本同II类；III2类结构面间距50~30cm，多闭合，岩块间嵌合力较好，贯穿性结构面不多见。Rb>15MPa：III类结构面间距大于100cm，岩体呈各向同性力学特征。
IV类岩石
设计规范要求Rb=30~15MPa，裂隙间距小于30cm，为强风化岩。地质规范将IV类岩石分为IV1和IV2。Rb>60MPa；IV1类结构面间距30~10cm或小于10cm，存在不稳定岩体，不宜作高坝地基；IV2类结
构面间距小于10cm，多张开，夹碎屑和泥，岩块向嵌合力弱，不宜作高坝坝基。Rb=60~30MPa；IV1类结构面间距30~10cm或小于10cm，存在不稳定岩体，不宜作高坝坝基；IV2类结构面间距小于10cm，结构面张开，岩块向嵌合力差，不宜作高坝坝基。Rb>15MPa IV类结构面间距30~10cm或Rb<15MPa IV类结构面50~30cm，均不宜作高坝坝基。
4.2混凝土与岩体接触面抗剪断参数
设计规范（送审稿）各类岩石工程分级抗剪断参数不衔接，有重复现象。例如I级岩石f ′=1.5~1.2，C′=1.5~1.1MPa；II级岩石
f ′=1.3~1.0 ，C′=1.3~0.9 MPa；造成使用时可以产生不确定性。例如f ′=1.3 ，C′=1.2 MPa，按指标可定为I级或II级。
地质规范各类岩体抗剪断参数能衔接，不产生重复现象。例如I 类岩体：1.50≥f ′>1.3 1.50≥C′>1.3 MPa，II类岩体1.30≥f ′>1.10 1.30≥C′>1.10 MPa。I、II类岩体抗剪断参数比设计规范有所提高，III、IV类岩体基本相同。
5、坝基岩石抗剪强度试验值，建议值与地质规范相比较。
水利水电工程地质勘察规范（GB50287-1999）P55
混凝土坝基底面与基岩面的抗剪断强度或抗剪强度取值应符合下列规定：
1）当试件呈脆性破坏时，坝基抗剪断强度取值：拱坝应采用峰值强度的平均值作为标准值；重力坝应采用概率分布的0.2分值作为
标准值或采用峰值强度的小值平均值作为标准值，或采用优定斜率法的下限作为标准值。抗剪强度应采用比例极限强度作为标准值。
2）标准值应根据基础底面和基岩接触面剪切破坏性状、工程地质条件和岩体应力进行调整，提出地质建议值。
3）对新鲜、坚硬的岩浆岩，在岩性、起伏差和试件尺寸相同的情况下，也可采用坝基混凝土标号的6.0~7.0%估算凝聚力。
4）规划、可行性研究阶段当坝基岩体力学参数试验资料不足时，可根据表D.0.3结合地质条件进行折减,选用地质建议值。
现将地质勘察规范发颁前有关电站坝体岩体抗剪强度试验值，建议值与地质规范比较。
5.1临江坝址
坝基混凝土与岩石抗剪断在平洞内进行3组试验，计15块试件。岩性为侏罗系安山碎屑凝灰岩，为坚硬岩石，岩石多呈弱风化状态。节理以较发育为主。具脆性破坏特征，由于C′值较高，剪断时剪切位移仅0.3mm。试验成果见表5－1。
表5－1
用解析法和最小二乘法计算抗剪断平均值和小值平均值，见
表5－2。
建议值见表5－3。
表5－3
试验点基本为III类岩体，f ‘值（小值平均值）偏高，不宜采用，C′值偏于安全。
5.2白山水电站
拱坝。坝基岩石为太古界混合岩，岩石呈微风化~新鲜状态。混凝土与岩体抗剪断试验成果见表5－４。
表5－4
设计采用值：微风化~新鲜岩石f ′=1.13，C′=1.04MPa；微风化~新鲜岩石f =0.75，C=0；弱风化岩f =0.65，C =0。
坝基为II类岩体，C′值采用值偏低；微风化~新鲜岩石抗剪指标是以往采用的最高值。
5.3棉花滩水电站
福建省永定县境内，拱坝，最大坝高115m。坝基岩石为燕山三期黑云母花岗岩。混凝土与岩体抗剪断试验成果见表5－5。
表5－5
混凝土与岩体抗剪断强度算术平均值见表5－6
表5－6
混凝土与岩体抗剪（断）强度建议值见表5－7。
表5－7
混凝土与岩体抗剪断试验，混凝土强度对不同风化程度的C′值是不一样的，如果混凝土与弱风化岩体的C′值是混凝土强度的0.04~0.07倍，平均为0.05倍，而混凝土与微风化岩体的C′值是混凝土强度的0.09倍。
混凝土与弱风化岩石抗剪断试验C′=1.0~1.08MPa，建议值采用1.1MPa偏高。f ′值是试验值的0.68~0.82，平均为0.74。
混凝土与微风化岩抗剪断试验，f ′值是试验值（150#混凝土）的0.80~0.97，平均为0.91，其余值（200#、250#混凝土）是按类比法建议的。
混凝土与新鲜岩石抗剪断试验及各类岩石的抗剪断试验的强度建议值均是按经验或类比法提供的。
岩体直剪试验在平洞内对弱、微风化岩体各作了３组，由于断裂面凸凹不平，而引起的咬合力，成果普遍偏大，无法使用。岩体抗剪断强度建议值见表5－8
C′值建议值偏高。
5.4石龙水电站
混凝土重力坝，最大坝高43ｍ。坝基岩石为弱风化熔岩凝灰岩，岩质坚硬。坝基岩体抗剪指标建议值：混凝土／岩石f ′=1.1，
C′=1.0 MPa；岩石／岩石f ′=1.2 ，C′=1.9 MPa。岩石／岩石的C′值偏高。
5.5沙溪口水电站
福建闽江支流西溪上，混凝土重力坝，最大坝高40m。前震旦系云母石英片岩，混凝土／岩体建议值f ′=1.1~1.2，C′=0.9~1.0MPa，云母石英片岩片理面建议值f ′=0.60，C′=2.0 MPa，C′值偏高。
5.6长江三峡水利枢纽
混凝土重力坝，最大坝高175m。坝区基岩为前震旦系闪云斜长花岗岩。坝基混凝土与岩体、岩体与岩体抗剪断试验及岩体变性模量试验成果如下：
混凝土／岩体：f ′=1.2~1.5，C′=1.5~2.0MPa；岩体／岩体
f ′=1.80~2.17，C′=1.15~1.62MPa；变性模量（30~40）GPa。抗剪强度建议值见表5－9
三峡坝基按岩石强度，抗剪断强度及岩体变形模量主要为I、II 类岩体。混凝土／岩体抗剪断强度建议值：f ′=0.85~1.05是试验值的70%，基本为III类岩体；C′=0.8~1.5MPa是试验值的53~75%，为I、III类岩体，两者不协调。岩体／岩体抗剪断强度建议值：f ′=1.00~1.20是试验值的55~56%，为III类岩体；C′=1.0~2.0MPa，是试验值的87~127%，取值标准不一致，C′值偏高。是90年代资料，后期是否有变化，情况不清。
5.7丰满水电站
混凝土重力坝，35#坝段，坝高75m。坝基混凝土/岩体抗剪断强度试验值：f ′=0.9，C′=0.89MPa。采用值：f ′=0.65，C′=0.60MPa，分别为试验值的72%和67%。Kc=2.41~2.62。
5.8拉西瓦水电站
青海省黄河上游，拱坝，坝高250m。为印支期花岗岩。坝基岩体/岩体、混凝土/岩体抗剪断试验成果见表5－10。
表5－10
坝基花岗岩体强度参数建议值见表5－11
未给出混凝土/岩体抗剪（断）强度的建议值，C′值过低，按混凝土强度6.5%计算，其C′值为16.6~18.9 Kg/cm2，原因不清。
岩体/岩体抗剪断强度I、II类岩体f ′值偏低，C′值偏高；岩体/岩体抗剪强度f值I、II类岩体国内未超过0.8。
5.9宁夏某水库
混凝土重力坝，坝基为厚层砂岩，薄层灰岩、页岩互层。混凝土与岩石现场抗剪试验成果见表５－12。
