结构面的基本性能

结构面抗剪试验引言：结构面抗剪试验是土木工程中常用的一种试验方法，用于评估结构面的抗剪性能。

结构面主要存在于岩石、混凝土等材料中，其抗剪性能的好坏直接影响着工程的安全性和稳定性。

本文将介绍结构面抗剪试验的基本原理、试验方法、试验结果分析以及应用前景。

一、结构面抗剪试验的基本原理结构面抗剪试验是通过施加剪切力来模拟结构面在实际工程中所承受的力学作用，以评估其抗剪性能。

在试验中，通过加载设备施加垂直于结构面的剪切力，观察结构面的破坏行为和承载能力。

二、结构面抗剪试验的方法1. 横向剪切试验：将结构面样本置于加载设备中，施加横向剪切力，观察结构面的破坏形态和承载能力。

该方法适用于评估结构面的整体抗剪性能。

2. 剪切箱试验：将结构面样本置于剪切箱中，施加剪切力，并通过测量位移和应变等参数来评估结构面的抗剪性能。

该方法适用于对结构面进行力学性能分析和参数研究。

三、结构面抗剪试验的结果分析结构面抗剪试验的结果主要包括破坏形态、承载能力和应力-应变曲线等。

通过分析这些结果，可以评估结构面的抗剪性能，并为工程设计提供参考依据。

1. 破坏形态：结构面在抗剪试验中的破坏形态通常表现为剪切破坏、剥离破坏或剪切剥离共同作用的破坏形态。

破坏形态的观察可以揭示结构面的强度、韧性和稳定性等特性。

2. 承载能力：结构面的承载能力是指结构面在抗剪试验中所能承受的最大剪切力。

承载能力的高低直接影响着结构的安全性和稳定性。

3. 应力-应变曲线：结构面在抗剪试验中的应力-应变曲线可以反映其力学性能。

通常情况下，应力-应变曲线呈现出线性阶段和非线性阶段，其中线性阶段称为弹性阶段，非线性阶段称为塑性阶段。

四、结构面抗剪试验的应用前景结构面抗剪试验在工程领域中具有广泛的应用前景。

通过对结构面的抗剪性能进行评估，可以为工程设计提供可靠的理论依据。

例如，在岩体工程中，评估岩石结构面的抗剪性能可以为岩体稳定性分析和支护设计提供重要参考。

此外，结构面抗剪试验还可以应用于混凝土结构、土体工程等领域。

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=Vm5）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。

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=Vm5）结构面的最大闭合量小于结构面的张开度（e）。

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。

岩体结构面性质对边坡的稳定性影响（假日专题）岩体是由结构面和结构体构成，而结构面对岩质边坡的稳定性具有至关重要的影响，但不同性质的结构面对边坡的稳定性具有不同的影响。

结构面的性质主要受结构面的结合状态、结构面的形态、结构面间的充填物性质、结构面贯通性和结构面的含量水率与水敏性等几方面决定。

1、结构面的结合状态结构面的结合状态主要包括结构面的闭合情况和胶结特征。

1）结构面的闭合情况主要指结构面的张开或闭合程度。

如果结构面是闭合的，则其力学性质往往相对较好，尤其是对于强度较高的岩体，结构面闭合则上下岩体往往表现为刚性接触，因此结构面具有较高的抗剪力，也就是说坡体的稳定性也较高。

如果坡体的结构面是不同程度不同张开的，且其中充填有不同性质、不同厚度的原生或次生的充填物，则其力学性质则会出现不同程度不同的降低。

如结构面的矿物薄膜、锈斑、泥化夹层等都会造成岩体结构面力学性质大为降低。

当结构面张开后有厚度较大的充填物时，结构面的力学性质就取决于充填物的力学性质而与岩体无关。

2）结构面的胶结情况不同胶结物胶结的结构面，其力学性质完全不同。

如最为常见的钙质胶结、铁质胶结、泥质胶结、硅质胶结等。

其中以硅质胶结形成的结构面力学性质最好，水稳性最好。

铁质和钙质胶结形成的结构面力学性质次之，且钙质胶结物水稳性较好而耐酸性较差；铁质胶结水稳性较差、易风化。

泥质胶结力学性质最低，但其强度与含水量有着较直接的关系。

此外，还有一种相较少的盐类胶结，其力学性质较低，在水的作用下易出现溶蚀现象而导致岩体稳定性较差。

2、结构面的形态不同的结构面形态对结构面的力学性质具有不同的影响，也就对边坡的稳定性具有不同的控制作用。

对于由平直层面、片理面等形成的结构面，其力学性质一般较差；对于呈现不同起伏状态的结构面，如原生沉积波痕和缝合线、构造作用形成的锯齿状结构面等，其力学性质明显较平直型结构面好，故边坡稳定性也相对较高。

这也就是层面贯通、平直的顺层边坡稳定性明显较依附于追踪结构面形成的边坡稳定性差的原因。