巖石力學(xué)第二章 巖體力學(xué)性質(zhì)

巖石力學(xué)

遼寧科技大學(xué)RockMechanics編輯ppt第二章巖體力學(xué)性質(zhì)編輯ppt2.1巖石與巖體編輯ppt一、巖石與巖體的概念構(gòu)造:組成成分的空間分布及其相互間排列關(guān)系

礦物：存在地殼中的具有一定化學(xué)成分和物理性質(zhì)的自然元素和化合物。結(jié)構(gòu)：組成巖石的物質(zhì)成分、顆粒大小和形狀以及其相互結(jié)合的情況。

巖石：巖石是自然界中各種礦物的集合體，是天然地質(zhì)作用的產(chǎn)物。編輯ppt巖體=巖塊+結(jié)構(gòu)面

巖體結(jié)構(gòu)面巖塊結(jié)構(gòu)面：斷面、節(jié)理、層理、、片理、不整合面等。巖石分類變質(zhì)巖：不穩(wěn)定與變質(zhì)程度和原巖性質(zhì)有關(guān)巖漿巖：強(qiáng)度高、均質(zhì)性好沉積巖：強(qiáng)度不穩(wěn)定，各向異性一、巖石與巖體的概念編輯ppt巖體是地質(zhì)體，它經(jīng)歷過多次反復(fù)地質(zhì)作用，經(jīng)受過變形，遭受過破壞，形成一定的巖石成分和結(jié)構(gòu)，賦存于一定的地質(zhì)環(huán)境中。巖體力學(xué)性質(zhì)：巖體抵抗外力作用的能力。包括巖體的穩(wěn)定性特征、強(qiáng)度特征和變形特征，由巖石、結(jié)構(gòu)面和賦存條件決定的。試件尺寸增大而降低工程開挖與結(jié)構(gòu)面空間組合環(huán)境因素影響而變巖體力學(xué)性質(zhì)一、巖石與巖體的概念編輯ppt影響巖體力學(xué)性質(zhì)的基本因素：1、結(jié)構(gòu)體(巖石)力學(xué)性質(zhì)；2、結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)；3、巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)效應(yīng)和環(huán)境因素，特別是水和地應(yīng)力的作用。一、巖石與巖體的概念編輯ppt巖體內(nèi)存在各種地質(zhì)界面，它包括物質(zhì)分異面和不連續(xù)面，如斷層、層理、節(jié)理、片理、假整合、不整合和褶皺等。這些不同成因、不同特性的地質(zhì)界面統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)面(弱面)。一、巖石與巖體的概念編輯ppt

結(jié)構(gòu)面(弱面)在橫向延展上具有面的幾何特性，常充填有一定物質(zhì)、具有一定厚度。節(jié)理和裂隙是由兩個面及面間的水或氣組成；斷層及層間錯動面是由上下盤兩個面及面間充填的斷層泥和水構(gòu)成的實(shí)體組成。一、巖石與巖體的概念編輯ppt一、巖石與巖體的概念編輯ppt二、結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)體：結(jié)構(gòu)面依其本身的產(chǎn)狀，彼此組合將巖體切割成形態(tài)不一、大小不等以及成分各異的巖石塊體，被各種結(jié)構(gòu)面切割而成的巖石塊體稱為結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)體有塊狀、柱狀、板狀及菱形、楔形和錐形體等，如果風(fēng)化強(qiáng)烈或擠壓破碎嚴(yán)重，也可形成碎屑狀、顆粒狀和鱗片狀等。編輯ppt二、結(jié)構(gòu)體編輯ppt二、結(jié)構(gòu)體編輯ppt三、巖體結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)面稱為巖體結(jié)構(gòu)單元或巖體結(jié)構(gòu)要素。不同類型的巖體結(jié)構(gòu)單元在巖體內(nèi)的組合、排列形式稱為巖體結(jié)構(gòu)。巖體結(jié)構(gòu)單元可劃分為兩類四種，四種結(jié)構(gòu)單元在巖體內(nèi)組合、排列形式不同，構(gòu)成不同的巖體結(jié)構(gòu)。巖體結(jié)構(gòu)單元堅硬結(jié)構(gòu)面(干凈的)軟弱結(jié)構(gòu)面(夾泥的夾層)塊狀結(jié)構(gòu)體(短軸的)板狀結(jié)構(gòu)體(長厚比大于15）結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)體編輯ppt四、結(jié)構(gòu)體的作用結(jié)構(gòu)體(巖石)對巖體力學(xué)性質(zhì)的影響，通過結(jié)構(gòu)體的力學(xué)性質(zhì)來表征。在某種情況下結(jié)構(gòu)體對巖體力學(xué)性質(zhì)和力學(xué)作用具有控制作用，在結(jié)構(gòu)體強(qiáng)度很高時主要是結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)決定巖體的力學(xué)性質(zhì)。編輯ppt五、巖體賦存環(huán)境

巖體的賦存環(huán)境：包括地應(yīng)力、地下水和地溫三部分，對巖體的力學(xué)性質(zhì)有重要的影響。地應(yīng)力具有雙重性，一方面它是巖體的賦存條件，另一方面又賦存于巖體之內(nèi)，和巖體組成成分一樣左右著巖體的特性，是巖體力學(xué)特性的組成成分。編輯ppt六、地應(yīng)力的影響地應(yīng)力對巖體力學(xué)性質(zhì)的影響：①、地應(yīng)力影響巖體的承載能力，對賦存于一定地應(yīng)力環(huán)境中的巖體來說，地應(yīng)力對巖體形成的圍壓越大，其承載能力越大。②、地應(yīng)力影響巖體的變形和破壞機(jī)制，許多低圍壓下呈脆性破壞的巖石在高圍壓下呈剪塑性變形，這種變形和破壞機(jī)制的變化說明巖體賦存的條件不同，巖體的本構(gòu)關(guān)系也不同。編輯ppt③、地應(yīng)力影響巖體中的應(yīng)力傳播的法則，嚴(yán)格來說巖體是非連續(xù)介質(zhì)，但由于巖塊間存在摩擦作用，賦存于高應(yīng)力地區(qū)的巖體，在地應(yīng)力圍壓的作用下則變?yōu)榫哂羞B續(xù)介質(zhì)特征的巖體，即地應(yīng)力可以使不連續(xù)變形的巖體轉(zhuǎn)化為連續(xù)變形的巖體。六、地應(yīng)力的影響編輯ppt第2.1節(jié)結(jié)束，謝謝！編輯ppt2.2巖體結(jié)構(gòu)基本類型編輯ppt一、巖體結(jié)構(gòu)分類依據(jù)①第一依據(jù)—結(jié)構(gòu)面類型，它規(guī)定結(jié)構(gòu)級序軟弱結(jié)構(gòu)面——I級巖體結(jié)構(gòu)堅硬結(jié)構(gòu)面——Ⅱ級巖體結(jié)構(gòu)巖體結(jié)構(gòu)單元有結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體兩種基本要素，結(jié)構(gòu)面分軟弱結(jié)構(gòu)面和堅硬結(jié)構(gòu)面兩類，結(jié)構(gòu)體按力學(xué)作用可歸并為塊狀結(jié)構(gòu)體和板狀結(jié)構(gòu)體兩大類。它們在巖體內(nèi)不同組合、排列構(gòu)成不同類型的巖體結(jié)構(gòu)。編輯ppt一、巖體結(jié)構(gòu)分類依據(jù)②、第二依據(jù)——結(jié)構(gòu)面切割程度及結(jié)構(gòu)體類型，它規(guī)定巖體結(jié)構(gòu)基本類型過渡型巖體結(jié)構(gòu)：軟硬結(jié)構(gòu)面混雜、結(jié)構(gòu)面無序狀排列—散體結(jié)構(gòu)Ⅰ級巖體結(jié)構(gòu)Ⅱ級巖體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)面貫通切割—碎裂結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)面斷續(xù)切割—斷續(xù)結(jié)構(gòu)無顯結(jié)構(gòu)面切割—完整結(jié)構(gòu)塊狀結(jié)構(gòu)體—塊裂結(jié)構(gòu)板狀結(jié)構(gòu)體—板裂結(jié)構(gòu)編輯ppt一、巖體結(jié)構(gòu)分類依據(jù)塊狀的——塊狀碎裂結(jié)構(gòu)層狀的——層狀碎裂結(jié)構(gòu)③、亞類劃分依據(jù)：亞類的劃分主要是依據(jù)巖體的原生結(jié)構(gòu)，例如碎裂結(jié)構(gòu)可劃分為：編輯ppt二、巖體結(jié)構(gòu)分類方案根據(jù)結(jié)構(gòu)面對巖體力學(xué)性質(zhì)的影響程度以及分類依據(jù)，可以將巖體結(jié)構(gòu)劃分I級的塊裂結(jié)構(gòu)、板裂結(jié)構(gòu)，Ⅱ級的完整結(jié)構(gòu)、斷續(xù)結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)及過渡類型的散體結(jié)構(gòu)。六種巖體結(jié)構(gòu)類型是比較典型的，而實(shí)際的巖體是比較復(fù)雜的，巖體結(jié)構(gòu)劃分時需要有一種模糊的觀點(diǎn)，只能擇其趨向性而定，這也是巖體力學(xué)性質(zhì)具有不確定性表現(xiàn)的一個方面。編輯ppt二、巖體結(jié)構(gòu)分類方案級序結(jié)構(gòu)類型劃分依據(jù)亞類劃分依據(jù)ⅠⅠ1塊裂結(jié)構(gòu)多組軟弱結(jié)構(gòu)面切割，塊狀結(jié)構(gòu)體塊狀塊裂結(jié)構(gòu)原生巖體結(jié)構(gòu)呈塊狀層狀塊裂結(jié)構(gòu)原生巖體結(jié)構(gòu)呈層狀Ⅰ2板裂結(jié)構(gòu)一組軟弱結(jié)構(gòu)面切割，板狀結(jié)構(gòu)體塊狀板裂結(jié)構(gòu)原生巖體結(jié)構(gòu)呈塊狀層狀板裂結(jié)構(gòu)原生巖體結(jié)構(gòu)呈層狀ⅡⅡ1完整結(jié)構(gòu)無顯結(jié)構(gòu)面切割塊狀完整結(jié)構(gòu)原生巖體結(jié)構(gòu)呈塊狀板狀完整結(jié)構(gòu)原生巖體結(jié)構(gòu)呈層狀Ⅱ2斷續(xù)結(jié)構(gòu)顯結(jié)構(gòu)面斷續(xù)切割塊狀斷續(xù)結(jié)構(gòu)原生巖體結(jié)構(gòu)呈塊狀層狀斷續(xù)結(jié)構(gòu)原生巖體結(jié)構(gòu)呈層狀Ⅱ3碎裂結(jié)構(gòu)堅硬結(jié)構(gòu)面貫通切割，結(jié)構(gòu)體為塊狀塊狀碎裂結(jié)構(gòu)原生巖體結(jié)構(gòu)呈塊狀層狀碎裂結(jié)構(gòu)原生巖體結(jié)構(gòu)呈層狀過渡型散體結(jié)構(gòu)軟硬結(jié)構(gòu)面混雜結(jié)構(gòu)面無序分布碎屑狀散體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體為角礫，原生巖體結(jié)構(gòu)特征已消失糜棱化散體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體為糜棱質(zhì)，原生巖體結(jié)構(gòu)特征已消失巖體結(jié)構(gòu)類型表編輯ppt三、巖體結(jié)構(gòu)的地質(zhì)特征1、完整結(jié)構(gòu)巖體完整結(jié)構(gòu)巖體多半是碎裂結(jié)構(gòu)巖體中結(jié)構(gòu)面被后生作用愈合而成。后生愈合有兩種，其一為壓力愈合，其二為膠結(jié)愈合，具有粘性成分物質(zhì)，如粘土巖、長石質(zhì)、石灰質(zhì)礦物成分組成的巖體。編輯ppt三、巖體結(jié)構(gòu)的地質(zhì)特征

