岩石力学课程讲义岩石强度PPT59页

1、大岗山水电站高边坡大岗山水电站高边坡节点数节点数16240单元数单元数14702武都重力坝坝基武都重力坝坝基(a)(b)(c)(d)(e)(a)(b)(c)(d)(e)(a)(b)(c)(d)(e)返回3.4.1 试验方法试验方法3.4.2 影响因素影响因素3.5.1 基本概念基本概念 岩石的抗剪强度岩石的抗剪强度就是岩石抵抗剪切滑动的能力，它是岩石力学中需要研究的最重要指标之一，往往比抗压和抗拉强度更有意义。 意义：反映岩块的力学性质的重要指标；用来估算岩体力学参数及建立强度判据3.5.1 基本概念基本概念 决定抗剪断决定抗剪断( (抗剪抗剪) )强度的方法可分为强度的方法可分为室内室内和和

2、现场现场两大两大类。类。 室内试验常用室内试验常用直接剪切仪直接剪切仪( (直接剪切试验直接剪切试验) )、抗切强度抗切强度、楔形剪切仪楔形剪切仪/ /变角板剪切试验变角板剪切试验 ( (楔形剪切试验楔形剪切试验) )、三轴压缩三轴压缩仪仪( (三轴压缩试验三轴压缩试验) )测定岩石的抗剪断测定岩石的抗剪断( (抗剪抗剪) )指标。指标。 现场试验主要以现场试验主要以直接剪切试验直接剪切试验为主，有时也可做为主，有时也可做三轴三轴强度试验强度试验。 3.5.2 室内试验方法室内试验方法PTATAP3.5.2 室内试验方法室内试验方法失稳阶段，失稳阶段，晶格滑移晶格滑移裂纹发展、裂纹发展、增长阶

3、段增长阶段弹性阶段，弹性阶段，裂纹产生裂纹产生3.5.2 室内试验方法室内试验方法 绘制试验对应绘制试验对应1和和3的应力圆（或称莫尔圆），以及这的应力圆（或称莫尔圆），以及这些应力圆的包络线，即求得岩石的抗剪强度曲线。些应力圆的包络线，即求得岩石的抗剪强度曲线。3.5.2 室内试验方法室内试验方法 对于三轴试验获得的应力圆，除了用正应力和剪应力表示（即对于三轴试验获得的应力圆，除了用正应力和剪应力表示（即Coulomb形式）外，还可用第一、第三主应力（即形式）外，还可用第一、第三主应力（即Mohr形式）表示，即：形式）表示，即： 023131coscsin 单轴试验作为三轴试验的特殊情形。单

4、轴试验作为三轴试验的特殊情形。单轴压缩：单轴压缩：c130单轴拉伸：单轴拉伸：t310sincoscsincosctc1212coscsincsinttctc211请同学们课后进行推导证明。请同学们课后进行推导证明。3.6.1 Mohr理论及理论及Mohr-Coulomb准则准则 ff3.6.1 Mohr理论及理论及Mohr-Coulomb准则准则tgcf3.6.1 Mohr理论及理论及Mohr-Coulomb准则准则tRtR带有抗拉强度切割的带有抗拉强度切割的M-C包络线包络线3.6.1 Mohr理论及理论及Mohr-Coulomb准则准则3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强

5、度理论）强度理论3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论abm 2223131cosy2231sinxycoscosx222223131313131coscosx2222231313131313.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论22222222212212sincosmcossinmcosmsinmsincosmmxyxyb3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论0sin1cos222mmxyyb3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论04222222222mmmmmxyyxyx

6、yyb由0222xyyxymm222mmxyyxybxy3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论222mmxyyb222bxybxyxyybmm221xyyymaxbmbxy3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论coscosmmaxb2222232123213131yxy3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论0maxbm 022212232123213131cossin3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论 022212321232131cos313122cos02sin3.6

7、.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论32mmbm020213；mmbm02sin0900或12cos3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论312313131314433或mmbm313122cos03122313131cos312314mmbm3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论tR3tmmbRm23.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论破破坏坏准准则则 时当033110831231tR3131221arccos 时当032310tR303ctRR 813.6.2 格里菲斯（格里

8、菲斯（Griffith）强度理论）强度理论3103310331破裂未破000831231tR0331tR33.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论tmmbRm23.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论yttxyRR 423.6.3 修正格里菲斯（修正格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论ctctfRRfff2141112121232121etRfff411121232121ftg1最危险方位：否则按未封闭分析。成立，条件：02223131cosy 格里菲斯强度理论的应力准则与库仑格里菲斯强度理论的应力准则与库仑-莫尔准则在破坏机莫

