巖石力學基本物理性質選編課件

2023/9/19巖石力學巖石力學基本物理性質2023/8/6巖石力學巖石力學2023/9/19巖石力學課程回顧一個意義：為什么學習巖石力學？兩個定義巖石力學的定義巖石的定義一個特點：巖石力學研究對象的特點一個方法：研究巖石力學的方法2023/8/6巖石力學課程回顧一個意義：為什么學習巖石力學2023/9/19巖石力學本次課的課程提綱一、巖石的組構特征二、巖石中的結構面（軟弱面）三、巖石的四個性質四、巖石的物理五、巖石的水理性能2023/8/6巖石力學本次課的課程提綱一、巖石的組構特征2023/9/19巖石力學1巖石的物質組成粘土礦物硅酸鹽類礦物碳酸鹽類礦物氧化物類礦物組成巖石的礦物組成巖石的礦物成分及其相對含量在一定程度上決定著巖石的力學性質二、巖石的組構特征2023/8/6巖石力學1巖石的物質組成粘土礦物硅酸鹽類礦2023/9/19巖石力學物質組成對力學性質的影響一般硅酸鹽礦物有石英、長石、角閃石、輝石、橄欖石（粒狀）及云母和粘土礦物（片狀）等含硬度大的粒狀礦物愈多，巖石強度高－花崗巖、閃長巖、玄武巖含硬度小的片狀礦物愈多，巖石強度愈低－粘土巖、泥巖2023/8/6巖石力學物質組成對力學性質的影響一般硅酸鹽礦2023/9/19巖石力學碳酸鹽類礦物主要包括石灰?guī)r和白云巖類，巖石的物理力學性質取決于巖石中的CaCO3及酸不溶物的含量CaCO3含量愈高，如純灰?guī)r、白云巖強度高泥質含量高的，如泥質灰?guī)r、泥灰?guī)r等力學性質差物質組成對力學性質的影響2023/8/6巖石力學碳酸鹽類礦物主要包括石灰?guī)r和白云巖類2023/9/19巖石力學碎屑巖的力學性質與膠結物成分的關系：強度上：硅質>鐵質>鈣質>泥質物質組成對力學性質的影響2023/8/6巖石力學碎屑巖的力學性質與膠結物成分的關系：2023/9/19巖石力學2023/8/6巖石力學2023/9/19巖石力學泥頁巖的粘土礦物組成蒙脫石伊利石綠泥石高嶺石伊蒙混層粘土礦物力學性質

