岩石力学与工程课件

岩石的力学性质岩石强度与外力有关a.外力性质：动载荷、静载荷b.外力方式：拉伸、压缩、剪切C.应力状态：单向、双向、三向1.1岩石单轴抗压强度1）定义：岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度(Uniaxialcompressivestrength)，或称为非限制性抗压强度(unconfinedcompressivestrength)。如图所示。2）计算公式：

σc=P/A3）4种破坏形式：1.X状共轭斜面剪切破坏，是最常见的破坏形式。2.单斜面剪切破坏，这种破坏也是剪切破坏。3.塑性流动变形，线应变≥10％。4.拉伸破坏，在轴向压应力作用下，在横向将产生拉应力。这是泊松效应的结果。这种类型的破坏就是横向拉应力超过岩石抗拉极限所引起的。4)实验方法a.试件标准立方体50×50×50mm或70×70×70mm圆柱体，但使用最广泛的是圆柱体。圆柱体直径D一般不小于50mm。L/D=2.5~3.0（国际岩石力学委员会ISRM建议的尺寸）要求：两端不平度0.5mm；尺寸误差±0.3mm；两端面垂直于轴线误差±0.25度。加载速率：0.5～0.8Pa/sb.非标准试件的对试验结果的影响及其修正c.压缩实验设备示意图(500t压力机)d.端部效应及其消除方法端部效应:消除方法:①润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部）

②加长试件

5)水对单轴抗压强度的影响－软化系数岩石的软化系数：饱和岩石抗压强度σb与干燥岩石抗压强度σc之比η=σb/

σc≤11.2岩石单轴抗拉强度

1）定义：岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力称为岩石的单轴抗拉强度(Tensilestrength),。试件在拉伸荷载作用下的破坏通常是沿其横截面的断裂破坏，岩石的拉伸破坏试验分直接试验和间接试验两类。2)直接拉伸试验加载和试件示意图计算公式：破坏时的最大轴向拉伸荷载(Pt)除以试件的横截面积(A)。即：

σt=Pt/A2)直接拉伸试验加载和试件示意图－（续）3)间接拉伸试验加载和试件示意图巴西试验法（Braziliantest），俗称劈裂试验法。a.试件:为一岩石圆盘，加载方式如图所示。实际上荷载是沿着一条弧线加上去的，但孤高不能超过圆盘直径的1/20。b.应力分布：圆盘在压应力的作用下，沿圆盘直径y—y的应力分布和x—x方向均为压应力。而离开边缘后，沿y—y方向仍为压应力，但应力值比边缘处显著减少。并趋于均匀化；x—x方向变成拉应力。并在沿y—y的很长一段距离上呈均匀分布状态。c.破坏原因：从图可以看出，虽然拉应力的值比压应力值低很多，但由于岩石的抗拉强度很低，所以试件还是由于x方向的拉应力而导致试件沿直径的劈裂破坏。破坏是从直径中心开始，然后向两端发展，反映了岩石的抗拉强度比抗压强度要低得多的事实。d.计算公式：

σt=σx=-2P/πdt

σy=(1/r1+1/r2-1/d)2P/πt圆盘中心处：

σt=σx=-2P/πdt

σy=6P/πdt1.3抗剪切强度

1)定义：岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力称为岩石的抗剪切强度（Shearstrength）。剪切强度试验分为非限制性剪切强度试验（Unconfinedshearstrengthtest）和限制性剪切强度试验（Confinedshearstrengthtest）二类。非限制性剪切试验在剪切面上只有剪应力存在，没有正应力存在；限制性剪切试验在剪切面上除了存在剪应力外，还存在正应力。2）四种典型的非限制性剪切强度试验：a.单面剪切试验，b.冲击剪切试验,c.双面剪切试验，d.扭转剪切试验，分别见图。3）非限制性剪切强度记为So计算公式：（a）单面剪切试验So=Fc/A（b）冲击剪切试验So=Fc/2πra（c）双面剪切试验So=Fc/2A（d）扭转剪切试验So=16Mc/πD3式中：Mc—试件被剪断前达到的最大扭矩（N•m）

D—试件直径（m）4）四种典型的限制性剪切强度试验a.直剪仪（剪切盒）压剪试验（单面剪）b.立方体试件单面剪试验c.试件端部受压双面剪试验d.角模压剪试验（变角剪切试验）5)Hoek直剪仪试验装置6）角模压剪试验及受力分析示意图在压力P的作用下，剪切面上可分解为沿剪切面的剪力Psinα/A和垂直剪切面的正应力Pcosα/A，如图所示。7）限制性剪切强度试验结果及其分析①试验结果：剪切面上正应力越大，试件被剪破坏前所能承受的剪应力也越大。原因：剪切破坏一要克服内聚力，二要克服摩擦力，正应力越大，摩擦力也越大。将破坏时的剪应力和正应力标注到σ-τ应力平面上就是一个点，不同的正、剪应力组合就是不同的点。将所有点连接起来就获得了莫尔强度包络线，如图所示。②残余强度：当剪切面上的剪应力超过了峰值剪切强度后，剪切破坏发生，然后在较小的剪切力作用下就可使岩石沿剪切面滑动。能使破坏面保持滑动所需的较小剪应力就是破坏面的残余强度。正应力越大，残余强度越高，如图所示。所以只要有正应力存在，岩石剪切破坏面仍具有抗剪切的能力。1.4三轴抗压强度

1)定义：岩石在三向压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压应力称为岩石的三轴抗压强度(Triaxialcompressivestrength)。与单轴压缩试验相比，试件除受轴向压力外，还受侧向压力。侧向压力限制试件的横向变形，因而三轴试验是限制性抗压强度(confinedcompressivestrength)试验。2)实验加载方式：a.真三轴加载:试件为立方体，加载方式如图所示。应力状态：σ1>σ2>

σ3这种加载方式试验装置繁杂，且六个面均可受到由加压铁板所引起的摩擦力，对试验结果有很大影响，因而实用意义不大。故极少有人做这样的三轴试验。b.假三轴试验:，试件为圆柱体，试件直径25~150mm，长度与直径之比为2：1或3：1。加载方式如图所示，轴向压力的加载方式与单轴压缩试验时相同。但由于有了侧向压力，其加载上时的端部效应比单轴加载时要轻微得多。应力状态：σ1>σ2=σ3三轴压缩试验加载示意图真三轴σ1>σ2>

