岩体的强度特性课件.ppt

关于岩体的强度特性现在学习的是第1页，共32页2.5 岩体的强度特性现在学习的是第2页，共32页岩石力学岩石力学一、岩石的强度一、岩石的强度假设岩石服从莫尔假设岩石服从莫尔-库仑直线型强度准则库仑直线型强度准则1、坐标下坐标下2/450 cctg破坏角：破坏角：现在学习的是第3页，共32页岩石力学岩石力学一、岩石的强度一、岩石的强度2、在 坐标下 令 则31sin1cos2sin1sin131C245sin1sin12tgc312cos1 sincc31c31c现在学习的是第4页，共32页岩石力学岩石力学二、结构面强度二、结构面强度假设节理面服从莫尔假设节理面服从莫尔-库仑直线型强度准则库仑直线型强度准则JJCtg现在学习的是第5页，共32页岩石力学岩石力学二、结构面强度二、结构面强度设节理的方向角为设节理的方向角为。节理面上的应力：节理面上的应力：s in 13122cos 1313222JJCtg满足库仑破坏准则时沿节理面破坏满足库仑破坏准则时沿节理面破坏现在学习的是第6页，共32页岩石力学岩石力学三、单结构面强度效应三、单结构面强度效应1 1、分析模型、分析模型岩体中发育一组结构面，假定岩体中发育一组结构面，假定ABAB面面(指法线方向指法线方向）与最大主应力方向夹角为）与最大主应力方向夹角为。岩石强度为。岩石强度为C C0 0、0 0；结构面强度为；结构面强度为C CJ J、J J。13现在学习的是第7页，共32页岩石力学岩石力学三、单结构面强度效应三、单结构面强度效应三种可能破坏形式：三种可能破坏形式：（1 1）结构面破坏；结构面破坏；（2 2）岩块破坏；）岩块破坏；（3 3）岩块与结构面同时破坏。）岩块与结构面同时破坏。结构面的产状结构面的产状对岩体的强度产对岩体的强度产生影响。生影响。现在学习的是第8页，共32页 2、破坏方式的图解判断、破坏方式的图解判断（1）、）、无论无论 多少，岩体不破坏。多少，岩体不破坏。=ntg j+cj=ntg+c3113三、单结构面强度效应三、单结构面强度效应现在学习的是第9页，共32页（2）12时时 沿结构面破坏；沿结构面破坏；（3）2时，既不沿结构时，既不沿结构面破坏，也不切面破坏，也不切岩石破坏。岩石破坏。13311221=ntg j+cj=ntg+c三、单结构面强度效应三、单结构面强度效应现在学习的是第10页，共32页（4）、）、2时剪切岩石时剪切岩石破坏。破坏。（5）1或或 2时沿结构面时沿结构面与岩石同时破坏；与岩石同时破坏；31311221=ntgj+cj=ntg+c三、单结构面强度效应三、单结构面强度效应现在学习的是第11页，共32页岩石力学岩石力学三、单结构面强度效应三、单结构面强度效应3 3、岩体破坏的解析法确定、岩体破坏的解析法确定（1 1）、沿结构面破坏：对岩体强度有影响的节、沿结构面破坏：对岩体强度有影响的节理方位：理方位：1 1 2 2 J313J221sin2JmCffctg现在学习的是第12页，共32页岩石力学岩石力学三、单结构面强度效应三、单结构面强度效应对岩体强度有影响的节理方位角：对岩体强度有影响的节理方位角：1 1 2 2 1 1、2 2可以直接在图上量取，也可以由正弦可以直接在图上量取，也可以由正弦定律推求：定律推求：1311313213()sin1sin22()sin1sin222JJJJJJJJC ctgarcC ctgarc现在学习的是第13页，共32页岩石力学岩石力学三、单结构面强度效应三、单结构面强度效应（2 2）、）、岩石（岩块）破坏岩石（岩块）破坏：对岩体强度无影响的节理方位：对岩体强度无影响的节理方位：1 1或或 2 2 000130003 03000001 sin2cos1 sin1 sin2(+)+(1ctg)sin2(=+)42mCCff现在学习的是第14页，共32页岩石力学岩石力学三、单结构面强度效应三、单结构面强度效应（3）、岩体强度、岩体强度当当1 1或或2 2时，岩石结构面同时破时，岩石结构面同时破坏，岩体强度等于岩块强度坏，岩体强度等于岩块强度当当1 1或或2 2时，岩块先破坏，岩体强度时，岩块先破坏，岩体强度等于岩块强度：等于岩块强度：当当1 12 2结构面先破坏时，结构面先破坏时，岩体强度小岩体强度小于岩块强度于岩块强度J313J2()1sin 2JmCff ctg03 