《巖體的變形與破壞》課件

巖體的變形與破壞本課件將探討巖體在不同地質(zhì)條件下的變形與破壞機(jī)制。課程目標(biāo)理解巖體變形與破壞掌握巖體變形與破壞的基本概念，以及影響因素分析巖體穩(wěn)定性學(xué)習(xí)巖體穩(wěn)定性分析方法，并能夠進(jìn)行簡單分析掌握巖體支護(hù)方案了解常見巖體支護(hù)方案，并能夠根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方案巖體的基本概念巖石巖石是地殼中主要的固體物質(zhì)，由一種或多種礦物組成。結(jié)構(gòu)面巖體中存在的各種裂隙、節(jié)理、斷層等地質(zhì)構(gòu)造。巖體由巖石和結(jié)構(gòu)面組成的，具有整體性特征的復(fù)雜地質(zhì)體。巖體變形的基本類型彈性變形巖體在應(yīng)力作用下發(fā)生變形，但當(dāng)應(yīng)力解除后，變形消失，恢復(fù)原狀。塑性變形巖體在應(yīng)力作用下發(fā)生永久變形，即使應(yīng)力解除后，變形也不會完全消失。破壞變形巖體在應(yīng)力作用下發(fā)生破壞，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)完整性喪失，例如斷裂、破碎。應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系應(yīng)力應(yīng)變巖石內(nèi)部單位面積上所受的力巖石在外力作用下產(chǎn)生的變形正應(yīng)力、剪應(yīng)力拉伸應(yīng)變、壓縮應(yīng)變、剪切應(yīng)變彈性變形理論1胡克定律應(yīng)力與應(yīng)變成正比2彈性模量衡量材料剛度3泊松比橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比彈性變形理論是研究巖體在荷載作用下發(fā)生彈性變形規(guī)律的理論基礎(chǔ)。它主要包括胡克定律、彈性模量和泊松比等概念。這些概念幫助我們理解巖體在承受壓力時(shí)如何發(fā)生變形，以及不同類型巖石的抗壓能力。塑性變形理論巖石變形巖石的塑性變形是指巖石在應(yīng)力作用下發(fā)生永久變形，且變形量與應(yīng)力大小成正比。應(yīng)力狀態(tài)巖石的塑性變形通常發(fā)生在巖石內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)超過其屈服極限時(shí)。影響因素巖石的塑性變形受到巖石類型、溫度、應(yīng)變速率等因素的影響。斷裂破壞理論1拉伸破壞巖石在拉伸應(yīng)力作用下，沿其弱面或裂隙發(fā)生斷裂，形成張裂隙。2剪切破壞巖石在剪切應(yīng)力作用下，沿其弱面或裂隙發(fā)生斷裂，形成剪切裂隙。3彎曲破壞巖石在彎曲應(yīng)力作用下，發(fā)生彎曲變形，當(dāng)應(yīng)力超過巖石的抗彎強(qiáng)度時(shí)，發(fā)生斷裂。巖體滲流分析1滲透系數(shù)巖體的滲透性取決于巖體的孔隙度、裂隙度以及巖體的性質(zhì)。2滲流場滲流場是指巖體內(nèi)水流的運(yùn)動方向和大小。3滲流模型滲流模型可以用來預(yù)測巖體中的水流運(yùn)動。巖體裂隙的形成機(jī)理巖體裂隙是巖體中的一種普遍存在的結(jié)構(gòu)面，它對巖體的力學(xué)性質(zhì)、工程特性以及巖體穩(wěn)定性都有著重要的影響。巖體裂隙的形成機(jī)理主要有以下幾種：構(gòu)造運(yùn)動巖漿活動地質(zhì)構(gòu)造風(fēng)化剝蝕凍融作用卸荷作用巖體有效應(yīng)力分析1孔隙壓力巖石孔隙中的水壓力影響巖石的強(qiáng)度和變形。2有效應(yīng)力總應(yīng)力減去孔隙壓力得到有效應(yīng)力，反映巖石的真實(shí)受力狀態(tài)。3應(yīng)力路徑應(yīng)力路徑分析可以更準(zhǔn)確地預(yù)測巖石的破壞過程。巖體變形與破壞的影響因素巖體性質(zhì)巖體的類型、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、風(fēng)化程度、裂隙發(fā)育程度等因素都會影響巖體的變形與破壞。地質(zhì)構(gòu)造斷層、褶皺、節(jié)理等地質(zhì)構(gòu)造的存在會削弱巖體的完整性，使其更容易發(fā)生變形和破壞。環(huán)境因素溫度、濕度、降雨、地震等環(huán)境因素也會對巖體的變形和破壞產(chǎn)生影響。工程活動開挖、爆破、填筑、地下開采等工程活動會改變巖體的應(yīng)力狀態(tài)，誘發(fā)巖體的變形和破壞。巖體變形與破壞的監(jiān)測方法位移監(jiān)測利用水準(zhǔn)儀、全站儀、GPS等設(shè)備監(jiān)測巖體表面或內(nèi)部的位移變化，判斷巖體是否發(fā)生變形或破壞。聲波監(jiān)測利用聲波傳感器監(jiān)測巖體內(nèi)聲波傳播速度的變化，判斷巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的變化。