σ3假三轴σ1>σ2=σ33)假三轴试验装置图：由于试件侧表面已被加压油缸的橡皮套包住，液压油不会在试件表面造成摩擦力，因而侧向压力可以均匀施加到试件中。其试验装置示意图如下。4)第一个经典三轴试验a.试验者和时间：意大利人冯·卡门(Von·Karman)于1911年完成的。b.试验岩石：白色圆柱体大理石试件，该大理石具有很细的颗粒并且是非常均质的。c.试验发现：①在围压为零或较低时，大理石试件以脆性方式破坏，沿一组倾斜的裂隙破坏。②随着围压的增加，试件的延性变形和强度都不断增加，直至出现完全延性或塑性流动变形，并伴随工作硬化，试件也变成粗腰桶形的。③在试验开始阶段，试件体积减小，当达到抗压强度一半时，出现扩容，泊松比迅速增大。5)三轴试验与莫尔强度包络线a.三轴压缩试验的最重要的成果：就是对于同一种岩石的不同试件或不同的试验条件给出几乎恒定的强度指标值。这一强度指标值以莫尔强度包络线（Mohr’sstrengthenvelop）的形式给出。b.莫尔强度包络线的绘制：须对该岩石的5~6个试件做三轴压缩试验，每次试验的围压值不等，由小到大，得出每次试件破坏时的应力莫尔圆，通常也将单轴压缩试验和拉伸试验破坏时的应力莫尔圆，用于绘制应力莫尔强度包络线。如图所示。曲线形：直线形：6)三轴试验岩石强度参数的确定a.直线形：τ轴的截距称为岩石的粘结力（或称内聚力），记为C（MPa），与σ轴的夹角称为岩石的内摩擦角，记为φ（度）。b.曲线形：①一种方法是将包络线和τ轴的截距定为C，将包络线与τ轴相交点的包络线外切线与σ轴夹角定为内摩擦角。②另一种方法建议根据实际应力状态在莫尔包络线上找到相应点，在该点作包络线外切线，外切线与σ轴夹角为内摩擦角，外切线及其延长线与τ轴相交之截距即为C。实践中采用第一种方法的人数多。1.5岩石变形性质的几个基本概念1）弹性(elasticity)：

物体在受外力作用的瞬间即产生全部变形，而去除外力(卸载)后又能立即恢复其原有形状和尺寸的性质称为弹性。弹性体按其应力－应变关系又可分为两种类型：线弹性体：应力－应变呈直线关系。非线性弹性体：应力—应变呈非直线的关系。*线弹性体，其应力－应变呈直线关系

σ=Eε非线性弹性体，其应力—应变呈非直线的关系σ=f(ε)*2）塑性（plasticity）：物体受力后产生变形，在外力去除（卸载）后变形不能完全恢复的性质，称为塑性。不能恢复的那部分变形称为塑性变形，或称永久变形，残余变形。在外力作用下只发生塑性变形的物体，称为理想塑性体。理想塑性体，当应力低于屈服极限时，材料没有变形，应力达到后，变形不断增大而应力不变，应力－应变曲线呈水平直线.*理想塑性体的应力－应变关系:当σ

<σs

时，ε=0当σ≥σs

时，ε－＞∞

σ

σso

ε*3）黏性(viscosity):

物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质，称为粘性。应变速率与时间有关，－>黏性与时间有关其应力－应变速率关系为过坐标原点的直线的物质称为理想粘性体（如牛顿流体），如图所示。

σ应力－应变速率关系：σ=η

dε/dtodε/dt*4）脆性(brittle):

物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质。工程上一般以5％为标准进行划分，总应变大于5％者为塑性材料，反之为脆性材料。赫德(Heard，1963)以3％和5％为界限，将岩石划分三类：总应变小于3％者为脆性岩石；总应变在3％～5％者为半脆性或脆－塑性岩石；总应变大于5％者为塑性岩石。按以上标准，大部分地表岩石在低围压条件下都是脆性或半脆性的。当然岩石的塑性与脆性是相对的，在一定的条件下可以相互转化，如在高温高压条件下，脆性岩石可表现很高的塑性。*5）延性(ductile):

物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质，称为延性。岩石是矿物的集合体，具有复杂的组成成分和结构，因此其力学属性也是很复杂的。这一面受岩石成分与结构的影响；另一方面还和它的受力条件，如荷载的大小及其组合情况、加载方式与速率及应力路径等密切相关。例如，在常温常压下，岩石既不是理想的弹性材料，也不简单的塑性和粘性材料，而往往表现出弹一塑性、塑一弹性、弹一粘一塑或粘一弹性等性质。此外，岩体赋存的环境条件，如温度、地下水与地应力对其性状的影响也很大。*1.6单轴压缩条件岩石应力－应变曲线6种类型岩石的应力—应变曲线随着岩石性质不同有各种不同的类型。米勒（Müller）采用28种岩石进行大量的单轴试验后，据峰值前应力—应变曲线将岩石分成六种类型，如图所示。*类型Ⅰ

应力与应变关系是一直线或者近似直线，直到试件发生突然破坏为止。由于塑性阶段不明显，这些岩石被称为弹性岩石。例如：玄武岩、石英岩、白云岩以及极坚固的石灰岩。类型Ⅱ

应力较低时，应力—应变曲线近似于直线，当应力增加到一定数值后，应力—应变曲线向下弯曲，随着应力逐渐增加而曲线斜率也就越变越小，直至破坏。由于这些岩石低应力时表现出弹性，高应力时表现出塑性，所以被称为弹—塑性岩石。例如：较弱的石灰岩、泥岩以及凝灰岩等。类型Ⅲ

在应力较低时，应力—应变曲线略向上弯曲。当应力增加到一定数值后，应力—应变曲线逐渐变为直线，直至发生破坏。由于这些岩石低应力时表现出塑性，高应力时表现出弹性，所以被称为塑—弹性岩石。例如：砂岩、花岗岩、片理平行于压力方向的片岩以及某些辉绿岩等。*类型Ⅳ

应力较低时，应力—应变曲线向上弯曲，当压力增加到一定值后，变形曲线成为直线，最后，曲线向下弯曲，曲线似S型。由于这些岩石低应力时表现出塑性，高应力时表现出弹性，破坏前又表现出塑性，所以被称为塑—弹—塑性岩石。例如：大多数为变质岩（大理岩、片麻岩等）。类型Ⅴ

基本上与类型Ⅳ相同，也呈S型，不过曲线斜率较平缓。一般发生在压缩性较高的岩石中。应力垂直于片理的片岩具有这种性质。类型Ⅵ

应力—应变曲线开始先有很小一段直线部分，然后有非弹性的曲线部分，并继续不断地蠕变。这类材料被称为弹—粘性岩石。例如：岩盐、某些软弱岩石。*1.7岩石变形指标及其确定岩石的变形特性通常用弹性模量、变形模量和泊松比等指标表示。1)弹性模量和变形模量*a.线弹性岩石①应力—应变曲线具有近似直线的形式。②弹性模量：直线的斜率,也即应力（σ

）与应变（ε）的比率被称为岩石的弹性模量，记为E。③其应力—应变关系：

σ=Eε④反复加卸载应力—应变曲线仍为直线。*b.完全弹性岩石①岩石的应力—应变关系不是直线，而是曲线。②对于任一应变ε，都有唯一的应力σ与之对应，应力是应变的函数关系，即