蒙脫石含量高→軟，易變形，易水化伊利石含量高→硬脆，不易變形，不易水化2023/8/6巖石力學泥頁巖的粘土礦物組成蒙脫石粘土礦物力2023/9/19巖石力學2巖石的結構巖石的結構：巖石內礦物顆粒的大小、形狀、排列方式及微結構面發(fā)育情況與粒間連結方式等反映在巖塊構成上的特征。其中，粒間連結分結晶連結與膠結連結二、巖石的組構特征顆粒形狀強度：粒狀、柱狀>片狀>鱗狀顆粒大小強度：粗粒<細粒排列形式強度：等粒>不等粒2023/8/6巖石力學2巖石的結構巖石的結構：巖石內礦物2023/9/19巖石力學2巖石的結構微結構面：指存在于礦物顆粒內部或礦物顆粒間的軟弱面或缺陷，包括礦物解理、晶格缺陷、粒間空隙、微裂隙、微層理及片理面、片麻理面等①降低巖石強度②導致巖石力學性質各向異性二、巖石的組構特征2023/8/6巖石力學2巖石的結構微結構面：指存在于礦物2023/9/19巖石力學2巖石的結構結晶連結：礦物顆粒通過結晶相互嵌合在一起，它是通過共用原子或離子使不同晶粒緊密接觸－巖漿巖、變質巖、沉積巖中的碳酸巖膠結連結：礦物顆粒通過膠結物連結在一起－碎屑巖二、巖石的組構特征2023/8/6巖石力學2巖石的結構結晶連結：礦物顆粒通過2023/9/19巖石力學二、巖石的組構特征基底型：彼此不發(fā)生接觸的礦物顆粒埋在玻璃體重，這種情況下膠結程度很高，巖石強度與膠結物有關接觸型：僅僅在顆粒的接觸點存在膠結物，這種膠結程度低，巖石強度也不大間隙型：礦物顆粒彼此直接接觸，而顆粒的孔隙被膠結物充填溶蝕型：膠結物不僅充填在礦物顆粒之間，而且進入到礦物顆粒本身中，膠結強度很高。巖石的主要膠結類型：2023/8/6巖石力學二、巖石的組構特征基底型：彼此不發(fā)生2023/9/19巖石力學A）基底型B）間隙型C）接觸型D）溶蝕型2023/8/6巖石力學A）基底型B）間隙型C）接2023/9/19巖石力學3巖石的構造巖石的構造：巖石的構造是指巖石組成成分在空間上相互排列及所占的位置。巖漿巖的構造：塊狀構造、流紋狀構造、氣孔狀構造、杏仁狀構造沉積巖的構造：層理構造變質巖的構造：片理構造二、巖石的組構特征2023/8/6巖石力學3巖石的構造巖石的構造：巖石的構造2023/9/19巖石力學2023/8/6巖石力學2023/9/19巖石力學2023/8/6巖石力學2023/9/19巖石力學三、巖石中的結構面（軟弱面）結構面就是巖石內具有一定方向性、延展性較大、厚度較小的兩維面狀地質界面，包括物質的異面和不連續(xù)面（如層理、斷裂面等）結構面的成因類型結構面的規(guī)模與分級結構面特征及其對巖石性質的影響2023/8/6巖石力學三、巖石中的結構面（軟弱面）結構面就2023/9/19巖石力學一）結構面的成因類型地質成因類型原生結構面構造結構面次生結構面力學成因類型張性結構面剪性結構面2023/8/6巖石力學一）結構面的成因類型地質成因類型2023/9/19巖石力學結構面的地質成因類型原生結構面：在巖石形成過程中形成的軟弱面巖漿巖的流動構造面、冷縮形成的原生裂隙面、侵入體與圍巖的接觸面；沉積巖體內的層理面、不整合面；變質巖體內的片理面，以及片麻構造面等。在原生結構面中，除了原生裂隙，以及由于受構造運動和風化作用的影響，已經脫開的軟弱面外，多具有一定的連結力和較高的強度。2023/8/6巖石力學結構面的地質成因類型原生結構面：在巖2023/9/19巖石力學結構面的地質成因類型構造結構面：巖石形成后的構造運動過程中產生的各種破裂面斷裂面、層間錯動面構造作用形成的軟弱夾層，以及構造裂隙面等這類軟弱面除了已經膠合者以外，絕大部分都是脫開的規(guī)模較大的，多充填有厚度不等、類型和連續(xù)程度不同的充填物，其中大部分已泥化，或者已變成了軟弱夾層就一般情況而言，除了部分構造裂隙以外，大部分構造軟弱面的特性都很壞，強度多接近于巖體的剩余強度，往往導致復雜。2023/8/6巖石力學結構面的地質成因類型構造結構面：巖石2023/9/19巖石力學結構面的地質成因類型次生結構面：巖體在外力作用下產生的軟弱面如風化裂隙面、卸荷裂隙面等。風化裂隙面發(fā)育深度不大，方向紊亂，連續(xù)性很低。但可降低巖體的強度和變形模量。卸荷裂隙是由于卸荷作用引起巖體在垂直于卸荷自由面方向發(fā)生伸長而形成。卸荷裂隙面基本上平行于巖體卸荷自由面。一般來說，次生結構面主要影響地面附近巖體的穩(wěn)定性。2023/8/6巖石力學結構面的地質成因類型次生結構面：巖體2023/9/19巖石力學結構面的力學成因類型這里所說的結構面是指巖體中的破裂面而言所謂軟弱面的力學成因類型，是指按照形成破裂面的破壞應力的不同，所劃分的破裂面的類型。根據野外觀察到的事實、大量巖體力學試驗的結果以及莫爾庫倫破壞理論的分析，認為巖體的破壞只有剪切破壞和拉斷破壞兩種類型。破裂面的力學成因，應劃分為剪性和張性兩大類別。2023/8/6巖石力學結構面的力學成因類型這里所說的結構面2023/9/19巖石力學結構面的力學成因類型張性破裂面：是由張力形成的，在破壞過程中，破壞面兩側巖體僅沿破裂面法向發(fā)生分離位移。張性破裂面，一般張開度大，連續(xù)性差，形態(tài)多不規(guī)則，多呈折線或鋸鑿狀。斷面凹凸不平，粗糙度大，破碎帶寬度變化大，且易被巖脈、礦脈充填，有時并有巖漿沿之入侵。張性破裂面常常具有含水豐富，導水性強以及剪切強度高等特征2023/8/6巖石力學結構面的力學成因類型張性破裂面：是由2023/9/19巖石力學2023/8/6巖石力學2023/9/19巖石力學結構面的力學成因類型剪性破裂面：是由剪應力而形成的，破裂面兩側巖體沿破裂面切線方向發(fā)生有不同程度的滑錯位移。具有擦痕、共軛性、規(guī)律的位移方向以及斷面比較光滑，是剪性破裂面共有的特征，也是鑒定剪性破裂面的主要依據。2023/8/6巖石力學結構面的力學成因類型剪性破裂面：是由2023/9/19巖石力學正斷層——上盤相對下盤向下滑動的斷層上盤下降下盤上升2023/8/6巖石力學正斷層——上盤相對下盤向下滑動的斷層2023/9/19巖石力學三）結構面特征及其對巖體性質的影響產狀連續(xù)性密度張開度形態(tài)充填膠結情況組合關系2023/8/6巖石力學三）結構面特征及其對巖體性質的影響產2023/9/19巖石力學軟弱面的影響巖石軟弱面對巖體物理力學特性如巖體強度、變形性、滲透性，力學上的連續(xù)性及巖體應力分布等都有顯著影響。因此，在很多情況下，軟弱面是巖體力學問題的一個主要控制因素。從本質上說，軟弱面使巖體變得更加軟弱，更易于變形而且表現為高度的各向異性。2023/8/6巖石力學軟弱面的影響巖石軟弱面對巖體物理力學2023/9/19巖石力學裂縫性地層套管損壞Elf公司的巖石力學專家Maury和Sauzy在研究裂縫性地層套管損壞時首先提出了井眼周圍裂縫巖體的剪切位移理論并應用于井壁穩(wěn)定性分析裂縫性地層裂縫性地層擾動產生剪切位移造成套管變形2023/8/6巖石力學裂縫性地層套管損壞Elf公司的巖石力2023/9/19巖石力學裂縫巖體的剪切位移造成井眼縮徑現象剪切位移引起的井眼形狀變化XYX方向井徑降低Y方向井徑增加剪切錯動方向不同剪切位移方向的井眼形狀2023/8/6巖石力學裂縫巖體的剪切位移造成井眼縮徑現象剪2023/9/19巖石力學井下電視測井觀測到：

