共面闭合非贯通节理岩体贯通机制和破坏强度准则研究

含结构面岩体试样单轴强度与变形特征郭松峰;祁生文;李星星;邹宇;张世殊【摘要】结构面是岩体区别于岩石材料的一大特征，其产状、迹长、密度等参数对岩体的力学性质有着重要影响。

本文利用FLAC3D对含结构面岩体试样的单轴压缩特性进行了较为系统的数值模拟研究。

文中建立了含不同组贯通性结构面的岩体试样模型和含不同倾角及迹长的非贯通结构面岩体试样模型，对每个试样进行单轴压缩试验的数值模拟，结构体和结构面均采用 Mohr-Coulomb 剪切和拉伸破坏准则。

模拟中用编制的伺服控制程序通过调节加载速度，控制试样内最大不平衡力，研究含结构面试样单轴压缩情况下的变形、强度及破坏方式等特征。

模拟结果显示，含1－3组贯通性结构面试样呈现各向异性特征，而含4组贯通性结构面试件呈现各向同性特征。

随着贯通性结构面数量的增多，同尺寸试件的变形强度参数劣化。

含单组非贯通性结构面试件，其单轴压缩模拟试验的应力－应变曲线峰值后出现应力降。

基于 Mohr-Coulomb 抗剪强度准则和损伤理论所得的解析解与数值模拟结果所得的非贯通性结构面试件的单轴压缩强度不符，说明用抗剪强度准则与损伤理论刻画非贯通结构面试样的强度并不合理。

随着非贯通性结构面贯通率的增大，试件的变形、强度参数劣化。

含单组结构面试件的破坏方式可分为结构面控制破坏，结构面部分控制破坏和结构面不控制破坏3种类型，而随着结构面组数的增多，结构面控制试样破坏的概率增加。

%The discontinuities are the key factors that differentiate the rock mass and intact rock.The mechanical behaviours of rock mass are strongly affected by length,occurrence and consistency of the discontinuities. Characteristics-deformation,strength,failure modes of rock samples with various discontinuities under uniaxial compression have been studied based onthe numerical modelling FLAC3D .Rock samples with different groups of penetrated discontinuities and different unpenetrated discontinuities have been set up.On the basis of these models, a number of numerical uniaxial compression tests have been carried out,in which the shear and tensile strength criterion(Mohr-Coulomb criterion)has been used.During the uniaxial compression simulation tests,a servo-control program is used to restrict the maximum unbalanced force through adjusting the applied velocity.The results of simulation tests are shown as follow:rock samples with fewer than 4 groups of penetrated discontinuities are anisotropic while those with 4 groups of penetrated discontinuities are nearly isotropic.The deformation and strength parameters get lower as the number of penetrated discontinuities get higher in rock sample with same size.Stress drop is observed after peak stress in the stress-strain curve of rock sample with unpenetrated continuity.Uniaxial compressive strength derived from simulation is different from that calculated by analytic method based on shear strength and damage theory,which indicates that shear strength criterion may be not suitable for rock mass with unpenetrated discontinuities.The deformation and strength parameters get lower as the continuity trace length bigger.The failure modes of rock samples with discontinuities can be divided into three types:discontinuity-controlled,discontinuity-half controlled and discontinuity-uncontrolled.As the number of groups increases the failure are more likely to be discontinuity-controlled.【期刊名称】《工程地质学报》【年(卷),期】2016(024)005【总页数】8页(P891-898)【关键词】岩体;强度;变形;单轴;结构面【作者】郭松峰;祁生文;李星星;邹宇;张世殊【作者单位】中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院页岩气与地质工程重点实验室北京 100029;中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院页岩气与地质工程重点实验室北京 100029;中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院页岩气与地质工程重点实验室北京100029;中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院页岩气与地质工程重点实验室北京 100029;中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司成都 610072【正文语种】中文【中图分类】P642.3对含结构面岩体的强度、变形特性的研究，从上个世纪初以来已有不少国内外学者进行了不懈的努力，并取得了诸多成果。

0绪论1岩石力学：力学的一个分支学科，是研究岩体在各种应力场条件下的变形与破坏规律的理论及其应用的科学，是一门应用性基础学科。

2研究内容：●岩块岩体地质特征的研究●岩石的物理，水理，力学性质的研究●结构面的力学性质研究●岩体力学性质研究●天然应力分布及其量测的理论方法的研究●岩体分类及其方法的研究●岩体变性破坏机理及其本构方程与破坏判据的研究●边坡岩体，地基岩体，地下洞室围岩等工程岩体的稳定性研究3研究方法●工程地质研究法●实验法●数学力学分析法●综合分析法1岩体性质与结构特征1岩体：在地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络形成的，具有一定结构并赋存在一定的天然应力状态和地下水等地质坏镜中的地质体，是岩体力学研究的对象。

