岩体力学性质
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图6.1 岩体的压力--变形曲线第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质包括岩体的变形性质、强度性质、动力学性质和水力学性质等方面。
岩体在外力作用下的力学属性表现出非均质性、非连续、各向异性和非弹性。
岩体的力学性质取决于两个方面: 1)受力条件;2)岩体的地质特征及其赋存环境条件。
其中地质特征包括岩石材料性质、结构面的发育情况及性质(影响岩体的力学性质不同于岩块的本质原因);赋存环境条件包括天然应力和地下水。
第一节 岩体的变形性质一、 岩体变形试验及其变形参数确定变形参数包括变形模量和弹性模量。
按静力法得到静E ,动力法得到动E 。
⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧法波地震声波法动力法轴压缩试验法双单水压洞室法钻孔变形法扁千斤顶法狭缝法承压板法静力法按原理和方法分原位岩体变形试验)()()( )(1.承压板法刚性承压板法和柔性承压板法 各级压力P -W (岩体变形值)曲线 按布西涅斯克公式计算岩体的变形模量E m (Mpa )和弹性模量E me (Mpa )。
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=-=e m mem m W W PD E W W PD E )1()1(22μμ式中:P —承压板单位面积上的压力(Mpa ); D —承压板的直径或边长(cm );W,W e—为相应P下的总变形和弹性变形;ω—与承压板形状、刚度有关系数,圆形板ω=0.785,方形板ω=0.886。
μm—岩体的泊松比。
★定义:岩体变形模量(E m):岩体在无侧限受压条件下的应力与总应变之比值。
岩体弹性模量(E me):岩体在无侧限受压条件下的应力与弹性应变之比值。
图6.2 钻孔变形试验装置示意图②可以在地下水位以下笔图6.3 狭缝法试验装置如图6.3所示。
二、岩体变形参数估算现场原位试验费用昂贵,周期长,一般只在重要的或大型工程中进行,因此,岩体变形参数的很多情况下必须进行估算。
两种方法:① 现场地质调查→建立适当的岩体地质力学模型→室内小试件试验资料→进行估算; ② 岩体质量评价和大量试验资料→建立岩体分类指标与变形参数间的经验关系→进行估算。
结构面:指地质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。
又称不连续面.结构面包括物质分异面和不连续面。
软弱结构面:结构面中规模较大,强度低,易变性的结构面。
结构体:被结构面切割成的岩石块体。
裂隙度K:是指沿取样线方向单位长度上的节理数量。
切割度Xe:指岩体被节理割裂分离的程度。
剪胀现象:规则齿状结构面在正应力很小的时将沿着齿面滑动,结构面张开,发生剪胀现象岩体的强度:指岩体抵抗外力破坏的能力,包括抗压强度和抗剪强度。
抗剪断强度:指正应力作用下岩体发生剪断破坏时的最大切应力。
摩擦强度:着正应力下岩体沿着既有破裂面发生剪切破坏时的最大切应力。
抗切强度:指剪切破坏面上的法向应力为零时的最大切应力。
岩体完整性系数:岩体与岩石中纵波传播速度的比值的平方。
岩体的动力学性质:指动荷载下岩体表现出的性质。
张节理:是岩体在张应力作用下形成的一系列裂隙的组合,一般粗糙,宽窄不一且延展性较差剪节理:指岩体在切应力作用下形成的一系列裂隙的组合,一般平直光滑,延展性相对比较好张性断层:由张应力或与张断层平行的压应力形成的断层。
压性断层:主要是指压性逆断层,逆掩断层,断层面上常有与走向大致垂直的逆冲擦痕,大致平行集中出现的一系列压性断层构成挤压断层带。
剪性断层:主要指平移断层以及部分正断层,剪裂面产状稳定,断面平整光滑。
劈理:指在地应力作用下,岩石沿着一定方向产生大致平行的破裂面。
泥化夹层:是由于水的作用时夹层内的松软物质泥化而成,其产状与岩层基本一致。
影响结构面力学性质的因素:答:1.结构面两侧结构体的力学性质2.结构面的几何特征3.结构面的尺寸效应4.填充物的力学性质5.水对泥夹层的软化作用6.后期加载过程7.泥化夹层的时效性8. 前期变形历史●影响岩体中结构体特征的因素:答:1.切割岩体的结构面组数2.岩石的类型3.区域构造运动的强度4.工程岩体的破坏方式●影响岩体变形性质与试验结果的因素:答:1.岩体性质2.岩体中结构面发育特征3.岩体试验加载速率,加载过快,岩石变形不充分,导致变形模量较大4.温度,一般来说,温度增高,岩体延性加大,屈服点随之降低。
第六章岩体的力学性质第一节概述岩体的力学性质与岩块有显著的差别。
一般情况下,岩体比岩块易于变形,其强度也显著低于岩块的强度。
造成这种差别的根本原因在于岩体中存在各种类型不同、规模不等的结构面,并受到天然应力和地下水等环境因素的影响。
正因为如此,岩体在外力的作用下其力学属性往往表现出非均质、非连续、各向异性和非弹性。
所以,无论在什么情况下,都不能把岩体和岩块两个概念等同起来。
另外,人类的工程活动都是在岩体表面或岩体内部进行的。
因此,研究岩体的力学性质比研究岩块力学性质更重要、更具有实际意义。
岩体的力学性质,一方面取决于它的受力条件,另一方面还受岩体的地质特征及其赋存环境条件的影响。
其影响因素主要包括:组成岩体的岩石材料性质;结构面的发育特征及其性质和岩体的地质环境条件,尤其是天然应力及地下水条件。
其中结构面的影响是岩体的力学性质不同于岩块力学性质的本质原因。
实践表明:研究岩体的变形与强度性质是岩体力学的根本任务之一。
因此,本章将主要讲述岩体的变形与强度性质,同时对岩体的动力学性质及水力学性质也作一简要介绍。
第二节岩体的变形性质岩体变形是评价工程岩体稳定性的重要指标,也是岩体工程设计的基本准则之一。
例如在修建拱坝和有压隧洞时,除研究岩体的强度外,还必须研究岩体的变形性能。
当岩体中各部分岩体的变形性能差别较大时,将会在建筑物结构中引起附加应力;或者虽然各部分岩体变形性质差别不大,但如果岩体软弱抗变形性能差时,将会使建筑物产生过量的变形等。
这些都会导致工程建筑物破坏或无法使用。
由于岩体中存在有大量的结构面,结构面中还往往有各种充填物。
因此,在受力条件改变时岩体的变形是岩块材料变形和结构变形的总和,而结构变形通常包括结构面闭合、充填物压密及结构体转动和滑动等变形。
在一般情况下,岩体的结构变形起着控制作用。
目前,岩体的变形性质主要通过原位岩体变形试验进行研究。
一、岩体变形试验及其变形参数确定原位岩体变形试验,按其原理和方法不同可分为静力法和动力法两种。