裂縫巖體的剪切位移造成井眼縮徑現象井下電視測井顯示的破碎性地層在井眼周圍產生的剪切位移的情況剪切位移造成井眼縮徑的實例（現場實測結果）2023/8/6巖石力學井下電視測井觀測到：

裂縫巖體的剪切2023/9/19巖石力學2002年，BP美國公司在墨西哥灣遇到鉆井中井壁穩(wěn)定問題。井眼與地層層理面夾角不同（井斜角不同），井壁垮塌程度、垮塌巖石大小、形狀不同。2023/8/6巖石力學2002年，BP美國公司在墨西哥灣2023/9/19巖石力學Dusseault研究破碎性地層井壁穩(wěn)定性時發(fā)現井壁是否穩(wěn)定與井眼尺寸有關，井眼尺寸越大井壁越不穩(wěn)定。在研究層理發(fā)育的各向異性地層井壁穩(wěn)定性時發(fā)現井壁穩(wěn)定性與井眼軸線和地層層理面的夾角有關，認為應盡可能以垂直與層理面的方式進入地層，才能保持井壁穩(wěn)定性。裂縫發(fā)育的破碎性地層層理發(fā)育的各向異性地層各向異性地層加拿大科學家的研究結果2023/8/6巖石力學Dusseault研究破碎性地層井2023/9/19巖石力學三、巖石的不連續(xù)性、非均勻性、各向異性和滲透性2023/8/6巖石力學三、巖石的不連續(xù)性、非均勻性、各向異2023/9/19巖石力學巖石的不連續(xù)性巖石中普遍存在的結構面，無論是物質分異面還是物質不連續(xù)面，都會使結構面兩側附近的巖石物理力學性質呈現不連續(xù)變化。對于裂隙性巖石，通常采用裂縫率作為定量評價巖石被裂隙切割后破碎程度的指標。2023/8/6巖石力學巖石的不連續(xù)性巖石中普遍存在的結構面2023/9/19巖石力學巖石的不連續(xù)性巖石中的裂隙2023/8/6巖石力學巖石的不連續(xù)性巖石中的裂隙2023/9/19巖石力學巖石的不連續(xù)性a、單向裂隙(或裂隙頻率)單向裂隙指一組結構面的法線方向上每單位長度(m)內，法線與結構面的交割數目，以Kd(1/m)表示。即單向裂隙率的倒數為成組結構面之間的平均間距，以d表示：式中：

