巖體的力學(xué)特性(下)_巖石力學(xué)-1

1、1v巖體巖體是由是由巖塊巖塊和和結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面組成的地質(zhì)體，因此其強(qiáng)度必然受到巖塊和結(jié)組成的地質(zhì)體，因此其強(qiáng)度必然受到巖塊和結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度及其組合方式（巖體結(jié)構(gòu)）的控制。一般情況下，巖體的強(qiáng)構(gòu)面強(qiáng)度及其組合方式（巖體結(jié)構(gòu)）的控制。一般情況下，巖體的強(qiáng)度既不同于巖塊的強(qiáng)度，也不同于結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度。度既不同于巖塊的強(qiáng)度，也不同于結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度。3.290j0 90如果巖體中結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，呈完整結(jié)構(gòu)，則巖體的強(qiáng)度大致與巖塊接近，可如果巖體中結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，呈完整結(jié)構(gòu)，則巖體的強(qiáng)度大致與巖塊接近，可視為均質(zhì)體。視為均質(zhì)體。如果巖體將沿某一特定結(jié)構(gòu)面的滑動(dòng)破壞時(shí)，則其強(qiáng)度取決于結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)如果巖體將沿某一特定結(jié)構(gòu)面的

2、滑動(dòng)破壞時(shí)，則其強(qiáng)度取決于結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度。度。節(jié)理裂隙切割的裂隙化巖體，其強(qiáng)度介于巖塊與結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度之間。它一方面節(jié)理裂隙切割的裂隙化巖體，其強(qiáng)度介于巖塊與結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度之間。它一方面受受巖石材料性質(zhì)巖石材料性質(zhì)的影響，另一方面受的影響，另一方面受結(jié)構(gòu)面特征結(jié)構(gòu)面特征（數(shù)量、方向、間距、性質(zhì)（數(shù)量、方向、間距、性質(zhì)等）和等）和賦存條件賦存條件（地應(yīng)力、水、溫度等）的控制。（地應(yīng)力、水、溫度等）的控制。3tanfjjc巖石巖石節(jié)理面節(jié)理面 O c 1f 322902 3 1f45 /2破裂面破裂面tancf4當(dāng)節(jié)理面處于穩(wěn)定狀態(tài)和極限平衡狀態(tài)時(shí)節(jié)理面上的剪應(yīng)力應(yīng)當(dāng)滿足下列條件當(dāng)節(jié)理面處于穩(wěn)定狀態(tài)和極限平

3、衡狀態(tài)時(shí)節(jié)理面上的剪應(yīng)力應(yīng)當(dāng)滿足下列條件 tanjjc （3-23） 式中，等號(hào)表示極限平衡狀態(tài)。式中，等號(hào)表示極限平衡狀態(tài)。 1313131322131()sin2()sincos211()()cos222cossin （3-24） 將上式中的將上式中的和和代入式（代入式（3-23）得到：）得到： jjctansincoscossin232131 （3-25） 移項(xiàng)整理后可得移項(xiàng)整理后可得 13cos(costansin)sin(cossintan)0jjjc （3-26） 通過(guò)三角運(yùn)算，得出：通過(guò)三角運(yùn)算，得出： 13cossin()sincos()cos0jjjjc （3-27） 這就是

4、這就是判斷節(jié)理面穩(wěn)定情況的判別式判斷節(jié)理面穩(wěn)定情況的判別式（式中等號(hào)表示極限平衡狀態(tài)） 。如果式（式中等號(hào)表示極限平衡狀態(tài)） 。如果式（3-27）的左）的左端小于零，則節(jié)理面處于不穩(wěn)定狀態(tài)。端小于零，則節(jié)理面處于不穩(wěn)定狀態(tài)。 50 xz1y0cos)sin(cosjjjyc6邊墻巖體是否處于平衡狀態(tài)可分以下幾種情況來(lái)討論：邊墻巖體是否處于平衡狀態(tài)可分以下幾種情況來(lái)討論： a) j的情況的情況 當(dāng)當(dāng)j時(shí)，此時(shí)時(shí)，此時(shí)0)sin(j。因此式（。因此式（3-28）左邊兩項(xiàng)均）左邊兩項(xiàng)均為正，不等式（為正，不等式（3-28）顯然能滿足，這就說(shuō)明邊墻巖塊）顯然能滿足，這就說(shuō)明邊墻巖塊 abc 處于平衡狀

