巖體力學(xué)課件--巖體力學(xué)(1245章.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(huì)對(duì)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。,對(duì)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(dòng)性 （5）賦存地質(zhì)因子的特性,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(cè) 三、巖體力學(xué)的研究?jī)?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,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,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(gè)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(gè)分支，屬固體力學(xué)范疇,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(kù)倫莫爾強(qiáng)度理論；,第二章 巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì),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,（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,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),（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,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(dòng)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(cè)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),一、巖石的單軸抗壓強(qiáng)度 式中：Rc單軸抗壓強(qiáng)度，有時(shí)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(zhǎng)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,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。,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(duì)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。,(3) 巖石試件的高徑比。 3加載速率對(duì)單軸抗壓強(qiáng)度的影響，加載速率快，強(qiáng)度高。 4環(huán)境對(duì)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(duì)巖石試件進(jìn)行加溫時(shí)，巖石的單軸抗壓強(qiáng)度會(huì)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(shí)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。,（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(shí)作用在試件中心的最大拉應(yīng)力為： 式中 P試件破壞時(shí)的極限壓力 ，D 試件的直徑 t試件厚度,本試驗(yàn)要點(diǎn)：試驗(yàn)時(shí)所施加的線荷載必須通過試件的直徑，并在破壞時(shí)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(chǎng)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,（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)。,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(gè)函數(shù)表示為 或 （一）三向壓縮試驗(yàn)方法簡(jiǎn)介 1真三軸試驗(yàn) (1 2 3) 2假三軸試驗(yàn) (1 2 = 3),(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(dòng)過渡。表2-3,（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,2加荷途徑對(duì)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(duì)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。,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(shí)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,（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?cè)龃螅ㄜ浕┑默F(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。,(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,2巖石在剛性試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行單向壓縮試驗(yàn)時(shí)所得到變形特性 （1）剛性試驗(yàn)機(jī)工作原理簡(jiǎn)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(shí)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(gè)微 小量的應(yīng)變 巖石承受的應(yīng)變能量：AA/O2O1=S1,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。,（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?cè)龆档?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,(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(shí)，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(shì)，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,（二）當(dāng)3為常數(shù)時(shí)，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(shí)，巖石由塑性逐漸向脆性過渡。 （三）、當(dāng)1為常數(shù)時(shí)，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。,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,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(duì)位置變化的基礎(chǔ)上。離子之 間同時(shí)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,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(cuò)的結(jié)果。,B,U,四、巖石的流變特性,2BC階段: 穩(wěn)定蠕變階段 最明顯的特點(diǎn)，應(yīng)變與時(shí)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,（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(duì)于試驗(yàn) 環(huán)境而言，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)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(shí)，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,O,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(zhǎng) （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(huì)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,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：,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(shí)（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,由于串聯(lián)模型總應(yīng)變?yōu)椋? e+ v （a） 在的作用下，兩個(gè)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(shí)彈性變形 （2）從(2-32)， = /(1/E+t/ ), 若應(yīng)變 保持不變，隨著時(shí)間t的增大， 將隨之降低，即巖石具有應(yīng)力松馳的特性。