中國科學(xué)研究院地質(zhì)研究所巖體結(jié)構(gòu)分類名稱結(jié)構(gòu)面間距／cm完整性系數(shù)I主要結(jié)構(gòu)面級別主要結(jié)構(gòu)面類型主要結(jié)構(gòu)面摩擦系數(shù)f巖塊濕抗壓強(qiáng)度／MPa整體結(jié)構(gòu)>100>O.75存在Ⅳ，V級剛性結(jié)構(gòu)面>0.60>60編輯ppt三、巖體結(jié)構(gòu)的地質(zhì)特征2、塊裂結(jié)構(gòu)巖體塊裂結(jié)構(gòu)巖體是多組或至少有—組軟弱結(jié)構(gòu)面切割及堅硬結(jié)構(gòu)面參與切割成塊狀結(jié)構(gòu)體的高級序巖體結(jié)構(gòu)。編輯ppt三、巖體結(jié)構(gòu)的地質(zhì)特征

中國科學(xué)研究院地質(zhì)研究所巖體結(jié)構(gòu)分類名稱結(jié)構(gòu)面間距／cm完整性系數(shù)I主要結(jié)構(gòu)面級別主要結(jié)構(gòu)面類型主要結(jié)構(gòu)面摩擦系數(shù)f巖塊濕抗壓強(qiáng)度／MPa塊狀結(jié)構(gòu)100～500.75～0.35以Ⅳ、V級為主剛性結(jié)構(gòu)面局部為破碎結(jié)構(gòu)面0.4～0.6>30—般大于60編輯ppt三、巖體結(jié)構(gòu)的地質(zhì)特征

塊裂結(jié)構(gòu)巖體的結(jié)構(gòu)體：（1）、由巖漿巖、變質(zhì)巖及厚層大理巖、灰?guī)r、砂巖等塊狀原生結(jié)構(gòu)巖體構(gòu)成；（2）、由薄至中厚層沉積巖，層狀淺變質(zhì)巖及巖漿噴出巖等層狀原生結(jié)構(gòu)巖體組成；

塊裂結(jié)構(gòu)巖體的軟弱結(jié)構(gòu)面主要為斷層，層間錯動也是重要的軟弱結(jié)構(gòu)面之一，參與切割的堅硬結(jié)構(gòu)面一般延展較長，多數(shù)為錯動過的堅硬結(jié)構(gòu)面。編輯ppt三、巖體結(jié)構(gòu)的地質(zhì)特征3、板裂結(jié)構(gòu)巖體主要發(fā)育于經(jīng)過褶皺作用的層狀巖體內(nèi)，受一組軟弱結(jié)構(gòu)面切割，結(jié)構(gòu)體呈板狀。軟弱結(jié)構(gòu)面主要為層間錯動面或塊狀原生結(jié)構(gòu)巖體內(nèi)的似層間錯動面，結(jié)構(gòu)體多數(shù)為組合板狀結(jié)構(gòu)體，有的亦為完整板狀結(jié)構(gòu)體。編輯ppt三、巖體結(jié)構(gòu)的地質(zhì)特征

中國科學(xué)研究院地質(zhì)研究所巖體結(jié)構(gòu)分類名稱結(jié)構(gòu)面間距／cm完整性系數(shù)I主要結(jié)構(gòu)面級別主要結(jié)構(gòu)面類型主要結(jié)構(gòu)面摩擦系數(shù)f巖塊濕抗壓強(qiáng)度／MPa層狀結(jié)構(gòu)50～300.6～0.3以Ⅲ，Ⅳ級為主剛性結(jié)構(gòu)面柔性結(jié)構(gòu)面0.3～0.5>30編輯ppt三、巖體結(jié)構(gòu)的地質(zhì)特征4、碎裂結(jié)構(gòu)巖體碎裂結(jié)構(gòu)巖體盡管可以劃分為塊狀碎裂結(jié)構(gòu)巖體及層狀碎裂結(jié)構(gòu)巖體兩種亞類，但它們的共同點(diǎn)是切割巖體的結(jié)構(gòu)面是有規(guī)律的，即主要為原生結(jié)構(gòu)面及構(gòu)造結(jié)構(gòu)面。編輯ppt三、巖體結(jié)構(gòu)的地質(zhì)特征

中國科學(xué)研究院地質(zhì)研究所巖體結(jié)構(gòu)分類名稱結(jié)構(gòu)面間距／cm完整性系數(shù)I主要結(jié)構(gòu)面級別主要結(jié)構(gòu)面類型主要結(jié)構(gòu)面摩擦系數(shù)f巖塊濕抗壓強(qiáng)度／MPa碎裂結(jié)構(gòu)<50<0.30破碎結(jié)構(gòu)面0.16～0.40<30編輯ppt三、巖體結(jié)構(gòu)的地質(zhì)特征碎裂結(jié)構(gòu)主要形成于巖漿巖侵入體、深變質(zhì)的片麻巖、混合巖、大理巖、石英巖及層理不明顯的巨厚層灰?guī)r、砂巖等巖體內(nèi)。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)體塊度大，大多為1～2m，但塊度較均勻，層狀碎裂結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是塊度小，其塊度與巖層厚度有關(guān)，淺海相及海陸交互相沉積巖多數(shù)為這種結(jié)構(gòu)，有時還可分為一種鑲嵌狀碎裂結(jié)構(gòu)，多發(fā)育于強(qiáng)烈構(gòu)造作用區(qū)內(nèi)的硬脆性巖體內(nèi)，結(jié)構(gòu)面組數(shù)多，結(jié)構(gòu)面組數(shù)多于5組時可形成這種結(jié)構(gòu)。編輯ppt三、巖體結(jié)構(gòu)的地質(zhì)特征5、斷續(xù)結(jié)構(gòu)巖體斷續(xù)結(jié)構(gòu)巖體特點(diǎn)是顯結(jié)構(gòu)面不連續(xù)，對巖體切而不斷，個別部分亦有連續(xù)貫通結(jié)構(gòu)，但這種部位很少，多數(shù)為不連續(xù)切割，形不成結(jié)構(gòu)體。在力學(xué)上來說，宏觀上具有連續(xù)介質(zhì)特點(diǎn)，微觀上多數(shù)不連續(xù)，應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，這種應(yīng)力集中對巖體破壞具有特殊意義，斷裂力學(xué)判據(jù)對這種巖體也具有特殊意義。編輯ppt三、巖體結(jié)構(gòu)的地質(zhì)特征6、散體結(jié)構(gòu)散體結(jié)構(gòu)有兩種亞類：①碎屑狀散體結(jié)構(gòu)巖體；②糜棱化散體結(jié)構(gòu)巖體。碎屑狀散體結(jié)構(gòu)巖體的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)面無序分布，結(jié)構(gòu)面中有軟弱的、也有堅硬的。結(jié)構(gòu)體主要為角礫，角礫中常充填夾雜有泥質(zhì)成分。編輯ppt三、巖體結(jié)構(gòu)的地質(zhì)特征糜棱化散體結(jié)構(gòu)巖體主要指斷層泥而言。斷層泥主要是由糜棱巖風(fēng)化而成，而糜棱巖主要為壓力愈合連結(jié)，當(dāng)壓力卸去后，又轉(zhuǎn)化為糜棱巖粉，糜棱巖體風(fēng)化后便轉(zhuǎn)化為斷層泥。編輯ppt三、巖體結(jié)構(gòu)的地質(zhì)特征

中國科學(xué)研究院地質(zhì)研究所巖體結(jié)構(gòu)分類名稱結(jié)構(gòu)面間距／cm完整性系數(shù)I主要結(jié)構(gòu)面級別主要結(jié)構(gòu)面類型主要結(jié)構(gòu)面摩擦系數(shù)f巖塊濕抗壓強(qiáng)度／MPa散體結(jié)構(gòu)<0.20節(jié)理密集呈無序狀分布，表現(xiàn)為泥包塊或塊夾泥<0.20無實(shí)際意義編輯ppt三、巖體結(jié)構(gòu)類型分類巖體結(jié)構(gòu)類型巖體完整性主要結(jié)構(gòu)面及其抗剪特性巖塊濕抗壓強(qiáng)度／10Pa類亞類結(jié)構(gòu)面間距／cm完整性系數(shù)I級別*類型主要結(jié)構(gòu)面摩擦系數(shù)f代號名稱代號名稱Ⅰ整體塊狀結(jié)構(gòu)Ⅰ1整體結(jié)構(gòu)>100>0.75存在Ⅳ，V級剛性結(jié)構(gòu)面>0.60>600Ⅰ2塊狀結(jié)構(gòu)100～500.75～0.35以Ⅳ、V級為主剛性結(jié)構(gòu)面局部為破碎結(jié)構(gòu)面0.4～0.6>300，—般大于600Ⅱ?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)Ⅱ1層狀結(jié)構(gòu)50～300.6～0.3以Ⅲ，Ⅳ級為主剛性結(jié)構(gòu)面柔性結(jié)構(gòu)面0.3～0.5>300Ⅱ2薄層狀結(jié)構(gòu)＜30<0.40以Ⅲ，Ⅳ級顯著柔軟結(jié)構(gòu)面0.30～O.40300～100Ⅲ碎裂結(jié)構(gòu)Ⅲ1鑲嵌結(jié)構(gòu)<50<0.36Ⅳ，V級密集剛性結(jié)構(gòu)面破碎結(jié)構(gòu)面0.40～0.60>600Ⅲ2層狀碎裂結(jié)構(gòu)<50（骨架巖層中較大)<0.40Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ級均發(fā)育泥化結(jié)構(gòu)面0.20～0.40<300，骨架巖層在300上下Ⅲ3碎裂結(jié)構(gòu)<50<0.30破碎結(jié)構(gòu)面0.16～0.40<300Ⅳ散體結(jié)構(gòu)<0.20節(jié)理密集呈無序狀分布，表現(xiàn)為泥包塊或塊夾泥<0.20無實(shí)際意義編輯ppt三、巖體結(jié)構(gòu)類型分類巖體結(jié)構(gòu)類型巖體完整性主要結(jié)構(gòu)面及其抗剪特性巖塊濕抗壓強(qiáng)度／10Pa類亞類結(jié)構(gòu)面間距／cm完整性系數(shù)I級別*類型主要結(jié)構(gòu)面摩擦系數(shù)f代號名稱代號名稱Ⅰ整體塊狀結(jié)構(gòu)Ⅰ1整體結(jié)構(gòu)>100>0.75存在Ⅳ，V級剛性結(jié)構(gòu)面>0.60>600Ⅰ2塊狀結(jié)構(gòu)100～500.75～0.35以Ⅳ、V級為主剛性結(jié)構(gòu)面局部為破碎結(jié)構(gòu)面0.4～0.6>300，—般大于600Ⅱ?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)Ⅱ1層狀結(jié)構(gòu)50～300.6～0.3以Ⅲ，Ⅳ級為主剛性結(jié)構(gòu)面柔性結(jié)構(gòu)面0.3～0.5>300Ⅱ2薄層狀結(jié)構(gòu)＜30<0.40以Ⅲ，Ⅳ級顯著柔軟結(jié)構(gòu)面0.30～O.40300～100Ⅲ碎裂結(jié)構(gòu)Ⅲ1鑲嵌結(jié)構(gòu)<50<0.36Ⅳ，V級密集剛性結(jié)構(gòu)面破碎結(jié)構(gòu)面0.40～0.60>600Ⅲ2層狀碎裂結(jié)構(gòu)<50（骨架巖層中較大)<0.40Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ級均發(fā)育泥化結(jié)構(gòu)面0.20～0.40<300，骨架巖層在300上下Ⅲ3碎裂結(jié)構(gòu)<50<0.30破碎結(jié)構(gòu)面0.16～0.40<300Ⅳ散體結(jié)構(gòu)<0.20節(jié)理密集呈無序狀分布，表現(xiàn)為泥包塊或塊夾泥<0.20無實(shí)際意義編輯ppt四、巖體結(jié)構(gòu)的相對性工程巖體結(jié)構(gòu)的唯一性巖體結(jié)構(gòu)分類的最終目的在于為巖石工程的建設(shè)服務(wù)，對于工程巖體而言，由于工程規(guī)模和尺寸的變化，巖體結(jié)構(gòu)也發(fā)生相對變化，具有相對性。編輯ppt三、巖體結(jié)構(gòu)的地質(zhì)特征編輯ppt四、巖體結(jié)構(gòu)的相對性工程巖體結(jié)構(gòu)的唯一性巖體結(jié)構(gòu)是相對的，只有在確定的地質(zhì)條件和工程尺寸條件下，工程巖體結(jié)構(gòu)才是唯一確定的，工程巖體結(jié)構(gòu)不同，巖體的力學(xué)機(jī)制和工程的穩(wěn)定性分析方法是不一樣的。編輯ppt第2.2節(jié)結(jié)束，謝謝！編輯ppt2.3巖體結(jié)構(gòu)面及充填特征編輯ppt結(jié)構(gòu)面是具有一定方向、延展較大而厚度較小的二維面狀地質(zhì)界面。主要包括斷層、節(jié)理、層理、片理、軟弱夾層、巖層界面、不整合面等。結(jié)構(gòu)面在巖體中的變化非常復(fù)雜，結(jié)構(gòu)面的存在使巖體顯示構(gòu)造上的不連續(xù)性和不均質(zhì)性。一、巖體結(jié)構(gòu)面編輯ppt巖石受力發(fā)生變形達(dá)到一定程度，使巖石的連續(xù)完整性受到破壞，產(chǎn)生各種大小不一的破裂面，稱為斷裂構(gòu)造。節(jié)理：巖石發(fā)生斷裂時，沿斷裂面沒有顯著位移的斷裂稱為節(jié)理（裂隙）