Kd--單向裂隙（1/m）

d--結構面間平均間距(m)2023/8/6巖石力學巖石的不連續(xù)性a、單向裂隙(或裂隙頻2023/9/19巖石力學巖石的不連續(xù)性式中：

li--第i條裂隙面長度(m)；

ti--第i條裂隙面的寬度(m)；

A--被測量的巖石總面積（m）b、平面裂隙率

平面裂隙率KA是指巖石單位面積上諸裂隙所占有的面積總和，亦即2023/8/6巖石力學巖石的不連續(xù)性式中：b、平面裂隙率2023/9/19巖石力學巖石的不均勻性不均勻性是指天然巖體的物理、力學性質隨空間位置不同而異的特性。分析現場巖體試驗資料時可采用綜合性的統(tǒng)計特征--偏差系數V(%)來估算巖體的不均勻性，即：式中：

--各觀測值xi的算術平均值。

σ--標準差估計值。式中：N--試驗觀測點(次)數。2023/8/6巖石力學巖石的不均勻性不均勻性是指天然巖體的2023/9/19巖石力學巖石的各向異性巖石各向異性是指天然巖體的物理力學性質隨空間方位不同而異的特性，具體表現在它的強度及變形特性等各方面。在天然巖體條件下，使巖體具有各向異性的基本原因是由于巖石內普遍存在著層理、片理、夾層和定向裂隙（斷層）系統(tǒng)所致。目前在實際工程中對于成層巖體往往考慮其平行于層理和垂直于層理方向的差異性。然而對于不具有層理的巖體，則把它視為各自同性體。

2023/8/6巖石力學巖石的各向異性巖石各向異性是指天然巖2023/9/19巖石力學

501002023/8/6巖石力學501002023/9/19巖石力學2023/8/6巖石力學2023/9/19巖石力學巖石的滲透性有壓水可以透過巖石的孔隙、裂隙而流動，巖石能透過水的能力稱為巖石的滲透性。不同巖石或裂隙性不同的巖石的滲透性不同，滲透性的大小用滲透系數K表示。巖石的滲透系數不僅與水的物理性質有關，也與巖石的應力狀態(tài)有關。

2023/8/6巖石力學巖石的滲透性有壓水可以透過巖石的孔隙2023/9/19巖石力學巖石軸向滲透性試驗原理巖石滲透儀(軸向滲透)1-注水管路；2-圍壓室；3-巖樣；4-放水閥2023/8/6巖石力學巖石軸向滲透性試驗原理巖石滲透儀(軸2023/9/19巖石力學巖石軸向滲透性試驗原理假定巖體滲流符合達西定律，則滲透系數可計算如下式中

K－巖石滲透系數(m/s)；

Q－單位時間里透過試樣的水量(m^3)；

L－試樣長度(m)；A－試樣截面積(m^2)；

P－試樣兩端的水壓力差(KPa)；γw－水的容重(KN/m^3）2023/8/6巖石力學巖石軸向滲透性試驗原理假定巖體滲流符2023/9/19巖石力學巖石徑向滲透性試驗原理徑向滲透試驗時，其滲透系數計算式中

P－試樣外壁上的水壓力(KPa)；

L－試驗段(小孔)長度(m)；

R1－試件內半徑(m)；

R2－試件外半徑(m)；

π－圓周率。

2023/8/6巖石力學巖石徑向滲透性試驗原理徑向滲透試驗時2023/9/19巖石力學巖石的滲透系數數值2023/8/6巖石力學巖石的滲透系數數值2023/9/19巖石力學四、巖石的物理性質巖石和土一樣，也是由固體、液體和氣體三相組成的。物理性質是指巖石由于三相組成的相對比例關系不同所表現的物理狀態(tài)。1、巖石的密度2、巖石的孔隙性2023/8/6巖石力學四、巖石的物理性質巖石和土一樣，也是2023/9/19巖石力學（一）、巖石的密度1、顆粒密度(ρs)：巖石固體部分的質量與其體積的比值。它不包含孔隙在內，因此其大小僅取決于組成巖石的礦物密度及其含量：

ρs=ms/Vsρs—為巖石的顆粒密度ms—為巖石固體部分的質量Vs—為巖石固體部分的體積2023/8/6巖石力學（一）、巖石的密度1、顆粒密度(ρ2023/9/19巖石力學（一）、巖石的密度2、塊體密度（或巖石密度）是指巖石單位體積內的質量，按巖石的含水狀態(tài)，又有干密度（ρd）、飽和密度（ρsat）和天然密度（ρ）之分，在未指明含水狀態(tài)時一般指巖石的天然密度。