5、態(tài)。處于平衡狀態(tài)。 b) j的情況的情況 當(dāng)當(dāng)j時(shí)，式（時(shí)，式（3-28）顯然能夠成立。因此巖塊處于平衡狀態(tài)。）顯然能夠成立。因此巖塊處于平衡狀態(tài)。 c) j的情況的情況 當(dāng)當(dāng)j時(shí)，此時(shí)時(shí)，此時(shí)0)sin(j，因而式（，因而式（3-28）左邊第一項(xiàng)）左邊第一項(xiàng)為負(fù)為負(fù),但第二項(xiàng)卻為正值。因此在此情況下不等式（但第二項(xiàng)卻為正值。因此在此情況下不等式（3-28）是否能被滿足就取決于式（）是否能被滿足就取決于式（3-28）中第一項(xiàng)的絕對(duì)值是否小于第二項(xiàng)，要視具體情況而定。中第一項(xiàng)的絕對(duì)值是否小于第二項(xiàng)，要視具體情況而定。 d) 45/2j的情況的情況 當(dāng)當(dāng)45/2j，即節(jié)理的傾角與一般均質(zhì)巖體中所，

6、即節(jié)理的傾角與一般均質(zhì)巖體中所產(chǎn)生的破裂面方向相同，這時(shí)將產(chǎn)生的破裂面方向相同，這時(shí)將45/2j代入式（代入式（3-28） ，則有） ，則有 cos(45/2)sin(45/2)cos0yjjjjjc （3-29） 或者或者 jjjycsin1cos2 （3-30） 0cos)sin(cosjjjyc判斷節(jié)理面穩(wěn)定情況的判別式判斷節(jié)理面穩(wěn)定情況的判別式 （3-28）71. 結(jié)構(gòu)面的方位對(duì)巖體強(qiáng)度的影響結(jié)構(gòu)面的方位對(duì)巖體強(qiáng)度的影響 結(jié)構(gòu)面破壞準(zhǔn)則（極限平衡）的另一種形式表示的公式：結(jié)構(gòu)面破壞準(zhǔn)則（極限平衡）的另一種形式表示的公式： 31322tan(1tancot)sin2jjjc（3-313-

7、31） （節(jié)理的存在不影響巖體的強(qiáng)度）2j。時(shí)，當(dāng)；時(shí)，當(dāng)31312j破壞沿著結(jié)構(gòu)面發(fā)生，此時(shí)結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體的強(qiáng)度有削弱作用 破壞沿著巖石材料內(nèi)部發(fā)生j03.3.2 結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)8將式（將式（3-31）對(duì)）對(duì)求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)0)(31dd，可以求得當(dāng)，可以求得當(dāng)245j時(shí)，時(shí)，31有最小值，相應(yīng)的有最小值，相應(yīng)的1的最小值的最小值1, min為為 1, min32jjjNcN （3-32） 式中，式中，2tan (45)2jjN。 圖圖 3-20 給出給出了當(dāng)了當(dāng)3不變時(shí)不變時(shí)1隨傾角隨傾角變化的情況，說(shuō)明了巖石強(qiáng)度的各向異性。變化的情況，說(shuō)明了巖石強(qiáng)度的各向異性。 此時(shí)結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體的強(qiáng)