,（2）凱爾文模型,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(shí)，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(shí)刻t1卸載，則原微分方程變?yōu)椋?此時(shí)，微分方程解為：,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)。,一、一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài) （一）正負(fù)號(hào)的規(guī)定 在巖體力學(xué)中對(duì)其應(yīng)力符號(hào)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(shí)針轉(zhuǎn)為正，反之為負(fù)； （3）角度以x軸正向沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)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）,（二）一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài) 圖 2-36：在單元體中的 九個(gè)應(yīng)力分量，其中只有六個(gè)分量是獨(dú)立的，而在平面問題中，獨(dú)立的分量只有三個(gè)，即x, y,xy. （三）平面問題的簡(jiǎn)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：,在地下洞室工程中，常用平面應(yīng)變問題，簡(jiǎn)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）,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(gè)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(shí)，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(shí)，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,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(kù)倫莫爾強(qiáng)度條件 圖2-40 表示的庫(kù)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(kù)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(kù)倫莫爾強(qiáng)度理論：,c,圖2-39 庫(kù)倫莫爾強(qiáng)度條件,(1-3)/2,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(kù)倫莫爾強(qiáng)度條件,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。,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(shí)，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(zhǎng)半軸,（二）格里菲斯強(qiáng)度判據(jù) c1+3 30 時(shí),(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, 設(shè) =(c1 + 3) /2 , c= (c1 + 3) /2 利用第二應(yīng)力段所對(duì)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(shí),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(shí), 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：,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(shí)，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(shí)，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。,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(duì)分類和 相對(duì)分類（表4-1） 細(xì)?。?0m （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,三、巖體破碎程度的分類 （一）裂隙度K,圖4-2,K=n/l （4-1） l為取樣線長(zhǎng)，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(shí)，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。,圖4-3,（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,表 4-3,一、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(gè)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(kù)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),（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）,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(shí), 1 - 3 時(shí)， 當(dāng) arctanf= 時(shí), 1 - 3 所以 1/2 （4-53） 2將式（4-51）對(duì) 取一階導(dǎo)數(shù)，然后令其為零，得： tan2=-1/f , =450+ /2,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(dòng)開始時(shí)沿哪一個(gè)節(jié)理移動(dòng)（圖 4-21）,（圖 4-21）,二、當(dāng)c=0時(shí)，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。,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(shí)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,開始破裂，并伴有結(jié)構(gòu)面剪切滑移變形。 1， 2 ， 3 有時(shí)相等，可通過幾次加卸荷輪回，求 得一個(gè)平均角 值， E=tg 注：巖體加荷的速度對(duì)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(gè)已經(jīng)達(dá)到的極限點(diǎn)A、B。,a,c,d,b,c,d,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(jià)”模型以及現(xiàn)場(chǎng)巖體力學(xué)測(cè)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。,（二）從現(xiàn)場(chǎng)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(gè)巖塊比較是很小的。 若在巖體中取一個(gè)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(zhǎng)為d，彈性模量為E，且在巖體上的平均應(yīng)力為 時(shí)，則巖塊的變形為： （4-74）,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(zhǎng) 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）,沃爾多夫（waldorf）認(rèn)為 m(1-2) 約0.9，故 （4-78） nh難以測(cè)定，常作為一個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)。 （三）從“等價(jià)”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(jià)”連續(xù)巖休的彈性模量為En，其法向變形為（ /En）S，則 （4-79）,圖4-31 從“等價(jià)”的連續(xù)巖體模型求變形模量,采用“等價(jià)”法求算不連續(xù)巖石變形模量En的實(shí)質(zhì)，對(duì)于每一個(gè)試樣或每一個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)地，先要確定每組節(jié)理的平均間距，從測(cè)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(gè)Kn值用 來計(jì)算任何特定破碎間距的En。,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(jià)”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(duì)于每一個(gè)試樣或每一個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)地，首先確定每組節(jié)理的平均間距S。