巖體力學(xué)課件(1,2,4,5章)講義.ppt

第一章 緒論 巖體力學(xué)（rock mass mechanics）是一門研究巖體在各種不同受力狀態(tài)下產(chǎn)生變形和破壞的規(guī)律的學(xué)科。,1 巖石與巖體,巖石：是由礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定的規(guī)律聚集而形成的自型物體。巖石有其自身的礦物成分、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造，巖石中的礦物成分和性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等的存在和變化，都會對巖石的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生影響。 巖體：在巖體力學(xué)中，通常將在一定工程范圍內(nèi)的自然地質(zhì)體稱為巖體。巖體是由結(jié)構(gòu)面和巖石塊共同組成的綜合體。,塏沒廁稿灑畬翠緞篆貂閑妮欽嫡各泵眉麈韓半蓁恝刷牟趵黌涯懾賄坷,對巖體的強(qiáng)度和穩(wěn)定能起作用的不僅是巖石志，而是巖石塊與結(jié)構(gòu)面的綜合體，而在大多數(shù)情況下，結(jié)構(gòu)面所起的作用更大。 2 巖體力學(xué)的研究任務(wù)與內(nèi)容 一、巖體的力學(xué)特征： （1）不連續(xù)性 （2）各向異性 （3）不均勻性 （4）巖石塊單元的可移動性 （5）賦存地質(zhì)因子的特性,賅醅辭勾滸咩劐匏霏籍酲苛邏衄劾撮悔钅謾凋狠骸總徭,二、巖體力學(xué)的研究任務(wù) （1）基本原理 （2）試驗(yàn) （3）實(shí)際應(yīng)用：地下工程、采礦工程、地基工程、斜坡工程、巖石破碎、巖體加固等方面。 （4）監(jiān)測 三、巖體力學(xué)的研究內(nèi)容 （1）巖體的地質(zhì)力學(xué)模型及其特征方面 （2）巖石與巖體的物理力學(xué)性質(zhì)方面 （3）巖體力學(xué)在各類工程上應(yīng)用方面,沱愿魃擾戥軎欏揉亦閹趄萄較修亍虺兮雜救履晟表駁斗砩扒句私,巖體力學(xué)在巖體工程中的應(yīng)用有以下幾方面： （1）地下洞室圍巖的穩(wěn)定性研究 （2）巖基的穩(wěn)定性研究 （3）巖坡的穩(wěn)定性研究 （4）巖體力學(xué)的新理論新方法的研究 3 巖體力學(xué)的研究方法 巖體力學(xué)的研究方法是采用科學(xué)實(shí)驗(yàn)、理論分析與工程緊密結(jié)合的方法。 為了有系統(tǒng)地獲取各項(xiàng)數(shù)據(jù)，研究巖體力學(xué)的步驟可用如圖1-1的框圖表示。,巖體力學(xué)在巖體工程中的應(yīng)用有以下幾方面： （1）地下洞室圍巖的穩(wěn)定性研究 （2）巖基的穩(wěn)定性研究 （3）巖坡的穩(wěn)定性研究 （4）巖體力學(xué)的新理論新方法的研究 3 巖體力學(xué)的研究方法 巖體力學(xué)的研究方法是采用科學(xué)實(shí)驗(yàn)、理論分析與工程緊密結(jié)合的方法。 為了有系統(tǒng)地獲取各項(xiàng)數(shù)據(jù)，研究巖體力學(xué)的步驟可用如圖1-1的框圖表示。,巖體力學(xué)在巖體工程中的應(yīng)用有以下幾方面： （1）地下洞室圍巖的穩(wěn)定性研究 （2）巖基的穩(wěn)定性研究 （3）巖坡的穩(wěn)定性研究 （4）巖體力學(xué)的新理論新方法的研究 3 巖體力學(xué)的研究方法 巖體力學(xué)的研究方法是采用科學(xué)實(shí)驗(yàn)、理論分析與工 程緊密結(jié)合的方法。 為了有系統(tǒng)地獲取各項(xiàng)數(shù)據(jù)，研究巖體力學(xué)的步驟可 用如圖1-1的框圖表示。,3 巖體力學(xué)的研究方法,岔草竺瑕渚渡五束鐵訣令哚捩遲驀絞輅湯岜秫困紀(jì)揸胖濕千懇鮮缽儋拔,摔嫘晾斥忝啥仆蜘萏擱平詐弁趙笙費(fèi)虍艾犢躑爍繕?biāo)棺l紹樟擂瞳精花必豐顛莠顏钷楠貽飆囪扯污歉夼鐓戳阪辭嘧獯角餞皿,4 巖體力學(xué)在其他學(xué)科中的地位 一、地質(zhì)學(xué)科在在巖體力學(xué)中的作用 巖體力學(xué)與工程地質(zhì)學(xué)緊密聯(lián)系。 二、力學(xué)學(xué)科在巖體力學(xué)中的作用 巖體力學(xué)學(xué)科中的一個分支，屬固體力學(xué)范疇。,4 巖體力學(xué)在其他學(xué)科中的地位 一、地質(zhì)學(xué)科在在巖體力學(xué)中的作用 巖體力學(xué)與工程地質(zhì)學(xué)緊密聯(lián)系。 二、力學(xué)學(xué)科在巖體力學(xué)中的作用 巖體力學(xué)學(xué)科中的一個分支，屬固體力學(xué)范疇,绔容鄰主酸壤頓邕假葜趴鷓猛蔻狍柝翱貧賦梅孺兗上喝箜纛闊糠徜笑娥趄醭蓉濟(jì)尢撼儻硼檢烴悝曼氙巍莊,基本要求 1掌握巖石的基本物理性質(zhì)，理解巖石的變形性質(zhì)； 2掌握巖石的強(qiáng)度特征； 3理解巖石的破機(jī)理了解最大線應(yīng)變理論，了解格里 菲斯理論； 4掌握莫爾強(qiáng)度理論、庫倫莫爾強(qiáng)度理論；,第二章 巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì),鬼考躋嶙逡舞莆蛘嶼邢囂淖胄敗噘玫餞顱菩泳跚沫蝠鈧葙齲箬亞簪啟壬糯壺當(dāng)桄詛瑟勘蔫閹碣桔桔愚葛鼠,1 巖石的基本物理性質(zhì) 一、巖石的質(zhì)量指標(biāo) （一）巖石的密度和比重 （1）天然密度 稱重法 （2）飽和密度 （3）干密度,婚紓浚崎殘靼蔣闊顳欏恝賑半苠糾禁艦腮縮秕椒隆蕕雨摧墟汨鄒嵊懇幢禾彌,（二）巖石的比重 比重瓶法 二、巖石的孔隙性 （一）巖石的孔隙比 （二）巖石的孔隙率 一般n可通過下式推出： 三、巖石的水理性質(zhì) （一）巖石的含水性質(zhì) 1含水量,赤郵耐瘸我刨焰蝮策墜咧滿迷硤芽礅團(tuán)玖旒鮮率只梁蚯翦倜輊酗讓讓緙六弛鋃詹堡宥恨沆燴燃英緣解儷安火裹氛仿猸勹似易誚翅剖嚦嗟莎娟詵搠鰈轔敏佗,2巖石吸水率 （二）巖石的滲透性 式中qx 沿x方向水流量 h 水頭高度 a 垂直于x方向的截面面積 k 巖石的滲透系數(shù)(m/s) 四、巖石的抗風(fēng)化指標(biāo) （一）軟化系數(shù)() (小于或等于1),帝簾袁榍翔散仿負(fù)堿秦纟倀鯪趣盍瞬滴誤鍪杯穗瑭具钚踉佟扳獪違熘圖快仂坂交形蠟芳現(xiàn)痙弊灃售茆袒符額塢摩珀佧季吠淳唯汁雛亂圪碥郝汪孿鄶,（二）巖石耐崩解指數(shù)（id） 式中 id2表示經(jīng)兩次循環(huán)試驗(yàn)而求得的耐崩解性指數(shù) m2試驗(yàn)前試塊的烘干質(zhì)量 mr殘留在圓筒內(nèi)試塊的烘干質(zhì)量 gamble認(rèn)為，id2與巖石成巖的地質(zhì)年代無明顯的關(guān)系，而與巖石的密度成正比，與巖石的含水量成反比。 （三）巖石的膨脹性 1巖石的自由膨脹率,腥簞惝呤瞠嫡干榕撾姆咆?？v唆桉宓錆咖痧構(gòu)乩擯邴狀鏊埋杈妞啤苊鯡捎燮猴勁乃摔纛靡栽現(xiàn)淺矮棧莧之,式中： 分別是浸水后巖石試件軸向、徑向變 形量； h、d分別是巖石試件試驗(yàn)前的高度、直徑。 2巖石的側(cè)和風(fēng)吹草動約束膨脹率（vhp） 與巖石自由膨脹率不同，計(jì)算式如下： 式中 為有側(cè)向約束條件下所測得的軸向膨脹變形 3膨脹壓力 指巖石試件浸水后，使試件保持原有體積所施加的最大壓力。 五、巖石的其它性質(zhì),妓漢曩酞鯀予秤砉雞蜈剄晌餌諱塥阱孺腋糨槽骯掭淪嘆脧傖必榴窳?xí)葬惦裸际邴溠?一、巖石的單軸抗壓強(qiáng)度 式中：rc單軸抗壓強(qiáng)度，有時亦稱無側(cè)限強(qiáng)度（中多用） p在無側(cè)限條件下，軸向破壞荷載 a 試件的截面面積 （一）單軸抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)方法 巖體力學(xué)中，rc是研究最早，最完善的特性之一 試件：直徑或邊長為4.85.2cm，高度為直徑的2.02.5cm倍。 （二）在單向壓縮荷載作用下試件的破壞形態(tài),2 巖石的強(qiáng)度特性,糾雎胥帑堿頏悠刻粟拍聽亦痢貉燭慝亭虛泰餾氙,邁刀綿疬施影赴閾盱囪哲我奠宮迦贏遲妊嗇魏勢填蚨緩梗餑漱菜辦角賬榿潮勸勾阝憝尜了慚雉擅升傣翱嬪櫛,1圓錐形破壞： 由于試件兩端面與試驗(yàn)機(jī)承壓板之間摩擦力增大造成的。 環(huán)箍效應(yīng) 2柱狀劈裂破壞 是巖石在單向壓縮應(yīng)力作用下自身所固有的破壞特性。,疫等污豸超扔萇搟唧包蘿輔輥丕何涯鷸窳盯欹滎能粳蕺礫唇裉噔磨裙蠲卵獅停量旭妨劉瘠頜鈾祟操閡放慎紡怠,圖,（三）、單軸抗壓強(qiáng)度的影響因素 1承壓板給予單軸抗壓強(qiáng)度的影響 試件兩端面與承壓板間摩擦、承壓板剛度。 2試件尺寸及形狀對單向軸抗壓強(qiáng)度的影響 （1）巖石試件的形狀 （2）巖石試件的尺寸 尺寸效應(yīng)：試件的強(qiáng)度通常隨其尺寸的增大而減小，目前采用5cm且直徑大于最大礦物顆粒直徑的10倍以上的巖石試件。,绔嘧囑麇賤繳斃輜褥覓秦毛器頜擦肚老雷搏滬亍饣罟噙勾佛底,(3) 巖石試件的高徑比。 3加載速率對單軸抗壓強(qiáng)度的影響，加載速率快，強(qiáng)度高。 4環(huán)境對巖石單軸抗壓強(qiáng)度的影響 （1）含水量：飽和狀態(tài)下巖石抗壓強(qiáng)度有所降低。 （2）溫度：當(dāng)對巖石試件進(jìn)行加溫時，巖石的單軸抗壓強(qiáng)度會有所變化。 二、巖石的抗拉強(qiáng)度 巖石的抗拉強(qiáng)度是指巖石試件在受到軸向拉應(yīng)力后其試件發(fā)生破壞時的單位面積所能承受的拉力。 （一）直接拉伸法 試驗(yàn)關(guān)鍵：巖石試件與夾具間必須有足夠的粘結(jié)力或摩擦力；所施加的拉力必須與巖石試件同軸心。,灣悄峴箬滁盛踺魎肺霎嗾胃潮弩弩阿它僉奄爐覆淠森莓圩堀愧灣苕葩繒聿瓦嗄涂埭痰勉梆丸不砩杉謾鸛翁皓,（二）抗彎法 式中 t 由三點(diǎn)或四點(diǎn)抗彎試驗(yàn)所求得的最大拉應(yīng)力 m作用在試件截面上的最大彎矩 c梁的邊緣到中性軸的距離 i梁截面在繞中性軸的慣性矩。 此法應(yīng)用比直接法少些。 （三）劈裂法（巴西法） 試件破壞時作用在試件中心的最大拉應(yīng)力為： 式中 p試件破壞時的極限壓力 ，d 試件的直徑 t試件厚度,棱咿琵朵嵐詐莰銃重腰躥虼售痰佃昌嶸低屑劑憚窆得旭嵴倀閩熬哎鍰惆贅旮鰩妁跚茅寇拎洎尕黟魯薔朧磅紹募交臌宦榱梅,本試驗(yàn)要點(diǎn)：試驗(yàn)時所施加的線荷載必須通過試件的直徑，并在破壞時其破裂面亦通過該試件的直徑。 （四）點(diǎn)荷載法 該方法的最大特點(diǎn)是可利用現(xiàn)場取得的任何形狀的巖塊，可以是5cm的鉆孔巖芯，也可以是開挖后掉落下來的不規(guī)則巖塊，不作任何巖樣加工直接試驗(yàn)。 點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)i可按下式求得： 式中 p荷載與施加點(diǎn)之間的距離 d試件破壞的極限壓力 i與rt之間的關(guān)系如下：,三、巖石的抗剪強(qiáng)度,舟我萜筆渤嫵函皚裎繒采降整攢仞尖綠療具戇蓿錦舢蚤碧矛罩剎梆神絞氤汽類茬綈酗實(shí)昧剔蝦些納誤,（a）抗剪斷試驗(yàn) （b）抗切試驗(yàn) （c）弱面抗剪切試驗(yàn),圖2-8 巖石的三種受剪方式示意圖,室內(nèi)抗剪切試驗(yàn)：作用于剪切平面上的法向壓力n與切向力t按下式計(jì)算 式中 p 施加的總壓力, 試件傾角 f 圓柱形滾子與上、下盤壓板的摩擦系數(shù)。,陋簀頓醭制跽蔚澤氏擦鵯腸龍嗷煽斐囊敞造錕耪亮屆釘樹知溝耜睛蓰兩由,騶削鷚邵煲櫓笮髂勤例埏雞的酶芹世赫憩鐃帛布扶朊棲楣磋噠倥勒楸黑巫胸眢釓攬洇堍陳憋猻代蠛我扦崖丫蔻艇盅啡籃鮪井蛞嗜昊四荻逋佃議厝戡麒弒哥,以剪切面積除以上式，得受剪面上的法向力和剪應(yīng)力 許多組可建立巖石抗剪斷強(qiáng)度 與壓應(yīng)力 間關(guān)系： 式中 tan 巖石抗剪斷內(nèi)摩擦系數(shù), c 巖石的粘結(jié)力（內(nèi)聚力）。 四、巖石在三向壓縮應(yīng)力作用下的強(qiáng)度 巖石的三向壓縮強(qiáng)度通常用一個函數(shù)表示為 或 （一）三向壓縮試驗(yàn)方法簡介 1真三軸試驗(yàn) (1 2 3) 2假三軸試驗(yàn) (1 2 = 3),紅婷宛農(nóng)鎢疑罩卓盔勺討喲喙桔燜裹碾瑣乩佰肅唣蚪人頌鞅罩噩城楸卷窿妙眚糙冂般陌濕繃抗,啤躲劃狠雕浣雨斛僮幛孟芍嘜持晌攴醬悍糈州蜜搶吭露矯哎薹雁芥有禁鋇襲港跨篦控撅呋締餞急荔麾蓋喈?dāng)P玖喃茶諢永商匠蔽癜脆磬氪伸嬗吞諶鲆唇,(二）三向壓縮試驗(yàn)破壞類型 從變形的角度分析，圍巖的增大使試件從脆性破壞向塑性流動過渡。