ρd=ms/Vρsat=msat/Vρ=m/V2023/8/6巖石力學（一）、巖石的密度2、塊體密度（或巖2023/9/19巖石力學注意：（1）ρs與ρ的區(qū)別(ρs>ρ)

（2）ρs與ρ的單位（g/cm3kN/m3）（3）測試方法（ρs---比重瓶法；ρ--量積法）（一）、巖石的密度2023/8/6巖石力學注意：（一）、巖石的密度2023/9/19巖石力學常見巖石的密度

巖石名稱密度(g／cm3)巖石名稱密度(g／cm3)花崗巖2.52～2.81石灰?guī)r2.37～2.75閃長巖2.67～2.96白云巖2.75～2.80輝長巖2.85～3.12片麻巖2.59～3.06輝綠巖2.80～3.11片巖2.70～2.90砂巖2.17～2.70大理巖2.75左右頁巖2.06～2.66板巖2.72～2.842023/8/6巖石力學常見巖石的密度巖石名稱密度巖2023/9/19巖石力學2023/8/6巖石力學2023/9/19巖石力學巖石的物理性質孔隙度：巖石中孔隙體積與巖石總體積之比(多用百分數表示)。

裂隙率：巖石中各種節(jié)理、裂隙的體積與巖石總體積之比稱裂隙率。孔隙度與裂隙率含義相同，孔隙度多用于松散土、石，裂隙率多用于結晶連接的堅硬巖石。一般巖石的孔隙度在0.1-0.35之間2023/8/6巖石力學巖石的物理性質孔隙度：巖石中孔隙體積2023/9/19巖石力學巖石的物理性質孔隙比：巖石中孔隙的體積與固體顆粒體積之比稱巖石的孔隙比(多以小數表示)孔隙比和孔隙度可以互相換算：

式中：e－孔隙比;n－孔隙度

密度是試驗指標，只有通過試驗才能得到具體數值,而孔隙度和孔隙比是計算指標。

2023/8/6巖石力學巖石的物理性質孔隙比：巖石中孔隙的體2023/9/19巖石力學例題：巖石的飽和密度為2.65g/cm3，干密度為2.49g/cm3，請計算巖石的孔隙比和顆粒密度2023/8/6巖石力學例題：巖石的飽和密度為2.65g/c2023/9/19巖石力學2023/8/6巖石力學2023/9/19巖石力學五、巖石的水理性質巖石在水溶液作用下表現出來的性質，稱為水理性質。主要有：

