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岩体力学第四章 岩体的基本力学性质第1页，共34页，编辑于2022年，星期六第四章 岩体的基本力学性质第一节第一节 概述概述 天然岩体从宏观上来说，它是由节理或裂隙切割成一块一块的、互相排列与咬合着的岩块所组成的。岩体内存在各种各样的节理裂隙称之为结构面。所谓结构面，是指具有极低的或没有抗拉强度的不连续面，包括一切地质分离面。被结构面分割成的岩块称之为结构体，结构面与结构体组成岩体的结构单元。结构面的存在使岩体具有不这续性，因而，这类岩体被称为不连续岩体，也被称为节理岩体。第2页，共34页，编辑于2022年，星期六岩体岩体=岩块岩块+结构面结构面 岩岩 体体结构面结构面岩块岩块不连续面：包括节理、裂隙、孔隙、断面、孔洞、层面第3页，共34页，编辑于2022年，星期六第4页，共34页，编辑于2022年，星期六 一般来说。结构面是岩体中的软弱面，由于它的存在，增加了岩体中应力分布及受力变形的复杂性。同时，还降低了岩体的力学强度和稳定性能。由此可见，岩体是由岩石块和各种各样的结构面共同组成的综合休。对岩体的强度和稳定性能起作用的不仅是岩石块，面是岩石块与结构面的综合体，在大多数情况下，结构面所起的作用更大。短板理论 木桶是由多块木板组合而成，衡量一只木桶的储水量，取决于它最短的那块木板。第5页，共34页，编辑于2022年，星期六 岩 体结构面影响完整性很好连续介质力学方法 非常破碎土力学方法 两者之间裂隙体力学方法 岩体不连续性，各向异性 反映区域性地质构造 降低岩体强度 第6页，共34页，编辑于2022年，星期六节理岩体的强度与岩石强度的区别岩石；节理化岩体：节理 节理的强度低于岩石的强度，而节理岩体的强度以完整岩石强度为上限，节理的强度为下限，处在节理的强度和岩块的强度之间。从岩体的力学强度来看，岩石的强度与组成此岩体的岩块和节理的力学性质有很大不同。第7页，共34页，编辑于2022年，星期六第二节 岩体结构面的分析2.1 结构面的分类 (1)按结构面成因分类 原生节理 成岩过程 岩层层面 构造节理 构造运动 断层 次生节理 风化作用 风化节理 第8页，共34页，编辑于2022年，星期六第9页，共34页，编辑于2022年，星期六第10页，共34页，编辑于2022年，星期六第11页，共34页，编辑于2022年，星期六(2)结构面的绝对分类和相对分类 1 1绝对分类绝对分类结构面延展长度结构面延展长度 细小结构面细小结构面 延长延长 1m 1m 中等结构面中等结构面 延长延长 1 110m10m 巨大巨大结构面面 延长延长 10m10m 2 2相对分类相对分类相对工程而言的分类见表相对工程而言的分类见表4-14-1。第12页，共34页，编辑于2022年，星期六第13页，共34页，编辑于2022年，星期六(3)(3)按地质力学观点分类按地质力学观点分类 a a 破坏面破坏面 大面积破坏大面积破坏 缓慢地质作用缓慢地质作用 b b 破坏带破坏带 小面积密集破坏小面积密集破坏 快速地质作用快速地质作用 c c 两者之间两者之间 过渡类型过渡类型第14页，共34页，编辑于2022年，星期六表表4 41 1结构面的相对分类结构面的相对分类单节理单节理节理组节理组节理群节理群羽毛状羽毛状节理节理破碎带破碎带无充填有充填有粘性充填物第15页，共34页，编辑于2022年，星期六(4)、岩体破碎程度分类 岩体破碎程度的分类由裂隙度裂隙度和切割度切割度两个定量指标组成。