第五章结构面的变形与强度性质
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第五章 节理构造
（4）结合地质背景： （所在的构造和地质体） （5）节理与岩层产状关系：
垂直岩层层理的节理组合是区内最早形成的节理组合，产生 在岩层褶皱之前，斜交岩层层理的节理是后期形成的。
本讲要点
• 张节理、剪节理的鉴别 • 节理组、节理系 • 节理的分期依据
思考、讨论题
• 节理、张节理、剪节理、节理组、节理系 • 怎样利用节理判断局部主应力状态？ • 能否利用主断裂旁侧的张节理和剪节理判 断断裂的运动方式。 • 说明共轭节理的鉴别标志。
第五章 节理
思考、讨论题
• 说明横弯褶皱作用、剪切褶皱作用的特征和形 成机制。 • 剪切褶皱作用的主要变形特征，形成剪切褶皱 需要什么条件？为什么自然界较少见到剪切褶 皱？ • 压扁作用及其在不同褶皱阶段的表现特征。 • 膝折的类型及形成条件。
内容提要
一、节理分类 二、节理组合、节理分期 三、节理的力学属性 四、张节理形成的最大深度问题
3.根据节理力学性质分类
• 节理都是在一定的条件下受力的作用产生 的，根据节理与应力之间的关系和节理的 特征可分为剪节理和张节理 • 剪节理:与最大或最小主应力有一定的夹 角（45°-φ/2）或（45°＋φ/2），平 行剪切面形成的的破裂面。 • 张节理：垂直最小主应力形成的破裂面。
(1)剪节理的特点
ห้องสมุดไป่ตู้
• 3共轭节理：沿着两组共轭剪切面 发育的剪切节理。
共轭节理的鉴别方法：
（1）两组节理具有相反 的剪切旋向是共轭关 系重要依据，相向运 动的两象限为σ1方向， 相背运动的两象限为 σ3方向。
共轭节理的鉴别方法
（2）两组节理互相切割；
共轭节理的鉴别方法：
• （3）共轭节理 的尾部常有折 尾、分叉现象， 在节理交叉处 常构成菱形结 环，可确定为 共轭节理。
第五章斜坡变形破坏
•
斜坡具有坡面、坡顶、坡肩、坡脚、坡 角和坡高等形态要素。 坡面：斜坡的临空斜面；
•
•
•
坡顶面：斜坡顶部缓坡面或水平面；
坡肩：坡面与坡顶面的转折部位；
•
•
坡脚：斜坡最下部与水平地面相接部位；
坡角：坡面与水平地面的夹角；
•
坡高：坡肩与坡脚间的垂直高度。
斜坡变形破坏是内、外动力地质作用及人 类活动作用下，斜坡岩土体处于不稳定状态或 失稳的一种现象。 斜坡破坏系指斜坡岩(土)体中已形成贯通 性破坏面时的变动。 而在贯通性破坏面形成之前，斜坡岩体的 变形与局部破裂，称为斜坡变形。 斜坡中已有明显变形破裂迹象的岩土体， 或已查明处于进展性变形的岩土体，称为变形 体。
集中带；
• 5.2 斜坡应力分布特征
斜坡平面形态对其应力状态也有明显影 响：三维分析表明，凹形坡应力集中明显减 缓；圆形或椭圆形矿坑边坡，坡脚最大剪应 力仅只有一般斜坡的二分之一左右；当水平 地应力平行于椭圆形矿坑长轴时，应力集中 程度较平行于短轴方向缓和。这些特征对露 天采坑边坡设计，具有重要意义。
• 5.2 斜坡应力分布特征 三、岩土特征和结构的影响 岩土体的变形模量（弹性模量）（E0）对 均质坡体的应力分布并无明显影响； 波松比（μ）可以改变主应力（σx）和剪 应力(τxy)的分布，引起张力带变化： μ增大， 坡面和坡顶张应力带扩展；而在坡底则相反， μ增大，张应力带收缩。
注意，当斜坡中侧向剩余应力值很高时， 这种影响就被掩盖了。可见，均质坡中，岩土 材料性质对应力分布的影响是很微弱的。
• 5.3.2
•
斜坡破坏基本类型
斜坡破坏的分类，国内外已有许多不 同的方案。近年来，国际工程地质协会 (IAEG)滑坡委员会建议(D．M．Cruden， 1989)采用瓦纳斯的滑坡分类(D．Varnes， 1978)作为国际标准方案。
第五讲 岩体的力学特性
L （ 的岩芯累积长度） p 10cm RQD 100 ％ Lt (钻进长度)
（3-16）
• 岩芯钻取与RQD值的计算实例
学生课堂计算：答案？
3.