8、度削弱最大，巖體有最小強(qiáng)度129jjjjc131312sin2cotsin231311sincot2arcsin212jjjjc O 1 3tanfc22jjfctan12j單單結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)2210 O 1 3tanfcjjfctan1231312sincot2arcsin2122jjjjcj12211 巖石節(jié)理同時(shí)破壞，巖體強(qiáng)度等于巖塊強(qiáng)度巖石節(jié)理同時(shí)破壞，巖體強(qiáng)度等于巖塊強(qiáng)度221021巖塊先破壞，巖體強(qiáng)度等于巖塊強(qiáng)度巖塊先破壞，巖體強(qiáng)度等于巖塊強(qiáng)度 或或 節(jié)理先破壞，節(jié)理先破壞，巖體強(qiáng)度小巖體強(qiáng)度小于巖塊強(qiáng)度于巖塊強(qiáng)度 或或2112多多組組結(jié)結(jié)v如果巖體含有二組或二組以上結(jié)構(gòu)面，巖體強(qiáng)度的確

9、定方法是分步運(yùn)用單如果巖體含有二組或二組以上結(jié)構(gòu)面，巖體強(qiáng)度的確定方法是分步運(yùn)用單結(jié)構(gòu)面理論，分別繪出每一組結(jié)構(gòu)面單獨(dú)存在時(shí)的強(qiáng)度包絡(luò)線和應(yīng)力莫爾結(jié)構(gòu)面理論，分別繪出每一組結(jié)構(gòu)面單獨(dú)存在時(shí)的強(qiáng)度包絡(luò)線和應(yīng)力莫爾圓。巖體到底沿哪組結(jié)構(gòu)面破壞，由主應(yīng)力與各組結(jié)構(gòu)面的夾角所決定。圓。巖體到底沿哪組結(jié)構(gòu)面破壞，由主應(yīng)力與各組結(jié)構(gòu)面的夾角所決定。v若巖體中節(jié)理非常發(fā)育，巖體強(qiáng)度特性越來(lái)越趨于各向同性，而巖體的整若巖體中節(jié)理非常發(fā)育，巖體強(qiáng)度特性越來(lái)越趨于各向同性，而巖體的整體強(qiáng)度卻大大削弱了。另外，隨著圍壓增大，巖體由各向異性向各向同性體強(qiáng)度卻大大削弱了。另外，隨著圍壓增大，巖體由各向異性向各向同性轉(zhuǎn)化

10、。轉(zhuǎn)化。巖體總是沿一組最有利破壞的節(jié)理首先破壞。巖體總是沿一組最有利破壞的節(jié)理首先破壞。13含不同組數(shù)結(jié)構(gòu)面巖體強(qiáng)度曲線含不同組數(shù)結(jié)構(gòu)面巖體強(qiáng)度曲線 14粗糙度模型的理想面粗糙度模型的理想面 結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度包絡(luò)線結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度包絡(luò)線 jPTtan)tan(iPTjjPTtan*iPiTTsincos*iTiPPsincos*2. 結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)面面的的粗粗15結(jié)構(gòu)面在水壓力下開(kāi)始破壞的莫爾圓結(jié)構(gòu)面在水壓力下開(kāi)始破壞的莫爾圓 jjjwcptancossincos)(tan23132312231)2(2wpwp3tantanfjjc3. 結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)面面內(nèi)內(nèi)161. 試驗(yàn)確定法試驗(yàn)確定法 巖體單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)定巖

11、體單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)定1 1方木；方木；2 2工字鋼；工字鋼；3 3千斤頂；千斤頂；4 4水泥砂漿水泥砂漿 （117現(xiàn)18巖體抗剪試驗(yàn)巖體抗剪試驗(yàn) cossinFTFTP（2）巖巖19等圍壓三軸試驗(yàn)（等圍壓三軸試驗(yàn)（23） 等圍壓三軸試驗(yàn)的實(shí)用性更強(qiáng)。等圍壓三軸試驗(yàn)的實(shí)用性更強(qiáng)。 真三軸試驗(yàn)（真三軸試驗(yàn)（123） 中間主應(yīng)力在巖體強(qiáng)度中起重要作用，中間主應(yīng)力在巖體強(qiáng)度中起重要作用， 在多節(jié)理的巖體中尤其重要。在多節(jié)理的巖體中尤其重要。 原位巖體三軸試驗(yàn)原位巖體三軸試驗(yàn) （3）巖巖20（1 1）準(zhǔn)巖體強(qiáng)度）準(zhǔn)巖體強(qiáng)度 根據(jù)彈性波在巖石試塊和巖體中的傳播速度比， 可判斷巖體中裂隙發(fā)育程度。 稱(chēng)此比值根