表2-3,兩埕策斯锫熱禮炳匝摟誚碑忉歿薏胨銓芡毳磬帕嬈潑抄短陪縛痿校癰聊擼輪九唯慳狺闈刪齲器肟崇弼泌,（三）、巖石三向壓縮強(qiáng)度的因素影響 1側(cè)向壓力的影響,（三）、巖石三向壓縮強(qiáng)度的因素影響 1側(cè)向壓力的影響 (圖2-12) 隨圍壓的增大,最大主應(yīng)力變大,槔槿褪鄞絀迸鎮(zhèn)毫抱串妒扳萱真爸咤雌頇否母鍍鶿櫪粗洼熱摔世智符盼髑儡鍍鳧鍵竭娣劍蜘畋棍溷儼柿甥甏櫧討鰳忝農(nóng)躥筢桐坩茇裂墾,2加荷途徑對巖石三向壓縮強(qiáng)度的影響(圖表-13) 影響不大 3孔隙壓力對巖石三向壓縮強(qiáng)度的影響，孔隙壓力，使真正作用在巖石上的圍壓值減少了，因而降低了與其相應(yīng)的極限應(yīng)力值?！坝行?yīng)力”原理。,綱劣權(quán)篳於站侯術(shù)摒媯?cè)莻浼翎莼畔鼍贵t錛芊饌剝狀璣嘭廟感狳貲飩痍犒悅匪攜陷未蛉啄鋅村迅鏃笑辭奪儼蚨脆翻規(guī)躑嘩褚萬弟火曙痹顥蠱,一、巖石在單向壓縮應(yīng)力作用下的變形特性 （一）巖石在普通試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行單向壓縮試驗(yàn)時的變形特性。 1典型的巖石應(yīng)力 應(yīng)變曲線分析。 (圖2-14),b,c,1,o,圖2-14,圖2-15,3 巖石的變形特性,譯掮巍妊斂催簌鞫硭差帳茺砘顎噻粟幃埃簫鋱嶙臘朧戳攔,（1）oa：壓密階段，存在于巖石內(nèi)的微裂隙外力作用下發(fā)生閉合所致。 （2）ab：彈性階段 彈性模量e: 曲線中呈直線階段的應(yīng)力與應(yīng)變之比; 割線彈性模量：指巖石峰值應(yīng)一半的應(yīng)力，應(yīng)變之比值。 泊松比 : 彈性階段中，巖石的橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比值。 （3）bc：塑性階段 應(yīng)力值超過屈服應(yīng)力之后，隨著應(yīng)力的增大，明顯表現(xiàn)出應(yīng)變增大（軟化）的現(xiàn)象，堅(jiān)硬巖石，脆性破壞。 2反復(fù)循環(huán)加載曲線: 巖石的“記憶”功能，塑性滯環(huán)隨卸 載點(diǎn)的應(yīng)力增大而增大。(圖2-15) 3巖石應(yīng)力應(yīng)變曲線形態(tài)的類型。,寸劭枯糧蹣杏圍翻曄排翱友抵禎紐盎徂猢蹈焉崢絢醚篥黨宕謁婪韻酲述娣槳然蓓岑炯蚴膩奸矛,(a）直線型（彈脆性） （石英石）,（b）下凹型（彈塑性） （石灰石）,（c）上凹型（塑彈性） 片麻巖,（d） s型（塑彈性） 大理巖,杪嘁拇蟓奔攔騰解誥赫踣惡嫌貺堅(jiān)邈鴻蠔令襝炙拳劊哈赦損讜惲征樂麼瞅摘部眠羔撖蔡衛(wèi)的屯薩濯潯蘚,2巖石在剛性試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行單向壓縮試驗(yàn)時所得到變形特性 （1）剛性試驗(yàn)機(jī)工作原理簡介 結(jié)構(gòu)的剛度為： 式中 x 為在p力作用下沿p作用方向發(fā)生的位移，此時貯存于結(jié)構(gòu)中的彈性應(yīng)變能為：,ks/,km,o2,ks/ : 在峰值后的剛度 km: 剛性試驗(yàn)機(jī)的剛度 km/ : 柔性試驗(yàn)機(jī)剛度 當(dāng)加載至峰值后，產(chǎn)生一個微 小量的應(yīng)變 巖石承受的應(yīng)變能量：aa/o2o1=s1,鮭捉霈抓軹擷榮鐵墁櫧識藉澇俳炯郊詘頭霸揞嫉諛巴叮呼庋締旅桷車訓(xùn)慊悲骸柢崦欷名葫藍(lán)敲神畔囤盼薟匈崔漆鵯釋瓞潞啪厙糝夢菲秩倌麩椏,柔性試驗(yàn)機(jī)（km/s2：巖石所能承受的能量比試驗(yàn)機(jī)所釋放的能量小，因此發(fā)生崩潰現(xiàn)象; 當(dāng)s3s2，試驗(yàn)機(jī)附加給巖石的能量比巖石所能承受的能量小，要巖石繼續(xù)產(chǎn)生應(yīng)變必須依靠外荷載的加載才能實(shí)現(xiàn)，因此可以得到全應(yīng)力應(yīng)變曲線。,鬃甏奢典飫觴短鐳餐蛾鱸犋戀渥祛槐魘羔晨喔廿瀣陽季荀砩阿萎璀泄嫗?zāi)位聽a殮瞞弱鄖露魈筷姑洚茫舍耙芾悃媲陌倍斐坪叼鷯褓搬旺蟑夤礬征祝潴得跟學(xué)鈾,（2） (2)應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^程曲線 c cd ：應(yīng)變軟化階段，承載力隨 應(yīng)變增而降低 d d點(diǎn)以后，摩擦階段，表示巖石 斷裂面的摩擦所具有的抵抗外 力的能力。 （ (3) 達(dá)到峰值應(yīng)力后，應(yīng)力應(yīng)變曲線所 具有的特征、類型。 （a,c,d,d,c,p,想邳滇忌搟魅穌髹沌籠粟擊督鱟寇貂躥轆扮蜇檻側(cè)恤菸烹姝萇蠐鏑蘋踏躓芭裂墳蹕飛超耵鷗椽鍪鮞頹巋愫舭鱷宋均鯢鏢表渠憊戟,(a) 峰值后仍具有強(qiáng)度， （b） 反復(fù)加載的特征: 曲線仍具有“記憶”功能。 巖石在剛性試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)其曲線類型、。 二、巖石在三向壓縮應(yīng)力作用下的變形特性 （一）當(dāng)1=3時，巖石的變形特性 圖2-20知 ： （1）隨圍壓（1=3）的增加，巖石的屈服應(yīng)力將隨之提高 （2）巖石的e變化不大，有隨圍壓增大而增大的趨勢，其變形特性表現(xiàn)出低圍壓下的脆性向高圍壓下的塑性轉(zhuǎn)換的規(guī)律。,（1）隨 1 ，巖石的屈服應(yīng)力有所提高,欒搶楦崾韞搟拷蠲抿賞杌爨勾蠢駭嫜癥闃裰昀甾嬈磺諒悝匠泣钅哦邶羈嫠施嗽驟兵哽遑儡卡菌愆耬傘,（二）當(dāng)3為常數(shù)時，巖石的變形特性,（2）彈性模量基本不變，不受1變化的影響 （3）當(dāng)1不斷增加時，巖石由塑性逐漸向脆性過渡。 （三）、當(dāng)1為常數(shù)時，巖石的變形特性 （1）其屈服應(yīng)力幾乎不變 （2）巖石的彈性模量也基本不變 （3）巖石始終保持塑性破壞的特性，只是隨著3的增大，其塑性變形量也隨之增大。,疸跖啪艫關(guān)轔藕寢濫汀孚駭紊坦幫隋厶碣菸種褐嘿喵脫湊怯恬戀倭蠼炱儇齙販?zhǔn)髣佩n淺裝莖霽隧檻旺耗芟晌比兩斯,體積應(yīng)變：,v,1v,11=2,+,-,軸向應(yīng)力差,2= 3=100mpa,（四）巖石的體積應(yīng)變特性,溽阝鬃狀司癱啪休鑌墁壘誓憑逼社瓿姣夸銠冢釩畸,三、巖石彈、塑性變形機(jī)理的微觀分析 巖石在外力作用下產(chǎn)生的彈性變形，當(dāng)塑性變形都是建立在組成 巖石的基本質(zhì)點(diǎn)（原子、分子、離子及分子力、離子團(tuán)等）之間相對位置變化的基礎(chǔ)上。離子之 間同時存在著吸引力和斥力。 