工程岩土学第五章

一.岩体的力学性质——岩体在力的作用下所表现的性质

①变形性——

岩体承受力的作用而发生变形的性能包括：②抗破坏性——岩体抵抗力的作用而保持其自身完整性的性能概述§5.1注意：1.岩体的变形和破坏不是两个截然分开的阶段，而是一个统一的、连续的过程，破坏是累进性的。2.岩体的力学性质是由结构体（岩石）和结构面的力学性质共同决定的，二者在岩体力学性质中各自所占的地位，与岩体的完整性有关。但当破坏面部分沿已有裂隙，部分通过完整岩石时，并不能将岩石力学性质和结构面力学性质按照它们在破坏面中各自所占的比例简单地进行加权，用以表征岩体的力学性质。参考《岩石力学》。二．本章主要内容

1.岩石的变形性

2.岩石的抗破坏性

3.结构面的强度

4.岩体的变形性

5.岩体的抗破坏性一．基本概念1.弹性——物体在力的作用下发生变形，而当撤除外力后能够恢复原状的性质2.塑性——物体在力的作用下发生不可逆变形的性质。这种不可逆的变形也称塑性变形或残余变形、永久变形3.脆性——物体在力的作用下应变量很小时即发生破坏的性质（ε＜3％）4.延性——物体在力的作用下破坏前能够发生大量应变的性质（ε＞5％）5.粘性——在力的作用下物体能够抑止瞬间变形，使变形因时间效应而滞后的性质。注：自然界中的岩石主要表现出上述哪种性质，与受力环境(尤其是温度、围压)和作用力的延续时间有关。在常温常压下，可将岩石看作近似的弹脆性体。岩石的变形性§5.2本节主要研究岩石在各种方式和条件的力的作用下所表现出的变形性质⒈岩石在单轴压力作用下的变形⒉岩石在三轴压力作用下的变形⒊岩石在单轴拉伸和剪切作用下的变形⒋岩石在辐射状压力下的变形⒌岩石的蠕变普通试验机:

试件在峰值后，试验机突然释放应变能，试件崩解，无法得到应力~应变全过程;刚性试验机：压力机刚度大于试件刚度，能得到应力~应变全过程曲线;

试件制备二．岩石在单轴压力作用下的变形加载、测量系统分级施加单轴压力，测量变形（一）应力与应变间的关系

岩石的变形性，只有通过在应力作用下的变形过程才能表现出来。因此必须研究应力与应变（轴应变εa、周应变εc、体应变εv

）之间的关系（图5－1），应用最广的是σ－εa曲线。

岩石的全应力－应变曲线通过在压力机上对标准试样分级施加单轴压力，测量各级应力下变形停止后的累计应变量。以应力σ为纵坐标、应变εa为横坐标，绘制σ－εa关系曲线

要求：绘制应力－应变曲线，掌握曲线上四个阶段的划分，各阶段的变形特征及曲线特征，比例极限、峰值应力的概念。岩石典型的全应力－应变曲线εaσCBAO并非所有岩石都有以上明显的变形阶段岩石中原来存在的微裂隙闭合或被进一步压紧。此线段呈曲线型式，斜率随应力增大而逐渐增加，说明微裂隙的变化开始很快，随压力增加而减缓。这个阶段中的变形，以塑性变形为主，也包含少量的弹性变形。εaσCBAO①微裂隙闭合阶段（OA段）—又叫“压密阶段”

岩石中的微裂隙进一步闭合，孔隙被压缩，晶体受压而发生弹性变形。没有或者基本上还没有新裂隙产生，已有裂隙也还没有或基本上没有新的发展。应力与应变大致成正比关系，线段呈准直线型式。变形以弹性为主。B点相应的应力称为比例极限（弹性极限）。εaσCBAO②直线变形阶段（AB段）—又叫“弹性变形阶段”

