第五章1-岩体力学方法
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选择1岩土力学实验:膨胀性试验击实试验:用标准的击实方法,测定土的密度与含水率关系,确定土的最大干密度与最优含水率。
(轻型击实试验——粒径小于5mm的粘性土。
重型击实试验——粒径小于20mm的粘性土)固结试验:采用单杠杆砝码施加法向力——测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力,或孔隙比和压力的关系及变形和时间的关系。
计算土的压缩系数、压缩模量、固结系数、压缩指数、回弹指数及原状土的先期固结压力直接剪切试验:测定土的抗剪强度——采用4个试件,分别在不同的垂直压力下,施加水平剪切力进行剪切,求得破坏时的剪应力。
根据库仑定律确定土的抗剪强度参数:内摩擦角和粘聚力(快剪固结快剪慢剪)土三轴压缩试验:测定土的抗剪强度——用3—4个圆柱形试样,分别在不同的恒定周围压力下,施加轴向压力,进行剪切直至破坏。
根据摩尔—库仑理论,求得抗剪强度参数。
根据排水条件的不同分为:不固结不排水剪UU固结不排水剪CU 固结排水剪CD岩石单轴抗压强度试验:测定岩石的单轴抗拉强度Rc,当无侧限试样在纵向压力作用下出现压缩破坏时,单位面积上所承受的荷载称为岩石的单轴抗压强度,即试样破坏时的最大荷载与垂直于加载方向的截面积之比。
岩石的单轴抗压强度主要用于岩石的强度分级和岩性描述。
抗拉强度试验:测定岩石的单轴抗拉强度Rt。
试样在纵向力作用下出现拉伸破坏时,单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗拉强度,即试样破坏时的最大荷载与垂直于加载方向的截面积之比。
劈裂法试验是方法之一。
该法是在圆柱体试样的直径方向上,施加相对的线性荷载,使之沿试样直径方向破坏的实验单轴压缩变形试验:岩石单轴压缩变形试验用于测定岩石试件在单轴压缩应力条件下的轴向及径向(横向)应变值,据此计算岩石的弹性模量和泊松比。
弹性模量是轴向应力与轴向应变之比,泊松比是径向应变与轴向应变之比三轴压缩强度试验:岩石三轴压缩强度试验是测定一组岩石试件在不同测压条件下的三向压缩强度,据此计算岩石在三轴压缩条件下的强度参数岩块声波试验:在实验室测试岩块的纵波和横波速度,据此可计算岩块的动弹性模量、动剪切模量、动拉梅系数等动弹性参数,并可用于判断岩体的完整性现场岩体直剪试验:(1)双千斤顶法(2)单千斤顶法现场岩体三轴强度试验:结构面的力学性质:BQ RQD方法岩石的力学模型,力学原件组合方式:基本的力学介质模型:(1)弹性介质模型(2)塑性介质模型(3)粘性介质模型常用的岩石介质模型:(1)弹塑性介质模型(2)粘弹性介质模型马克斯韦尔模型:用弹簧和粘壶串联而成的,它所表现的是具有弹性特性和粘性特性相组合的应力和应变关系的模型凯尔文模型:采用两个模型并联的形式,使其所表现的变形特性与前者不同。
一、绪论1、工程岩体力学研究的根本目的和任务。
根本目的:评价和研究岩体的稳定性。
任务:研究工程活动引起的岩体重分布应力以及在这种应力场作用下工程岩体的变形和稳定性。
2、工程力学的研究内容:(1)岩块、岩体的地质特征;(2)岩石的物理、水理及热学特性;(3)岩块的力学性质;(4)结构面的力学性质;(5)岩体的力学性质;(6)岩体的天然应力分布规律;(7)岩体工程问题:地基、边坡、洞室岩体;(8)岩体性质改善与加固。
3、岩体力学的研究方法:(1)工程地质方法:研究岩块、岩体的地质与结构特征,为岩体力学研究提供地质资料和地质模型。
分为:a、岩矿鉴定:了解岩石的岩性、矿物成分及结构构造及成因环境。
b、地层、构造:了解岩体的地质成因、空间分布及各种结构面的发育情况,分析岩体构造变形及应力状态。
c、赋水特性:了解岩体中水分的形成、赋存与运移规律。
(2)物理实验方法:提供岩体的物理力学参数;评价岩体的变形和稳定性;岩石力学的变形与强度的机制。
分为:室内岩石物理力学试验;原位岩体力学试验、监测;天然应力测量;工程岩体物理模型试验。
(3)数学力学分析方法:建立岩体力学模型,采用适当的分析方法预测岩体在不同力场作用下的变形与稳定性。
分为:a、力学模型:本构关系、强度准则刚体力学;弹性力学;弹塑性力学;断裂力学;损伤力学;流变力学等b、分析方法:块体极限平衡法;数值模拟法等系统论;信息论;人工智能专家系统;灰色系统等二、岩块和岩体的地质特征1、岩石:由具有一定结构构造的矿物集合体组成。
2、岩块:由地质作用形成的,具有一定的岩矿组合和较强的连接强度、不含显著结构面的岩石块体,是构成岩体的最小单元。
