北科大岩石力学课件-李长洪3.1岩体力学性质(yantijiegou).ppt

1、1 3 岩体力学性质 3 3.1 岩体结构主要内容 1 岩体结构要素岩体结构要素 2 结构面类型结构面类型 3 结构面分级及其特性结构面分级及其特性 4 结构面状态结构面状态 5 岩体结构类型岩体结构类型 4 3.1.1 岩体结构要素 的）于板状结构体（长厚比大 块状结构体（短轴的） 结构体 夹泥的，夹层软弱结构面 干净的坚硬结构面 结构面 岩体结构要素（单元） 15 5 3.1.2 结构面（Structural plane)类型1 成因类型地质类型 原 生 结 构 面 沉积 结构面 层面、层理、沉积间断面（不整 合面、假整合面）、原生软弱夹 层 火成 结构面 流层、流线、火山岩流接触面， 蚀

2、变带、挤压破碎带、原生节理 变质 结构面 片理、板理、软弱夹层 6 3.1.2 结构面（Structural plane)类型2 成因类型地质类型 构 造 结 构 面 劈理 节理 断层 层间破碎夹层 7 3.1.2 结构面（Structural plane)类型3 成因类型地质类型 次 生 结 构 面 卸 荷 裂 隙 爆 破 裂 隙 风 化 裂 隙 风 化 夹 层 泥 化 夹 层 8 3.1.3 结构面分级及其特性结构面分级及其特性1 级 序 分级依据地质类型 力学属 性 对岩体稳定性影 响 I 级 延伸数十公 里 深度可切穿 一个构造层 破碎带宽度 在数米、数 十米以上 区域性深 大断裂 或

3、大断裂 属于软 弱结构 面， 构成独 立的力 学介质 单元 影响区域稳定性 是岩体变形或破 坏的控制条件， 形成岩体力学作 用边界。 9 3.1.3 结构面分级及其特性2 级 序 分级依据 地质类型力学属性 对岩体稳定性影 响 II 级 延伸数百 米至数公 里， 破碎带宽 度比较窄， 几厘米至 数米 不整合面 假整合面 原生软弱 夹层 层间错动 带 风化夹层 属于软弱 结构面 形成块裂 边界 控制山体稳定性 与I级结构面可 形成大规模的块 体破坏，即控制 岩体变形和破坏 方式。 10 3.1.3 结构面分级及其特性3 级 序 分级依据地质类型 力学属 性 对岩体稳定性 影响 III 级 延展十

4、米或 数十米， 无破碎带， 面内不含泥， 有泥膜。在 一个地质时 代地层中分 布。 各种类型 的断层 原生软弱 夹层 层间错动 带等 多数属 于坚硬 结构面 少数属 软弱结 构面。 控制岩体的稳 定性 与I、II级结构 面组合可形成 不同规模的块 体破坏 划分II类岩体结 构的重要依据 11 3.1.3 结构面分级及其特性4 级 序 分级依据地质类型 力学属 性 对岩体稳定性影 响 IV 级 延展数米， 未错动， 不夹泥， 有的呈弱结 合状态，统 计结构面 节理、 劈理、 片理、 层理、 卸荷裂隙 等。 坚硬结 构面 划分II类岩体结 构的基本依据 是岩体力学性质 和结构效应基础 破坏岩体的完

5、整 性，与其他结构 面形成不同类型 边坡破坏方式。 12 3.1.3 结构面分级及其特性5 级 序 分级依据地质类型 力学属 性 对岩体稳定性 影响 V 级 连续性极差、 刚性接触的 细小或隐微 裂面，统计 结构面 微小节理 隐微裂隙 线理等。 硬性结 构面 分布随机，降 低岩块强度， 是岩块力学性 质效应基础。 若十分密集， 又因风化，形 成松散介质。 13 3.1.4 结构面状态结构面状态 1）结构面）结构面贯通类型贯通类型和和连续性连续性 a. 贯通类型贯通类型 非贯通性结构面：较短、不能贯通,岩块强度降低、变形增大. 半贯通性结构面：有一定长度、不能贯通,岩块强度降低、变 形增大 贯通

6、性结构面：长度较长、连续好、贯通整个岩体、构成岩体 边界，它对岩体有较大的影响，破坏常受这种结构面控制 14 b. 连续性连续性 结构面的连续性反映结构面的贯通程度。 线连续性系数K1 ：沿结构面延伸方向上，结构面各段长度 之和与测线长度比值 K1=a/(a+ b) K1变化在01之间变化, K1值愈大说明结构面的 连续性愈好, 当K1=1时，结构面完全 贯通。 15 面连续性系数（面切割度）Xe：在岩体中沿结构面延展平 面上，结构面各块面积之和a与该断面面积A之比 Xe=a/A Xe变化在01之间变化； Xe值愈大说明结构面的连续性 愈好； 当Xe =1时，结构面完全贯。 当Xe =0时，岩

7、体完整。 16 岩体按切割度Xe的分类表 名称切割度Xe 完整的0.10.2 弱节理化0.20.4 中等节理化0.40.6 强节理化0.60.8 完全节理化0.81.0 17 迹长：在岩体中沿结构面延展迹线的长度。 国际岩石力学学会 (ISRM，1978)建议： 用结构面的迹长来描述 和评价结构面的连续性， 并制订了相应的分级标 准 描 述 迹长(m) 很低连续性 20 18 结构面的密集程度反映结构面发育的密集程度。 裂隙度K ：沿取样线方向单位长度上的结构面数量。 设取样线长度为L,单位m,该长度内出现的结构面数量n， 沿取样线方向结构面平均间距为d，则 K=n/L ， d =1/K=L/

