节理对岩体力学性质的影响
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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。
节理裂隙产状测量和表示摘要:1.节理裂隙的概念与意义2.节理裂隙的测量方法3.节理裂隙的表示方法4.节理裂隙对岩体稳定性的影响正文:1.节理裂隙的概念与意义节理裂隙是指岩石中自然产生的裂隙,通常由于地质作用或岩石内部的应力分布不均可能导致岩石破裂。
节理裂隙对岩体的稳定性和力学性质有着重要影响,因此在岩土工程、地质勘探等领域中,对节理裂隙的研究具有重要意义。
2.节理裂隙的测量方法节理裂隙的测量主要包括以下几个步骤:(1)野外调查:在实地观察岩石中的节理裂隙,记录其产状、规模、分布等特征。
(2)采样:采集具有代表性的岩石样本,以便在实验室进行详细的分析。
(3)实验室分析:对采集到的岩石样本进行切割、磨光和染色等处理,以便在显微镜下观察和测量节理裂隙的产状。
(4)数据处理:根据测量数据,计算节理裂隙的平均产状、分布规律等参数。
3.节理裂隙的表示方法节理裂隙的表示方法主要包括以下几种:(1)图纸表示:将节理裂隙的产状、分布等信息绘制在图纸上,便于观察和分析。
(2)数据表示:通过数据表格或曲线等方式,表示节理裂隙的产状、分布等参数。
(3)图像表示:利用数字图像处理技术,将节理裂隙的信息以图像形式呈现,便于直观观察和分析。
4.节理裂隙对岩体稳定性的影响节理裂隙对岩体稳定性的影响主要表现在以下几个方面:(1)降低岩体的整体性:节理裂隙将岩石分割成许多小块,降低了岩体的整体性,使得岩体更容易发生破裂和滑动等现象。
(2)改变岩体的应力分布:节理裂隙的存在可能引起应力集中,从而导致岩体在某些区域承受更大的应力,影响岩体的稳定性。
(3)促进岩体的风化和侵蚀:节理裂隙可能成为水分、氧气等物质的通道,促进岩石的风化和侵蚀,进一步影响岩体的稳定性。
5岩体结构特征岩体结构是指岩石内部的各种构造特征,包括岩石的层理、节理、褶皱、断层和岩石的组成等。
这些结构特征可以揭示岩石的形成过程、变形史和地质历史等信息。
下面是五种常见的岩体结构特征:1. 层理结构(bedding structure)层理结构是岩石中最常见的结构特征之一,指的是岩石中由沉积作用形成的平行层面。
层理结构可以是平行于岩石堆积面的,也可以是倾斜的。
层理结构的形成通常是由于沉积物质在沉积过程中的重力作用和水动力的影响,如沉积物质的粒子大小分选和方向性沉积等。
层理结构可以提供沉积环境、沉积物质的类型和沉积作用的性质等重要信息。
2. 节理结构(joint structure)节理是岩石中形成的裂缝或裂隙,通常是呈平行或近平行的方向出现。
节理的形成可以是由于岩石的热胀冷缩、岩石的应力状态和变形等原因引起的。
节理结构在岩石工程和采矿工程中具有重要的意义,因为节理可以影响岩石的稳定性和开采效果。
节理的角度、长度和间距等参数可以提供岩石的力学性质、应力状态和构造演化等信息。
3. 褶皱结构(folding structure)褶皱是指岩石的层面在水平或倾斜方向上的弯曲势态。
褶皱结构的形成通常是由于地壳的压力和变形作用,如地壳板块之间的挤压和侧向位移等。
褶皱结构可以提供地壳压力和变形作用的强度和方向等重要信息。
常见的褶皱形态有对称褶皱、不对称褶皱和复式褶皱等。
4. 断层结构(fault structure)断层是指岩石中的层面在一定的剪切力作用下发生位移的断裂面。
断层的形成通常是由于地壳的拉伸或挤压等构造作用引起的。
断层结构可以提供地壳变形的方向、力学性质和构造演化等重要信息。
常见的断层形态有正断层、逆断层和走滑断层等。
组成结构是指岩石中不同矿物颗粒的排列和组成关系。
