岩石力学课件第三章 岩体力学性质
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第3章岩石结构面、力学性质岩体力学
nˆ =(sinαsinβ , sinαcosβ , conα )
岩石力学
3.3.1.2 结构面的连续性 结构面的连续性又称为结构面的延展性或贯通性，常用
迹长、线连续性系数和面连续性系数表示。 （1）迹长 结构面与勘测面交线的长度，称为迹长。 国际岩石力学学会(ISRM，1978年) 制订的分级标准(见
3.2.2 岩体结构的类型
在《岩土工程勘察规范（GB 50021-2001）》中，将岩体 结构划分为5大类（见下表）。
岩石力学
岩体结 构
类型 整体状
结构
块状结 构
层状结 构
岩体地质 类型
巨块状 岩浆岩和 变质岩
厚层状 沉积岩， 块状岩浆 岩和变质 岩 多韵律 薄层、中 厚层状沉 积岩，副
结构体 形状
岩石力学
3.1 概述
工程涉及的实际岩体与实验室内测试的岩石试件的力学 性能有着很大的差别，引起这种差别的主要因素有：
（1）岩体的非连续性； （2）岩体的非均质性； （3）岩体的各向异性； （4）岩体的含水性等。 其中最关键的因素是岩体的非连续性。
岩石力学
结构面（亦称弱面）：岩体内存在的各种地质界面，
巨块状
块状 柱状
层状 板状
结构面发育情况
以层面和原生、 构造节理为主， 多呈闭合型，间 距大于1.5m，一 般为1~2组，无 危险结构
有少量贯穿性节 理裂隙，结构面 间距0.7~1.5m， 一般为2~3组， 有少量分离体
有层理、片理、 节理，常有层间 错动
岩土工程特 征
岩体稳定， 可视为均质 弹性各项同 性体
岩石力学
当试件沿结构面发生剪切破坏时，作用在结构面上的应力有：
T A
P cos
岩石力学
3.3.1.2 结构面的连续性 结构面的连续性又称为结构面的延展性或贯通性，常用
迹长、线连续性系数和面连续性系数表示。 （1）迹长 结构面与勘测面交线的长度，称为迹长。 国际岩石力学学会(ISRM，1978年) 制订的分级标准(见
3.2.2 岩体结构的类型
在《岩土工程勘察规范（GB 50021-2001）》中，将岩体 结构划分为5大类（见下表）。
岩石力学
岩体结 构
类型 整体状
结构
块状结 构
层状结 构
岩体地质 类型
巨块状 岩浆岩和 变质岩
厚层状 沉积岩， 块状岩浆 岩和变质 岩 多韵律 薄层、中 厚层状沉 积岩，副
结构体 形状
岩石力学
3.1 概述
工程涉及的实际岩体与实验室内测试的岩石试件的力学 性能有着很大的差别，引起这种差别的主要因素有：
（1）岩体的非连续性； （2）岩体的非均质性； （3）岩体的各向异性； （4）岩体的含水性等。 其中最关键的因素是岩体的非连续性。
岩石力学
结构面（亦称弱面）：岩体内存在的各种地质界面，
巨块状
块状 柱状
层状 板状
结构面发育情况
以层面和原生、 构造节理为主， 多呈闭合型，间 距大于1.5m，一 般为1~2组，无 危险结构
有少量贯穿性节 理裂隙，结构面 间距0.7~1.5m， 一般为2~3组， 有少量分离体
有层理、片理、 节理，常有层间 错动
岩土工程特 征
岩体稳定， 可视为均质 弹性各项同 性体
岩石力学
当试件沿结构面发生剪切破坏时，作用在结构面上的应力有：
T A
P cos
精品课程《岩石力学》ppt课件(全)
具体而言，研究岩石在荷载作用下的应力、变形和破坏 规律以及工程稳定性等问题。
上述定义是把“岩石”看成固体力学中的一种材料，然而
岩石材料不同于一般的人工制造的固体材料，它是
一种典型的“连续介质”，具有复杂的地质构造和赋
存条件的天然地质体。
.
11
三、岩石力学理论的发展简史
1. 初始阶段(19世纪末~20世纪初)
.
8
（2）60年代初意大利Vajont大坝水库高边坡的崩溃 意大利Vajont拱坝，坝高262m，
于1959年建成，是当时世界上 最高的拱坝。1963年10月9日 夜，由于大坝上游山体突然滑 坡，约2.5亿立方的山体瞬时涌 入水库，涌浪摧毁上游及下游 一个小镇与邻近几个村庄，造 成约2500人死亡，整个灾害的 持续时间仅仅5分钟。
.