σ超过比例极限以后，岩石中产生了新的裂隙，已有裂隙也得到发展，应变的增加速率超过应力的增加速率，呈曲线形式且斜率逐渐降低。体积变形由压缩逐渐转变为扩胀。裂隙进一步地发展，岩石中形成了贯通的破坏面，岩石被破坏（图中C点），应力达到了最大值。在这一阶段中，变形主要是塑性的。C点相应的应力，称为峰值应力，单轴应力状况下即岩石的单轴抗压强度。εaσCBAO③裂隙发展和破坏阶段（BC段）岩石在单轴压力作用下的破坏在一般非刚性试验机上，由于试件破坏时试验机的变形能突然释放，无法测出试件破坏以后的应力和变形，因此，绘制曲线的这一区段必须采用刚性试验机。岩石破坏以后，应力和应变都会发生急剧变化，曲线的形状多种多样（图5-3,图5-4，破坏后阶段的曲线可归纳为3种类型——软弱岩石、坚硬岩石、高塑性岩石）。εaσCBAO④破坏后阶段（C点以后阶段）岩石的应力—应变曲线的形状决定于岩石的矿物成分和结构特征，因而不同岩石，甚至相同岩石的不同试件，其应力—应变曲线的形状都会有不同程度的差异。美国学者米勒研究了对28种岩石的试验结果，将单轴压力下的应力—应变曲线分为六种类型（图5—5）。

类型a：弹性的玄武岩，石英岩等类型b：弹—塑性的粉砂岩，石灰岩等类型c：塑—弹性的类型d和e：塑—弹—塑性的类型f：弹—塑—蠕变性的盐岩岩石在单轴压力下应力-应变曲线的几种类型直线型下凹型上凹型S型弹性塑—弹性塑—弹—塑性弹—塑性弹—塑—蠕变性（二）表征岩石变形性的基本指标由于在工程建筑实践中建筑物所能作用于岩石的压应力水平往往都比较低，可以在一定程度上将其作为准弹性体来看待，所以用弹性参数表征其变形性是有一定意义的。弹性理论指出，弹性体的变形性能可以用弹性模量E和泊松比μ这两个基本指标来表示。对于均质，各向同性、理想弹性体来说，表征其弹性变形性质的这两个基本指标是定值，但岩石的变形性能因受力条件（力的性质、应力水平、围压大小、应力增加速率、应力持续时间、应力的增减历程）的不同而有很大的变化。

（第六章）弹性模量E＝σ/εa

应力-应变呈直线关系（P97图5-6）初始弹性模量Ei切线弹性模量Et割线弹性模量Es，常用E

50

岩石的各种模量的确定EiEtE

50

泊松比—岩石在单轴力（单轴压力、单轴拉力）的作用下，侧应变与轴应变之比，适用于弹性变形阶段

μ＝εl/εa

主要类型岩石的弹性模量和泊松比

（P98表5-1）（三）岩石在重复加荷、卸荷条件下的变形性能1.

岩石发生的总变形分为弹性变形和塑性变形（P97图5-7），对应的模量分别称为变形模量E

0

弹性模量E

e

塑性模量E

p

变形模量：E0=σ/（εp+εe）弹性模量：Ee=σ/εe塑性模量：Ep=σ/εp

变形模量E0

、弹性模量Ee和塑性模量Ep

三者之间的关系如下：1E0＝1Ee＋1Ep2.

重复荷载条件——加荷，卸荷次数愈多，塑性应变的增量逐渐减小，岩石愈接近于弹性体（P99图5-8）；3.

循环荷载条件——连接各个卸荷起点所成曲线的形状与连续加荷情况下的应力—应变曲线的形状基本一致，这说明受荷历程并未改变岩石变形性的基本特点（P99图5-9）循环荷载条件下岩石的应力—应变曲线三．岩石在三轴压力作用下的变形a.

研究的必要性——三轴压力状态的普遍性—作为建筑物地基或建筑环境的岩体，多处于三维应力状态（三个主应力σ1、σ2

、σ3互相垂直）

b.

三轴压力状态的分类（按照主应力的组合情况）等围压三轴状态（常规三轴状态）σ1＞σ2＝σ3不等围压三轴状态（真三轴状态）

σ1＞σ2＞

σ3等压三轴状态（静水压力状态）

σ1＝σ2＝σ3三轴试验装置1.

