CH2第二章巖石力學(xué).ppt

第二章 巖體力學(xué)性質(zhì)與巖體分類,2.1 巖體的特點(diǎn),前一章討論了巖石的力學(xué)性質(zhì)。有關(guān)結(jié)果都是由巖石試塊在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)所獲得的。 室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果能否反映現(xiàn)實(shí)工程中材料的力學(xué)性質(zhì)？在機(jī)械行業(yè)中，回答是肯定的。 巖石工程中呢？奧地利巖石力學(xué)專家Mller的例子：花崗巖，室內(nèi)試驗(yàn)的巖石抗壓強(qiáng)度為250MPa;根據(jù)邊坡破壞情況反推的現(xiàn)場(chǎng)巖石的抗壓強(qiáng)度：1.25MPa。 因此：室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果不能代表現(xiàn)場(chǎng)的工程巖石。,為什么相差如此之大？是偶然還是普遍情形？,回答：普遍。尺寸較大的現(xiàn)場(chǎng)巖石，其強(qiáng)度通常都遠(yuǎn)低于小塊巖石的強(qiáng)度。 原因何在？ 現(xiàn)場(chǎng)巖石中的斷層、層面、節(jié)理、裂隙等各種軟弱結(jié)構(gòu)面，是造成巖石強(qiáng)度下降的主要原因。 室內(nèi)試驗(yàn)的小試塊，只包含微裂隙，不會(huì)有斷層、節(jié)理存在，因此，強(qiáng)度相對(duì)較高。 工程現(xiàn)場(chǎng)的巖石，尺寸要大得多，節(jié)理、裂隙和斷層等都可能包含在其中。,結(jié)構(gòu)面巖石節(jié)理,巖體,定義：由結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體組成的地質(zhì)體，是定義巖體不可缺一的兩個(gè)要素。 結(jié)構(gòu)面：指巖體中存在著的各種不同成因和不同特性的地質(zhì)界面，包括物質(zhì)的分界面、不連續(xù)面，如節(jié)理、片理、斷層、不整合面等。 結(jié)構(gòu)體：由結(jié)構(gòu)面在巖體中切割而成的幾何體稱為結(jié)構(gòu)體（巖石）。 要掌握巖體的力學(xué)特性，更重要的是掌握結(jié)構(gòu)面的特性,一 結(jié)構(gòu)面,結(jié)構(gòu)面是在地球長(zhǎng)期地質(zhì)歷史中形成的 ，成因復(fù)雜，其分類方法也有多種。按地質(zhì)成因的不同，可將結(jié)構(gòu)面分為如下三類： 1. 原生結(jié)構(gòu)面：在成巖過(guò)程中形成的結(jié)構(gòu)面。又分為 (a) 沉積結(jié)構(gòu)面。 如層理面。 (b) 火成結(jié)構(gòu)面。如巖漿與其他巖體的接觸面。 (c) 變質(zhì)結(jié)構(gòu)面。如片理。,1.1 結(jié)構(gòu)面的分類,2. 構(gòu)造結(jié)構(gòu)面 指由地球構(gòu)造活動(dòng)所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)面。包含：節(jié)理、劈理、斷層等。 3. 次生結(jié)構(gòu)面 指在次生作用下形成的結(jié)構(gòu)面。如風(fēng)化裂隙、泥化夾層等。,1.2 結(jié)構(gòu)面的幾何特征,結(jié)構(gòu)面的存在，會(huì)使巖體的性質(zhì)發(fā)生很大變化，強(qiáng)度大大降低。然而，隨著結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、形態(tài)、延展尺度、規(guī)模大小、發(fā)育程度等因素的變化，巖體強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生極大變化。 因此，在巖體工程中，通常需要對(duì)結(jié)構(gòu)面的形態(tài)進(jìn)行詳細(xì)的研究。,1、結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀,結(jié)構(gòu)面在空間的分布狀態(tài)，通常用走向、傾向、傾角描述。 對(duì)巖體中的結(jié)構(gòu)面而言，結(jié)構(gòu)面與巖石工程之間的相互關(guān)系直接影響巖體的穩(wěn)定性。 (a) (b) (c) (d),2、結(jié)構(gòu)面表面粗糙度的影響,粗糙度系數(shù)JRC；巴頓：粗糙度系數(shù)可分 10級(jí)(標(biāo)準(zhǔn)粗糙度剖面) 對(duì)右圖所示的露天礦邊坡， 對(duì)結(jié)構(gòu)面表面光滑平整和 表面粗糙兩種情形，則顯 然，表面光滑時(shí)較容易發(fā) 生滑坡；表面粗糙時(shí)則邊 坡穩(wěn)定性顯著提高，不容 易發(fā)生滑坡。 因此，結(jié)構(gòu)面表面的粗糙 度，對(duì)這類工程的穩(wěn)定性， 有顯著影響。 粗糙度大抗滑力大,3、結(jié)構(gòu)面的延展尺度和規(guī)模,延展尺度： 主要指結(jié)構(gòu)面本身的長(zhǎng)度?？煞譃?細(xì)小延展尺度1米； 中等延展尺度 1米 10米； 巨大延展尺度10米. 貫通情況： 主要指結(jié)構(gòu)面長(zhǎng)度與巖石工程尺度之間的關(guān)系?？煞譃?非貫通 2. 半貫通 3. 貫通 結(jié)構(gòu)面是否貫通，對(duì)巖石工程的穩(wěn)定性有很大影響。,4、結(jié)構(gòu)面的密集度,結(jié)構(gòu)面發(fā)育的密集程度，通?？梢杂脙蓚€(gè)指標(biāo)來(lái)衡量： 1.裂隙度 k 指單位長(zhǎng)度上節(jié)理的條數(shù)； 2.切割度d巖體被結(jié)構(gòu)面切割分離的程度，結(jié)構(gòu)面面積與評(píng)價(jià)斷面面積之比。 統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)面密集程度的方法詳細(xì)觀測(cè)線法。,（1）裂隙度K a.單組節(jié)理 設(shè)觀測(cè)線長(zhǎng)度為 ，在 上出現(xiàn)的節(jié)理的個(gè)數(shù)為n， 則 節(jié)理之間的平均間距為,單組結(jié)構(gòu)面 多組結(jié)構(gòu)面,10m,實(shí)例：k=4/10=0.4/m d=1/k=2.5m,b.多組節(jié)理,d180cm 巖體為整體結(jié)構(gòu) d=30180cm 巖體為塊狀結(jié)構(gòu) d=6.530cm 巖體為碎裂結(jié)構(gòu) d6.5cm 極碎裂結(jié)構(gòu),（2）切割度,節(jié)理并非在巖體內(nèi)全部貫通，用“切割度”來(lái)描述節(jié)理貫通度，在巖體中取一平直斷面，總截面積為A，其中被節(jié)理面切割的面積為a；則切割度為：,5、結(jié)構(gòu)面的充填物,結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度與有無(wú)充填物及充填物的性質(zhì)密切相關(guān)。,1.2 巖體結(jié)構(gòu)的類型,巖體結(jié)構(gòu)：指巖體中結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的形態(tài)及組合特征。 按巖體被結(jié)構(gòu)面分割的程度或結(jié)構(gòu)體的形態(tài)特征，可將巖體結(jié)構(gòu)劃分為以下幾種基本類型：,巖體結(jié)構(gòu),整體結(jié)構(gòu),層狀結(jié)構(gòu),塊狀結(jié)構(gòu),碎裂結(jié)構(gòu),散體結(jié)構(gòu),（1）整體結(jié)構(gòu),巖性單一，節(jié)理不發(fā)育，無(wú)軟弱結(jié)構(gòu)面或夾泥，層面 結(jié)合良好，滲流對(duì)巖體特性影響不大，結(jié)構(gòu)尺寸大于工程尺寸。 完整性系數(shù) 0.75 結(jié)構(gòu)面間距 1.0 m 巖土工程特征：整體性強(qiáng)度高，巖體穩(wěn)定，可視為均質(zhì)、各向同性的連續(xù)介質(zhì)。,（2）塊狀結(jié)構(gòu),節(jié)理發(fā)育，有若干軟弱夾層或貫通微張裂隙將巖體切割成柱狀、塊狀或菱形等結(jié)構(gòu)體。工程范圍內(nèi)，有兩組以上節(jié)理明顯發(fā)育，構(gòu)成影響工程穩(wěn)定性的可能危險(xiǎn)巖塊，其尺寸小于工程幾何尺寸。 完整性系數(shù) 0.350.75 結(jié)構(gòu)面間距 0.51.0 m 巖土工程特征：整體性強(qiáng)度較高，結(jié)構(gòu)面相互牽制，巖體基本穩(wěn)定，接近彈性各向同性體。,（3）層狀結(jié)構(gòu),由中厚（0.250.5 m）及薄層（0.25m）的均一、堅(jiān)硬、軟弱或軟硬相間的沉積巖或沉積變質(zhì)巖形成的巖體。