斷層：巖石發(fā)生斷裂時，沿斷裂面有顯著位移的稱為斷層。

斷裂構(gòu)造3一、巖體結(jié)構(gòu)面編輯ppt3一、巖體結(jié)構(gòu)面編輯ppt3一、巖體結(jié)構(gòu)面編輯ppt3一、巖體結(jié)構(gòu)面編輯ppt二、結(jié)構(gòu)面的類型及特征根據(jù)結(jié)構(gòu)面的形成原因，通常分為三種類型：原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面和次生結(jié)構(gòu)面。1、原生結(jié)構(gòu)面

包括所有在成巖階段所形成的結(jié)構(gòu)面。根據(jù)巖石成因不同，可分為沉積結(jié)構(gòu)面、火成結(jié)構(gòu)面及變質(zhì)結(jié)構(gòu)面三類。編輯ppt原生節(jié)理：巖石形成過程中產(chǎn)生的節(jié)理。由于巖漿巖冷凝收縮或沉積巖在形成時由于脫水形成的。如玄武巖的柱狀節(jié)理

二、結(jié)構(gòu)面的類型及特征（1）沉積結(jié)構(gòu)面沉積結(jié)構(gòu)面是沉積巖在成巖作用過程中形成的各種地質(zhì)界面。成因地質(zhì)類型主要特征原生結(jié)構(gòu)面沉積結(jié)構(gòu)面層面、層理、沉積間斷面（不整合面、假整合面）、原生軟弱夾層1.產(chǎn)狀與巖層一致，隨巖層變化而變化，為層間結(jié)構(gòu)面；2.一般呈層狀分布，延展性強(qiáng)，海相沉積中分布穩(wěn)定，陸相及濱海相沉積中易于尖滅，形成透鏡體、扁豆體，原生層面具波浪起伏狀；3.一般層面結(jié)合良好，層面新鮮時只能顯示黯淡或者黑白條紋，風(fēng)化后才能剝開，若經(jīng)后期構(gòu)造運(yùn)動常形成層間錯動帶；4.層面特征多樣，一般平整，常見有典型的泥裂、波痕、交錯層理、縫合線等，在沉積間斷面中常有古風(fēng)化殘積物5.層間軟弱物質(zhì)在構(gòu)造及地下水作用下易軟化，泥化，強(qiáng)度降低，對巖體穩(wěn)定不利。編輯ppt二、結(jié)構(gòu)面的類型及特征（2）火成結(jié)構(gòu)面火成結(jié)構(gòu)面為巖漿侵入、噴溢冷凝所形成的各種結(jié)構(gòu)面。成因地質(zhì)類型主要特征原生結(jié)構(gòu)面火成結(jié)構(gòu)面流層、流線、火山巖流接觸面、蝕變帶、擠壓破碎帶、原生節(jié)理1.產(chǎn)狀受巖體羽圍巖接觸面控制，隨侵入巖體或巖脈的形態(tài)而異；2.流層、流線在新鮮巖體中不易剝開，但經(jīng)風(fēng)化后易剝離或脫落，接觸面延伸較遠(yuǎn)，原生節(jié)理延續(xù)性不強(qiáng)，但往往密集；3.冷凝原生節(jié)理常常是平行或垂直接觸面的，為平緩或高傾角張裂面，較不平整，且粗糙。在淺成巖體及火山巖巖體內(nèi)常發(fā)育有特殊的節(jié)理及柱狀節(jié)理；4.火山巖流間充填物松散，原生節(jié)理常被軟弱物質(zhì)填充，對穩(wěn)定不利；5.蝕變帶和擠壓破碎帶的形態(tài)、產(chǎn)狀、規(guī)模及特性均受侵入巖體及圍巖性質(zhì)所控制。編輯ppt二、結(jié)構(gòu)面的類型及特征（3）變質(zhì)結(jié)構(gòu)面巖體在變質(zhì)作用過程中所形成的結(jié)構(gòu)面。成因地質(zhì)類型主要特征原生結(jié)構(gòu)面變質(zhì)結(jié)構(gòu)面片理、板理、剝理、軟弱夾層1.產(chǎn)狀與巖層一致，或受其控制；2.片理面延展性較差，一般分布密集3.片理結(jié)構(gòu)面光滑，但形態(tài)是波浪起伏的。在新鮮巖體中片理面多呈閉合狀，但一般能剝開，片理面常呈凹凸不平狀，面粗糙；4.軟弱夾層中主要是片狀礦物，如黑云母、綠泥石、滑石等富集帶，抗剪強(qiáng)度低，是巖體中的薄弱部位。編輯ppt二、結(jié)構(gòu)面的類型及特征2、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面各類巖體在構(gòu)造運(yùn)動作用下形成的各種結(jié)構(gòu)面，如節(jié)理、斷層、劈理、層間錯動面等。成因類型地質(zhì)類型主要特征構(gòu)造結(jié)構(gòu)面劈理為短小、密集的剪切破裂面，影響局部地段巖體的完整性及強(qiáng)度層間破碎層1.在層狀巖體中沿軟弱夾層發(fā)育，產(chǎn)狀與巖層一致；2.一般呈層狀分布，延展性較強(qiáng)，有時也呈透鏡狀或尖滅3.結(jié)構(gòu)面物質(zhì)破碎，呈鱗片狀，含泥質(zhì)物，呈條帶狀分布編輯ppt構(gòu)造節(jié)理：地殼運(yùn)動過程中受構(gòu)造作用力而產(chǎn)生，是在自然界最廣泛存在的一種節(jié)理。按其力學(xué)成因又分成兩類，即：張節(jié)理和剪節(jié)理。剪節(jié)理：當(dāng)巖石中所受的最大剪應(yīng)力達(dá)到并超過巖石的抗剪強(qiáng)度時就會產(chǎn)生剪節(jié)理。方向與最大剪應(yīng)力方向一致。

剪節(jié)理的特點(diǎn)：常是閉合的節(jié)理面平直光滑節(jié)理面上常有小擦痕或小的磨光面節(jié)理面常切穿粗砂和礫石沿走向和傾向延伸較遠(yuǎn)，產(chǎn)狀比較穩(wěn)定張節(jié)理：由張應(yīng)力作用形成，節(jié)理大致垂直最大張應(yīng)力方向。

張節(jié)理的特點(diǎn)：常是張開的節(jié)理面凹凸不平?jīng)]有擦痕和擦光面等.穿過粗碎屑巖時常繞過粗砂和礫石沿走向、傾向延伸不遠(yuǎn)沿其尖滅方向追索會斷續(xù)再現(xiàn)常被脈體充填斷層要素：斷層面：把巖石分成兩個斷塊，且沿該面兩邊斷塊發(fā)生了顯著位移。其產(chǎn)狀用產(chǎn)狀三要素表示。斷層面可以是平面，也可以是曲面，有時是破碎帶斷層線：斷層面與地表的交線。即斷層在地表的出露線?？梢允侵本€，也可以是曲線。斷盤：被斷層面分開的兩側(cè)巖塊。對傾斜的斷層面，斷層面上面的稱上盤，下面的稱下盤。斷層面直立時：可根據(jù)斷層的運(yùn)動方向分為上升盤和下降盤。上盤下盤斷層面斷層