3
一、引言
1. 人类活动与岩石工程（Rock Engineering）
岩石圈是人类赖以生存的主要载体，人类的大部分活动都 是在岩石圈上进行的：
远古
约4700年前 公元1600年
19世纪
石器，穴居 金字塔（146.5m) 火药采矿 铁路隧道技术
20世纪 大型水电工程
岩基、边坡，地下 洞室，隧道工程等
普罗托吉雅柯诺夫提出的自然平衡拱学说，即普氏理论．
围岩开挖后自然塌落成抛物线拱形，作用在支架上的压力等于 冒落拱内岩石的重量，仅是上覆岩石重量的一部分．
太沙基(K．Terzahi)理论 围岩塌落成矩形，而不是抛物线型．
优点与缺点
上述理论在一定历史时期和一定条件下还是发挥了一定作用的， 但是围岩的塌落并不是形成围岩压力的惟一来源，也不是所有 的地下空间都存在塌落拱．围岩和支护之间并不完全是荷载和 结构的关系问题，在很多情况下围岩和支护形成一个共同承载 系统，而且维持岩石工程的稳定最根本的还是要发挥围岩的作 用．
岩石的基本物理力学质PPT
一、岩石的密度
❖ 1、颗粒密度(ρs)
ρs= ms/Vs
❖ 2、块体密度(ρ)
ρ=m/V
❖ 注意： （1）ρs与ρ的区别 (ρs>ρ) （2）ρs与ρ的单位 （g/cm3 kN/m3） （3）测试方法（ρs---比重瓶法；ρ--量积法）
密度（ρ）和重度(γ)： 单位体积的岩石的质量称为岩石的密度。单位体积的
式中：W――天然状态下岩石试件的质量(g；) V——岩石试件的体积(cm3)； g——重力加速度。
2、干密度（ρd）和干重度(γd )
干密度是指岩石孔隙中的液体全部被蒸发后单位体积 岩石的质量，相应的重度即为干重度。
d
Ws V
d d g
（g/cm3） (kN /m3)
式中：Ws——岩石试件烘干后的质量(g)； V——岩石试件的体积(cm3)；
nl
Vnl 100% V
(4)总开空隙率（孔隙率）n0: 即岩石试件内开型空隙的 总体积（Vn0)占试件总体积(V)的百分比。
n0
Vn0 V
100%
(5)闭空隙率nc: 即岩石试件内闭型空隙的体积（Vnc)占 试件总体积(V)的百分比。
nc
Vnc 100% V
2 、空隙比(e)
所谓空隙比是指岩石试件内空隙的体积（V V)与 岩石试件内固体矿物颗粒的体积（Vs)之比。
sin
2
(
1
3 )2 2
2
( 1
3 )2 2
2 岩石的强度特性
工程师对材料提出两个问题
1 最大承载力——许用应力[ ] ？
2 最大允许变形－－许用应变[ ]？
本节讨论[ ]问题
强度：材料受力时抵抗破坏的能力。Strength of rock
《岩石力学》课件(完整版)-第三章岩石动力学基础
能量吸收是指岩石在冲 击或振动载荷作用下吸 收能量的能力，与岩石 的破碎和变形有关。
疲劳是指岩石在循环载 荷作用下发生损伤和破 坏的现象，对地下工程 和边坡工程的稳定性有 重要影响。
03
岩石动力学的基本理论
弹性力学基础
01
弹性力学基本概念
弹性力学是研究弹性物体在外力作用下的应力、应变和位移的学科。它
理论分析方法。这些方法可用于求解各种复杂弹性力学问题。
塑性力学基础
塑性力学基本概念
塑性力学是研究塑性物体在外力作用下的应力、应变和位移的学科。塑性物体在达到屈服 点后会发生不可逆的变形，其应力-应变关系不再满足胡克定律。
塑性力学的基本方程
包括屈服准则、流动法则、增量理论和边界条件等。这些方程描述了塑性物体内部的应力 、应变和位移之间的关系，以及物体与周围介质之间的相互作用。
有限元法是一种将连续介质离 散化为有限个小的单元体，并 对每个单元体进行力学分析的 方法。
有限元法是一种将连续介质离 散化为有限个小的单元体，并 对每个单元体进行力学分析的 方法。
有限元法是一种将连续介质离 散化为有限个小的单元体，并 对每个单元体进行力学分析的 方法。
离散元法
离散元法是一种将连续介质离散化为一系列刚性或弹性 单元体的方法。
数据分析
对实验获取的大量数据进行处理和分 析，提取岩石的动力学特性，如阻尼 比、质量放大系数等。
结果解释
根据实验结果，解释岩石在动态载荷 作用下的破坏机制和演化过程，为工 程设计和安全评估提供依据。
实验研究的挑战与展望
挑战
岩石动力学实验技术难度大，需要克服实验条件苛刻、测量精度要求高等问题。 同时，岩石材料的非线性、各向异性等特性也给实验结果分析带来困难。
3岩体力学性质(张子兴)
地理环境