應(yīng)力監(jiān)測利用應(yīng)力傳感器監(jiān)測巖體內(nèi)部的應(yīng)力變化，判斷巖體是否處于臨近破壞狀態(tài)。圖像監(jiān)測利用高分辨率相機(jī)或無人機(jī)拍攝巖體的圖像，通過圖像分析軟件判斷巖體的變形和破壞情況。巖體變形與破壞的預(yù)測模型1數(shù)值模擬有限元、有限差分等2經(jīng)驗(yàn)公式基于歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)規(guī)律3統(tǒng)計(jì)模型概率統(tǒng)計(jì)方法預(yù)測4物理模型模擬巖體受力情況巖體變形與破壞的數(shù)值模擬1有限元法模擬巖體的連續(xù)變形2邊界元法處理無限大巖體問題3離散元法模擬巖體的斷裂破壞圍巖穩(wěn)定性分析巖體強(qiáng)度巖石的強(qiáng)度和變形特性是影響圍巖穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。結(jié)構(gòu)面特征裂隙、節(jié)理和斷層等結(jié)構(gòu)面對巖體穩(wěn)定性具有重要影響，會導(dǎo)致應(yīng)力集中和巖體失穩(wěn)。地下水的影響地下水的存在會降低巖體強(qiáng)度、增加地壓，進(jìn)而影響圍巖穩(wěn)定性。圍巖支護(hù)設(shè)計(jì)原則1安全可靠確保工程結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，防止坍塌、變形等事故的發(fā)生。2經(jīng)濟(jì)合理選擇最佳的支護(hù)方案，既能滿足工程要求，又能節(jié)約成本。3施工方便支護(hù)材料和施工方法要便于操作，提高施工效率。常見支護(hù)方式及其特點(diǎn)錨桿支護(hù)錨桿支護(hù)是常用的巖體支護(hù)方式，通過錨桿將巖體固定，提高巖體穩(wěn)定性。噴射混凝土支護(hù)噴射混凝土支護(hù)是一種快速有效的支護(hù)方式，可以有效地封閉巖體裂隙，提高巖體的整體強(qiáng)度。鋼筋網(wǎng)支護(hù)鋼筋網(wǎng)支護(hù)是一種常用的支護(hù)方式，可以增強(qiáng)巖體的抗剪強(qiáng)度，提高巖體的穩(wěn)定性。注漿支護(hù)注漿支護(hù)是一種重要的加固方法，通過向巖體裂隙中注入水泥漿或其他材料，提高巖體的整體強(qiáng)度。挖方邊坡穩(wěn)定性分析填方邊坡穩(wěn)定性分析1地基填方邊坡的地基條件，包括巖土類型、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、滲透性等，直接影響邊坡穩(wěn)定性2坡度邊坡的坡度越大，穩(wěn)定性越差，需要考慮坡度變化對邊坡穩(wěn)定性的影響3填料填料的類型、密度、強(qiáng)度、顆粒級配等對邊坡穩(wěn)定性有很大影響，需要選擇合適的填料4降雨降雨會增加邊坡的含水量，降低土體的強(qiáng)度，影響邊坡穩(wěn)定性，需要考慮降雨的影響隧道群穩(wěn)定性分析隧道群的穩(wěn)定性分析，需要綜合考慮多方面的因素，包括地質(zhì)條件、巖體結(jié)構(gòu)、支護(hù)方式等。基坑支護(hù)穩(wěn)定性分析1.地質(zhì)條件巖土類型、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、滲透性2.基坑開挖深度深度越大，支護(hù)難度越大3.周邊環(huán)境建筑物、地下管線、水體等4.施工工法明挖、深基坑、盾構(gòu)法等地下空洞穩(wěn)定性分析1巖體性質(zhì)巖體的強(qiáng)度、變形模量等影響空洞的穩(wěn)定性。2圍巖應(yīng)力空洞開挖引起的應(yīng)力變化會影響圍巖的穩(wěn)定性。3地質(zhì)構(gòu)造斷層、節(jié)理等地質(zhì)構(gòu)造會影響空洞的穩(wěn)定性。4地下水地下水的滲透、壓力等會影響空洞的穩(wěn)定性。壩坡穩(wěn)定性分析壩坡穩(wěn)定性分析是確保水壩安全運(yùn)行的關(guān)鍵，主要評估壩坡發(fā)生滑坡、崩塌、滲透等破壞的可能性。采礦工程巖體穩(wěn)定性分析開采方式露天開采地下開采穩(wěn)定性問題邊坡穩(wěn)定性，采空區(qū)塌陷頂板垮落，圍巖失穩(wěn)分析方法極限平衡法，數(shù)值模擬塑性力學(xué)方法，有限元分析地基基礎(chǔ)巖體穩(wěn)定性分析地質(zhì)災(zāi)害防治案例分析山體滑坡治理采用邊坡防護(hù)工程和水土保持措施，有效防止滑坡發(fā)生。泥石流治理通過修建截流壩、排水溝等工程措施，控制泥石流的爆發(fā)和危害。地面沉降治理實(shí)施地下水資源的合理開發(fā)和利用，減緩地面沉降的發(fā)生速度。工程案例分析公路工程巖體變形和破壞對公路工程的穩(wěn)定性和安全性影響很大。如邊坡坍塌、隧道坍塌、路基沉降等。水利工程巖體變形和破壞對水利工程的穩(wěn)定性和安全性影響也很大。如壩體變形、水庫滲漏、水渠坍塌等。建筑工程巖體變形和破壞對建筑工程的穩(wěn)定性和安全性影響很大。如地基沉降、地下室滲漏、基礎(chǔ)開裂等。學(xué)習(xí)討論與總結(jié)小組討論通過小組討論，分享各自的理解和見解，深化對巖體變形與破壞知識的掌握。