結(jié)構(gòu)面以層理、片理、節(jié)理為主，往往有層間錯(cuò)動(dòng)，結(jié)構(gòu)體呈板狀、片狀互相緊密疊合。 完整性系數(shù)：層狀 0.30.6; 薄層狀 0.4 結(jié)構(gòu)面間距：層狀 0.30.5 m ；薄層狀 0.3 m 巖土工程特征：工程范圍內(nèi)，一組節(jié)理明顯發(fā)育，在層內(nèi)具有均一的地質(zhì)特征與力學(xué)特性，屬各向異性、層內(nèi)均質(zhì)的連續(xù)介質(zhì)。其變形和強(qiáng)度特征受層面及巖層組合控制，巖體穩(wěn)定性較差。,（4）碎裂結(jié)構(gòu),構(gòu)造發(fā)育，各種結(jié)構(gòu)面與斷裂交叉發(fā)育，且多為泥質(zhì)充填。巖體破碎，呈塊狀或片狀，局部裹有堅(jiān)硬的大塊或條塊狀巖石，屬不均一的不連續(xù)介質(zhì)，穩(wěn)定性很差。,（5）散體結(jié)構(gòu),主要為各種劇烈風(fēng)化或擠壓破碎的巖體或土體。結(jié)構(gòu)面相當(dāng)發(fā)育，呈網(wǎng)狀，巖體極度破碎，并混有斷層泥，呈松散堆積或壓密堆積。 完整性系數(shù)：0.2 巖土工程特征：穩(wěn)定性極差，巖體屬性接近松散體介質(zhì)。,二 結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度,結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體強(qiáng)度的主要影響是，巖體容易沿著結(jié)構(gòu)面發(fā)生剪切破壞，產(chǎn)生滑移。因此，對(duì)結(jié)構(gòu)面，一般不做壓縮和拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)，而做直接剪切試驗(yàn)。 1、平直結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度 使用不同的試樣，施加 不同的正應(yīng)力si，可以 得出不同的結(jié)構(gòu)面抗剪 強(qiáng)度ti 。于是可計(jì)算出 結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度Cj和fj。,對(duì)任一次剪切試驗(yàn)，可繪出剪應(yīng)力-剪切位移曲線：剪應(yīng)力隨剪切位移的增加而增大，當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)到峰值后，剪切位移突然增大，表明試件已破壞；此后，只需很小的剪應(yīng)力便能使試件繼續(xù)產(chǎn)生切向位移，該剪應(yīng)力稱為殘余抗剪強(qiáng)度。,峰值抗剪強(qiáng)度和殘余抗剪強(qiáng)度,大多數(shù)結(jié)構(gòu)面，兩表面之間相互還有一定粘結(jié)力。因此，試驗(yàn)所得結(jié)果，C值一般不為零。(等同于抗剪斷試驗(yàn))。 抗剪斷試驗(yàn)以后，如果對(duì)這同一組試樣再做一次直剪試驗(yàn)（抗摩擦試驗(yàn)，即殘余抗剪強(qiáng)度），此時(shí)所得的C值等于零。,為殘余摩擦角，一般比峰值摩擦角 小。,2、粗糙結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度 設(shè)結(jié)構(gòu)面表面不平，并具有角度為i(粗糙角)的規(guī)則齒狀突起。于是，在直剪試驗(yàn)中，在推力T的作用下，上半部分就會(huì)沿齒向上移動(dòng)。 兩個(gè)概念： 剪脹：在沿斜面滑動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生沿水平方向的切向位移u和垂直方向的法向位移v，導(dǎo)致整個(gè)巖塊體積膨脹(膨脹是由新增空隙所致)，這種體積膨脹現(xiàn)象稱為剪脹。 爬坡(爬坡角)：沿斜面的滑動(dòng)現(xiàn)象稱為爬坡；粗糙角i又稱爬坡角。,2、粗糙結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度 于是，作用在鋸齒上的正應(yīng)力si和剪應(yīng)力ti，可分別由下式計(jì)算： 在推力T達(dá)到極大值，試樣即將發(fā)生破壞的瞬間，正應(yīng)力si和剪應(yīng)力ti應(yīng)該滿足下式：,即 或 整理，化簡(jiǎn)，得 將此式與沒有齒狀突起的結(jié)構(gòu)面的試驗(yàn)結(jié)果相比較，可知，對(duì)于具有角度為i的齒的結(jié)構(gòu)面，齒的效應(yīng)是使結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角提高，提高的幅度就等于角度i。