12、據(jù)彈性波在巖石試塊和巖體中的傳播速度比， 可判斷巖體中裂隙發(fā)育程度。 稱(chēng)此比值的平方為巖體的平方為巖體完整性（龜裂）系數(shù)完整性（龜裂）系數(shù)，以，以 K 表示：表示： 2mlclvKv （3-40） 式中，式中，mlv巖體中彈性波縱波傳播速度；巖體中彈性波縱波傳播速度； clv巖塊中彈性波縱波傳播速度。巖塊中彈性波縱波傳播速度。 各種巖石的完整性系數(shù)各種巖石的完整性系數(shù) 表表 3-20 巖體種類(lèi)巖體種類(lèi) 巖體完整性系數(shù)巖體完整性系數(shù) K 完整完整 0.75 塊狀塊狀 0.450.75 碎裂狀碎裂狀 0.45 準(zhǔn)巖體抗壓強(qiáng)度：準(zhǔn)巖體抗壓強(qiáng)度：mccRKR 準(zhǔn)巖體抗拉強(qiáng)度：準(zhǔn)巖體抗拉強(qiáng)度：mttRK

13、R 式中，式中，cR巖石試件的抗壓強(qiáng)度；巖石試件的抗壓強(qiáng)度； tR巖石試件的抗拉強(qiáng)度。巖石試件的抗拉強(qiáng)度。 地質(zhì)資料及小試塊室內(nèi)試驗(yàn)資料 2 221破碎巖體的地基承載力 Hoek 和和 Brown（1980）根據(jù)巖體性質(zhì)的理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，用試驗(yàn)法導(dǎo)出了巖塊和巖體）根據(jù)巖體性質(zhì)的理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，用試驗(yàn)法導(dǎo)出了巖塊和巖體破壞時(shí)主應(yīng)力之間的關(guān)系為破壞時(shí)主應(yīng)力之間的關(guān)系為 2133ccmRsR （3-41） 式中，式中，1破壞時(shí)的最大主應(yīng)力；破壞時(shí)的最大主應(yīng)力； 3作用在巖石試樣上的最小主應(yīng)力；作用在巖石試樣上的最小主應(yīng)力； cR巖塊的單軸抗壓強(qiáng)度；巖塊的單軸抗壓強(qiáng)度； m，s與巖性及結(jié)構(gòu)面情況有關(guān)的

14、常數(shù)與巖性及結(jié)構(gòu)面情況有關(guān)的常數(shù) 在低圍壓下及較堅(jiān)硬完整的巖體條件下，估算的強(qiáng)度明顯偏低。但對(duì)于受構(gòu)造擾動(dòng)及在低圍壓下及較堅(jiān)硬完整的巖體條件下，估算的強(qiáng)度明顯偏低。但對(duì)于受構(gòu)造擾動(dòng)及結(jié)構(gòu)面較發(fā)育的裂隙化巖體，結(jié)構(gòu)面較發(fā)育的裂隙化巖體，Hoek（1987）認(rèn)為用這一方法估算是合理的。）認(rèn)為用這一方法估算是合理的。 msc適用條件適用條件（2 2）H Ho oe e22由式（由式（3-41） ，令） ，令30，可得巖體的單軸抗壓強(qiáng)度，可得巖體的單軸抗壓強(qiáng)度mcR： mccRsR （3-42） 對(duì)于完整巖石，對(duì)于完整巖石，s=1，則，則mccRR，即為巖塊抗壓強(qiáng)度；對(duì)于裂隙巖石，即為巖塊抗壓強(qiáng)度；對(duì)