斷層是一種有明顯位移的

斷裂構(gòu)造二、結(jié)構(gòu)面的類型及特征成因類型地質(zhì)類型主要特征構(gòu)造結(jié)構(gòu)面斷層1.規(guī)模懸殊，有的深切巖石圈幾十公里，有的僅限于地表數(shù)十米，斷層為延續(xù)性較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)面，對巖體穩(wěn)定性的影響較大；2.大多數(shù)斷層為剪切作用所形成，也有為引張脆性破裂所形成；3.一般斷層帶內(nèi)都存在有構(gòu)造巖，如斷層巖、糜棱巖、角礫巖、壓碎巖，構(gòu)造巖后期被侵染、膠結(jié)，如方解石或石英脈網(wǎng)絡(luò)的形成，對巖體穩(wěn)定有利。編輯ppt二、結(jié)構(gòu)面的類型及特征3、次生結(jié)構(gòu)面在地表?xiàng)l件下由于外力(如風(fēng)化、地下水、卸荷、爆破等)的作用而形成的各種界面，如卸荷裂隙、爆破裂隙、風(fēng)化裂隙、風(fēng)化夾層及泥化夾層等。編輯ppt風(fēng)化節(jié)理：巖石受風(fēng)化作用產(chǎn)生的節(jié)理或裂隙二、結(jié)構(gòu)面的類型及特征成因類型地質(zhì)類型主要特征次生結(jié)構(gòu)面卸荷裂隙1.產(chǎn)狀與臨空面有關(guān)，一般近水平，多為曲折不連續(xù)狀態(tài)；2.延續(xù)性不強(qiáng)，常在地表20～40m內(nèi)發(fā)育；3.結(jié)構(gòu)面粗糙不平，常張開，充填物有氣、水、泥質(zhì)碎屑，寬窄不一，變化多樣。爆破裂隙1.這種裂隙在邊坡巖體中最為常見；2.產(chǎn)狀與邊坡走向近于平行，延展有一定范圍，視爆破力大小而異；3.多為張開型，松散、破碎，其狀態(tài)受上述各種結(jié)構(gòu)面及巖性控制，但一般多呈弧狀分布。風(fēng)化裂隙風(fēng)化夾層1.一般沿原生夾層和原有結(jié)構(gòu)面發(fā)育，短小密集，延續(xù)性弱，僅限于地表一定深度；2.風(fēng)化夾層產(chǎn)狀與巖層一致，在風(fēng)化帶內(nèi)延展性強(qiáng)；3.充填物質(zhì)松散、破碎，含泥質(zhì)物。泥化夾層1.產(chǎn)狀與巖層一致，沿軟弱巖層表部發(fā)育；2.延展性強(qiáng)，但各段泥化程度可能不一，視地下水作用條件而異；3.泥質(zhì)物多呈塑性狀態(tài)，甚至流態(tài)，強(qiáng)度低，是導(dǎo)致邊坡巖體失穩(wěn)破壞的常見因素。編輯ppt三、結(jié)構(gòu)面的分級結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度、規(guī)模大小、組合形式等是決定結(jié)構(gòu)體的形狀、方位、大小和控制巖體穩(wěn)定性的重要因素。而結(jié)構(gòu)面的規(guī)模是最重要的控制因素，結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度和規(guī)模一般劃分為五級。編輯ppt三、結(jié)構(gòu)面的分級1、I級結(jié)構(gòu)面一般泛指對區(qū)域構(gòu)造起控制作用的斷裂帶。級序分級依據(jù)地質(zhì)分類力學(xué)屬性對巖體穩(wěn)定性的作用Ⅰ級延伸數(shù)十公里，深度可切穿一個構(gòu)造層，破碎帶寬度在數(shù)米至數(shù)十米以上。主要指區(qū)域性深大斷裂或大斷裂。屬于軟弱結(jié)構(gòu)面，構(gòu)成獨(dú)立的力學(xué)介質(zhì)單元。影響區(qū)域穩(wěn)定性，山體穩(wěn)定性，如直接通過工程區(qū)，是巖體變形或破壞的控制條件，形成巖體力學(xué)作用邊界。編輯ppt編輯ppt三、結(jié)構(gòu)面的分級2、Ⅱ級結(jié)構(gòu)面一般指延展性強(qiáng)而寬度有限的地質(zhì)界面。級序分級依據(jù)地質(zhì)分類力學(xué)屬性對巖體穩(wěn)定性的作用Ⅱ級延伸數(shù)百米至數(shù)公里，破碎帶寬度比較窄，幾厘米至數(shù)米。主要包括不整合面、假整合面、原生軟弱夾層、層間錯動帶、斷層侵入接觸帶、風(fēng)化夾層等。屬于軟弱結(jié)構(gòu)面，形成塊裂邊界。控制山體穩(wěn)定性，與Ⅰ級結(jié)構(gòu)面可形成大規(guī)模的塊體破壞，即控制巖體變形和破壞方式。編輯ppt三、結(jié)構(gòu)面的分級編輯ppt三、結(jié)構(gòu)面的分級3、Ⅲ級結(jié)構(gòu)面一般為局部性斷裂構(gòu)造，主要指小斷層。級序分級依據(jù)地質(zhì)分類力學(xué)屬性對巖體穩(wěn)定性的作用Ⅲ級延展十米或數(shù)米，無破碎帶，面內(nèi)不含泥，有的具泥膜。僅在一個地質(zhì)時代的地層中分布，有時僅僅在某一種巖性中分布。各種類型的斷層、原生軟弱夾層、層間錯動帶等。多數(shù)屬于堅硬結(jié)構(gòu)面，少數(shù)屬軟弱結(jié)構(gòu)面?？刂茙r體的穩(wěn)定性，與Ⅰ，Ⅱ級結(jié)構(gòu)面組合可形成不同規(guī)模的塊體破壞。劃分Ⅱ類巖體結(jié)構(gòu)的重要依據(jù)。編輯ppt三、結(jié)構(gòu)面的分級4、Ⅳ級結(jié)構(gòu)面一般延展性較差，無明顯的寬度，主要指的是節(jié)理面。級序分級依據(jù)地質(zhì)分類力學(xué)屬性對巖體穩(wěn)定性的作用Ⅳ級延展數(shù)米，未錯動，不夾泥，有的呈弱結(jié)合狀態(tài)，統(tǒng)計結(jié)構(gòu)面。節(jié)理、劈理、片理、層理、卸荷裂隙、風(fēng)化裂隙等。堅硬結(jié)構(gòu)面巖體力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)的基礎(chǔ)。破壞巖體的完整性，與其他結(jié)構(gòu)面結(jié)合形成不同類型的邊坡破壞方式。編輯ppt三、結(jié)構(gòu)面的分級5、V級結(jié)構(gòu)面延展性甚差，無寬度之別，分布隨機(jī)，是為數(shù)甚多的細(xì)小的結(jié)構(gòu)面。級序分級依據(jù)地質(zhì)分類力學(xué)屬性對巖體穩(wěn)定性的作用Ⅴ級連續(xù)性極差，剛性接觸的細(xì)小或隱微裂面，統(tǒng)計結(jié)構(gòu)面微小節(jié)理，隱微裂隙和線理等。硬性結(jié)構(gòu)面分布隨機(jī)，降低巖塊的強(qiáng)度，是巖塊力學(xué)性質(zhì)效應(yīng)基礎(chǔ)。若十分密集，又因風(fēng)化，可形成松散介質(zhì)。編輯ppt三、結(jié)構(gòu)面的分級從工程地質(zhì)測繪觀點(diǎn)，五個等級的結(jié)構(gòu)面可分為實(shí)測結(jié)構(gòu)面和統(tǒng)計結(jié)構(gòu)面兩大類。實(shí)測結(jié)構(gòu)面是經(jīng)過野外地質(zhì)測繪工作，按其結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀及其具體位置，直接表示在不同比例尺的工程地質(zhì)圖上。統(tǒng)計結(jié)構(gòu)面，只能在野外有明顯的巖層露頭地點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計，經(jīng)過室內(nèi)作結(jié)構(gòu)面密度統(tǒng)計圖，認(rèn)識其統(tǒng)計規(guī)律，它們不能直接反映在工程地質(zhì)圖上，但可轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)面的組合模型，反映在巖體結(jié)構(gòu)圖上。編輯ppt三、結(jié)構(gòu)面的分級結(jié)構(gòu)面分級實(shí)測結(jié)構(gòu)面I級結(jié)構(gòu)面Ⅱ級結(jié)構(gòu)面Ⅲ級結(jié)構(gòu)面Ⅳ級結(jié)構(gòu)面V級結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計結(jié)構(gòu)面編輯ppt四、結(jié)構(gòu)面狀態(tài)1、結(jié)構(gòu)面的貫通性在工程巖體范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)面按貫通性可分為非貫通性的、半貫通性的和貫通性的三種類型（1）非貫通性結(jié)構(gòu)面：即結(jié)構(gòu)面較短，不能貫通巖體或巖塊，但它的存在使巖體或巖塊強(qiáng)度降低，變形增大。編輯ppt四、結(jié)構(gòu)面狀態(tài)（2）半貫通性結(jié)構(gòu)面：結(jié)構(gòu)面有一定的長度，但尚不能貫通整個巖體或巖塊。（3）貫通性結(jié)構(gòu)面：結(jié)構(gòu)面連續(xù)長度貫通整個巖體，是構(gòu)成巖體、巖塊的邊界，它對巖體有較大的影響，破壞常受這種結(jié)構(gòu)面控制。編輯ppt四、結(jié)構(gòu)面狀態(tài)2、結(jié)構(gòu)面狀態(tài)的指標(biāo)與影響結(jié)構(gòu)面的狀態(tài)對巖體的工程性質(zhì)的影響是指結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、形態(tài)、延展尺度、發(fā)育程度和密集程度等對巖體強(qiáng)度和工程穩(wěn)定性的影響。

（1）、產(chǎn)狀：結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀對巖體是否沿某一結(jié)構(gòu)面滑動起控制作用（傾向、傾角）。編輯ppt三、結(jié)構(gòu)面的分級編輯ppt水平巖層：沉積物固結(jié)成巖石后，未受到強(qiáng)烈的水平運(yùn)動，只是升降運(yùn)動，因此，巖石仍保持水平狀態(tài)。巖層近于與水平面平行。傾斜巖層：由于地殼運(yùn)動，主要是水平運(yùn)動的結(jié)果使巖層改變了原始的狀態(tài)。巖層與水平面呈一定的角度斜交。直立巖層：由于地殼運(yùn)動的影響使地層直立。巖層與水平面垂直。產(chǎn)狀三要素：走向：巖層面與水平面之間的交線（

走向線）所指的方向

傾向：垂直于巖層的走向線做垂線（傾斜線），其在水平面上的投影叫傾向線，傾向線從高向低所指的方向叫傾向

傾角：傾向線與傾斜線之間的夾角叫傾角。傾角<5度時叫水平巖層傾角在5-90度之間時叫傾斜巖層傾角為90度時叫直立巖層巖層產(chǎn)狀的測定羅盤的構(gòu)造和使用節(jié)理的觀測與統(tǒng)計

節(jié)理觀測和統(tǒng)計的步驟1）觀測點(diǎn)的選擇露頭良好，出露面積在幾個平方米以上，如采石場等。2）節(jié)理性質(zhì)的研究根據(jù)節(jié)理面的特點(diǎn)等，研究節(jié)理的性質(zhì)，如是張性的還是剪性的。3）確定節(jié)理的性質(zhì)和共軛關(guān)系依據(jù)節(jié)理的交切和錯動關(guān)系，確定節(jié)理形成的相互順序，找出同屬于一期的一組節(jié)理，最好是一組共軛節(jié)理并測量其夾角，由此確定應(yīng)變橢球體的方向。在測量之前首先要對節(jié)理進(jìn)行分期和配套。節(jié)理的測量和登記對測點(diǎn)內(nèi)節(jié)理進(jìn)行測量和登記，內(nèi)容包括：測點(diǎn)編號，巖石特征，巖層產(chǎn)狀，節(jié)理面的產(chǎn)狀特征，節(jié)理面特征，節(jié)理的性質(zhì)，節(jié)理中的充填物，節(jié)理的交切關(guān)系，裂縫寬度等。節(jié)理的分期：判斷節(jié)理形成的時間關(guān)系。（據(jù)不同節(jié)理的交切關(guān)系）錯開（先后）限制（先后）互切（同時）節(jié)理的配套：把成因相同而又相互平行的一組節(jié)理構(gòu)成一個節(jié)理組，幾個有成因聯(lián)系的節(jié)理組構(gòu)成一個節(jié)理系。