1.吸水性

2.軟化性

3.抗凍性

4.透水性2023/8/6巖石力學五、巖石的水理性質巖石在水溶液作用下2023/9/19巖石力學（一）、巖石的吸水性巖石在一定的試驗條件下吸收水分的能力，稱為巖石的吸水性。1.吸水率(Wa)：巖石試件在大氣壓力和室溫條件下自由吸入水的質量(mw1)與巖樣干質量(ms)之比，用百分數表示2023/8/6巖石力學（一）、巖石的吸水性巖石在一定的試驗2023/9/19巖石力學巖石的飽和吸水率(Wp)是指巖石試件在高壓(一般壓力為15MPa)或真空條件下吸入水的質量(mw2)與巖樣干質量(ms)之比，用百分數表示，即3.飽水系數巖石的吸水率(Wa)與飽和吸水率(Wp)之比，稱為飽水系數。它反映了巖石中大、小開空隙的相對比例關系。（2）飽和吸水率2023/8/6巖石力學巖石的飽和吸水率(Wp)是指巖石試件2023/9/19巖石力學（二）、巖石的軟化性巖石浸水飽和后強度降低的性質，稱為軟化性軟化系數(KR)為巖石試件的飽和抗壓強度(σcw)與干抗壓強度(σc)的比值巖石中含有較多的親水性和可溶性礦物，大開空隙較多，巖石的軟化性較強，軟化系數較小。KR＞0.75，巖石的軟化性弱，工程地質性質較好KR＜0.75，巖石軟化性較強，工程地質性質較差2023/8/6巖石力學（二）、巖石的軟化性巖石浸水飽和后強2023/9/19巖石力學巖石名稱軟化系數巖石名稱軟化系數花崗巖0.72～0.97泥巖0.40～0.60閃長巖0.60～0.80泥灰?guī)r0.44～0.54輝綠巖0.33～0.90石灰?guī)r0.70～0.94流紋巖0.75～0.95片麻巖0.75～0.97安山巖0.81～0.91石英片巖、角閃片巖0.44～0.84玄武巖0.30～0.95云母片巖、綠泥石片巖0.53～0.69凝灰?guī)r0.52～0.86千枚巖0.67～0.96礫巖0.50～0.96硅質板巖0.75～0.79砂巖0.21～0.75泥質板巖0.39～0.52頁巖0.24～0.74石英巖0.94～0.96常見巖石的軟化系數2023/8/6巖石力學巖石名稱軟化系數巖石2023/9/19巖石力學2023/8/6巖石力學2023/9/19巖石力學2023/8/6巖石力學2023/9/19巖石力學常見巖石的物理性質指標值2023/8/6巖石力學常見巖石的物理性質指標值2023/9/19巖石力學（三）、巖石的抗凍性巖石抵抗凍融破壞的能力，稱為抗凍性?？箖鱿禂?Rd)：巖石試件經反復凍融后的干抗壓強度(σc2)與凍融前干抗壓強度(σc1)之比，用百分數表示2023/8/6巖石力學（三）、巖石的抗凍性巖石抵抗凍融破壞2023/9/19巖石力學（三）、巖石的抗凍性質量損失率(Km)：凍融試驗前后干質量之差(ms1－ms2)與試驗前干質量(ms1)之比，以百分數表示Rd＞75％，Km＜2％，抗凍性高吸水率Wa＜5％、軟化系數KR＞0.75，飽水系數小于0.8的巖石，抗凍性高。2023/8/6巖石力學（三）、巖石的抗凍性質量損失率(Km2023/9/19巖石力學巖石的水理性質可溶性：是指巖石被水溶解的性能。它與巖石的礦物成分、水中CO2含量及水的溫度等因素有關。膨脹性：巖石吸水后體積增大引起巖石結構破壞的性能稱膨脹性。一般含有粘土礦物的巖石具有—定的膨脹性，特別是含有蒙脫石類礦物的巖石膨脹性最大。南昆鐵路建設中，膨脹巖地段路塹邊坡坍滑造成嚴重的危害。2023/8/6巖石力學巖石的水理性質可溶性：是指巖石被水溶2023/9/19巖石力學巖石的水理性質崩解性：巖石被水浸泡，內部結構遭到完全破壞呈碎塊狀崩開散落的性能。具有強烈崩解的巖石和土，短時間內即發(fā)生崩解。我國西北地區(qū)的黃土，在水中浸泡一天左右即崩解，西南某地風化鈣泥質粉砂巖置于水中僅十多分鐘就全部崩解了。

2023/8/6巖石力學巖石的水理性質崩解性：巖石被水浸泡，2023/9/19巖石力學泡水前巖石：完整堅硬泡水后巖石：水化分散2023/8/6巖石力學泡水前巖石：完整堅硬泡水后巖石：水化2023/9/19巖石力學課程回顧2023/8/6巖石力學課程回顧2023/9/19巖石力學下一節(jié)課的基本內容彈性力學基礎應力分析應變分析2023/8/6巖石力學下一節(jié)課的基本內容彈性力學基礎2023/9/19巖石力學1產狀定義：巖層在空間的位置，稱為巖層產狀三要素：巖層層面的走向、傾向和傾角2023/8/6巖石力學1產狀定義：巖層在空間的位置2023/9/19巖石力學結構面與最大主應力間的關系控制著巖體的破壞機理與強度。1產狀據單結構面理論，巖體中存在一組結構面時，巖體的極限強度與結構面傾角間的關系為：2023/8/6巖石力學結構面與最大主應力間的關系控制著巖體2023/9/19巖石力學

