结构面的力学性质

结构面的力学性质第1页，共49页，2023年，2月20日，星期二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。第2页，共49页，2023年，2月20日，星期二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①原生结构面。②构造结构面。③次生结构面。第3页，共49页，2023年，2月20日，星期二资源与环境工程学院结构面类型及特征①原生结构面：成岩过程中形成的结构面。②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。③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。第4页，共49页，2023年，2月20日，星期二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：①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、假整合和不整合等。②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。③变质结构面：受变质作用形成的结构面，如片理、板理等。第5页，共49页，2023年，2月20日，星期二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①压性结构面。②张性结构面。③扭性结构面。④压扭性结构面。⑤张扭性结构面。第6页，共49页，2023年，2月20日，星期二资源与环境工程学院结构面类型及特征①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。②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。③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。第7页，共49页，2023年，2月20日，星期二资源与环境工程学院结构面类型及特征④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。⑤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。第8页，共49页，2023年，2月20日，星期二资源与环境工程学院结构面类型及特征第9页，共49页，2023年，2月20日，星期二资源与环境工程学院结构面类型及特征第10页，共49页，2023年，2月20日，星期二资源与环境工程学院结构面类型及特征第11页，共49页，2023年，2月20日，星期二资源与环境工程学院结构面类型及特征二、结构面的分类①按工程尺寸的分类（绝对分类）第12页，共49页，2023年，2月20日，星期二资源与环境工程学院结构面类型及特征①按工程尺寸的分类（相对分类）第13页，共49页，2023年，2月20日，星期二资源与环境工程学院结构面类型及特征②按力学观点的分类第14页，共49页，2023年，2月20日，星期二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。第15页，共49页，2023年，2月20日，星期二资源与环境工程学院结构面的状态①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。②结构面的形态：决定岩体沿结构面滑动时抗滑力的大小。③结构面的延展尺度：决定岩体的强度。第16页，共49页，2023年，2月20日，星期二资源与环境工程学院结构面的状态④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。⑤结构面的胶结与充填情况：对岩体的强度有很大影响。第17页，共49页，2023年，2月20日，星期二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裂隙度:沿测线方向单位长度所穿过的结构面数量。节理平均间距测线长度节理数第18页，共49页，2023年，2月20日，星期二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。第19页，共49页，2023年，2月20日，星期二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。结构面面积；假想断面面积当岩体中存在多组结构面时，此时切割度为：第20页，共49页，2023年，2月20日，星期二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第21页，共49页，2023年，2月20日，星期二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第22页，共49页，2023年，2月20日，星期二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。第23页，共49页，2023年，2月20日，星期二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：强度高，力学性能稳定。第24页，共49页，2023年，2月20日，星期二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。第25页，共49页，2023年，2月20日，星期二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。第26页，共49页，2023年，2月20日，星期二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①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；②每个接触点所受的力是相等的；③每个接触点的力学特性是相同的。第27页，共49页，2023年，2月20日，星期二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：与接触面形状有关的系数，当接触面为圆形，当接触面为方形，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;结构面边长，接触点边长;接触点个数;第28页，共49页，2023年，2月20日，星期二资源与环境工程学院结构面的法向变形沃尔多夫认为，故有：通常认为，当结构面闭合时，其弹性变形量为：第29页，共49页，2023年，2月20日，星期二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：①结构面是张开的，张开的结构面没有强度；②结构面间的压缩量有限。第30页，共49页，2023年，2月20日，星期二资源与环境工程学院结构面的法向变形当：第31页，共49页，2023年，2月20日，星期二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：第32页，共49页，2023年，2月20日，星期二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)。第33页，共49页，2023年，2月20日，星期二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。

第34页，共49页，2023年，2月20日，星期二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峰值抗剪强度残余抗剪强度①起始弹性段②应力降低段③残余变形段（塑性段）第35页，共49页，2023年，2月20日，星期二资源与环境工程学院结构面的切向变形高低恒刚度抗剪强度曲线高低恒位移抗剪强度曲线第36页，共49页，2023年，2月20日，星期二资源与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残余内摩擦角峰值内聚力，峰值内摩擦角峰值抗剪强度第37页，共49页，2023年，2月20日，星期二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：第38页，共49页，2023年，2月20日，星期二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：基本摩擦角，结构面爬坡角第39页，共49页，2023年，2月20日，星期二资源与环境工程学院结构面的抗剪强度基本摩擦角，结构面爬坡角第40页，共49页，2023年，2月20日，星期二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：视内聚力第41页，共49页，2023年，2月20日，星期二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：结构面粗糙度系数结构面两壁表面抗压强度第42页，共49页，2023年，2月20日，星期二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。第43页，共49页，2023年，2月20日，星期二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

结构面抗剪强度符合库仑准则：岩石内任意点应力关系：单结构面力学效应第44页，共49页，2023年，2月20日，星期二资源与环境工程学院单结构面力学效应沿结构面破坏力学条件：当：第45页，共49页，2023年，2月20日，星期二资源与环境工程学院单结构