瓦依昂山谷独特的地理条件，成为实现上 述构想的最佳地点：山谷呈葫芦型，谷口 狭窄便于修建大坝；山谷内腹宽阔、深度 大，能最大程度地多蓄水。根据规划，瓦 依昂大坝的坝身高达230米。
刚 竣 工 时 的 瓦 依 昂 大 坝
地质环境
数千万年前这里是一片海洋，形成了 石灰岩和粘土相互层叠的结构，石灰岩层 间的粘土层在受水浸润时极易形成泥浆， 使岩层间的摩擦力降低，存在导致滑坡的 隐患。
建设中的瓦伊昂大坝
设计变更
50年代末正值世界核电开发的黄金时 代，核电具有更高、更稳定的发电量，这 无疑是比水电更大的诱惑。1957年4月，罗 马的政客们放了一个大卫星：大坝改成为 核电站配套服务的抽水蓄能电站，高度从 初始的230米增加到264. 6米，这样就使水 位上升到722.5米高程，不但在双曲拱坝中 首屈一指，而且成为世界第二高的大坝； 库容也增加到初始设计的三倍，达1.65亿 立方米。
灾难降临
从滑坡开始到灾难发生，整个过程不 超过7分钟，共有1900余人在这场灾难中丧 命，700余人受伤。巨大的空气冲击波使电 站地下厂房内的行车钢梁发生扭曲剪断， 将廊道内的钢门推出12米，正在厂房内值 班和住宿的60名技术人员除1人幸存外，其 余全部死亡；正在坝顶监视安全的设计者 、工程师和工人们无一幸免。
第三章 岩体力学性质
3.4 结构面的力学性质
3.5 岩体的变形特性
3.6 岩体的强度特性
3.7 岩体的水力学性质
3.4 结构面的力学性质
上次课内容：
主要讲了岩体结构类型、岩体结构面的类型及其 形态
这节课接着讲： 结构面的力学性质、岩体的变形强度特征。 结构面力学性质主要包括三个方面： ①法向变形与刚度； ②剪切变形与刚度； ③抗剪强度。
《岩石物理力学性质》PPT课件
▪ 矿物的解理就是矿物晶体受应力作用超过 弹性限度,沿结晶学方向破裂成光滑的平面 的现象.
微裂隙
▪ 白云质灰岩晶间微裂隙
▪ 粒间空隙
粒间空隙
晶格
▪ 晶格边界、晶格缺陷
▪ 微构造面对岩石工程性质的影响 ▪ 大大降低岩石的强度 ▪ 导致岩石的各向异性 ▪ 增大岩石的变形、改变弹性波速、电阻率
和热传导率等
▪ 岩石是构成岩体的根本单元。
1.2.1 岩石的根本构成
▪ 岩石的根本构成是由组成岩石的物质成分和构造 两方面决定。
▪ 组成岩石的矿物称为造岩矿物。矿物是地壳中天 然生成的自然元素或化合物，它具有一定的物理 性质、化学成分和形态。
▪ 主要造岩矿物：最主要的造岩矿物只有30多种， 如石英、长石、辉石、角闪石、云母、方解石、 高岭石、绿泥石、石膏、赤铁矿、黄铁矿等。
基性和超基性岩石主要是由易于风化的矿物组成，非常容易风化 ；
酸性岩石主要由较难风化的矿物组成，抗风化能力比起同样构造的基性 岩要高 ；
沉积岩主要由风化产物组成，大多数为原来岩石中较难风化的碎屑物或 是在风化和沉积过程中新生成的化学沉积物，稳定性一般都较高；
1.2.1.2 常见的岩石构造类型
▪ 岩石的构造是指岩石中矿物〔及岩屑〕颗 粒相互之间的关系，包括颗粒的大小、形 状、排列、构造连结特点及岩石中的微构 造面。
1.2.1.1 岩石的主要物质成分
按照生成条件划分，矿物可分为： 原生矿物——由岩浆岩冷凝生成，如石英、长石、辉石、角闪石、 云母等； 次生矿物——由原生矿物经风化作用直接生成，如由长石风化而成 的高岭石、由辉石或角闪石风化而成的绿泥石等，或 在水溶液中析出生成，如石膏、方解石。
矿物的外表形态： 结晶体——大多呈现规那么的几何形状； 非结晶体——呈现不规那么的形状。
微裂隙
▪ 白云质灰岩晶间微裂隙
▪ 粒间空隙
粒间空隙
晶格
▪ 晶格边界、晶格缺陷
▪ 微构造面对岩石工程性质的影响 ▪ 大大降低岩石的强度 ▪ 导致岩石的各向异性 ▪ 增大岩石的变形、改变弹性波速、电阻率
和热传导率等
▪ 岩石是构成岩体的根本单元。
1.2.1 岩石的根本构成
▪ 岩石的根本构成是由组成岩石的物质成分和构造 两方面决定。
▪ 组成岩石的矿物称为造岩矿物。矿物是地壳中天 然生成的自然元素或化合物，它具有一定的物理 性质、化学成分和形态。
▪ 主要造岩矿物：最主要的造岩矿物只有30多种， 如石英、长石、辉石、角闪石、云母、方解石、 高岭石、绿泥石、石膏、赤铁矿、黄铁矿等。
基性和超基性岩石主要是由易于风化的矿物组成，非常容易风化 ；
酸性岩石主要由较难风化的矿物组成，抗风化能力比起同样构造的基性 岩要高 ；
沉积岩主要由风化产物组成，大多数为原来岩石中较难风化的碎屑物或 是在风化和沉积过程中新生成的化学沉积物，稳定性一般都较高；