等围压三轴状态（常规三轴状态）

（σ1＞σ2＝σ3）

岩石在三轴压力下的变形特征也是利用应力—应变曲线来研究。最常用的是应力差（σ1－σ3）与轴应变εa（沿σ1方向的应变）关系曲线εaσ1－σ3OCBA三轴应力作用下岩石的典型应力－应变曲线（据茂木清夫，1978）OA段——弹性变形阶段，弹性模量主要表征这一阶段的性质。A点相应的应力称为比例极限。对于岩石来说，此值与屈服极限值极相近。εaσ1－σ3OCBA屈服强度—材料由弹性进入到塑性区时应力AB段——塑性变形阶段，在此阶段内微裂隙不断发展，直至B点，岩石破坏。B点的应力为破裂应力(fracturestress)或岩石的峰值强度。εaσ1－σ3OCBABC段——应力下降阶段，B，C两点间的应力差称应力降(stressdrop)。εaσ1－σ3OCBAC点以后阶段——摩擦阶段，岩石已经破裂，对于作用力全靠破裂面上的摩擦力维持，即岩石的残余强度。εaσ1－σ3OCBA恒定围压下岩样破坏后，轴向应力不随压缩变

形增大而变化，一般称为残余强度。各个岩样的残

余强度与围压大致成线性关系。等围压条件（σ2＝σ3）下，围压的高低对岩石变形性能的影响

总体规律——随围压的提高，破坏前的总应变量增大；塑性应变在总应变量中所占的比率增加。（据茂木清夫）a.强度较高的岩石（如辉长岩，白云岩，苏长岩等），弹性模量基本为常数，不随围压变化而改变；但弹性模量与围压的关系随岩石性质（强度）不同而不同。b.强度较低的弱岩（如砂岩等），弹性模量随围压的提高而增大。砂岩应力差－轴应变曲线辉长岩应力差－轴应变曲线2.不等围压三轴状态（真三轴状态）（σ1＞σ2＞σ3）岩石在真三轴状态下的变形特征资料较少，而且对一些互相矛盾的现象还没有得到统一的解释静水压力状态可看作常规三轴状态的一种特殊情况。岩石在各向相等的压力作用下发生体积压缩变形，一般采用体积模量表征岩石在静水压力下体积变形的特性。3.等压三轴状态（静水压力状态）

E3（1-2μ）K

＝线性压缩系数、体积压缩系数的概念体积模量K——静水压应力与体积应变之比。可用E和μ计算：（σ1=σ2=σ3）四．岩石在单轴拉伸和剪切作用下的变形

在单轴拉伸作用下岩石的变形，一般也是用应力—应变曲线以及弹性模量和泊松比来表征。

（一）岩石在单轴拉伸作用下的变形由于岩石一般都具有较高的脆性，承受拉伸作用的能力很低，同在单轴压缩条件下相比，在应力水平较低、总应变量较小的情况下即发生破坏（图5—16）。大多数岩石在单轴拉伸下的变形性能与在单轴压缩下很相似。曲线的起始段都近似直线，初始模量非常接近（图5—16、表5—3）。随拉应力的增加，模量值连续减小；

在拉伸条件下的泊松比随应力水平的提高而减小。

岩石在剪力作用下发生剪切变形（

P104图5—19），表征岩石剪切变形性能的指标为剪应力τ与剪应变γ之比，称为剪切弹性模量G（或刚性模量）（二）岩石在剪切作用下的变形τγG＝E＝2（1+μ）五．岩石在辐射状压力下的变形（有压隧洞）导流洞拉西瓦水电站导流洞出口辐射状压力P内＝P衬砌＋p总内水压力＝衬砌承担的内水压力＋围岩弹性抗力p——

岩石承受和反抗辐射状内水压力的反作用力，称为弹性抗力y（径向变形量）P内喷混凝土支护钢模板现浇混凝土支护地下洞室的钢结构衬砌

p

＝

k

y（式5－6）式中：k—弹性抗力系数（MPa／cm）y弹性抗力系数——岩石在辐射状内水压力作用下的径向变形量（y）与其所承受的内水压力（p）的大小成正比关系：

弹性抗力系数k是反映岩石弹性抗力高低的一个指标。根据弹性理论，弹性抗力系数与弹性模量和泊松比之间有如下关系：E（1+μ）rk

＝r－隧洞的半径(cm)

从上式可以看出，弹性抗力系数随隧洞半径而变化，并不单纯表征岩石在辐射状压力下的变形性y单位弹性抗力系数k0——为了使弹性抗力系数单纯表征岩石的性质，成为一个岩石性质指标，在实践中常采用r为100cm的弹性抗力系数，称为单位弹性抗力系数，即：E（1+μ）×100k0