從測(cè)得的彈性模量En 以級(jí)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,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(chǎng)測(cè)試,圖4-32 圖4-35,設(shè)巖體內(nèi)任一點(diǎn)的位移為： 當(dāng)砼圈有分布縫時(shí)，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(shí) 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(shí)的的抗力 系數(shù)K來表示： k0 =prB/(100 u0) （4-89）,彈性抗力系數(shù)K對(duì)于有內(nèi)壓力的隧洞襯砌時(shí)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4-37,二、現(xiàn)場(chǎng)巖體直剪試驗(yàn) （一）雙千斤頂法 現(xiàn)場(chǎng)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,當(dāng)剪切面上存在裂隙，節(jié)理等滑面時(shí)，有： F=Fa+ Fb 式中： Fa 剪斷破壞部分 Fb滑動(dòng)破壞時(shí)的滑動(dòng)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(shí)，應(yīng)扣除由于垂直壓力而產(chǎn)生的滾動(dòng)摩擦力。 如果， =0，則上式的 橫向推力T為水平向，這時(shí)： =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(shí)，, 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(chǎng)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,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(shí)的應(yīng)力（MPa） 為剪切面與水平面的夾角（0） 分別對(duì)不同的進(jìn)行試驗(yàn)，得摩爾圓 三、現(xiàn)場(chǎng)三軸強(qiáng)度試驗(yàn),圖4-43,1 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(jí)的目的和使用對(duì)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(jí)數(shù)應(yīng)合適，不宜太多或太少，一般為五級(jí)； （4）分類方法與步驟應(yīng)簡(jiǎn)單明了，數(shù)字便于記憶，便于應(yīng)用； （5）由于目的，對(duì)象不同，考慮的因素也不同。 國(guó)際上，工程巖體的分類的一個(gè)明顯的趨勢(shì)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)）,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(jiǎn)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(huì)與Franklin等人提出，分為7類。,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(kù)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(zhǎng)，大于10cm L同一巖層中的鉆孔長(zhǎng)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,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,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(jí) (三)、計(jì)算修正值BQ BQ 二、工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用 （一）巖體物理力學(xué)參數(shù)的選用 （二）地下工程巖體自穩(wěn)能力的確定,RMR=R1+ R2+R3+ R4 + R5 + R6 式中 R1 巖石的抗壓強(qiáng)度（Rc） R2 巖石的質(zhì)量指標(biāo)RQD R3節(jié)理間距； R4節(jié)理狀態(tài)； R5地下水狀態(tài) R6修正參數(shù) 第三節(jié) 我國(guó)工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB5021894） 一、工程巖體分級(jí)的基本方法 （一）、確定巖體基本質(zhì)量 按巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度確定巖石堅(jiān)固程度； 按巖體的完整性指數(shù)(Kv)確定巖體的完整性程度 （二）巖體基本質(zhì)量分級(jí) 1、巖體基本質(zhì)量指標(biāo)（BQ）按下式計(jì)算：,第六章 巖體初始應(yīng)力狀態(tài),基本要求 1掌握初始應(yīng)力的概念，了解構(gòu)造應(yīng)力的概念，掌握自重應(yīng)力的計(jì)算方法； 2了解原巖應(yīng)力的一般規(guī)律及影響原巖應(yīng)力分布的因素； 3了解巖應(yīng)力的實(shí)測(cè)方法,第六章 巖體初始應(yīng)力狀態(tài),第一節(jié) 初始應(yīng)力狀態(tài)的概念與意義,初始應(yīng)力: 指巖體在天然狀態(tài)下所存在的內(nèi)應(yīng)力, 在地質(zhì)學(xué)中通常又稱它為地應(yīng)力. 巖體的初始應(yīng)力主要是由巖體的自重和地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所引起,第二節(jié) 組成巖體初始應(yīng)力狀態(tài)的各種應(yīng)力場(chǎng)及其計(jì)算,一、巖體自重應(yīng)力場(chǎng) 1假設(shè)巖體為均勻連續(xù)價(jià)值，并為半無限空間體,在距地表深度H處，巖體的初始應(yīng)力場(chǎng)為 z = H x = y = z xy=0 式中：H巖體單元的深度（m）, 上覆巖體的平均重力密度（kn/m3） 側(cè)壓力系數(shù) 若巖體視為各向同性的彈性體，x = 0，y = 0，由廣義虎克定律 x=1/Ex -（ y + z ）=0 y=1/Ey - （ x + z ）=0 由此得： x = y = /（1- ） z = /（1- ）H （6-3） 所以，側(cè)壓力系數(shù)K0= /（1- ） 2成層巖體 與土體類似(6-4),說明:（6-3）、（6-4）巖體在一定深度范圍內(nèi)成立。 如果巖體由松散的碎石，砂及卵石組成，可以近似地認(rèn)為巖體是理想松散介值，可由松散介質(zhì)極限平衡條件來建立垂直應(yīng)力與側(cè)向應(yīng)力的關(guān)系： 對(duì)于具有一定粘聚力的松散巖體，側(cè)向應(yīng)力x與垂直應(yīng)力z之間的關(guān)系為 (6-9) 令x=0，則由上式可得：,(6-10),當(dāng)HH0時(shí)，才開始出現(xiàn)側(cè)向應(yīng)力x，并隨深度成正比增加。,二、巖體構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng),1構(gòu)造應(yīng)力的確定,構(gòu)造應(yīng)力尚無法用數(shù)學(xué)力學(xué)的方法進(jìn)行分析計(jì)算，而只能采用現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力量測(cè)的方法來求得，但是構(gòu)造應(yīng)力的方向可以根據(jù)地質(zhì)力學(xué)的方法加以判斷。,（a）正斷層（b）逆斷層（c）平推斷層（d）巖 脈（e） 褶皺 圖6-4 由地質(zhì)特征推斷的應(yīng)力方向（a）（e）均為平面圖 2地表剝蝕時(shí)側(cè)壓力系數(shù)的影響,設(shè)某深度H0的一個(gè)巖石單元，該處初始側(cè)壓系數(shù)0上覆巖體剝蝕了厚度H，使巖石單元受到卸載作用，卸載后，垂向應(yīng)力v減小了H，水平應(yīng)力n則減少了H （按彈性卸載考慮）,則此時(shí)巖石單元的側(cè)壓力系數(shù)為：,由于剝蝕后巖石單元埋深H=H0 H，所以：,可見，由于上覆巖體被剝蝕，使側(cè)壓力系數(shù)有增加的趨勢(shì)，當(dāng)深度小于一定數(shù)值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)水平應(yīng)力n大于垂直應(yīng)力v。 三、影響巖體初始應(yīng)力狀態(tài)的其他因素 （一）地形 （二）地質(zhì)條件對(duì)自重應(yīng)力的影響 （三）水壓力和熱應(yīng)力,3巖體初始應(yīng)力狀態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)方法,一、巖體應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)方法概述 目的：了解巖體中存在的應(yīng)力大小和方向，從而為分析巖體工程的受力狀態(tài)以及為支護(hù)及巖體加固提供依據(jù). 巖體應(yīng)力量測(cè)分為：巖體初始應(yīng)力量測(cè)和地下工程應(yīng)力分布量測(cè) 常用地應(yīng)力測(cè)量方法表6-1,二、水壓致裂法,(一）方法原理及技術(shù) Po孔隙水壓或地下水壓力。 Pb初始?jí)毫褖毫Α?Ps液體進(jìn)入巖體內(nèi)連續(xù)地將巖體劈裂的液壓，稱為穩(wěn)定開裂壓力。 Pso關(guān)泵后壓力表上保持的壓力，稱關(guān)閉壓力。 Pbo開啟壓力。,Pb,圖6-11 壓力過程泵壓變化及特征壓力,（二）基本理論和計(jì)算公式 水平地應(yīng)力1h、2h孔壁還受有水壓，此時(shí)，鉆孔周圍巖體內(nèi)應(yīng)力： （6-13） 當(dāng) = a，即孔壁處