结合现场试验，并参照国内类似工程的经验，其混凝土、岩石之间抗剪参数计算值为：f =0.59，C=0。
按抗剪断强度f ′值基本为II类岩体，但C′值偏低，为III类岩体。抗剪强度f的计算值为试验值的61~67%。
6.岩体变形模量试验
6.1临江坝址
在坝址左、右岸304#—307#平洞进行4组岩体变形模量试验，计16块试件。岩体为侏罗系安山碎屑凝灰岩，局部为蚀变凝灰岩和角砾凝灰岩，岩体呈弱风化状态。采用圆形刚性承压板，直径50cm，压力为0.4、0.8、1.2、1.6、2.0MPa 5个压力阶段。岩体变形特征：0.4、0.8MPa压力阶段，残余/全变形平均值为0.65和0.51，为塑~弹性变形；1.2、1.6、2.0MPa压力阶段，残余/全变形平均值为0.44、0.42、0.37，为弹~塑性变形，以起始压力和最终压力E0值相比较，除304-E10（为断层带）提高17.2%，其余均下降，最多下降69.2%。
305-E1、304-E9、304-E103点，E0（压力为2.0MPa）=0.688~0.848GPa，主要是岩体破碎，裂隙张开1~3mm，充填泥夹碎屑，或遇缓倾角断层。
其余13点E0（压力为 2.0MPa）=3.436~13.38GPa，平均值为6.13GPa，属III类围岩。坝基灌浆后，变形模量一般能提高30%。E0建议值：左右岸5GPa，漫滩、河床8GPa。
岩体开挖后存在应力重分布和局部松动，但如试验初始压力偏
低，变形较小，得出较大的E0值，在临江，桓仁抽水蓄能，拉西瓦均已发现此问题，提供的资料必须和设计应力相结合。
6.2棉花滩水电站
变形模量布置22试验点，最大压力6.0MPa
1）断层破碎带
①断层泥夹糜棱岩（或全风化岩）
2个试验点。E0=0.07~0.15GPa，建议值<0.10GPa。
②角砾岩、碎裂岩
5个试验点。E0=1.4~1.97GPa，建议值1~3GPa。
2）弱风化岩类
5个试验点，E0=3.19~15.66GPa，平均值6.97GPa，建议值5~10GPa。
3）微风化、新鲜岩类
10个试验点。E0=5.6~41.99GPa，平均值13.25GPa。
弱风化岩类E0值建议采用10GPa偏高。微风化、新鲜岩类按E0值总体为II类岩体，按试验值I、II类各占20%，III类占60%，因此E0值的大小不完全决定于岩体的风化状态，而同时决定于裂隙的发育程度和产状等。
6.3拉西瓦水电站
坝基岩体变形模量25个点，采用静力法千斤顶试验，承压板直径为40~50cm。压力从13~16 Kg/cm2开始，直至60~72 Kg/cm2，分成5个压力阶段。未受重分布应力和岩体松弛影响的点，大多从第三
个循环开始，变形模量才趋于稳定，此时的应力量级已达24~40 Kg/cm2，而低于此级应力条件下，随应力不同，岩体反映出不同的变形模量。拱坝在不同位置，对岩体压应力不可能相同，当压应力大于或小于24~40 Kg/cm2时，其变性模量是不相同，因此不能用平均值或截取某一应力段的模量，选定建议值，而按应不同的岩类，不同的应力量级统计对应的模量值，折减后提出建议值。岩体各级应力下E0统计值见表6－1。
坝基岩体变形模量建议值见表6－2。
7.小结
1)SDJ21－78（试行）的补充规定送审稿和混凝土重力坝设计规范（DL5108－1999）对I－III类和I－II类的岩体风化程度要求偏高，三峡大坝坝基主要建在弱风化下部岩体，部分位于微风化岩上。今后混凝土重力坝多数将建在弱风化岩体上。
2) SDJ21－78（试行）的补充送审稿，对混凝土与岩体的抗剪断强度，依据大量试验资料，给出了各类岩体的抗剪强度，依据大量试验资料，给出了各类岩体的抗剪断强度参数，表明为峰值强度，随着试验资料的大量增加，其峰值强度将有所提高，如临江坝址III类岩体3组试验资料，f ′=1.33~1.65，C′=1.4~1.7MPa，平均值f ′=1.52，C′=1.60MPa。实际上给出的峰值强度具有一定的安全系数，C′值变化较大，取峰值时需予注意。
3）各类岩体的抗剪断强度参数，未见资料说明，参照公路规程各类岩体的内摩擦角和内聚力，基本一致。
4）混凝土重力坝采用峰值强度的小值平均值作标准值，提出地质建议值，坚硬岩石属脆性破坏，试验组数较少，小值平均值不合理，需作调整。
5）抗剪强度采用比例极限作标准值，标准值与建议值关系不明确，以往f不大于0.75 ，C=0。
6）变形模量试验最大压力应适当高于设计压力，起始压力偏低，易造成变形模量偏大，应根据不同岩体类别，不同设计压力提出不同压力阶段下的变性模量值。
岩石力学习题 第一章绪论 1.1 解释岩石与岩体的概念，指出二者的主要区别与联系。 1.2 岩体的力学特征是什么？ 1.3 自然界中的岩石按地质成因分类可分为几大类，各有什么特点？ 1.4 简述岩石力学的研究任务与研究内容。 1.5 岩石力学的研究方法有哪些？ 第二章岩石的物理力学性质 2.1 名词解释：孔隙比、孔隙率、吸水率、渗透性、抗冻性、扩容、蠕变、松弛、弹性后效、长期强度、岩石的三向抗压强度 2.2 岩石的结构和构造有何区别？岩石颗粒间的联结有哪几种？ 2.3 岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么？ 2.4 已知岩样的容重=22.5kN/m3，比重，天然含水量，试计算该岩样的孔隙率n，干容重及饱和容重。 2.5 影响岩石强度的主要试验因素有哪些？ 2.6 岩石破坏有哪些形式？对各种破坏的原因作出解释。 2.7 什么是岩石的全应力－应变曲线？什么是刚性试验机？为什么普通材料试 验机不能得出岩石的全应力－应变曲线？ 2.8 什么是岩石的弹性模量、变形模量和卸载模量？
2.9 在三轴压力试验中岩石的力学性质会发生哪些变化？ 2.10 岩石的抗剪强度与剪切面上正应力有何关系？ 2.11 简要叙述库仑、莫尔和格里菲斯岩石强度准则的基本原理及其之间的关系。 2.12 简述岩石在单轴压力试验下的变形特征。 2.13 简述岩石在反复加卸载下的变形特征。 2.14 体积应变曲线是怎样获得的？它在分析岩石的力学特征上有何意义？ 2.15 什么叫岩石的流变、蠕变、松弛？ 2.16 岩石蠕变一般包括哪几个阶段？各阶段有何特点？ 2.17 不同受力条件下岩石流变具有哪些特征？ 2.18 简要叙述常见的几种岩石流变模型及其特点。 2.19 什么是岩石的长期强度？它与岩石的瞬时强度有什么关系？ 2.20 请根据坐标下的库仑准则，推导由主应力、岩石破断角和岩石单轴抗压强度给出的在坐标系中的库仑准则表达式，式中。 2.21 将一个岩石试件进行单轴试验，当压应力达到100MPa时即发生破坏，破坏面与大主应力平面的夹角(即破坏所在面与水平面的仰角)为65°，假定抗剪强度随正应力呈线性变化(即遵循莫尔库伦破坏准则)，试计算： 1)内摩擦角。 2)在正应力等于零的那个平面上的抗剪强度。
