岩石力学课件---4.岩体的力学性质20061106.ppt

第四章§4-1岩体的结构§4-1岩体的结构§4-1岩体的结构§4-1岩体的结构§4-1岩体的结构§4-1岩体的结构§4-2岩体的强度§4-2岩体的强度§4-2岩体的强度§4-2岩体的强度§4-2岩体的强度§4-2岩体的强度§4-2岩体的强度§4-2岩体的强度§4-2岩体的强度§4-2岩体的强度§4-2岩体的强度§4-2岩体的强度§4-2岩体的强度二、岩体强度的测定（现场测试）
3、现场三轴强度试验
（2）假三轴试验（σ1>σ3，σ2＝σ3)的强度计算
在σ1>σ3，σ2＝σ3状态下，可化为平面问题。
法向应力：

剪应力：

由上二式得：

上式在σ-τ平面坐标内表示的曲线是应力圆。
其圆心坐标为，半径为二、岩体强度的测定（现场测试）
3、现场三轴强度试验
（3）平面状态下的强度计算（σ1>σ3，σ2＝0）
此状态侧压力σ2＝0，为双向应力状态，为平面问题。其应力方程与上相同：
法向应力：

剪应力：

应力圆方程：

其圆心坐标为：

半径为：一、岩体破坏的概念
岩体在一定的应力条件下丧失其结构联结为岩体破坏（丧失承载力和稳定性）。岩体在结构丧失之后的移动或运动称为岩体工程结构的破坏（影响工程使用、报废）。
工程岩体破坏可分为两个阶段：
1、岩体结构联结的丧失，包括结构面开裂、错动或滑移，结构体拉伸破坏或剪切破坏；
2、结构体移动或运动。二、岩体破坏机理
（一）拉伸破坏
1、垂直结构面方向的拉伸破坏。
2、沿结构面方向的拉伸破坏。
3、完整岩体的拉伸破坏。
（二）剪切破坏
1、沿结构面的剪切破坏
2、切穿结构面的剪切破坏
一、岩体的单轴和三轴压缩变形特性
1、现场岩体的单轴和三轴压缩试验的应力－应变全过程曲线
一、岩体的单轴和三轴压缩变形特性
2、典型的岩体应力－应变全过程曲线
4个阶段：
（1）裂隙压密阶段（OA）：曲线上凹
（2）弹性变形阶段（AB）:呈直线
（3）塑性变形阶段（BC）：曲线下凹
（4）破坏后阶段（CD）：
残余强度σD
峰值强度σC
一、岩体的单轴和三轴压缩变形特性
3、岩体变形曲线的基本形式
（1）直线型：坚硬、完整无裂隙岩体
（2）下凹型：节理裂隙发育，泥质充填，岩性软弱
（3）上凹型：坚硬但裂隙发育，多呈张开而无充填物
（4）S型：
一、岩体的单轴和三轴压缩变形特性
4、岩石与岩体的应力－应变曲线二、岩体剪切变形特征-应力－应变曲线
岩体的剪切变形是许多岩体工程特别是边坡工程中最常见的变形模式。

在屈服点以下，变形曲线与压缩变形相似。屈服点以后，岩体内某个结构面和结构体可能首先被剪坏，随之出现一次应力降，峰值前可能出现多次应力降。当应力增加到一定程度，没被剪坏部位以瞬间破坏的方式出现，并伴有一次大的应力降，然后可能产生稳定滑移。三、岩体各向异性变形特征
1、特征：
竖直向分布的节理岩体变形模量明显大于水平向分布节理岩体的变形模量。
2、变形机制不同：
（1）垂直层面的压缩变形量主要是由岩块和结构面（软弱夹层）压密汇集而成；层状岩体不仅开裂层面压缩变形量大，而且在成岩过程中，由于沉积规律的变化，层面出现在矿物连结力弱、致密度低的部位，这是垂直层面方向压缩变形量大的另一个原因。
（2）平行层面方向的压缩变形量主要是岩块和少量结构面错动而成。三、岩体各向异性变形特征
3、构成岩体变形各向异性的两个基本要素：
（1）物质成分和物质结构的方向性
（2）节理、结构面和层面的方向性
四、原位岩体变形参数测定
目的：测定岩体的变形指标E、μ，测定σ－ε关系。岩体现场变形试验方法：静力法、动力法（弹性波测量法）
常用的静力法有：承压板试验（千斤顶荷载试验）、径向荷载试验、水压法等。四、原位岩体变形参数测定
1、表面承压板试验
（1）试验装置由四部分组成：垫板（承压板）、加荷装置（千斤顶或压力枕）、传力装置（传力支柱、传力柱垫板）、变形测量装置（测微计）
四、原位岩体变形参数测定
1、表面承压板试验
（2）加荷方式
采用何种加荷方式，可根据岩体结构和工程要求而定。
完整岩体：可采用大循环加荷
方式，以确定岩体在不同荷载
下的变形特性；
多裂隙岩体：可采用多循环或
单循环加荷方式，以了解各种
结构面对岩体变形的影响。四、原位岩体变形参数测定
1、表面承压板试验
（2）加荷方式
设岩体为弹性半无限空间，则岩体表面垂直位移可根据弹性理论的布西涅斯克解答求得。
A、圆形柔性垫板：垫板中心点处的垂直位移为：

式中：P—中心荷载；r—圆垫板半径
四、原位岩体变形参数测定
1、表面承压板试验
（2）加荷方式
垫板的平均位移为：

式中：A—受荷表面的面积；m—与垫板形状、刚度及荷载分布情况有关的系数,一般地方形板为0.88，圆形板为0.79。
如果测得垫板的垂直位移WO，则可由上式求得变形模量。

四、原位岩体变