第二节结构面的变形性质

1、一、法向变形性质一、法向变形性质 1 1、法向变形的特征、法向变形的特征 为了测试得到结构面的应力为了测试得到结构面的应力- -变形曲线，变形曲线，取含结构面和不取含结构面和不含结构面的两块试件做变形试验含结构面的两块试件做变形试验，得变形曲线，得变形曲线n n-v v. . 设不含结构面的岩块变形为设不含结构面的岩块变形为vrvr ( (仅仅只包括岩块的变仅仅只包括岩块的变形形) ) ； 设含结构面的岩块变形为设含结构面的岩块变形为vtvt ( (包括岩块和结构面的变包括岩块和结构面的变形形) ) 。则结构面的法向闭合变形。则结构面的法向闭合变形vjvj为：为： 第二节第二节 结构面的变形性

2、质结构面的变形性质vvvvvv(1)(1)开始时随着法向应力增加，结构面闭合变形迅速增长，开始时随着法向应力增加，结构面闭合变形迅速增长，n n-v v及及n n-v vj j曲线均呈上凹型。曲线均呈上凹型。当当n n增到一定值时，增到一定值时，n n-v vt t曲线变陡，并与曲线变陡，并与n n-v vr r曲线大致平行。说明结曲线大致平行。说明结构面已基本上完全闭合，其变形主要是岩块变形贡献的。构面已基本上完全闭合，其变形主要是岩块变形贡献的。这时这时v vj j则趋于结构面则趋于结构面最大闭合量最大闭合量v vm m。 应力应力- -变形关系曲线见下图，表现出以下特征：变形关系曲线见下

3、图，表现出以下特征：abc (2)(2)初始压缩阶段，初始压缩阶段，含结构面的岩块变形含结构面的岩块变形v vt t主要是由结主要是由结构面的闭合造成的。试验表明，当构面的闭合造成的。试验表明，当n n1mpa1mpa时，时， v vt t/v vr r可达可达5 53030，说明，说明v vt t占了很大一部分。占了很大一部分。(3)(3)法向应力法向应力n n大约从大约从c c/3/3处开始处开始，含结构面的岩块变形，含结构面的岩块变形由以结构面的由以结构面的闭合为主转为以岩块的弹性变形为主闭合为主转为以岩块的弹性变形为主。 （4 4） nn-v vj j曲线为指数或双对数曲线。曲线为指数

4、或双对数曲线。曲线形状可用初始法向刚度曲线形状可用初始法向刚度k knini及最大闭合量及最大闭合量v vm m来确定。来确定。 0jvjnnivk（5 5）结构面的最大闭合量）结构面的最大闭合量始终小于结构面的张开度（始终小于结构面的张开度（e e）。）。（结构面凹凸不平）（结构面凹凸不平） 结构面加载、卸载的应力结构面加载、卸载的应力- -变形关系曲线如下图：变形关系曲线如下图：卸荷的应力卸荷的应力- -变形关系曲线特征变形关系曲线特征: : （1 1）结构面的卸荷变形曲线）结构面的卸荷变形曲线( (n n-v vj j) )仍为一以仍为一以v vj jv vm m为渐近线的非线性曲线。卸

5、荷后留下很大的残余变形为渐近线的非线性曲线。卸荷后留下很大的残余变形不能恢复，不能恢复部分称为不能恢复，不能恢复部分称为松胀变形松胀变形。 卸荷后卸荷后留下残余变留下残余变形的大小形的大小主主要取决于结要取决于结构面的张开构面的张开度度( (e e) )、粗糙、粗糙度度( (jrcjrc) )、壁、壁岩强度岩强度( (jcsjcs) )及加、卸载及加、卸载循环次数等循环次数等因素。因素。（2 2）对比岩块和结构面的卸荷曲线可知，结构面的卸）对比岩块和结构面的卸荷曲线可知，结构面的卸荷刚度比岩块的卸荷刚度大。荷刚度比岩块的卸荷刚度大。 （3 3）随着）随着循环次数循环次数的增加，的增加，nn-v