σ=f（ε）③切线模量、初始模量和割线模量：由于应力—应变是一曲线关系，所以这里没有唯一的模量。但对于曲线上任一点的值，都有一个。譬如对应于P点的值，切线模量就是P点在曲线上的切线PQ的斜率Et，曲线原点处的切线斜率Eo即为初始模量，而割线模量就是割线OP的斜率Es，通常取σc/2处的割线模量。

Et

=

dσ/dε;Es

=

σ/ε④反复加卸载当荷载逐渐施加到任何点P，得加载曲线OP。如果在P点将荷载卸去，则卸载曲线仍沿原曲线OP路线退到原点O。*c.弹性岩石①岩石的应力—应变关系不是直线，而是曲线，且卸载曲线不沿原加载路径返回原点。②对于任一应变ε，不是唯一的应力σ与之对应，应力不是应变的函数关系。③切线模量和割线模量：卸载曲线P点的切线PQ‘的斜率就是相应于该应力的卸载切线模量，它与加载切线模量不同。而加、卸载的割线模量相同。④反复加卸载当荷载逐渐施加到任何点P，得加载曲线OP。如果在P点将荷载卸去，则卸载曲线不沿原曲线OP路线退到原点O，如图中虚线所示，这时产生了所谓滞回效应。*d.弹塑性岩石①岩石的应力—应变关系不是直线，而是曲线，卸载曲线不沿原加载路径返回，且应变也不能恢复到原点O。②对于任一应变ε，不是唯一的应力σ与之对应，应力不是应变的函数关系。③弹性模量和变形模量：弹性变形，以εe表示；塑性变形，以εp表示；总变形，以ε表示。弹性模量E：把卸载曲线的割线的斜率作为弹性模量，即:E=PM/NM=σ/εe

变形模量Eo：是正应力与总应变(ε)之比，即：Eo=PM/OM=σ/ε=σ/(εe+εp)④塑性滞回环：加载曲线与卸载曲线所组成的环，叫做塑性滞回环。*1.8弹塑性岩石在循环荷载条件下的变形特征在循环荷载条件下，弹性岩石变形如何？非弹性岩石（弹塑性）的变形又如何呢？*1)弹塑性岩石等荷载循环加载变形特征

①等荷载循环加载：如果多次反复加载与卸载，且每次施加的最大荷载与第一次施加的最大荷载一样。②塑性滞回环：则每次加、卸载曲线都形成一个塑性滞回环。这些塑性滞回环随着加、卸载的次数增加而愈来愈狭窄，并且彼此愈来愈近，岩石愈来愈接近弹性变形，一直到某次循环没有塑性变形为止，如图中的HH‘环。③临界应力：当循环应力峰值小于某一数值时，循环次数即使很多，也不会导致试件破坏；而超过这一数值岩石将在某次循环中发生破坏（疲劳破坏），这一数值称为临界应力。此时，给定的应力称为疲劳强度。

*2)弹塑性岩石增荷载循环加载变形特征

①增荷载循环加载：如果多次反复加载、卸载循环，每次施加的最大荷载比前一次循环的最大荷载为大。②塑性滞回环：每次加、卸载曲线都形成一个塑性滞回环。随着循环次数的增加，塑性滞回环的面积也有所扩大，卸载曲线的斜率（它代表着岩石的弹性模量）也逐次略有增加，表明卸载应力下的岩石材料弹性有所增强。③岩石的记忆性：每次卸载后再加载，在荷载超过上一次循环的最大荷载以后，变形曲线仍沿着原来的单调加载曲线上升（图中的OC线），好象不曾受到反复加载的影响似的，这种现象称为岩石的变形记忆。*1.9单轴压缩条件下的岩石全应力－应变曲线1）全应力－应变曲线产生的背景①普通柔性实验机只能获得峰值以前的应力－应变曲线。1966年以前所获的的岩石应力－应变曲线均是峰值以前的曲线。在普通柔性实验机上的试验现象是：岩石破坏的形式都是突发的：瞬间崩裂、碎块四面飞射、伴有很大声响。

σ

o

ε*②在普通的试验机上，岩石达到其峰值强度后发生突发性破坏的根本原因：是试验机的刚度不够大，这类试验机称为“柔”性试验机（Softtestingmachine）。由于试验机的刚度不够大，在试验过程中试件受压，试验机框架受拉，如图所示。试验机受拉产生的弹性变形以应变能的形式存在机器中。当施加的压缩应力超过岩石抗压强度后，试件破坏。此时，试验机架迅速回弹，并将其内部贮存的应变能释放到岩石试件上，从而引起岩石试件的急剧破裂和崩解。*③普通柔性实验机获得结果与工程的矛盾：试验结果表明，岩石超过其峰值强度后就完全破坏了，没有任何承载能力了。与事实矛盾。事实上，岩石超过其峰值强度后，发生了破坏，内部出现破裂，其承载能力因而下降，但并没有降到零，而是仍然具有一定的强度。特别是在具有限制应力的条件下，情况更是如此。岩石开挖工程的围岩一般都处在周围岩石的限制中，因而破坏时不可能发生突然崩解现象。从另一方面看，地下岩石在漫长的地质年代中受到过各种力场的作用，经历过多次破坏，因而我们在岩石工程中面对的就是已经发生过破坏的岩石（岩体）。研究岩石超过其峰值强度破坏后的强度特征对岩石工程本身具有重要意义。*④试验改进途径提高试验机刚度，降低岩石试件刚度，增加伺服控制系统。试验系统组成：钢架构件、液压柱、岩石试件。a.提高试验机钢架构件的刚度：钢架构件的刚度系数Ks=EA/L.增加钢构件的截面积A，减小其长度L。因此在许多刚性试验机上使用了几个粗矮钢柱以加强。b.提高试验机液压柱刚度：液压柱刚度系数Kf=kA/H.应增加液压柱的截面积A，减小其长度H；同时要增大液压油的体积模量K。为此，在少数刚性试验机的液压系统中用水银代替普通液压油。c.减少岩石试件的刚度：减小试件截面积，增加其长度。d.增加伺服控制系统，控制岩石变形速度恒定。*2）全应力－应变曲线的特征

1966年库克（Cook)教授利用自制的刚性试验机获得了的一条大理岩的全应力－应变曲线,可将岩石变形分为下列四个阶段:①

孔隙裂隙压密阶段（OA段）：即试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合，岩石被压密，形成早期的非线性变形，σ－ε曲线呈上凹型。在此阶段试件横向膨胀较小，试件体积随载荷增大而减小。本阶段变形对裂隙化岩石来说较明显，而对坚硬少裂隙的岩石则不明显，甚至不显现。②

弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段（AC段〕：该阶段的应力—应变曲线成近似直线型。其中，AB段为弹性变形阶段，BC段为微破裂稳定发展阶段。*③非稳定破裂发展阶段，或称累进性破裂阶段（CD段）：C点是岩石从弹性变为塑性的转折点，称为屈服点。相应于该点的应力为屈服极限，其值约为峰值强度的2/3。进入本阶段后，微破裂的发展出现了质的变化，破裂不断发展，直至试件完全破坏。试件由体积压缩转为扩容，轴向应变和体积应变速率迅速增大。本阶段的上界应力称为峰值强度。④破裂后阶段（D点以后段）：岩块承载力达到峰值强度后，其内部结构遭到破坏，但试件基本保持整体状。到本阶段，裂隙快速发展，交叉且相互联合形成宏观断裂面。此后，岩块变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移，试件承载力随变形增大迅速下降，但并不降到零，说明破裂的岩石仍有一定的承载力。*3）全应力－应变曲线的工程意义①揭示岩石试件破裂后，仍具有一定的承载能力。*②预测岩爆。若A>B，会产生岩爆若B>A，不产生岩爆。**关于“岩爆”发生机理的解释③预测蠕变破坏。当应力水平在H点以下时保持应力恒定，岩石试件不会发生蠕变。应力水平在G－H点之间保持恒定。蠕变应变发展会和蠕变终止轨迹相交，蠕变将停止，岩石试件不会破坏。若应力水平在G点及以上保持恒定，则蠕变应变发展就和全应力—应变曲线的右半部，试件将发生破坏。*④预测循环加载条件下岩石的破坏。循环荷载：爆破，而且是动荷载。在高应力水平下循环加载，岩石在很短时间内就破坏。在低应力水平下循环加载，岩石可以经历相对较长一段时间，岩石工程才会发生破坏。所以，根据岩石受力水平，循环荷载的大小、周期、全应力—应变曲线来预测循环加载条件下岩石破坏时间。*1.10三轴压缩条件下的岩石变形特征如图所示的大理岩，在围压为零或较低的情况下，岩石呈脆性状态；当围压增大至50MPa时，岩石显示出由脆性到塑性转化的过渡状态：把岩石由脆性转化为塑性的临界围压称为转化压力。围压增加到68.5MPa时，呈现出塑性流动状态；围压增至165MPa时,试件承载力则随围压稳定增长，出现所谓应变硬化现象。*围压对岩石变形的影响得出如下结论：①随着围压的增大，岩石的抗压强度显著增加；②随着围压的增大，岩石的变形显著增大；③随着围压的增大，岩石的弹性极限显著增大；④随着围压的增大，岩石的应力—应变曲线形态发生明显改变；岩石的性质发生了变化：由弹脆性→弹塑性→应变硬化。

花岗岩应力－应变曲线*1.11岩石的扩容扩容：当外力继续增加，岩石试件的体积不是减小，而是大幅度增加，且增长速率越来越大，最终将导致岩石试件的破坏，这种体积明显扩大的现象称为扩容。实验表明：体积应变曲线可以分为三个阶段：①体积变形阶段体积应变在弹性阶段内随应力增加而呈线性变化（体积减小），在此阶段内，轴向压缩应变大于侧向膨胀。称为体积变形阶段。在此阶段后期，随应力增加，岩石的体积变形曲线向左转弯，开始偏离直线段，出现扩容。在一般情况下，岩石开始出现扩容时的应力约为其抗压强度的1/3～1/2左右。*②体积不变阶段在这一阶段内，随着应力的增加，岩石虽有变形，但体积应变增量近于零，即岩石体积大小几乎没有变化。在此阶段内可认为轴向压缩应变等于侧向膨胀，因此称为体积不变阶段。③

扩容阶段当外力继续增加，岩石试件的体积不是减小，而是大幅度增加，且增长速率越来越大，最终将导致岩石试件的破坏，这种体积明显扩大的现象称为扩容，此阶段称为扩容阶段。在此阶段内，当试件临近破坏时，两侧向膨胀变形之和超过最大主应力方向上的压缩变形值。这时，岩石试件的泊松比已经不是一个常量。*1.12影响岩石力学性质的主要因素

1)水对岩石力学性质的影响

结合水：产生三种作用：连结作用、润滑作用、水楔作用。连结作用：将矿物颗粒拉近、接紧，起连结作用。润滑作用：可溶盐溶解，胶体水解，使原有的连结变成水胶连结，导致矿物颗粒间连结力减弱，摩擦力减低，水起到润滑剂的作用。水楔作用：当两个矿物颗粒靠得很近，有水分子补充到矿物表面时，矿物颗粒利用其表面吸着力将水分子拉到自己周围，在两个颗粒接触处由于吸着力作用使水分子向两个矿物颗粒之间的缝隙内挤入。*当岩石受压时：如压应力大于吸着力，水分子就被压力从接触点中挤出。反之如压应力减小至低于吸着力，水分子就又挤入两颗粒之间，使两颗粒间距增大。这样便产生两种结果：一是岩石体积膨胀，如岩石处于不可变形的条件，便产生膨胀压力；二是水胶连结代替胶体及可溶盐连结，产生润滑作用，岩石强度降低。*重力水：对岩石力学性质的影响主要表现在孔隙水压力作用和溶蚀、潜蚀作用。孔隙压力作用：孔隙压力，减小了颗粒之间的压应力，从而降低了岩石的抗剪强度，使岩石的微裂隙端部处于受拉状态从而破坏岩石的连结。溶蚀－潜蚀作用：岩石中渗透水在其流动过程中可将岩石中可溶物质溶解带走，有时将岩石中小颗粒冲走，使岩石强度大为降低，变形加大。除了上述五种作用外，水在冻融时的胀缩作用对岩石力学强度破坏很大。*岩浆岩沉积岩变质岩岩石名称软化系数岩石名称软化系数岩石名称软化系数花岗岩0.72－0.97火山集块岩0.6－0.8片麻岩0.75－0.97闪长岩0.60－0.80火山角砾岩0.57－0.95石英片麻岩0.44－0.84闪长玢岩0.78－0.81安山凝灰集块岩0.61－0.74角闪片岩0.44－0.84辉绿岩0.33－0.90凝灰岩0.52－0.86云母片岩0.53－0.69流纹岩0.75－0.95砾岩0.50－0.96绿泥石片岩0.53－0.69安山岩0.81－0.91石英砂岩0.65－0.97千枚岩0.67－0.96玄武岩0.30－0.95泥质砂岩，粉砂岩0.21－0.75硅质板岩0.75－0.79泥岩0.40－0.60泥质板岩0.39－0.52页岩0.24－0.74石英岩0.94－0.96石灰岩0.70－0.94泥灰岩0.44－0.54*2)温度对岩石力学性质的影响

