结构面的力学性质

结构面结构面是具有极低的或没有抗拉强度的不连续面。

结构要素或构造形迹的形象和相对位移的踪迹，反映了地壳运动影响下地应力作用的性质和特征。

由于矿物微区测试技术的引入，结构面力学性质的鉴定工作逐步得到深入和发展。

根据受应力作用岩石的组构类型（或干涉色对比）和产生的应力矿物特征，可推断结构面的应力性质。

按力学性质分为下列5种：①压性结构面,简称挤压面。

岩块或地块受挤压产生的结构面，其走向与主压应力作用面平行，并具有明显的挤压特征。

如单式或复式褶皱轴面、逆断层或逆掩断层面、片理面、挤压带和一部分劈理等。

②张性结构面，简称张裂面。

岩块或地块由于引张作用而产生的垂直于主张应力的破裂面，或受挤压而产生的平行于主压应力的破裂面。

③扭性结构面，简称扭裂面，岩块或地块遭受挤压而产生的一对与主压应力作用面斜交的破裂面。

如平移断层面等。

④压性兼扭性结构面，简称压扭面。

指既具有压性又具有扭性的结构面。

如扭动构造体系中挤压面兼具水平位移的破裂面，以及各种旋卷构造体系中与整个体系作相同方向扭动的压性结构面。

由于区域扭动而发生的两组扭裂面，当扭动按原来方向持续进行时，其中与扭动方向夹角较大的一组，有时转变为挤压面，这种由初次扭裂面转变成的二次挤压面，可称为扭性兼压性结构面，简称为扭压面。

⑤张性兼扭性结构面，简称张扭面，指既具张性又具有扭性的结构面。

如扭动构造体系中，与压性结构面同时存在的具有水平位移的张裂面，以及各种旋卷构造体系中，与整个体系中作相同方向扭动的张裂面。

由于区域扭动而发生的两组扭裂面，当扭动按原方向持续进行时,两组扭裂面中，与扭动方向夹角较小的一组,有时转变为张裂面，这种由初次扭裂面转变成的二次张裂面，可称为扭性兼张性结构面，简称扭张面。

地应力是存在于地层中的为受工程扰动的天然应力。

也称为岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。

地质软岩：单轴抗压强度小于25MPa的松散、破碎、软化及风化膨胀性一类岩体的总称。

工程软岩：工程力作用下能产生显著性变形的工程岩体。

声发射：材料在受到外载荷作用时，其内部贮存的应变能快速释放产生弹性波，发生声响。

岩石岩石地下工程：地下岩石中开挖并临时获永久修建的各种工程。

围岩：在岩石地下地下工程中，由于受开挖影响而发生应力状态改变的周围岩体。

锚喷支护：锚杆与喷射混凝土联合支护的简称。

边坡：岩体、土体在自然重力作用或人为作用而形成一定倾斜度的临空面。

岩石：自然界各种矿物的集合体，是天然地质作用的产物。

容重：岩石单位体积的重量。

根据含水情况将岩石的容重分为天然容重、干容重、饱和容重。

孔隙性：天然岩石中包含着数量不等、成因各异的孔隙和裂隙。

孔隙率：指岩石孔隙的体积与岩石总体积的比值，以百分数表示。

分为总孔隙率、总开孔隙率、大开孔隙率、小开孔隙率、和闭孔隙率。

孔隙率愈大，岩石力学性能越差。

水理性：岩石与水相互作用时所表现的性质。

包括岩石的吸水性、透水性、软化性和抗冻性。

岩石强度：岩石在各种载荷作用下达到破坏时所能承受的最大应力。

单轴抗压强度：岩石在单轴压缩载荷作用下达到破坏前所能承受的最大压应力。

岩石破坏形式：x状共轭斜面剪切破坏。

这种破坏形式是最常见的破坏形式；单斜面剪切破坏。

这两种破坏都是由于破坏面上的剪应力超过极限引起的。

拉伸破坏：横向拉应力超过岩石抗拉极限引起的。

流变破坏：岩石的三轴抗压强度：岩石在三向荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压应力。

莫尔强度包络线：同一种岩石对应各种应力状态下破坏莫尔应力圆外公切线。

直线型、抛物线型、双曲线型。

点载荷试验：试验所获得的强度指标值可以用做岩石分级的一个指标。

点载荷实验装置是便携式的，可带到岩土工程现场去做实验。

点载荷试验对试件的要求不严格。

缺点是要根据经验公式进行换算。

9． 结构面的剪切变形、法向变形与结构面的哪些因素有关？答：结构面的剪切变形、法向变形与岩石强度、结构面粗糙性和法向力有关。

10.结构面力学性质的尺寸效应体现在哪几个方面？答：结构面试块长度增加，平均峰值摩擦角降低，试块面积增加，剪切应力呈现出减小趋势。

此外，还体现在以下几个方面：（1）随着结构面尺寸的增大，达到峰值强度时的位移量增大；（2）试块尺寸增加， 剪切破坏形式由脆性破坏向延伸破坏转化；（3）尺寸增加，峰值剪胀角减小，结构面粗糙度减小，尺寸效应也减小。

12.具有单结构面的岩体其强度如何确定？答：具有单结构面的岩体强度为结构面强度与岩体强度二者之间的最低值。

结构面强度为：σ1 = σ3+2 ⋅ (C j +σ3⋅tg φj )(1 -tg φj ctg β ) ⋅ sin 2β岩体强度为：σ=1 + sin φσ +2 ⋅C ⋅ cos φ 1- sinφ3 1 - sin φ118.岩体质量分类有和意义？答：为了在工程设计与施工中能区分岩体质量的好坏和表现在稳定性上的差别，需要对岩体做出合理分类，作为选择工程结构参数、科学管理生产以及评价经济效益的依据之一，也是岩石力学与工程应用方面的基础性工作。

19.CSIR 分类法和Q 分类法各考虑的是岩体的哪些因素？答: 岩体地质力学分类是由岩体强度、RQD 值、节理间距、单位长度的节理条数及地下水５种指标分别记分，然后累加各项指标的记分，得出该岩体的总分来评价该岩体的质量。

CSIR=A+B+C+D+E＋FA——岩体强度（最高15分）；B——RQD 值（最高分20分）；C——节理间距（最高分20 分）D——单位长度的节理条数（最高分30 分）E——地下水条件（最高分15 分）。

F——节理方向修正分（最低－60，见表2-17b）巴顿岩体质量（Q）分类由Barton 等人提出的分类方法：Q ＝RQD⋅J r⋅Jw J n J aSRF考虑因素: RQD——岩石质量指标；J n——节理组数；J r——节理粗糙系数；J a——节理蚀变系数；J w——节理水折减系数；SRF——应力折减系数。

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。