第七章 结构面的力学性质

1、资源与环境工程学院结构面的力学性质资源与环境工程学院结构面类型及特征结构面： 是具有一定方向，厚度较小，延展性较大的二维地质界面。资源与环境工程学院结构面类型及特征结构面类型划分按结构面成因划分原生结构面。构造结构面。次生结构面。资源与环境工程学院结构面类型及特征原生结构面：成岩过程中形成的结构面。构造结构面：在各种构造应力作用下形成的结构面，如节理、断裂、劈理以及层间错动引起的破碎带等。次生结构面：在各种次生作用下形成的结构面，如风化裂隙、冰冻裂隙以及重力卸载裂隙等。资源与环境工程学院结构面类型及特征原生结构面又细分为：沉积结构面：沉积岩层在成岩过程中形成的结构面，如层理、层面、假整合和不整

2、合等。火成结构面：岩浆侵入活动及冷凝过程中形成的，如岩浆岩的流层、流纹、冷却收缩形成的张裂隙；火成岩体与围岩的接触面。变质结构面：受变质作用形成的结构面，如片理、板理等。资源与环境工程学院结构面类型及特征结构面类型划分按结构面受力条件划分压性结构面。张性结构面。扭性结构面。压扭性结构面。张扭性结构面。资源与环境工程学院结构面类型及特征压性结构面：由压应力挤压构成，其走向与最大主应力方向垂直。张性结构面：在拉应力作用下产生，其走向与最大主应力方向一致。扭性结构面：由纯剪或压张应力引起的剪应力所形成的结构面。资源与环境工程学院结构面类型及特征压扭性结构面：既有压性结构面的特征，也有扭性结构面的特征

3、。张扭性结构面：既有张性结构面的特征，也有扭性结构面的特征。资源与环境工程学院结构面类型及特征资源与环境工程学院结构面类型及特征资源与环境工程学院结构面类型及特征资源与环境工程学院结构面类型及特征二、结构面的分类按工程尺寸的分类（绝对分类）资源与环境工程学院结构面类型及特征按工程尺寸的分类（相对分类）资源与环境工程学院结构面类型及特征按力学观点的分类资源与环境工程学院结构面的状态结构面的状态： 结构面的产状、形态、延展尺度、密集程度以及结构面的接触类型、胶结、充填情况是影响岩体强度和稳定性的重要因素。资源与环境工程学院结构面的状态结构面的产状：对岩体是否沿着某一结构面滑动其控制作用。结构面的形

4、态：决定岩体沿结构面滑动时抗滑力的大小。结构面的延展尺度：决定岩体的强度。资源与环境工程学院结构面的状态结构面的密集程度：决定了岩体的被切割程度，极大影响着岩体的强度。结构面的胶结与充填情况：对岩体的强度有很大影响。资源与环境工程学院结构面的密集程度描述结构面密集程度的基本概念v裂隙度:沿测线方向单位长度所穿过的结构面数量。nLd :d节理平均间距:L测线长度LnK 节理数:n资源与环境工程学院结构面的密集程度当岩体中存在多组节理时，此时裂隙度K为各组节理裂隙度之和。nbaKKKK资源与环境工程学院结构面的密集程度切割度:表示岩体被结构面切割的程度。AaXe:a结构面面积；:A假想断面面积当岩

5、体中存在多组结构面时，此时切割度为：AaaaXne21资源与环境工程学院结构面的密集程度不同切割度对应岩体的贯通类型非贯通半贯通贯通资源与环境工程学院结构面的接触类型、胶结与充填结构面的接触类型、胶结与充填情况对岩体对强度的影响资源与环境工程学院结构面的接触类型、胶结与充填胶结物成分对岩体对强度的影响：泥质胶结：强度最低，在脱水情况具有一定强度，遇水发生泥化和软化，强度显著降低。可溶盐类胶结：干燥时具有一定强度，遇水溶解，强度降低。钙质胶结：强度较高，且不受水的影响，但在酸性水作用下，强度降低。资源与环境工程学院结构面的接触类型、胶结与充填铁质胶结：强度较高，但易风化，力学性能不稳定。硅质胶结