第2章 岩石物理力学性质 例：某岩样试件，测得密度为1.9kg/cm3，比重为2.69，含水量为29%。试求该岩样的孔隙比、孔隙率、饱和度和干容量。 解：孔隙比：83.019 .1) 29.01(69.21) 1(=-+= -+?= γ ωεd v 孔隙度：%3.45%10083 .0183 .0%1001=?+=?+= v v n εε 饱和度：%9483 .0% 2969.2=?==εωG S r 干容重：)/(47.183 .0169.213cm g d =+=+?= εγ 例 某岩石通过三轴试验，求得其剪切强度c=10MPa ，υ=45°，试计算该岩石的单轴抗压强度和单轴抗拉强度。 解：由 例 大理岩的抗剪强度试验，当σ1n=6MPa, σ2n=10MPa ，τ1n=19.2MPa, τ2n=22MPa 。该岩石作三轴抗压强度试验时，当σa=0，则Rc=100MPa 。求侧压力 σa=6MPa 时，其三轴抗压强度等于多少？ 解：（1）计算内摩擦角υ φστtg C n n 11+= （1） φστtg C n n 22+= （2） 联立求解： 021212219.2 0.735106 n n n n tg ττφφσσ--= ==?=-- （2）计算系数K ： 7.335sin 135sin 1sin 1sin 10 =-+=-+=φφK （3）计算三轴抗压强度： 0100 3.7612.22C a S S K MPa σ=+=+?= 第3章 岩石本构关系与强度理论 例：已知岩石的应力状态如图，并已知岩石的内聚力为4MPa ，内摩擦角为35°。求： （1）各单元体莫尔应力圆，主应力大小和方向； （2）用莫尔库仑理论判断，岩石是否发生破坏
几种常见岩石力学参数汇总 2010年9月2日 参考资料：《构造地质学》，谢仁海、渠天祥、钱光谟编，2007年第2版，P25-P37。 1.泊松比的变化范围： 2.弹性模量的变化范围：
3.常温常压下强度极限： 4.内摩擦角和内聚力的变化范围： 一、课程名称：中国戏曲介绍课时：2个学时 二、背景分析：戏曲是中国文化的瑰宝，同学们对中国戏曲 还不够了解，不能经常接触戏曲。 三、教学内容：中国戏曲 四、教学目标：初步了解中国戏曲的相关知识，并学会哼唱具有代表性的戏曲，简要说出
他们的起源 五、教学过程： 【引入课程】1、先介绍董永和七仙女的故事，然后放[天仙配]，为讲戏曲作铺垫，将同学们带入戏曲的氛围中 【初步了解】1、介绍戏曲相关知识中国戏曲主要是由民间歌舞、说唱和滑稽戏三种不同艺术形式综合而成。它起源于原始歌舞，是一种历史悠久的综合舞台艺术样式。经过汉、唐到宋、金才形成比较完整的戏曲艺术，它由文学、音乐、舞蹈、美术、武术、杂技以及表演艺术综合而成，约有三百六十多个种类。它的特点是将众多艺术形式以一种标准聚合在一起，在共同具有的性质中体现其各自的个性。[1]中国的戏曲与希腊悲剧和喜剧、印度梵剧并称为世界三大古老的戏剧文化，经过长期的发展演变，逐步形成了以“京剧、越剧、黄梅戏、评剧、豫剧”五大戏曲剧种为核心的中华戏曲百花苑。[2-5]中国戏曲剧种种类繁多，据不完全统计，中国各民族地区地戏曲剧种约有三百六十多种，传统剧目数以万计。其它比较著名的戏曲种类有：昆曲、粤剧、淮剧、川剧、秦腔、晋剧、汉剧、河北梆子、河南坠子、湘剧、黄梅戏、湖南花鼓戏等。放[刘海砍樵] 2、戏曲行当 生、旦、净、丑各个行当都有各自的形象内涵和一套不同的程式和规制；每个都行当具有鲜明的造型表现力和形式美。 3、艺术特色 综合性、虚拟性、程式性，是中国戏曲的主要艺术特征。这些特征，凝聚着中国传统文化的美学思想精髓，构成了独特的戏剧观，使中国戏曲在世界戏曲文化的大舞台上闪耀着它的独特的艺术光辉。 4、唱腔 第一种是抒情性唱腔，其特点为速度较缓慢，曲调婉转曲折，字疏腔繁，抒情性强。它宜于表现人物深沉而细腻的内心感情。许多剧种的慢板、大慢板、原板、中板均厉于这-类。放[女驸马] 第二种是叙事性唱腔，其特点为速度中等，曲调较平直简朴，字密腔简，朗诵性强。它常用于交代情节和叙述人物的心情。许多剧种的二六、流水等均属于这一类。放[花木兰] 第三种是戏剧性唱腔，其特点为曲调的进行起伏较大，节奏与速度变化较为强烈，唱词的安排可疏可密。它常用于感情变化强烈和戏剧矛盾冲突激化的场合。各戏剧中的散板、摇板等板式曲调都属于这一类。 5、国五大戏曲剧种
浅谈混凝土坝坝基岩体力学参数 中水东北勘测设计研究有限责任公司地质处 二oo八年一月
目录 1、坝基岩体力学参数 2、SDJ21-78（试行）的补充规定送审稿的岩石工程分级 3、送审稿对于坝体混凝土与基岩接触面抗剪参数的依据和确定。 3.1依据 3.2确定 4、设计规范与勘察规范相比较 4.1分类指标及岩体特征 4.1.1分类指标 4.1.2岩体特征 4.2混凝土与岩体面抗剪参数 5、坝体岩体抗剪强度试验值，建议值与地质规范相比较 6、岩体变形模量试验 7、小结
1、坝基岩体力学参数 混凝土坝基岩体与混凝土接触面和岩体抗剪参数表1－1。 混凝土坝设计规范提出岩体与混凝土接触面抗剪断参数是根据I、II类岩体试验值（峰值平均值）打了折扣提出的，III、IV类岩体逐级下降。岩体抗剪断参数未见说明，II~IV类围岩与公路设计规范基本一致。
2、SD21-78（试行）的补充规定送审稿的岩石工程分级 坝体混凝土与基岩接触面抗剪断参数计算值表2－1。 表2－1 3、送审稿对于坝体混凝土与基岩接触面抗剪断参数的依据和确定 3.1依据 1）将近年来及以往国内40个大、中型水利水电工程，百余组混凝土与基岩接触面统计，将表列f′、C′值，若基岩内无软弱夹层或软弱结构面时，中等以上岩石与150#混凝土以上接触面的抗剪断强度比较集中f′=1.0~1.5 ，C′=3.0~15 Kg/cm2。C′值较低者多数为软弱岩体，例如大化坝基的泥岩夹灰岩，八盘峡坝基的粘土质砂岩以及葛洲坝的粘土质粉砂岩等。 2）梅剑云统计56个工程148组混凝土与坚硬岩石胶结面的试验
资料，提出保证率95%时，f ′=1.25~1.52 ，C′=12.40~15.33 Kg/cm2。（I、II） 3）英国哈兰法?林克统计16个国家55组混凝土与基岩基础面的抗剪试验，除去泥灰岩、强风化岩石、岩石节理或层理等很低且分散时，大多数f ′=1.0~1.5 ，C′=4~16 Kg/cm2。 4）前苏联尤??何?菲什曼统计了23个工程30组试验成果， f ′=1.0~1.5，C′=4~16 Kg/cm2。 5）美国垦务局77年“混凝土重力坝设计准则”，认为混凝土与岩石接触面及岩石内部的凝聚力和内摩擦力，都由实验和现场试验来测定，但仍以室内试验为主，现场只做少量节理面抗剪强度试验，还认为较完整岩石与混凝土之间的抗剪强度一般不是控制面，可以采用混凝土之间的指标f ′=1.0，C′值为0.1混凝土抗压强度（一般说C′值偏大，我国提出0.065~0.070）。 6）日本相当于我国中等及以上岩石抗剪断强度f ′=0.8~1.43 C′=2.0~4 MPa，（日本混凝土强度为300#，我国为150~200#）。 总体中等以上岩石的f ′、C′比较接近。 3.2确定 依据《水利水电工程地质勘察规范GB50287-99》、《水利水电工程岩石试验规程Sl264-2001》、《水利水电坝基岩石开挖施工规范》等规范岩块单轴饱和抗压强度大于600Kg/cm2，变形模量超过10×104Kg/cm2好岩石，前述坚硬岩石与混凝土胶结面的抗剪断强度指标f ′=1.25~1.52 ，C′=12.40~15.3 Kg/cm2（峰值平均值，下同）。将好