15、于裂隙巖石，s55） （3-58） Serafim和和Pereira（1983）提出了適于）提出了適于RMR55的巖體的關(guān)系式：的巖體的關(guān)系式：10000log3500350040mpmpmeanvQvE（3-59）（3-60）（Q1） 2. 裂裂隙隙35巖體變形類(lèi)型示意巖體變形類(lèi)型示意 36（1 1）直線型）直線型 巖性均勻且結(jié)構(gòu)面不發(fā)育或結(jié)構(gòu)面分布均勻的巖體多呈這類(lèi)巖性均勻且結(jié)構(gòu)面不發(fā)育或結(jié)構(gòu)面分布均勻的巖體多呈這類(lèi)曲線。曲線。)(Wfp KdWdp022dWpd圖圖3-34 陡直線型曲線陡直線型曲線 圖圖3-35 緩直線型曲線緩直線型曲線 p-W曲線的斜率較陡，呈陡直線。說(shuō)明巖體剛度大，

16、曲線的斜率較陡，呈陡直線。說(shuō)明巖體剛度大，不易變形。卸壓后變形幾乎恢復(fù)到原點(diǎn)，以彈性變形不易變形。卸壓后變形幾乎恢復(fù)到原點(diǎn)，以彈性變形為主，反映出巖體接近于均質(zhì)彈性體。較堅(jiān)硬，完為主，反映出巖體接近于均質(zhì)彈性體。較堅(jiān)硬，完整、致密均勻、少裂隙的巖體，多具這類(lèi)曲線特征。整、致密均勻、少裂隙的巖體，多具這類(lèi)曲線特征。曲線斜率較緩，呈緩直線型，反映出巖體剛度低、曲線斜率較緩，呈緩直線型，反映出巖體剛度低、易變形。卸壓后巖體變形只能部分恢復(fù)，有明顯的易變形。卸壓后巖體變形只能部分恢復(fù)，有明顯的塑性變形和回滯環(huán)。這類(lèi)曲線雖是直線，但不是彈塑性變形和回滯環(huán)。這類(lèi)曲線雖是直線，但不是彈性。出現(xiàn)這類(lèi)曲線的巖體

17、主要有：由多組結(jié)構(gòu)面切性。出現(xiàn)這類(lèi)曲線的巖體主要有：由多組結(jié)構(gòu)面切割，且分布較均勻的巖體及巖性較軟弱面較均質(zhì)的割，且分布較均勻的巖體及巖性較軟弱面較均質(zhì)的巖體；另外，平行層面加壓的層狀巖體，也多為緩巖體；另外，平行層面加壓的層狀巖體，也多為緩直線型。直線型。 37（2 2）上凹型）上凹型 層狀及節(jié)理巖體多呈這類(lèi)曲線。層狀及節(jié)理巖體多呈這類(lèi)曲線。)(wfp pdwdp 每次加壓曲線的斜率隨加、卸壓循環(huán)次數(shù)的增加而增每次加壓曲線的斜率隨加、卸壓循環(huán)次數(shù)的增加而增大，即巖體剛度隨循環(huán)次數(shù)增加而增大。各次卸壓曲大，即巖體剛度隨循環(huán)次數(shù)增加而增大。各次卸壓曲線相對(duì)較緩，且相互近于平行。彈性變形線相對(duì)較緩