2岩块：不含显著结构面的岩石块体，时构成岩体的最小岩石单元体3岩块结构：岩石内矿物颗粒的大小，性准过，排列方式和颗粒间的连接方式以及微结构面的发育情况等反映在岩块构成上的特征4联结方式●结晶联结结晶越细越均匀非晶质越少岩石强度越高●胶结联结胶结物成分硅质>钙质铁质>泥质胶结类型基底式>孔隙式>接触式5微结构面：存在与矿物颗粒内部或颗粒间的软弱面或缺陷6岩块的构造：矿物集合体之间及其与其他组分之间的排列组合方式7结构面：地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相随较小的地质界面或带7结构面分类●原生结构面沉积结构面⏹层理层面⏹软弱夹层⏹不整合面，假整合面⏹沉积间断面岩浆结构面⏹侵入体与围岩接触面⏹岩浆岩墙接触面⏹原声冷凝节理变质结构面⏹片理⏹片岩软弱夹层⏹片麻理⏹板理千枚理●构造结构面节理断层层间错动羽状裂隙，霹理●次生结构面卸荷裂隙风化裂隙风华夹层泥化夹层次生夹泥层8结构面规模与分级延伸：破碎带宽Ⅰ级公里至数十公里米至数十米乃至数百米Ⅱ级百米至数千米数十厘米至数米Ⅲ级十米至百米厘米至1米Ⅳ级数十厘米至20-30米0至数厘米Ⅴ级9结构面特征●产状（走向倾向倾角）●连续性线连续性系数（K1）：沿结构面延伸方向上，结构面各段长度之和与测线长度的比值迹长：结构面与露头面交线的长度面连续性系数●密度线密度(Kd)：结构面法线方向单位侧线长度上交切结构面的条数间距（d）：同一组结构面法线方向上相邻两结构面的平均距离●张开度：结构面两壁面间的垂直距离●形态侧壁起伏形态粗糙度（粗糙度系数JRC）●结构面组合关系10软弱结构面：岩体中具有一定厚度的软弱带（层），与两盘岩体相比具有高压缩性何地轻度的特征，在产状上多数缓倾角结构面11泥化夹层：含泥质的软弱夹层经一系列的地质作用演化而成的12泥化夹层特性●由超固结状态变成泥质散状结构或泥质定向结构●黏粒含量高●含水量接近宿限，密度比原岩小●强度低，压缩性高●抗冲刷能力差易产生渗透变形13结构体：由结构面网络所围成的岩石块体14岩体结构：岩体中结构体和结构面的排列组合特征15岩体结构类型划分●整体状结构●块状结构●层状结构●碎裂状结构●散体状结构2岩体的物理力学性质1研究岩块的意义●岩体性质接近岩块性质时，可通过岩块的力学性质外推岩体力学性质●岩块是岩体的组成部分研究岩体是不能忽略岩块性质的研究●评价石材性能时必须研究岩块的相关性质●评价岩体的可钻性和可破碎性时必须研究岩块的相关性质●工程岩体分类时岩块强度和变形模量作为分类目标必须研究岩块的相关性质2岩块的物理性质●岩石密度颗粒密度（ps）：岩石中固体相部分的质量与体积的比值块体密度：岩石单位体积内的质量⏹干密度（）⏹饱和密度⏹天然密度●岩石的空隙性总空隙率（n）总开空隙率(no)大开空隙率(nb)小开空隙率(na)闭空隙率（nc）3岩石的水理性质●吸水性：岩石在一定条件下吸收水分的能力吸水率*（Wa）：岩石试件在大气压力和室温下吸入水的质量和岩样干质量之比 饱和吸水率（Wp）:岩石试件在高压或真空条件下吸入水的质量和岩样干质量之比 饱水系数：岩石吸水率和饱和吸水率之比●软化性：岩石浸水饱和后强度降低的性质软化系数（KR）：岩石试件的饱和抗压强度和干抗压强度的比值●抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的能力抗冻系数（Rd）：岩石试件在反复冻融后的干抗压强度和冻融前的干抗压强度的比值质量损失率（Km）:冻融实验前后干质量的差值和冻融前干质量的比值●透水性：在一定水力梯度和压力差作用下，岩石被水透过的性质渗透系数（K）：表征岩石被水透过能力的重要指标●膨胀性：岩石浸水后体积增大的性质自由膨胀率（V）：岩石试件在无任何约束条件下进水后膨胀变形与原尺寸的比值 侧性约束膨胀率（VHp）具有侧向约束的岩石试件浸水后产生的轴向变形与原尺寸的比值膨胀压力：岩石试件浸水后使试件保持原有体积所施加的最大压力：●崩解性：岩石与水相互作用后失去黏性，并变成完全丧失强度的松散物质的性能4岩块的变形性质●单轴压缩条件下的变形性质连续加载下的变形性质⏹应力-应变全过程曲线✧孔隙裂隙压密阶段原有张开性结构面和微裂隙闭合✧弹性变形和微破裂稳定发展阶段弹性极限屈服极限✧非稳定破裂发展阶段峰值强度✧破坏后阶段残余轻度⏹变形参数✧变形模量（E）：单轴压缩条件下，轴向应力和轴向应变的比值✧弹性模量：当岩石应力应变曲线为直线时，变形模量为一常量，数值上等于直线斜率，由于其变形为弹性变形称为✧初始模量（Ei）：曲线原点出的切线斜率✧切线模量（Et）：曲线上任一点的切线斜率✧割线模量（Es）：曲线上某特定点和圆点连线的斜率，通常取一半的单轴抗压强度处的点✧泊松比（u）：单轴压缩条件下横向应变与轴向应变之比循环荷载下的变性特征⏹弹性后效（弹性滞后）：循环荷载作用下，多数岩石的大部分弹性变形能在卸载后很快恢复，而小部分须经一段时间后才能恢复，应变回复总是落后应力恢复的现象⏹岩石记忆：逐级一次循环加载条件下，应力应变曲线与连续加载条件下的曲线基本一致，说明加卸载过程并没改变岩快变形的基本习性，这种现象称⏹回滞环：在循环荷载条件下，每次的加卸载曲线都不重合，且围成一环型面积⏹疲劳强度：●三轴压缩条件下的岩块变形性质三轴实验真假围岩对岩块变性破坏的影响⏹破坏前岩块的应变随围压的增加而增加⏹随围压的增大，岩块的塑性增大，由脆性破坏转为延性破坏✧应变硬化现象：试件的承载力随围压的增长稳定增长的现象✧转化压力：岩石由脆性变化转化为延性的临界围压✧延性度：岩石破坏前的总应变，是区分脆性破坏和岩性破坏的指标●岩块的蠕变性质流变：在外部条件不变的情况下，岩石的变形或应力随时间变化的现象蠕变：岩石在恒定荷载作用下，变形随时间而逐渐增大的性质流变：岩石在变形不变的条件下，应力随时间二变化的现象弹性后效：蠕变曲线特征⏹初始蠕变阶段曲线下凹应变率随时间增大较快⏹等速蠕变阶段近直线⏹加速蠕变阶段曲线上凹应变率随时间迅速增加长期强度：影响蠕变的因素岩性应力温度湿度5岩块的强度性质●抗压强度单轴抗压强度：在单向压缩条件下，岩块能承受的最大压应力三轴压缩强度：时间在三向压力作用下能抵抗的最大轴向应力●单轴抗拉强度：岩块试件在单向拉伸时能承受的最大拉应力直接拉伸法间接拉伸法⏹劈裂法⏹点荷载试验⏹抗弯法●剪切强度：在剪切荷载作用下，岩块抵抗剪切破坏的最大剪应力抗剪断强度：在一定法向应力作用下，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力抗切强度：法向应力为零时沿预定剪切面剪断时的最大剪应力抗剪强度（摩擦强度）：在一定法向应力作用下，沿已有破裂面剪断时的最大剪应力方法⏹直剪试验⏹变角板剪切试验⏹三轴实验6影响岩块变形与强度的因素●实验条件加载方式与加载速率试件的形状和尺寸，断面条件●岩体本身性质●环境因素（温度，湿度，水）3结构面的变形与强度性质1研究意义●工程岩体的失稳破坏有相当一部分是沿软弱结构面破坏的●结构面及其填充物的变形是岩体变形的主要组分●结构面试岩体中渗透水流的主要通道●岩体中的应力分布也受结构面极其力学性质的影响2结构面的变形性质●法向变形性质开始时变形迅速增长当法向应力到一定值时雨岩块的变形曲线大致平行初始阶段的变形主要是结构面闭合大约在1/3 处以岩块的变形为主以为渐近线最大闭合量小于结构面的张开度●循环荷载下的变形性质仍以为渐近线卸载刚度比加载刚度大随循环次数增加变形曲线整体左移，且能显示滞后和非弹性变形每次循环载荷曲线形状相似●结构面法向刚度：在法向作用力下，结构面产生单位变形所需要的应力室内压缩试验现场压缩试验（中心孔承压板法）●结构面剪切变形性质剪切变形特征⏹均为非线性曲线塑性变形：无明显的峰值强度和应力降，且峰值强度和残余强度相差很小，曲线斜率连续变化脆性变形：有明显的峰值强度和应力降，开始时剪切变形随应力增加缓慢，峰值后剪切变形增加较快⏹结构面峰值位移受风化程度影响⏹同类结构面而言，风化的结构面剪切刚度比未风化的小⏹剪切刚度有明显尺寸效应⏹剪切刚度随法向应力增大而增大剪切刚度：室内剪切实验现场剪切试验4结构面的强度性质●平直无填充结构面●粗糙起伏无填充结构面规则锯齿形结构面不规则起伏结构面剪胀角：剪切位移的轨迹线与水平线的夹角非贯通断续结构面具有填充物的软弱结构面5结构面抗剪强度参数的确定●实验法●参数反演法●工程地质类比法4岩体力学性质1岩体的变形性质●岩体变形实验静力法⏹承压板法⏹钻孔变形法⏹狭缝法动力法声波法地震波法2影响岩体变形性质因素岩性结构面发育特征载荷条件，试验尺寸，试验方法温度湿度水6岩体天然应力1天然应力：人类活动之前存在于岩体中的应力2天然应力分布规律●主应力以压应力为主，方向基本垂直和水平●天然应力场是一个相对稳定的非稳定应力场●垂直天然应力随深度线性增长●水平天然应力分布复杂以压应力为主水平应力大于垂直应力两个水平应力不相等单薄山体，谷坡附近及未受构造变动的岩体中水平应力小于垂直应力●天然应力比值系数随深度减小●相对大的区域内最大主应力方向基本稳定●区域构造场常决定局部点的主应力●天然应力为三维状态3天然应力的测量●应力恢复法●套心法●水压致裂法4影响天然应力分布的因素：●地形起伏●地表剥蚀●结构面●岩体性质●地下水●地温5高地应力的特征●岩芯饼化现象●地下洞室施工过程中出现岩爆，剥离●边坡上出现错动台阶●原位变形曲线的变化●软弱夹层内物质被挤出，节理闭合7岩体本构关系与强度理论1岩体本构关系：岩体在外力作用下，应力或应力速率与其应变或应变速率的关系2岩体强度理论：研究岩石在一定假说条件下在各种应力状态下的强度准则的理论3岩体破坏机制：张破坏剪破坏结构体沿软弱结构面滑动结构体转动倾倒溃屈弯折。