常见岩层力学参数
11 细砂岩2800 28.85 16.04 12.02 0.20 3.47 43 4.96 5-2煤1410 2.12 1.73 0.82 0.30 0.18 20 0.2 细砂岩2597 27.00 15.28 11.2 0.21 3.1 42 3.48 5-1煤1410 2.12 1.73 0.82 0.30 0.18 20 0.2 细砂岩2586 33.40 18.02 14.02 0.19 3.8 43 5.13 砂质泥岩2520 7.88 4.9 3.2 0.23 1.18 35 1.8 泥岩2567 6.90 4.3 2.8 0.23 0.7 30 1.68 4-1煤1460 2.43 2.12 0.93 0.31 0.5 24 0.35 泥岩2463 6.39 3.94 2.6 0.23 0.68 30 0.98 底板岩层2463 6.39 3.94 2.6 0.23 0.68 30 0.98 砂岩2650 4.35 2.9 1.74 0.25 9.5 41 4.21 7煤1400 1.49 2.08 0.54 0.38 1.2 20 0.64 砂质泥岩2550 3.45 2.61 1.35 0.28 7.6 30 3.0 砂岩2690 5.61 3.35 2.3 0.22 10.7 41 4.96 9煤1400 1.49 2.08 0.54 0.38 1.2 20 0.64 砂岩2650 4.76 3.05 1.92 0.24 10.2 40 4.8 砂质泥岩2600 3.84 2.91 1.5 0.28 7.8 32 3.65 石灰岩2800 10.69 5.57 4.53 0.18 11.4 38 6.7 砂质泥岩2600 3.84 2.91 1.5 0.28 7.8 32 3.65 石灰岩2800 10.69 5.57 4.53 0.18 11.4 38 6.7
(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下： ) 21(3ν-= E K ) 1(2ν+= E G （7.2） 当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5，因为计算的K 值将会非常的高，偏离实际值很多。最好是确定好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计)，然后再用K 和ν来计算G 值。 表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性（实验室值）（Goodman,1980） 表7.1 土的弹性特性值（实验室值）（Das,1980） 表7.2 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况，横切各向同性弹性模型需要5 中弹性常量：E 1, E 3, ν12,ν13和G 13；正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。这些常量的定义见理论篇。 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。一些学者已经给出了用各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数（实验室） 表7.3
流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量K f ，如果土粒是可压缩的，则要用到比奥模量M 。纯净水在室温情况下的K f 值是2 Gpa 。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态（见理论篇第三章流体-固体相互作用分析），则尽量要用比较低的K f ，不用折减。这是由于对于大的K f 流动时间步长很小，并且，力学收敛性也较差。在FLAC 3D 中用到的流动时间步长,? tf 与孔隙度n ，渗透系数k 以及K f 有如下关系： ' f f k K n t ∝ ? （7.3） 对于可变形流体（多数课本中都是将流体设定为不可压缩的）我们可以通过获得的固结系数νC 来决定改变K f 的结果。 f 'K n m k C + = νν （7.4） 其中 3 /4G K 1 m += ν f 'k k γ= 其中，' k ——FLAC 3D 使用的渗透系数 k ——渗透系数，单位和速度单位一样（如米/秒） f γ——水的单位重量 考虑到固结时间常量与νC 成比例，我么可以将K f 的值从其实际值（Pa 9 102?）减少，利用上面得表达式看看其产生的误差。 流动体积模量还会影响无流动但是有空隙压力产生的模型的收敛速率（见1.7节流动与力学的相互作用）。如果K f 是一个通过比较机械模型得到的值，则由于机械变形将会产生孔隙压力。如果K f 远比k 大，则压缩过程就慢，但是一般有可能K f 对其影响很小。例如在土体中，孔隙水中还会包含一些尚未溶解的空气，从而明显的使体积模量减小。 在无流动情况下，饱和体积模量为： n K K K f u + = （7.5） 不排水的泊松比为：
3.2 侏罗系煤岩层物理力学性质测试 3.2.1试验仪器及原理 本试验采用电子万能压力试验机(图3.24)对侏罗系、石炭系岩石试样进行抗压强度、抗拉强度以及抗剪强度的测定。 (a) 电子万能压力试验机 (b) 单轴抗压强度测试 (c) 抗拉强度测试 (d) 抗剪强度测试 图3.24 岩石力学电子万能压力试验机及试验过程 (1) 岩石抗压强度测定： 单轴抗压强度的测定：将采集的岩块试件放在压力试验机上，按规定的加载速度(0.1mm/min)加载至试件破坏。根据试件破坏时，施加的最大荷载P ，试件横断面A 便可计算出岩石的单轴抗压强度S 0，见式(3.1)。 S 0= P A (3.1) 一般表面单轴抗压强度测定值的分散性比较大，因此，为获得可靠的平均单轴抗压强度值，每组试件的数目至少为3块。 (2) 岩石抗拉强度的测定： 做岩石抗拉试验时，将试件做成圆盘形放在压力机上进行压裂试验，试件受集中荷载的作用，见式(3.2)。