后同期后節(jié)理觀測結(jié)果的室內(nèi)整理和節(jié)理統(tǒng)計圖節(jié)理玫瑰花圖走向玫瑰花圖：每5°或10°分組，統(tǒng)計每組的節(jié)理數(shù)和平均走向.在任一半徑的半圓上，射線方向代表節(jié)理平均走向，長度代表節(jié)理數(shù)（或百分?jǐn)?shù)），連接各端點(diǎn)即得走向玫瑰花圖。傾向玫瑰花圖：與走向玫瑰花圖類似，只是用一個整圓來做，射線方向代表平均傾向。132435437節(jié)理玫瑰花圖的作圖方法傾向玫瑰花圖：用一個整圓，射線方向代表節(jié)理平均傾向，長度代表節(jié)理數(shù)（或百分?jǐn)?shù)）。20條20條走向玫瑰花圖：用一個半圓，射線方向代表節(jié)理平均走向，長度代表節(jié)理數(shù)（或百分?jǐn)?shù)）。節(jié)理等密度圖：一般是在施密特網(wǎng)上（等面積網(wǎng)）上先做極點(diǎn)圖，然后中心密度計和邊緣密度計統(tǒng)計節(jié)理極點(diǎn)數(shù)（或百分?jǐn)?shù)）并標(biāo)于網(wǎng)格交叉點(diǎn)上，把相同數(shù)字的點(diǎn)用線連接起來即為等密度線。。節(jié)理等密度圖的作圖方法三、結(jié)構(gòu)面的分級編輯ppt四、結(jié)構(gòu)面狀態(tài)（2）、形態(tài)：決定結(jié)構(gòu)面抗滑力的大小，結(jié)構(gòu)面的起伏程度大、粗糙度高時，抗滑力就大（寬度、起伏度、粗糙度、充填物）。

編輯ppt四、結(jié)構(gòu)面狀態(tài)結(jié)構(gòu)面的充填物：

硬性結(jié)構(gòu)面：硅質(zhì)膠結(jié)的強(qiáng)度最高，鈣質(zhì)膠結(jié)較差，泥質(zhì)膠結(jié)的最差。軟弱結(jié)構(gòu)面，其充填物質(zhì)和含水量不同，力學(xué)性質(zhì)差別很大。

泥質(zhì)礦物：低濕度壓密狀態(tài)下的斷層泥:C=50～100KPa，Φ=17～20°；浸水后C＝5～20KPa，Φ角隨礦物成分變化很大；

蝕變礦物：在含水情況下Φ可低至3～5°，粘土礦物Φ可低至8～12°。

蒙脫土為主的粘土：含水量80％時，Φ接近零。編輯ppt四、結(jié)構(gòu)面狀態(tài)（3）、延展尺度：工程巖體范圍內(nèi)，延展尺度大的結(jié)構(gòu)面，完全控制了巖體的強(qiáng)度（跡長）（4）、密集程度：以巖體裂隙度K和切割度Xe表征巖體結(jié)構(gòu)面的密集程度。(目前多以線密度、面密度、體積密度、間距表示）編輯ppt四、結(jié)構(gòu)面狀態(tài)（3）、延展尺度：工程巖體范圍內(nèi)，延展尺度大的結(jié)構(gòu)面，完全控制了巖體的強(qiáng)度（跡長）（4）、密集程度：以巖體裂隙度K和切割度Xe表征巖體結(jié)構(gòu)面的密集程度。(目前多以線密度、面密度、體積密度、間距表示）LD裂隙間距與跡長定義測線間距跡長編輯ppt四、結(jié)構(gòu)面狀態(tài)巖體裂隙度K是指沿取樣線方向單位長度上的節(jié)理數(shù)量。（線密度）設(shè)取樣線長度為L，沿該長度內(nèi)出現(xiàn)的節(jié)理數(shù)量為n，則：沿取樣線方向節(jié)理的平均間距d為：編輯ppt四、結(jié)構(gòu)面狀態(tài)按裂隙度K的節(jié)理分類疏節(jié)理(0～1條/米）；密節(jié)理(1～10條/米）；非常密集節(jié)理(10～100條/米)；壓碎或糜棱化(100～1000條/米)。編輯ppt四、結(jié)構(gòu)面狀態(tài)切割度Xe是指巖體被節(jié)理割裂分離的程度。

巖體僅含—個節(jié)理時，沿節(jié)理面在巖體中取一個貫通整體的假想平直斷面，則節(jié)理面積a與斷面積A之比即為巖體的切割度。編輯ppt四、結(jié)構(gòu)面狀態(tài)如果沿巖體某斷面上同時存在面積為ai的n個節(jié)理面，則巖體沿斷面的切割度為：ADAD1AD3AD2連通率K：編輯ppt四、結(jié)構(gòu)面狀態(tài)巖體按切割度分類名稱Xe完整的0.1～0.2弱節(jié)理化0.2～0.4中等節(jié)理化0.4～0.6強(qiáng)節(jié)理化0.6～0.8完全節(jié)理化0.8～1.0編輯ppt第2.3節(jié)結(jié)束，謝謝！編輯ppt2.4結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)編輯ppt結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)主要包括三個方面：

1、法向壓縮變形；2、切向剪切變形；3、抗剪強(qiáng)度。編輯ppt一、法向變形在法向荷載作用下，巖石粗糙結(jié)構(gòu)面的接觸面積和接觸點(diǎn)數(shù)隨荷載增大而增加，結(jié)構(gòu)面間隙呈非線性減小，應(yīng)力與法向變形之間呈指數(shù)關(guān)系。編輯ppt一、法向變形Goodman(1974)通過試驗(yàn)，得出法向應(yīng)力σn與結(jié)構(gòu)面閉合量δn有如下關(guān)系：式中，ξ稱為原位壓力，由測量結(jié)構(gòu)面法向變形的初始條件決定；δmax是最大可能閉合量；s、t是與結(jié)構(gòu)面幾何待征、巖石力學(xué)性質(zhì)有關(guān)的兩個參數(shù)。編輯ppt一、法向變形

法向變形剛度Kn，反映結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生單位法向變形的法向應(yīng)力梯度，它不僅取決于巖石本身的力學(xué)性質(zhì)，更主要取決于粗糙結(jié)構(gòu)面接觸點(diǎn)數(shù)、接觸面積和結(jié)構(gòu)面兩側(cè)微凸體相互嚙合程度。通常情況下，法向變形剛度不是一個常數(shù),與應(yīng)力水平有關(guān)。編輯ppt一、法向變形Goodman(1974)的研究結(jié)果：式中：Kn0為結(jié)構(gòu)面初始剛度。編輯ppt一、法向變形Bandis等人(1984)通過對大量的天然、不同風(fēng)化程度和表面粗糙程度的非充填結(jié)構(gòu)面的試驗(yàn)研究，提出雙曲線型關(guān)系式：編輯ppt一、法向變形式中：JCS為單軸抗壓強(qiáng)度；JRC為結(jié)構(gòu)面的粗糙系數(shù)；A、B、C、D為常數(shù)，取決于結(jié)構(gòu)面的受載歷史。編輯ppt二、剪切變形1、對非充填粗糙結(jié)構(gòu)面，隨剪切變形發(fā)生，剪切應(yīng)力相對上升較快，當(dāng)達(dá)到剪應(yīng)力峰值后，結(jié)構(gòu)面抗剪能力出現(xiàn)較大的下降，并產(chǎn)生不規(guī)則的峰后變形(曲線A)或滯滑現(xiàn)象.在一定的法向應(yīng)力作用下，結(jié)構(gòu)面在剪切作用下產(chǎn)生切向變形。通常有兩種基本形式：編輯ppt2、對于平坦(或有充填物)的結(jié)構(gòu)面，初始階段的剪切變形曲線呈現(xiàn)下凹型，隨著剪切變形的持續(xù)發(fā)展，剪切應(yīng)力逐漸升高但沒有明顯的峰值出現(xiàn)，最終達(dá)恒定值，有時也出現(xiàn)剪切硬化(曲線B）。二、剪切變形編輯ppt剪切變形曲線從形式上可劃分成：彈性區(qū)---峰前應(yīng)力上升區(qū)；剪應(yīng)力峰值區(qū)；塑性區(qū)---峰后應(yīng)力降低區(qū)或恒應(yīng)力區(qū)。(Goodman，1974)。在結(jié)構(gòu)面剪切過程中，伴隨有微凸體的彈性變形、劈裂、磨粒的產(chǎn)生與遷移、結(jié)構(gòu)面的相對錯動等多種力學(xué)過程。因此，剪切變形一般是不可恢復(fù)的，即便在“彈性區(qū)”，剪切變形也不可能完全恢復(fù)。二、剪切變形編輯ppt二、剪切變形

剪切剛度Kt:通常將彈性區(qū)內(nèi)單位變形的應(yīng)力梯度稱為剪切剛度。根據(jù)Goodman(1974)研究結(jié)果式中，Kt0是初始剪切剛度，τs是產(chǎn)生較大剪切位移時的剪應(yīng)力漸近值。試驗(yàn)結(jié)果表明，較堅硬的結(jié)構(gòu)面，剪切剛度一般是常數(shù)；松軟結(jié)構(gòu)面，剪切剛度隨法向應(yīng)力的大小而改變。編輯ppt二、剪切變形結(jié)構(gòu)面簡化分析模型編輯ppt三、抗剪強(qiáng)度1、庫侖準(zhǔn)則從結(jié)構(gòu)面的變形分析可以看出，結(jié)構(gòu)面在剪切過程中的力學(xué)機(jī)制比較復(fù)雜，構(gòu)成結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度的因素是多方面的，大量試驗(yàn)結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度一般可以用庫侖準(zhǔn)則表述：編輯ppt三、抗剪強(qiáng)度凸臺模型的抗強(qiáng)度曲線編輯ppt三、抗剪強(qiáng)度2、巴頓（Barton)模型：試驗(yàn)表明，低法向應(yīng)力時的剪切，結(jié)構(gòu)面有剪切位移和剪脹；高法向應(yīng)力時，凸臺剪斷，結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度最終變成殘余抗剪強(qiáng)度。在剪切過程中，凸臺起伏形成的粗糙度以及巖石強(qiáng)度對結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度起著重要作用。Barton經(jīng)試驗(yàn)研究提出了考慮三個基本因素(法向力σn、粗糙度JRC、結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度JCS)的結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度公式。編輯ppt三、抗剪強(qiáng)度式中，JCS是結(jié)構(gòu)面的抗壓強(qiáng)度，φb是巖石表面的基本摩擦角，JRC為結(jié)構(gòu)面粗糙性系數(shù)。編輯ppt三、抗剪強(qiáng)度JRC值根據(jù)結(jié)構(gòu)面的粗糙性在0～20間變化，平坦近平滑結(jié)構(gòu)面為5，平坦起伏結(jié)構(gòu)面為10。粗糙起伏結(jié)構(gòu)面為20編輯ppt三、抗剪強(qiáng)度

3、結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的尺寸效應(yīng)Barton等(1982)用不同尺寸的結(jié)構(gòu)面的試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)結(jié)構(gòu)面的試塊長度從5～6cm增加到36～40cm時，平均峰值摩擦角降低8～12°。隨試塊面積增加，平均峰值剪切應(yīng)力呈減少趨勢。尺寸效應(yīng)還體現(xiàn)在以下幾個方面：①隨結(jié)構(gòu)面尺寸增大，達(dá)到峰值強(qiáng)度時的位移量增大②由于尺寸增加，剪切破壞形式由脆性破壞向延性轉(zhuǎn)化；③隨尺寸加大，峰值剪脹角減??；④隨結(jié)構(gòu)面粗糙度減小，尺寸效應(yīng)也在減小。編輯ppt三、抗剪強(qiáng)度4、變形歷史的影響