一般地热每增加100米深度，温度升高3℃。高硫矿山、自燃矿物温度高地下深部研究、核废料处理研究一般来说，随着温度的增高，岩石的延性加大，屈服点降低，强度降低。如图所示即为三种不同岩石在围压为500MPa，温度由25℃升高到800℃时应力－应变特征。**

玄武岩花岗岩白云岩

3)加载速率对岩石力学性质的影响

加载速率愈大，弹性模量愈大；加荷速率愈小，弹性模量愈小。加载速率越大，获得的强度指标值越高。国际岩石力学学会（ISRM）建议：加载速率为0.5~1MPa/秒，一般从开始试验直至试件破坏的时间为5~10分钟。*4)围压对岩石力学性质的影响

由三轴压缩试验可知：岩石的脆性和塑性并非岩石固有的性质，它与其受力状态有关，随着受力状态的改变，其脆性和塑性是可以相互转化的。在三轴压缩条件下，岩石的变形、强度和弹性极限都有显著增大。例如：欧洲阿尔卑斯山的山岭隧道穿过很坚硬的花岗岩，由于山势陡峭，花岗岩处于很高的三维地应力状态下，表现出明显的塑性变形。*5)风化对岩石力学性质的影响

风化作用：是一种表生的自然营力和人类作用的共同产物，是一种很复杂的地质作用，将涉及到气温、大气、水分、生物、原岩的成因、原岩的矿物成分、原岩的结构和构造等诸因素的综合作用。风化作用降低岩体的物理力学性质：①降低岩体结构面的粗糙程度,产生新的裂隙，破坏岩体的完整性。岩石结构连结被削弱,坚硬岩石变为半坚硬岩石、疏松土。②在化学风化过程中，矿物成分发生变化，原生矿物经受水解、水化、氧化等作用，逐渐为次生矿物，特别是产生粘土矿物（如蒙脱石、高岭石等）。③成分结构和构造的变化,导致抗水性降低、亲水性增高（如膨胀性、崩解性、软化性增强）；力学强度降低，压缩性加大。*风化作用程度的评价方法：1964年以来，水电部成都勘察设计研究院科研所提出用岩石风化程度系数(Ky)来评定岩石的风化程度。

Ky＝(Kn＋Kr＋Kw)/3 式中：Kn=n1/n2(孔隙率系数)；

Kr=r2/r1(强度系数)；

Kw=ω1/ω2(吸水率系数)；

n1，r1，ω1－新鲜岩石的孔隙率、抗压强度、吸水率；

n2，r2，ω2－风化岩石的孔隙率、抗压强度、吸水率；*

岩石风化程度分级如下:

Ky≤0.1 剧风化

Ky＝0.1－0.35强风化

Ky＝0.35－0.65 弱风化

Ky＝0.65－0.90 微风化

Ky＝0.90－1.00 新鲜岩石岩石风化程度Ky的概念，是表示岩石风化程度深浅的一个相对指标，不是绝对值。*岩石力学与工程岩石流变理论RHEOLOGICALTHEORYOFROCK2.1流变理论－主要内容1流变的概念2蠕变的类型和特点3描述流变性质的三个基本元件4组合模型及其性质*2.1.1流变的概念三个概念：弹性变形塑性变形粘性流动*2.1.1流变的概念三个概念：弹性变形塑性变形粘性流动*与时间无关，只从变形能否恢复的角度2.1.1流变的概念三个概念：弹性变形塑性变形

粘性流动*与变形速率有关，与时间有关2.1.1流变的概念三个概念：弹性变形塑性变形粘性流动流变现象：材料应力-应变关系与时间因素有关的性质，称为流变性。材料变形过程中具有时间效应的现象，称为流变现象。*2.1.1流变的概念三个概念：弹性变形塑性变形粘性流动流变现象：材料应力-应变关系与时间因素有关的性质，称为流变性。材料变形过程中具有时间效应的现象，称为流变现象。流变的种类：蠕变松弛弹性后效*2.1.1流变的概念三个概念：弹性变形塑性变形粘性流动流变现象：材料应力-应变关系与时间因素有关的性质，称为流变性。材料变形过程中具有时间效应的现象，称为流变现象。流变的种类：蠕变

松弛弹性后效*应力不变，应变随时间增加而增长2.1.1流变的概念*1940.051939.01*阿尔卑斯山谷反倾岩层中蠕动

湖南五强溪板溪群轻度变质砂岩、石英岩、板岩中的蠕动，深达40～50m*2.1.1流变的概念三个概念：弹性变形塑性变形粘性流动流变现象：材料应力-应变关系与时间因素有关的性质，称为流变性。材料变形过程中具有时间效应的现象，称为流变现象。流变的种类：蠕变

松弛

弹性后效*应变不变，应力随时间增加而减小2.1.1流变的概念三个概念：弹性变形塑性变形粘性流动流变现象：材料应力-应变关系与时间因素有关的性质，称为流变性。材料变形过程中具有时间效应的现象，称为流变现象。流变的种类：蠕变松弛

弹性后效*加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象2.1.2蠕变的类型和特点*a.稳定蠕变：低应力状态下发生的蠕变，图中sCb.不稳定蠕变：较高应力状态下发生的蠕变，图中sA

、sB（1）蠕变的两种类型2.1.2蠕变的类型和特点*第一阶段(a-b)，减速蠕变阶段：应变速率随时间增加而减小。第二阶段(b-c)，等速蠕变阶段：应变速率保持不变。第三阶段(c-d)：加速蠕变阶段：应变速率随时间增加而增加。（2）典型蠕变三个阶段2.1.3描述流变性质的三个基本元件(1)弹性元件力学模型：材料性质：物体在荷载作用下，其变形完全符合虎克

(Hooke)定律。称其为虎克体，是理想的线性弹性体。本构方程：s=ke应力应变曲线（见右图）：模型符号：H虎克体的性能：a.瞬变性b.无弹性后效

c.无应力松弛d.无蠕变流动*2.1.3描述流变性质的三个基本元件(2)塑性元件材料性质：物体受应力达到屈服极限s0时便开始产生塑性变形，即使应力不再增加，变形仍不断增长，其变形符合库仑摩擦定律，称其为库仑(Coulomb)体。是理想的塑性体。力学模型：

本构方程：

ε=0，（当s<s0时）

ε→∞，（当s

s0时）*2.1.3描述流变性质的三个基本元件(2)塑性元件应力－应变曲线

模型符号：C

库仑体的性能：当s<s0时，ε=0，低应力时无变形当s

s0时，ε→∞，达到塑性极限时有蠕变*2.1.3描述流变性质的三个基本元件(3)粘性元件材料性质：物体在外力作用下，应力与应变速率成正比，符合牛顿(Newton)流动定律。称其为牛顿流体，是理想的粘性体。力学模型：