岩石的组成结构可以是均匀的,也可以是不均匀的。
组成结构的形成通常是由于不同矿物在岩浆冷却或变质作用下的分异和结晶作用等。
组成结构可以提供岩石的成因和演化历史等重要信息。
卸荷节理岩体的力学特性张永兴 吴汉汇 重庆大学土木工程学院摘要:在节理岩体的卸荷条件下,在线弹性断裂力学的节理岩体模型被建立。
根据模型,推导得出的应力,应变,位移方程受该裂纹的影响。
他们都是重要的评价岩体的变形。
这是证明通过对这些理论公式的计算结果与观测数据之间的比较,从卸荷试验看它们分别适用于实际工程。
关键词:节理岩体,卸荷,力学特性引言:岩体是由岩块和各种各样的结构平面构成,大多数结构平面节点定义为在岩石裂缝或裂缝在这点无位移。
不同的工程条件下,裂隙岩体的行为是不同的。
在开挖边坡岩体的洞穴,大部分地区岩石会发生卸荷。
尤其在高陡边坡或大型地下工程,较大的挖掘尺寸,会导致更多的原始应力释放。
过大的变形和破坏往往发生在拉伸和剪切的节理岩体中。
在负载或空载状态下。
它涉及强度的差异和变形差异,这些主要由不同的节理在不同的条件下引起的。
因此,为了分析的变形和破坏的节理。
开挖卸荷状态下的岩体,卸荷行为的内裂纹的岩体拉伸和剪切应研究。
在过去几十年中,通常使用线性弹性断裂力学研究来发展岩体裂缝。
基本线弹性断裂力学的原理是:一裂纹的尖端附近的重要参数是压力强度因子,如K (为方便这里的讨论,我们假设它是I 型裂纹);还有一种是在非线性或非弹性的介质中接近裂纹尖端的临界应力强度因子IC K 。
但标准的裂纹扩展是IC I K =K ,只要这个区(即断裂 加工区)的岩体尺寸比其他区小得多。
基于断裂力学线弹性理论的影响可以计算。
因此,普通的卸荷。
节理岩体可分解由基本的力学加载项组成的平面问题,在卸载阶段节理岩体的力学行为主要涉及的张拉,剪切,以及它们的组合。
此外,由于一个方向的尺寸在边坡工程和地下工程通常是远远大于其他两个方向。
沿该方向的外部荷载可以视为不变,它们可以简化为平面应变问题。
2.应力场和位移场在拉伸和剪切方向离节理岩体裂纹较远弹性力学理论中的平面问题可以通过相容方程和平衡方程来解决,边界条件可以用应力变量来表达,应力变量可以用函数φ来表示,其调和方程计算如下:上述方程是一个双调和方程应力函数φ是双调和函数。
节理裂隙率一、什么是节理节理是指岩石中由于内部应力和外力作用而形成的具有一定规律的岩石裂隙。
节理是岩土工程中常见的重要地质因素,它会影响岩石的物理力学性质,以及岩石的稳定性、坚固性和渗透性等。
节理的发展对于构造演化、地质灾害和地下水资源的研究都具有重要意义。
二、节理的分类节理可以按照不同的分类方法进行划分。
2.1 按照形成机制分类•原生节理:又称为端面节理,是在岩石形成的过程中自然形成的节理,如层状节理、层间节理等。
•后生节理:是在岩石形成之后由于地壳运动、岩石变形以及温度和压力变化等外力作用而形成的节理,如构造节理、热胀冷缩节理等。
2.2 按照空间分布特征分类•平行节理:指具有相同产状或趋同产状的节理,沿着一定方向或倾角集中排列的节理。
•正交节理:指与之相交的两个或以上节理互相正交的情况。
•相交节理:指两个或以上节理在空间上发生交叉的情况。
•网状节理:指节理在空间上形成交错的网状结构。
•规则节理:指具有一定规则排布的节理,如规则节理扇。
2.3 按照裂隙类型分类•平行裂隙:指与主应力方向、地层倾向或伸展方向平行的节理。
•网状裂隙:是一种细小的、杂乱的、规律性较差的裂隙,形似网状结构。
•集线裂隙:是岩石中一些节理聚集成裂隙,呈集线状态。
三、节理的影响节理对岩石的物理力学性质和岩石体的工程性质都有重要影响。
3.1 岩石强度节理的存在会削弱岩石的整体强度,特别是与岩体主应力相平行的节理。
这是因为节理作为裂隙,会导致岩石在负荷作用下发生滑动或剪切破坏,进而降低岩石的强度。