,以上結(jié)果是正應(yīng)力較小 時(shí)候的情形。 當(dāng)正應(yīng)力較大時(shí)，則顯然，齒將被剪掉。此時(shí)的結(jié)果類似于沒有結(jié)構(gòu)面的巖石試驗(yàn)：摩擦角沒有提高，但出現(xiàn)凝聚力C（稱視凝聚力）。 此時(shí)的強(qiáng)度方程：,總結(jié)： 1. 結(jié)構(gòu)面平直： 2. 結(jié)構(gòu)面粗糙： 正應(yīng)力較小時(shí): （i也稱爬坡角） 正應(yīng)力較大時(shí)（鋸齒被剪斷）：,三、結(jié)構(gòu)面的力學(xué)效應(yīng),（1）單節(jié)理的力學(xué)效應(yīng) 設(shè)結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度條件： 設(shè)節(jié)理的方向角為： 巖石的強(qiáng)度條件為：,考察應(yīng)力改變時(shí)(以最大主應(yīng)力不斷增大為考察條件)，是否會(huì)沿已知結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞。,直線1是結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度曲線，直線2是巖石強(qiáng)度曲線 考察應(yīng)力圓與直線1相切、相割時(shí)的含義。,可知：二者相割時(shí)代表在該組應(yīng)力狀態(tài)下，巖體已經(jīng)沿著切線上方的部分結(jié)構(gòu)面發(fā)生了破壞。因此，判斷巖體是否會(huì)沿著已知結(jié)構(gòu)面破壞的條件是：,巖體強(qiáng)度取決于巖石強(qiáng)度，而與節(jié)理面的存在無(wú)關(guān),或,巖體會(huì)首先沿著節(jié)理破壞，巖體強(qiáng)度取決于結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度,結(jié)論,三、結(jié)構(gòu)面的力學(xué)效應(yīng),（2）巖體的破壞準(zhǔn)則 設(shè)結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度條件： 設(shè)節(jié)理的方向角為： 前已證明，單元體中任一面上的應(yīng)力可表示為：,所以，巖體沿結(jié)構(gòu)面破壞的強(qiáng)度準(zhǔn)則為：,令 則 1)當(dāng) 可見只有 上式才有意義，即巖體才有可能沿節(jié)理破壞 2)對(duì) 求一階導(dǎo)數(shù)，并令其為零得 此時(shí)節(jié)理面對(duì)巖體的強(qiáng)度削弱最大，巖體有最小強(qiáng)度,用圖解法亦可得該結(jié)論,（3）多節(jié)理的力學(xué)效應(yīng) （疊加）,兩組以上的節(jié)理同樣處理，分三種情況： A僅有一組節(jié)理符合 條件時(shí)，沿該節(jié)理破壞； B兩組節(jié)理最符合 時(shí)，考察 大小，沿應(yīng)力圓直徑小的節(jié)理發(fā)生破壞； C如果都不符合 ，則巖體強(qiáng)度取決于巖石強(qiáng)度，不受節(jié)理存在的影響。,（4）當(dāng)Cj=0時(shí)節(jié)理面的力學(xué)效應(yīng),這時(shí)庫(kù)侖準(zhǔn)則 由強(qiáng)度準(zhǔn)則公式推導(dǎo)可得：,該式的意義在哪？ 假如如圖所示的平硐沿巖層走向開挖，巖層傾角 ，由上覆巖層引起的垂直應(yīng)力 ，節(jié)理面的內(nèi)聚力為0，內(nèi)摩擦角為40度，求維持巷道平衡所需的最小水平推力。,總結(jié),當(dāng)巖體中存在結(jié)構(gòu)面時(shí)，強(qiáng)度是否會(huì)受到影響？ 莫爾圓：圓上一點(diǎn)，體上一面。方向相同， 夾角兩倍 因此，巖體是否會(huì)沿結(jié)構(gòu)面破壞，取決于 代表結(jié)構(gòu)面的點(diǎn)是否在結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度曲線之上。