岩体地质力学分类法（RMR法）：由南非科学和工业研究 委员会（CSIR）提出，RMR分类法包括：岩块强度、RQD 值、节理间距、节理条件及地下水五个指标组成，见表3-6。 （对照表3-6具体讲解） – 通过表3-6得到基本得分值。 – （由于岩体节理对岩体质量的重要影响）后来对表3-6 进行了修正。即先根据表3-8中的节理产状得到对隧道 开挖的影响程度。 – 再根据影响程度参照表3-7给出修正评分值。 – 将表3-7中的修正评分值与表3-6的基本得分值相加，得 到修正后的得分值。 – 最后，根据修正后的得分值从表3-9中得到岩体的类级。 需要指出的是： 1.从顺序上，表3-7应该编排在表3-8的后面，便于教学。 2.在表3-8中，是专门针对隧道工程而言的；而对于表3-7 中涉及的地基和边坡问题，本书则没有介绍节理产状的影 响程度。
岩体的特征： 结构面和结 构体
3.1.1 结构面的类型
1.结构面的成因和类型 （1）原生结构面：成岩过程中所形成的结构面，其特征 与岩体成因密切相关，分为以下三类：
岩浆结构面：岩浆侵入和冷凝过程中形成的结构面； 沉积结构面：沉积过程中形成的岩层分界面； 变质结构面：在区域变质作用中形成的结构面。
σn
ξ δ max δn
• 法向变形刚度（Kn）：结构面法向变形的能 力，反映结构面产生单位法向变形的法向应 力梯度，见图3-10所示 。
K n 0 max n K n K n0 K n 0 max
2
（3-8）
Bandis等人（1984）通过大量的实验也给出了：法向 应力和法向变形之间的关系式如下（为双曲线型关系 式）：
（3-16）
• 岩芯钻取与RQD值的计算实例
学生课堂计算：答案？
3.
岩体地质力学分类法（RMR法）：由南非科学和工业研究 委员会（CSIR）提出，RMR分类法包括：岩块强度、RQD 值、节理间距、节理条件及地下水五个指标组成，见表3-6。 （对照表3-6具体讲解） – 通过表3-6得到基本得分值。 – （由于岩体节理对岩体质量的重要影响）后来对表3-6 进行了修正。即先根据表3-8中的节理产状得到对隧道 开挖的影响程度。 – 再根据影响程度参照表3-7给出修正评分值。 – 将表3-7中的修正评分值与表3-6的基本得分值相加，得 到修正后的得分值。 – 最后，根据修正后的得分值从表3-9中得到岩体的类级。 需要指出的是： 1.从顺序上，表3-7应该编排在表3-8的后面，便于教学。 2.在表3-8中，是专门针对隧道工程而言的；而对于表3-7 中涉及的地基和边坡问题，本书则没有介绍节理产状的影 响程度。
岩体的特征： 结构面和结 构体
3.1.1 结构面的类型
1.结构面的成因和类型 （1）原生结构面：成岩过程中所形成的结构面，其特征 与岩体成因密切相关，分为以下三类：
岩浆结构面：岩浆侵入和冷凝过程中形成的结构面； 沉积结构面：沉积过程中形成的岩层分界面； 变质结构面：在区域变质作用中形成的结构面。
σn
ξ δ max δn
• 法向变形刚度（Kn）：结构面法向变形的能 力，反映结构面产生单位法向变形的法向应 力梯度，见图3-10所示 。
K n 0 max n K n K n0 K n 0 max
2
（3-8）
Bandis等人（1984）通过大量的实验也给出了：法向 应力和法向变形之间的关系式如下（为双曲线型关系 式）：
岩体力学第三章PPt 刘佑荣 化学工业出版社1
JRC为结构面的粗糙度系数,可用标准剖面对比法(参考第1章图1-5)、倾斜试验及结构面推拉试验等方法求得。
ห้องสมุดไป่ตู้
法向刚度及其确定方法
（3）经验公式
JCS为结构面的壁岩强度,一般用L型回弹仪在野外测定,确定方法是用试验测得的回弹值R与岩石重度,查图3-9或用式(3-19)计算求得JCS(MPa)
3.2.2结构面的剪切变形性质
⚪大量的实验资料表明,一般结构面的基本摩擦角φu在25°-35°之间，。因此上式第二个式子右边第二项应当就是结构面的基本摩擦角，而第一项的系数取整数2。处理后变为： 再代入上式第一个式子得到巴顿不规则粗糙起伏结构面的抗剪强度公式：
壁岩强度
粗糙度系数
不规则起伏结构面
⚪莱旦依和阿彻姆包特：从理论和实验方法对结构面由剪胀到啃断过程进行全面研究提出经验方程：
古德曼提出双曲线拟合法向应力与闭合面变形间的本构方程：
Goodman方程所给曲线与实验曲线区别 Goodman方程所给曲线的起点不在原点而是在轴左边无穷远处。出现了一个所谓的初始应力σi适用范围：对于那些有一定滑错位移的非合性结构面,大致可以来描述其法向变形本构关系
法向变形本构方程