0130002(+)+(1ctg)sin2mCff现在学习的是第15页，共32页岩石力学岩石力学三、单结构面强度效应三、单结构面强度效应（3）单结构面岩体强度单结构面岩体强度强度取完整岩石强度和结构面强度的小值（两强度取完整岩石强度和结构面强度的小值（两者的强度都按直线型考虑）者的强度都按直线型考虑）03 0J 3133000J2(+)2()m in(+)(1ctg)sin21sin2JmCfCfffctg，岩体单轴抗压强度：岩体单轴抗压强度：0c000J22min()(1ctg)sin21sin2JmCCff ctg，现在学习的是第16页，共32页岩石力学岩石力学三、单结构面强度效应三、单结构面强度效应根据单结构面根据单结构面强度效应可以强度效应可以看出看出岩体强度岩体强度的各向异性的各向异性，岩体单轴或三岩体单轴或三轴受压强度轴受压强度受受加载方向与结加载方向与结构面夹角的控构面夹角的控制。制。现在学习的是第17页，共32页岩石力学岩石力学四、多结构面强度效应四、多结构面强度效应多结构面的岩体强度：分步运用单结构面理论多结构面的岩体强度：分步运用单结构面理论，分别绘出每一组结构面单独存在时的强度包络，分别绘出每一组结构面单独存在时的强度包络线和应力莫尔圆，岩体到底沿哪组结构面破坏，线和应力莫尔圆，岩体到底沿哪组结构面破坏，由由1 1与各组结构面的夹角所决定。与各组结构面的夹角所决定。现在学习的是第18页，共32页 根据叠加原理根据叠加原理多结构面的组合使得受力多结构面的组合使得受力状态极其复杂，若不计受力状态极其复杂，若不计受力后沿结构面滑动对应力分布后沿结构面滑动对应力分布的影响，则可将多组结构面的影响，则可将多组结构面分别按单一结构面考虑确定分别按单一结构面考虑确定其强度，最后综合考虑岩石其强度，最后综合考虑岩石和各组结构面的强度，取其和各组结构面的强度，取其最小值。最小值。四、多结构面强度效应四、多结构面强度效应现在学习的是第19页，共32页岩石力学岩石力学四、多结构面岩体强度四、多结构面岩体强度试验表明，随着岩体内结构面数量的增加，岩体试验表明，随着岩体内结构面数量的增加，岩体强度特性越来越趋于强度特性越来越趋于各向同性各向同性，而岩体的整体强度，而岩体的整体强度却大大削弱了。却大大削弱了。HoekHoek和和BownBown认为，含四组以上性质相近结构面认为，含四组以上性质相近结构面的岩体，在地下开挖工程设计中按的岩体，在地下开挖工程设计中按各向同性岩体各向同性岩体来处理是合理的。来处理是合理的。另外，随着围压另外，随着围压3 3增大，岩体由各向异性向各增大，岩体由各向异性向各向同性转化，一般认为当向同性转化，一般认为当3 3接近岩体单轴抗压强接近岩体单轴抗压强度时，可视为度时，可视为各向同性体各向同性体。现在学习的是第20页，共32页岩石力学岩石力学五、岩体强度估算五、岩体强度估算（一）准岩体强度（一）准岩体强度（岩体完整系数修正法岩体完整系数修正法）这种方法实质是用某种简单的试验指标来修正岩这种方法实质是用某种简单的试验指标来修正岩块强度，做为岩体强度的估算值。块强度，做为岩体强度的估算值。节理、裂隙等结构面是影响岩体的主要因素，节理、裂隙等结构面是影响岩体的主要因素，其分布情况可通过弹性波传播来查明，弹性波穿其分布情况可通过弹性波传播来查明，弹性波穿过岩体时，遇到裂隙便发生绕射或被吸收，传播过岩体时，遇到裂隙便发生绕射或被吸收，传播速度将有所降低，裂隙越多，波速降低越大，小速度将有所降低，裂隙越多，波速降低越大，小尺寸试件含裂隙少，传播速度大。尺寸试件含裂隙少，传播速度大。现在学习的是第21页，共32页岩石力学岩石力学五、岩体强度估算五、岩体强度估算根据弹性波在岩石试块和岩体中的传播速度比根据弹性波在岩石试块和岩体中的传播速度比，可判断岩体中裂隙发育程度，称此比值的平方，可判断岩体中裂隙发育程度，称此比值的平方为岩体完整性系数或龟裂系数。为岩体完整性系数或龟裂系数。