1.2.1.2 常见的岩石构造类型
▪ 岩石的构造是指岩石中矿物〔及岩屑〕颗 粒相互之间的关系，包括颗粒的大小、形 状、排列、构造连结特点及岩石中的微构 造面。
1.2.1.1 岩石的主要物质成分
按照生成条件划分，矿物可分为： 原生矿物——由岩浆岩冷凝生成，如石英、长石、辉石、角闪石、 云母等； 次生矿物——由原生矿物经风化作用直接生成，如由长石风化而成 的高岭石、由辉石或角闪石风化而成的绿泥石等，或 在水溶液中析出生成，如石膏、方解石。
矿物的外表形态： 结晶体——大多呈现规那么的几何形状； 非结晶体——呈现不规那么的形状。
最新岩块的物理力学性质PPT课件
(h/ D)
温度、湿度
含水量越高,强度越低;温度越高，强度越低。
端面条件端面效应
岩
块
的
变 形
层理结构强度各向异性
与
强
度
性
质
二、单轴抗拉强度σt
1.定义：单向拉伸条件下，岩块能承受的最大拉应力，简称抗拉 强度。
2.意义：衡量岩体力学性质的重要指标
岩
用来建立岩石强度判据，确定强度包络线
块
选择建筑石材不可缺少的参数
1~9 0.2~0.35
3)其他变形参数
岩
•剪切模量（Ｇ）
G E 2 (1 )
块 的
•拉梅常数（λ）
E
( 1 )( 1 2 )
变
形
•体积模量（ＫV)
E K V 3 (1 2 )
与
强
•弹性抗力系数（Ｋ） K E
度
(1 ) R o
性
质
3. 峰值后岩块的变形特征
塑性 大的 岩石
几种岩石的吸水性指标值
二、岩石的软化性
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(σcw)与干抗压 强度(σc)的比值
KR
cw c
岩石中含有较多亲水性和可溶性矿物，含大开空隙 较多时，岩石的软化性较强，软化系数较小。（软 化性与岩石矿物成分及空隙性有关）
KR＞0.75，岩石软化性弱，抗冻性和抗风化能力强； KR＜0.75，岩石软化性较强，工程地质性质较差。
块
的
变
形
与
强
度
性 质
三、岩石的蠕变性质
在外部条件不变的情况下，岩石的变形或应力随时间而变化
岩 的现象叫流变，主要包括蠕变、松弛。
岩石基本物理力学性质PPT课件
岩石的变形指标
E
弹模
含或水E率t
d d
泊松比
含水 x率 y
剪切模量：G E
2(1 )
拉梅常数：
E
(1 )(1 2)
E
体积模量： Kv 3(1 2)
23
第243页/共36页
1.5 影响岩石力学性质的主要因素
• 围压 •水 • 温度 • 加载速度（应变率）
24
第254页/共36页
围压对岩石力学性质的影响
岩块 非连续面
联合作用
岩体特性
岩块研究 成果丰硕
理论背景 试验基础
采样 试验设备
2
第32页/共36页
课程章节调整
岩石物理力学性质 岩石的本构模型与强度理论 岩体力学性质 地应力 三大岩石工程--洞、坡、基
3
第43页/共36页
岩石的物理性质（Physical Properties of rocks)
砂岩
4~25
玄武岩 10~30 闪长岩 10~25
砾岩
2~15
石英岩 大理岩 白云岩
10~30 7~20 15~25
安山岩 片麻岩 板岩
10~20 5~20 7~15
灰岩
千枚岩、 片岩
5~20 1~10
Rt
1 25
~
1 4
Rc
13
第143页/共36页
岩石的抗剪强度
基本概念—正应力条件下施加剪切力，岩石能抵 抗的最大剪力
D点以后：破裂后阶段
典型的应力-应变曲线 第221页/共36页
21
岩石变形性质-体积变形
岩石的扩容
岩石在荷载作用下发生破坏之前产生体积膨胀大于体积压缩的非线性体积变形
岩石力学与工程岩体力学性质
岩石力学与工程岩体力学性质
2021/3/6
8
四、结构面对岩体强度的影响
结构面是通过结构面的产状、形态、延展尺度 等几何特征参数和密集度与充填物等状态，来 描述对岩体强度和工程稳定性影响的。
1.结构面的产状对岩体是否沿某一结构面滑动 起控制作用。
2.结构面形态决定结构面抗滑力的大小，当结 构面的粗糙度越高，其抗滑力就越大。
3.结构面的延展尺度在工程岩体范围内，延展 尺度大的结构面程岩体力学性质
2021/3/6
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三、岩体破碎程度的指标(补充)
1.裂隙度
（1）定义 裂隙度K是指沿着取样线方向，单位长度上节理 的数量。
（2）计算