第一次進(jìn)行新鮮結(jié)構(gòu)面剪切試驗(yàn)時，試樣具有很高的抗剪強(qiáng)度，沿同一方向重復(fù)進(jìn)行到第7次剪切試驗(yàn)時，試樣還保留峰值與殘余值的區(qū)別，當(dāng)進(jìn)行到第15次時，已看不出峰值與殘余值的區(qū)別，說明在重復(fù)剪切過程中結(jié)構(gòu)面上凸臺被剪斷、磨損，巖粒、碎屑的產(chǎn)生與遷移，使結(jié)構(gòu)面的抗剪力學(xué)行為逐漸由凸臺粗糙度和起伏度控制轉(zhuǎn)化為由結(jié)構(gòu)面上碎巖屑的力學(xué)性質(zhì)所控制。編輯ppt三、抗剪強(qiáng)度5、結(jié)構(gòu)面充填物的影響結(jié)構(gòu)面內(nèi)充填物的厚度小于主力凸臺高度時，結(jié)構(gòu)面的抗剪性能與非充填時的力學(xué)特性相類似；結(jié)構(gòu)面充填厚度大于主力凸臺高度時，結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度取決于充填材料，充填物的厚度、顆粒大小與級配、礦物組分和含水程度都會對充填結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)有不同程度的影響。編輯ppt第2.4節(jié)結(jié)束，謝謝！編輯ppt2.5巖體的強(qiáng)度特性編輯ppt一、巖石的強(qiáng)度假設(shè)巖石服從莫爾-庫侖直線型強(qiáng)度準(zhǔn)則 1、坐標(biāo)下c破壞角：編輯ppt一、巖石的強(qiáng)度2、在坐標(biāo)下令則31c編輯ppt二、結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度假設(shè)節(jié)理面服從莫爾-庫侖直線型強(qiáng)度準(zhǔn)則編輯ppt二、結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度設(shè)節(jié)理的方向角為β。節(jié)理面上的應(yīng)力：滿足庫侖破壞準(zhǔn)則時沿節(jié)理面破壞編輯ppt三、單結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度效應(yīng)1、分析模型巖體中發(fā)育一組結(jié)構(gòu)面，假定AB面(指法線方向）與最大主應(yīng)力方向夾角為β。巖石強(qiáng)度為C0、Φ0；結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度為CJ、ΦJ。

13編輯ppt三、單結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度效應(yīng)三種可能破壞形式：（1）結(jié)構(gòu)面破壞；（2）巖塊破壞；（3）巖塊與結(jié)構(gòu)面同時破壞。

結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀對巖體的強(qiáng)度產(chǎn)生影響。編輯ppt

2、破壞方式的圖解判斷（1）、無論多少，巖體不破壞。=ntgj+cj=ntg+c3113三、單結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度效應(yīng)編輯ppt（2）12時沿結(jié)構(gòu)面破壞；（3）<1或>2時，既不沿結(jié)構(gòu)面破壞，也不切巖石破壞。13311221=ntgj+cj=ntg+c三、單結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度效應(yīng)311221=ntgj+cj=ntg+c311221=ntgj+cj=ntg+c編輯ppt

（4）、<1或>2時剪切巖石破壞。（5）＝1或＝2時沿結(jié)構(gòu)面與巖石同時破壞；31311221=ntgj+cj=ntg+c三、單結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度效應(yīng)編輯ppt三、單結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度效應(yīng)3、巖體破壞的解析法確定（1）、沿結(jié)構(gòu)面破壞：對巖體強(qiáng)度有影響的節(jié)理方位：β1≤β≤β2

編輯ppt三、單結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度效應(yīng)

對巖體強(qiáng)度有影響的節(jié)理方位角：β1≤β≤β2

β1、β2可以直接在圖上量取，也可以由正弦定律推求：編輯ppt三、單結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度效應(yīng)（2）、巖石（巖塊）破壞：

對巖體強(qiáng)度無影響的節(jié)理方位：β≤β1或

β≥β2

編輯ppt三、單結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度效應(yīng)（3）、巖體強(qiáng)度

當(dāng)β＝β1或β＝β2時，巖石結(jié)構(gòu)面同時破壞，巖體強(qiáng)度等于巖塊強(qiáng)度當(dāng)β＜β1或β＞β2時，巖塊先破壞，巖體強(qiáng)度等于巖塊強(qiáng)度：當(dāng)β1＜β＜β2結(jié)構(gòu)面先破壞時，巖體強(qiáng)度小于巖塊強(qiáng)度編輯ppt三、單結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度效應(yīng)（3）單結(jié)構(gòu)面巖體強(qiáng)度

強(qiáng)度取完整巖石強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度的小值（兩者的強(qiáng)度都按直線型考慮）

巖體單軸抗壓強(qiáng)度：編輯ppt三、單結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度效應(yīng)根據(jù)單結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度效應(yīng)可以看出巖體強(qiáng)度的各向異性，巖體單軸或三軸受壓強(qiáng)度受加載方向與結(jié)構(gòu)面夾角的控制。編輯ppt四、多結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度效應(yīng)多結(jié)構(gòu)面的巖體強(qiáng)度：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σ1與各組結(jié)構(gòu)面的夾角所決定。編輯ppt

根據(jù)疊加原理 多結(jié)構(gòu)面的組合使得受力狀態(tài)極其復(fù)雜，若不計受力后沿結(jié)構(gòu)面滑動對應(yīng)力分布的影響，則可將多組結(jié)構(gòu)面分別按單一結(jié)構(gòu)面考慮確定其強(qiáng)度，最后綜合考慮巖石和各組結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度，取其最小值。四、多結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度效應(yīng)編輯ppt四、多結(jié)構(gòu)面巖體強(qiáng)度試驗(yàn)表明，隨著巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面數(shù)量的增加，巖體強(qiáng)度特性越來越趨于各向同性，而巖體的整體強(qiáng)度卻大大削弱了。Hoek和Bown認(rèn)為，含四組以上性質(zhì)相近結(jié)構(gòu)面的巖體，在地下開挖工程設(shè)計中按各向同性巖體來處理是合理的。另外，隨著圍壓σ3增大，巖體由各向異性向各向同性轉(zhuǎn)化，一般認(rèn)為當(dāng)σ3接近巖體單軸抗壓強(qiáng)度時，可視為各向同性體。編輯ppt五、巖體強(qiáng)度估算（一）準(zhǔn)巖體強(qiáng)度（巖體完整系數(shù)修正法）這種方法實(shí)質(zhì)是用某種簡單的試驗(yàn)指標(biāo)來修正巖塊強(qiáng)度，做為巖體強(qiáng)度的估算值。節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面是影響巖體的主要因素，其分布情況可通過彈性波傳播來查明，彈性波穿過巖體時，遇到裂隙便發(fā)生繞射或被吸收，傳播速度將有所降低，裂隙越多，波速降低越大，小尺寸試件含裂隙少，傳播速度大。編輯ppt五、巖體強(qiáng)度估算根據(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，稱此比值的平方為巖體完整性系數(shù)或龜裂系數(shù)。式中，Vml為巖體中彈性波縱波傳播速度

Vcl為巖塊中彈性波縱波傳播速度編輯ppt五、巖體強(qiáng)度估算巖體種類巖體完整性系數(shù)K完整＞0.75塊狀0.45～0.75碎裂狀＜0.45準(zhǔn)巖體抗壓強(qiáng)度：σmc=Kσc準(zhǔn)巖體抗拉強(qiáng)度：σmt=Kσt編輯ppt五、巖體強(qiáng)度估算（二）Hoke－Brown經(jīng)驗(yàn)方程Hoke和Brown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主應(yīng)力之間的關(guān)系：式中：m、s為與巖性及結(jié)構(gòu)面情況有關(guān)的常數(shù)，可查表或根據(jù)巖體分類RMR值計算。編輯ppt五、巖體強(qiáng)度估算剪應(yīng)力－正應(yīng)力表達(dá)式：式中，τ為巖體的剪切強(qiáng)度；σ為巖體法向應(yīng)力；A、B為常數(shù)，查表。編輯ppt五、巖體強(qiáng)度估算由Hoke－Brown經(jīng)驗(yàn)方程估算巖體抗壓強(qiáng)度由Hoke－Brown經(jīng)驗(yàn)方程估算巖體抗拉強(qiáng)度編輯ppt五、巖體強(qiáng)度估算巖體材料參數(shù)m、s的RMR分類系統(tǒng)評分確定：對于擾動巖體：對于未擾動巖體式中：mi—完整巖石的m值，可由三軸試驗(yàn)的結(jié)果確定。編輯ppt五、巖體強(qiáng)度估算根據(jù)已知的巖體材料參數(shù)m、s，便可較方便地確定摩爾－庫侖準(zhǔn)則中的巖體強(qiáng)度參數(shù)。首先假定滑動面上的正應(yīng)力σn，然后按下式計算：編輯ppt五、巖體強(qiáng)度估算Hoek曾指出，m與庫倫—莫爾判據(jù)中的內(nèi)摩擦角Φ非常類似，而s則相當(dāng)于內(nèi)聚力C值。如果這樣，根據(jù)Hoek—Brown提供的常數(shù)，m最大為25，顯然這時估算的巖體強(qiáng)度偏低，特別是在低圍壓下及較堅硬完整的巖體條件下，估算的三軸強(qiáng)度明顯偏低。但對于受構(gòu)造擾動及結(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。編輯ppt五、巖體強(qiáng)度估算（三）巖體粘聚力Cm的Simpson法估算法辛普森（Simpson）經(jīng)驗(yàn)方法認(rèn)為，巖體粘聚力Cm與完整巖塊粘聚力CI和裂隙密度i之間有如下關(guān)系：編輯ppt五、巖體強(qiáng)度估算(四）巖體粘聚力Cm的費(fèi)辛柯法估算費(fèi)辛柯（фпсеико）經(jīng)驗(yàn)方法的巖體粘聚力Cm計算公式為：式中：H—邊坡高度（m）；L—裂隙間距（m）；a—由巖塊強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)面分布特征所決定的系數(shù)。編輯ppt五、巖體強(qiáng)度估算（五）內(nèi)摩擦角經(jīng)驗(yàn)折減法巖體內(nèi)摩擦角應(yīng)介于完整巖塊內(nèi)摩擦角與不連續(xù)面內(nèi)摩擦角之間，一些經(jīng)驗(yàn)豐富的巖石力學(xué)專家總結(jié)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)認(rèn)為完整巖石內(nèi)摩擦系數(shù)是裂隙巖體的1.10～1.20倍。編輯ppt五、巖體強(qiáng)度估算（六）粘聚力經(jīng)驗(yàn)折減法國內(nèi)相關(guān)院校及科研設(shè)計部門，根據(jù)多年從事邊坡工程的經(jīng)驗(yàn)，提出將巖石粘聚力折減10～20倍做為巖體的粘聚力。編輯ppt第2.5節(jié)結(jié)束，謝謝！編輯ppt2.6巖體力學(xué)性能的現(xiàn)場測試編輯ppt

室內(nèi)試驗(yàn)的缺點(diǎn)：巖樣體積小、脫離巖體的地質(zhì)環(huán)境、不能充分反映巖體的力學(xué)性能。

巖體的野外現(xiàn)場測試：相對來講能較為全面的反映巖體力學(xué)性能的全貌，這是室內(nèi)試驗(yàn)所不及的。編輯ppt一、巖體現(xiàn)場變形試驗(yàn)巖體的變形試驗(yàn)有靜力法和動力法兩種。

