3结构面的力学性质.ppt

第3章结构面的力学性质结构面的概念结构面是指岩体中存在着的各种不同成因和不同特性的地质界面，包括物质的分界面、不连续面如节理、片理、断层、不整合面等。结构面具有一定的方向、延展较大、厚度小的二维面状地质界面。在工程荷载(一般小于10MPa)范围内，工程岩体常常是沿软弱结构面失稳破坏。如马尔帕塞坝溃坝、瓦依昂库岸滑坡等。工程实例工程实例秭归县千将坪滑坡
2003年7月13日零时20分§3-2结构面的类型及其特征（1）原生结构面：在成岩过程中形成的结构面（2）构造结构面（3）次生结构面按成因分按成因分岩浆结构面14Mar,2007202、按结构面按受力条件可分为二、结构面的分级Ⅰ级指大断层或区域性断层。控制工程建设地区的地壳稳定性，直接影响工程岩体稳定性；

Ⅱ级指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。
Ⅲ级指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好的层面及层间错动等。
Ⅱ、Ⅲ级结构面控制着工程岩体力学作用的边界条件和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑移岩体的边界面，直接威胁工程安全稳定性Ⅳ级指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断层及较发育的片理、劈理面等。是构成岩块的边界面，破坏岩体的完整性，影响岩体的物理力学性质及应力分布状态。
Ⅳ级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律不太容易搞清楚，需用统计方法进行研究
Ⅴ级又称微结构面。常包含在岩块内，主要影响岩块的物理力学性质。控制岩块的力学性质走向、倾向、倾角
结构面与最大主应力间的关系
控制着岩体的破坏机理与强度。

据单结构面理论，岩体中存在一组结构面时，岩体的极限强度与结构面倾角间的关系为：
3.密度

结构面的密度反映结构面发育的密集程度。
1、线密度(Kd)是指结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数(条／m)。

2、间距(d)则是指同一组结构面法线方向上两相邻结构面的平均距离。
Kd与d互为倒数关系
如果测线是水平布置的，且与结构面法线的夹角为α，结构面的倾角为β时:结构面间距分级表5.形态
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a、波状的b、锯齿状的c、台阶状的d和不规则状的e。结构面的粗糙度用粗糙度系JRC表示
(jointroughnesscoefficient)
随粗糙度的增大，结构面的摩擦角也增大。
根据标准粗糙度剖面将结构面的粗糙度系数划分为10级。6、结构面的胶结情况及充填情况
(1)胶结结构面
泥质胶结：强度最低，在脱水情况下有一定的强度，遇水发生泥化、软化，强度明显降低。
可溶盐类胶结：干燥时有一定的强度，遇水发生溶解，强度降低。
钙质胶结：强度较高，且不受水的影响，但遇酸性水强度降低。
铁质胶结：强度较高，但易风化，力学性能不稳定。
硅质胶结：强度高，力学性能稳定。
可见，胶结结构面随胶结物的成分不同，其力学效应有很大差别。(2)非胶结结构面
分为有充填物的结构面和无充填物的结构面。
无充填物的结构面：其强度主要取决于结构面两侧岩石的力学性质及结构面粗糙度。
有充填物的结构面：其强度除与充填物、结构面两侧岩壁接触面的力学特性有关外，主要取决于充填物的成分和厚度。
A、充填物成分：质粘土、砂质、角砾质等。
B、充填物厚度对结构面强度影响特别显著。按厚度可将有充填物的结构面分为：
薄膜充填：充填物厚度多在1mm以下，多系次生蚀变矿物与风化矿物构成，如滑石、粘土矿物等；
断续充填：充填物不连续，厚度多小于结构面的起伏差，使结构面强度降低。
连续充填：充填物厚度一般大于起伏差，结构面强度主要受充填物强度控制，因此，常构成岩体的主要滑动面。
厚层充填：充填厚度较大，一般几十厘米至数米，构成软弱带，如断层泥。有时表现为岩体沿接触面滑移，有时为软弱充填物本身塑性流动，常导致重大工程事故。结构面变形

法向应力与法向变形的关系

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法向刚度kn的表达式
1）（Goodman,1974）

式中Kn0：结构面的初始刚度
2）班迪斯（Bandis,1984）

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,1984）

实质：每点的切线斜率

①曲线形状，先凹，后陡；可由初始
法向刚度和最大闭合量确定。

②初始阶段，结构面变形为主，
当σn=σc/3时结构面变形基本完成

③最大闭合量小于张开度。
1)两种类型
a.粗糙结构面（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滞滑现象。
b.平坦结构面（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