S t = 2P DT π (3.2) 式中：S t ——岩石抗拉强度 MPa ； P ——岩石试件断裂时的最大荷载，KN ； D ——岩石试件直径； T ——岩石试件厚度。 为使抗拉强度值较准确，每种岩石试件数目至少3块。 (3) 岩石抗剪强度测定： 将岩石试件放在两个钢制的倾斜压模之间，然后把夹有试件的压模放在压力实验机上加压。当施加荷载达到某一值时，试件沿预定的剪切面剪断，见式(3.3)。 sin cos n T P A A N P A A τασα? = =? ??? ==?? (3.3) 式中：P ——试件发生剪切破坏时的最大荷载； T ——施加在破坏面上的剪切力； N ——作用在破坏面上的正压力； A ——剪切破坏面的面积； τ——作用在破坏面上的剪应力； n σ——作用在破坏面上的正应力； α——破坏面上的角度。 每组取3块试件，变换不同的破坏角，根据所得的数值，便可在στ-坐标系上画出反映岩石发生剪切破坏的强度曲线。并可求出反映岩石力学性质的另外两个参数：粘聚力c 及内摩察角?。 3.2.2 标准岩样加工 根据需要和所在矿的条件，在晋华宫矿12#煤层2105巷顶板钻取岩样，钻孔长度约22m ，在。根据各段岩心长度统计结果，晋华宫矿顶板岩层的RQD 值为72.4%，围岩质量一般。 岩心取出后，随即贴上标签，用透明保鲜袋包好以防风化，之后装箱，托运到实验室，经切割、打磨、干燥制成标准的岩石试样，岩样制作过程见图3.25。
岩体力学习题 1、何谓岩体力学? 谈谈你对岩体力学的认识和看法。 1)岩体力学是力学的一个分支学科，是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。 2)认识和看法：对于岩体力学的认识看法，主要还是体现在其形成发展的过程以及研究对象内容所囊括的重要意义。 岩体力学的形成和发展，是与岩体工程建设的发展和岩体工程事故分不开的。岩块物理力学性质的试验，地下洞室受天然水平应力作用的研究，可以追溯到19世纪的下半叶。20世纪初出现了岩块三轴试验，1920年，瑞士联合铁路公司采用水压洞室法，在阿尔卑斯山区的阿姆斯特格隧道中，进行原位岩体力学试验，首次证明岩体具有弹性变形性质。1950～1960年，岩体力学扩大了应用范围，从地下洞室围岩稳定性研究扩展到岩质边坡和地基岩体稳定性研究等。1957年，法国的J.塔洛布尔著《岩石力学》，从岩体概念出发，较全面系统地介绍了岩体力学的理论和试验研究方法及其在水电工程上的应用。至50年代末期，岩体力学形成了一门独立的学科。60年代以来，岩体力学的发展进入了一个新的历史时期，研究内容和应用范围不断扩大，对不连续面力学效应和岩体性能进行了研究，取得了成果和发展；有限元法、边界元法、离散元法先后被引入，岩体中天然应力量测的加强与其分布规律不断被揭示。 岩体力学的理论基础直接来源于弹塑性力学，同时也包含了理论力学、材料力学等方面的知识，只是研究对象细化到了岩土体这一材料上，故而其研究的重要意义在于：大量岩体工程的开展必须要保证其既安全稳定又经济合理，所以要通过准确地预测工程岩体的变形与稳定性、正确的工程设计和良好的施工质量等来保证。其中，准确地预测岩体在各种应力场作用下的变形与稳定性，进而从岩体力学观点出发，选择相对优良的工程场址，防止重大事故，为合理的工程设计提供岩体力学依据，是工程岩体力学研究的根本目的和任务。岩体力学的发展是和人类工程实践分不开的。起初，由于岩体工程数量少，规模也小，人们多凭经验来解决工程中遇到的岩体力学问题。因此，岩体力学的形成和发展要比土力学晚得多。随着生产力水平及工程建筑事业的迅速发展，提出了大量的岩体力学问题。诸如高坝坝基岩体及拱坝拱座岩体的变形和稳定性；大型露天采坑边坡、库岸边坡及船闸、溢洪道等边坡的稳定性；地下洞室围岩变形及地表塌陷；高层建筑、重型厂房和核电站等地基岩体的变形和稳定性；以及岩体性质的改善与加固技术等等。对这些问题能否做出正确的分析和评价，将会对工程建设和生产的安全性与经济性产生显著的影响，甚至带来严重的后果。 2、何谓岩块、岩体? 试比较岩块与岩体,岩体与土有何异同点? 1）岩块：指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。 2）岩体：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于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体，是岩体力学研究的对象。 3）岩块与岩体：岩块是构成岩体的最小岩石单元体，岩体包含岩块； 岩体与土：土不具有刚性的联结，物理状态多变，力学强度低等，因而也不具有岩体的结构面。 3、何谓岩体分类? RMR 分类和Q 分类各自用哪些指标表示? 怎样求得? 1）岩体分类：在工程地质分组的基础上，通过对岩体的的一些简单和容易实测的指标，将工程地质条件与岩体参数联系起来，并借鉴已建的工程设计、施工和处理等方面成功与失败的经验教训，对岩体进行归类的一种方法。
岩体力学参数的确定方法 在岩石工程实践中,首先需要了解其研究对象———工程岩体的力学特性,确定其特性参数。力学参数的合理确定在岩石力学的研究和发展过程中始终是难题之一。在应用工程力学领域, 如果原封不动地借用经典理论力学的连续性假设和定义,会出现理解上的毛病。必须考虑假设的合理使用范围和各物理量的适用定义。本文就地下岩体工程根据侧重的点不同对岩体参数的确定方法进行探讨。 一．传统岩体参数的确定方法 地下巷道、硐室开挖后，围岩产生应力重分异作用,径向应力减少,切向应力增加,并且随着工程不断推进,岩体应力状态不断改变。巷道、硐室围岩处于“三高一扰动”条件下,岩体表现的力学特性是破坏条件下的稳定失稳再平衡过程。围岩体处于一种拉压相间出现的复杂应力状态。该类工程岩体的力学参数的确定要进行岩体的卸荷试验研究,且要依据现场工程实际条件进行卸荷条件下的应力、渗流与温度三场耦合试验研究。需要进行循环加卸载条件下的岩体力学特性研究,进而获得岩体的力学参数特征。 确定地下巷道、硐室工程岩体力学参数的方法为: (1)三轴应力状态下的卸荷三场耦合力学试验,获得有关参数; (2)进行岩体流变特性试验研究,获得有关岩体的流变参数。 目前在该领域要进行大量的工作,包括设备仪器的研制等,同时还要利用新的计算机技术才会实现。 二．建立力学模型确定岩体力学参数
建立工程岩体力学参数模型主要是解决复杂岩体力学参数确定的问题。要确定复杂岩体的力学参数需要把工程岩体看作具有连续性的模型,运用确定岩体力学参数的新方法,对含层状斜节理的岩体建立力学模型进行力学实验,从而确定了该岩体的各项基本力学参数值。 1．工程岩体力学参数模型 目前对岩石的力学属性及其划分基本有两种观点：一种观点认为岩石本身是一个连续的、没有各向异性的材料,另一种意见认为岩石由多晶体系组成,并存在空洞和裂纹等缺陷,使得岩体本身结构表现出各向异性和不连续性。一般情况下岩体被视为非连续介质,但在一定条件下仍满足连续介质力学的基本假定。因此给定工程岩体的连续性假设:假定整个物体的体积都被组成这个物体的物质微元所充满,没有任何空隙。物质微元是有大小的，物质微元的尺寸决定于所研究的工程物体的尺寸。这样就存在一个用连续体理论来研究非连续体的问题。 2．工程岩体力学参数 为确定工程岩体的力学参数,需要通过井下工程地质调查,根据岩体所含结构面的不同及结构体特性的差异,选取具有代表性的不同尺寸的岩块和结构面,然后进行一系列室内力学实验和数值模拟实验。具体步骤如下: (1) 通过井下工程调查,确定结构面的空间分布模式,抽象工程岩体结构模型;并在现场采集有代表性的完整岩块和软弱结构面试
(水利水电)部分常用岩土物理力学参数经验 数值 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