3.2 岩石稳定性节理会导致岩石的稳定性下降,特别是当节理不平行于岩体主应力时,容易发生剥离、坍塌等现象。
在岩土工程中,需要对节理进行适当的支护和加固,以确保地下工程的稳定性和安全性。
3.3 岩石渗透性节理是岩石中的裂隙,它会影响岩石的渗透性。
当岩石存在密集的节理网络时,会增加岩石的渗透性,使得地下水等流体更容易渗透和通过。
3.4 地下水资源岩石节理可以作为地下水流动的通道,对地下水资源的形成和保存起着重要作用。
一、节理(一)基本概念1、节理:岩石受力作用形成的破裂面或裂纹,称为节理,它是破裂面两侧的岩石没有发生明显位移的一种构造。
节理的产状也可用走向、倾向和倾角进行描述。
2、节理组和节理系:在同一时期,同一成因条件下形成的,彼此相互平行或近于平行的一群节理叫节理组;在同一构造应力作用下,形成有规律组合的节理组,叫节理系。
(二)节理分类1、按节理的成因分类节理按成因可分为原生节理、构造节理和表生节理。
(1)原生节理:指岩石形成过程形成的节理,如玄武岩的柱状节理(2)构造节理:是岩石受地壳构造应力作用产生的,这类节理具有明显的方向性和规律性,发育深度较大,对地下水的活动和工程建设的影响也较大。
构造节理与褶皱、断层及区域性地质构造有着非常密切的联系,它们常常相互伴生,是工程地质调查工作中的重点对象(相对于节理、表生节理)。
(3)表生节理:又称风化节理、非构造节理,是岩石受外动力地质作用(风、水、生物等)产生的,如由风化作用产生的风化裂隙等,这类节理限在空间分布上常局限于地表浅部岩石中,对地下水的活动及工程建设有较大的影响。
2、按力学性质进行分类(1)张节理:在垂直于主张应力方向上发生张裂而形成的节理,叫张节理。
张节理大多发育在脆性岩石中,尤其在褶皱转折端等张拉应力集中的部位最发育,它主要有以下特征:裂口是张开的,剖面呈上宽下窄的楔形,常被后期物质或岩脉填充;节理面粗糙不平,一般无滑动擦痕和磨擦镜面;产状不稳定,沿其走向和倾向都延伸不远即行尖灭;在砾岩或砂岩中发育的张节理常常绕过砾石、结核或粗砂粒,其张裂面明显凹凸不平或弯曲;张节理追踪X型剪节理发育呈锯齿状。
(2)剪节理:岩石受剪应力作用发生剪切破裂而形成的节理,叫剪节理,它一般在与最大主应力呈45°夹角的平面上产生,且共轭出现,呈X状交叉,构成X型剪节理。
它具有以下特征:剪节理的裂口是闭合的,节理面平直而光滑,常见有滑动擦痕和磨光镜面;剪节理的产状稳定,沿其走向和倾向可延伸很远;在砾岩或砂岩中发育的剪节理常切砾石、砂粒、结核和岩脉,而不改变其方向;剪节理的发育密度较大,节理间距小而且具有等间距性,在软弱薄层岩石中常常密集成带出现。
节理发育特征与岩体稳定性的关联分析概述岩石中的节理是岩体中的裂隙或裂纹,对岩石的稳定性和力学性质有着重要影响。
本文将探讨节理发育特征与岩体稳定性之间的关联,以帮助理解和评估岩石的工程性质。
一、节理的发育特征1. 节理的形态节理的形态多种多样,可以是直线状、弯曲状、交叉状等。
形态的多样性与岩石物理性质、应力环境和变形历史有关。
2. 节理的密度和间距节理的密度和间距是评估岩石稳定性的重要指标。
密度越大、间距越小,岩体的稳定性越差。
3. 节理的走向和倾角节理的走向和倾角与应力场密切相关。
当应力场与节理面平行或垂直时,岩体的稳定性较好。
二、节理与岩体稳定性的关联1. 岩体强度与节理特征岩石中的节理是岩体的弱面,对岩体的强度起到了显著影响。
节理的密度和间距增加会导致岩体整体强度下降。
2. 应力分布与节理特征岩体的稳定性受到应力分布的影响。
当应力与节理面夹角较小时,岩体的稳定性较好;而当角度较大时,岩体易发生破裂和滑动。
3. 水文地质与节理特征地下水对岩体的稳定性也有重要影响。
当节理中存在着大量的水流时,水的渗透和膨胀会削弱岩体的强度,降低岩体的稳定性。