1）设某节理取样线长度为L，沿L内出现节理的数 量为n，则 Kn L
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岩石力学与工程岩体力学性质
划分依据 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构呈块状 原生岩体结构呈层状 原生岩体结构特征已消失 原生岩体结构特征已消失
7
2）沿取样方向节理的平均间距d为
d 1 L Kn
岩石力学与工程岩体力学性质
2021/3/6
10
2.切割度
（1）切割度
是指岩体被节理割裂、分离的程度。
（2）计算
1）仅含一个节理面的平直断面，节理面面积 a，平
直断面面积A，其切割度 X e 为
Xe
a A
2）当岩体被完全切割时，Xe 1 ；未被切割时，
级 序 结构类型
划分依据
Ⅰ Ⅰ1 块裂结构 多数软弱结构面切割，块 状结构体
Ⅰ2 板裂结构 一组软弱结构面切割，板 状结构体
岩体力学性质PPT课件
岩石在成岩过程中形成的 结构面，如层理、片理、 节理等。
构造结构面
由构造运动形成的破裂面 或断裂面，如断层、节理 、劈理等。
次生结构面
由外动力地质作用形成的 结构面，如风化裂隙、卸 荷裂隙等。
结构面对岩体强度影响
降低岩体强度
结构面的存在使得岩体的连续性 受到破坏，导致岩体强度降低。
控制破坏形式
结构面的产状、规模和组合关系对 岩体的破坏形式起着控制作用。
压缩强度
岩石在单向或三向受压条 件下破坏时的最大压应力
。
压缩变形
岩石在压力作用下产生的 变形，包括弹性变形和塑
性变形。
压缩模量
岩石在单向压缩条件下的 应力-应变关系中的比例常
数。
岩石拉伸性质
拉伸强度
岩石在拉伸条件下破坏时的最大拉应力。
拉伸变形
岩石在拉力作用下产生的变形，主要表现 为弹性变形。
拉伸模量
孔隙度
指岩石中孔隙体积与总体积之比，以 百分数表示。孔隙度反映了岩石的储 集能力和渗透性能。
岩石硬度与强度
岩石硬度
指岩石抵抗刻划、压入和研磨的能力，常用摩氏硬度计进行 测定。硬度与矿物成分、结构和构造等因素密切相关。
岩石强度
指岩石在受力作用下抵抗破坏的能力，包括抗压强度、抗拉 强度和抗剪强度等。强度受岩石成分、结构、构造和应力状 态等因素影响。
谢谢您的聆听
THANKS
室内试验法
单轴压缩试验
对规则试件施加单轴压力，测定 其抗压强度、变形和破坏特征。
三轴压缩试验
在三向应力状态下对试件施加压 力，研究岩石在三向应力下的力
学性质。
剪切试验
对试件施加剪切力，测定其抗剪 强度和剪切变形特性。
构造结构面
由构造运动形成的破裂面 或断裂面，如断层、节理 、劈理等。
次生结构面
由外动力地质作用形成的 结构面，如风化裂隙、卸 荷裂隙等。
结构面对岩体强度影响
降低岩体强度
结构面的存在使得岩体的连续性 受到破坏，导致岩体强度降低。
控制破坏形式
结构面的产状、规模和组合关系对 岩体的破坏形式起着控制作用。
压缩强度
岩石在单向或三向受压条 件下破坏时的最大压应力
。
压缩变形
岩石在压力作用下产生的 变形，包括弹性变形和塑
性变形。
压缩模量
岩石在单向压缩条件下的 应力-应变关系中的比例常
数。
岩石拉伸性质
拉伸强度
岩石在拉伸条件下破坏时的最大拉应力。
拉伸变形
岩石在拉力作用下产生的变形，主要表现 为弹性变形。
拉伸模量
孔隙度
指岩石中孔隙体积与总体积之比，以 百分数表示。孔隙度反映了岩石的储 集能力和渗透性能。
岩石硬度与强度
岩石硬度
指岩石抵抗刻划、压入和研磨的能力，常用摩氏硬度计进行 测定。硬度与矿物成分、结构和构造等因素密切相关。
岩石强度
指岩石在受力作用下抵抗破坏的能力，包括抗压强度、抗拉 强度和抗剪强度等。强度受岩石成分、结构、构造和应力状 态等因素影响。
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THANKS
室内试验法
单轴压缩试验
对规则试件施加单轴压力，测定 其抗压强度、变形和破坏特征。
三轴压缩试验
在三向应力状态下对试件施加压 力，研究岩石在三向应力下的力
学性质。
剪切试验
对试件施加剪切力，测定其抗剪 强度和剪切变形特性。
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狭缝法、
1）承压板法
选具有代表性的试验地点
清除浮石，平整岩面
逐级一次循环法加压
岩体变形模量Em和弹性模量Eme公式：
Em ?