使用说明： 1、资料涉及各行各业； 2、资料出处为黄底加粗字体的为最新版本内容。可按规范适用范围选择使用； 3、资料出处非黄底加粗字体的为引用资料，很多为老版本，参考用。 水利水电工程部分岩土物理力学参数经验数值 1岩土的渗透性 （1）渗透系数 《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》GB50307-1999 139~140页 土体的渗透系数值
《水利水电工程水文地质勘察规范》SL373-2007 62~63页 岩土体渗透性分级 Lu：吕荣单位，是1MPa压力下，每米试段的平均压入流量。以L/min计 摘自《水利水电工程地质勘察规范》GB50287-99 附录J 66页 表F 岩土体渗透性分级
《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）109页附录F （2）单位吸水量 各种构造岩的单位吸水量（ω值） 上表可以看出：同一断层内， 一般碎块岩强烈透水； 压碎岩中等透水； 断层角砾岩弱透水； 糜棱岩和断层泥不透水或微透水。 摘自高等学校教材天津大学《水利工程地质》第三版 113页 坝基（肩）防渗控制标准
注：透水率1Lu（吕荣）相当于单位吸水量0.01 摘自高等学校教材天津大学《水利工程地质》第三版 118页 。 （3）简易钻孔抽注水公式 1）简易钻孔抽水公式 根据水位恢复速度计算渗透系数公式 1.57γ(h2-h1) K= ——————— t (S1+S2) 式中： γ---- 井的半径；h1---- 抽水停止后t1时刻的水头值；h2---- 抽水停止后t2时刻的水头值；S1、S2---- t1或t2时刻从承压水的静止水位至恢复水位的距离； H---- 未抽水时承压水的水头值或潜水含水层厚度。 《工程地质手册》第三版 927页 2）简易钻孔注水公式 当l/γ＜4时 0.366Q 2l K= ———— lg ——— Ls γ 式中：K—渗透系数（m/d）；l---试验段或过滤器长度（m）；Q---稳定注水量（m3/d）； s---孔中水头高度（m）；γ---钻孔或过滤器半径（m）。 《工程地质手册》第三版 936页
计算题 四、岩石的强度特征 (1) 在劈裂法测定岩石单轴抗拉强度的试验中，采用的立方体岩石试件的边长为5cm ，一组平行试验得到的破坏荷载分别为16.7、17.2、17.0kN ，试求其抗拉强度。 解：由公式σt =2P t /πa 2=2×P t ×103/3.14×52×10-4=0.255P t (MPa) σt1=0.255×16.7=4.2585 σt2=0.255×17.2=4.386 σt3=0.255×17.0=4.335 则所求抗拉强度：σt ==(4.2585+4.386+4.335)/3=4.33MPa 。 试计算其抗拉强度。(K =0.96) 解：因为K =0.96，P t 、D 为上表数据，由公式σt =KI s =KP t /D 2代入上述数据依次得： σt =8.3、9.9、10.7、10.1、7.7、8.7、10.4、9.1。 求平均值有σt =9.4MPa 。 (3) 试导出倾斜板法抗剪强度试验的计算公式。 解： 如上图所示：根据平衡条件有： Σx=0 τ-P sin α/A -P f cos α/A =0
τ=P (sinα- f cosα)/A Σy=0 σ-P cosα-P f sinα=0 σ=P (cosα+ f sinα) 式中：P为压力机的总垂直力。 σ为作用在试件剪切面上的法向总压力。 τ为作用在试件剪切面上的切向总剪力。 f为压力机整板下面的滚珠的磨擦系数。 α为剪切面与水平面所成的角度。 则倾斜板法抗剪强度试验的计算公式为: σ=P(cosα+ f sinα)/A τ=P(sinα-f cosα)/A (4) 倾斜板法抗剪强度试验中，已知倾斜板的倾角α分别为30o、40o、50o、和60o，如果试样边长为5cm,据经验估计岩石的力学参数c=15kPa，φ=31o，试估计各级破坏荷载值。(f=0.01) 解：已知α分别为30o、40o、50o、和60o，c=15kPa，φ=31o，f=0.01， τ=σ tgφ+c σ=P(cosα+ f sinα)/A τ=P( sinα-f cosα)/A P( sinα-f cosα)/A= P(cosα+ f sinα) tgφ/A+c ( sinα-f cosα)= (cosα+ f sinα) tgφ+cA/P P=cA/[( sinα-f cosα)- (cosα+ f sinα) tgφ] 由上式，代入上述数据，计算得： P30=15(kN/mm2)×25×102(mm2)/[( sin30 - 0.01×cos30) - (cos30 + 0.01×sin30) tg31] αsinαcosα( sinα-f cosα)(cosα+ f sinα)(cosα+ f sinα) tgφ P 3 0 0.5 0.86602 5 0.49134 0.873751 0.525002 -111.4 4 0 0.64278 8 0.76604 4 0.635127 0.772522 0.464178 21.9363 8 5 0 0.76604 4 0.64278 8 0.759617 0.647788 0.38923 10.1245 6 6 0 0.86602 5 0.5 0.861025 0.5 0.30043 6.68932 (5) 试按威克尔(Wuerker)假定，分别导出σt、σc、c、φ的相互关系。 解：如图：
第29卷 第8期 岩 土 工 程 学 报 Vol.29 No.8 2007年 8月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Aug., 2007 岩体表征单元体与岩体力学参数 周创兵，陈益峰，姜清辉 (武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 430072) 摘 要：在岩体多场耦合分析中，许多采用岩体表征单元体(REV)讨论岩体的渗透特性。事实上，岩体REV是岩石力 学的一个基本科学问题，它是选取岩体力学模型以及确定岩体力学参数的基础。从REV的基本概念出发，阐述岩体 REV的力学意义；根据岩石及岩体的结构和地质特征，定义了岩石力学中常见的6个尺度，并分析了REV与其它尺度 的关系；归纳总结并提出了岩体REV的3种确定方法：能量叠加法，地质统计法，数值模拟法；讨论了岩体REV与 岩体力学模型及岩体力学参数取值之间的关系；提出了岩体力学参数的“5S”相关性和岩体力学参数场的概念和分析 方法。 关键词：裂隙岩体；表征单元体；多场耦合；力学参数 中图分类号：TU452 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2007)08–1135–08 作者简介：周创兵(1962– )，男，江苏启东人，教授，博士生导师，从事水工岩石力学研究。