班迪斯在大量实验的基础上提出的本构方程：
一件含结构面的岩石试块（灰岩）
剪切仪上进行剪切试验。
得到应力应变曲线，如图(3-11）
剪切变形特征
卡尔哈韦方程
τ=△u/(m+n△u)式中，m，n为双曲线的形状系数，m=1/Ksi,n=1/τult,Ksi为初始剪切刚度 (定义为曲线 原点处的切线斜率)；τult为水平渐近线在τ轴上的截距。
剪切变形本构方程
将上式与库仑-纳维尔方程（τn =σntanφb）对比：
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法向刚度及其确定方法
（3）经验公式
JCS为结构面的壁岩强度,一般用L型回弹仪在野外测定,确定方法是用试验测得的回弹值R与岩石重度,查图3-9或用式(3-19)计算求得JCS(MPa)
3.2.2结构面的剪切变形性质
⚪大量的实验资料表明,一般结构面的基本摩擦角φu在25°-35°之间，。因此上式第二个式子右边第二项应当就是结构面的基本摩擦角，而第一项的系数取整数2。处理后变为： 再代入上式第一个式子得到巴顿不规则粗糙起伏结构面的抗剪强度公式：
壁岩强度
粗糙度系数
不规则起伏结构面
⚪莱旦依和阿彻姆包特：从理论和实验方法对结构面由剪胀到啃断过程进行全面研究提出经验方程：
古德曼提出双曲线拟合法向应力与闭合面变形间的本构方程：
Goodman方程所给曲线与实验曲线区别 Goodman方程所给曲线的起点不在原点而是在轴左边无穷远处。出现了一个所谓的初始应力σi适用范围：对于那些有一定滑错位移的非合性结构面,大致可以来描述其法向变形本构关系
法向变形本构方程
班迪斯在大量实验的基础上提出的本构方程：
一件含结构面的岩石试块（灰岩）
剪切仪上进行剪切试验。
得到应力应变曲线，如图(3-11）
剪切变形特征
卡尔哈韦方程
τ=△u/(m+n△u)式中，m，n为双曲线的形状系数，m=1/Ksi,n=1/τult,Ksi为初始剪切刚度 (定义为曲线 原点处的切线斜率)；τult为水平渐近线在τ轴上的截距。
剪切变形本构方程
将上式与库仑-纳维尔方程（τn =σntanφb）对比：
大学构造地质学课件第五章面理
断裂劈理：断裂带内及附近两盘岩石中发育的各 种劈理，这些劈理是在断层的形成和两盘相对运 动过程中经剪切破裂产生的。其产状与断层面斜 交或近于平行。劈理常与断层面交成锐角，其尖 端指向本盘岩块相对运动的方向。
第三节、面理的形成机制
一、剪裂作用： 破劈理，褶劈理
二、压溶作用： 破劈理，褶劈理，面理
三、机械旋转： 褶劈理，面理
C S
C’
二、劈理（破劈理）
剪切或压溶作用在岩石中形成的一组平行的密集破裂面
劈理的类型
轴面劈理：产状平行或大致平行于褶皱轴面的劈理。褶皱作用 中晚期压扁或压溶作用形成。
层间劈理（折射劈理）：受岩性及层面控制，与层理 斜交的劈理。 在粘性不同的岩层内，劈理的类型、间隔、产状
各不相同。一般地，在相对强 硬岩石中的劈理密度小、间隔 宽，与层面夹角较大；反之， 在相对软弱的岩层里劈理密度 大间隔小，与层面夹角相对较 小。从而在强弱相间的相邻岩 层接触面及其附近出现劈理折 射现象。
见书p191，图7-23，当在软弱岩层中出现反扇形轴面劈理时，判断层序就有了问题。
面理构造由两组叶理组成，一组为C叶理（即剪切叶理），平行于剪切带方向；一组 为S叶理（即压扁叶理），与有限应变的压扁面（XY）相一致（Snoke，1984），其夹在 平行的C面之间，并呈反“S”形弯曲。在剪切带中，拉伸线理代表了剪切运动的矢量）许 志琴等，东秦岭，1988，118~119。
具体讲：
面理是在变质变 形过程中，由岩石的 矿 物 成 分 分 层 (a) 、 粒 度 变 化 (b) 、 破 裂 不 连 续 面 (c) 以 及 矿 物 颗 粒 平 行 定 向 排 列 (d,e) 形 成的透入性面状构造
定向排列：生长和变形
第二节 面理的分类
岩土力学总复习
岩土力学总复习内容与要求第一部分土体力学绪论第1章土体中的应力第2章地基变形计算第3章土压力理论第4章土的抗剪强度与地基承载力第5章土坡稳定性分析第二部分岩体力学绪论第1章岩块、结构面、岩体的地质特性简介第2章岩石(块)的物理、水理与热学性质第3章岩块(石)的变形与强度第4章结构面的变形与强度第5章岩体的力学性质第6章岩体中的天然应力第7章地下洞室围岩稳定性分析第8章岩体边坡稳定性分析符号说明：◆掌握(含记住)▲理解△了解第一部分土体力学绪论◆土力学的研究对象、研究内容、研究任务及土体的工程特性(与一般连续体相比)▲土体在工程建筑中的三种用途第1章土体中的应力§1.1 概述▲地基附加应力σz是引起地基变形破坏的根源§1.2 土体的自重应力(σcz)◆σcz的概念◆σcz的计算方法(含有地下水与不透水层的情况)§1.3 基底压力(p)与基底附加压力(p 0)◆p 、p 0的概念◆影响p 的因素有哪些？◆计算、的已知斜向偏心荷载竖向偏心荷载竖向中心荷载0p p e ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎭⎬⎫，P13式1-14要求记住。