＝

单位弹性抗力系数是衬砌设计中的重要参数之一：如果岩石的弹性抗力高，对隧道衬砌强度的要求则可低些，从而隧道的造价便可降低。

单位弹性抗力系数的确定方法——公式计算法、工程地质类比法和原位测试法（如双筒橡皮囊法、隧道水压法、径向千斤顶法）。六．岩石的蠕变

1.蠕变——岩石在方向和大小都保持不变的外力作用下，变形量随时间延续而不断增长的现象。

2.蠕变曲线——岩石的蠕变特征，一般用蠕变曲线，如应变（ε、γ）—时间（t）曲线表示。

3.岩石的蠕变性主要决定于岩石的矿物成分和结构。一定岩石在具体情况下的蠕变发展程度则同时与应力水平的高低有关。图5－22中列出了蠕变性差异颇大的三种岩石（花岗岩、砂岩、页岩）在相同应力水平（9.81MPa）作用下的蠕变曲线。图5－21

岩石的典型蠕变曲线（据Jaeger，J.C.）时间t应变τ2τ1τ3τ4DCBAOA段：瞬时变形阶段AB段：减速蠕变阶段BC段：稳定蠕变阶段CD段：加速蠕变阶段瞬时变形阶段：弹性变形瞬间完成减速蠕变阶段：t；ε；dε/dt等速蠕变阶段：t；ε；dε/dt=c加速蠕变阶段：t；ε；dε/dt破坏岩石直接剪切流变试验仪简介岩石直接剪切流变试验仪，由成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室和四川大学水利水电学院联合开发研制的新型试验系统。本系统主要用于岩石的直接剪切流变试验，其功能可覆盖岩石力学试验领域的多个测试项目。该系统由试验机A、B、C三台主机和高压泵站、六通道高精度液压稳压器、荷载及位移测量系统、计算机数据采集系统构成(见图)。岩石直接剪切流变试验仪三台装置同时做平行试验

天然状态下直剪流变试验饱水状态下直剪流变试验直剪流变试验破坏后试样状态剪应变叠加曲线

4.长期强度——利用蠕变资料获得：

τ∞＝σ·tgφ∞

＋C∞

为表征极限剪切长期强度，应用四组不同法向应力的试件，求出不同法向应力σ时的剪切长期强度τ∞，做σ—τ∞曲线，可得φ∞和c∞

5.岩石蠕变特性的研究意义

在工程实践中常常发现：在岩体上修建建筑物，建筑物施加于岩体的荷载虽然可能远远低于岩体的强度，但由于岩体的蠕变，产生的大量变形仍可导致建筑物的破坏。

在边坡失稳问题中，蠕变时常是重要的因素之一。斜坡变形破坏的地质力学模式中有“蠕滑－拉裂”。

陡倾角柔性岩石(如板岩、千枚岩等)分布区的峡谷谷坡上，在重力的长期作用下，顶部岩石弯向临空面方向，即成所谓“点头哈腰”现象（图5—23）。边坡浅部发生弯曲－拉裂变形，深部发生蠕滑－拉裂变形，可能破坏方式为崩塌或深部切层转动型滑坡。这种现象在四川雅砻江、白龙江板岩、千枚岩分布区的河谷中很常见。七．岩石变形的本质（自学）

岩石在一定的应力条件下发生变形（包括弹性变形和塑性变形），这都是岩石在力的作用下的宏观表现。而微观上岩石变形的本质可以从组成岩石矿物晶体晶胞的的基本质点（离子、原子或分子）之间的引力、斥力以及它们与其之间距离r的关系来阐述（图5—24）。一．基本概念1.抗破坏性——岩石具有一定的抵抗力的作用而使其自身不被破坏的性能，称之为抗破坏性。岩石的抗破坏能力主要决定于组成岩石的矿物颗粒及其彼此间的联结的抗破坏能力，尤其是后者。2.岩石的极限强度（简称为强度）——岩石所能承受的最高应力（拉应力、压应力、剪应力）岩石的抗破坏性§5.33.力的作用方式和岩石破坏的性质力的作用方式有3种——拉力、压力和剪力岩石破坏的性质只有2种——拉断和剪断答：