18、，且相互近于平行。彈性變形Wc和總變形和總變形W之比隨之比隨p的增大而增大，說(shuō)明巖體彈性變形成分較的增大而增大，說(shuō)明巖體彈性變形成分較大。這種曲線多出現(xiàn)于垂直層面加壓的較堅(jiān)硬層狀巖大。這種曲線多出現(xiàn)于垂直層面加壓的較堅(jiān)硬層狀巖體中。體中。 加壓曲線的變化情況與加壓曲線的變化情況與前前相同，但卸壓曲線較陡，相同，但卸壓曲線較陡，說(shuō)明卸壓后變形大部分不能恢復(fù)，為塑性變形。存說(shuō)明卸壓后變形大部分不能恢復(fù)，為塑性變形。存在軟弱夾層的層狀巖體及裂隙巖體常呈這類(lèi)曲線。在軟弱夾層的層狀巖體及裂隙巖體常呈這類(lèi)曲線。另外，垂直層面加壓的層狀巖體也可出現(xiàn)這類(lèi)曲另外，垂直層面加壓的層狀巖體也可出現(xiàn)這類(lèi)曲線。線。 0

19、22dwpd38（3 3）上凸型）上凸型 結(jié)構(gòu)面發(fā)育且有泥質(zhì)充填的巖體，較深處埋藏有軟弱夾層或結(jié)構(gòu)面發(fā)育且有泥質(zhì)充填的巖體，較深處埋藏有軟弱夾層或巖性軟弱的巖體（粘土巖、風(fēng)化巖）等常呈這類(lèi)曲線。巖性軟弱的巖體（粘土巖、風(fēng)化巖）等常呈這類(lèi)曲線。)(wfp 022dwpdpdwdp1（4 4）復(fù)合型）復(fù)合型 p pW W曲線呈階梯或曲線呈階梯或“S S”型。結(jié)構(gòu)面發(fā)育不均或巖性不均勻型。結(jié)構(gòu)面發(fā)育不均或巖性不均勻的巖體，常呈此類(lèi)曲線。的巖體，常呈此類(lèi)曲線。 39巖體剪切變形曲線類(lèi)型示意圖巖體剪切變形曲線類(lèi)型示意圖 （1）峰值前變形曲線的平均斜率小，破壞位移大，一般可達(dá)）峰值前變形曲線的平均斜率小，

20、破壞位移大，一般可達(dá) 210mm；峰值后隨位移；峰值后隨位移增大強(qiáng)度損失很小或不變，增大強(qiáng)度損失很小或不變，6 . 00 . 1/pf左右。沿軟弱結(jié)構(gòu)面剪切時(shí)，常呈這類(lèi)曲線。左右。沿軟弱結(jié)構(gòu)面剪切時(shí)，常呈這類(lèi)曲線。 （2）峰值前變形曲線平均斜率較大，峰值強(qiáng)度較高。峰值后隨剪位移增大強(qiáng)度損失較）峰值前變形曲線平均斜率較大，峰值強(qiáng)度較高。峰值后隨剪位移增大強(qiáng)度損失較大，有較明顯的應(yīng)力降。大，有較明顯的應(yīng)力降。6 . 08 . 0/pf左右。沿粗糙結(jié)構(gòu)面、軟弱巖體及強(qiáng)風(fēng)化巖體左右。沿粗糙結(jié)構(gòu)面、軟弱巖體及強(qiáng)風(fēng)化巖體剪切時(shí)，多屬這類(lèi)曲線。剪切時(shí)，多屬這類(lèi)曲線。 （3）峰值前變形曲線斜率大，曲線具有較明

21、顯的線性段和非線性段，比例極限和屈服）峰值前變形曲線斜率大，曲線具有較明顯的線性段和非線性段，比例極限和屈服極限較易確定。峰值強(qiáng)度高，破壞位移小極限較易確定。峰值強(qiáng)度高，破壞位移小，一般約，一般約 1mm 左右。峰值后隨位移增大強(qiáng)度迅速左右。峰值后隨位移增大強(qiáng)度迅速降低，殘余強(qiáng)度較低，降低，殘余強(qiáng)度較低，3 . 08 . 0/pf左右。剪斷堅(jiān)硬巖體時(shí)的變形曲線多屬此類(lèi)。左右。剪斷堅(jiān)硬巖體時(shí)的變形曲線多屬此類(lèi)。 2 2. . 40工程尺度范圍的巖體，通常被一組或若干組節(jié)理裂隙切割成不連續(xù)工程尺度范圍的巖體，通常被一組或若干組節(jié)理裂隙切割成不連續(xù)體。由于結(jié)構(gòu)面的成因、尺寸、產(chǎn)狀、密度以及力學(xué)性質(zhì)不

