岩石力学-第三章01

2013-11-19
《岩石力学》
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结构面剪切变形曲线
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从下图模型可以看出，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。
结构面剪切力学模型
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抗剪强度
结构面抗剪强度一般可以用库仑准则描述：
c n tan
3.1岩体结构面的力学性质
3.1.1概念 结构面
天然岩体中往往具有明显的地质遗迹，如假整合、
不整合、褶皱、断层、节理、劈理等。他们在岩体 力学中一般都统称为节理。由于节理的存在，造成 了介质的不连续，因而这些界面又称为不连续面或 结构面。 所有的结构面中，最危险的是未充填的开口的光滑 节理面。 节理岩体的强度介于节理强度和岩块强度之间。
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单节理面理论
单结构面理论分析图
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莫尔应力圆，有：
1 1 2 2 1 ( 1 3 ) sin 2 2
( 1 3 ) ( 1 3 ) cos 2
结构面强度服从库仑准则 c w tan w 沿结构面AB产生剪切破坏的条件： 2(cw 3 tanw ) 1 3 (1 tanw cot ) sin 2
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尺寸效应 o
o o
岩体与岩块的尺寸界限，由尺度效应（scale effect）试验决定； 各种岩石的尺度效应不同； 大部分岩石在 A >0.5~1.0m时，性状即稳定，故 通常可认为在该尺寸以上即代表岩体；（A为试 件的横截面积）

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。
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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)
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（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。
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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．

目录第一章岩石力学的研究进展 (3)第二章工程岩石的地质特性 (4)§2.1 基本概念 (4)§2.2 岩石的矿物学特性 (4)§2.3 岩体结构 (5)§2.4 岩体的天然应力 (5)§2.5 风化作用对岩体力学特征的影响 (6)§2.6 水对岩体特性的影响 (6)第三章工程岩体分级 (6)§3.1 概述 (6)§3.2 影响岩体工程性质的主要因素 (7)§3.3 岩体质量描述及其表达式 (8)第四章室内岩块试验分析 (11)§4.1 岩块的空隙性和水理性 (11)§4.2 岩块的单轴抗压试验 (12)§4.3 岩块三轴压缩试验 (13)第五章岩体天然应力及其测试原理与技术 (15)§5.1 概述 (15)§5.2 岩体天然地应力状态及高地应力现象 (15)§5.3 岩体天然地应力测试原理和方法 (16)第六章岩石的变形及其影响因素 (18)§6.1岩石的变形和强度特征及影响因素 (18)§6.2岩石的流变特性 (23)第七章岩体变形及强度.............................................................................. 错误！未定义书签。

§7.1 岩体变形测试................................................................................ 错误！未定义书签。

§7.2 岩体的强度.................................................................................... 错误！未定义书签。

常 见 岩 石 的 软 化 系 数
岩 石 名 称
花 岗 岩 闪 长 岩 辉 绿 岩 流 纹 岩
软化系数
0.72～0.97 0.60～0.80 0.33～0.90 0.75～0.95
岩石名称
泥 岩
软化系数
0.40～0.60 0.44～0.54 0.70～0.94 0.75～0.97
泥 灰 岩 石 灰 岩 片 麻岩
岩石名称
抗压强度 (MPa)
100～250
抗拉强 度 (MPa)
7～25
岩石名称
抗压强度 (MPa)
5～100
抗拉强度 (MPa)
2～10
常 见 岩 石 的 抗 压 及 抗 拉 强 度
花岗岩
页 岩
流纹岩
160～300
12～30
粘土岩
2～15
0.3～1
闪长岩
120～280
12～30
石灰岩
40～250
7～20
安山岩
140～300
10～20
白云岩
80～250
15～25
辉长岩
160～300
12～35
板 岩
60～200
7～20
辉绿岩
150～350
15～35
片 岩
10～100
1～10
玄武岩 砾岩 砂 岩
150～300 10～150 20～250
10～30 2～15 4～25
片麻岩 石英岩 大理岩
50～200 150～350 100～250
（二）岩石的水理性质
5．可溶性：是指岩石被水溶解的性能。它与岩石 的矿物成分、水中CO2 含量及水的温度等因素有 关。 6．膨胀性：岩石吸水后体积增大引起岩石结构破 坏的性能称膨胀性。