岩石的破坏实质上是由于岩石内部的某个(些)面上相邻质点间的距离增大而超过了一定限度的结果。压应力只能使相邻质点的距离缩短，不可能使其增大，所以也不可能使之破坏。在这种情况下岩石之所以被破坏，是由于压力在岩石内部诱发出了拉应力和剪应力。实际导致产生破坏面的是这些拉应力或者剪应力。

因此，尽管从表观上看，岩石的破坏是在压力作用下发生的，然而岩石的破坏性质，有时可能属于拉断，有时则可能属于剪断。为什么岩石破坏的性质只有拉断和剪断两种，而没有“压坏”的说法？岩石在单轴压力作用下的破坏岩石的破坏二．岩石的抗拉强度

岩石抵抗单轴拉伸破坏的最大能力，以拉断时的极限应力表示，称为单轴抗拉强度，或简称为抗拉强度。σt＝P/A

（MPa）

由于实验技术上的原因，进行岩石直接拉伸试验是比较困难的，目前多采用间接方法，其中主要的有巴西试验法(或称劈裂法)、点荷载试验法等。

在工程地质实践中，评价陡崖岩体的稳定性、作为石板桥建筑材料的石料等情况下，需要考虑岩石的抗拉强度。P110表5-7岩石的抗拉强度直接拉伸试验

劈裂法：将试件加工成圆板状或圆柱状，在上下各加一根钢丝垫条，沿试样直径方向施加线性荷载，试件中将产生拉应力分布，继续加载至试件沿轴线劈裂。劈裂法抗拉强度为：σt=2P/（πDh）P—岩石破坏时的最大荷载D—试件直径H—试件高度巴西试验法（劈裂法）P205岩石强度的点荷载试验（干样、饱水样）与劈裂法类似，试件内产生垂直于加载方向的拉应力三．岩石的抗剪强度工程实践中岩石的主要破坏形式为剪切破坏，如滑坡均质岩坡的剪切破坏沿软弱面的剪切破坏

岩石抵抗剪切破坏的最大能力，以剪断时剪切面上的极限剪应力表示，称为抗剪强度

τ＝σtgφ+C

（MPa）

上式中，表征岩石抗剪性能的基本指标，也是内摩擦角φ和内聚力C

。工程意义：抗剪强度参数是岩土体非常重要的力学参数，在岩土体的稳定性计算中必不可少。岩石的直接剪切试验

施加垂直荷载P和水平荷载T，在不同的σ下，岩石的抗剪断强度不同，可得到一条τ-σ相互关系的曲线，此曲线用直线近似表示：

τ

=σtgφ+c

τ—σ关系曲线将试件放置在楔形剪切仪上，利用力的分解原理，将荷载P分解法向压力N和切向力Q：N=P（cosa+fsina）Q=P（sina–fcosa）与直剪试验有相同的受力状况。调整试件倾角可得到一系列试验结果，同样可获得τ-σ曲线岩石的楔形剪切试验（变角板法）P206楔形剪切τ—σ关系曲线岩石的三种剪切条件1.σ＞0，沿完整岩石剪断（τ

称为抗剪断强度）

τ＝σtgφ+C2.σ＝0，岩石内部仅由内聚力抵抗剪力（τc

称为抗切强度）

τc＝C3.σ＞0,剪力沿岩石中已有的裂隙面施加（τf

称为抗剪强度或摩擦强度）

τf＝σtgφ图5—27岩石的三种剪切条件抗剪断试验抗切试验弱面抗剪切试验a.

评价由完整性较好的岩体组成的陡崖的稳定性，采用抗切强度τc往往更接近于岩体在该条件下的受力特点；b.