8、n 线密度Kd：若取样线垂直结构面，则裂隙度被称为线密度。 间距d：同一组结构面法线方向上结构面平均距离。 Kd=n/L ， d =1/Kd=L/n 2）结构面）结构面密集程度密集程度 19 按结构面间距d的分级表 描 述 削 距(mm) 极密集的间距 6000 20 多组结构面裂隙度K 的计算： Ka=1/max =cosa/da ， Kb=1/mbx =cosb/db ， ， Kn=1/mnx =cosn/dn K=Ka+Kb+Kn 结构面按裂隙度K分类： k=01为蔬节理， k=110为密节理， k=10100为非常密集节理， k=1001000为压碎、糜棱化。 21 裂隙度K与的线密度

9、Kd关系： 假设假设测线OC是水平布置的，且与结构面法线OA在水平面上的 投影线OB的夹角为，结构面的倾角为，则 体切割度Xv： 面切割度Xe与裂隙度K的乘积； 表示一组结构面对岩体的切割程度。 Xv K Xe 22 3）结构面）结构面产状：产状： 要素：走向、倾向、倾角 与主应力之间的关系：控制岩体的破坏机理与强度。 23 4）结构面）结构面形态：形态： 要素：起伏形态、起伏角、粗糙度。 对岩体的力学性质和剪切强度有影响。 起伏角:i=arctan(2h/L) 24 粗糙度系数： JRC（joint roughness coefficent) 巴顿（Barton，1977）提出： 粗糙度标准

10、及粗糙系数 挪威岩土工程研究所 (Norwegian Geotechnical Iinsitute) 25 5）结构面）结构面张开度：张开度： 张开度：结构面两壁间的垂直距离。 点接触：起伏、锯齿的凸起点，粘聚力降低。 张开:强度决定于充填物。 描 述结构面张开度(mm)张开情况 很紧密 紧 密 部分张开 10 裂开结构面 很宽的 极宽的 似洞穴的 10100 100l 000 1000 张开结构面 结构面按张开度分级 26 6）结构面）结构面的的胶结胶结充填物：充填物： a.胶结充填物成分成分对结构面力学性质的影响： 铁硅质胶结强度高； 钙质胶结强度较差； 黏土、泥质胶结强度最差。 b.胶结

11、充填物厚度厚度对结构面力学性质的影响： 薄膜充填：厚度小于1mm、应力矿物、强度明显降低； 端续充填：厚度小于起伏、强度与充填物和结构面有关； 连续充填：厚度稍大于起伏、强度取决于充填物。 后层充填：厚度远大于起伏、强度取决于充填物、易滑移。 27 3.1.5 岩体结构类型岩体结构类型1 岩 体 构 类 型 岩体地质 类型 主要 结构 体形 状 结构面发育情况 岩土工程特 征 可能发生的 岩上工程问 题 整 体 状 结 构 均质，巨 块状岩浆 岩、变质 岩巨厚 层沉积岩、 正变质岩 巨块 状 以原生构造节理 为主多呈闭合 型，裂隙结构面 间距大于1.5m,一 般不超过l2 组无危险结构 面组成

12、的落石掉 块 整体性强度 高，岩体稳 定，可视为 均质弹性各 向同性体 不稳定结构 体的局部滑 动或坍深 埋洞室的岩 爆 28 3.1.5 岩体结构类型岩体结构类型2 岩 体 构 类 型 岩体地质 类型 主要 结构 体形 状 结构面发育情况岩土工程特征 可能发生的岩 上工程问题 块 状 结 构 厚层状机 积岩、正 变质岩、 块状岩浆 岩、变质 岩 块状 柱状 只具有少量贯穿 性较好的节理裂 隙裂隙结构面 问距0.7 1.5m。一般为2 3组有少量分离 体 整体强度较 高结构面互 相牵制岩基 本稳定，接近 弹性各向同性 体 不稳定结构体 的局部滑动或 坍塌深埋洞 室的岩爆 29 3.1.5 岩体

13、结构类型岩体结构类型3 岩 体 构 类 型 岩体地质 类型 主要 结构 体形 状 结构面发育情况岩土工程特征 可能发生的岩 上工程问题 层 状 结 构 多韵律的 薄层及 中厚层状 沉积岩、 副变质岩 层状 板状 透镜 体 有层理、片理、 节理带有层间错 动面 接近均一的各 向异性体其 变形及强度特 征受层面及岩 层组合控可 视为弹塑性 体稳定性较 差 不稳定结构体 可能产生滑 塌特别是岩 层的弯张破坏 及软弱岩层的 塑性变形 30 3.1.5 岩体结构类型岩体结构类型4 岩 体 构 类 型 岩体地质 类型 主要 结构 体形 状 结构面发育情况岩土工程特征 可能发生的岩 上工程问题 碎 裂 状 结 构 构造影严 重的破碎 岩层 碎块 状 断层、断层破碎 带、片理、层理 及层间结构面较 发育，裂隙结构 面 间距0.25 0.5m，一般在3组 以上由许多分 离体形成 完整性破坏较 大，整体强度 很低并受断 裂等软弱结构 面控制，多呈 弹塑性介稳 定性很差 易引起规模较 大的岩体失稳、 地下水加剧岩 体失稳 31 3.1.5 岩体结构类型岩体结构类型5 岩 体 构 类