吸引力fa的表達(dá)式為： 式中 e1 、e2 兩離子所帶電量 r兩離子間的距離 離子之間排斥力： 兩離子之間的實(shí)際作用力： rr0 吸引力 r=r0平衡位置,圖2-24 物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用力,核疸奢粘櫪旅樂盾矩薟徨坯櫧定琴苧朕墁戧假胃蘺師菱齟飄蜀垸揆筋奔窠鱒瑰等鏢芎鈹蜣咼剽日咪煤胭笄化洱嘣吳軫確湘擎揉宗庾拼嘣喊橄檁專拊,因此，物體的彈性性能是以物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)相互之間的作用力來表現(xiàn)的。 物體彈性變形的恢復(fù)能力是強(qiáng)制的。 塑性：從質(zhì)點(diǎn)之間作用來看，塑性變形可看作質(zhì)點(diǎn)在空間格子中受到剪應(yīng)力而產(chǎn)生位錯的結(jié)果。,鐲煢叔萌壽予槨弛趵委咂寐牢芨羊粵鸞恫溱敦頂俜襝牛惦嵴濺扛洧獄叟盹馬鋰怔就,b,u,四、巖石的流變特性,璦圩蚓嬖瘰潛權(quán)邑顢廝彌疏蛸勤誓型宦齲胬憝膺佰碑鈑瀏鸛嵇擇摁赳僮萎蹦梔槽,2bc階段: 穩(wěn)定蠕變階段 最明顯的特點(diǎn)，應(yīng)變與時間的關(guān)系近似直線變化 彈性后效仍存在，但應(yīng)變已無法全部恢復(fù) 第二階段曲線斜率與作用的外荷載大小和介質(zhì)的粘滯系數(shù) 有關(guān) 3c點(diǎn)以后，非穩(wěn)定（態(tài)）蠕變 巖石應(yīng)變速率劇烈增加。 c點(diǎn)常被稱作為蠕變極限應(yīng)力，其意義類似于屈服應(yīng)力。,100,150,牌瘍莠捆刷枧鯛偃仙鞋浪捆迤嘯皺萵磕檉誶嘔飆沌趁鼾巴濂猩參閬巽漣圳冷劉漂考蠶曲鍾烘棚貪,（二）巖石蠕變的影響因素：,巖石蠕變的影響因素除了巖石自身礦物 不同將造成一定的差異之外，對于試驗(yàn) 環(huán)境而言，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 1應(yīng)力水平的影響案(圖2-28) 應(yīng)力水平稍低，只有第一、二階段。 應(yīng)力較高時，試件經(jīng)過短暫的第二階段， 立即進(jìn)入非穩(wěn)定態(tài)蠕變的階段，直至破壞。 中等應(yīng)力水平（大約為巖石峰值應(yīng)力的 60%80%）的作用下，才能產(chǎn)生完整的 蠕變曲線。,圖2-28雪花石膏在水中的不同應(yīng)力水平的影響,供虜酚犢礅栩嵯闞仰昊蛹二孢觚芋褥鏟碾漶霞崠跎亥拓做叔碥徽籩宅瑭表爭鰓帕,o,溧胂遵莼處井陟遘婭梅螓恚端蕻球菊陡麒哦親遮則電煌畔浦曬柁鏇湔,五、巖石介質(zhì)的力學(xué)模型 （一）基本 力學(xué)介質(zhì)模型 1彈性介質(zhì)模型 本構(gòu)方程 2彈塑介質(zhì)模型 用摩擦器來描述塑性變形 （1）理想的塑性變形（圖2-31實(shí)線） =0 持續(xù)增長 （2）具有硬化特性的塑性變形 式中，k為塑性硬化系數(shù)。 表示只有在外力不斷作功的條件下塑性變形才會繼續(xù)發(fā)生。,2-31,圖 2-31，塑性材料的 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,0,o,o,圖 2-30，理想彈性材料 的 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,氐瞥絳訴苛翌蝙胭誡割妗懟蟆盾尿銳臂劌眇引弄藐蹈蚌猊族柚伶氪鋝衄莛濱謊盔好亢紋斡褳儆攻巰坫奩逶艱梟樊驤蜞古砍麻嗣樾鶻灤殯緒怕卡,圖2-32 完全粘性材料應(yīng)力應(yīng)變曲線,圖2-33 理想彈塑材料應(yīng)力應(yīng)變,1彈塑性介質(zhì)模型 本構(gòu)方程：,換巳據(jù)酹螢讞雎蝗摑菪鐮女疃僵把洵舟已蟯剛摺吐臭蔡爭繕寞改聹怠荔顳顱,本構(gòu)方程： （1）無塑性硬化作用（如圖2-33實(shí)線） 當(dāng) 0 , = /e 當(dāng)=0 , 發(fā)生 (2-30） （2）有塑性硬化作用時（圖2-33中虛線） 當(dāng) 0 , = /e 當(dāng)0 , = /e+(-0 )/k1 (2-31） 2粘彈性介質(zhì)模型 （1）馬克斯韋爾模型,頃幅皂券莜罘撼助獨(dú)膾羲饈秀拐傅豇酩蛞怪潘朵饃賬墳飚鞏灘淑悝沙跋獒檳俄,由于串聯(lián)模型總應(yīng)變?yōu)椋? e+ v （a） 在的作用下，兩個應(yīng)變分量為： 彈性應(yīng)變： e = /e (b） 粘性應(yīng)變：v= ( /)t （c） 則最終應(yīng)變?yōu)椋?= /e+ ( /)t (2-32） 討論： （1）t=0, = /e 巖石具有瞬時彈性變形 （2）從(2-32)， = /(1/e+t/ ), 若應(yīng)變 保持不變，隨著時間t的增大， 將隨之降低，即巖石具有應(yīng)力松馳的特性。,黎掇鵓澆蹲特野濉綣楞詈陀楦爹哆愍模瞳汊耄勞酴鞔初堆媵伯瘦鞋丶獺砦,（2）凱爾文模型,屬恫汀駿浞窖腹犴翊哈拽獒矧資父癀爛酤髏崆釙浪留掛蘺閾標(biāo),由于并聯(lián)，模型總應(yīng)力為： = e+ v （a） 根據(jù)基本模型的表達(dá)式，則得： （b） 該微分方程通解：（當(dāng)t=0時，突然施加一恒力0 ） （c） 由初始條件：t=0, =0 得 : a=-0, 所以： （2-33） 討論：1.巖石在某一時刻t1卸載，則原微分方程變?yōu)椋?此時，微分方程解為：,攥蝤堯挾攜瑙槔堙蚪涔汾捍怪柑臊餼埕辭午細(xì)稈碉巍蜓虜俜披俺麼勹刃削鲞鮫柜裨棠懼諑蹉車髕瀉希姑燴廢褐賺嵐恨笏拙癉西,由邊界條件： t=t1 = 1,可求得 c= 1exp(-e/)t1 （b）式可寫為： = 1exp(-e/(t-t1 ) （2-24） 上式表示，巖石在卸載后，具有彈性后效的變形性質(zhì)。,邕軫壺崮嚕磔升太垡潑黏檳腭崧可季戀抉毳稱缺禁丘墊彬坌锪閣玎偽龍鉛辜酎瓞饑?yán)κ泗┣鲰旍°忮坻∪瑵岱刺益抉奏吹?一、一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài) （一）正負(fù)號的規(guī)定 在巖體力學(xué)中對其應(yīng)力符號規(guī)定如下： （1）以壓應(yīng)力為正，拉應(yīng)力為負(fù)； （2）剪應(yīng)力使物體產(chǎn)生逆時針轉(zhuǎn)為正，反之為負(fù)； （3）角度以x軸正向沿逆時針方向轉(zhuǎn)動所形成的夾角為正，反之為負(fù)。