E-mail:cbzhou@https://www.doczj.com/doc/219010696.html,。 Representative elementary volume and mechanical parameters of fractured rock masses ZHOU Chuang-bing，CHEN Yi-feng，JIANG Qing-hui (State Key Lab of Water Resources and Hydropower Engineering Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072, China) Abstract: Representative elementary volume (REV) is usually adopted to discuss the variation of permeability with volume of fractured rock masses in multi-field coupling analysis. In fact, REV, as a fundamental conception in rock mechanics, is the basis for choosing rock mechanical model and determining rock mechanical parameters. The purpose of this paper was to present a comprehensive description of the REV of fractured rock masses. Based on the knowledge of rock matrix and rock fractures, six scales were defined to describe the size effects encountered in rock mechanics. Three methods, called Energy superposition method (ESM), geological statistic method (GSM) and numerical simulation method (NSM) were proposed to estimate the REV sizes of fractured rock masses. Mechanical model was discussed according to the relationship between REV and rock, and it was suggested that REV should be regarded as a quantitative criterion for choosing equivalent continuum approach or discrete approach. New conceptions of REV-based and 5S-related mechanical parameters and parameter fields were proposed to reflect the structure, size, stress, strain and seepage effects of mechanical properties of fractured rock masses. Key words: fractured rock mass; representative elementary volume; multi-field coupling; mechanical parameter 0 引 言 岩体是经过地质作用改造过的，具有一定结构特征，赋存于物理地质环境中的地质体。Harrison与Hudson曾将裂隙岩体力学性质归纳为DIANE特性[1]，即不连续（discontinuous）、非均匀（inhomogeneous）、各向异性（anisotropic）与非弹性（not-elastic）。岩体作为一种地质材料，其力学介质类型、分析模型和力学参数是岩石力学的基本科学问题，也是解决实际岩石工程问题的难点。在岩体多场耦合分析和模拟中，需要确定应力场、渗流场、温度场等之间的耦合模型和模型参数，而耦合模型的建立和模型参数的选取与岩体力学分析模型密切相关。研究表明，岩体REV 是选取力学介质类型、确定分析模型和力学参数的基础[2]。然而，有关岩体REV的研究是相当不够的，甚至在一般的岩石力学分析中，除了岩体力学性质的尺寸效应被经常提及外，很少涉及REV的概念。究其原因，可能在于以下4方面。 （1）表征单元体REV这一概念本身源于连续介质力学，对于连续介质而言，一般都假定REV存在，而且足够地小，连续介质力学所有的方程都需要这一假定。在岩石力学研究的早期，都将岩体简化为一般─────── 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目（50239070）；教育部博士 点基金项目资助（20060486016）；国家973研究计划（2006CB202405） 收稿日期：2006–11–30
四、岩石的强度特征 (1) 在劈裂法测定岩石单轴抗拉强度的试验中，采用的立方体岩石试件的边长为5cm，一组平行试验得到的破坏荷载分别为、、，试求其抗拉强度。 解：由公式σt=2P t/πa2=2×P t×103/×52×10-4=(MPa) σt1=×= σt2=×= σt3=×= 则所求抗拉强度：σt==++/3=。 (2) 在野外用点荷载测定岩石抗拉强度，得到一组数据如下： 试计算其抗拉强度。(K= 解：因为K=，P t、D为上表数据，由公式σt=KI s=KP t/D2代入上述数据依次得： σt=、、、、、、、。 求平均值有σt=。 (3) 试导出倾斜板法抗剪强度试验的计算公式。 解： 如上图所示：根据平衡条件有： Σx=0 τ-P sinα/A-P f cosα/A=0 τ=P (sinα- f cosα)/A Σy=0 σ-P cosα-P f sinα=0 σ=P (cosα+ f sinα) 式中：P为压力机的总垂直力。
σ为作用在试件剪切面上的法向总压力。 τ为作用在试件剪切面上的切向总剪力。 f为压力机整板下面的滚珠的磨擦系数。 α为剪切面与水平面所成的角度。 则倾斜板法抗剪强度试验的计算公式为: σ=P(cosα+ f sinα)/A τ=P(sinα- f cosα)/A (4) 倾斜板法抗剪强度试验中，已知倾斜板的倾角α分别为30o、40o、50o、和60o，如果试样边长为5cm,据经验估计岩石的力学参数c=15kPa，φ=31o，试估计各级破坏荷载值。(f= 解：已知α分别为30o、40o、50o、和60o，c=15kPa，φ=31o，f=， τ=σtgφ+c σ=P(cosα+ f sinα)/A τ=P( sinα- f cosα)/A P( sinα- f cosα)/A= P(cosα+ f sinα) tgφ/A+c ( sinα- f cosα)= (cosα+ f sinα) tgφ+cA/P P=cA/[( sinα- f cosα)- (cosα+ f sinα) tgφ] 由上式，代入上述数据，计算得： P30=15(kN/mm2)×25×102(mm2)/[( sin30 - ×cos30) - (cos30 + ×sin30) tg31] αsinαcosα( sinα- f cosα) (cosα+ f sinα) (cosα+ f sinα) tgφ P 3 0 4 0