2()mlclVKV式中，式中，V Vmlml为岩体中弹性波纵波传播速度为岩体中弹性波纵波传播速度 V Vclcl为岩块中弹性波纵波传播速度为岩块中弹性波纵波传播速度现在学习的是第22页，共32页岩石力学岩石力学五、岩体强度估算五、岩体强度估算岩体种类岩体完整性系数K完整0.75块状0.450.75碎裂状0.45准岩体抗压强度：准岩体抗压强度：mcmc=K Kc c准岩体抗拉强度：准岩体抗拉强度：mcmc=K Kc c现在学习的是第23页，共32页岩石力学岩石力学五、岩体强度估算五、岩体强度估算（二）（二）HokeHokeBrownBrown经验方程经验方程HokeHoke和和BrownBrown根据岩体性质的理论与实践经验，用根据岩体性质的理论与实践经验，用试验法导出了岩块和岩体破坏时主应力之间的关系试验法导出了岩块和岩体破坏时主应力之间的关系：2133ccms 式中：式中：m m、s s为与岩性及结构面情况有关的常数，为与岩性及结构面情况有关的常数，可查表或根据岩体分类可查表或根据岩体分类RMRRMR值计算。值计算。现在学习的是第24页，共32页岩石力学岩石力学五、岩体强度估算五、岩体强度估算剪应力正应力表达式：剪应力正应力表达式：()BccAT式中，式中，为岩体的剪切强度；为岩体的剪切强度；为岩体法向应力；为岩体法向应力；A A、B B为常数，查表。为常数，查表。21(4)2Tmms现在学习的是第25页，共32页岩石力学岩石力学五、岩体强度估算五、岩体强度估算由由HokeHokeBrownBrown经验方程估算岩体抗压强度经验方程估算岩体抗压强度3(0)mccs当时由由HokeHokeBrownBrown经验方程估算岩体抗拉强度经验方程估算岩体抗拉强度211(4)(0)2mtcmms当时现在学习的是第26页，共32页岩石力学岩石力学五、岩体强度估算五、岩体强度估算100()14RMRimme100()6RMRSe100()28RMRimme100()9RMRSe岩体材料参数岩体材料参数m m、s s的的RMRRMR分类系统评分确定：分类系统评分确定：对于扰动岩体：对于扰动岩体：对于未扰动岩体对于未扰动岩体 式中：式中：m mi i完整岩石的完整岩石的m m值，可由三轴试验的结值，可由三轴试验的结果确定。果确定。现在学习的是第27页，共32页岩石力学岩石力学五、岩体强度估算五、岩体强度估算根据已知的岩体材料参数根据已知的岩体材料参数m m、s s，便可较方便地确，便可较方便地确定摩尔库仑准则中的岩体强度参数。定摩尔库仑准则中的岩体强度参数。首先假定滑动面上的正应力首先假定滑动面上的正应力n n，然后按下式，然后按下式计算：计算：2321 6()139 0a r c t a n(1/1)31a r c t a n()4c o s1(c o tc o s)8t a nncccnmshmhhmC现在学习的是第28页，共32页岩石力学岩石力学五、岩体强度估算五、岩体强度估算 Hoek Hoek曾指出，曾指出，m m与库伦与库伦莫尔判据中的内摩擦莫尔判据中的内摩擦角角非常类似，而非常类似，而s s则相当于内聚力则相当于内聚力C C值。如果值。如果这样，根据这样，根据HoekBrownHoekBrown提供的常数，提供的常数，m m最大为最大为2525，显然这时估算的岩体强度偏低，特别是，显然这时估算的岩体强度偏低，特别是在低围压下及较坚硬完整的岩体条件下，估在低围压下及较坚硬完整的岩体条件下，估算的三轴强度明显偏低。但对于受构造扰动算的三轴强度明显偏低。但对于受构造扰动及结构面较发育的裂隙化岩体，及结构面较发育的裂隙化岩体，Hoek(1987)Hoek(1987)认认为用这一方法估算是合理的。为用这一方法估算是合理的。现在学习的是第29页，共32页岩石力学岩石力学五、岩体强度估算五、岩体强度估算（三）岩体粘聚力（三）岩体粘聚力C Cm m的的SimpsonSimpson法估算法法估算法辛普森（辛普森（SimpsonSimpson）经验方法认为，岩体粘聚）经验方法认为，岩体粘聚力力C Cm m与完整岩块粘聚力与完整岩块粘聚力C CI I和裂隙密度和裂隙密度i i之间有如之间有如下关系下关系：0.48(2)(0.1140.02)imICCe现在学习的是第30页，共32页岩石力学岩石力学五、岩体强度估算五、岩体强度估算（六）粘聚力经验折减法（六）粘聚力经验折减法国内相关院校及科研设计部门，根据多年国内相关院校及科研设计部门，根据多年从事边坡工程的经验，提出将岩石粘聚力折减从事边坡工程的经验，提出将岩石粘聚力折减10102020倍做为岩体的粘聚力。倍做为岩体的粘聚力。现在学习的是第31页，共32页岩石力学岩石力学感谢大家观看现在学习的是第32页，共32页