评价重力坝抗滑稳定性，确定混凝土与岩石间的摩擦系数，一般选用摩擦强度τf，而把内聚力C作为安全储备。工程中抗剪强度参数的选择

四．岩石的抗压强度

岩石抵抗压力破坏的最大能力，以承压面上的平均最大压应力表示，称为单轴抗压强度，或简称为抗压强度R＝P/A

（MPa）③裂隙发展和破坏阶段（BC段）C点相应的应力，称为峰值应力，单轴应力状况下即岩石的单轴抗压强度εaσCBAO

利用压力机进行抗压试验时，在压力作用下，通过试件中心的纵断面上诱发出拉应力，但试件的两个端部由于端部效应，限制了拉应力的发展。因此，破坏后的试件两端多成锥形体，具剪断性质，如果试件较长，中部破坏面（拉断面）与压应力方向近于平行，如果试件较短，则上、下两个锥体相连，很少显示出拉断的迹象。（图5—28破坏形式，图5—29莫尔破坏圆）剪切破坏拉破坏岩石强度的点荷载试验（干样、饱水样）与劈裂法类似，试件内产生垂直于加载方向的拉应力岩石的抗拉强度明显小于抗压强度，这是岩石材料在强度方面的显著特点之一。几种岩石的强度（表5—7、5—8、5—10）五．岩石在三轴应力下的抗破坏性（等围压三轴应力条件）砂岩应力差－轴应变曲线辉长岩应力差－轴应变曲线大理岩应力差－轴应变曲线（据茂木清夫）①随围压σ2＝σ3的提高，岩石由破坏前总应变量较小的脆性破坏（ε＜3％）转变为总应变量很大的延性破坏（ε＞5％）；②随围压的提高，岩石抵抗破坏所能承受的极限应力提高，或者说岩石的强度（σ1-σ3）提高。岩石在等围压三轴应力条件下的抗破坏性的基本特点

茂木清夫通过大量的研究工作，将围压作用下岩石的脆性—延性转变（Brittle—Ductiletransition）划分为两种类型——A型和B型。A型：P115图5-31B型：P115图5-32脆性—延性转变压力——在等围压三轴应力条件下,岩石可由脆性破坏转变为延性破坏，发生这种转变时的围压称为脆性—延性转变压力。岩石的脆性—延性转变压力的大小，与其岩性有关。（图5—31、图5—32中b图）σ3=0.294（σ1―σ3）延性破坏区脆性破坏区②①①②硅酸盐岩石一．影响结构面强度的因素——结构面的特征（包括起伏情况、粗糙程度、胶结特征、充填特征、渗流特征等）1.已胶结的结构面2.未胶结的结构面从讨论强度的观点，可将结构面存在的状态分为：结构面的强度§5.4(主要指抗剪强度)硅质胶结（蛋白石、玉髓或石英）铁质胶结钙质胶结（方解石和白云石）粘土质（泥质）胶结胶结能力强胶结能力较弱，抗水能力低胶结能力逐渐降低，强度逐渐降低。

1.已胶结的结构面——胶结物成分，胶结类型胶结后,有的结构面甚至能够承受一定的拉应力a.已充填的——填充物的成分和厚度，特别是填充物厚度同结构面起伏差的相对大小

b.未充填的——未被充填的结构面的强度主要决定于结构面两壁的起伏形态、粗糙程度和凸起体的强度2.未胶结的结构面——不能承受拉应力（图5—35）已充填的结构面的强度①填充物的成分：强度随粘土含量增加而降低，随碎屑成分增加、颗粒增大，强度增高。②充填程度和厚度的影响：充填物质厚度t与起伏差h的比为充填度。充填度越小，结构面强度越高ft/h（%

）注：

1.对于已被胶结牢固的结构面，可作为岩石研究它的强度；2.对于含有足够厚度填充物的结构面，可作为土研究它的强度；3.对于未被充填的和虽被充填但填充物厚度较小的结构面，由于它们的强度完全或大部分决定于结构面两壁岩石的特点，需进行专门讨论——剪切机制及其抗剪性能的测定。二．未被充填的结构面的剪切机制

即使肉眼观察认为最平直光滑的结构面，从微观上看也存在着大大小小的凸起体。当结构面发生剪切时，两壁上的凸起体有的可能相互滑越，有的则可能被剪断，主要取决于凸起体的强度、形状和高度以及应力的高低。1.当所受总力远远低于凸起体的总强度时——剪切实际上只能是“滑越”，并无新的剪断作用发生（不常见）以一个沿剪切方向呈三角形断面的凸起体为例，分析其剪切机制2.当所受总力等于或超过凸起体的最大抵抗能力τ·l时——凸起体从底面被剪断3.当所受总力介于上述两种情况之间时——先爬升至一定高度达到极限状态后，凸起体被局部剪断。三．未被充填结构面抗剪性能的测定