22、同，加上體。由于結(jié)構(gòu)面的成因、尺寸、產(chǎn)狀、密度以及力學(xué)性質(zhì)不同，加上巖體所處的應(yīng)力環(huán)境的變化，巖體的力學(xué)性質(zhì)不僅取決于巖體所處的應(yīng)力環(huán)境的變化，巖體的力學(xué)性質(zhì)不僅取決于巖石巖石本身力本身力學(xué)性質(zhì)，在很大程度上則取決于學(xué)性質(zhì)，在很大程度上則取決于結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)面的空間組合空間組合情況。情況。構(gòu)成巖體變形的各向異性的兩個(gè)要素是：構(gòu)成巖體變形的各向異性的兩個(gè)要素是：物質(zhì)成分和物質(zhì)結(jié)構(gòu)物質(zhì)成分和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的方向的方向性；性；節(jié)理、結(jié)構(gòu)面和層面節(jié)理、結(jié)構(gòu)面和層面的方向性。節(jié)理巖體各方向力學(xué)性質(zhì)的差異的方向性。節(jié)理巖體各方向力學(xué)性質(zhì)的差異均由此而產(chǎn)生。均由此而產(chǎn)生。巖體力學(xué)性質(zhì)

23、均具有方向性，作用在巖體上的外荷載方向不同，就有巖體力學(xué)性質(zhì)均具有方向性，作用在巖體上的外荷載方向不同，就有可能有不同的變形、破壞機(jī)制和強(qiáng)度特征?？赡苡胁煌淖冃巍⑵茐臋C(jī)制和強(qiáng)度特征。在工程布置方面要考慮如何在工程布置方面要考慮如何揚(yáng)長(zhǎng)避短揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分發(fā)揮巖體本身的強(qiáng)度，維，充分發(fā)揮巖體本身的強(qiáng)度，維持工程的穩(wěn)定性。持工程的穩(wěn)定性。3 3. . 巖巖體體411. 巖體中彈性波的傳播規(guī)律巖體中彈性波的傳播規(guī)律 沖擊波沖擊波塑性波塑性波波）波）勒夫波（勒夫波（波）波）瑞利波（瑞利波（面波面波波）波）橫波（剪切波、橫波（剪切波、波）波）縱波（壓縮波、縱波（壓縮波、體波體波彈性波（聲波）彈性波（聲波

24、）應(yīng)力波應(yīng)力波QRSP 3.4.4 42根據(jù)波動(dòng)理論，傳播于連續(xù)、均勻、各向同性彈性介質(zhì)中的縱波速度根據(jù)波動(dòng)理論，傳播于連續(xù)、均勻、各向同性彈性介質(zhì)中的縱波速度 pv和橫波速度和橫波速度 sv可表示為：可表示為： )21)(1 ()1 (ddddpEv （3-61） )1 (2ddsEv （3-62） 式中，式中，dE動(dòng)彈性模量；動(dòng)彈性模量； d動(dòng)泊松比；動(dòng)泊松比； 介質(zhì)密度。介質(zhì)密度。 q巖性、結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征、巖體應(yīng)力、地下水及地溫等地質(zhì)環(huán)境因素對(duì)彈性巖性、結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征、巖體應(yīng)力、地下水及地溫等地質(zhì)環(huán)境因素對(duì)彈性波的傳播有明顯的影響。波的傳播有明顯的影響。 22222tuxuG22222x