本构方程：应力－应变速率曲线（见右图）模型符号：N*2.1.3描述流变性质的三个基本元件(3)粘性元件牛顿体的性能：

a.有蠕变

即有蠕变现象*应变-时间曲线2.1.3描述流变性质的三个基本元件(3)粘性元件牛顿体的性能：

b.无瞬变

c.无松弛

d.无弹性后效

*2.1.3描述流变性质的三个基本元件(4)注意点（小结）

a.塑性流动与粘性流动的区别当s

s0时，才发生塑性流动，当s<s0

完全塑性体，表现出刚体的特点。当s>0时，就可以发生粘性流动，不需要应力超过某一定值。

b.实际岩石的流变性是复杂的，是三种基本元件的不同组合的性质，不是单一元件的性质。

c.用粘弹性体：研究应力小于屈服应力时的流变性；用粘弹塑性体：研究应力大于屈服应力时的流变性。*2.1.4组合模型及其性质(1)串联和并联的性质串连即两个或多个元件首尾依次相联的模型。并联即两个或多个元件首与首、尾与尾相联的模型。例如串连模型：并联模型：*2.1.4组合模型及其性质(1)串联和并联的性质

*2.1.4组合模型及其性质（2）马克斯威尔(Maxwell)体*①本构方程：由串联性质：

σ=σ1=σ2

模型符号：M=H-N（2）马克斯威尔(Maxwell)体对H体：*对N体：本构关系：（2）马克斯威尔(Maxwell)体②蠕变方程*当t=0时，突然施加代入本购方程：得积分初始条件t=0（2）马克斯威尔(Maxwell)体

蠕变方程:*

蠕变曲线

等速蠕变，且不稳定（2）马克斯威尔(Maxwell)体*③松弛方程当t=0时，保持应变不变初始条件：t=0,σ=σ0(σ0为瞬时应力)，得代入本构方程得到一个一阶可分离变量的微分方程积分代入上式整理得：则（2）马克斯威尔(Maxwell)体*松弛曲线（2）马克斯威尔(Maxwell)体瞬变应变量④有瞬变性*⑤无弹性后效⑥描述岩石的特点具有瞬变性有不稳定的蠕变有松弛有残余（永久）变形2.1.4组合模型及其性质（3）开尔文（kelvin）体*模型符号：K=H|N（3）开尔文（kelvin）体*由并联性质：ε=ε1=ε2

①本构方程：对N体：对H体：本构方程（3）开尔文（kelvin）体*②

蠕变方程：得当t=0时，突然施加一阶线性微分方程初始条件：当t=0时代入本方程（3）开尔文（kelvin）体*蠕变方程：蠕变曲线：（3）开尔文（kelvin）体*初始条件t=t1，ε=ε1卸载方程③有弹性后效：卸载时，也是如此，下面研究卸载方程如果t=t1时卸载，σ=0代入本构方程（3）开尔文（kelvin）体*卸载曲线（3）开尔文（kelvin）体*④

无松弛代入本构方程得表明无松弛现象⑤无瞬变性（显然）⑥描述岩石的特点有稳定蠕变有弹性后效无松弛无瞬变性2.2强度理论－主要内容1强度理论概述2Coulomb强度准则3Mohr强度理论4Griffith强度理论*2.2岩石强度理论2.2.1概述强度理论：关于材料破坏原因和条件的假说。基本思想：①确认材料失效的力学原因，提出破坏条件假说。②用简单受力情况下的破坏实验指标，建立复杂应力状态下的弹性失效准则。岩石破坏类型：

①断裂破坏：单轴拉断、劈裂——由拉应力引起；②剪切破坏：塑性流动、剪断——由剪应力引起。**古典强度理论与岩石强度表现不符：①最大拉应力理论没有考虑σ2

和σ3

的影响。②最大伸长线应变理论虽考虑σ2

和σ3的影响，但多向拉比单向拉安全，与事实矛盾。③最大剪应力理论与岩石试验结果不符

σ1－σ3≤[σ]a.最大剪应力理论破坏面与σ1

的夹角为45°；而岩石破坏面与σ1

的夹角为45°－φ/2。b.最大剪应力理论破坏面上剪应力最大；而岩石破坏面上剪应力不是最大。*④歪形能理论只与σ1

、σ2

和σ3三者之间的差的绝对值有关；而与应力大小无关，这与岩石破坏现象不符。**2.2.2库仑准则：

（1773年）

观点：①岩石破坏为剪切破坏；

②岩石抗能力由两部分组成（内聚力、内摩擦力）。

③强度准则形式－直线型：*2θ库仑准则可由AL直线表示任意斜截面上应力为：当任意斜截面为破坏面时，其上应力满足库仑准则。*

由图：

破坏面方向：由图：化简得：（有两种方法推导：代数、几何）强度准则：

剪切式：

三向应力式：

单向应力式：**应用：

①判断岩石在某一应力状态下是否破坏（用应力圆）。

②预测破坏面的方向：（与最大主平面成）；（X型节理锐角平分线方向为最大主应力方向）。

③进行岩石强度计算。评价：①是最简单的强度准则，是莫尔强度理论的一个特例。②

不仅适用于岩石压剪破坏，也适用于结构面压剪破坏。③不适用于受拉破坏。

2.2.3莫尔强度理论：（1900）理论要点：①岩石的剪切破坏由剪应力引起；但不是发生在最大剪应力作用面上；②剪切强度取决于剪切面上的正应力和岩石的性质，是剪切面上正应力的函数；③剪切强度与剪切面上正应力的函数形式有多种：直线型、二次抛物线型、双曲线型，等等；是一系列极限莫尔圆的包络线，它由试验拟合获得；④剪切强度是关于σ轴对称的曲线，破坏面成对成簇出现；⑤莫尔圆与强度曲线相切或相割研究点破坏，否则不破坏；⑥不考虑σ2的影响。

**莫尔理论建立与古典理论区别：①不致力于寻找材料失效的共同力学原因；②尽可能多地占有不同应力状态下材料失效的试验资料，极限应力状态；③用宏观唯象的处理方法建立失效条件。*莫尔强度曲线绘制：

（由单拉、单压、三压强度实验得到）特点：

曲线左侧闭合，向由侧开放（耐压、不耐拉）；曲线的斜率各处不同（内摩擦角、似内聚力变化，与所受应力有关）；曲线对称于正应力轴（破坏面成对出现，形成X型节理）；不同岩石其强度曲线不同（不同岩石具有不同的强度性）。*莫尔包络线的三种形式：