,由莫爾圓和結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度曲線間的關(guān)系可知： (a) 當(dāng)結(jié)構(gòu)面的角度在b1和b2之間時(shí)，代表結(jié)構(gòu)面的點(diǎn)位于結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度曲線之上。因此，巖體將沿結(jié)構(gòu)面破壞； (b) 當(dāng)結(jié)構(gòu)面的角度小于b1或大于b2時(shí)，代表結(jié)構(gòu)面的點(diǎn)位于結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度曲線之下。因此，巖體將不會(huì)沿結(jié)構(gòu)面破壞。 因此，巖體是否會(huì)沿結(jié)構(gòu)面破壞的判斷方法是： 當(dāng) 時(shí)會(huì)， b2b 或 b b1 不會(huì)。,例題,巖體試件等圍壓三軸試驗(yàn)， 已知某一節(jié)理面與最小主應(yīng)力方向的夾角為45，且 結(jié)構(gòu)面的 巖石的 在此應(yīng)力狀態(tài)下，巖體是否會(huì)沿結(jié)構(gòu)面破壞？若不會(huì)，則給出其破裂面的方向。,2.3巖體的強(qiáng)度 2.3.1 巖體的強(qiáng)度特征,巖體的強(qiáng)度取決于結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度和巖石的強(qiáng)度。 （1）巖體的抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線介于結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度包絡(luò)線和巖石強(qiáng)度包絡(luò)線之間。,（2）巖體強(qiáng)度的各向異性,巖體強(qiáng)度受加載方向與結(jié)構(gòu)面夾角的控制，因此，表現(xiàn)出巖體強(qiáng)度的各向異性。,巖體中只有一組結(jié)構(gòu)面：,(1).當(dāng)1與結(jié)構(gòu)面垂直，巖體強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)面無(wú)關(guān)，為巖石強(qiáng)度； (2).當(dāng)450+j/2，巖體將沿結(jié)構(gòu)面破壞，其強(qiáng)度為結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度； (3).當(dāng)1與結(jié)構(gòu)面平行，巖體將因結(jié)構(gòu)面的橫向擴(kuò)展而破壞。,巖體中有多組結(jié)構(gòu)面：,巖體的強(qiáng)度圖像將為各單組結(jié)構(gòu)面巖體強(qiáng)度圖像的疊加，如圖中陰影部分。如果結(jié)構(gòu)面分布均勻、且強(qiáng)度大體相同時(shí)，則巖體表現(xiàn)出各向同性的特性，但強(qiáng)度卻大大削弱了。,當(dāng)巖體中存在結(jié)構(gòu)面時(shí)，結(jié)構(gòu)面的方向?qū)r體強(qiáng)度有什么樣的影響？,情形(a)，對(duì)強(qiáng)度影響如何？ 無(wú)影響。 情形(b)，對(duì)強(qiáng)度影響如何？強(qiáng)度降低 。 情形(c)，若結(jié)構(gòu)面方位與巖石破壞面方位一致。則對(duì)強(qiáng)度影響最大。,2.3.2 巖體強(qiáng)度測(cè)定,巖體抗壓強(qiáng)度的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定 需在擬測(cè)地點(diǎn)開鑿試驗(yàn)平巷 試樣尺寸：斷面為正方形，邊長(zhǎng)0.5 1.5米 主要困難： 試樣的制作,準(zhǔn)巖體強(qiáng)度,完整性系數(shù)K：,定義：完整性系數(shù)(龜裂系數(shù))根據(jù)彈性波在巖體和該巖石試件中的傳播速度比，可判斷巖體中裂隙發(fā)育的程度，稱此比值的平方為完整性系數(shù) 式中：V巖體、 v巖石分別為彈性波在巖體和巖石中傳播的縱波速度。 準(zhǔn)巖體抗壓強(qiáng)度: cm=Kc 準(zhǔn)巖體抗拉強(qiáng)度: tm=Kt 式中：c 、t為巖石試件的單軸抗壓強(qiáng)度和單軸抗拉強(qiáng)度。