靜力法是指巖體現(xiàn)場變形試驗(yàn)時以靜力荷載進(jìn)行加載。動力法是指施加于巖體上的荷載為動力荷載。常用的靜力法有承壓板荷載試驗(yàn)法（或稱平板荷載法）和徑向荷載試驗(yàn)法。通常測求巖體的彈性模量Ee及變形模量Ed用承壓板荷載試驗(yàn)，測求巖石的彈性抗力系數(shù)采用徑向荷載試驗(yàn)。編輯ppt一、巖體現(xiàn)場變形試驗(yàn)（一）承壓板荷載試驗(yàn)1.定義：用千斤頂加荷于墊板上，使荷載傳到巖體中，稱承壓板荷載試驗(yàn)法。2.設(shè)備裝置的主要組成：（1）墊板（承壓板)：一般為方形或圓形，面積為0.25-1.20m2，材料彈性或剛性。（2）加荷裝置（千斤頂或壓力枕）（3）傳力裝置（傳力支柱、傳力柱墊板）；（4）變形量測裝置（測微計）；編輯ppt一、巖體現(xiàn)場變形試驗(yàn)編輯ppt第2.7節(jié)結(jié)束，謝謝！編輯ppt堆載試驗(yàn)編輯ppt單次小循環(huán)大循環(huán)多次小循環(huán)P-壓力T-時間巖體現(xiàn)場變形試驗(yàn)加荷過程示意圖一、巖體現(xiàn)場變形試驗(yàn)（5）加荷方法有小循環(huán)和大循環(huán)兩種。小循環(huán)分為多次循環(huán)和單次循環(huán)。多次小循環(huán)加載比相同荷載下常規(guī)加載巖體產(chǎn)生的總變形大(蠕變現(xiàn)象)編輯ppt3.量測壓力和位移，繪制P－S曲線

編輯ppt4.算式(測出壓力和位移，計算巖體的變形模量E)把巖體看作一個彈性半無限空間，用布辛涅斯克方程求得巖體表面的垂直向位移。(1)墊板為柔性墊板(3種位移)a.巖體表面上墊板的中點(diǎn)處垂直位移式中：p-荷載;r-墊板的半徑;μ-巖體的泊松比;E——巖體的彈性模量一、巖體現(xiàn)場變形試驗(yàn)編輯pptb.墊板的平均位移式中，A-受荷表面的面積；m-系數(shù)，它取決于墊板的形狀、剛度以及荷載分布等情況，其m值可查表c.帶孔柔性墊板(中心有孔的壓力枕)中心點(diǎn)的垂直位移一、巖體現(xiàn)場變形試驗(yàn)編輯ppt（2）墊板為剛性墊板時式中：a和b為墊板的邊長一、巖體現(xiàn)場變形試驗(yàn)編輯ppt（二）徑向荷載試驗(yàn)

要點(diǎn)：在巖體中開挖一個圓形洞室，然后在這個洞室的某一段長度上施加垂直于巖體表面的均勻壓力,測求巖體抗力系數(shù)K和彈性模量E。用水施加壓力稱為水壓法；用壓力枕施加壓稱為壓力枕法(又稱奧地利荷載試驗(yàn))一、巖體現(xiàn)場變形試驗(yàn)編輯ppt編輯ppt編輯ppt

試驗(yàn)對巖體施加荷載，造成洞中一定長度內(nèi)的巖體產(chǎn)生徑向壓縮，巖體變形控制在彈性階段。變形模量可按彈性厚壁圓筒理論求得：式中u1--半徑為r巖體內(nèi)的徑向位移

一、巖體現(xiàn)場變形試驗(yàn)編輯ppt推算彈性抗力系數(shù)K定義：洞室表面產(chǎn)生單位位移的應(yīng)力利用彈性厚壁圓筒理論推出：K愈大巖體彈性抗力愈大，愈有利于襯砌的穩(wěn)定。既一、巖體現(xiàn)場變形試驗(yàn)編輯ppt（三）狹縫壓力枕荷載試驗(yàn)(2種)方法1要點(diǎn)：將巖體切割成槽，把壓力枕埋于槽內(nèi)，并用水泥砂漿澆注，使壓力枕的兩個面都能很好地與槽兩側(cè)巖面接觸。變形模量式中：p-壓力枕給巖面的總荷載；A-加載面的面積；Vs-巖面的平均位移一、巖體現(xiàn)場變形試驗(yàn)編輯ppt方法2要點(diǎn)：在垂直巖壁上刻槽布置，則巖體的變形模量E可按布辛涅斯克的彈性理論求得。當(dāng)實(shí)測位移已知時，變形模量為：式中：p-壓力枕施加的單位壓力（MPa）l—直槽寬度（近似用壓力枕的寬度代替）(cm)y—x軸到測點(diǎn)的距離（cm)uR—測點(diǎn)的位移（cm）一、巖體現(xiàn)場變形試驗(yàn)編輯ppt1.要點(diǎn)：可按施加的推力與剪切面之間的夾角的大小來決定采用不同的加荷方法。雙千斤頂試驗(yàn)中，一組試驗(yàn)不少于五塊試件。（一）雙千斤頂法二、現(xiàn)場巖體直剪試驗(yàn)編輯ppt式中：

p—垂直千斤頂壓力表讀數(shù)（MPa）t—橫向千斤頂壓力表讀數(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）α—橫向推力與剪切面的夾角（通常取15°)2.在不同p力作用下剪切面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力:二、現(xiàn)場巖體直剪試驗(yàn)編輯ppt注1：

當(dāng)剪切面上存在節(jié)理裂隙時，抗剪面積將分為剪斷破壞和滑動破壞兩部分，而把剪斷破壞當(dāng)作有效抗剪面積Fa，滑動破壞時的滑動面積為Fb。3.繪制應(yīng)力與位移特性曲線和剪應(yīng)力與正應(yīng)力強(qiáng)度曲線有效抗剪面積正壓力仍由全部面積承擔(dān)二、現(xiàn)場巖體直剪試驗(yàn)編輯ppt（二）單千斤頂法1、要點(diǎn)：單千斤頂法是現(xiàn)場無法施加垂直應(yīng)力的情況下采用的。在山坡上或平洞內(nèi)的預(yù)定剪切面上挖成各種主應(yīng)力方向與固定剪切面成不同傾角的試件（通常剪切面傾角為15-35°）注2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。注3在計算剪應(yīng)力時，應(yīng)扣除由于垂直壓力而產(chǎn)生的滾軸滾動摩擦力。二、現(xiàn)場巖體直剪試驗(yàn)編輯ppt2.破壞面上的正、剪應(yīng)力計算

3.繪制巖體正-剪應(yīng)力強(qiáng)度曲線，確定強(qiáng)度參數(shù)二、現(xiàn)場巖體直剪試驗(yàn)編輯ppt

1.試件：矩形塊體，在試洞底板或洞壁的試驗(yàn)位置上，經(jīng)過仔細(xì)鑿刻和整平而成的，此矩形試件三邊脫離原地巖體，而僅一邊與巖體相連。試件的大小可達(dá)2.80×1.40×2.80m,試件的基底與巖體相連的面積為2.80×1.40m三、現(xiàn)場三軸強(qiáng)度試驗(yàn)編輯ppt2.加載與測試：試件制好后，把壓力枕埋置在刻槽內(nèi)，以便施加σ2和σ3，而σ1是通過垂直千斤頂或壓力枕施加的。在試驗(yàn)中量測和記錄試件的位移。三、現(xiàn)場三軸強(qiáng)度試驗(yàn)編輯ppt3.測定繪制巖體應(yīng)力－位移關(guān)系曲線、應(yīng)力圓包絡(luò)線、抗剪強(qiáng)度曲線。確定巖體的峰值強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度及變形參數(shù)等三、現(xiàn)場三軸強(qiáng)度試驗(yàn)編輯ppt第2.6節(jié)結(jié)束，謝謝！編輯ppt2.7巖體的水力學(xué)性質(zhì)編輯ppt

巖體的水力學(xué)性質(zhì)：巖體的滲透特性及在滲流作用下所表現(xiàn)出的力學(xué)性質(zhì)?；靖拍钜?、巖土體滲流的區(qū)別編輯ppt一、巖土體滲流的區(qū)別1、土體的特點(diǎn)：土體的結(jié)構(gòu)比較疏松，以孔隙為主，孔隙的大小取決于土的物質(zhì)組成和顆粒堆積方式。一般來說，粘土的孔隙度最大，但孔徑小，透水能力差；砂土隨顆粒增大，孔隙度大，滲透性好。編輯ppt一、巖土體滲流的區(qū)別2、土體的滲流特點(diǎn)：①、土體滲透性大小取決于土的物質(zhì)組成和堆積方式，土體中顆粒愈細(xì)，滲透性愈差；②、土體可看作多孔連續(xù)介質(zhì)；③、土體的滲透性一般具有均質(zhì)各向同性特點(diǎn)；④、土體滲流符合達(dá)西滲流定律。編輯ppt一、巖土體滲流的區(qū)別3、巖體滲流特點(diǎn)：①、巖體滲透性大小取決于巖體中結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)及巖塊的巖性，以裂隙滲流為主；②、巖體滲流以裂隙導(dǎo)水，微裂隙和巖石孔隙儲水為其特色；③、巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)滲流具有定向性；④、巖體一般看作非連續(xù)介質(zhì)(對密集裂隙可看作等效連續(xù)介質(zhì))；編輯ppt一、巖土體滲流的區(qū)別⑤、巖體的滲流具有高度的非均質(zhì)性和各向異性；⑥、一般巖體中的滲流符合達(dá)西滲流定律；⑦、巖體滲流受應(yīng)力場影響明顯；⑧、復(fù)雜裂隙系統(tǒng)中的滲流，在裂隙交叉處具有“偏流效應(yīng)”，即裂隙水流經(jīng)大小不等裂隙交叉處時，水流偏向?qū)挻罅严兑粋?cè)流動。編輯ppt二、巖體空隙的結(jié)構(gòu)類型1、多孔連續(xù)介質(zhì)：