三、节理对岩体工程破坏的影响1. 岩体塌方岩体的节理对塌方有重要影响。
如果节理发育密度大、间距小,岩体易发生破坏和滑动,增加了工程建设的风险。
2. 岩体滑动节理对岩体滑动的影响也很明显。
当节理的走向与滑动方向相一致并形成倾斜面时,岩体易发生滑动,对工程建设构成威胁。
3. 塌方预测与防治通过分析节理的特征,可以较好地预测岩体的稳定性。
在工程建设中,可以采取相应的措施来防止岩体的塌方和滑动,确保工程的安全。
结论节理发育特征与岩体稳定性息息相关。
合理评估岩石中节理的发育特征,对安全地进行岩体工程建设具有重要意义。
通过对岩体的节理特征的分析和理解,可以为工程建设提供可靠的依据,并采取相应的措施来防止岩体的塌方和滑动,保障工程的顺利进行。
复习提纲1.何谓岩体力学?它的研究任务和对象是什么?岩体力学(rockmass mechanics)是力学的一个分支学科,是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学,是一门应用型基础学科。
岩体力学(rockmass mechanics)是力学的一个分支学科,是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学,是一门应用型基础学科。
2.岩体力学采用的研究方法有哪些?(1)工程地质研究法。
(2)试验法。
(3)数学力学分析法。
(4)综合分析法。
3.何谓岩块?岩体?试比较岩块、岩体与土的异同点。
岩块指不含显著结构面的岩石块体,是构成岩体的最小岩石单元体。
岩体是指地质历史过程中形成的,由岩块和结构面网络组成的,具有一定的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。
相同点:岩石和土一样,也是由固体、液体和气体三相组成的。
4.何谓结构面?从地质成因上和力学成因上结构面可划分为哪几类?各有什么特点?结构面指地质历史发展过程中,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。
(一)地质成因类型原生结构面构造结构面次生结构面(二)力学成因类型张性结构面剪性结构面(一)1.原生结构面 岩体在成岩过程中形成的结构面。
2构造结构面是岩体形成后在构造应力作用下形成的各种破裂面,包括断层、节理、劈理和层间错动面等。
3.次生结构面是岩体形成后在外营力作用下产生的结构面,包括卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泥层和泥化夹层等。
(二)1张性结构面特点:张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙,起伏度大及破碎带较宽,易被充填,常含水丰富,导水性强2剪性结构面特点:连续性好,面较平直,延伸较长并有擦痕镜面等。
5.剪性结构面有何特征?为什么岩体中以剪性结构面数量最多?6.何谓岩体结构?各类岩体结构的主要区别是什么?岩体结构指岩体中结构面与结构体的排列组合关系。
分为整体状、块状、层状、碎裂状、散体状结构。
节理对岩体力学性质的影响
指导老师:王乐华
三峡大学土木水电学院
摘要:人类改造地球的能力日新月异,各项工程蓬勃发展,在水利水电、民用建筑等工程中,地基岩体的强度是我们关注的重点。
我们知道,影响岩体强度的主要因素有节理和裂隙,节理面和裂隙处是岩体薄弱的地方。
岩体的节理在工程上除了有利于开挖外,对岩体强度及稳定性均有不理的影响。
通过对节理更全面的描述以及深入的受力分析,充分了解节理对岩体力学性质的影响,对我们施工
一定的意义和启发。
关键词:节理岩体岩体强度
1 节理的定义及分类
构成地壳的岩体受力的作用后发生变形,当变形达到一定程度时,岩体的连续性与完整性遭到破坏,产生各种大小不一的破裂,如果沿破裂面没有发生显著的位移,这个破裂面就称为节理;如果发生过显著的位移,就叫做断层。
