第5讲 岩体结构与结构面性质.ppt

第二章岩体的力学性质1岩体结构
2结构面的几何性质与力学性质
3岩体的强度性质
4岩体的变形性质
5岩体质量评价及其分类§2-1岩体结构一、结构面火成结构面是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，包括岩浆岩体与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接触面和原生冷凝节理等（如：流层、流线、火山岩流接触面、蚀变带、原生节理等）。变质结构面在变质过程中形成（分为残留结构面和重结晶结构面），如：片理、片麻理、板理、软弱夹层等。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。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。（2）力学成因类型2、分级二、结构体2、结构体的块度三、岩体结构类型Vpm—岩体弹性波纵波速度（m/s)
Vpr—岩石弹性波纵波速度（m/s)1、整体结构2、块状结构4、碎裂结构5、散体结构完整性系数：层状0.3～0.6;薄层状<0.4
结构面间距：层状0.25～0.5m；薄层状<0.25m
由中厚（0.25～0.5m）及薄层（<0.25m）的均一、坚硬、软弱或软硬相间的沉积岩或沉积变质岩形成的岩体。结构面以层理、片理、节理为主，往往有层间错动，结构体呈板状、片状互相紧密叠合。
岩土工程特征：工程范围内，一组节理明显发育，在层内具有均一的地质特征与力学特性，属各向异性、层内均质的连续介质。其变形和强度特征受层面及岩层组合控制，岩体稳定性较差。1、产状结构面的分步密度反映结构面发育的密集程度，以裂隙度和切割度表示。
①裂隙度K：沿取样线方向单位长度上的结构面数量。
设取样线长度为L,单位m,该长度内出现的结构面数量n，沿取样线方向结构面平均间距为d′，则
切割度Xe：岩体被节理割裂分离的程度。当岩体仅含一个节理时，眼节理面在岩体中取一贯通整体的平直断面，节理面积a与该断面面积A之比成为岩体的切割度Xe。
若沿着岩体某断面上同时存在面积为a1，a2，…，an的几个节理面，则岩体沿该断面的切割度为
Xe=（a1+a2+…+an）/A
某组节理切割的程度可用Xv表示：
Xv=Xe.K3、张开度结构面的形态可以用侧壁的起伏形态及粗糙度来反映。
结构面侧壁的起伏形态分为：平直的、台阶状的、锯齿状的、波状的和不规则状的。可以用线密度来估算岩体质量指标RQD(rockqualitydesignation)：
RQD的原始定义为：长度大于10cm的岩心长度之和与钻孔总进尺的百分比，按下式计算：结构面的粗糙度用粗糙度系数JRC(JointRoughnessCoefficient)表示。根据标准粗糙度剖面将结构面的粗糙度系数划分为10级。随粗糙度的增大，结构面的摩擦角也增大。
标准粗糙度剖面见右图。二、结构面的力学性质（2）法向应力与法向变形的关系
（Goodman,1974）

式中：
：原位压力
：最大可能闭合量
s，t：与结构面几何特征、岩石力学性质有关的两个参数（3）法向刚度Kn
（Goodman,1974）

式中Kn0：结构面的初始刚度
Bandis(1984)提出的非充填节理法向应力与法向变形的关系

式中：a、b为常数
法向刚度Kn:

Bandis得出由初始法向刚度和最大
闭合量表达的经验公式：（1）剪切变形特征
A.粗糙结构面（且无充填物），剪应力上升较快，当剪应力达到峰值后抗剪能力下降较大，并产生不规则的峰后变形或粘滑现象。
B.平坦结构面（或有充填物），初始阶段剪切变形曲线斜率逐渐减小，曲线没有明显的峰值出现，最终恒定，或出现剪切硬化。
C.随着法向应力减小、剪切规模增大，剪切刚度减小
（2）剪切变形方程

1975，卡尔哈维（Kalhaway)提出：

式中：m=1/k0,
k0:初始剪切刚度
n=1/τ0,
τ0－产生较大剪切位移时的
剪应力渐近值（3）剪切刚度Kt
剪切刚度：

1974年Goodman提出：

式中：Kt0－初始剪切刚度
τs－产生较大剪切位移时的剪应力渐近值
对于较坚硬结构面，剪切刚度一般
为常数；对松软结构面，剪切刚度
随法向应力的大小而改变。1）平直结构面的剪切强度

2）剪胀现象与剪断现象

①岩石强度高，爬坡角i小，法向力N小，发生剪胀现象(b)
②岩石强度低，爬坡角i大，法向力N大，发生剪断现象(c)4、结构面力学性质的尺寸效应作业