§1.4 地基中的附加应力(σz )◆布氏解的假设前提及其适用范围◆局部荷载下σz 的影响因素◆矩形基础在⎪⎩⎪⎨⎧竖向梯形荷载竖向三角形荷载竖向均布荷载下σz 的计算其中注意B 边的取法与角点法、等效均布荷载法的应用◆条基均布荷载与三角形荷载下σz 的计算◆圆形基础均布荷载与三角形荷载下σz 的计算(前者r 范围，后者基底投影内)说明：σz 计算中，地基附加应力系数可查表！若遇到，会给出表。
◆非均质地基中的附加应力集中现象与附加应力扩散现象及其概念第2章 地基变形计算§2.1 概述◆地基变形按成因的分类◆地基变形按计算原理的主要方法§2.2 分层总与法(应力比法)◆计算原理与主要计算步骤▲具体计算方法§2.3 规范法◆计算原理与计算步骤▲具体计算方法▲平均附加应力系数的含义△规范法的优点§2.4 相邻荷载对地基变形的影响▲采用分区后叠加法§2.5 e-lg σ法(考虑应力历史法)◆正常固结土、超固结土、欠固结土变形计算中的压缩、再压缩与压缩指数(Cc)、回弹指数(Ce)的应用(公式不需死记)§2.6 弹性力学公式法(三向变形效应法)△一般了解§2.7 饱与粘性土的渗透固结▲渗透固结的影响因素及研究意义▲一维渗透固结理论的基本假设△固结方程的推导过程◆固结度的概念及其应用、固结层厚度(H)的取法第3章土压力理论§3.1 挡土墙上的土压力◆土压力的概念及其影响因素◆土压力的类型p0、p a、p p◆静止土压力的计算§3.2 朗肯土压力理论◆朗肯土压力理论的前提假设◆无粘性土、粘性土的主动土压力与被动土压力的计算方法◆填土分层、有地下水与表面有均布荷载情况下朗肯土压力的计算§3.3 库仑土压力理论◆基本假设◆无粘性土的库仑土压力计算原理△粘性土的库仑土压力计算原理◆坦墙的概念第4章土的抗剪强度与地基承载力§4.1 土的抗剪强度◆土的抗剪强度概念及剪切破坏本质与破坏条件△测定抗剪强度的常用方法◆掌握库仑公式的总应力法与有效应力法的表示方法◆莫尔-库仑强度理论的公式法与图解法◆直剪试验条件对实际排水条件的模拟△孔隙水压力系数A、B的确定方法◆应力路径的概念及正常固结土与超固结土应力路径的不同§4.2 (浅基础)地基承载力概述◆地基破坏的基本模式、阶段与界限荷载◆地基承载力与地基承载力特征值的概念§4.3 地基承载力的理论公式法◆临塑荷载公式法与临界荷载公式法的基本原理◆通过极限承载力通式分析地基承载力的组成及其影响因素§4.4 地基承载力的原位试验法与§4.5 地基承载力的经验法△一般了解第5章土坡稳定性分析§5.1 概述◆影响土坡稳定性的因素§5.2 无粘性土坡稳定性分析◆无粘性土坡稳定性分析方法§5.3 粘性土坡稳定性分析◆(瑞典)圆弧法的计算原理及确定滑弧圆心的技巧△毕肖普(圆弧)条分法的计算原理及设定圆心与分条的技巧◆掌握费伦纽斯法、毕肖普法与简化毕肖普法在计算原理上的区别△不平衡推力传递法与复合型滑面的土坡稳定性计算原理§5.4 土坡稳定性分析中的若干问题△一般了解第二部分岩体力学绪论◆岩体力学的研究对象与任务◆(工程)岩体的概念及其工程特性第1章岩块、结构面、岩体的地质特性简介§1.1 岩块的地质特性◆岩块及其结构的概念§1.2 结构面的地质特性◆结构面、软弱结构面与泥化夹层的概念▲结构面在岩体工程稳定性中的重要作用§1.3 岩体的地质特性◆岩体结构的概念及其分类方案§1.4 岩体的工程分类简介◆岩块的力学强度分类、RQD概念▲巴顿岩体质量(Q)分类中三项指标的含义第2章岩石(块)的物理、水理与热学性质§2.1 岩石的物理性质◆岩石空隙性中的n=n o+n c=(n a+ n b)+n c§2.2 岩石的水理性质◆岩石的吸水率、饱与吸水率、饱水系数、软化系数与抗冻系数的定义及其与空隙性指标的关系§2.3 岩石的热学性质(不作要求)第3章岩块(石)的变形与强度§3.1 概述△岩块力学属性的基本类型§3.2 