03第三章 岩体的变形与破坏

岩体变形破坏过程的能量机制岩体变形破坏过程是一个由外力作用引起的能量释放过程。

岩体在受到外力的作用下逐渐累积能量，当这部分能量超过岩体的抗力时，就会引发岩体的变形和破坏。

岩体变形破坏的能量机制主要包括应变能的积累和释放过程、动能转化为应变能的过程以及应变能转化为破坏能的过程。

首先，岩体受到外力作用后，从初态到终态的过程中会产生应变能的积累和释放过程。

外力的作用使岩石产生弹性应变、塑性应变和破裂应变。

弹性应变是可恢复的应变，塑性应变是不可恢复的应变，破裂应变是岩石的断裂。

在岩石受到外力作用时，弹性应变首先发生，然后逐渐转化为塑性应变，当塑性应变达到一定程度时，就会引发破裂。

岩体的弹性势能和塑性变形能都积累在岩体中，这部分能量通过震动、热量等方式释放出来，当释放的应变能超过岩体抗力时，就会引发岩体的破坏。

其次，动能转化为应变能是岩体变形破坏过程的另一个能量机制。

当外力作用于岩石时，岩石受到的应变能不仅来自于外力的作用，也包括岩石内部的动能转化为应变能。

当岩体受到外力时，外力对岩体的作用会使岩体发生变形，变形速度越快，岩石的动能就越大。

岩石动能的转化主要通过岩石内部的位移和变形来实现。

当岩石受到外力时，岩体内部各个部分的位移不同，不同的位移速度导致了动能的差异，这部分动能会转化为应变能。

最后，应变能转化为破坏能是岩体变形破坏的关键能量机制。

岩石的变形和破坏主要是由于岩石内部的应变能积累到一定程度时超过了岩石的抗力，从而导致岩体的破坏。

在岩体变形过程中，应变能主要以形变和塑性变形的形式存在，当应变能积累到一定程度时，塑性变形和应力集中会导致裂隙的发展和联合，从而进一步加剧岩体的破坏。

这部分应变能的释放主要通过断裂面的形成和扩展，将岩体内部的应变能释放出来，并以破碎、破裂等形式表现出来。

总之，岩体变形破坏过程的能量机制包括应变能的积累和释放过程、动能转化为应变能的过程以及应变能转化为破坏能的过程。

这些过程都是岩体变形破坏的重要能量机制，对于理解和预测岩体变形破坏具有重要意义。

工程地质分析原理第一章地壳岩体结构特征的工程地质分析岩体（rockmass）：通常指地质体中与工程建设有关的那一部分岩石，它处于一定的地质环境、被各种结构面所分割。

结构面：是指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸（或具有一定厚度）的地质界面（或带）。

如岩层层面、软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。

工程地质之所以要将岩体的结构特征作为重要研究对象，意义如下：⑴岩体中的结构面是岩体力学强度相对薄弱的部位，它导致岩体力学性能的不连续性、不均一性和各向异性。

只有掌握岩体的结构特征，才有可能阐明岩体不同荷载下内部的应力分布和应力状况。

⑵岩体的结构特征对岩体在一定荷载条件下的变形破坏方式和强度特征起着重要的控制作用。

岩体中的软弱结构面，常常成为决定岩体稳定性的控制面，各结构面分别为确定坝肩岩体抗滑稳定的分割面和滑移控制面。

⑶靠近地表的岩体，其结构特征在很大程度上确定了外营力对岩体的改造进程。

这是由于结构面往往是风化、地下水等各种外营力较活动的部位，也常常是这些营力的改造作用能深入岩体内部的重要通道，往往发展为重要的控制面。

总之，对岩体的结构特征的研究，是分析评价区域稳定性和岩体稳定性的重要依据。

结构面的成因分类：原生结构面、构造结构面及浅表生结构面结构面的工程地质分级：断层型或充填型结构面、裂隙型或非充填型结构面、断续延伸的非贯通型岩体结构面，它们分别对应于I级、U级、川级结构面岩体结构分类: 按建造特征可将岩体划分为块体状（或整体状）结构、块状结构、层状结构、碎块状结构和散体状结构等类型。

按岩体的改变程度可划分为完整的、块裂化或板裂化，碎裂化、散体化的等四个等级。

第二章地壳岩体的天然应力状态地壳岩体内的天然应力状态，是指未经人为扰动的，主要是在重力场和构造应力场的综合作用下，有时也在岩体的物理、化学变化及岩浆侵入等的作用下所形成的应力状态，常称为天然应力或初始应力。

研究岩体天然应力状态的意义：（1）岩体天然应力状态或地应力场是工程岩体存在的基本环境条件之一。

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［二］不可拉断转化为剪切。

1/3~2/3曲］可由剪切转化为塑性破坏。

有人认为（纳达），可用2偏向匚i的程度来划分应力状态类型应力状态类型参数= 2 2 1 3 （ = 1, 即 c 2=c 1; =一1, 即 c 2=c 3）CT - CT1 3二、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5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二1，3；「3空0时，拉应力对岩石破坏起主导作用二、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■- -30 ~ 40地方向上，并逐渐向与二平行地方向扩展。