pD (1 ?
?
2 m
)?
?
(MPa)
E me ?
pD
(1
?
?
2 m
)?
?e
(MPa)
(J. Boussineq)
p－承受板单位面积上的压力 (MPa) ；
D－承压板直径或边长 (cm) ；
2
Kn
δ n0 max ? σn Kn0δmax
????
（Goodman,1974 ）
Kn0－结构面的初始刚度
Kn－法向变形刚度
趋势：σn ↑ ，Kn ↑
? 当荷载去除时，将引起明显的后滞和非弹 性效应。
2. 闭合变形量计算 ：
Goodman方法：
（1）基本假设
①节理无抗拉强度 ② 极限闭合量δ max ＜e（节理的厚度）
? 、 ? e－相应于p下的岩体总变形和弹性变形
（cm）；
ω－与承压板形状与刚度有关的系数，对圆形 板＝0.785；方形板＝0.886；
μm－岩体的泊松比。
2）钻孔变形法
岩体的变形模量（Em）
计算公式：
Em
?
dp (1 ? U
?m)
U－径向变形
μm－岩体的泊松比;
优点（相对于承压板法来说） ：
? 对岩体扰动较小； ? 可在地下水位以下和相当深的部位进行；
影响岩体力学性质的基本因素： 结构体 (岩石)力学性质、结构面力学性质、岩体
结构力学效应和环境因素 (特别是水和地应力的作用 )
§3.2岩体结构的基本类型 （地质学、复习、了解）
§3.3岩体中的结构面及自然特征
§3.3.1结构面类型（自学、了解、提问）
火成结构面
原生结构面 沉积结构面
变质结构面
成因及类型
（2）状态方程
? n ? ? 0 ? A(
?n
)t
?0
? m ax ? ? n
? 0 －原始应力，由测量时的初始条件决定；
δn, δmax－结构面闭合量，最大闭合量; A, t－回归参数，与结构面几何特征、岩石力学性质有关。
（二）节理的切向变形
通常有两种形式：A）粗糙（或非充填）结构面剪切 变形曲线；B）平坦（或有充填物）的结构面
?? Kt ? ??t
区别及原因 见下页力学模型
法向力不足够大 沿凸台斜面滑动 剪胀（或扩容）
法向力足够大 沿凸台剪断 不产生明显剪胀
结构面的剪切变形: 与岩石强度、结构面粗糙性和法向力有关
（三）抗剪强度 服从库仑准则: ? ? c ? ? tg?
i
影响抗剪强度的三个基本因素：
? 法向力 σn ? 粗糙度 JRC ? 结构面强度 JCS
疏节理 密节理 很密节理
K=100~1000/m 糜棱节理
b.两组节理
K
?
K1
?
K2
?
1 ma
?
1 mb
?
cos ?a
da
?
cos ?b
db
ma: 沿取样线节理平均间距;
da: 节理垂直间距；
c.多组节理
n cos?
? K ?
i
d i?1
i
两组节理的裂隙度计算图
（2）切割度 Xe：节理在岩体内的贯通程度。
第三章 岩体的力学性质
主要内容
? 第一节 ? 第二节 ? 第三节 ? 第四节 ? 第五节 ? 第六节 ? 第七节 ? 第八节
概述 岩体结构的基本类型 岩体的结构面及其自然特征 结构面的力学性质 岩体的变形性质 岩体的强度特性 岩体的水力学性质 岩体质量评价及其分类
§3.1 概述
岩体=结构面（弱面）+结构体（岩石块体） 结构面：断层、褶皱、节理……统称
假设在岩体中取一平直断 面，总截面积为A，其中 被节理面切割的面积为a； 则切割度为
Xe ?
a A
多处不连续切割叠加：
n
a ? ? ai i?1
变形 法向变形
§3.4 结构面的力学性质 性质 切向变形
(一）法向变形
强度性质
1.变形特性
? 在法向荷载作用下，结构面间隙呈非线性减 小，应力与法向变形呈指数关系。 (原因）
? 试验方向基本不受限制，试验压力大；
? 可以同时测量几个方向的变形，便于研究 各向异性；
缺点：涉及的岩体体积小，代表性差。
厚壁圆筒理论
3）狭缝法：
Em
?
pl 2?