岩石(块)的变形性质一、单轴压缩下的变形◆岩块的变形阶段、机理及特征指标◆动荷载、蠕变荷载、弹性滞后、应变强化、回滞环、岩石的“记忆”、疲劳破坏与疲劳强度等概念▲荷载条件对岩石变形的影响二、三轴压缩下的变形△一般了解三、岩石的蠕变性◆岩石的蠕变、流动、长期强度、极限长期强度的概念◆蠕变类型、蠕变阶段的划分▲M、K、Bu蠕变模型及其本构方程、本构曲线§3.3 岩石(块)的力学强度◆岩块单轴抗压强度(σc)概念及其影响因素◆岩块三轴抗压强度(σ1m)概念及其影响因素◆岩块单轴抗拉强度(σt)概念◆岩块抗剪强度(τf)概念及其按试验方法的分类§3.4 岩石(块)的破坏判据◆岩石破坏判据与强度理论的概念◆库仑—纳维尔判据与莫尔判据的基本原理◆格列菲斯判据与修正格列菲斯判据的本质及其区别第4章结构面的变形与强度§4.1 结构面的变形性◆结构面的法向刚度与剪切刚度的概念§4.2 结构面的力学强度(τf或c j、φj)△平直无充填结构面、粗糙起伏结构面、非贯通的断续结构面、具有软弱物充填的结构面4类结构面力学强度的主要特征第5章岩体的力学性质◆控制岩体力学性质的主要因素§5.1岩体的变形性质△岩体变形的主要试验△岩体变形参数(E m、E me)的静力载荷试验法的确定原理△岩体变形的组成、类型及其特征◆岩体变形结构效应的概念§5.2 岩体的强度性质◆岩体剪切强度的概念及其分类与主要影响因素◆岩体抗压强度的结构面产状效应：公式法与摩尔图解法▲约翰图解法第6章岩体中的天然应力§6.1 概述◆天然应力与重分布应力的概念▲研究岩体天然应力的意义§6.2 岩体中天然应力的分布特征△一般了解§6.3 岩体天然应力的量测▲量测原理§6.4 岩体中天然应力的估算不作要求第7章地下洞室围岩稳定性分析§7.1 概述◆围岩与围岩应力的概念§7.2 围岩应力的计算◆无压圆形洞室弹性围岩洞壁处应力计算及λ的影响◆无压圆形洞室弹性围岩λ=1.0时围岩应力计算及其分布规律△(其它洞形洞壁处的σθ计算一般了解)◆无压圆形洞室塑性围岩的应力分带及求塑性圈半径的修正芬纳-塔罗勃公式的应用◆掌握有压圆形洞室弹性围岩的应力计算§7.3 围岩的变形与破坏分析△围岩变形破坏的结构效应△弹性围岩与塑性围岩的位移计算▲围岩破坏区范围圈定的原理§7.4 围岩压力计算◆围岩压力的概念及其按形成机理的分类◆形变围岩压力、松动围岩压力、冲击围岩压力的概念◆形变围岩压力的修正芬纳-塔罗勃公式的应用◆岩爆的产生条件§7.5 围岩抗力与围岩极限承载力◆掌握围岩抗力、抗力系数、单位抗力系数与围岩极限承载力的概念第8章岩体边坡稳定性分析§8.1 概述△一般了解§8.2 岩体边坡的应力分布特征◆应力分布特征△影响因素§8.3 边坡岩体的变形与破坏分析简介(定性)▲掌握边坡岩体的变形类型与破坏类型△影响因素§8.4岩体边坡稳定性分析步骤△一般了解§8.5 平面滑动型岩体边坡稳定性计算(平面问题)◆考虑地下水与地震荷载的单滑面岩坡稳定性计算原理与方法▲同向双平面滑动稳定性计算原理(含滑体内有与无结构面的情况)§8.6 楔形体滑动型岩体边坡稳定性计算(空间问题)▲楔形体滑动的稳定性计算原理。
岩石力学复习资料
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。
材料科学基础第五章材料的变形与再结晶
材料科学基础第五章材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶是材料科学基础的重要课题之一，对于材料的使用性能和制备工艺有着重要的影响。
本文将从变形机制、再结晶机制以及变形与再结晶的关系等方面进行探讨。
材料的变形是指材料的形状、尺寸以及内部结构在受到外力作用下的改变。
变形可以分为弹性变形和塑性变形两类。
弹性变形是指材料在加载后可以恢复到原来的形状和尺寸，而塑性变形则是指材料在加载后不能恢复到原来的形状和尺寸。
材料的塑性变形主要是由于材料晶体结构中的位错导致的。
位错是指晶体中存在的局部的原子排列错误。
在加载时，外力作用在晶体上，使得晶体中的原子在位错的作用下发生滑移，从而导致整体的塑性变形。
再结晶是指材料在一定条件下，通过断裂和重结晶可以重新形成新的晶粒。
再结晶的机制主要是晶界和位错的动态行为。
晶界是指两个晶粒之间的界面，在塑性变形过程中，晶界可以通过重结晶来消除变形能量，从而保证材料的继续塑性变形。
变形和再结晶有着密切的关系。
塑性变形过程中，位错密度会不断增加，晶界也会发生移动和重新排列，从而改变了材料的晶粒形态和尺寸。
当位错密度达到一定程度时，晶界开始活动，晶粒开始长大，并且会形成新的晶粒，即再结晶发生。
再结晶可以消除塑性变形过程中的缺陷，并且通过晶界的活动实现晶粒尺寸的控制。
材料的变形与再结晶对材料的性能和制备工艺有着重要的影响。
