岩体结构面的力学变形性质学习教案

会计学1岩体结构岩体结构(jigu)面的力学变形性质面的力学变形性质第一页，共25页。为什么为什么要研究要研究结构面结构面的力学的力学(l xu)性质？性质？1 1 引起引起(ynq)(ynq)工程岩体失稳破坏工程岩体失稳破坏（意大利（意大利 瓦依昂瓦依昂 水库水库 库岸滑坡）库岸滑坡）（中国（中国 拓溪拓溪 水库水库 库岸滑坡）库岸滑坡）2 2 控制岩体变形控制岩体变形3 3 控制地下水渗透控制地下水渗透4 4 影响岩体中应力分布影响岩体中应力分布第1页/共25页第二页，共25页。第2页/共25页第三页，共25页。l一、结构面的法向变形：在法向载荷作用下，岩一、结构面的法向变形：在法向载荷作用下，岩石粗糙结构面的接触石粗糙结构面的接触(jich)面积和接触面积和接触(jich)点点数随着载荷的增加而增加，结构面的间隙减小，数随着载荷的增加而增加，结构面的间隙减小，应力与法向变形之间呈现指数关系；应力与法向变形之间呈现指数关系；l1、Goodman（1974）提出的法向应力与结构面闭）提出的法向应力与结构面闭合量的关系：合量的关系： 为原位压力为原位压力(yl)；max为最大的可能闭和量；为最大的可能闭和量；s和和t为参数为参数t第3页/共25页第四页，共25页。式中式中Kn0Kn0：结构面的：结构面的初始刚度初始刚度(n (n d)d)第4页/共25页第五页，共25页。式中：式中：a a、b b为常数为常数第5页/共25页第六页，共25页。3.3.法向变形的特征法向变形的特征曲线形状，先凹，后陡；可由曲线形状，先凹，后陡；可由初始法向刚度和最大闭合量确定初始法向刚度和最大闭合量确定初始阶段，结构面变形为主，当初始阶段，结构面变形为主，当n=c/3n=c/3时结构面变形基本完成时结构面变形基本完成(wn chng)(wn chng)最大闭合量小于张开度。最大闭合量小于张开度。第6页/共25页第七页，共25页。1.1.两种类型两种类型A.A.粗糙结构面（无充填物）粗糙结构面（无充填物），剪应力上升较快，当剪，剪应力上升较快，当剪应力达到峰值后抗剪能力应力达到峰值后抗剪能力下降较大，并产生不规则下降较大，并产生不规则的峰后变形或滞滑现象。的峰后变形或滞滑现象。B.B.平坦平坦(pngtn)(pngtn)结构面（有结构面（有充填物），初始阶段剪切充填物），初始阶段剪切变形曲线斜率逐渐减小，变形曲线斜率逐渐减小，曲线没有明显的峰值出现曲线没有明显的峰值出现，最后恒定，最后恒定二、结构二、结构(jigu)面的剪切变形：在法向应力作用下面的剪切变形：在法向应力作用下，结构，结构(jigu)面在剪切作用下产生切向变形。面在剪切作用下产生切向变形。第7页/共25页第八页，共25页。2.2.剪切变形曲线剪切变形曲线(qxin) (qxin) 从形式上可划分为从形式上可划分为: :弹性弹性区、剪应力峰值区和塑性区。在结构面剪切过程中区、剪应力峰值区和塑性区。在结构面剪切过程中，伴随有微凸体的变形、劈裂、结构面间的相互错，伴随有微凸体的变形、劈裂、结构面间的相互错动，变形有时是不可恢复的。动，变形有时是不可恢复的。第8页/共25页第九页，共25页。第9页/共25页第十页，共25页。4.4.剪胀剪胀: : 剪切过程剪切过程(guchng)(guchng)中产生的法向中产生的法向移动分量移动分量. .岩石强度高，凸台角岩石强度高，凸台角i i小，法向力小，法向力N N小，发生剪胀现象小，发生剪胀现象(xinxing)(b)(xinxing)(b)岩石强度低，凸台角岩石强度低，凸台角i i大，法向力大，法向力N N大，发生剪断现象大，发生剪断现象(xinxing)(c)(xinxing)(c)第10页/共25页第十一页，共25页。是结构是结构(jigu)面的粘结力和摩擦角。面的粘结力和摩擦角。第11页/共25页第十二页，共25页。结构结构(jigu)面的抗剪强度面的抗剪强度C,:C,:结构面上的粘结力和结构面上的粘结力和 摩擦角摩擦角n:n:结构面上的法向应力结构面上的法向应力 = b + i = b + i b:b:岩石平坦岩石平坦(pngtn)(pngtn)表面摩表面摩擦角擦角 i : i :结构面上的凸台斜坡角结构面上的凸台斜坡角第12页/共25页第十三页，共25页。JCS为结构(jigu)面抗压强度JRC为结构(jigu)面粗糙系数JRCJRC在在0-200-20间变化间变化(binhu):(binhu):平坦近平滑结构面为平坦近平滑结构面为5;5;平坦起伏结构面为平坦起伏结构面为10;10;粗糙起伏结构面为粗糙起伏结构面为20;20;抗剪强度抗剪强度(qingd)公式公式(Barton)考虑了考虑了: :法向力法向力（ n n）、粗糙度（、粗糙度（JRCJRC）、结构面强度（）、结构面强度（JCSJCS）第13页/共25页第十四页，共25页。第14页/共25页第十五页，共25页。第15页/共25页第十六页，共25页。第16页/共25页第十七页，共25页。第17页/共25页第十八页，共25页。第18页/共25页第十九页，共25页。3.3 3.3 岩体的变形特征岩体的变形特征(tzhng)(tzhng)（单轴（单轴和三轴压缩变形特征和三轴压缩变形特征(tzhng)(tzhng)）0第19页/共25页第二十页，共25页。3.3 3.3 岩体的变形岩体的变形(bin xng)(bin xng)特征（剪切变形特征（剪切变形(bin xng)(bin xng)特征）特征）l有关的工程问题：边坡滑坡、坝基有关的工程问题：边坡滑坡、坝基(b j)底部滑移等；底部滑移等；第20页/共25页第二十一页，共25页。3.3 3.3 岩体的变形岩体的变形(bin xng)(bin xng)特征（各向异性变形特征（各向异性变形(bin xng)(bin xng)特征）特征）第21页/共25页第二十二页，共25页。l岩体各向异性变形岩体各向异性变形(bin xng)特征特征当结构面与最小主应力当结构面与最小主应力X X方向的夹角为：方向的夹角为：1515和和75 75 时：脆性破坏时：脆性破坏60 60 ，45 45 和和60 60 时，出现短暂弹性时，出现短暂弹性(tnxng)(tnxng)，变，变形模量降低，出现延性破坏；形模量降低，出现延性破坏；围压升高，变形模量增大；围压升高，变形模量增大；破坏形式随着角度变化；破坏形式随着角度变化；当结构面平行于中间主应力时，中间主应力对于强度的当结构面平行于中间主应力时，中间主应力对于强度的影响不大，但是其它情况下的影响较大；影响不大，但是其它情况下的影响较大；第22页/共25页第二十三页，共25页。第23页/共25页第二十四页，共25页。第24页/共25页第二十五页，共25页。