??1?
? m ?t?an?1
?
tan?2 ??
?1?
? m ?s?in2?1
? sin2?2??
断层
构造结构面 节理
劈理
次生结构面
§3.3.2结构面的自然特征
薄膜充填（2mm以下）
有充填 断续充填
1. 充填胶结特征
连续充填
厚层充填（数十厘米至数米）
无充填
2. 几何形态特征
凹凸度
（量化指标）
起伏度 （起伏角i)
粗糙度 (五级）
平直型 波浪型 锯齿型 台阶型
3. 空间分布特征
产状（即方位）及其变化 延展性 密集程度 组合关系
设取样线长度为l ，在l上 出现的节理条数为n，则
K ? n?
节理之间的平均间距为
d? l ? 1
20m
nK
实例： k=4/20=0.2/m
d=1/k=5m
l
按间距分类 按裂隙度分类
d>180cm 整体结构 d=30~180 块状结构 d<30 破裂结构 d<6.5 极破裂结构
K=0~1/m K=1~10/m K=10~100/m
? 结构面的产状及其变化：结构面的走向与倾向及其变化
? 结构面的延展性：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。
分为非贯通性的、半贯通性及贯通性的结构面
裂隙度 K ? 结构面的 密集程度
切割度 Xe
: （1）裂隙度 K 同一组结构面 沿法线方向 单位长度上的节理数量
a.单组节理(具有同一走向）
结构面抗剪强度公式（Barton和choubey, 1977)：
?
? ? ? n tan ? JRC
?
lg
????
JCS
?n
??
?? ? ? b ?
??
粗糙度 JRC （目测）
分维数
§3.5 岩体的变形性质
法向变形特征 岩体的变形 剪切变形特征
各向异性变形特性
（一）法向变形特征：
承压板法、
1. 法向变形试验： 钻孔变形法、
第三章 岩体的力学特性
? 本章内容 ? 3.1 概述 ? 3.2 岩体结构基本类型； ? 3.3 岩体的结构面及其自然特征； ? 3.4 结构面的力学性质 ? 3.5 岩体的变形性质 ? 3.6 岩体的强度特性 ? 3.7 岩体的水力学性质 ? 3.8 岩体质量评价及其分类
? 基本要求
? 了解岩体结构的基本类型，理解岩体结构面特征； ? 掌握结构面的力学性质及岩体的变形性质； ? 理解岩体的强度特性，了解岩体的水力学性质； ? 掌握岩体质量评价及其分类方法；
1）承压板法
选具有代表性的试验地点
清除浮石，平整岩面
逐级一次循环法加压
岩体变形模量Em和弹性模量Eme公式：
Em ?
pD (1 ?
?
2 m
)?
?
(MPa)
E me ?
pD
(1
?
?
2 m
)?
?e
(MPa)
(J. Boussineq)
p－承受板单位面积上的压力 (MPa) ；
D－承压板直径或边长 (cm) ；
2
Kn
δ n0 max ? σn Kn0δmax
????
（Goodman,1974 ）
Kn0－结构面的初始刚度
Kn－法向变形刚度
趋势：σn ↑ ，Kn ↑
? 当荷载去除时，将引起明显的后滞和非弹 性效应。
2. 闭合变形量计算 ：
Goodman方法：
（1）基本假设
①节理无抗拉强度 ② 极限闭合量δ max ＜e（节理的厚度）
? 、 ? e－相应于p下的岩体总变形和弹性变形
（cm）；
ω－与承压板形状与刚度有关的系数，对圆形 板＝0.785；方形板＝0.886；
μm－岩体的泊松比。
2）钻孔变形法
岩体的变形模量（Em）
计算公式：
Em
?
dp (1 ? U
?m)
U－径向变形
μm－岩体的泊松比;
优点（相对于承压板法来说） ：
? 对岩体扰动较小； ? 可在地下水位以下和相当深的部位进行；
影响岩体力学性质的基本因素： 结构体 (岩石)力学性质、结构面力学性质、岩体
结构力学效应和环境因素 (特别是水和地应力的作用 )
§3.2岩体结构的基本类型 （地质学、复习、了解）
§3.3岩体中的结构面及自然特征
§3.3.1结构面类型（自学、了解、提问）
火成结构面
原生结构面 沉积结构面
变质结构面
成因及类型
（2）状态方程
? n ? ? 0 ? A(
?n
)t
?0
? m ax ? ? n
? 0 －原始应力，由测量时的初始条件决定；
δn, δmax－结构面闭合量，最大闭合量; A, t－回归参数，与结构面几何特征、岩石力学性质有关。
（二）节理的切向变形
通常有两种形式：A）粗糙（或非充填）结构面剪切 变形曲线；B）平坦（或有充填物）的结构面
?? Kt ? ??t
区别及原因 见下页力学模型
法向力不足够大 沿凸台斜面滑动 剪胀（或扩容）
法向力足够大 沿凸台剪断 不产生明显剪胀
结构面的剪切变形: 与岩石强度、结构面粗糙性和法向力有关
（三）抗剪强度 服从库仑准则: ? ? c ? ? tg?