9、尔准则在破坏机理上的认识是不同的。后者认为破坏主要是压剪破坏，即使有理上的认识是不同的。后者认为破坏主要是压剪破坏，即使有拉伸破坏，也是发生在有拉应力作用的情况，而前者则认为不拉伸破坏，也是发生在有拉应力作用的情况，而前者则认为不论材料处于何种受力状态，本质上都是由于拉应力引起破坏的。论材料处于何种受力状态，本质上都是由于拉应力引起破坏的。 因此，有的地方也称格里菲斯（因此，有的地方也称格里菲斯（Griffith）强度准则为）强度准则为拉应力准则拉应力准则。3.7.1 对强度的影响对强度的影响tgPcwfsinsincPsinsinPww12113113wP3.7.1 对强度的影响对强度的影响

10、wwPP31和 时当wP4331102831231wtPRwParccos22213131 时当wP432310wtPR 33.7.2 对破坏形态的影响对破坏形态的影响工程问题工程问题/c 岩体的强度分析包括岩体的强度分析包括结构体结构体强度分析强度分析和和结构面强度分析结构面强度分析。 根据结构面尺寸的不同，大到断层，小到根据结构面尺寸的不同，大到断层，小到裂隙或细微裂隙。一般来说，小裂隙或细微裂裂隙或细微裂隙。一般来说，小裂隙或细微裂隙可以在结构体强度性质内考虑，而大的结构隙可以在结构体强度性质内考虑，而大的结构面（宽度面（宽度20cm20cm）则应当单独考虑。）则应当单独考虑。3.8.1

11、 结构体（均质岩体）条件结构体（均质岩体）条件03极限平衡状态sinctgc23131稳定状态sinctgc23131不稳定状态sinctgc23131wPwwP,P313.8.1 结构体（均质岩体）条件结构体（均质岩体）条件03极限平衡状态tR3稳定状态tR3不稳定状态tR3wPwP33.8.2 结构面的强度分析结构面的强度分析24503.8.2 结构面的强度分析结构面的强度分析3.8.2 结构面的强度分析结构面的强度分析jnjntgc23213131222sincoscosncossinsinn3131223.10.1 概念概念 前面讨论岩体发生滑动破坏的面都认为是光滑的，世纪岩体中前面讨

12、论岩体发生滑动破坏的面都认为是光滑的，世纪岩体中结构面凹凸不平：其起伏程度，工程上一般用粗糙度称之。结构面凹凸不平：其起伏程度，工程上一般用粗糙度称之。 岩体剪切破坏，从微观上分析，可能存在岩体剪切破坏，从微观上分析，可能存在两种运动形式两种运动形式。3.10.1 概念概念Case1：当：当P较小时，岩块沿较小时，岩块沿A-A面滑动面滑动isinPicosTicosPisinT剪应力正应力斜面上：极限状态下：极限状态下：isinTicosTisinPicosTtgj正应力剪应力isintgicosisinicostgtgjjjisincosicossinisincosicossintgjjjj

13、jicosisintgjjjitgtgjjP/TtgjP同除爬坡角i即：考虑结构面粗糙度的的强度即：考虑结构面粗糙度的的强度表现摩擦角表现摩擦角ijj3.10.1 概念概念Case2：当：当P较大时，岩块沿较大时，岩块沿A-A面滑动面滑动剪断突台结构面的综合强度i0突台实际情况：实际情况：i可能介于可能介于04003.10.1 概念概念 具体应用时，结构面的抗剪强度可写为（抗剪强度包络具体应用时，结构面的抗剪强度可写为（抗剪强度包络线为双线性）：线为双线性）： 当正应力低时：当正应力低时： 当正应力高时：当正应力高时： itgjjjtgC3.10.2 分析方法分析方法 由于实际工程中，岩体结构

14、面中由于实际工程中，岩体结构面中i不易测定，且一条结构不易测定，且一条结构面上面上i多变，使得判断困难，工程上一般采用巴顿（多变，使得判断困难，工程上一般采用巴顿（Barton）公式计算，形式：公式计算，形式：cjjfRJRCtg3.10.3 水对强度的影响水对强度的影响 假定：节理（结构面）上孔隙水压假定：节理（结构面）上孔隙水压Pw，结构面倾角。由下，结构面倾角。由下式导出节理岩体极限稳定条件。式导出节理岩体极限稳定条件。031jwjjjjsinpcosccossinsincos定时的水压力为：已知，则结构面极限稳、若j3113311jjjjjjjjjjjwsinsincossincossintgccosccossinsincossinp失稳。右端，则若左端3.10.3 水对强度的影响水对强度的影响 利用有效应力原理导得的上式，