501002023/8/6巖石力學501002023/9/19巖石力學2連續(xù)性結構面的連續(xù)性反映結構面的貫通程度。常用線連續(xù)性系數、跡長、面連續(xù)性表示線連續(xù)性系數：指沿結構面延伸方向，結構面各段長度之和(Σa)與測線長度的比值。2023/8/6巖石力學2連續(xù)性結構面的連續(xù)性反映結構面的2023/9/19巖石力學2連續(xù)性K1變化在0～1之間，K1值愈大說明結構面的連續(xù)性愈好，當K1＝1時，結構面完全貫通面連續(xù)性系數：指沿結構面延伸方向，結構面面積之和與總面積的比值結構面的連續(xù)性對巖體的變形、變形破壞機理、強度及滲透性有很大的影響2023/8/6巖石力學2連續(xù)性K1變化在0～1之間，K12023/9/19巖石力學結構面連續(xù)性分級表描述跡長（m）很低連續(xù)性<1低連續(xù)性1~3中等連續(xù)性3~10高連續(xù)性10~20很高連續(xù)性>202連續(xù)性2023/8/6巖石力學結構面連續(xù)性分級表描述跡長（m）很2023/9/19巖石力學3密度結構面的密度反映結構面發(fā)育的密集程度。線密度(Kd)是指結構面法線方向單位測線長度上交切結構面的條數(條／m)。間距(d)則是指同一組結構面法線方向上兩相鄰結構面的平均距離。Kd與d互為倒數關系如果測線水平布置，且與結構面法線的夾角為α，結構面的傾角為β時:2023/8/6巖石力學3密度結構面的密度反映結構面發(fā)育的2023/9/19巖石力學巖石中的裂隙2023/8/6巖石力學巖石中的裂隙2023/9/19巖石力學3密度用線密度來估算巖體質量指標RQD(rockqualitydesignation)巖體質量指標RQD：長度大于10cm的巖心長度之和與鉆孔總進尺的百分比2023/8/6巖石力學3密度用線密度來估算巖體質量指標R2023/9/19巖石力學2023/8/6巖石力學2023/9/19巖石力學3密度描述間距（mm）極密集的間距<20很密集的間距20~60密集的間距60~200中等的間距200~600寬的間距600~2000很寬的間距2000~6000極寬的間距>6000結構面間距分級表2023/8/6巖石力學3密度描述間距（mm）極密集的間距2023/9/19巖石力學4張開度結構面的張開度是指結構面兩壁面間的垂直距離結構面兩壁面一般不是緊密接觸，使結構面實際接觸面積減少，導致結構面粘聚力降低和滲透性增大如在層流條件下，平直而兩壁平行的單個結構面的滲透系數(Kf)可表達為：2023/8/6巖石力學4張開度結構面的張開度是指結構面兩2023/9/19巖石力學結構面張開度分級表描述結構面張開度（mm）分類很緊密緊密部分張開<0.10.1~0.250.25~0.5閉合結構面張開中等寬的寬的0.5~2.52.5~10>10裂開結構面很寬的極寬的似洞穴的10~100100~1000>1000張開結構面4張開度2023/8/6巖石力學結構面張開度分級表描述結構面張開度（2023/9/19巖石力學

Ⅳ級及部分Ⅲ級結構面的產狀、跡長、間距及張開度等幾何特征參數，服從一定的隨機分布規(guī)律。2023/8/6巖石力學Ⅳ級及部分Ⅲ級結構面的產狀、跡長、2023/9/19巖石力學5形態(tài)結構面的形態(tài)對巖體的力學性質及水力學性質有明顯的影響，結構面的形態(tài)可以用側壁的起伏形態(tài)及粗糙度來反映結構面?zhèn)缺诘钠鸱螒B(tài)分為：平直的、波狀的、鋸齒狀的、臺階狀的和不規(guī)則狀的2023/8/6巖石力學5形態(tài)結構面的形態(tài)對巖體的力學性質2023/9/19巖石力學5形態(tài)側壁的起伏程度可用起伏角(i)表示。2023/8/6巖石力學5形態(tài)側壁的起伏程度可用起伏角(i2023/9/19巖石力學結構面的粗糙度用粗糙度系JRC(jointroughnesscoefficient)表示。隨粗糙度的增大，結構面的摩擦角也增大。根據標準粗糙度剖面將結構面的粗糙度系數劃分為10級。5

形態(tài)2023/8/6巖石力學結構面的粗糙度用粗糙度系JRC(jo2023/9/19巖石力學6充填膠結特征結構面膠結后力學性質有所增強，Fe質膠結的強度最高，泥質與易溶鹽類膠結的結構面強度最低，且抗水性差未膠結的結構面，力學性質取決于其充填情況，可分為：薄膜充填、斷續(xù)充填、連續(xù)充填及厚層充填4類2023/8/6巖石力學6充填膠結特征結構面膠結后力學性質2023/9/19巖石力學6充填膠結特征薄膜充填是結構面兩壁附著一層極薄的礦物膜，厚度多小于1mm，多明顯降低結構面的強度斷續(xù)充填結構面的力學性質與充填物性質、壁巖性質及結構面的形態(tài)有關連續(xù)充填結構面的力學性質主要取決于充填物性質厚層充填結構面的力學性質很差，主要取決于充填物性質，巖體往往易于沿這種結構面滑移而失穩(wěn)充填情況類2023/8/6巖石力學6充填膠結特征薄膜充填是結構面兩壁2023/9/19巖石力學7軟弱結構面軟弱結構面是巖體中具有一定厚度的軟弱帶（層）與兩盤巖體相比具有高壓縮和低強度等特征，在產狀上多屬緩傾角結構面主要包括原生軟弱夾層、構造及擠壓破碎帶、泥化夾層及其它夾泥層等特性：①