6、jvj曲线逐渐曲线逐渐变陡，且变陡，且整体向左整体向左移。移。（4 4）每次循）每次循环荷载所得环荷载所得的曲线形状的曲线形状十分相似，十分相似，且其特征与且其特征与加荷方式及加荷方式及其受力历史其受力历史无关。无关。2 2、法向变形本构方程、法向变形本构方程 目前仍处于探索阶段，多为在试验的基础上提出的经目前仍处于探索阶段，多为在试验的基础上提出的经验方程。验方程。 （1)goodman 1)goodman 方程方程 双曲函数双曲函数 较适用于具有一定滑较适用于具有一定滑错位移的非嵌合性结构面。错位移的非嵌合性结构面。 或或（2 2）班迪斯（）班迪斯（bandisbandis）方程）方程jj

7、nvbava a、b b为系数。为系数。 另，孙广忠（另，孙广忠（19881988）年也提出了指数方程。年也提出了指数方程。3 3、法向刚度及其确定方法、法向刚度及其确定方法 （1 1）定义：）定义：法向刚度法向刚度k kn n是指在法向应力作用下，结构面产是指在法向应力作用下，结构面产生单位法向变形所需要的应力，数值上等于生单位法向变形所需要的应力，数值上等于- - 曲曲线上一点的切线斜率。线上一点的切线斜率。 （2 2）确定方法：）确定方法： 试验法：试验法：室内变形试验室内变形试验、现场变形试验、现场变形试验 本构方程和经验估算法，见下式：本构方程和经验估算法，见下式： 二、结构面的剪切

8、变形性质二、结构面的剪切变形性质 1 1、剪切变形特征、剪切变形特征 kni初始法向刚度。初始法向刚度。(1)(1)结构面的剪切变形曲线均结构面的剪切变形曲线均为非线性曲线。为非线性曲线。脆性变形型脆性变形型( (图图5 5l0a)l0a)： 开始时剪切变形随应力开始时剪切变形随应力增加缓慢，曲线较陡。峰值增加缓慢，曲线较陡。峰值后剪切变形增加较快，有明后剪切变形增加较快，有明显的峰值强度和应力降当显的峰值强度和应力降当应力降至一定值后趋于稳定，应力降至一定值后趋于稳定，残余强度明显低于峰值强度。残余强度明显低于峰值强度。塑性变形型塑性变形型( (图图5 5l0b)l0b)： 无明显的峰值强度

9、和应无明显的峰值强度和应力降，且峰值强度与残余强力降，且峰值强度与残余强度相差很小曲线的斜率是度相差很小曲线的斜率是连续变化的，且具流变性。连续变化的，且具流变性。 (2)(2)结构面的峰结构面的峰值位移值位移u uf f受其受其风化程度的影响。风化程度的影响。风化后的峰值位风化后的峰值位移比新鲜的大。移比新鲜的大。 (3)(3)对同类结构对同类结构面而言，遭受风面而言，遭受风化的结构面，剪化的结构面，剪切刚度比未风化切刚度比未风化的小的小l l2 2一一l l4 4。 (4)(4)结构面的剪切刚度结构面的剪切刚度具有明显的尺寸效应。具有明显的尺寸效应。在同一法向应力作用在同一法向应力作用下，其剪切刚度随被下，其剪切刚度随被剪切结构面的规模增剪切结构面的规模增大而降低大而降低( (图图5 512)12)。 (5)(5)结构面的剪切刚结构面的剪切刚度随法向应力的增大度随法向应力的增大而增大而增大( (图图5 51111，图，图5 512)12)。2.2.剪切刚度及其确定方法剪切刚度及其确定方法 （1 1）定义：）定义：剪切刚度剪切刚度k ks s是反映结构面剪切变形性质的重是反映结构面剪切变形性质的重要参数，其数值等