（不同岩石具有不同的强度性质，其强度曲线可分为三个类型）

a)直线型：

（与库仑准则相同）可进行强度计算：

单直线型双直线型*b)二次抛物线型：表达式：

式中：—单向抗拉强度

—待定系数由图：N点坐标及NM半径为

N强度表达式：主、剪应力表达式：主应力表达式：n系数：确定n系数的方法：**c)双曲线型：表达式：（强度条件）

式中：φ1—为包络线渐进线夹角

对莫尔强度理论的评价：

优点：①适用于塑性岩石，也适用于脆性岩石的剪切破坏；

②较好解释了岩石抗拉强度远远低于抗压强度特征；

③解释了三向等拉时破坏，三向等压时不破坏现象；

④简单、方便:同时考虑拉、压、剪,可判断破坏方向.不足：①忽视了σ2

的作用，误差：±10％；

②没有考虑结构面的影响；

③不适用于拉断破坏；

④不适用于膨胀、蠕变破坏。**2.2.4格里菲斯强度理论（1920、1921）

1）基本假设（观点）：

①物体内随机分布许多裂隙；

②所有裂隙都张开、贯通、独立；

③裂隙断面呈扁平椭圆状态；

④在任何应力状态下，裂隙尖端产生拉应力集中，导致裂隙沿某个有利方向进一步扩展。

⑤最终在本质上都是拉应力引起岩石破坏。

*2）两个关键点：①最容易破坏的裂隙方向；②最大应力集中点（危险点）。在压应力条件下裂隙开列及扩展方向带椭圆孔薄板的孔边应力集中问题①数学式*

③Griffith准则几何表示

Griffith准则图解

②最有利破裂的方向角3）Griffth（张拉）准则（a）在坐标下

由此区可见，当时，即压拉强度比为8。（b）在坐标下

设－应力圆圆心；－应力圆半径

又设，则Griffith强度准则第二式写成

应力圆方程：

（1）代入（2）得：

*

（3）式是满足强度判据的极限莫尔应力圆的表达式

（3）式对

求导得把（4）式带入（3）得在坐标下的准则与库仑准则相似－－抛物线型。*Griffith强度曲线①在坐标下:*Griffith强度曲线*

②在坐标下Griffth准则图解*Grriffith强度准则评价：优点：①岩石抗压强度为抗拉强度的8倍，反映了岩石的真实情况；②证明了岩石在任何应力状态下都是由于拉伸引起破坏；③指出微裂隙延展方向最终与最大主应力方向一致。

不足：①仅适用于脆性岩石，对一般岩石莫尔强度准则适用性远大于Griffith准则。②对裂隙被压闭合，抗剪强度增高解释不够。③Griffith准则是岩石微裂隙扩展的条件，并非宏观破坏。

岩体力学性质*3.1岩体结构－主要内容1岩体结构要素2结构面类型3结构面分级及其特性4结构面状态5

岩体结构类型*3.1.1岩体结构要素*3.1.2结构面（Structuralplane)类型－1*成因类型地质类型原生结构面沉积结构面层面、层理、沉积间断面（不整合面、假整合面）、原生软弱夹层火成结构面流层、流线、火山岩流接触面，蚀变带、挤压破碎带、原生节理变质结构面片理、板理、软弱夹层3.1.2结构面（Structuralplane)类型－2成因类型地质类型构造结构面劈理节理断层层间破碎夹层*3.1.2结构面（Structuralplane)类型－3成因类型地质类型次生结构面卸荷裂隙爆破裂隙风化裂隙风化夹层泥化夹层*3.1.3结构面分级及其特性－1级序分级依据地质类型力学属性对岩体稳定性影响I级延伸数十公里深度可切穿一个构造层破碎带宽度在数米、数十米以上区域性深大断裂或大断裂属于软弱结构面，构成独立的力学介质单元影响区域稳定性是岩体变形或破坏的控制条件，形成岩体力学作用边界。*3.1.3结构面分级及其特性－2级序分级依据地质类型力学属性对岩体稳定性影响II级延伸数百米至数公里，破碎带宽度比较窄，几厘米至数米不整合面假整合面原生软弱夹层层间错动带风化夹层属于软弱结构面形成块裂边界控制山体稳定性与I级结构面可形成大规模的块体破坏，即控制岩体变形和破坏方式。*3.1.3结构面分级及其特性－3级序分级依据地质类型力学属性对岩体稳定性影响III级延展十米或数十米，无破碎带，面内不含泥，有泥膜。在一个地质时代地层中分布。各种类型的断层原生软弱夹层层间错动带等多数属于坚硬结构面少数属软弱结构面。控制岩体的稳定性与I、II级结构面组合可形成不同规模的块体破坏划分II类岩体结构的重要依据*3.1.3结构面分级及其特性－4级序分级依据地质类型力学属性对岩体稳定性影响IV级延展数米，未错动，不夹泥，有的呈弱结合状态，统计结构面节理、劈理、片理、层理、卸荷裂隙等。坚硬结构面划分II类岩体结构的基本依据是岩体力学性质和结构效应基础破坏岩体的完整性，与其他结构面形成不同类型边坡破坏方式。*3.1.3结构面分级及其特性－5级序分级依据地质类型力学属性对岩体稳定性影响V级连续性极差、刚性接触的细小或隐微裂面，统计结构面微小节理隐微裂隙线理等。硬性结构面分布随机，降低岩块强度，是岩块力学性质效应基础。若十分密集，又因风化，形成松散介质。*3.1.4结构面状态*1）结构面贯通类型和连续性a.贯通类型①非贯通性结构面：较短、不能贯通,岩块强度降低、变形增大.②半贯通性结构面：有一定长度、不能贯通,岩块强度降低、变形增大．③贯通性结构面：长度较长、连续好、贯通整个岩体、构成岩体边界，它对岩体有较大的影响，破坏常受这种结构面控制．

K1变化在0～1之间变化,K1值愈大说明结构面的连续性愈好,当K1=1时，结构面完全贯通。*b.连续性结构面的连续性反映结构面的贯通程度。①线连续性系数K1

：沿结构面延伸方向上，结构面各段长度之和与测线长度比值．K1=∑a/(∑a+∑b)Xe变化在0～1之间变化；Xe值愈大说明结构面的连续性愈好；当Xe=1时，结构面完全贯。当Xe=0时，岩体完整。*②面连续性系数（面切割度）Xe：在岩体中沿结构面延展平面上，结构面各块面积之和∑a与该断面面积A之比．Xe=∑a/A名称切割度Xe完整的0.1～0.2弱节理化0.2～0.4中等节理化0.4～0.6强节理化0.6～0.8完全节理化0.8～1.0*岩体按切割度Xe的分类表

描述

迹长(m)

很低连续性<1

低的连续性1～3

中等连续性3～l0

高连续性10～20

很高连续性>20*③迹长：在岩体中沿结构面延展迹线的长度。国际岩石力学学会(ISRM，1978)建议：用结构面的迹长来描述和评价结构面的连续性，并制订了相应的分级标准*结构面的密集程度反映结构面发育的密集程度。①裂隙度K：沿取样线方向单位长度上的结构面数量。设取样线长度为L,单位m,该长度内出现的结构面数量n，沿取样线方向结构面平均间距为d′，则K=n/L，d′=1/K=L/n线密度Kd：若取样线垂直结构面，则裂隙度被称为线密度。间距d：同一组结构面法线方向上结构面平均距离。Kd=n/L，d=1/Kd=L/n2）结构面密集程度