,準(zhǔn)巖體強(qiáng)度概念的提出現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的不經(jīng)濟(jì)性 理念結(jié)構(gòu)面影響的重要性。,抗剪強(qiáng)度測(cè)定,與室內(nèi)直剪試驗(yàn)類似。加載方向?qū)r體強(qiáng)度影響較大。 要求：每一種巖石，至少對(duì)5個(gè)試樣進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)試樣采用不同的正壓力。最后得出巖體強(qiáng)度曲線,巖體抗剪強(qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定,（1）雙千斤頂法,式中： 、試件剪切面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力； F試件剪切面面積； N法向力； Q斜向力； 橫向推力與剪切面的夾角，通常為150。,(2) 單千斤頂法,現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法施加垂直荷載的情況下采用單千斤頂法。,現(xiàn)場(chǎng)三軸強(qiáng)度試驗(yàn),試件尺寸：2.8m1.4m2.8m,一般 h2a,矩形截面. 加壓裝置：千斤頂，液壓枕。,液壓枕,巖體強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)折減,2.4.1巖體的應(yīng)力應(yīng)變曲線 與巖石的全應(yīng)力-應(yīng)變曲線相似，但彈模、強(qiáng)度值會(huì)降低，泊松比提高。典型的巖體應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線如下：,（1）裂隙壓密階段（OA）：曲線上凹 （2）彈性變形階段（AB）:呈直線 （3）塑性變形階段（BC）：曲線下凹 （4）破壞后階段（CD）： 殘余強(qiáng)度D 峰值強(qiáng)度C,2.4 巖體的變形,巖體變形曲線的基本形式,（1）直線型：堅(jiān)硬、完整無(wú)裂隙巖體,（3）下凹型：節(jié)理裂隙發(fā)育，泥質(zhì)充填，巖性軟弱,（2）上凹型：堅(jiān)硬但裂隙發(fā)育，多呈張開而無(wú)充填物,其它形式可看成是這三種形式的組合，如S型。,2.4.2 巖體的變形特性參數(shù),彈性模量、變形模量 變形模量反應(yīng)是巖體的總剛度； 彈性模量只代表巖體彈性變形；,靜力法 1、表面承壓板法。又分剛性墊板法和柔性墊板法。承壓板方形或圓形，面積一般為0.51.2m2，加載力一般用50300t的千斤頂(P76圖2-29) 根據(jù)彈性力學(xué)，當(dāng)半無(wú)限大彈性體表面某一部分受均勻壓應(yīng)力的時(shí)候，壓縮載荷與位移有如下關(guān)系： 式中 W為位移；p為對(duì)巖體施加的載荷；D為承壓板直徑或邊長(zhǎng)； 為與承壓板形狀和剛度有關(guān)的系數(shù)；E和m為巖體的模量和泊松比。,測(cè)定巖體變形特性的方法：,力的加載方式可分為：大循環(huán)法和小循環(huán)法。 采用何種加荷方式，可根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)和工程要求而定。 完整巖體：可采用大循環(huán)加荷方式，以確定巖體在不同荷載下的變形特性；,多裂隙巖體：可采用多循環(huán)或單循環(huán)加荷方式，以了解各種結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體變形的影響。,設(shè)墊板總變形（位移）量為W0,其中彈性變形量為We,塑性變形量為Wp,則巖體的變形指標(biāo)：,式中：p受荷面單位面積上的壓力；D承壓板直徑或邊長(zhǎng);與承壓板形狀和剛度有關(guān)的系數(shù)，方形板為0.88，圓形板為0.79；巖體泊松比。,巖體變形模量：,巖體彈性模量：,2、鉆孔承壓板法,表面承壓板法測(cè)得的巖體變形模量偏低，這是由于工程巖體表面附近巖體大多發(fā)生了不同程度的松動(dòng)。為了排除松動(dòng)的影響，開始采用孔底承壓板法測(cè)定巖體變形模量。測(cè)定結(jié)果表明：孔底承壓板法測(cè)得的原位巖體變形參數(shù)比表面承壓板試驗(yàn)測(cè)定值高很多，甚至高達(dá)10余倍。,式中：vp,vs縱波波速和橫波波速，為巖體密度。 