岩体断裂与蠕变损伤破坏机理研究一、本文概述《岩体断裂与蠕变损伤破坏机理研究》一文旨在深入探讨岩体在受到外部载荷作用下的断裂与蠕变损伤破坏机理。

岩体作为自然界中广泛存在的地质体，其稳定性和安全性对于工程建设、地质环境保护等方面具有重大意义。

因此，研究岩体的断裂与蠕变损伤破坏机理，对于预防地质灾害、优化工程设计、提高工程安全性等方面具有重要的理论和实践价值。

本文首先将对岩体断裂与蠕变损伤的基本概念进行界定，阐述其在地质学和岩石力学领域的重要性。

接着，将详细分析岩体断裂与蠕变损伤破坏的机理，包括断裂力学的基本原理、蠕变损伤的发展过程以及两者之间的相互作用关系。

在此基础上，文章还将探讨影响岩体断裂与蠕变损伤破坏的主要因素，如岩石的力学性质、地质构造、外部载荷等。

本文将综合运用理论分析、实验研究、数值模拟等多种方法，对岩体断裂与蠕变损伤破坏机理进行深入研究。

通过对比分析不同条件下岩体的断裂与蠕变损伤破坏过程，揭示其内在规律和影响因素。

文章将提出相应的预防和控制措施，为工程实践提供理论支持和指导建议。

《岩体断裂与蠕变损伤破坏机理研究》一文将全面系统地探讨岩体在受到外部载荷作用下的断裂与蠕变损伤破坏机理，旨在为提高工程安全性和优化工程设计提供理论支撑和实践指导。

二、岩体基本特性及损伤机制岩体是由多种矿物颗粒、结晶体、岩石碎块和填充物等组成的复杂地质体，具有非均质、非连续、非线性和不确定性的特点。

这些特性使得岩体的力学行为相当复杂，尤其是在受到外部荷载或环境因素作用时，岩体的内部结构和性质往往会发生显著的变化。

损伤是岩体在受力过程中内部微裂纹不断扩展、演化和贯通的结果。

这些微裂纹可能是由于岩体内部的原生缺陷、应力集中、化学腐蚀或温度变化等因素引起的。

随着应力的增加，微裂纹逐渐扩展并相互连接，形成宏观的裂缝，最终导致岩体的破坏。

岩体损伤机制主要包括拉伸损伤、剪切损伤和压缩损伤。

拉伸损伤主要发生在岩体的拉应力区域，导致岩体产生拉伸裂缝。

非贯通节理岩体多层结构模型研究Ⅰ：理论部分彭从文;曹芳【摘要】岩体的力学性状与其结构面分布及特性有关,对于非贯通节理岩体,当节理定向排列,特别是岩桥长度远小于节理长度时,一般发生共面剪切破坏.针对压剪荷载下非贯通节理岩体,将共面节理及其间岩桥构成的剖面称为等代结构面,结合断裂力学方法,研究了非贯通节理岩体多层结构模型.模型包括弹性变形、滑移、开裂直至贯通等阶段.等代结构面剪切强度由节理与岩桥2部分组成,其中,节理强度表现为基本摩擦角与粗糙角,岩桥强度表现为等效粘聚力.节理贯通时,退化为Zienkiewicz节理岩体模型.【期刊名称】《长江大学学报（自然版）理工卷》【年(卷),期】2010(007)003【总页数】5页(P131-135)【关键词】非贯通节理;岩体;多层结构模型;断裂力学【作者】彭从文;曹芳【作者单位】长江大学城市建设学院,湖北,荆州,434023;荆州市江汉建设工程施工图审查事务所,湖北,荆州,434020【正文语种】中文【中图分类】TU452岩体的力学特性取决于结构面的分布与力学性态。

岩体结构面包括微裂隙、节理、层面、断层及整个断裂带等，其中，非贯通节理面在岩体中大量存在。

非贯通节理岩体变形破坏有以下几个特点：①荷载作用下,裂纹一般沿裂尖扩展，裂纹类型有翼状裂纹、次级裂纹；②破坏模式有张拉破坏、剪切破坏及复合破坏等，其类别与法向应力及节理空间相对位置有关，对于共线节理，一般发生共面剪切破坏；③变形破坏过程具有明显的阶段性。

随荷载增加,经历线弹性变形、节理面错动、节理起裂、扩展直至贯穿岩桥等过程。

非贯通节理岩体的计算方法主要采用等效连续体方法，包括基于解析方法的变形等效方法、能主量等效方法以及基于数值解的单元体法与渐近展开法。

考虑节理扩展时，常采用损伤力学方法。

等效连续体模型没有考虑节理个体性状差异，适用于节理在空间随机分布情形，当节理定向排列,特别是岩桥长度远小于节理长度时，一般发生共面剪切破坏，岩体沿节理面滑移[1]。

岩体结构面力学性质与岩体强度研究综述摘要：根据野外工程地质调查对工程岩体质量进行评析，在此基础上，运用hoek–brown准则求解工程岩体强度。

并根据岩块的咬合状态及这些块体的表面特征，提出了节理岩体强度的确定方法，关键词: 岩体结构面；力学性质；岩体强度；中图分类号：k826.16 文献标识码：a 文章编号：岩体中存在着纵横交错的各类地质结构面，在力学上则表现为存在着不连续面、弱面或软弱夹层，这些结构面对岩体强度和岩体工程的稳定性起着重要的控制作用。