塑性变形可以提高材料的强度和硬度，改善材料的力学性能。
再结晶可以改善材料的塑性变形能力，降低材料的应力集中和脆弱性，提高材料的韧性和延展性。
在材料制备过程中，变形和再结晶的控制对材料的组织和性能具有重要的意义。
合理的变形和再结晶工艺可以获得理想的材料微观结构，从而提高材料的使用性能。
总之，材料的变形与再结晶是材料科学基础中的重要内容。
通过对变形机制和再结晶机制的研究，可以了解材料的塑性变形和再结晶的机理，进而控制和调整材料的性能和组织。
这对于材料的应用和制备工艺都具有重要的意义。
工程地质学第五章 岩石的工程地质性质汇总
2019/1/1 中国地质大学工程学院 14
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
五、岩石的抗冻性
• 岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。 • 抗冻系数 (Rd) ：岩石试件经反复冻融后的干抗压强度 (σc2)与冻融前干抗压强度(σc1)之比，用百分数表示
c2 100% c1
Rd
2019/1/1
中国地质大学工程学院
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工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
二、岩石的空隙性
大开空隙
开空隙
岩石的空隙
(裂隙、孔隙) 闭空隙
小开空隙
• 岩石孔隙性和裂隙性的统称，用空隙率表示。岩石空隙率是岩石 中空隙体积与岩石总体积之比，以百分数表示。 • 岩石的空隙有的与大气相通称开空隙，有的与大气 不相通称闭空 隙。开空隙按开启程度有大、小之分，故把岩石的空隙率分为总 空隙率、总开空隙率、大开空隙率、小开空隙率和闭空隙率。其 计算公式如下：
峰值 前变 形阶 段
峰值 后变 形阶 段 D
C
L E (+)
o
•破坏后阶段(DE) 全过程曲线前过程曲线
2019/1/1 中国地质大学工程学院 19
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
2、峰值前岩块的变形特征
弹性型
弹-塑性型
塑-弹性型
2019/1/1
塑-弹-塑性型1 塑-弹-塑性型2
e VV s 1 Vs d
n0
nb na
Vv 0 100 % V
Vvb 100 % V
Vva 100 % n 0 nb V
nc
Vvc 100 % n n0 V
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五、岩石的抗冻性
• 岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。 • 抗冻系数 (Rd) ：岩石试件经反复冻融后的干抗压强度 (σc2)与冻融前干抗压强度(σc1)之比，用百分数表示
c2 100% c1
Rd
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二、岩石的空隙性
大开空隙
开空隙
岩石的空隙
(裂隙、孔隙) 闭空隙
小开空隙
• 岩石孔隙性和裂隙性的统称，用空隙率表示。岩石空隙率是岩石 中空隙体积与岩石总体积之比，以百分数表示。 • 岩石的空隙有的与大气相通称开空隙，有的与大气 不相通称闭空 隙。开空隙按开启程度有大、小之分，故把岩石的空隙率分为总 空隙率、总开空隙率、大开空隙率、小开空隙率和闭空隙率。其 计算公式如下：
峰值 前变 形阶 段
峰值 后变 形阶 段 D
C
L E (+)
o
•破坏后阶段(DE) 全过程曲线前过程曲线
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2、峰值前岩块的变形特征
弹性型
弹-塑性型
塑-弹性型
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塑-弹-塑性型1 塑-弹-塑性型2
e VV s 1 Vs d
n0
nb na
Vv 0 100 % V
Vvb 100 % V
Vva 100 % n 0 nb V
nc
Vvc 100 % n n0 V
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岩体力学岩体结构面性质
岩体力学岩体结构面性质岩体力学是研究岩石和地壳构造中岩石体的力学性质以及其变形、破裂和破碎特性的一门学科。