由原巖的超固結膠結式結構變成了泥質散狀結構或泥質定向結構；②粘粒含量很高；③含水量接近或超過塑限；④

密度比原巖?。虎莩＞哂幸欢ǖ拿浛s性；⑥力學性質比原巖差；⑦強度低；⑧壓縮性高；⑨易產生滲透變形。2023/8/6巖石力學7軟弱結構面軟弱結構面是巖體中具2023/9/19巖石力學8結構面的組合關系結構面的組合關系控制著可能滑移巖體的幾何邊界條件、形態(tài)、規(guī)模、滑動方向及滑移破壞類型，它是工程巖體穩(wěn)定性預測與評價的基礎。任何堅硬巖體的塊體滑移破壞，都必須具備一定的幾何邊界條件。因此，在研究巖體穩(wěn)定性時，必須研究結構面之間及其與臨空面之間的組合關系，確定可能失穩(wěn)塊體的形態(tài)、規(guī)模和可能滑移方向等。結構面組合關系的分析可用赤平投影、立體投影和三角幾何計算法等進行。2023/8/6巖石力學8結構面的組合關系結構面的組合關系2023/9/19巖石力學巖石中的軟弱面巖石中的軟弱面是指把巖體切割成塊體，具有強度低和易變形特性的各種地質界面。如裂隙、層面、斷裂等的統(tǒng)稱。不同類型的軟弱面，具有不同的工程地質特征。這些不同特性的形成，主要與其他地質成因以及力學成因的不同有關。2023/8/6巖石力學巖石中的軟弱面巖石中的軟弱面是指把巖2023/9/19巖石力學軟弱面的地質成因類型原生軟弱面：在巖石形成過程中形成的軟弱面，如巖漿巖的流動構造面、冷縮形成的原生裂隙面、侵入體與圍巖的接觸面；沉積巖體內的層理面、不整合面；變質巖體內的片理面，以及片麻構造面等。在原生軟弱面中，除了原生裂隙，以及由于受構造運動和風化作用的影響，已經脫開的軟弱面外，多具有一定的連結力和較高的強度。2023/8/6巖石力學軟弱面的地質成因類型原生軟弱面：在巖2023/9/19巖石力學軟弱面的地質成因類型構造軟弱面：是在巖石形成后的構造運動過程中，產生的各種破裂面，如斷裂面、層間錯動面構造作用形成的軟弱夾層，以及構造裂隙面等。這類軟弱面除了已經膠合者以外，絕大部分都是脫開的。規(guī)模較大的，多充填有厚度不等、類型和連續(xù)程度不同的充填物，其中大部分已經泥化，或者已經變成了軟弱夾層。因此，就一般情況而言，除了部分構造裂隙以外，大部分構造軟弱面的特性都很壞，強度多接近于巖體的剩余強度，往往導致復雜。2023/8/6巖石力學軟弱面的地質成因類型構造軟弱面：是在2023/9/19巖石力學軟弱面的地質成因類型次生軟弱面：是巖體在外力作用下產生的軟弱面，如風化裂隙面、卸荷裂隙面等。風化裂隙面發(fā)育深度不大，方向紊亂，連續(xù)性很低。但可降低巖體的強度和變形模量。卸荷裂隙是由于卸荷作用引起巖體在垂直于卸荷自由面方向發(fā)生伸長而形成。卸荷裂隙面基本上平行于巖體卸荷自由面。一般來說，次生軟弱面主要影響地面附近巖體的穩(wěn)定性。2023/8/6巖石力學軟弱面的地質成因類型次生軟弱面：是巖2023/9/19巖石力學軟弱面的力學成因類型這里所說的軟弱面是指巖體中的破裂面而言所謂軟弱面的力學成因類型，是指按照形成破裂面的破壞應力的不同，所劃分的破裂面的類型。根據野外觀察到的事實、大量巖體力學試驗的結果以及莫爾庫倫破壞理論的分析，認為巖體的破壞只有剪切破壞和拉斷破壞兩種類型。破裂面的力學成因，應劃分為剪性和張性兩大類別。2023/8/6巖石力學軟弱面的力學成因類型這里所說的軟弱面2023/9/19巖石力學軟弱面的力學成因類型張性破裂面:是由