二节结构面的变形特

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二节 结构面的变形特性,一、节理的法向变形,（一）节理弹性变形（齿状接触）,式中:,d-,为块体的边长;,n-,为接触面的个数;,-为每个接触面的面积;,-为泊松比；,E-,为弹性模量。,法向,切向,按弹性力学,Boussinesq,公式计算齿状节理接触面弹性变形引起的闭合变形,（二）节理的闭合变形,齿状接触，开始是齿顶的压缩压碎闭合。下面介绍,Goodman,方法：,张开节理无抗拉强度,结构面在压应力下存在极限闭合量且,e（,节理的厚度）,（1）基本假设,（2）状态方程,原位应力,A，t,回归参数,（3）状态方程的几何表示,当,t=t A=1,时，有,最大闭合,(4)试验方法（,V,mC,的确定）,步骤：,（1）备制试件；,（2）作,-,曲线（,a）；,（3）,将试件切开，并配,称接触再作曲线（,b）；,（4）,非配称接触，作曲线（,c）;,（5）两种节理的可压缩性,配称节理的压缩量：,非配称节理的压缩量：,a.,无节理,b.,径向劈裂,d.,非配称接触,c.,配称接触,图47 一条张开裂缝的压缩变形曲线,二、节理的切向变形,（一）节理强度与剪切变形的关系,节理,“”,曲线分为4类,。,见下图,强度准则：,抗剪强度,节理变形,扩容现象,图 48 四种典型的节理强度和位移关系曲线,a-,充填节理,b-,齿状节理,c-,充填齿状节理,d-,复位式,（,二）节理抗剪强度和扩容分析,基本理论：库仑准则,类型：面接触、齿状接触,1面接触,滚动摩擦,转动摩擦,正好破坏时：,破坏面与 的夹角=,剪应变,内摩擦角（当 =常量，节理面最大主应力）,极限：,静摩擦系数,f,s,与静摩擦角,令节理剪切破坏的剪应力和正应力为：,对边/斜边,对边/邻边,则,动摩擦系数,f,k,与动摩,擦角 的关系,2齿接触摩擦,准则：,总剪切方向,：,AB,每个齿在爬坡，与,AB,成 角上坡；齿面上的剪切力和正应压力为,，。,（1）规则,（2）不规则,见图412,摩擦角与位移的关系,静摩擦角,动摩擦角,图412 齿状剪切面模型,设斜坡上的摩擦角为,则,展开,与平面接触比较可见，,齿的作用提高了摩擦角，也就提高摩擦系数。称为滑升角,。,当,T,的方向是下坡方向时，内摩擦角变成,规则齿强度准则,升角取“+”,降角取“”,规则齿剪切扩容（剪胀）,残余内摩擦角,设滑动前的内摩摩擦角为,则滑动后的内摩摩擦角为,无齿时的残余内摩擦角,无齿（平面接触）时的内摩擦角,图413 契效应的扩容曲线,（2）不规则齿接触,（1977,NBarton,）,经验公式：,JRC,为节理粗糙系数,JCS,为节理壁抗压强度,3、转动摩擦,（1）基本假设,在张开节理中，经常有块状充填物，或节理切割成碎块。当剪切时，可使充填物或碎块发生转动。设转动的碎块为平行六面体，其模型见图。假设模型受法向力,N；,剪切力,T。,（2）,稳定性分析设平行六面体宽为,a、,高为,b。,可得,。当六面体受力后，其一边作轴转动，转角为。可能有3种情况：,当时，则六面体发生翻倒，故称为翻倒角。当时，六面体不会翻倒；当时，六面体处于极限状态。,（3）应变分析（参见图）,一旦转动，平行六面体受到剪应变和线应变。,剪应变：,线应变：,六面体（）作圆弧转动的方程为：,由此解出：,应变：,（5）内摩擦角的变化,（,见图4.16）,六面体转动时其倾斜角为:,破坏时倾角等于内摩擦角：,（4）节理面的位移,图中底部的位移：顶部的位移：,在初始状态下,，内摩擦角最大，等于翻倒角：,当时扩容最大，,当开始转动破坏时，,碎块间的内摩擦角为,4、滚动摩擦,当碎块的翻倒角 减少时，其内摩擦角也将减小。当碎块剖面为,n,个边的规则多角形时，其翻倒角为：,当碎块的边数不断增加，则碎块趋向圆球，,。其抗翻倒阻力就是它的滚动摩力，其摩擦系数为,钢圆柱滚动其摩擦系数为,返回,