节理是很常见的一种构造地质现象,就是我们在岩石露头上所见的裂缝,或称岩石的裂缝。
在岩石露头上,到处都能见到节理。
节理以平面居多,多相互平行,形成节理组,可把岩石分割成具有一定几何形状的块状裂隙系统。
古老节理常有造岩矿物填充。
1.1 按节理的成因,节理包括原生节理和次生节理两大类。
原生节理是指成岩过程中形成的节理。
例如沉积岩中的泥裂,火花熔岩冷凝收缩形成的柱状节理,岩浆入侵过程中由于流动作用及冷凝收缩产生的各种原生节理等。
次生节理是指岩石成岩后形成的节理,包括非构造节理(风化节理)和构造节理。
其中构造节理是所有节理中最常见的,它是在地质构造运动作用下于岩石中所形成的节理,常成组出现,与当地的褶皱、断层构造有关;在空间分布上具有一定的规律性。
非构造节理是岩石在非地质动力(如风化、山崩、地陷、河谷解压、冰川活动、人工爆破等)作用下所形成的,多发育在靠近地表或浅部的岩石中。
岩石在成岩过程中因冷凝或干缩所形成的原生节理也属于非构造节理。
1.2 按节理与岩层的产状要素的关系,可分为四种节理:
走向节理:节理的走向与岩层的走向一致或大体一致。
倾向节理:节理的走向大致与岩层的走向垂直,即与岩层的倾向一致。
斜向节理:节理的走向与岩层的走向既非平行,亦非垂直,而是斜交。
顺层节理:节理面大致平行于岩层层面。
其中,前三种最为常见。
1.3 按节理的走向与区域褶皱主要方向、断层的主要走向或其他线形构造的延伸方向等关系而进行,可划分为三种节理:
纵节理:两者的关系大致平行。
横节理:二者大致垂直。
斜节理:二者大致斜交。
如果褶皱轴延伸稳定,不发生倾伏的话(水平褶皱),则走向节理相当于纵节理,倾向节理相当于横节理,斜向节理相当于斜节理。
1.4 按照力学性质,构造节理又可分为伸张节理及剪切节理。
伸张节理是垂直于最小主应力轴方向(平行于最大主应力轴方向)发生张裂所形成的节理,常发育在褶皱构造中背斜及向斜的轴部,且垂直于褶皱轴面。
伸张节理一般不平直、裂面较粗糙、间距大且分布不均匀,很少密集成带,沿其走向及倾向都延伸不远。
伸张节理两壁常张开,剖面上呈上宽下窄的楔形,裂隙宽窄变化较大,易被造岩矿物充填;在砾岩中发育的伸张节理常绕过砾石。
伸张节理往往成为地下水的良好通道。
剪切节理系岩石因剪切破坏而形成的节理,多出现在褶皱的两翼或断层附近,沿节理走向及倾向延伸较远,发育的密度较大,节理间距小而具有等间距性。
沿节理面可能发生轻微位移,节理面平直而光滑,裂隙闭合,有时留有擦痕及磨光面。
剪切节理常沿剪切面成群的平行分布,且通常有两组不同方向的节理,交叉成X型,称为共轭节理,将岩体切割成菱块状或豆腐状,最大主应力轴即平分共轭节理的锐角。
在砾岩中发育的剪切节理常切穿砾石,而不
改变其方向。
当岩层受到水平挤压应力时,初期在层面上产生两组平面剪切节理;当水平压力继续作用时,岩层弯曲形成褶皱,在其轴部的剖面上产生另一对剪切节理。
由于剪切节理呈交叉状,且互相将岩层切割成碎块状,破坏了岩体的完整性;剪切节理面常成为易于滑动的不连续面。
2 节理的野外量测及室内数据统计分析
为了反应节理的分布规律及其对岩体稳定性的影响,对节理需要进行野外量测及室内数据统计分析。
调查量测时应先在工作区域选择一具有代表性的岩层露头,对一定面积内的节理进行走向、倾向及倾角测量,并计量长度、宽度、间距,观察填充情形、含水情况及节理面的粗糙度,且研究节理的成因。
当节理面出露不佳时,常利用硬纸片或金属薄片插入裂隙中,用测量纸片的数据代替节理的位态。
统计节理的位态有各种图式,节理玫瑰图是较常用的一种,它可用来表示节理发育程度的大小(即方位与组数)。
节理玫瑰图分成走向玫瑰图及倾向玫瑰图两种。
节理玫瑰图的编制方法很简单,很有实用价值,但最大的缺点是不能在同一张图上将节理的走向、倾向及倾角同时表示出来。