因此结构面的力学性质和岩体的强度是息息相关的。

1 结构面的力学性质岩体结构面(structural plane)是指岩体内开裂的和易开裂的面，如层理、节理、断层、片理等，又称不连续面。

岩体结构面力学特征的研究与岩石力学的发展息息相关。

因为工程岩体之所以失稳，影响因素很多，但最关键的问题在于岩体内存在着一些软弱结构面。

目前普遍采用统计分析的方法，找出其分布规律，并应用到工程稳定性分析中。

1.1 结构面抗剪强度结构面的抗剪强度是表征岩体的结构面力学性质的重要指标，作为表征结构面力学性质的重要指标之一，通常在现场或实验室内测定。

对于起伏较大的粗糙结构面，按barton公式计算时，jrc值往往是根据结构面产状与标准轮廓线(isrm轮廓线)对比来确定的，由于视觉上的判断易造成较大的误差，国内外学者经过大量的研究，采用各种测量仪表观测和计算机处理。

如barr等人使用粗糙位形标测仪和数字化坐标记录仪测定，得出标准曲线jrc值和分维值d的关系，应用分形理论从一个崭新的角度描述了节理粗糙系数jrc和jrc尺寸效应的特征。

1.2 结构面的变形关于岩体不连续结构面的变形分析问题，自20世纪60年代初期开始至今已经建立了许多不同层次上的离散模型和数值方法。

以有限单元法为基础，并引入能反映岩体结构不连续性特征的模型以弥补有限元关于不连续性处理的不足，如结合单元法，节理单元法，desai等提出的薄层单元法以及用于模拟多节理岩体的等效连续体模型和损伤模型等。