描述

削距(mm)

极密集的间距<20

很密的间距20～60

密集的间距60～200

中等的间距200～600

宽的间距600～2000

很宽的间距2000～6000

极宽的间距>6000*按结构面间距d的分级表*多组结构面裂隙度K的计算：Ka=1/max=cosξa/da

，Kb=1/mbx=cosξb/db，······，Kn=1/mnx=cosξn/dn

K=Ka+Kb+···+Kn结构面按裂隙度K分类：k=0~1为蔬节理，k=1~10为密节理，k=10~100为非常密集节理，k=100~1000为压碎、糜棱化。*②裂隙度K与的线密度Kd关系：假设测线OC是水平布置的，且与结构面法线OA在水平面上的投影线OB的夹角为α，结构面的倾角为β，则③体切割度Xv：面切割度Xe与裂隙度K的乘积；表示一组结构面对岩体的切割程度。Xv＝K·Xe*3）结构面产状：①要素：走向、倾向、倾角②与主应力之间的关系：控制岩体的破坏机理与强度。*4）结构面形态：①要素：起伏形态、起伏角、粗糙度。②对岩体的力学性质和剪切强度有影响。③起伏角:i=arctan(2h/L)*④粗糙度系数：JRC（jointroughnesscoefficent)巴顿（Barton，1977）提出：

粗糙度标准及粗糙系数挪威岩土工程研究所(NorwegianGeotechnicalIinsitute)描述结构面张开度(mm)张开情况很紧密紧密部分张开<0.10.1～0.250.25～0.5闭合结构面张开中等宽的宽的0.5～2.52.5～10>10裂开结构面很宽的极宽的似洞穴的10～100100～l000>1000张开结构面*5）结构面张开度：①张开度：结构面两壁间的垂直距离。②点接触：起伏、锯齿的凸起点，粘聚力降低。③张开:强度决定于充填物。结构面按张开度分级*6）结构面的胶结充填物：a.胶结充填物成分对结构面力学性质的影响：①铁硅质胶结强度高；②钙质胶结强度较差；③黏土、泥质胶结强度最差。b.胶结充填物厚度对结构面力学性质的影响：①薄膜充填：厚度小于1mm、应力矿物、强度明显降低；②端续充填：厚度小于起伏、强度与充填物和结构面有关；③连续充填：厚度稍大于起伏、强度取决于充填物。④后层充填：厚度远大于起伏、强度取决于充填物、易滑移。3.1.5岩体结构类型－1岩体构类型岩体地质类型主要结构体形状结构面发育情况岩土工程特征可能发生的岩上工程问题整体状结构均质，巨块状岩浆岩、变质岩．巨厚层沉积岩、正变质岩巨块状以原生构造节理为主．多呈闭合型，裂隙结构面间距大于1.5m,一般不超过l～2组．无危险结构面组成的落石掉块整体性强度高，岩体稳定，可视为均质弹性各向同性体不稳定结构体的局部滑动或坍．深埋洞室的岩爆*3.1.5岩体结构类型－2岩体构类型岩体地质类型主要结构体形状结构面发育情况岩土工程特征可能发生的岩上工程问题块状结构厚层状机积岩、正变质岩、块状岩浆岩、变质岩块状柱状只具有少量贯穿性较好的节理裂隙．裂隙结构面问距0.7～1.5m。一般为2～3组．有少量分离体整体强度较高．结构面互相牵制．岩基本稳定，接近弹性各向同性体不稳定结构体的局部滑动或坍塌．深埋洞室的岩爆*3.1.5岩体结构类型－3岩体构类型岩体地质类型主要结构体形状结构面发育情况岩土工程特征可能发生的岩上工程问题层状结构多韵律的薄层及中厚层状沉积岩、副变质岩层状板状透镜体有层理、片理、节理带有层间错动面接近均一的各向异性体．其变形及强度特征受层面及岩层组合控．可视为弹塑性体．稳定性较差不稳定结构体可能产生滑塌．特别是岩层的弯张破坏及软弱岩层的塑性变形*3.1.5岩体结构类型－4岩体构类型岩体地质类型主要结构体形状结构面发育情况岩土工程特征可能发生的岩上工程问题碎裂状结构构造影严重的破碎岩层碎块状断层、断层破碎带、片理、层理及层间结构面较发育，裂隙结构面间距0.25—0.5m，一般在3组以上．由许多分离体形成完整性破坏较大，整体强度很低．并受断裂等软弱结构面控制，多呈弹塑性介．稳定性很差易引起规模较大的岩体失稳、地下水加剧岩体失稳*3.1.5岩体结构类型－5岩体构类型岩体地质类型主要结构体形状结构面发育情况岩土工程特征可能发生的岩上工程问题散体状结构构造影响剧烈的断层破碎带，强风化带，全风化带碎屑状颗粒状断层破碎带交叉．构造及风化裂隙密集．结构及组合错综复杂，并多充填粘性土．形成许多大小不一的分离岩块完整性遭到极大破坏．稳定性极差．岩体属性接近松散体介质易引起规模较大的岩体失稳、地下水加剧岩体失稳*3.2岩体分类理论与方法－主要内容1岩体分类的目的和意义2岩体分类的原则3分类的独立因素4几种典型的分类理论和方法*

3.2岩体分类的理论与方法

3.2.1分类的目的与意义（1）分析、评价工程岩体稳定性的需要。（2）为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额和概预算提供必要的基本依据。

（3）便于设计、施工方法的总结,交流,推广。（4）为便于行业内技术改革和管理。体现：安全、经济、发展的思想，岩体分类是岩石力学研究领域的重要基础性课题。举例说明*3.2.2.分类原则

(1）有明确的类级和适用对象（专题性的、综合性的)。（2）根据适用对象，选择考虑因素（单因素、多因素）。（3）有定量的指标。（4）类级一般分五级为宜。（5）分类方法简单明了、数字便于记忆和应用。发展趋势：“多因素、综合特征值”分类法*3.2.3分类的独立因素

（1）岩石材料的质量（强度指标）。（2）岩体的完整性，密集度、切割度、连续性等。（3）岩体结构面产状与岩体工程的相对空间位置关系等。（4）地下水（软化、冲蚀、降低有效正应力、c、φ）（5）地应力（大小、最大主应力方向）（6）其它因素（自稳时间、位移率）其中（1）（2）是岩石基本质量，（3）－（6）是考虑工程岩体特点的其它因素*3.2.4几种典型岩体分类理论和方法

1.按岩石的单轴抗压强度σc分类岩石普氏系数(f=σc/10)分类法（Ｍ．Ｍ．Продотьяконов，1907

）*极硬（f＝20）、很硬（f＝15）、坚