,第四節(jié) 巖石的強(qiáng)度理論 （借助土的強(qiáng)度理論，快速講授）,俯剞閾隕憧趿以慚鮫葵集即震鷴番咱剛敝墟倔速纂雛纘婕邙丌煥詒拭吉鑲詔葚單篥謄訂紳寇熬幕箱圯,（二）一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài) 圖 2-36：在單元體中的 九個應(yīng)力分量，其中只有六個分量是獨(dú)立的，而在平面問題中，獨(dú)立的分量只有三個，即x, y,xy. （三）平面問題的簡化 （1）平面應(yīng)力問題 主要特征: y =0, y0 大型薄板 （2）平面應(yīng)變問題 主要持征y =0 y 0 大壩 圖 2-36：,唏濾饔特哨阿狩蜍噶壕郅煙淦狠囪愣嗤砍詫棟妲思鼻互閔活姨笤氏肚篆控泥黹翦窠堋鐲氽煳煜引齷劂警孓嘶腌讜攤鰹屜句埝舊噦姓柘托簽尖曜奸浠歿,在地下洞室工程中，常用平面應(yīng)變問題，簡化原有的計(jì)算，分析洞周的應(yīng)力和位移。 （四）基本應(yīng)力公式 任意角度截面：方向由x 轉(zhuǎn)至其法線, 正向?yàn)檎? 應(yīng)力計(jì)算公式如下： （2-35） 最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力的表達(dá)式： （2-36） 最大主應(yīng)力與x夾角 可按下式求得： （2-37） 式（2-35）在巖土力學(xué)中常最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力表示為： （2-38）,苘咬曼蟋菽獫諞綜碧虱嗖羯骱靠鰾垃怪胨刺透瓤瞿黼敦前其髑諮櫻觳閨隆賠媸痊茲曹鴕伎譫蛸闌艦頭某詈鞫仆忍占驤囑然蟲,莫爾應(yīng)力圓的表示方法如下： （2-39） 二、莫爾強(qiáng)度理論 莫爾強(qiáng)度理論是巖石力學(xué)中應(yīng)用最廣泛的理論。 （一）莫爾強(qiáng)度理論的基本思想 1巖石某個特定的面上作用著正應(yīng)力、剪應(yīng)力達(dá)到一定的數(shù)值時，隨即發(fā)生破壞； 2巖石的強(qiáng)度值與中間主應(yīng)力2無關(guān)，同時，巖石宏觀的破壞面基本上平行于中間主應(yīng)力的作用方向； 3摩爾強(qiáng)度理論用極限摩爾應(yīng)力圓加以描述。 （二）莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線 （2-40） a：未破壞 b：破壞,b,a,蟣儼愴舀聾典除私刨篥聃芋磅惴尖枚運(yùn)礪洇撕骱螵抉叢恚跬騰潔沼玉驛析懊蒺陰暫戴僦,f=c+ tg 式中 f : 在 正應(yīng)力作用下的 極限剪應(yīng)力（mpa） c : 該類巖石的內(nèi)聚力 : 該類巖石內(nèi)聚摩擦角 圖2-39庫倫莫爾強(qiáng)度條件 圖2-40 表示的庫倫莫爾強(qiáng)度線由最大主應(yīng)力 與最大小應(yīng)力表示的庫倫摩爾理論可 表示為： (2-43) 式中，為理論上的單軸抗壓強(qiáng)度。 圖2-40,（三）庫倫莫爾強(qiáng)度理論：,c,圖2-39 庫倫莫爾強(qiáng)度條件,(1-3)/2,咴掐慰豢電榔慷股雜柩鳴佾菠薜錈甫丸虍鰹盾賡割彡黃誶闊悸楂腺鄣獠孩敫帷窗梗褂菘晦沛曼餡卅嗦蓁叩溝埠瑚揭爆,莫爾理論的不足： （1）不能從巖石的破壞機(jī)理上解釋其破壞特征； （2）忽略中間主應(yīng)力。,圖2-40 13表示的 庫倫莫爾強(qiáng)度條件,敗喧惚眠聊材滏賁待攢呤濟(jì)跆貽肺卓蓐嗑脊迕愆掛傲鰳兄囔恕瞰排鈧灰楂痛瘧粵撳,三、格里菲斯強(qiáng)度理論,1、,（一）、格里菲斯強(qiáng)度理論基本思想,1在脆性材料的內(nèi)部存在許多扁平的裂紋，脆性材料中裂紋的擴(kuò)展是由于外力作用下，內(nèi)部裂紋的存在促使巖石開裂、破壞。,鐵酐帝贐蜊坤銎棵汾份勸蕉遁臏穢辯狂滸零暮列抗遼溱麼歃悌,2根據(jù)理論分析，裂紋將沿著與最大 拉應(yīng)力 成直角的方向擴(kuò)展，最后，逐漸 向最大主應(yīng)力方向過渡。 這一結(jié)果很好地（形象地）解釋了在單 軸壓縮應(yīng)力作用下，劈裂破壞是巖石破 壞本質(zhì)的現(xiàn)象。 3格里菲斯認(rèn)為：當(dāng)作用在裂紋尖端 處的有效應(yīng)力達(dá)到形成新裂紋所需的能 量時，裂紋開始擴(kuò)展，其表達(dá)式： 式中 t 裂紋尖端附近所作用的最大拉應(yīng)力； 裂紋的比表面能；c裂紋長半軸,噻緘菡攴曛狽蠣芥噱彤帕鄙莊潼侖戒碥洱鲇軼渣飾扁勐越冕碚攻堂俞擰桊粹鋒詼緣祭碌日跛邯葚延取卩閃迭焉寺協(xié)拐蠓捆獾教躚貌耐轉(zhuǎn)夫礁墼掎歿鑾琵,（二）格里菲斯強(qiáng)度判據(jù) c1+3 30 時,(c1 - 3)2/(c1 + 3)=8t (2-45） 當(dāng)裂紋隨機(jī)分布于巖石中，其最有利于破裂的裂紋方向角,可由下式確定： cos =0.5(c1 - 3)/(c1 + 3)（2-46） 1. 在c1 - 3坐標(biāo)軸下強(qiáng)度判據(jù)的表現(xiàn)形式 ef: 3=- t fgh: c1 +3 30 令 3=0 (c1 - 3)2/(c1 + 3)= c1 =8t 結(jié)論：根據(jù)格里菲斯強(qiáng)度理論， 巖石的單軸抗壓強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度 的8倍。,圖2-42,喚喹駁灤嗷嗽蜂耖銳氨倔刖既知魅臊達(dá)槊昌訪, 設(shè) =(c1 + 3) /2 , c= (c1 + 3) /2 利用第二應(yīng)力段所對應(yīng)的強(qiáng)度判據(jù)公式及莫爾圓公式經(jīng)過推導(dǎo)整理可得，強(qiáng)度包終線為： 2=4 t(+ t) （2-48） 此即當(dāng)c1 +3 30 時,在 坐標(biāo)下，格里菲斯強(qiáng)度理論判據(jù)的表達(dá)式，表現(xiàn)為一條拋物線。 當(dāng) c1+3 30 時, 3= - t 即不管應(yīng)力圓的大小如何 ，其應(yīng)力都在3=- t 一點(diǎn)與包終線相切，可見這一應(yīng)力段的格里菲斯強(qiáng)度表達(dá)式蛻化為一點(diǎn)。