（一）裂隙度（一）裂隙度K K a 单组结构面 设取样线长度为L，在L上出现的节理的个数为n，则裂隙度K为 K=n/L 节理沿取样线方向上平均间距d为 d=L/n=1/K第16页，共34页，编辑于2022年，星期六1010mm实例：实例：K=4/10=0.4/mK=4/10=0.4/md=1/K=2.5md=1/K=2.5m第17页，共34页，编辑于2022年，星期六 当取样线垂直节理的走向时，则d为节理走向的垂直间距。d180cm 整体结构 d=30180 块状结构 d30 破裂结构 d6.5 极破裂结构 K=01/m 疏节理 按间距分类按间距分类 K=110/m 密节理 K=10100/m 很密节理 K=1001000/m 糜棱节理 按垂直间距分类按垂直间距分类 第18页，共34页，编辑于2022年，星期六b 多组结构面两组节理的裂隙度计算图第19页，共34页，编辑于2022年，星期六第20页，共34页，编辑于2022年，星期六（二）切割度（二）切割度第21页，共34页，编辑于2022年，星期六 节理并非在岩体内全部贯通，用“切割度”来描述节理贯通度。切割度指单位面积的岩体中结构面面积所占的比例。在岩体中取一平直断面，总截面积为总截面积为A A，其中被节理面切割的面积为切割的面积为a a；则切割度为 多处不连续切割叠加 第22页，共34页，编辑于2022年，星期六第23页，共34页，编辑于2022年，星期六式中：岩体体积内部被某组节理切割的程度，单位m2/m3.上述Xe，仅是某一平面上节理面所占面积的比率。有时为了研究岩体空间内部某组节理的切割程度Xr，可由裂隙度K与平面切割度Xe建立如下关系式：第24页，共34页，编辑于2022年，星期六岩体破碎程度分类（表岩体破碎程度分类（表4-34-3）第25页，共34页，编辑于2022年，星期六2.2 结构面的定量描述结构面的定量描述(1)产状 产状是指结构面在空间的分相状态。它是由走向、倾向、倾角所组成的三要素来描述。由于走向可根据倾向来加以推算，一般只用倾向、倾角来表示。第26页，共34页，编辑于2022年，星期六产状要素走向 岩层面与水平面的交线，称走向线走向线两端所指的方向称走向倾向 垂直于走向线沿层面向下所引的直线，称倾斜线。其在水平面上的投影线所指方向，称为倾向 倾角 倾斜线与其在水平面上的投影线间的夹角第27页，共34页，编辑于2022年，星期六第28页，共34页，编辑于2022年，星期六第29页，共34页，编辑于2022年，星期六(2)间距 结构面的间距是指同组相邻结构面的垂直距离。通常采用同组结构面的平均间距。间距的大小直接反映了该组结构面的发育程度，也就是反映了岩体的完整程度。(3)延展性 在一个岩休的露头上，所见到的结构面迹线的长度。该参数反映了该组结构面的规模大小。第30页，共34页，编辑于2022年，星期六(4)粗糙度和起伏度 相对于结构面平均平面的表面不平整度，通常用结构面的粗糙度和起伏度表示。这是增加结构面抗剪强度的一个几何参数。起伏度是相对较大级的表面不平整状态，若起伏度较大，可能影响结构面的局部产状。对结构面的强度具有较大影响的，主要取决于粗糙度。结构面越粗糙其抗剪强度也会越高。第31页，共34页，编辑于2022年，星期六第32页，共34页，编辑于2022年，星期六(5)结构面面壁强度 结构面是由两个表面组成。当结构面的面壁风化程度与母岩很接近，则其强度与母岩一致；风比程度与母岩相差较大时，显然其强度将要小得多。(6)结构面的开度与充填物 结构面两个面壁之间的垂直距离称作结构面的开度。处在结构面缝隙中的物质被称作充填物。第33页，共34页，编辑于2022年，星期六(7)结构面的渗透性 在单个结构面或者整个岩体中所见到水流和水量的状态。水对岩体的影响是不言而喻的通常用水的流速和流量来表示可能对岩体的损害。(8)结构面的组数和岩块尺寸 岩体中结构面的组数反映了结构面的发育程度，而结构面组数的多少，又可反映岩休被结构面切割所形成的岩块的大小。第34页，共34页，编辑于2022年，星期六