非贯通节理岩体抗剪强度影响因素分析刘超;刘远明【摘要】基于修正的Lajtai岩桥破坏理论,研究连通率、形貌节理起伏角、法向压力等因素对非贯通节理岩体抗剪强度的影响,利用人工混凝土模拟类岩石材料,并进行直剪实验论证.结果表明:非贯通节理岩体抗剪强度与起伏角大小成正相关关系,与连通率成负相关关系;其他影响因素相同时,法向压力越大,非贯通节理岩体抗剪强度越大.%Based on the modified Lajtai rock bridge failure theory,the influence of connection rate,topo-graphic joint undulation angle,normal pressure et al.on shear strength of non-penetration jointed rock mass is ing artificial concrete to simulate the rock,the direct shear experiment is conducted.The result shows that:the shear strength of non-penetration jointed rock mass is positively correlated with the undulation angle,but is negatively correlated with the connection rate;under the same other factors,the normal pressure is positively correlated with the shear strength of non-penetration jointed rock mass.【期刊名称】《华侨大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(039)004【总页数】5页(P551-555)【关键词】岩体;非贯通节理;直剪试验;抗剪强度【作者】刘超;刘远明【作者单位】贵州大学土木工程学院,贵州贵阳 550025;贵州大学土木工程学院,贵州贵阳 550025【正文语种】中文【中图分类】TU45在非贯通节理裂隙岩体中，由于岩桥的存在，使岩体受力和变形破坏特性发生改变，预制非贯通节理试件的变形破坏机制比完整的岩体试件复杂得多[1].非贯通节理岩体破坏通常由节理和岩桥破坏共同组成.由于节理间的相互作用使非贯通节理岩体主要处于压剪应力状态，很多情况下，非贯通节理岩体破坏面以剪切破坏为主，所以采用直剪试验方法能很好地研究其抗剪强度特性[2].国内外许多学者采用直剪试验方法研究非贯通节理岩体力学性质.Savilahti等[2]采用含节理的石膏进行模拟试验，研究节理数量和节理倾角对非贯通节理岩体剪切破坏方式的影响.Gehle等[3]采用石膏材料模拟非贯通节理岩体进行直剪试验，研究不同节理长度、节理排列方式、倾角等因素的影响，提出法向压力和节理倾角对节理的剪切强度影响最大，但是没有研究各因素对非贯通节理岩体强度影响关系.Wong等[4-5]对3组平行节理的类岩石材料进行直剪试验，研究节理裂隙的扩展规律和峰值剪切强度，论证了裂隙的发展机制取决于节理的分布及节理面上的摩擦因数.徐亮等[6]根据36组节理岩体直剪实验结果，对基于起伏度和粗糙度等剪切强度公式进行对比.俞缙等[7-8]假定卸载曲线和重加载曲线在法向的起始刚度由前一次加载曲线和卸载曲线决定，从而确定岩体节理循环加载本构方程，并验证了模型的可行性.刘远明等[9]通过对具有不同粗糙程度(以节理面起伏角表示)的共面非贯通人工节理进行不同法向应力水平下的直剪试验，研究形貌节理起伏角对非贯通节理岩体抗剪强度的影响，分析了剪切过程中岩桥力学参数的弱化机制.文献[10-14]采用水泥砂浆模拟类岩石材料，研究非贯通节理岩体直剪贯通模型和岩桥力学性质弱化机制，基于非贯通节理岩体的直剪试验，将非贯通节理岩体破坏模式分为4种，论证了非贯通节理岩体的4种破坏模型和法向压力对抗剪强度的影响，并提出相应的贯通破坏强度.为了进一步研究非贯通节理抗剪强度影响因素，本文基于修正的Lajtai岩桥破坏理论，利用人工混凝土模拟类岩石材料，针对不同连通率、形貌节理起伏角及法向应力的非贯通节理岩体进行直剪试验，以研究连通率、节理起伏角、法向压力对非贯通节理岩体抗剪强度的影响规律.图1 Lajtai岩桥破坏理论抗剪强度曲线Fig.1Shear strength envelope of Lajtai rock bridge failure1 修正的Lajtai岩桥破坏理论Lajtai岩桥破坏理论将岩桥破坏模式分为张拉破坏、剪切破坏和挤压破坏等3种破坏模式，其抗剪强度曲线如图1所示.在低法向压力下，岩桥发生张拉破坏，如图1中AB段曲线所示，其抗剪强度准则计算式为τa=.(1)在中等法向压力下，岩桥发生剪切破坏，如图1中BD段所示，其抗剪强度准则计算式为(2)在高法向压力下，岩桥发生挤压破坏，如图1中DH段所示，其抗剪强度准则计算式为τa=σatanφu.(3)Lajtai岩桥破坏理论的缺陷在于将张拉破坏、剪切破坏及挤压破坏区分开，并没有考虑到2种或3种破坏模式同时存在的情况，使得按照式(1)～(3)破坏准则计算出的抗剪强度偏低[5,9-10].夏才初等[11]对Lajtai岩桥破坏理论进行了修正，提出岩体破坏为拉剪复合破坏模式[14-15]，即考虑岩体抗拉强度、节理、粘结力、法向压力等因素时，岩桥破坏表现为张拉破坏和剪切破坏共同存在的情况.2 非贯通节理岩体实验从天然节理的形态及法向压力的角度出发，设计一系列非贯通节理岩体的直剪实验，用以论证修正的Lajtai岩桥破坏理论的正确性.实验方案设计如下.1) 非贯通节理岩体试样制备方案.选用合适配合比的类岩石材料，进行抗压强度、抗剪强度、泊松比、弹性模量等基本力学性质测试.采用配合比为水泥∶砂∶水=2∶3∶1的水泥砂浆模拟岩石材料.配备的该类岩石材料物理力学性质参数如下:密度为2.65 g·cm-3；抗压强度为39.5 MPa；抗拉强度为3.025 MPa；弹性模量为8.75 GPa；泊松比为0.25；黏聚力为5.25 MPa；摩擦角为46°.设计非贯通节理岩体试样尺寸为200 mm×200mm×200 mm，节理形貌的制作选用起伏角分别为15°,30°,45°的齿形片.将齿形的薄铝片(或防水硬纸片)插入试样预定节理位置，在水泥砂浆凝固前抽出该铝片(或防水硬纸片),即可模拟非贯通节理.连通率为0.5、形貌起伏角为30°齿形的节理岩体效果图，如图2所示.2) 非贯通节理岩体试验方案.采用RMT-301型岩体剪切试验机，通过带伺服循环位移控制加载的方式，将试样放入制定的试验剪切盒内，并对不同的非贯通节理岩体样品进行直剪试验.在试验中，采用高灵敏位移传感器监测试样表面破坏现象，观察剪切曲线变化，记录曲线转折点的时间和试验现象(高压进行剪切试验，位移控制速率为1.0 kN·s-1).非贯通节理岩体剪切试验场景，如图3所示.(a) 现场制作(b) 效果图图3 非贯通节理岩体剪切试验场景图2 非贯通节理岩体效果图Fig.3 Shear test set-up of non-penetration jointed rock massFig.2 Effect of non-penetration jointed rock mass表1 非贯通节理岩体实验方案设计Tab.1 Experiment design of non-penetration jointed rock mass编号φθ/(°)Fy/MPa编号φθ/(°)Fy/MPa10.3151.080.5451.020.5151.090.7451.030.7151.0100.3150.540 .3301.0110.3151.050.5301.0120.3151.560.7301.0130.3152.070.3451.0140.31 53.0研究连通率、形貌起伏角和法向压力对非贯通节理岩体的抗剪强度的影响.选取连通率分别为0.3,0.5,0.7，形貌节理起伏角度分别为15°,30°,45°的非贯通节理岩体作为实验组，法向压力设置5个级别，分别为0.5,1.0,1.5,2.0,3.0 MPa.通过设置14组直剪实验数据分析各因素对非贯通节理岩体抗剪强度的影响，实验方案如表1所示.表1中：φ为连通率；θ为起伏角；Fy为法向压力.3 非贯通节理岩体抗剪强度影响因素分析3.1 直剪试验原始数据图采用RMT-301型岩体剪切试验机，该设备能够通过计算机同步记录剪切实验过程中应力(σ)-应变(ε)曲线关系图.以连通率为连通率0.3、形貌节理起伏角30°、法向压力1.0 MPa为例，直剪试验过程中的抗剪强度曲线图，如图4所示.图4中：τ为剪切应力；ε为切向应变；sy为法向位移.(a) 剪切应力-切向应变(b) 法向压力-法向位移(c) 法向位移-剪切应力图4 直剪试验过程中抗剪强度曲线Fig.4Curve of shear strength during direct shear test3.2 直剪试验抗剪强度分析3.2.1 不同节理形貌起伏角对抗剪强度的影响为研究不同节理形貌起伏角对非贯通节理岩体的抗剪强度的影响，固定法向压力为1.0 MPa，分别设定形貌节理起伏角15°,30°,45°进行直剪试验，得到不同连通率下的峰值剪切应力(τmax)，如图5所示.图5 抗剪强度-起伏角曲线Fig.5 Shear strength-undulation angle curve由图5可知：当法向应力为1.0 MPa、形貌节理起伏角为15°时，抗剪强度最小；形貌节理起伏角为30°时，抗剪强度次之；形貌节理起伏角为45°时，抗剪强度最大.因此，可认为非贯通节理岩体抗剪强度与节理形貌起伏角为正比例关系，抗剪强度随着节理形貌起伏角的增大而增大.这种趋势在连通率为0.3时变化最为明显，连通率为0.5时的抗剪强度略低于连通率为0.3时，但二者增长速率相似.与连通率为0.3，0.5时的对照组相似，连通率为0.7时的非贯通节理岩体抗剪强度随形貌节理起伏角的增大而增大，但是增大的速率发生了变化，形貌起伏角为15°～30°时的增长速率明显高于形貌起伏角为30°～45°时.由此可知，随着连通率增大，抗剪强度随节理形貌起伏角的变化幅度也增大.根据修正的Lajtai岩桥破坏理论，在较小连通率和低节理起伏角的情况下，试件发生的破坏模式以张拉破坏为主，并伴有剪切破坏；随着节理起伏角的增加，试件发生剪切破坏的位置及频率增加，破坏模式转为以剪切破坏为主，伴有张拉破坏，进而使岩体发生张拉破坏占总破坏的比率降低，即抗拉强度增加.综上所述，可认为当连通率和法向压力一定时，非贯通岩体节理形貌起伏角越大，非贯通节理岩体抗剪强度越大，且随着连通率的增大，抗剪强度降低.3.2.2 不同连通率对抗剪强度的影响为研究不同连通率对非贯通节理岩体抗剪强度的影响，固定法向压力为1.0 MPa，分别进行连通率为0.3,0.5，0.7时的直剪实验.不同节理形貌起伏角的抗剪强度变化,如图6所示.图6 抗剪强度-连通率曲线Fig.6 Shear strength connection rate curve由图6可知：非贯通节理岩体抗剪强度与节理连通率的大小成负相关关系.当形貌节理起伏角一定时，节理连通率越大，非贯通节理岩体抗剪强度越小.这是因为非贯通节理岩体的岩桥随着连通率的增大而减小，非贯通节理岩体抗剪强度大小随着连通率大小变化明显.当连通率为0.3时，抗剪强度最大；当连通率为0.5时，抗剪强度次之；当连通率为0.7时，抗剪强度最小.当法向压力固定为1.0 MPa，节理形貌起伏角为30°和45°时，抗剪强度随连通率的增大而减小，且二者变化趋势大致相同；节理形貌起伏角为15°时，非贯通节理岩体的抗剪强度变化趋势更加明显.由图6可知：当连通率为0.7、节理形貌起伏角为15°时，抗剪强度约为3.29 MPa，该数值远小于其他参数下的抗剪强度.图7 剪切应力-切向位移曲线Fig.7 Curve of shear stress-tangent displacement形貌节理起伏角会增加剪切过程中节理面的相对接触面积，并使剪切实验中预设节理位置处所受的水平剪切力更小，根据修正的Lajtai岩桥破坏理论，在剪切力较小的情况下，岩体的抗剪强度明显高于抗拉强度，试件的破坏模式为以张拉破坏为主伴有剪切破坏.综上所述，非贯通节理岩体的抗剪强度与节理形貌起伏角和连通率密切相关，具有高节理形貌起伏角、低连通率的岩体具有较大的抗剪强度，不易发生剪切破坏；反之，具有较低节理形貌起伏角和较高连通率的岩体，其抗剪强度则较小，比较容易发生剪切破坏.3.2.3 不同法向压力对抗剪强度的影响为研究不同法向压力对非贯通节理岩体抗剪强度的影响，选取连通率为0.3、形貌节理起伏角度为15°的非贯通节理岩体，分别在法向压力为0.5,1.0,1.5,2.0,3.0 MPa下进行实验，可得对应的剪切应力分别为3.702 75，4.820 50，5.182 75，7.187 25，8.738 25 MPa.非贯通节理岩体剪切试验的剪切应力(τ)-切向位移(sx)曲线，如图7所示.由图7可知:当确定其他变量(连通率，形貌起伏角)不变时，非贯通节理岩体抗剪强度随法向压力变化比较明显.当法向压力为0.5 MPa时,非贯通节理岩的抗剪强度约为3.7 MPa，随着法向压力的增大，岩体的抗剪强度也随之增大；当法向压力为3.0 MPa时，非贯通节理岩体抗剪强度达到8.7 MPa.当法向压力增加时，岩体节理面受到的法向挤压随之增加，由于节理表面是粗糙的，这也增加了节理面间的颗粒相互作用力，由修正的Lajtai岩桥破坏理论可知，岩体的抗挤压破坏能力与受力成正比.综上所述，可以认为当连通率和形貌节理起伏角不变时，随法向压力的增大，非贯通节理岩体抗剪强度不断提高，二者成正比关系.4 结论通过直剪试验，研究了连通率、形貌起伏角及法向压力对非贯通节理岩体剪切强度的影响，并结合Lajtai岩桥破坏理论，得出3个影响非贯通节理岩体抗剪强度规律的结论.1) 非贯通节理岩体抗剪强度与起伏角大小成正相关关系，起伏角越大，抗剪强度越大.2) 非贯通节理岩体抗剪强度与连通率大小成负相关关系，连通率越大，抗剪强度越小.3) 在其他影响因素相同情况下，法向压力越大，非贯通节理岩体抗剪强度越大.参考文献：【相关文献】[1] 刘远明，夏才初.非贯通节理岩体直剪试验研究进展[J].岩土力学，2007，28(8):1719-1724.DOI:10.3969/j.issn.1000-7598.2007.08.036.[2] SAVILAHTI T，NORDLUND E，STEPHANSSON O.Shear box testing and modeling of joint bridges[C]∥Proceedings of the International Symposium on Rock Joints.Norway:International Journal of Rock Mechanicsand Mining Sciences and Geomechanics Abstracts，1990:295-300.[3] GEHLE C，KUTIER H K.Breakage and shear behavior of intermittent rock joints[J].International Journa l of Rock Mechanics and Mining Scienes，2003，40(5):687-700.DOI:10.1016/S1365-1609(03)00060-1.[4] WONG R H C，CHAU K T.Crack coalescence in a rock-like material containing two cracks[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，1998，35(2):147-164.DOI:10.1016/S0148-9062(97)00303-3.[5] WONG R H C，CHAU K T.TANG C A，et al.Analysis of crack coalescence in rock-like materials containing three flaws -Part I: Experimental approach[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Scie nces，2001，38(7):909-924.DOI:10.1016/S1365-1609(01)00064-8.[6] 徐亮，林从谋，张在晨，等.节理岩体剪切强度的计算方法及其应用[J].华侨大学学报(自然科学版),2013，34(5):570-575.DOI:10.11830/ISSN.1000-5013.2013.05.0570.[7] 俞缙，赵晓豹，李晓昭，等.改进的岩体节理弹性非线性法向变形本构模型研究[J].岩土工程学报，2008，30(9):1316-1321.[8] 俞缙，林从谋，赵晓豹.岩体节理非线性法向循环加载本构模型的改进[J].华侨大学学报(自然科学版)，2009，30(6):694-697.DOI:10.11830/ISSN.1000-5013.2009.06.0694.[9] 刘远明，夏才初.非贯通节理岩体直剪贯通模型和强度研究[J].岩土力学与工程学报，2006，28(10):1242-1247.DOI:10.3321/j.issn:1000-4548.2006.10.012.[10] 刘远明，夏才初.基于岩桥力学性质弱化机制的非贯通节理岩体直剪试验研究[J].岩石力学与工程学报，2010，29(7):1467-1472.[11] 夏才初，肖维民，丁增志.非贯通节理Jennings强度准则的岩桥弱化和节理面起伏角修正[J].岩石力学与工程学报，2010，29(3):485-492.[12] 刘远明，夏才初.直剪条件下非贯通节理岩体岩桥力学性质弱化机制及贯通模型初步研究[J].岩土力学，2010，31(3):698-701.DOI：10.3969/j.issn.1000-7598.2010.03.005.[13]LAJTAI E Z.Shear strength of weakness planes in rock[J].International Journal of Rock Mec hanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts，1969，6(5):509-508.DOI:10.1016/0148-9062(69)90016-3.[14] 刘远明.基于直剪试验的非贯通节理岩体扩展贯通研究[D].上海：同济大学，2007.[15] 刘远明，夏才初.修正Lajtai岩桥破坏模式研究[C]∥第九届全国岩石力学与工程学术大会.沈阳:中国岩石力学与工程学会，2006:747-753.。