一般而言：Ed Ee,動(dòng)力法 考察動(dòng)載荷作用下的彈性性質(zhì)。 巖體動(dòng)彈性模量和動(dòng)泊松比，根據(jù)彈性波在巖體中的傳播速度進(jìn)行求解。 采用小量藥包爆炸激發(fā)地震波，在距震源一定距離設(shè)置檢波器，檢測(cè)彈性波。根據(jù)彈性波波速算出動(dòng)彈性模量Ed和動(dòng)泊松比d。,2.5 巖體的分類,巖體分類是對(duì)影響巖體穩(wěn)定性和影響工程設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)的各種因素建立一些評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)工程轄區(qū)巖體進(jìn)行評(píng)價(jià)，劃分出不同的的級(jí)別或類別。 分類的目的：為巖體工程建設(shè)的勘察、設(shè)計(jì)、施工和編制定額提供必要的基本依據(jù)。 按分類目的，可分為綜合性和專題性兩種；按其所涉及的因素多少，可分為單因素分類法和多因素分類法兩種。,工程巖體分類的參考影響因素,1、巖石的強(qiáng)度。GB巖土工程勘察規(guī)范用飽和單軸抗壓強(qiáng)度進(jìn)行巖石堅(jiān)硬程度分類。 2、巖體的完整性。巖體完整性取決于不連續(xù)面的組數(shù)和密度。可用結(jié)構(gòu)面頻率(裂隙度）、間距、巖心采取率、巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD以及完整性系數(shù)作為定量指標(biāo)進(jìn)行描述。這些定量指標(biāo)是表征巖體工程性質(zhì)的重要參數(shù)。 3、結(jié)構(gòu)面條件。包括結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、粗糙度和充填情況。巖體的工程性質(zhì)主要取決于結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)和分布狀態(tài)以及其間的充填物性質(zhì)。 4、巖體及結(jié)構(gòu)面的風(fēng)化程度。風(fēng)化程度越高，巖體越破碎，強(qiáng)度越低 。 5、地下水的影響。滲流，軟化，膨脹，崩解，水壓力等。,2.5.1 單一指標(biāo)分類法,1. 按強(qiáng)度分類 (普氏分類法) 用巖石單軸抗壓強(qiáng)度作為分類依據(jù)。在我國(guó)冶金礦山，長(zhǎng)期使用普氏系數(shù)(f)分類法，至今仍然在沿用。,2. 按巖石(芯)質(zhì)量指標(biāo)分類(RQD法) 根據(jù)鉆探時(shí)巖芯完好程度判斷。該法在設(shè)計(jì)時(shí)有用。因?yàn)樵O(shè)計(jì)階段往往資料不全，利用巖芯信息時(shí)必要的。 P92表2-6,1、 RMR分類法(南非科學(xué)工業(yè)研究會(huì)),類：80分，非常好的巖體； 類：61-80分，好巖體； 類：41-60分，一般巖體； 類：21-40分，不好的巖體； 類：20分，非常不好的巖體；,2.5.2 復(fù)合指標(biāo)分類法,（1）巖塊強(qiáng)度(R1) （2）RQD值(R2) （3）節(jié)理間距(R3) （4）節(jié)理?xiàng)l件(R4) （5）地下水(R5) （6）節(jié)理方向?qū)こ痰挠绊懙男拚齾?shù)（R6）,R1,R2,R3,R4,R5,R6,該分類法已得到比較廣泛的應(yīng)用。,如：不支護(hù)隧道的自穩(wěn)時(shí)間,巖體分級(jí)的意義 對(duì)巖體（圍巖）的好壞有個(gè)直觀定性的認(rèn)識(shí)； 還可以為巖體參數(shù)的折減提供計(jì)算參數(shù)。,賓尼奧夫斯基（ Bieniawski，1976)在大量實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)Q值與RMR值之間具有如下條件關(guān)系：,2、Q分類法,巴頓提出；Q分類法同樣考慮6個(gè)方面的因素，考慮的地質(zhì)因素較全面，而且把定性分析與定量評(píng)價(jià)結(jié)合起來(lái)了，軟硬巖均適用，在處理極軟弱的巖層中推薦采用此分類法。P95,我國(guó)工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)GB50218-94 巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ,類：