i
影响抗剪强度的三个基本因素：
? 法向力 σn ? 粗糙度 JRC ? 结构面强度 JCS
疏节理 密节理 很密节理
K=100~1000/m 糜棱节理
b.两组节理
K
?
K1
?
K2
?
1 ma
?
1 mb
?
cos ?a
da
?
cos ?b
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ma: 沿取样线节理平均间距;
da: 节理垂直间距；
c.多组节理
n cos?
? K ?
i
d i?1
i
两组节理的裂隙度计算图
（2）切割度 Xe：节理在岩体内的贯通程度。
第三章 岩体的力学性质
主要内容
? 第一节 ? 第二节 ? 第三节 ? 第四节 ? 第五节 ? 第六节 ? 第七节 ? 第八节
概述 岩体结构的基本类型 岩体的结构面及其自然特征 结构面的力学性质 岩体的变形性质 岩体的强度特性 岩体的水力学性质 岩体质量评价及其分类
§3.1 概述
岩体=结构面（弱面）+结构体（岩石块体） 结构面：断层、褶皱、节理……统称
假设在岩体中取一平直断 面，总截面积为A，其中 被节理面切割的面积为a； 则切割度为
Xe ?
a A
多处不连续切割叠加：
n
a ? ? ai i?1
变形 法向变形
§3.4 结构面的力学性质 性质 切向变形
(一）法向变形
强度性质
1.变形特性
? 在法向荷载作用下，结构面间隙呈非线性减 小，应力与法向变形呈指数关系。 (原因）
? 试验方向基本不受限制，试验压力大；
? 可以同时测量几个方向的变形，便于研究 各向异性；
缺点：涉及的岩体体积小，代表性差。
厚壁圆筒理论
3）狭缝法：
Em
?
pl 2?
??1?
? m ?t?an?1
?
tan?2 ??
?1?
? m ?s?in2?1
? sin2?2??
断层
构造结构面 节理
劈理
次生结构面
§3.3.2结构面的自然特征
薄膜充填（2mm以下）
有充填 断续充填
1. 充填胶结特征
连续充填
厚层充填（数十厘米至数米）
无充填
2. 几何形态特征
凹凸度
（量化指标）
起伏度 （起伏角i)
粗糙度 (五级）
平直型 波浪型 锯齿型 台阶型
3. 空间分布特征
产状（即方位）及其变化 延展性 密集程度 组合关系
设取样线长度为l ，在l上 出现的节理条数为n，则
K ? n?
节理之间的平均间距为
d? l ? 1
20m
nK
实例： k=4/20=0.2/m
d=1/k=5m
l
按间距分类 按裂隙度分类
d>180cm 整体结构 d=30~180 块状结构 d<30 破裂结构 d<6.5 极破裂结构
K=0~1/m K=1~10/m K=10~100/m
? 结构面的产状及其变化：结构面的走向与倾向及其变化
? 结构面的延展性：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。
分为非贯通性的、半贯通性及贯通性的结构面
裂隙度 K ? 结构面的 密集程度
切割度 Xe
: （1）裂隙度 K 同一组结构面 沿法线方向 单位长度上的节理数量
a.单组节理(具有同一走向）
结构面抗剪强度公式（Barton和choubey, 1977)：
?
? ? ? n tan ? JRC
?
lg
????
JCS
?n
??
?? ? ? b ?
??
粗糙度 JRC （目测）
分维数
§3.5 岩体的变形性质
法向变形特征 岩体的变形 剪切变形特征
各向异性变形特性
（一）法向变形特征：
承压板法、
1. 法向变形试验： 钻孔变形法、
第三章 岩体的力学特性
? 本章内容 ? 3.1 概述 ? 3.2 岩体结构基本类型； ? 3.3 岩体的结构面及其自然特征； ? 3.4 结构面的力学性质 ? 3.5 岩体的变形性质 ? 3.6 岩体的强度特性 ? 3.7 岩体的水力学性质 ? 3.8 岩体质量评价及其分类
? 基本要求
? 了解岩体结构的基本类型，理解岩体结构面特征； ? 掌握结构面的力学性质及岩体的变形性质； ? 理解岩体的强度特性，了解岩体的水力学性质； ? 掌握岩体质量评价及其分类方法；