25、uGtuGvp222222twxwG2222xwGtwGvs2運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)方程43測(cè)試時(shí)，通過(guò)聲波發(fā)射儀的觸發(fā)電路發(fā)生正弦脈沖，經(jīng)發(fā)射換能器向巖體內(nèi)發(fā)射聲波。測(cè)試時(shí)，通過(guò)聲波發(fā)射儀的觸發(fā)電路發(fā)生正弦脈沖，經(jīng)發(fā)射換能器向巖體內(nèi)發(fā)射聲波。聲波在巖體中傳播并被接收換能器接收，經(jīng)放大器放大后由計(jì)時(shí)系統(tǒng)所記錄，測(cè)得縱、橫聲波在巖體中傳播并被接收換能器接收，經(jīng)放大器放大后由計(jì)時(shí)系統(tǒng)所記錄，測(cè)得縱、橫波在巖體中傳播的時(shí)間波在巖體中傳播的時(shí)間pt、st。由下式計(jì)算縱波速度由下式計(jì)算縱波速度 mpv和橫波速度和橫波速度 msv： pmptDv （3-63） smstDv （3-64） 式中式中 D 為聲波發(fā)射點(diǎn)

26、與接收點(diǎn)之間的距離。為聲波發(fā)射點(diǎn)與接收點(diǎn)之間的距離。 2. 巖巖體體44dddmpdvE1)21)(1 (2 （3-65） 或或 )1 (22dmsdvE （3-66） )(222222msmpmsmpdvvvv （3-67） )1 (22msdddvEG （3-68） 式中，式中，dG，dE巖體的動(dòng)彈性模量和動(dòng)剪切模量（巖體的動(dòng)彈性模量和動(dòng)剪切模量（GPa） ；） ； d動(dòng)泊松比；動(dòng)泊松比； 巖體密度（巖體密度（g/cm3） ；） ； mpv，msv巖體縱波速度與橫波速度（巖體縱波速度與橫波速度（km/s） 。） 。 3 3. . 巖巖45dmejEE動(dòng)彈性模量普遍大于靜彈性模量動(dòng)彈性模量普

27、遍大于靜彈性模量 的原因：的原因：（1）靜力法采用的最大應(yīng)力大部分在）靜力法采用的最大應(yīng)力大部分在1.010.0MPa，少數(shù)則更大，變形量常，少數(shù)則更大，變形量常以以mm計(jì)，而動(dòng)力法的作用應(yīng)力則約為計(jì)，而動(dòng)力法的作用應(yīng)力則約為10-4MPa量級(jí)，引起的變形量微小。因量級(jí)，引起的變形量微小。因此靜力法必然會(huì)測(cè)得較大的不可逆變形，而動(dòng)力法則測(cè)不到這種變形。此靜力法必然會(huì)測(cè)得較大的不可逆變形，而動(dòng)力法則測(cè)不到這種變形。（2）靜力法持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)。）靜力法持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)。（3）靜力法擾動(dòng)了巖體的天然結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)。）靜力法擾動(dòng)了巖體的天然結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)。vK與與 j的關(guān)系的關(guān)系 表表 3-24 vK 1.00.9 0.90.8 0.80.7 0.70.65 0.65 j 1.00.75 0.750.45 0.450.25 0.250.2 0.20.1 46q影響巖體變形性質(zhì)的因素較多，主要包括組成巖體的巖性、結(jié)構(gòu)面發(fā)育影響巖體變形性質(zhì)的因素較多，主要包括組成巖體的巖性、結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征及荷載條件、試件尺寸、試驗(yàn)方法和溫度等。特征及荷載條件、試件尺寸、試驗(yàn)方法和溫度等。q結(jié)構(gòu)面的影響包括結(jié)構(gòu)面方位、密度、充填特征及其組合關(guān)系等方面的結(jié)構(gòu)面的影響包括結(jié)構(gòu)面方位、密度、充填特征及其組合關(guān)系等方面的影響，統(tǒng)稱(chēng)為結(jié)構(gòu)效應(yīng)。影響，統(tǒng)稱(chēng)為結(jié)構(gòu)效應(yīng)?？傋冃慰傋冃螐椥宰冃螐椥宰冃谓Y(jié)構(gòu)面走向結(jié)構(gòu)面走向 變