为了改正这项缺点,一般最常用的就是圆球投影法(即赤平极射投影法),并用计算机统计与绘图。
3 节理对岩体力学性质的影响
节理是岩石(体)内具有一定形态、尺度、方向和特性的面、层、缝或带状地质界面或弱面。
节理构形和力学性质直接影响岩石(体)的强度和稳定性。
岩体中的节理是岩体中力学强度相对薄弱的部位,它导致岩石力学性质的不连续、不均一性及异向性。
岩体的节理特征(如位态、组数、间距、密度等)对岩体在一定载重下的变形与破坏方式及强度特征产生重要的控制作用;同时岩体中的节理常常成为决定岩体稳定性的控制面。
靠近地表的岩体,其节理特征在很大程度上确定了外营力对岩体的劣化过程;这是由于节理面往往是这些外营力的风化、侵蚀作用能深入岩体内部的重要通道,尤其是那些所处地形上的部位及水文地质部位均有利于外营力沿之积极活动的不连续面(带)。
节理对岩体的影响程度,除与节理本身的力学性质有关,主要取决于节理与主平面()的交角。
在围压为定值的情况下,当= + /2,岩体的强度最低,承载能力最小,其极限莫尔圆的直径亦最小,如图1;当角增大或减小,岩体的强度随之加大,极限莫尔圆的直径亦随之增大,当< 或> 时,岩体的强度即取决于岩石的强度,而与节理的存在无关。
图1.节理面极限莫尔圆直径与β之间的变化曲线
岩石材料的穆尔破坏包络线是被节理切割后的岩体之强度上限;岩体中最光滑的节理或最软弱的节理之包络线则为其强度之下限。
被节理切割的岩体,其破坏包络线介于两者之间,但偏上或偏下则与节理的位态、组合情况、粗糙度、密度等有关。
许多模型试验证明,岩体的破坏包络线在低围压时较陡,而在高围压时变得较平缓.
围压的大小对岩体强度的影响很大。
一般而言,在低围压时常呈轴向劈裂,沿节理面滑动或松胀解体破裂;在高围压时形成穿切岩石材料的共轭剪切面破坏。
围压增大,则岩体抗剪强度增大,但并非呈直线关系,而是在围压低时增加得快,在围压高时强度增加得慢。
随着围压的增大,岩体中节理面的力学效应逐渐减小;当围压达到某一临界值时岩体中节理面的效应完全消失,这时岩体也从脆性破坏变成延性破坏。
而这一临界值的大小则因岩性不同而不同。
对粒化大理石而言,当围压为20MPa时,岩体的强度可以达到岩石强度的80%。
因节理的组合及受力状态不同,岩体的破坏方式也不同;一般有以下几种:
(1)轴向劈裂,即沿着受力方向劈开,一般发生于高角度的节理及处于低围压时;
(2) 沿节理面滑动破坏,多在节理面与最大主应力呈30至50度角,且围压不高时发生;
(3)切穿岩石材料,多发生在高围压状况下,形成共轭剪切面破坏,其锐角被最大主应力轴所平分;
(4)部份沿节理面滑动,部份穿切岩石材料;即沿岩块及节理混合剪切。
(5)由于岩体中节理在受力条件下发生扩展、张开,又因为被节理切割后所形成的岩块发生了偏转、压碎等情况,所以使岩体发生松胀破坏;这多发生在节理组数较多、围压很低的情况下。
岩体的破坏型式不同,其强度也是不同。
岩体中的节理在工程上除了有利于开挖外,对岩体的强度及稳定性均有不利的影响。
节理切割的岩体,其强度介于岩石强度及不连续面(即节理面)强度之间。
它一方面受岩石材料性质的影响,另一方面取决于岩块的活动自由度,而后者又受节理特征及储存条件(如地应力、地下水、温度等)的控制。
当岩体沿节理面整体滑动破坏时,其强度取决于节理面的强度。
然而,由于节理构形的不规则性,传统的岩石力学方法难以合理地定量描述节理构形的几何形态及其对节理力学性质的影响。
最近研究发现节理构形呈现分形特征,分形可以作为定量描述节理面几何构形和表面粗糙性,研究节理面构形对节理力学性质影响的有效手段。
已取得的研究进展和成果主要有:节理面粗糙性的分形描述、粗糙节理面的分形特征与力学性质、粗糙节理表面的多重分形性质、分形节理力学行为的光弹实验研究。