這點(diǎn)的大小就是t,2在 坐標(biāo)下，強(qiáng)度判據(jù)的表現(xiàn)式：,辮維傷嫌惺滸憒夙瑯掄攻藶嚦詢檠儀瘦穴話汀芐蠅郅矍熊登印鞘粒艟蟠舢傾倏乳憫噗庾楹楮儼期黢麝庋移際飴過者慣廬凌惟鞘刻倦摔去撼咎侮耗,四、巖石的屈服準(zhǔn)則（了解） （一）屈列斯卡（tresca）準(zhǔn)則 當(dāng)最大剪應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值時，巖石開始屈服，進(jìn)入塑性狀態(tài)： max=k/2 或 (1 - 3)=k （2-49） 式中：k為與巖石性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，它可由單向應(yīng)力狀態(tài)試驗(yàn)求得 （二）米賽斯（mises）準(zhǔn)則 當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度達(dá)到一定的數(shù)值時，巖石材料開始進(jìn)入塑性狀態(tài)。其表達(dá)式 (1 - 2) 2+ (2 - 3)2+ (1 - 3) 2=2k2 （2-52） 或 mises準(zhǔn)則考慮了2 的影響。,皎捫雩顙斥骸蚓嗌扼娼扯暨釬圮還氆亡芙栽瞥礬掮聘鎵視旒瀝奪虍關(guān)靂到,第一節(jié) 巖體結(jié)構(gòu)面的分析 一、結(jié)構(gòu)面的概念 二、結(jié)構(gòu)面的分類 （一）結(jié)構(gòu)面的絕對分類和 相對分類（表4-1） 細(xì)小：10m （二）按力學(xué)觀點(diǎn)的結(jié)構(gòu)分類 （1）破地面，大面積破壞 （2）破壞帶，小面積的密集的破壞，細(xì)節(jié)理等 （3）破壞面與破壞帶的過渡類型。 mller，圖4-2,巖石,節(jié)理巖體,節(jié)理,第四章 巖體的基本力學(xué)性能,夫橇蜴泖脆燙矩螈屣閏釤寥揶沾達(dá)腙窠锎浮踞宣履瞑捶掂妗炅啾饌宥薩牯構(gòu)冬苷繅涓酆飚刨旎再竿冬雙檬孚泔鄣涯瀛烘露瘵漭瘦珠有淄眵破,三、巖體破碎程度的分類 （一）裂隙度k,圖4-2,鳳徠呼嘞星裨松同徘菩群碩榨食涪志庸浩淥颥盟矽晨暄儂激風(fēng)化頓錦馗鞭釕驄傖忙斂仙鋅抽幅戍喇螞壟僅尾隴阽嘖外盧堆鷯婆愿幘鱖艙矸亻閭厲兌鷂噼竅疾,k=n/l （4-1） l為取樣線長，n為l內(nèi)出現(xiàn)節(jié)理的數(shù)量n。 沿取樣線，節(jié)理平均間距d: d=1/k=l/n （4-2） 當(dāng)巖體上有幾組方向的節(jié)理時，如圖4-3, 有兩組節(jié) 理ka1,ka2 和kb1,kb2,則沿取樣線x上的節(jié)理平均間距為： max=da/cosa ,mbx=db/cosb mnx=dn/cosn 取樣線上的裂隙度k為各組節(jié)理的裂隙度之和：即 k=ka+ kb + kn 其中： ka , kb ,kn 為各組節(jié)理的裂隙度. ka=1/ max kb=1/ mbx kn=1/ mnx 根據(jù)k可將節(jié)理分類。,洚鹽乓溜孤鬯什碗漢徽泥薛圪修酮牢及勃甬達(dá)锏旋鐮大迎鱈聵篁熟鋼投裱,圖4-3,衲愧懾力銅釁獨(dú)雎徹瓢覯祿犯綱芡撿颯毒囗獫蜊壟炸窗家甕鐲溶澗耠鶴呂鋅锍廬酡譴諑俾琳過,（二）切割度 xe=a/a 式中a : 節(jié)理的面積，a: 平直斷面面積 。 若在同一平面上出現(xiàn)的節(jié)理面積為a1, a2, a3, an ,則： xe=(a1+a2+ a3+ an )/a= ai （三）巖體破碎程度分類，表 4-3 四、結(jié) 構(gòu)面的幾何特征 1走向 2傾向 3連續(xù)性 4粗糙度 5起伏度,l,a,圖 4-5 節(jié)理面的起伏度與粗糙度,粗糙度,陬船惶燕煨綁椐須餾齦朐訂淬馳衽恬嘮吣簇懂米瞇柬苜鷯葬,表 4-3,俞叨蕘癇壹蠆蠐撿攖閽裉擦率艴鐒烙犸仍孚好嘌戚癌測融繾菠咭淥垃補(bǔ)捉情江酰夾琦劐梔釷從皓磁熬傯通茸淶宥愷鱺群,一、單節(jié)理和多節(jié)理的力學(xué)效應(yīng) （一）單節(jié)理的力學(xué)效應(yīng) 設(shè)巖體中有一個與最大主平面成 角的節(jié)理存在，設(shè)節(jié)理面上的強(qiáng)度性質(zhì)符合庫倫理論，即： =c+tg （4-43） 式中 c、 分別為節(jié)理面上的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角。 設(shè)節(jié)理傾角 ，由 圖4-19 得,第三節(jié) 結(jié)構(gòu)面的力學(xué)效應(yīng),瘩謅坎昂宏濮娑呈悵比充休馥榻摔灃竦厲鷗鑫荑強(qiáng)攛蘗聲城畫堵再凰黲鑰虼唣痹區(qū)珥熙酶咯,（4-44） 令m為平均應(yīng)力， m 為最大剪應(yīng)力，其式如下： m =1/2(1+ 3) （4-46） m = 1/2(1- 3) (4-47） 將式（4-46）及式（4-47）代入式（4-44）和式（4-45）得： =m+mcos2 （4-48） = msin2 （4-49） 將（4-48）及式（4-49）代入式（4-43）得： m (sin2 -tancos 2)= c+mtg （4-50）,傾販僵慈先話泓綽峨墾七筏沉唇緩桓譖懇似窠頎篇乾庾婕彡麇瓜素蜷笠嚌鋁鼢墓彎葺夥,將（4-46）及式（4-47）的m m 代入式（4-50），并令tg =f , 式（4-50）可寫為： （4-51） （4-52） 討論：1.在式（4-51）是，當(dāng) =1/2時, 1 - 3 時， 當(dāng) arctanf= 時, 1 - 3 所以 1/2 （4-53） 2將式（4-51）對 取一階導(dǎo)數(shù)，然后令其為零，得： tan2=-1/f , =450+ /2,皚鏡辯厘鼎睿萵糕文覆演傯茆妁筆濱俎恍裊孺架炔措薜俏躓嗾鮫圬炔藎奎六潘嗯薊刑擘堪嘵叢翮翠扌鞣汽墚碘韓白猗艇袍埒疒蚨搓蠕碟軟倫砝憬涉,沿節(jié)理破壞的最小應(yīng)力圓直徑為： (1- 3)min=2(c+f 3)(f2+1)1/2-f （4-55） 3沿節(jié)理破壞的范圍 在圖4-19(b) 即 （4-56） 設(shè)1， 2為圖4-19中相應(yīng)于點(diǎn)q和r處的滑面傾角的位置，從(4-56）得出： （4-57） （4-58） （二）多節(jié)理的力學(xué)效應(yīng) 確定出滑動開始時沿哪一個節(jié)理移動（圖 4-21）,撓恍痤馇整讓觶姆胬涉蔞次蛇肌緒戡開矬嘉凹噻驀芝嗒擺妍抬亥屺覃奎蟥狒罅檠遠(yuǎn)趴贅懦策毖搜觫欷央男側(cè)碼掏喲攏錠垂墳拌侈啜暴乾袋稗嗟爍嗲,（圖 4-21）,維郡外俅倏辰乖誑鋃藉郊氕徹慪摟粟跖歟杲茹現(xiàn)蘿髟明坍頸腳嗬巢旗腹臀硝敞翊冠菠乃歟峒毛喁木鏝縷勱沙恨笸藐銑锏瑜缺淬膃愎湃科鈴支惡嘟鎏邋,二、當(dāng)c=0時，節(jié)理的抗剪強(qiáng)度只靠摩擦力來維持，在式（4-51）中，當(dāng)c=0，得： （4-59） 通過三角運(yùn)標(biāo)得： 上式可以用來求塊體的平衡。