当；「■301 I 3时，破坏准则为：2(「-匚3)/(二1 匚3)= 8S tc 3 =0时为单轴压拉断32.2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。

第三章岩体的变形与破坏变形：不发生宏观连续性的变化，只发生形、体变化。

破坏：既发生形、体变化、也发生宏观连续性的变化。

1．岩体变形破坏的一般过程和特点（1）岩体变形破坏的基本过程及发展阶段①压密阶段（OA段）：非线性压缩变形—变形对应力的变化反应明显；裂隙闭合、充填物压密。

应力-应变曲线呈减速型（下凹型）。

②弹性变形阶段（AB段）：经压缩变形后，岩体由不连续介质转变为连续介质；应力-应变呈线性关系；弹性极限B点。

③稳定破裂发展阶段（BC段）：超过弹性极限（屈服点）后，进入塑性变形阶段。

a．出现微破裂，随应力增长而发展，应力保持不变、破裂则停止发展；b.应变：侧向应变加速发展，轴向应变有所增高，体积压缩速率减缓（由于微破裂的出现）；④不稳定破裂发展阶段（CD段）：微破裂发展出现质的变化：a.破裂过程中的应力集中效应显著，即使是荷载应力保持不变，破裂仍会不断地累进性发展；b. 最薄弱部位首先破坏，应力重分布导致次薄弱部位破坏，直至整体破坏。

“累进性破坏”。

c. 应变：体积应变转为膨胀，轴向及侧向应变速率加速增大；※结构不均匀；起始点为“长期强度”；⑤强度丧失、完全破坏阶段（DE段）：破裂面发展为宏观贯通性破坏面，强度迅速降低，岩体被分割成相互分离的块体—完全破坏。

应重视的问题：①各发展阶段的界限点，尤其是“长期强度”；②空隙压力曲线：a.空隙水压力～体积应变、变形发展阶段；b.工程意义：滑坡、地震等。

（2）岩体破坏的基本形式①张性破坏（图示）；②剪切破坏（图示）：剪断，剪切。

③塑性破坏（图示）。

破坏形式取决于：荷载条件、岩体的岩性及结构特征；二者的相互关系。

①破坏形式与受力状态的关系：a.与围压σ3有关：低围压或负围压—拉张破坏（图示）；中等围压—剪切破坏（图示）；高围压（150MN/m2=1500kg/cm2）—塑性破坏。

b.与σ2的关系：σ2/σ 3 <4（包括σ 2 =σ3），岩体剪断破坏，破坏角约θ=25°；σ2/σ 3 >8（包括σ 2 =σ1）：拉断破坏，破坏面∥σ1，破坏角0°;4≤σ2/σ3≤8：张、剪性破坏，破坏角θ=15°。

岩体结构与边坡变形破坏的关系和影响岩体结构与边坡变形破坏的关系，听起来像是个特别枯燥的专业话题对吧？别急，我来给你讲讲其中的奥妙。

你可以把岩体当成一个巨大的蛋糕，而边坡呢，就是这个蛋糕的侧面。

蛋糕的结构决定了侧面能不能稳定地立着，不然一不小心蛋糕就会塌掉。

怎么说呢？就像我们走路一样，一不小心踩到石头，可能整个人就摔倒了。

边坡变形破坏，嗯，说白了就是这个“蛋糕侧面”出了问题，塌了，崩了，或者崩塌了。

那到底是怎么回事呢？岩体不可能是完美的，不管它表面看起来多光滑，内部总是有裂缝、空洞，或者一些不太容易发现的缺陷。

就像人啊，谁没有个小疤痕？这些缺陷影响了岩体的整体稳定性。

你看，岩体本身是由很多块石头组成的，它们之间的连接就像是粘土做的泥巴。

随着时间的推移，风吹日晒，雨水一冲，泥巴就会变松，岩体的整体性自然也就差了。

于是，边坡开始慢慢变形，可能一块石头开始掉下来，接着另一块跟着塌，最后整个边坡就像多米诺骨牌一样倒塌了。

想象一下，咱们的山坡可不像是铁打的江山。

它可脆弱了，稍微受到一点压力或者外力影响，整个坡面就可能变得不稳定。

比如，长期的降水就是一个大问题，水分渗透到岩体里面，可能会让岩石变得更脆弱，久而久之，山坡上原本稳稳的石块就可能开始松动。

再加上，挖掘、施工、甚至是人类活动带来的负荷，边坡的稳定性就更难保障了。

你想啊，山坡上本来就有些裂缝，突然加个重物在上面，不出问题才怪。

岩体的结构性也会影响变形的速度和程度。

就好比你走在一条弯曲的小路上，突然间坡道变得特别陡，整个人可能就一下子摔倒。

岩体的层次、构造、纹理等都是影响边坡稳定的因素。

层理越明显，岩体越容易分裂，就像大风吹过秋天的枯叶一样，容易被吹散。

岩体里的矿物成分、结构的强度也直接决定了它能否承受外力。

如果它的结构松散，那一旦外力作用上去，边坡崩塌的可能性就大大增加了。

想象一下，如果你拿着一块脆弱的巧克力，在阳光下稍微一捏，可能就散成一堆渣。

岩体的整体强度也是个大问题。