岩石力学参数计算软件 (Ver1.00C) 石油大学（北京）岩石力学实验室 2004年10月
（一）软件的运行环境 1．CPU PIII 500或同等运算速度以上 2．内存128Mb以上 3．显存32Mb以上 4．屏幕显示分辨率1024*768 5．操作系统Windows 98 Windows2000 Windows XP 6．WORD97或2000 （二）软件的安装 1．开启计算机 2．将安装光盘放入光驱内，记住光驱的盘符，例如：E为光驱的盘符。3．计算机屏幕左下角“开始”——“运行”，出现对话框（图4.1），输入：E:\setup.exe 图4.1 运行对话框 4．“确定”后，按照提示安装软件。 5．安装软件结束后，系统会在C盘产生Dg_RockPra100C的目录，同时在“程序”中产生“岩石参数DG”的菜单条，软件可从这里启动。
(三) 软件入门 第一步：软件启动 点击“程序”中“岩石参数DG”的菜单条，软件启动，产生如下界面：
第二步：建立一个计算文件 1．激活菜单 + 2．输入参数窗口 新建计算文件打开计算文件保存计算文件计算输出结果到文件
（1）压裂井描述 井号：井名，对软件很重要，自动计算和保存的数据都是以井号为依据；（2）层段描述： 一个层段描述由层段类别、顶界深度、底界深度、参数预测中各项内容组成。 顶界深度：压裂、隔层或其他地层的起始深度； 底界深度：压裂、隔层或其他地层的终止深度； 层段类别：压裂、隔层或其他地层； “添加”：将层段类别、顶界深度、底界深度添加到计算数据库； “删除”：将当前指定的层段类别、顶界深度、底界深度从计算数据库中删除； “确定修改”：将当前指定的层段类别、顶界深度、底界深度、参数预测内容修改后保存到计算数据库； 注意：参数预测中的每项参数改动后，“确定修改”才有效。
岩体力学理论课程教学大纲 课程名称：岩体力学课程编号：0106091B 学时/学分：48/3 开课学期：5 适用专业：土木工程专业（岩土与地下工程方向）课程类别/性质：专业基础课/必修 一、课程的目的和任务 岩体力学是一门研究岩石力学性能的理论和应用科学。通过本课程的学习，使学生掌握岩石变形、强度、初始应力特性以及岩石工程分类等方面的基本理论和分析方法，在此基础上，使学生对岩基、岩石边坡、地下洞室围岩稳定及加固等问题具有一定的分析问题和解决问题的能力，为从事专业工作和进行科学研究打下基础。 二、课程的基本要求 1．通过学习，充分理解并掌握岩石基本参数的概念，以及变形和强度参数的影响因素和试验方法。 2．掌握岩石的变形特征，以及莫尔强度理论和格里菲斯强度理论。 3．对工程中的一般岩石力学问题具有一定的分析和计算的能力，如洞室围岩稳定分析，边坡稳定分析，坝基稳定分析等。 4．具有正确进行数字计算的能力，掌握测量岩石主要参数的操作技能，具有分析实验数据和编写报告的能力。 三、课程基本内容和学时安排 第一章绪论（2学时） 介绍岩体力学的研究内容、任务及学科分类、研究方法和学科形成与发展的历史、今后的发展方向。 掌握岩体力学的研究内容、任务和研究方法。 第二章岩体的地质特征（4学时） 介绍岩体的物质组成；岩块的地质特征；结构面的分类、物理特征及指标、级别；岩体的地质特征及岩体工程分类。 充分理解岩块、结构面和岩体的基本概念，在此基础上掌握影响岩体力学性质的主要地质因素及结构面对岩体力学性质和工程稳定性的影响，结构面的分类、几何特征及指标的含义与确定方法；常见岩体工程分类方法。 第三章岩块的物理、水理及热学性质（4学时） 介绍岩块的物理性质，包括岩块的密度、空隙性等；岩块的水理性质，包括岩块的软化性、渗透性、抗冻融性等；岩块的热学性质。 掌握岩体物理、水理性质指标的含义与确定方法、影响因素及常见值。 第四章岩块的变形与强度性质（6学时） 介绍岩块的变形性质，包括岩块的单轴与三轴下的变形特征及变形参数；岩块的强度性质，包括各类强度（抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等）的确定、性质与应用；岩块的蠕变性质；岩块的几种强度判据。 充分理解岩块变形与强度性质的基本概念和研究意义，在此基础上掌握表示岩块力学性质的各种指标的含义与确定方法、影响因素及常见值。掌握几种常见强度判据的含义与表达式、曲线形式和使用方法。 第五章结构面的变形与强度性质（6学时） 介绍结构面的变形性质，包括结构面的变形特征及变形参数；各种类型结构面的抗剪强度特征与应用。
使用说明： 1、资料涉及各行各业； 2、资料出处为黄底加粗字体的为最新版本内容。可按规范适用范围选择使用； 3、资料出处非黄底加粗字体的为引用资料，很多为老版本，参考用。 水利水电工程部分岩土物理力学参数经验数值 1岩土的渗透性 （1）渗透系数 岩土的渗透系数经验值
《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》GB50307-1999 139~140页 土体的渗透系数值
《水利水电工程水文地质勘察规范》SL373-2007 62~63页 岩土体渗透性分级
Lu：吕荣单位，是1MPa压力下，每米试段的平均压入流量。以L/min计摘自《水利水电工程地质勘察规范》GB50287-99 附录J 66页 表F 岩土体渗透性分级
《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）109页附录F （2）单位吸水量 各种构造岩的单位吸水量（ω值） 上表可以看出：同一断层内， 一般碎块岩强烈透水； 压碎岩中等透水； 断层角砾岩弱透水； 糜棱岩和断层泥不透水或微透水。 摘自高等学校教材天津大学《水利工程地质》第三版 113页 坝基（肩）防渗控制标准
注：透水率1Lu（吕荣）相当于单位吸水量 摘自高等学校教材天津大学《水利工程地质》第三版 118页。 （3）简易钻孔抽注水公式 1）简易钻孔抽水公式 根据水位恢复速度计算渗透系数公式 γ(h 2-h 1 ) K= ——————— t (S 1+S 2 ) 式中： γ---- 井的半径；h 1---- 抽水停止后t 1 时刻的水头值；h 2 ---- 抽水停止 后t 2时刻的水头值；S 1 、S 2 ---- t 1 或t 2 时刻从承压水的静止水位至恢复水 位的距离； H---- 未抽水时承压水的水头值或潜水含水层厚度。《工程地质手册》第三版 927页 2）简易钻孔注水公式 当l/γ＜4时 2l K= ———— lg ———