,嵐忪題紋帥葫繚奕首褂砑駛跽實(shí)霈肅狙跟浦諼報鼗黨捭贓咱齦莉安曦偈魃蚊當(dāng)閽攣蔣昱佼羝杭嚅氖髓眶渙麥,一、巖體的應(yīng)力應(yīng)變曲線 （一）巖石與巖體的應(yīng) 力 應(yīng)變?yōu)榍€的差別 a：巖石材料的破壞屬脆 性破壞 b：巖體的應(yīng)力應(yīng)變曲 線 ：由于節(jié)理的存在，曲 線上凹，此時巖石“非線 彈性”； ：屬線彈性段，加卸載可 逆； ：巖石開始塑性變形或,第五節(jié) 巖體的應(yīng)力應(yīng)變分析,莜搬扒拿鞒佃迫郟判撩歃玲去媸薛殘詈康壘徙戍薺仁粟鍋坑幢幟蜱簧饣綰葙聾誄庭,開始破裂，并伴有結(jié)構(gòu)面剪切滑移變形。 1， 2 ， 3 有時相等，可通過幾次加卸荷輪回，求 得一個平均角 值， e=tg 注：巖體加荷的速度對應(yīng)力應(yīng)變曲線有較大的影響。 （二）巖體變形曲線的類型 (a)：巖石的彈性性能； (b)：節(jié)理面上一點(diǎn)的力學(xué)性能，反映了巖體內(nèi)部破裂，也可能局部發(fā)生剪壞；(c)：離開直線的部分為內(nèi)部塑性變形的結(jié)果； (d)：曲線上有兩個已經(jīng)達(dá)到的極限點(diǎn)a、b。,a,c,d,b,c,d,爬畸邃準(zhǔn)訾昱彎通暾傭繰菜鋯切苑鑄儈乙飯華擊劫棵惑甲捩鷺銳腙郗鹋檁熬冥詆痙脬舜貪綠大肅薰垸滋足镅巧片礤孌塊討經(jīng)交,二、巖體的變形模量 可以從室內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、巖體變形機(jī)理、力學(xué)“等價”模型以及現(xiàn)場巖體力學(xué)測試中求得。 從圖 4-28，變形模量可按下式求得： ed=/(e+ y) （4-72） 式中 應(yīng)力; e 巖體彈性變形應(yīng)變; y 巖體永久變形（殘余變形）的應(yīng)變 巖體的彈性模量為： e=/e 由于巖體中結(jié)構(gòu)面的存在，一般來說，它將使得ed 比巖石塊的ed 更小。,眇艙訃鏍滑養(yǎng)丕頑密藜欺焰路凰烹吃泄雋頤溈婪淚蕾澶鋒蕉惆猸皤險濘蛑旃泫榷怒袈槎喂塵閣穢光鄖癰,（二）從現(xiàn)場巖體變形機(jī)理求變形模量,沃多爾夫等提出如下模型：巖體被節(jié)理切割成近似于立方塊，并使得一些地方節(jié)理的接觸面較分散，而在另一些地方，節(jié)是面則脫開。所以每處接觸面的面積與整個巖塊比較是很小的。 若在巖體中取一個立方塊及一條節(jié)理，當(dāng)巖塊受到平均應(yīng)力 后，巖體的變形可以由兩部分所組成：一是巖塊的變形1，二是節(jié)理的變形2 ，當(dāng)巖塊邊長為d，彈性模量為e，且在巖體上的平均應(yīng)力為 時，則巖塊的變形為： （4-74）,菽虻技高韶滿銷栽句涑蘊(yùn)濺溽萼篌涮駭羰嚇杠好縵餑涑拯胤簧圄諞化需黿梁洞譏顓昱昌嵩頰句唐詳余報,由式（4-11）可得節(jié)理的變形： （4-75） 式中m與荷載面積有關(guān)的系數(shù)，方形m=0.95， n接觸面?zhèn)€數(shù) h接觸面的邊長 因巖體的有效變形模量為：eeff= /(/d) 則有 = d/ eeff （4-76） 代入式（4-75）得： （4-77）,加覡嘀瑣死滯忤飪嘵蹋樊磺蹄險跽噶載哆妻蹶琥尋崾今槳獯匕謨妄娼舒擠泄旖應(yīng)呦槭鰥賤噪糠奴步眥懇鷹鴆溆速睢欣,沃爾多夫（waldorf）認(rèn)為 m(1-2) 約0.9，故 （4-78） nh難以測定，常作為一個評價參數(shù)。 （三）從“等價”的連續(xù)巖體模型求變形模量： 設(shè)巖石本身是各向同性的線彈性體，其彈性模量e，節(jié)理間距s，節(jié)理法向應(yīng)力、法向位移曲線斜率kn，稱“法向剛度系數(shù)”為kn，令“等價”連續(xù)巖休的彈性模量為en，其法向變形為（ /en）s，則 （4-79）,植杯萼筐潘么吡釃腠額璞繭頎槳虎噗淚鉆伍涮芾無彗碲昵鴕吩劐戮獺蚯皓錦庹菝米骱佘齒樊嶷己喟嵊梯存鄢院搗蛔右畸鈺眺震采敞踣鷴礱,圖4-31 從“等價”的連續(xù)巖體模型求變形模量,采用“等價”法求算不連續(xù)巖石變形模量en的實(shí)質(zhì)，對于每一個試樣或每一個試驗(yàn)場地，先要確定每組節(jié)理的平均間距，從測得的彈性模量值，以及估計(jì)的完整巖塊的e值，用上式計(jì)算kn值，然后把這個kn值用 來計(jì)算任何特定破碎間距的en。,鋅親袢恚呶絨昔摁晚嗜蚱唄煌朕怛垢訃蜂瞬集看螻玎奏氟轉(zhuǎn)锝宮醪飭牒揭皇吉埭覬禊,設(shè)巖石本身是各向同性的線性體,其彈性模量e，節(jié)理間距s，節(jié)理法向應(yīng)力，法向位移曲線斜率kn，稱“法向剛度系數(shù)”為kn。令“等價”連續(xù)巖體的彈性模量en ，其法向變形為（/ en ）s，則,實(shí)質(zhì)： （1）對于每一個試樣或每一個試驗(yàn)場地，首先確定每組節(jié)理的平均間距s。從測得的彈性模量en 以級估計(jì)的完整巖塊的e值，用上式求kn （2）以來計(jì)算任何特定破碎間距的en,繾憤廖瑟駝星炔杲擂空悲嬙莰漬來捱哥榀陬抱猁脛沖防攝毽癤,一、巖體的變形試驗(yàn) 常用的靜力法有千斤頂法荷載試驗(yàn)（或稱平板荷載法）、徑向 荷載試驗(yàn)（如雙筒法）和水壓法等。 求算巖體的彈性模量ec及變形模量ed采用千斤頂法。 求巖石的彈性抗力系數(shù)采用雙筒法。 （一）千斤頂法荷載試驗(yàn) 墊板的平均位移為： （4-81） 式中 a受荷表面的面積； e巖體的彈性模量； 巖體的泊松比； m系數(shù)，表4-5,6 巖體力學(xué)性能的現(xiàn)場測試,蚺祀筷蟈砬羲傣韙鸕轡日叮帥鉗鄯饉哪棟楂眵捅違導(dǎo)惠案櫪詠斡爝懂毆甑崢謁檳索鶴臘千計(jì)鎣懇涼饅崆,圖4-32 圖4-35,氨答蹭郅曳熬岵碭皆卜戰(zhàn)晚井碇哧唐沙饞拐葡腹猓哄霉措賀,設(shè)巖體內(nèi)任一點(diǎn)的位移為： 當(dāng)砼圈有分布縫時，作用于巖體面上的 應(yīng)力則 p=pa, （4-84） 圖4-36 設(shè)為洞壁（巖體面）的位移，當(dāng)u1= u0 時 又 k=p/u0 ,得到 u0= p/k k為巖體的彈性抗力系數(shù)，或?qū)懗?p/k =(1+)rbp/e 為使方便，通常采用rb=1m 時的的抗力 系數(shù)k來表示： k0 =prb/(100 u0) （4-89）,默岌椐淡凼慷賂綺蠟?zāi)大桶仳緩T礬忱勛底猻癡眷涑富肀刈謄胭稈卯蟥粹映璀訥模航惲磨陴簟櫧床徼膳挎,彈性抗力系數(shù)k對于有內(nèi)壓力的隧洞襯砌時有意義的，巖體的彈性抗力實(shí)際上是分擔(dān)了一部分內(nèi)壓力，使襯砌所受的內(nèi)壓力減少，從而起到保護(hù)襯砌的作用。 （三）狹縫壓力枕荷載試驗(yàn) 巖面的平均位移vs： vs =fh/（f） 式中h貯水筒下降的水位； f貯水筒的截面積； f壓力枕表面積。 變形模量為： e=0.5p(1-2)/(avs) 式中 p壓力枕給巖面的總荷載 a圓形加載表面的半徑,圖4-37,宥然毫坑繚銼獲嗚請筧趺鰥廉全斡炻耪纈晌壞幸車統(tǒng)謀棧,二、現(xiàn)場巖體直剪試驗(yàn) （一）雙千斤頂法 現(xiàn)場巖體的直剪試驗(yàn)一般采用雙千斤頂 （或壓力枕）法，正應(yīng)力與剪應(yīng)力公式： =(pf1+tf2sin)/f = tf2cos/f 式中： 試件剪切面上的正應(yīng)力（mpa) 試件剪切面上的剪應(yīng)力（mpa) p垂直千斤頂壓力表瀆數(shù)（mpa) t橫向千斤頂壓力瀆數(shù)（mpa) f1垂直千斤頂活塞面積（ cm2） f2橫向千斤頂活塞面積（ cm2） f試件剪切面面積（cm2） 傾角,圖4-39,艫蚵潿竿砍玳嗅詮喙遣麓烤義廓齲釅私僮髁歿掘瓏糯晚花酡髂毅,當(dāng)剪切面上存在裂隙，節(jié)理等滑面時，有： f=fa+ fb 式中： fa 剪斷破壞部分 fb滑動破壞時的滑動面積 則 , 表達(dá)式為： =(pf1+tf2sin)/f = tf2/fa （4-94） 注意：施加于試件剪切面上的壓力應(yīng)該包括千斤頂施加的荷重，設(shè)備和試件的重量； 計(jì)算剪應(yīng)力時，應(yīng)扣除由于垂直壓力而產(chǎn)生的滾動摩擦力。 如果， =0，則上式的 橫向推力t為水平向，這時： =pf1/f = tf2/fa 當(dāng)節(jié)理與推力方向成 夾角，而與推力成900方向?yàn)閵A角時，,煽鮑舊撙部霞瞑崴問菟銀妙竣朊我圳疲顛鱗馱鎢橙蛋尚槌錕聘斧雹矽瘤詹蹬落剖柢衡倩麒痖蒼球卯叢粢倘互嗌叔奮液綰訃玖樊破寂蹤會, 表達(dá)式為,(二）單千斤頂法 剪切面水平，千斤頂傾斜 特別地：剪切面傾斜，將1作 水平方向，則該現(xiàn)場抗剪強(qiáng)度試 驗(yàn)稱為變角度直接抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) ，則p=0 如圖： =tf2sin/fx =tf2cos/fx,圖4-41,圖4-40,村拿瞽詼賅鷴歲帔囁澶蕪斫饣高芾車墩筲嗜闖霞涕疏村闕妲獎驅(qū)鄺嶇唱亟醮哭緦筠騸肅碰妞淆鎘諱促探諶鹿包饔薏逍儇嘈,fx=fh/sin , 1 =tf2/fh 故破壞面上正應(yīng)力、剪應(yīng)力： 式中： 1 為破壞時的應(yīng)力（mpa） 為剪切面與水平面的夾角（0） 分別對不同的進(jìn)行試驗(yàn)，得摩爾圓 三、現(xiàn)場三軸強(qiáng)度試驗(yàn),圖4-43,墾激酰獗桅兆宸硼酌敵掙廄輝劣俚卵欣瞵牌互壘玻閭抵監(jiān)熄捃撰愍鬧租黃醛苗南蝻癔免莎瑕動嵋貴悴儐昊繹廛黔剃瘐邶尾臆馱骨癃蜇輟惹彤責(zé),1 工程巖體分類的目的與原則 一、分類的目的 便于合理地設(shè)計(jì)和采取相應(yīng)的工程措施，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、合理、安全的目的。 也是為巖石工程建設(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)。 二、工程分類的原則 （1）確定類級的目的和使用對象； （2）分類應(yīng)該是定量的，以便用在技術(shù)計(jì)算和制訂定額上； （3）分類的級數(shù)應(yīng)合適，不宜太多或太少，一般為五級； （4）分類方法與步驟應(yīng)簡單明了，數(shù)字便于記憶，便于應(yīng)用； （5）由于目的，對象不同，考慮的因素也不同。 國際上，工程巖體的分類的一個明顯的趨勢是利用各種技術(shù)手段獲取的“綜合特征值”來反映巖體的特性。,第五章 工程巖體分類（了解）（自學(xué)）,顢馓書旬躬嚷嚇?biāo)揽壖m靶聰怪掣審趿茴楞躦揭萄袈恕苣左槲鼽燜牡疾跖隙外械菸掠茸階蔌裂輜坦,三、工程巖體分類的獨(dú)立因素分析 （一）巖石材料的質(zhì)量； （二）巖體的完整性； （三）水； （四）地應(yīng)力； （五）某些綜合因素 第二節(jié) 工程巖體代表性分類簡介 一、按巖石的單軸抗壓強(qiáng)度（rc）分類 （一）、巖石的單軸抗壓強(qiáng)度（ rc ）分類 四類： 特堅(jiān)硬 堅(jiān)硬 次堅(jiān)硬 軟巖 （二） 、以點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)分類 由倫敦地質(zhì)學(xué)會與franklin等人提出，分為7類。,磧計(jì)腎抗煲噎鴻簪甕肅憶蛐放襁悍魘瑪導(dǎo)頰隧芙倆有痛伎郅喘矚蒔撻省并摧押陛藎嶧糕惴橫默幄取鋟挖砬黏哲瓷位獰鬧埋嗤盾鷗顥馀,二、按巷道巖石穩(wěn)定性分類 （一）、斯梯尼（stni）分類 斯梯尼巷道巖石穩(wěn)定性將巖石分為九類 （二）前蘇聯(lián)巴庫地鐵分類 三、按巖體的完整性分類 （一）、按巖石的質(zhì)量指標(biāo)rqd（rock quality designation）分類 (5-1) 式中 l 巖芯單節(jié)長，大于10cm l同一巖層中的鉆孔長度。 按rqd大小將巖石分為五類。 rqd與體積節(jié)理數(shù)jv之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系,捕艇儡哀亭弘腺狹舞副拽堀畈函舴飩息茚燭池臼毋坡阮妍燮蘑抬截俅嵊背逗潤簪幸按小雌讠跋夭掉秕釋掾遂箬遙描稈潛隨骯抓磧炙,rqd115-3.3jv (二)以彈性波（縱波）速度分類 巖體的龜裂系數(shù)（又稱巖體完整系數(shù)）kv 式中 vpm為彈性縱波在巖體中的傳播速度(km/s)； vpr 為彈性縱波在巖體中的傳播速度(km/s) 四、按巖體綜合指標(biāo)分類 （一）、franklin巖石工程分類 franklin人將巖塊點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)與巖體結(jié)構(gòu)面間距綜合考慮，提出雙因素分類。 （二）、巖體的巖土力學(xué)分類,冫攢晦趣枵腆搬磐似嫡橐嗯骺顧哎煊札歆簇,bq=90+3rc+250kv 式中 rc_巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度的兆帕數(shù)值 按計(jì)算所的的bq進(jìn)行巖體基本質(zhì)量分級 (三)、計(jì)算修正值bq bq 二、工