岩体结构面是岩石中天然的或由于应力作用而形成的裂隙或断裂面。
通过对岩体结构面性质的研究，可以更好地了解和预测岩体的力学行为，对岩石工程和地质灾害等领域具有重要的实际应用价值。
岩体结构面性质可以分为以下几个方面来进行描述和研究：1.结构面的存在形式：岩体中的结构面有多种形式，如裂隙、节理、层理等。
裂隙是岩石中的一种空隙或线裂缝，不同类型的裂隙对岩体的力学性质有不同的影响。
节理是岩层中的一种局部平行于岩层面的裂隙，节理的存在对岩石体的强度和变形特性有重要影响。
而层理则是沉积岩中分层承载着特定的结构面，影响岩石体的力学行为。
2.结构面的排列方式：结构面通常有一定的排列方式，包括平行、正交、斜交等。
不同排列方式下的结构面对岩体的强度和变形特性会有不同的影响。
比如，平行结构面会导致相对容易的岩层剥离，而正交结构面则会使岩体更容易发生坍塌。
3.结构面的纹理特征：结构面通常会具有一定的纹理特征，如面状、短柱状、笔直等。
不同的纹理特征会影响结构面的强度和破裂特性。
比如，面状结构面相对较脆弱，容易发生破裂和断裂。
4.结构面的物理性质：结构面的物理性质包括强度、硬度、粗糙度等。
强度是结构面所能承受的最大应力，硬度则是结构面的抗切割能力。
粗糙度则是指结构面表面的粗糙程度，对岩体的摩擦力和稳定性有重要影响。
5.结构面的扩展性和连通性：结构面的扩展性指的是结构面在空间上的延伸范围，连通性指的是结构面之间的连通程度。
结构面的扩展性决定了岩体的整体稳定性，连通性则影响了结构面的水和气体的扩散性。
综上所述，岩体结构面性质对于岩体力学行为的研究有着重要的作用。
了解岩体结构面性质的特点，可以帮助我们更好地预测和控制岩体的力学行为，为岩石工程和地质灾害防治提供科学的依据。
因此，对于岩体结构面性质的研究是岩体力学领域的重要研究方向之一。
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第五章结构面的变形与强度性质
1、岩体稳定性分析和地下水渗流分析通常把岩体视为由岩块（结构体）与结构面组成的地质体。
2、岩体工程中的软弱夹层问题：
如黄河小浪底水库工程左坝肩的泥化夹层；
葛洲坝水利工程坝基的泥化夹层；
黑河水库左坝肩单薄山梁的断层引发的渗漏问题；
长江三峡自然坡中的软弱夹层等。
这些软弱结构面在不同程度上影响和控制着工程岩体的稳定性。
因此，结构面变形与强度性质的研究，在工程实践中具十分重要的实际意义：
1）大量工程实践表明：在工程荷载（小于10Mpa）范围内，工程岩体的失稳破坏有相当一部分是沿软弱结构面破坏的。
因此，结构面的强度性质的研究是评价岩体稳定性的关键。
2）在工程荷载作用，结构面及其充填物的变形是岩体变形的主要组成部分，控制着工程岩体的变形特性。
3）结构面是岩体中渗透水流的主要通道。
4）工程荷载作用下，岩体中的应力分布受结构面及其力学性质的影响。
第一节结构面的变形性质（特性）
结构面的变形包括法向变形和剪切变形两个方面。
一、结构面的法向变形
1．法向变形特征（Normal deformation）
设不含结构面岩块的变形为ΔVr，含结构面岩块的变形为ΔVt，那么结构面的法向闭合变形
ΔVj为：
ΔVj=ΔVt－ΔVr
由结构面法向应力σn与变形的关系曲线可得如下特征：
1）σn↑，ΔVj↑↑，曲线呈上凹型；
σn→σ0，σn－ΔVt变陡，与σn－ΔVr大致变形；
2）初始压缩阶段，ΔVt主要由结构面闭合造成的；
3）试验研究表明，当
开始，含结构面岩块的变形由以结构面的闭合→岩块的弹性变形；
4）σn－ΔVj曲线的渐近线大致为：
ΔVj=Vm
5）结构面的最大闭合量小于结构面的张开度（e）。
图5.1 典型岩块和结构面法向变形曲线
含结构面的岩块和不含结构面的岩块在法向上加荷、卸荷后的应力—变形曲线，见教材P76-77（Bandis等，1983）。
2．法向变形本构方程（法向应力与变形之间的关系）
这方面的研究目前仍处于探索阶段，已提出的本构方程都在试验的基础上总结出来的经验方程，如Goodman，Bandis及孙广忠等人。
1）古德曼（Goodman，1974）双曲线函数拟合结构面法向应力σn与闭合变形ΔVj（mm）间的本构关系：
或
式中：σi为结构面所受的初始应力。
2）班迪斯等（Bandis等，1983）
当σn→∞时，ΔVj→
由初始法向强度的定义得：
图5.2 法向刚度Kn的确定
3．法向刚度的确定（normal stiffness）
1）定义：Kn为在法向应力作用下，结构面产生单位法向变形所需的应力。
（Mpa/cm）