常用方法：原位直剪试验、携带式直剪仪

挪威学者巴顿考虑到裂隙面的粗糙程度和组成裂隙壁的岩石的抗压强度对岩体裂隙强度的控制作用，在对8种岩石、100余条裂隙实验研究的基础上，提出了计算结构面抗剪强度的公式：

P119,式5-21

τ＝σntan［JRC·lg（JCS/σn）+φb］其中：

τ——裂隙面（结构面）的抗剪强度

σn——裂隙面上的正应力

JRC——裂隙面的粗糙系数（0～20）

JCS——组成裂隙壁的岩石的抗压强度（MPa）

φb——隙壁岩石的内摩擦角公式仅适用于正应力较小的情况（1）抗压试验（2）点荷载试验（3）根据回弹值Re与岩石干密度ρd，按公式5-22求取。JCS——组成裂隙壁的岩石的抗压强度（MPa）cmJRC裂隙面的粗糙系数（0～20）用以确定JRC值的粗糙度图谱（据Barton）一．岩体的变形性

岩体的变形性能，是利用现场的变形试验资料，绘制应力—变形曲线来表征。总地说来，岩体的应力—变形曲线与岩石的应力—应变曲线，在基本轮廓上是相同的。岩体的变形性和抗破坏性§5.5不同强度、不同结构类型的岩体，变形特性有差别，分为：岩体的变形性质主要取决于岩体中的结构面、结构体及充填物的性质，下图为典型的裂隙岩体的应力—应变全过程曲线（1）直线型（2）上凹型（3）下凹型（4）复合型岩体的压力-变形曲线分类——直线型AA-1型：p–W曲线陡，刚度大；弹性为主变形，可恢复，完整、坚硬、致密、均匀岩体的特性。A-2型：p–W曲线斜率缓，刚度小；有明显不可恢复变形和回滞环，节理化但裂隙分布均匀的岩体的特性。岩体的压力-变形曲线分类——上凹型BB-1型：p–W曲线的斜率随压力和循环次数增大，弹性变形较大，垂直层面加压时岩体的特性。

B-2型：p–W曲线的斜率随压力和循环次数增大；卸载时有明显的不可恢复变形和滞回环，高角度节理化及垂直层面加压时的层状软岩体的特性。压力-变形曲线分类——下凹型（或下弯型）C岩体的压力-变形曲线分类——复合型D节理裂隙很发育且有泥质充填的岩体、软岩、深部有软弱夹层的岩体，裂纹扩展、泥质挤出、软岩压缩等都可能表现出C型特征。由于岩体中含有不同数量的宏观结构面，而且结构面中又往往含有不同成分和不同厚度的填充物，所以在相同大小的应力作用下，岩体的变形量及其中永久变形所占的比例都要比岩石大得多，从而其变形模量值则低得多。

E

0岩体＜

E

0岩石岩体的弹性模量、峰值强度、残余强度相对岩石都有所降低、泊松比则有所提高。岩体中结构面的存在，引起岩体变形和强度的各向异性。

岩体的变形是由岩石的变形和结构面两壁相对位置发生变化这两个部分组成的。一般说来，后者占主要成分。岩石的变形性见前§

5.2部分，本节主要讨论在外力作用下结构面两壁发生相对位移（法向压缩变形、剪胀变形、剪变形）。（一）法向压缩变形

在与结构面垂直的压应力作用下，结构面两壁间距离缩短，即发生法向压缩变形。1.表征岩体法向变形性的指标——变形模量（E

0）、弹性模量（E

e）、泊松比μ2.岩体变形试验方法①静力法②动力法试验方法①——静力法（承压板法）试验条件——有侧限的原位试验

一般在勘探平洞内布置，确定试验位置、清理底板、做地质编录，安装加载装置和传力装置、承压板、变形测量系统等。

承压板（方形或圆形），面积0.5~1.2m2，根据工程要求采取适宜的加载方式表征岩体法向变形性的指标——变形模量（E

0）和弹性模量（E

e），计算公式P120Ee

静力法（承压板法）的缺点仪器设备较复杂，工作量大，施加的压力较低，不宜大量进行。