第3章结构面的力学性质1.ppt

第2章结构面的力学性质§2-1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2、按结构面按受力条件可分为三、结构面的分级结构面的几何特征是反映结构面的外貌，由下列要素组成：
1、走向:结构面与水平面的交线方向，用方位角表示。
2、倾斜:结构面的倾斜方向和倾斜角度。
3、连续性。
4、粗糙度:表明结构面的粗糙程度。
5、起伏度:包括起伏波的幅度和长度。起伏波的幅度是指相邻两波峰连线与其下波槽的最大距离a,起伏波的长度是指相邻两波峰之距离。结构面的产状、形态、延展尺度、密集程度以及胶结与充填情况等是影响岩体强度和稳定性的重要因素。
1、结构面产状：指结构面的走向、倾向和倾角，对岩体是否沿某一结构面滑移起控制作用。
2、结构面形态：决定结构面抗滑力的大小，当结构面的起伏程度大，粗糙度高时，其抗滑力就大。
3、结构面的延展尺度：在工程岩体范围力，延展度大的结构面控制着岩体的强度。结构面延展情况不同，其力学效应也不同。4、结构面的密集程度：指岩体中各种结构面的发育程度。衡量密集度的指标为岩体裂隙度K和切割度Xe。式中：n为取样线l内的节理组数量.
该取样线上的裂隙度K为各组节理的裂隙度Ki之和。即：岩体按切割度分类：
Xe＝0.1～0.2完整岩体；
Xe＝0.2～0.4弱节理化岩体；
Xe＝0.4～0.6中等节理化岩体；
Xe＝0.6～0.8强节理化岩体；
Xe＝0.8～1.0完全节理化岩体；
岩体被某组结构面切割的程度Xr为：5、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。5、结构面的胶结情况及充填情况结构面变形2、节理的闭合变形
Goodman于1974年通过试验，得出法向应力σ与结构面闭合量△V有如下关系：若A与t不为1，可由试验确定曲线方程。其方法为：
（1）取完整岩石试件，测其轴向σ-△V曲线（如图（a)中的A线)。
（2）将试件沿横向切开，使切缝成一条平行于试件底面且成波状起伏的裂缝，以模拟节理。
（3）将切缝上下两块试块重合装上—“配称切缝试件”，加载测其轴向σ-△V曲线（如图（a)中的B线)。
（4）将切缝上下两块试块旋转某一角度装上—“非配称切缝试件”，加载测其轴向σ-△V曲线（如图（a)中的C线)。
(5)利用曲线的差值求切缝的压缩量。在一定的法向应力作用下，结构面在剪切作用下产生切向变形，其变形特征用试验时施加的剪应力τ与相应的剪切位移δ的关系来描述。τ-δ曲线特征取决于结构面的基本特征（粗糙度、起伏度、充填物性质与厚度等）。
（1）结构面粗糙无充填物（A)：
随着剪切变形发生，剪应力相对上升较快，当达到剪应力峰值后，结构面抗剪能力出现较大的下降，并产生不规则的峰后变形或滞滑现象。
（2）平坦的结构面或结构面有充填物（B):
初始阶段的剪切变形曲线呈下凹型，随着剪切变形的发展，剪切应力逐渐升高但无明显的峰值出现，最终达到恒定值。§2-3结构面的抗剪强度一、平直结构面的抗剪强度一、平直结构面的抗剪强度二、粗糙结构面的抗剪强度σ较小时，抗剪强度τ＝σtg(φb+β);
σ较大时，抗剪强度τ＝c+σtgφb,其中c为视内聚力。
试验表面，低法向应力的剪切，结构面有剪切位移和剪胀；高法向应力的剪切，凸台剪断，结构面抗剪强度最终变成残余抗剪强度。在剪切过程中，凸台起伏形成的粗糙度以及岩石强度对结构面的抗剪强度起着重要作用。2、不规则粗糙结构面的抗剪强度§2-4结构面的力学效应一、单节理面的力学效应1、节理面的破坏条件（极限应力平衡方程）(1)由上式极限平衡方程可见：当β→φj或π/2，σ1－σ3→∞,故使方程有意义3、求β1、β24、节理最不利的位置5、节理对岩体强度的影响6、σ3=c时σ1－β曲线二、多节理的力学效应三、当Cj=0时结构面的力学效应四、举例作业