试验（室内压缩试验、现场压缩变形试验如中心孔承压板法）求得结构面的σn－ΔVj曲线→Kn。
中心孔承压极法：
2）不同法向应力下结构面的法向刚度Kn：
由法向刚度的定义：
又
代入Kn得：
式中，Kni、Vm可通过室内含结构面岩块压缩试验求得。
如无试验资料时，可用Bandis（1983）提出的经验方程求取：
图5.3 结构面剪切变形的基本模型
其中，e为结构面的张开度；JRC为结构面的粗糙度系数；JCS为结构面的壁岩强度。
二、结构面的剪切变形
1．剪切变形特征
1）非线性的，可分为脆性变形和塑性变形如图5.3所示。
图5.4 不同σn下的灰岩节理面剪切变形曲线
①有一定宽度的破碎带、软弱夹层及含较厚充填物的裂隙、节理等软弱结构面的τ—Δu曲线多属于塑性变形型；
②无充填且较粗糙的硬性结构面则属于脆性变形型。
2）峰值位移
受其风化程度的影响如图5.4所示；
3）剪切刚度Ks受风化程度的影响；
4）Ks具明显的尺寸效应；
5）Ks随σn↑而↑。
2．剪切变形本构方程
卡尔哈韦（Kalhaway，1975）τ—Δu曲线用双曲函数拟合得：图5.5 Ks的确定示意图
m，n为双曲线的形状系数，
3．剪切刚度的确定
Ks（shear stiffness）
（峰值τ—Δu曲线上任一点的切线斜率如图5.5所示）
此外，巴顿（Barton，1977）和乔贝（Choubey，1977）提出的Ks经验公式：
式中：L为剪切结构面的长度；
φr为结构面的残余摩擦角。
第二节结构面的强度性质（力学性质）
重点研究它的抗剪强度。
影响结构面抗剪强度的因素：结构面的形态、连续性、胶结充填特征及壁岩性质、次生变化和受力历史等等。
根据结构面的形态、充填情况及连续性等特征，将其划分为四类：
一、平直无充填的结构面
包括：剪性破裂面如剪节理、剪裂隙；脆性断层；发育较好的层理面与片理面。
特点：平直、光滑，只具有微弱的风化蚀变。
抗剪强度：τ=σtgφj+Cj（有些教材为τ=σtgφ，因平直、光滑无充填
C=0）
σ为法向应力；φj、Cj为结构面的摩擦角和粘聚力。
二、粗糙起伏无充填的结构面
特点：具有明显的粗糙起伏度。
当σn较小时→剪胀效应（爬坡效应）τ↑
当σn↑→一定值时→啃断效应τ↑
1．规则锯齿形结构面（理想模型）
1）设起伏角i，起伏差h，齿摩擦角φb 且Cb=0
根据力的平衡：（滑移面上的σn和τn）
又由Coulomb-Navier判据：τn=σntgφb
图5.6 粗糙起伏无填充结构面的抗剪强度分析图
∴τ=σtg（φb+i）①
说明：①式为法向应力σ较低时的情况，同时说明，因为起伏度的存在可增大结构面的摩擦角，φb→φb +i。
2）当法向应力σ↑→定值σ1后，凸起被剪断，此时：
τ=σtgφb+C②
φ、C为结构面壁岩的内摩擦角和内聚力。
由①和②可得剪断凸起的条件：
2．不规则起伏结构面
绝大多数粗糙无充填的结构面将是不规则起伏的。
1）巴顿（Barton，1982）的结构面抗剪强度公式
认为应采用剪胀角来表示该种结构面的抗剪强度。
剪胀角（αd）（Angle of dilation）：结构面在剪切变形过程中所发生的（垂直）法向位移ΔV与切向（水平）位移之比的反正切值。
即：
通过大量的详细实验研究，他得出了τ与αd以及JCS与αd之间的关系：
式中：φu为岩石基本内摩擦角（平滑锯开面的内摩擦角）。
2）莱旦依等（Ladanyi等，1970）
as—剪断率；V—剪胀率。
三、非贯通断续的结构面
由裂隙面和非贯通的岩桥组成。
假定剪切面上应力分布均匀，则
τ=K1Cj+(1-K1)C+σ［K1tgφj+(1-K1)tgφ］
式中：K1—线连续性系数（或裂隙连通率）；
Cj，φj—裂隙面的粘聚力与摩擦角；
C，φ—岩石的粘聚力与摩擦角。
（目前已有人用断裂力学理论开展此方面的研究。
）
四、具有充填物的软弱结构面
泥化夹层、各种夹泥层，其力学性质常与充填物的成分、结构及充填程度和厚度等有关。
（参见孙广忠的《岩体结构力学》）
1．物质成分的影响
按充填物的颗粒成分，该结构面大致可分为如下几种类型：
泥化夹层；夹泥层；碎屑夹泥层；碎屑夹层。
变形机制：塑性曲线型→脆性曲线型
一般来说，软弱结构面的抗剪强度τ，随充填物的粘土含量↑而↓，随碎屑成分增加和颗粒增大而↑。
2．充填程度及厚度的影响
充填度：充填物厚度d与面起伏差h之比（d/h）。
一般地，d/h越小，τ越大；反之，抗剪强度越小。
3．充填物的结构特征
结构疏松且具定向排列时，结构面的抗剪强度较低，反之，τ较高。
4．水的影响
指的是充填物中的水对结构面强度的影响。
用含水率表征，τ随含水率的增高而↓。