《岩石力学》复习资料1.1 简述岩石与岩体的区别与联系。

答:岩石是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体,力学性质可在实验室测得；岩体是指由背诸如节理、裂隙、层理和断层等地质结构面切割的岩块组成的集合体，力学性质一般在野外现场进行测定，因此更接近岩体的实际情况，反映岩体的实际强度。

1.2 岩体的力学特征是什么？答：（1)不连续性：岩体受结构面的隔断,多为不连续介质，但岩块本身可作为连续介质看待；（2)各向异性：结构面有优先排列位向的趋势,随着受力岩体的结构趋向不同力学性质也各异；(3）不均匀性：结构面的方向、分布、密度及岩块的大小、形状和镶嵌状况等在各部位都很不一致，造成岩体的不均匀性；（4)岩块单元的可移动性：岩体的变形破坏往往取决于组成岩体的岩石块单元体的移动,这与岩石块本身的变形破坏共同组成岩体的变形破坏；（5）力学性质受赋存条件的影响：在一定的地质环境中，岩体赋存有不同于自重应力场的地应力场、水、气、温度以及地质历史遗留的形迹等。

1.3 岩石可分为哪三大类?它们各自的基本特点是什么?答：（1）岩浆岩：由岩浆冷凝形成的岩石，强度高、均匀性好；（2）沉积岩：由母岩在地表经风化剥蚀后产生，后经搬运、沉积和结硬成岩作用而形成的岩石,具有层理构造，强度不稳定，且具有各向异性；（3）变质岩：由岩浆岩、沉积岩或变质岩在地壳中受高温、高压及化学活动性流体的影响发生变质而形成的岩石.力学性质与变质作用的程度、性质以及原岩性质有关。