6、：强度高，力学性能稳定。资源与环境工程学院结构面的接触类型、胶结与充填胶结物厚度对岩体对强度的影响：薄膜充填：充填物为极薄的一层矿物薄膜，强度较低。断续充填：充填物不连续，厚度小于结构面起伏度。结构面强度受两侧岩性及结构面形态控制。资源与环境工程学院结构面的接触类型、胶结与充填连续充填：充填物连续，厚度略大于结构面起伏度。结构面强度受充填物强度控制。厚层充填：充填物厚度大，在岩体中形成软弱带。资源与环境工程学院结构面的法向变形结构面的变形特征结构面的法向变形1、结构面弹性变形结构面的接触是点接触，接触点为边长为h的正方形，接触点有n个；每个接触点所受的力是相等的；每个接触点的力学特性是相同的。

7、资源与环境工程学院结构面的法向变形点接触荷载表面平均位移：222211hnEdmAEmQm与接触面形状有关的系数，当接触面为圆形，96. 0m当接触面为方形，,95. 0mm随长宽比的增大而减小。弹性位移，作用于结构面上的均布载荷;d结构面边长，h接触点边长;n接触点个数;资源与环境工程学院结构面的法向变形沃尔多夫认为，, 9 . 012m故有：nEhd208 . 1通常认为，当结构面闭合时，其弹性变形量为：nEhdm2201220资源与环境工程学院结构面的法向变形2、结构面的闭合变形古德曼假定：结构面是张开的，张开的结构面没有强度；结构面间的压缩量有限。e资源与环境工程学院结构面的法向变形V

8、VVmc1mctmcVVVVVA1mcmcVVV当：1 tA资源与环境工程学院结构面的法向变形结构面的配称与非配称试验：资源与环境工程学院结构面的切向变形结构面的剪切变形1、结构面粗糙、无充填物的剪切变形(a)。2、结构面含有较厚充填物的剪切变形(b)。资源与环境工程学院结构面的切向变形充填物湿度对结构面抗剪强度曲线影响很大。当充填物干燥时，曲线b会向曲线a过渡。 0uab资源与环境工程学院结构面的切向变形结构面剪切变形理想化模型0uABC峰值抗剪强度残余抗剪强度起始弹性段应力降低段残余变形段（塑性段）资源与环境工程学院结构面的切向变形0u高低恒刚度抗剪强度曲线0u高低恒位移抗剪强度曲线资源与

9、环境工程学院结构面的抗剪强度结构面的抗剪强度平直结构面的抗剪强度残余抗剪强度rrtg残余内摩擦角rpptgC峰值内聚力，pC峰值内摩擦角p峰值抗剪强度资源与环境工程学院结构面的抗剪强度若结构面间有水存在：tguC结构面间水压u）或内摩擦角（rp）或内聚力（0pCC 资源与环境工程学院结构面的抗剪强度规则粗糙结构面的抗剪强度：NNTTitgb基本摩擦角，b结构面爬坡角i资源与环境工程学院结构面的抗剪强度itgb基本摩擦角，b结构面爬坡角iiNiTTiTiNNsincossincosbtgNT资源与环境工程学院结构面的抗剪强度规则粗糙结构面抗剪强度理想曲线：0ABC视内聚力ibTbbTtgitgC

10、资源与环境工程学院结构面的抗剪强度不规则粗糙结构面抗剪强度：bJCSJRCtglg结构面粗糙度系数JRC结构面两壁表面抗压强度JCS资源与环境工程学院结构面的抗剪强度充填结构面抗剪强度 当结构面中充填有某种软弱物质时，随着充填厚度的增大，结构面的抗剪强度显著下降，一旦充填物厚度超过结构面表面起伏幅值时，则结构面抗剪强度由充填物的厚度缩控制。资源与环境工程学院结构面的力学效应单结构面力学效应 jjCtg结构面抗剪强度符合库仑准则：2sin21312cos21213131岩石内任意点应力关系：单结构面力学效应资源与环境工程学院单结构面力学效应2sin12331ctgtgtgCjjj沿结构面破坏力学

11、条件：当：j212j资源与环境工程学院单结构面力学效应沿结构面破坏范围：资源与环境工程学院单结构面力学效应31311sin2arcsin212jjjjctgCj22131312sin2arcsin21290jjjjctgC资源与环境工程学院单结构面力学效应当结构面与结构面抗剪强度曲线相切时：24jjctgtg2jjjjjCsin1cos2sin1sin131或jjjjtgtgtgC233112资源与环境工程学院单结构面力学效应结构面抗剪强度与与结构面位置及围压的关系：资源与环境工程学院多结构面力学效应多结构面力学效应资源与环境工程学院作业例 某岩石边坡由闪长岩组成，其抗剪强度指标C=400kg/cm2，=30，边坡内有一结构面，结构面强度性质Cj=200kg/cm2，j=20，结构面倾角= 40。为防止下滑，而采取加固措施