岩体的力学性能及分类

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。

强度性质
强度性质
岩体在各种压力状态下所能承受的最大应力，称为岩体的强度。它可分为单轴抗压强度、单轴抗拉强度、三 轴抗压强度以及剪切强度等。单轴抗压强度是岩体在单向压缩时所能承受的最大压应力。岩体的单轴抗压强度总 是低于岩块的单轴抗压强度。二者的比值变化较大，通常为0.05～0.65。单轴抗拉强度是岩体或接近于零。岩体在三向受压状态下所能承 受的最大压应力，称为岩体三轴抗压强度。原位岩体三轴压缩试验的开展，有益于更好地评价岩体的各向异性。 岩体内任一方向切面在任一法向压应力下所能抵抗的最大剪应力，称为岩体该方向切面在该法向应力下的剪切强 度。它可分为剪断强度、重剪强度和抗切强度。剪断强度是岩体中先前没有破坏的面在任一法向应力下能抵抗的 最大剪应力。剪切面上法向应力等于零时的剪断强度，称为抗切强度。岩体中先前存在的破坏面在任一法向压应 力下能抵抗的最大剪应力，称为重剪强度。岩体剪切强度的大小，通常用库仑强度参数，即内聚力和内摩擦角的 大小来说明。岩体的剪切强度远小于岩块的剪切强度。岩体重剪强度的内聚力值一般在0～0.3兆帕，内摩擦角多 为10°～48°。岩体剪断强度的内聚力值一般在0.05～4兆帕,内摩擦角多为20°～55°。岩体剪切强度具有各向 异性。沉积岩体的各向异性最为显著，火成岩体的各向异性表现不明显，变质岩体的各向异性则介于沉积岩体和 火成岩体之间。
岩体力学性质
岩体在受力状态下抵抗变形和破坏的能力
01 变形表征
03 力学性质
目录
02 强度性质
基本信息
岩体力学性质是指岩体在受力状态下抵抗变形和破坏的能力。它包括变形性质和强度性质两个方面。岩体的 力学性质，是设计一切大型岩体工程的重要依据。
变形表征
变形表征
岩体变形性质的物理量主要是变形模量、弹性模量和泊松比等。具有弹性和非弹性性能的岩体在加荷时应力 与应变的比值，称为变形模量。岩体在弹性变形阶段内，应力与应变的比值，称为弹性模量或杨氏模量。轴向加 荷的岩体试件的侧向应变与轴向应变的比的负值，称为泊松比。岩体的变形模量值普遍低于岩块的变形模量值， 两者的比值一般为0.2～0.6。岩体变形模量与其弹性模量的比值，也多为0.2～0.6。岩体的变形性质普遍具有各 向异性，不同方向的模量值不相同，在有些情况下，高达1∶10,通常为1∶2。此外，岩体变形模量与弹性模量的 比值，也常常随着方向不同而变化。

类别 钎刃磨钝宽度（mm）
磨蚀性
表2-6 岩石磨蚀性分级
1 ＜0.2
弱
2 0.3~0.6
中
3 ＞0.7
强
2.3.2 按点载荷强度进行可钻性分级
点载荷试验是国际岩石力学学会（ISRM）试验委员会推荐的一种便 携式测量方法。点载荷试验是将试样置于试验机的两个压头之间，逐渐 加载，使试样破坏，再用下式求得点载荷强度：
2
3
式中:V—岩石爆破漏斗体积，m3 ； K1—大块率（＞30 cm），% ； K2—平均合格率，%； K3—小块率（＜5 cm），% ； (ρ C)—岩体波阻抗，KPa ； e—自然对数之底。
表2-4 岩石爆破性分级表
级别 爆破性指数 N 爆破性程度
代表性岩石
Ⅰ Ⅰ1 Ⅰ2
<29 29.001~38
表2-2 几种岩石动、静载强度试验结果
2.2 岩石凿岩爆破性的判据和分级
岩石分级是按照岩石作业工艺，从量上分别对岩石进行分级，为设计、 生产、管理和研究部门提供科学依据。
2.2.1 普式岩石坚固性分级
早在1926年前，普氏提出了用岩石试块七项指标的平均值来表征岩石 的坚固性。发展到现在还有一个指标——岩石试块的静载极限抗压强度有意 义,但单位由原来的公斤米制变为牛米制，所以现在的普氏岩石坚固性分级 实质已经不是原来普氏的分级，而是岩石单轴抗压强度（牛米制单位）的换 算值，即普氏系数 f。根据 f值将岩石分为10级， f值大，则难钻岩、难爆 破、岩石稳定，反之， f值小，则易钻岩、易爆破、岩石不稳定。
图2-1 岩石凿测器 1-钎头；2-承击台；3-插销；4-导向杆；5-落锤；
6-△形环；7-操作绳；8-导杆顶；9-转动把手
（1）凿碎比功 凿碎比功是指凿碎单位体积岩石所消耗的功，其值按下式计算：

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图4－5 节理面的起伏度与粗糙度
A↑和 ↓的节理表面起伏越急峻。
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第二节 结构面的变形特性 法向
切向 一、节理的法向变形 （一）节理弹性变形（齿状接触）
022m d n2(1 hE 2)
按弹性力学
式中:d-为块体的边长; n-为接触面的个数;
Boussinesq公式 计算齿状节理接 触面弹性变形引
A( V )t VmcV
－原位应力 V Vmc A，t－回归参数
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（3）状态方程的 几何表示
A(Vm c VV)t
当t=t A=1时，有
V VmcV MC
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最大闭 合V mc
(4)试验方法（VmC的确定） a.无节理 c.配称接触
步骤：
（1）备制试件；
（2）作σ-ε曲线（a）；
JRC arctan(n)b lg(JCSn)
JRC为节理粗糙系数 JCS为节理壁抗压强度
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3、转动摩擦
（1）基本假设
在张开节理中，经常有块状充填物，或 节理切割成碎块。当剪切时，可使充填物或 碎块发生转动。设转动的碎块为平行六面体， 其模型见图4-15。假设模型受法向力N；剪切 力T。
（2）稳定性分析
4、滚动摩擦
当碎块的翻倒角 减少时，其内摩擦角也将 减小。当碎块剖面为n个边的规则多角形时， 其翻倒角为：
1800
n
当碎块的边数不断增加，则碎块趋向球， 0
对于一个完全圆球质点，其抗翻倒阻力就是 它的滚动摩力，其摩擦系数为
fR
T N
tanR
钢圆柱滚动其摩擦系数为 fR [0 .00,0 .0 40 ]返2回
1 3 m 2 C in f 3 1 f 2 f