1.4 简述岩体力学的研究任务与研究内容。

研究任务：①建模与参数辨别;②确定试验方法、仪器与信息处理；③现场测试；④实际应用；研究内容：①岩石与岩体的物理力学性质(岩石的物质组成和结构特征，岩石的物理、水理性质，岩块在不同应力状态作用下的变形和强度特征,结构面的变性特征和强度参数的确定等）;②岩石和岩体的本构关系(岩块的本构关系，岩体结构面分类和典型结构面本构关系,岩体的本构关系）；③工程岩体的应力、变形和强度理论（岩体初始应力测量及分布规律，岩体中应力、应变和位移计算，岩体破坏机理、强度理论和工程稳定性维护与评价）：④岩石(岩块）室内实验（室内实验是岩石力学研究的基本手段）;⑤岩体测试和工程稳定监测（岩体原位力学实验原理和方法，岩体结构面分布规律的统计测试,岩体的应力、应变、位移检测方法及测试数据的分析利用,工程稳定准则和安全预测理论与方法)。

绪论1、何谓岩体力学？它的研究对象是什么？是力学的一个分支学科,是研究岩体在各种力场作用下的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。

研究对象是各类岩体。

2、岩体力学的研究内容和研究方法是什么？内容:○1岩块、岩体地质特征。

○2岩石的物理、水理与热学性质。

○3岩块的基本力学性质。

○4结构面力学性质。

○5岩体力学性质。

○6岩体中天然应力分布规律及其测量的理论与方法。

○7边坡岩体、地基岩体及地下洞室围岩等工程岩体的稳定性。

○8岩体性质的改善与加固技术。

○9各种新技术、新方法与新理论在岩体力学中的应用。

○10工程岩体的模型、模拟试验及原位监测技术。

方法：○1工程地质研究法。

○2试验法。

○3数学力学分析法。

○4综合分析法。

一、岩体地质与结构特征1、何谓岩块、岩体？试比较岩块与岩体，岩体与土有何异同点？岩块是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。

岩体是指在地质历史过程中形成的，由岩石单元体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。

岩块岩体都是由岩石组成，但岩体包含若干不连续结构面，岩块不含显著结构面。

岩块是岩体的组成物质，岩体是岩块和结构面的统一体。

岩石露在地表部分被风化和淋滤后形成的不溶于水的物质，残留在原地的形成土。

矿物，岩石，岩体都可以形成土。

组成岩体的岩石的矿物颗粒间具有牢固的连接而土没有。

2、岩石的矿物组成是怎样影响岩块的力学性质的？岩石是天然产出的具稳定外型的矿物或玻璃集合体，按照一定的方式结合而成。

力学性质主要取决于组成岩块的矿物成分及其相对含量。

矿物硬度大则强度大，反之则小。

3、何谓岩块的结构？它是怎样影响岩块的力学性质的？岩块的结构是指岩石内矿物颗粒的大小、形式和排列方式及微结构面发育情况与粒间连接方式等反应在岩块构成上的特征。

力学性质主要取决于矿物颗粒连接及微结构面的发育特征。

4、为什么说基性岩和超基性岩最容易风化？可能与其二氧化硅的含量有关。

岩体：是位于一定地质环境中，在各种宏观地质界面分割下形成的有一定结构的地质体。

结构体：被结构面切割成的岩石块体。

结构面：是指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。

岩体复杂性表现：一.不连续性，二.非均质性，三.各向异性，四.岩体中存在着不同于自重应力场的天然应力场，五.岩体赋存于一定地质环境中，对岩体影响较大。

岩石的变形性状：1.塑性。

2.弹性。

3.粘性。

弹性：指材料在外力作用下产生变形，而撤去外力后立即恢复到它原有的形状和尺寸的性质。

弹性变形：外力撤去后能够恢复的变形。

如应力—应变关系呈直线关系，称线弹性，不呈直线关系称非线弹性。

塑性：指材料受力后，在应力超过屈服应力时仍能继续变形而不即行断裂，撤去外力后变形又不能完全恢复的性质。

不能恢复的变形，称塑性变形。

应变硬化：在屈服点之后，应力—应变关系呈上升曲线，说明晶粒滑到新位置后，导致粒间相嵌、挤紧和晶粒增大，如使之继续滑动，要相应增大应力的现象。

粘性：指材料受力后变形不能在瞬间完成，且应变的速率随应力的大小而改变的性质。

流动变形：应变速率随应力而变化的变形。

峰值前变形机理：1.以裂纹行为为主导的变形。

2.以弹性变形为主的变形。

3.以塑性变形为主的变形。

轴向应力—应变曲线：直线型（弹），下凹型（弹—塑），上凹形（塑—弹），S型（塑—弹—塑）。

扩容：随着裂纹的继续发生和扩展，岩石体积应变增量由压缩专为膨胀的力学过程。

弹性模量：E是指单轴压缩条件下轴向压应力与轴向应变之比。

有效弹性模量：包含裂纹的弹性模量。

固有弹性模量：E未受裂纹的存在所影响的岩石弹性模量。

刚性压力机：用岩石试件的变形作为控制变量，并用着一信号的反噬来控制机器压板的位移速率或加速速率的压力机。

单调加载：岩石在峰值前承受的荷载一直增加。

它可分为等加载速率加载和等应变速率加载两种方式。

循环加载：逐级循环加载：指在试验过程中，当荷载加到一定值时，将荷载全部卸除，然后又加载至比原来卸载点高的压力值，再卸载，如此不断循环的加载方式。

岩石裂纹扩展-破断规律及流变特征曹平;曹日红;赵延林;张科;蒲成志;范文臣【摘要】讨论岩石断裂力学研究近年来的若干进展,主要内容包括扩展机理、断裂准则、实验加载方式与裂纹定位方法、数值计算方法在岩石断裂力学研究中的应用.基于室内实验研究单轴加载下预制裂纹间的贯通模式与多裂纹试样的破坏模式、压剪复合作用下混合裂纹间的贯通类型与破碎规律.与此同时,针对岩石亚临界裂纹扩展问题进行相关讨论并给与实例分析.结果表明:处于同一应力水平时,水岩化学作用能加速亚临界裂纹扩展;水化学腐蚀后岩石的断裂韧度均小于其在空气中的断裂韧度.此外,还对岩石流变断裂模式及考虑原生裂隙的非线性流变模型进行分析:结合岩石断裂力学与流变力学推导出压剪应力环境下裂纹流变断裂判据与理论模型;引入损伤因子和裂隙塑性体构建了能描述原生节理影响的岩体非线性蠕变模型.最后,展望岩石断裂力学未来的发展前景,并就岩石裂纹萌生与扩展的研究阐述几点认识.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2016(026)008【总页数】26页(P1737-1762)【关键词】裂纹扩展;贯通模式;亚临界扩展;流变断裂;理论模型【作者】曹平;曹日红;赵延林;张科;蒲成志;范文臣【作者单位】中南大学资源与安全工程学院,长沙410083;中南大学资源与安全工程学院,长沙410083;中南大学资源与安全工程学院,长沙410083;中南大学资源与安全工程学院,长沙410083;中南大学资源与安全工程学院,长沙410083;中南大学资源与安全工程学院,长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TU52在经历了亿万年的地质作用后，自然岩体中广泛存在着不同尺度、不同赋存状态的原生不连续面，它们包括裂隙、节理、弱面以及断层等，这些不连续面对岩体的稳定性造成了显著的影响[1−2]。