由連續(xù)分布的多孔介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)組成的介質(zhì)稱為多孔連續(xù)介質(zhì)。在研究巖體水力學(xué)時，若表征體元內(nèi)有充分多的孔隙和流體質(zhì)點(diǎn)，而這個表征體元相對所研究的工程區(qū)域充分小，此時可按連續(xù)介質(zhì)方法研究工程巖體的力學(xué)及水力學(xué)問題。否則用非連續(xù)介質(zhì)方法研究。編輯ppt二、巖體空隙的結(jié)構(gòu)類型2、裂隙網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)：裂隙個體在空間上相互交叉形成的網(wǎng)絡(luò)狀空隙結(jié)構(gòu)，這種含水介質(zhì)稱為裂隙網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)。由相互貫通且裂隙中的水流為連續(xù)分布的裂隙構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，稱為連通裂隙網(wǎng)絡(luò)；由互不連通或存在阻水裂隙且裂隙中的水流為斷續(xù)分布的裂隙構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，稱為非連通裂隙網(wǎng)絡(luò)。編輯ppt二、巖體空隙的結(jié)構(gòu)類型3、狹義雙重介質(zhì)：由裂隙和孔隙巖塊構(gòu)成的空隙結(jié)構(gòu)，裂隙導(dǎo)水，孔隙巖塊儲水，這種含水介質(zhì)稱為狹義雙重介質(zhì)。編輯ppt二、巖體空隙的結(jié)構(gòu)類型4、廣義雙重介質(zhì)：由稀疏大裂隙和其間的密集裂隙巖塊構(gòu)成的空隙結(jié)構(gòu)，大裂隙導(dǎo)水(滲流具有定向性，控制區(qū)域滲流)，密集裂隙巖塊儲水及導(dǎo)水(滲流具有非均質(zhì)各向異性，控制局部滲流)，這種含水介質(zhì)稱為廣義雙重介質(zhì)。編輯ppt二、巖體空隙的結(jié)構(gòu)類型5、溶隙—管道介質(zhì)：由稀疏大巖溶管道(或暗河)和溶蝕網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的空隙結(jié)構(gòu)，巖溶管道(或暗河)中水流為紊流(具有定向性，控制區(qū)域流)，溶隙網(wǎng)絡(luò)中水流符合層流條件(滲流具有非均質(zhì)各向異性，控制局部滲流)，這種含水介質(zhì)稱為溶隙—管道介質(zhì)。編輯ppt三、巖體的滲流問題巖體的滲透性：是指巖體允許透過流體(氣體和液體)的能力。定量指標(biāo)可用滲透率、滲透系數(shù)、滲透率張量和滲透系數(shù)張量描述。裂隙巖體的滲流問題目前仍是巖石力學(xué)研究領(lǐng)域的前沿問題。工程上目前多沿用連續(xù)介質(zhì)滲流理論計算巖土體的滲流場。編輯ppt四、巖土中的水及其運(yùn)動編輯ppt

巖土中水勢能水總是從能量高的狀態(tài)流向能量低的狀態(tài)。土中水的滲流速度一般較慢，動能部分可以忽略，決定土中水運(yùn)動的主要是勢能。土中水的勢能可以分為重力勢、壓力勢、基質(zhì)勢和溶質(zhì)勢。勢能的單位是焦耳，即kN·m。四、巖土中的水及其運(yùn)動編輯ppt土中水的總勢能可表示為：但實(shí)際上以上各項(xiàng)并不一定會同時存在，一般對于飽和土主要是重力勢

ψg與壓力勢

ψp

；對于一般非飽和土則主要有重力勢和基質(zhì)勢；對于高飽和度的非飽和土也可存在壓力勢（超靜水壓）。四、巖土中的水及其運(yùn)動編輯ppt達(dá)西定律：滲透速度V與水頭坡降i成正比，比例常數(shù)為滲透系數(shù)k。

V=ki四、巖土中的水及其運(yùn)動編輯ppt五、二維滲流的基本微分方程根據(jù)不可壓縮流體的假設(shè)和水流連續(xù)條件，在體積不變及巖土體飽和條件下，流入微單元的水量必須等于流出的水量。編輯ppt根據(jù)達(dá)西定律：其中，kx，kz分別為x與z方向土的滲透系數(shù)，h為某一點(diǎn)的水頭，一般等于重力勢加壓力勢。五、二維滲流的基本微分方程編輯ppt對于各向同性的土，kx=kz，則：飽和各向同性土中二維滲流的基本微分方程。五、二維滲流的基本微分方程編輯ppt簡單的一維滲流(通過兩種土體）問題，可直接進(jìn)行積分，從邊界條件求解。水流通過兩種土體，將滲流方向取為x軸正方向：五、二維滲流的基本微分方程編輯ppt微分方程的通解為：h=c1x+c2

對土體1而言，邊界條件為，x=0，h=h0；x=L1，h=h1?？纱_定c1和c2。c1=(h1-h0)/L1，

c2=h0根據(jù)連續(xù)性原理五、二維滲流的基本微分方程編輯ppt微分方程在土體1中的定解為：對土體2而言，邊界條件為：

x=L1，h=h1；x=L1＋L2，h=h2。微分方程在土體2中的定解為：五、二維滲流的基本微分方程編輯ppt流網(wǎng)的繪制五、二維滲流的基本微分方程編輯ppt1.滲流場的離散與插值函數(shù)

首先對滲流場作網(wǎng)格劃分，將滲流場劃分為有限個小區(qū)域（單元）。六、二維滲流的有限元分析編輯ppt單元的劃分基本上是任意的，但以根據(jù)需要，在滲流坡降較大或要求詳細(xì)研究的部分，將單元劃分得密些。六、二維滲流的有限元分析編輯ppt

單元劃分后對單元和單元結(jié)點(diǎn)編號，對每個劃分的單元，其結(jié)點(diǎn)按逆時針編號為1、2、3，相應(yīng)坐標(biāo)為(x1,z1)

、(x2,z2

)、(x3,z3)

。有限元法不是直接求解整個區(qū)域的水頭函數(shù)，而是采用離散化的辦法，把所求水頭函數(shù)h

近似為單元內(nèi)連續(xù)可導(dǎo)、整個區(qū)域連續(xù)的分區(qū)水頭函數(shù)，從而求出整體水頭函數(shù)的近似分布。六、二維滲流的有限元分析編輯ppt假設(shè)單元e的水頭函數(shù)值在1、2、3結(jié)點(diǎn)上的值分別為h1

、h2、h3，在單元內(nèi)部的值可用線性插值求得：式中a1,a2,a3為系數(shù)，顯然在e單元上的三個結(jié)點(diǎn)上有：六、二維滲流的有限元分析編輯ppt三角形單元三結(jié)點(diǎn)上水頭函數(shù)值h1,h2,h3為基礎(chǔ)的線性插值函數(shù)矩陣表達(dá)式：單元形函數(shù)：六、二維滲流的有限元分析編輯ppt六、二維滲流的有限元分析編輯ppt由流速

vx=kix,

vz=kiz得：對于非穩(wěn)定滲流：六、二維滲流的有限元分析編輯ppt2.單元滲流矩陣對泛函

I(h)變分求最小值：h

為在自由水面邊界上的水頭。右側(cè)的后一項(xiàng)反映第二類邊界條件中自由水面變化。六、二維滲流的有限元分析編輯ppt3.整體平衡方程前式是e

單元的泛函的微分方程確定極小值，將所有單元泛函的微分疊加，并等于零，即可得到由節(jié)點(diǎn)水頭組成的方程組，即整體平衡方程：{F}為從已知結(jié)點(diǎn)得到的常數(shù)項(xiàng)，相當(dāng)于結(jié)構(gòu)有限元中的荷載項(xiàng)。聯(lián)立方程組用不同的數(shù)學(xué)方法求解，得到各單元結(jié)點(diǎn)水頭hi

，然后求單元域內(nèi)任一點(diǎn)水頭值，從而得到有限元數(shù)值分析的解。六、二維滲流的有限元分析編輯ppt

土壩、邊坡等的滲流分析中，最困難的問題之一便是滲流自由面的確定。滲流自由面屬于混合邊界問題，必須同時滿足水頭邊界條件（第一類邊界條件）和流量邊界條件（第二類邊界條件），滲流自由面的位置事先是未知的，必須迭代求解。六、二維滲流的有限元分析編輯ppt第2.7節(jié)結(jié)束，謝謝！編輯ppt2.8巖體質(zhì)量評價與分類編輯ppt一、巖體分類的目的與原則（一）、分類的目的1、分析、評價工程巖體穩(wěn)定性的需要。2、為巖石工程建設(shè)的勘察、設(shè)計、施工和編制定額提供必要的基本依據(jù)。3、便于施工方法的總結(jié)、交流與推廣。4、便于行業(yè)內(nèi)技術(shù)改革和管理。體現(xiàn)：安全、經(jīng)濟(jì)、發(fā)展的思想，巖體分類是巖石力學(xué)研究領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)性課題。編輯ppt一、巖體分類的目的與原則（二）、分類原則1、有明確的分類級別和適用對象。2、有定量的指標(biāo)。3、分類級別一般以五級為宜。4、分類方法簡單明了、數(shù)字便于記憶和應(yīng)用。5、根據(jù)適用對象，選擇考慮因素。發(fā)展趨勢：“多因素、綜合特征值”分類法

編輯ppt一、巖體分類的目的與原則（三）、分類的獨(dú)立因素

1、巖石材料的質(zhì)量（強(qiáng)度指標(biāo)）。2、巖體的完整性、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、密度、波速等。3、巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀與巖體工程的相對空間位置關(guān)系等。4、水文狀態(tài)（軟化、沖蝕、弱化）5、地應(yīng)力影響6、其它因素（巷道自穩(wěn)時間、位移率）編輯ppt二、巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD分類巖石質(zhì)量指標(biāo)(RQD)(RockQualityDesignation)

鉆孔巖芯長度在10cm(含10cm)以上的累計長度占鉆孔總長度百分比，稱為巖石質(zhì)量指標(biāo)(RQD)編輯ppt二、巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD分類巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）分類是笛爾于1964年提出，即根據(jù)鉆探時的巖芯完好程度來判斷巖體的質(zhì)量，對巖體進(jìn)行分類（5類）。分類很差差一般好很好RQD(%)<2525~3550~7575~90>90巖石質(zhì)量指標(biāo)編輯ppt二、巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD分類RQD分類方法簡單易行，是一種快速、經(jīng)濟(jì)而實(shí)用的巖體質(zhì)量評價方法，在一些國家得到廣泛應(yīng)用，但它沒有反映出節(jié)理的方位、充填物的影響等，因此在更完善的巖體分類中，僅把RQD作為一個參數(shù)加以使用。編輯ppt三、巖體結(jié)構(gòu)類型分類中國科學(xué)院地質(zhì)研究所谷德振教授根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)劃分巖體類別。特點(diǎn):考慮到各類結(jié)構(gòu)的地質(zhì)成因，突出了巖體的工程地質(zhì)特性。巖體結(jié)構(gòu)分為四類:整體塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)和散體結(jié)構(gòu)。編輯ppt三、巖體結(jié)構(gòu)類型分類巖體結(jié)構(gòu)類型巖體完整性主要結(jié)構(gòu)面及其抗剪特性巖塊濕抗壓強(qiáng)度／10Pa類亞類結(jié)構(gòu)面間距／cm完整性系數(shù)I級別*類型主要結(jié)構(gòu)面摩擦系數(shù)f代號名稱代號名稱Ⅰ整體塊狀結(jié)構(gòu)Ⅰ1整體結(jié)構(gòu)>100>0.75存在Ⅳ，V級剛性結(jié)構(gòu)面>0.60>600Ⅰ2塊狀結(jié)構(gòu)100～500.75～0.35以Ⅳ、V級為主剛性結(jié)構(gòu)面局部為破碎結(jié)構(gòu)面0.4～0.6>300，—般大于600Ⅱ?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)Ⅱ1層狀結(jié)構(gòu)50～300.6～0.3以Ⅲ，Ⅳ級為主剛性結(jié)構(gòu)面柔性結(jié)構(gòu)面0.3～0.5>300Ⅱ2薄層狀結(jié)構(gòu)＜30<0.40以Ⅲ，Ⅳ級顯著柔軟結(jié)構(gòu)面0.30～O.40300～100Ⅲ碎裂結(jié)構(gòu)Ⅲ1鑲嵌結(jié)構(gòu)<50<0.36Ⅳ，V級密集剛性結(jié)構(gòu)面破碎結(jié)構(gòu)面0.40～0.60>600Ⅲ2層狀碎裂結(jié)構(gòu)<50（骨架巖層中較大)<0.40Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ級均發(fā)育泥化結(jié)構(gòu)面0.20～0.40<300，骨架巖層在300上下Ⅲ3碎裂