3、结构面:地质历史发展过程中,在地质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。
包括:物质分异面和不连续面。
软弱结构面:在结构面中,那些规模较大、强度低、易变形的结构面称为软弱结构面。
4、岩体:在地质历史过程中形成的、由岩石块体和结构面网络组成的、具有一定的岩石成分和结构,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。
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)岩体力学的研究对象,不是一般的人工材料,而是在天然地质作用下形成的地质体。
3)研究方法:1工程地质研究法;2实验法;3数学力学分析法;4综合分析法.第二章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)岩石:是由具有一定结构构造的矿物(含结晶和非结晶的)集合体组成的。
3)岩石的粒间连结分结晶连结与胶结连结两类。
4)胶结类型:基底式胶结(强度最高);空隙式胶结(次之);接触式胶结(最低)5)国家<岩土工程勘察规范>提出用风化岩块的纵波速度,波速比和风化系数等指标来评价岩块的风化程度。
6)结构面: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。
它包括物质分异面和不连续面,如层面,不整合面,节理面,断层,片理面等。
7)根据地质成因的不同,可将结构面划分为原生结构面,构造结构面和次生结构面三类。
8)结构面的规模大小不仅影响岩体的力学性质,而且影响工程岩体力学作用及其稳定性。
9)结构面可分为5级(P13);1,2级结构面又称为软弱结构面;3级结构面多数也为软弱结构面;4,5级结构面为硬性结构面。
4级结构面主要控制着岩体的结构,完整性和物理力学性质,是岩体结构研究的重点。
10)结构面特征及其对岩体性质的影响:1产状;2连续性;3密度;4张开度;5形态;6冲天胶结特征;7结构面的组合关系。
11)岩体:是指在地质历史过程中形成的,由岩石单元体(或岩块)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。
12)岩体是由结构网络及其所围限的岩石块体所组成。
岩石块体或岩石单元体被称为结构体,它的大小,形态及其活动性取决于结构面的密度,连续性及其组合关系。
13)迪尔和米勒提出以岩块的单轴抗压强度和模量比作为分类指标。
岩体力学的研究方法一、岩体力学研究方法的重要性。
1.1 岩体力学可不简单呐,它就像一把神奇的钥匙,能打开理解岩石和岩体在各种力作用下行为的大门。
研究方法要是不对头,那可就像盲人摸象,只能了解到局部,没法掌握全貌。
这对于工程建设、地质灾害防治等有着至关重要的意义。
要是在修建大坝或者隧道的时候,不把岩体力学研究透了,那可能就会捅出大娄子,到时候补救都来不及。
1.2 岩体力学研究方法的好坏直接关系到我们对岩体的认识深度。
这就好比打仗,你得有正确的战略战术,不然只能是瞎折腾。
好的研究方法能让我们准确预测岩体在荷载下的变形、破坏,就像诸葛亮能掐会算一样。
二、现场调查与监测。
2.1 现场调查那是必不可少的。
咱得像个侦探一样,到实地去查看岩体的情况。
看看岩石的种类、结构面的分布,这就如同了解一个人的外貌特征一样。
不能走马观花,得细致入微。
比如说有的岩石表面看起来很坚固,但是内部可能有很多裂隙,这就像外表强壮但内里虚弱的人一样,不仔细调查可发现不了。
2.2 监测也是个关键环节。
这就像给岩体装上了眼睛,时刻盯着它的一举一动。
可以用各种仪器监测岩体的位移、应力变化等。
一旦发现有什么风吹草动,就像听到了警报声,我们就能及时采取措施。
就好比在地震多发区,监测岩体的微小变化可能就能提前预测到地震的来临,这可关系到千千万万人的生命财产安全呢。
三、室内试验。
3.1 室内试验就像是在实验室里给岩体做个体检。
我们可以进行岩石的单轴抗压强度试验、三轴试验等。
这就像医生给病人做各种检查一样,通过这些试验来了解岩石的力学性质。
比如说单轴抗压强度试验,能告诉我们这块岩石能承受多大的压力,就像知道一个人的极限耐力一样。
3.2 不过呢,室内试验也有它的局限性。
毕竟实验室里的环境和实际的岩体环境还是有差别的。
这就像在温室里培育的花朵和在野外生长的花朵不一样。
所以我们不能完全依赖室内试验的结果,还得结合现场调查和监测的数据才行。
四、理论分析。
4.1 理论分析是岩体力学研究的大脑。