岩体节理的变形和破坏规律研究也是深入研究重大岩石工程破坏和稳定性的基础，具有重大的工程应用背景，很多大型岩体工程中的重大地压灾害都是由于岩体中的节理扩展和相互连通诱发的。

深埋隧道层状岩体破坏失稳机理实验研究1. 本文概述随着我国基础设施建设的大力推进，深埋隧道工程在公路、铁路及水电建设中日益增多。

这些隧道往往穿越复杂的地质环境，尤其是层状岩体区域，其稳定性问题成为工程安全的关键因素。

层状岩体的破坏失稳机理研究对于确保隧道工程的安全、经济和高效建设具有重要意义。

本文旨在通过实验研究，深入探讨深埋隧道层状岩体的破坏失稳机理，为隧道设计和施工提供科学依据。

主要研究内容包括：通过地质调查和室内外试验，分析层状岩体的物理力学性质运用数值模拟方法，模拟隧道开挖过程中层状岩体的应力应变行为结合现场监测数据，验证理论模型和数值模拟的准确性，并提出相应的工程措施和建议。

本文的研究成果不仅有助于提高深埋隧道层状岩体稳定性评价的准确性，而且对于类似工程的设计和施工也具有重要的参考价值。

2. 文献综述深埋隧道施工中，岩体的稳定性是工程安全的关键问题。

过去的研究主要集中在隧道岩体的稳定性分析、破坏机理和支护技术等方面。

文献中常见的分析方法包括有限元法、离散元法、极限平衡法等。

这些方法为隧道岩体稳定性评估提供了理论基础。

层状岩体因其特有的层状结构，其力学特性与均质岩体存在显著差异。

已有文献对层状岩体的力学行为进行了广泛研究，包括层状岩体的本构模型、强度准则和破坏模式等。

这些研究为理解层状岩体的破坏失稳机理提供了重要参考。

隧道施工过程中，岩体的破坏机理一直是研究的重点。

文献中关于岩体破坏机理的研究主要集中在岩体的裂隙扩展、岩爆、塌方等方面。

这些研究揭示了施工过程中岩体破坏的复杂性和多样性。

为了更深入地理解隧道层状岩体的破坏失稳机理，实验研究是不可或缺的手段。

现有的实验研究方法包括室内模型试验、现场原位试验和数值模拟等。

这些方法为揭示隧道层状岩体的破坏失稳过程提供了实验依据。

尽管前人在隧道层状岩体稳定性方面进行了大量研究，但仍存在一些不足。

例如，现有的实验研究多基于简化的模型，与实际工程条件存在差距。

岩体的变形与破坏1 基本概念及研究意义变形：岩体的宏观连续性无明显变化者。

破坏：岩体的宏观连续性已发生明显变化。

岩体破坏的基本形式：（机制）剪切破坏和拉断（张性）破坏。

一、岩体破坏形式与受力状态的关系岩体破坏形式与围岩大小有明显关系。

注意：岩全破坏机制的转化随围压条件的变化而变化。

破坏机制转化的界限围压称破坏机制转化围压。

一般认为，1/5~1/4[σ]不可拉断转化为剪切。

1/3~2/3[σ]可由剪切转化为塑性破坏。

有人认为（纳达），可用2σ偏向1σ的程度来划分应力状态类型。

应力状态类型参数313122σσσσσα---= （＝1，即σ2＝σ1； ＝－1，即σ2＝σ3） 二、岩体破坏形式与岩体结构的关系低围压条件下岩石三 轴试验表明。

坚硬的完整岩体主要表现为张性破坏。

含软弱结构面的块状岩体，当结构面与最大主应力夹角合适时，则表现为沿结构面的剪切。

碎裂岩体的破坏方式介于二者之间。

碎块状或散体状岩体主要为塑性破坏。

对第一种情况，某破坏判据已经介绍很多了。

第二种情况，可采用三向应力状态莫尔圆图解简单判断。

三、岩体的强度特征单轴应力状态时，结构与1σ方向决定了岩体的破坏形式。

复杂应力状态时，含一组结构面的岩体破坏形式与岩体性质、结构面产状，应力状态关系很大。

2 岩体在加荷过程中的变形与破坏2.1 拉断破坏机制与过程一、拉应力条件下的拉断破坏当0331≤+σσ时，拉应力对岩石破坏起主导作用。

t S -=][3σ二、压应力条件下的拉断破坏压应力条件下裂缝尖端拉应力集中最强的部位位于与主压应力是︒=40~30β地方向上，并逐渐向与1σ平行地方向扩展。

当0331>+σσ时，破坏准则为： t S 8)/()(31231=+-σσσσ3σ=0时为单轴压拉断。

2.2 剪切变形破坏机制与过程一、潜在剪切面剪断机制与过程A ．滑移段B ．锁固段进入稳定破裂阶段后，岩体内部应力状态变化复杂。

产生一系列破裂。

（1）拉张分支裂隙的形成，原理同前。

简答题1、地质体和岩体在概念上有哪些区别?答:(1)岩体和地质体是同一物体在不同场合的两个名词。

(2)就具体问题研究而言,岩体即为地质体的一部分。

(3)岩体是工程地质学和岩体力学的专有名词。

有时将土地作为一种特殊岩体对待。

2、岩体和岩石的各自特征是什么?两者有何区别和联系?答:特征:岩体:不连续性、非均匀性、各向异性、有条件转化性;岩石:是一种地质材料,是组成岩体的固相基质,是连续、均匀、各向同性或正交各向同性的力学介质;区别联系::(1)岩体赋存于一定地质环境之中,地应力、地温、地下水等因素对其物理力学性质有很大影响,而岩石试件只是为实验而加工的岩块,已完全脱离了原有的地质环境。

(2)岩体在自然状态下经历了漫长的地质作用过程,其中存在着各种地质构造面,如不整合、褶皱、断层、节理,裂隙等而岩石相对完整。

(3)一定数量的岩石组成岩体,且岩体无特定的自然边界,只能根据解决问题的需要来圈定范围。

(4)岩体是地质体的一部分,并且是由处于一定地质环境中的各种岩性和结构特征岩石所组成的集合体,也可以看成是由结构面所包围的结构体和结构面共同组的。

3、岩体力学的一般工作程序(步骤)和主要研究方法?答:工作程序:岩体工程地质信息采集—岩体工程地质力学模型—岩体稳定性评价—岩体工程设计—岩体工程施工—岩体性态监测;主要研究方法:工程地质法、测试试验法、理论研究法、综合研究法4、岩体的组成要素是什么?答:物质成分(岩石)、结构(结构体、结构面)、赋存环境(应力场、温度场、渗流场、其他物理场)5、从工程地质研究的角度,简述岩石的主要造岩矿物及其基本性质?答:1、可溶性矿物,如岩盐、石膏、芒硝等,在适宜条件下可溶解于水,减少岩石的固相成分增加空隙比,使岩石结构变松、力学性能降低、渗透性提高。

2、易风化矿物,其稳定性取决于矿物的化学成分迁移活动性、矿物结晶特征、矿物生成条件。

3、粘土矿物,如蒙脱石、伊利石、高岭石、绿泥石、绿帘石等,粘土岩在漫长的成岩作用后已失去胶体的活动性,但在水的长时间作用下活动性可以复苏。