岩体力学性质2.pptx
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1、会计学1岩体力学性质岩体力学性质22023/3/242.3 2.3 2.3 2.3 岩体的变形特征岩体的变形特征岩体的变形特征岩体的变形特征n n1岩体受压变形岩体受压变形性质性质n n2岩体受剪变形岩体受剪变形性质性质n n3岩体各向异性岩体各向异性特征特征n n4岩体强度特征岩体强度特征第1页/共61页2023/3/242.3 2.3 2.3 2.3 岩体的变形特征岩体的变形特征岩体的变形特征岩体的变形特征 2.3.1 2.3.1 2.3.1 2.3.1 岩体的单轴和三轴压缩变形特征岩体的单轴和三轴压缩变形特征岩体的单轴和三轴压缩变形特征岩体的单轴和三轴压缩变形特征(1 1)岩体应力应变全
2、过程曲线岩体应力应变全过程曲线 在加载过程,结构面压密与闭合,应在加载过程,结构面压密与闭合,应力应变曲线,呈力应变曲线,呈上凹型。上凹型。中途卸载有中途卸载有弹性后效弹性后效现象和不可恢复现象和不可恢复残余变形残余变形。这是结构面闭合、滑移、。这是结构面闭合、滑移、错动造成的。错动造成的。完全卸载,再加载形成形式上的完全卸载,再加载形成形式上的“开开环型环型”曲线,这也是弹性后效造成曲线,这也是弹性后效造成的。的。峰值强度后,岩体开始破坏,峰值强度后,岩体开始破坏,应力下应力下降较缓慢,仍有残余应力,降较缓慢,仍有残余应力,这是这是岩岩体结构效应体结构效应。第2页/共61页2023/3/24
3、(2 2)卸载时荷载不降至零时的)卸载时荷载不降至零时的应力应变曲线应力应变曲线卸荷不降至零时的循环加载应力应卸荷不降至零时的循环加载应力应变曲线呈变曲线呈“闭环型闭环型”。随着外荷加大、循环次数增多,随着外荷加大、循环次数增多,闭环闭环曲线逐级后移曲线逐级后移,这是结构面逐级被,这是结构面逐级被压密与啮合所致。压密与啮合所致。闭环逐渐变窄闭环逐渐变窄演变呈一条线,这是演变呈一条线,这是压密程度越来越高,压密程度越来越高,弹性后效变小弹性后效变小的原因。的原因。当卸荷至零并持续一定时间后,有较当卸荷至零并持续一定时间后,有较大回弹变形,这是大回弹变形,这是弹性后效的表现。弹性后效的表现。变形模
4、量变形模量2.3 2.3 2.3 2.3 岩体的变形特征岩体的变形特征岩体的变形特征岩体的变形特征 2.3.1 2.3.1 2.3.1 2.3.1 岩体的单轴和三轴压缩变形特征岩体的单轴和三轴压缩变形特征岩体的单轴和三轴压缩变形特征岩体的单轴和三轴压缩变形特征第3页/共61页2023/3/24在屈服点前,变形曲线与在屈服点前,变形曲线与抗压变形相似,抗压变形相似,上凹型上凹型。屈服点后,屈服点后,某个结构面或某个结构面或结构体首先剪坏结构体首先剪坏,随之,随之出现一次应力下降。峰出现一次应力下降。峰值前可能发现值前可能发现多次应力多次应力升降升降。升降程度与结构。升降程度与结构面或结构体强度有
5、关,面或结构体强度有关,岩体越破碎,应力降反岩体越破碎,应力降反而不明显。而不明显。当应力增加到一定应力水当应力增加到一定应力水平时,岩体剪切变形已平时,岩体剪切变形已积累到一定程度,没剪积累到一定程度,没剪破的部位以瞬间破坏方破的部位以瞬间破坏方式出现,并式出现,并伴有一次大伴有一次大的应力降。的应力降。随后产生随后产生稳定滑移稳定滑移2.3 岩体的变形特征 2.3.2 2.3.2 岩体的剪切变形特征岩体的剪切变形特征第4页/共61页2023/3/242.3 2.3 2.3 2.3 岩体的变形特征岩体的变形特征岩体的变形特征岩体的变形特征 2.3.3 2.3.3 2.3.3 2.3.3 岩体
6、各向导性变形岩体各向导性变形岩体各向导性变形岩体各向导性变形试件模型:试件模型:12mm12mm 12mm12mm 36mm36mm的块体单元的块体单元x x1 1表示贯通,表示贯通,x x0 0为完整为完整试件,试件,x x为分离度为分离度 岩体变形的各向异性的两个基本要素:物质成分和物质结构的方向性;节理、结构面和层理的方向性。第5页/共61页2023/3/242.3 2.3 2.3 2.3 岩体的变形特征岩体的变形特征岩体的变形特征岩体的变形特征 2.3.3 2.3.3 2.3.3 2.3.3 岩体各向导性变形岩体各向导性变形岩体各向导性变形岩体各向导性变形岩体力学性质具有岩体力学性质具
7、有各向异性各向异性,变形、破坏机制、强度,变形、破坏机制、强度特征不同。特征不同。工程布置要考虑如何工程布置要考虑如何扬长避短扬长避短,充分发挥岩体自身强,充分发挥岩体自身强度,维持工程稳定性。度,维持工程稳定性。第6页/共61页2023/3/242.3.4 2.3.4 2.3.4 2.3.4 岩体强度的测定岩体强度的测定岩体强度的测定岩体强度的测定现场原位试验现场原位试验现场原位试验现场原位试验(1 1)岩体单轴抗压强度测定)岩体单轴抗压强度测定 第7页/共61页2023/3/242.3.4 2.3.4 2.3.4 2.3.4 岩体强度的测定岩体强度的测定岩体强度的测定岩体强度的测定现场原位
8、试验现场原位试验现场原位试验现场原位试验(2 2)岩体抗剪强度测定)岩体抗剪强度测定P P、T T分别为垂直及斜向千分别为垂直及斜向千 斤顶施加荷载;斤顶施加荷载;F F为试体受剪截面。为试体受剪截面。第8页/共61页2023/3/24(3)岩体三轴压缩试验 等围压 真三轴试验对于多节理岩体 影响较大 2.3.4 2.3.4 2.3.4 2.3.4 岩体强度的测定岩体强度的测定岩体强度的测定岩体强度的测定现场原位试验现场原位试验现场原位试验现场原位试验第9页/共61页2023/3/242.4 2.4 结构面的强度效应结构面的强度效应结构面的强度效应结构面的强度效应n n1 1 单结构面的强度效
9、应单结构面的强度效应单结构面的强度效应单结构面的强度效应n n2 2 C=0C=0C=0C=0时结构面的力学效应时结构面的力学效应时结构面的力学效应时结构面的力学效应第10页/共61页2023/3/242.4.1 2.4.1 2.4.1 2.4.1 单结构面单结构面单结构面单结构面的强度效应的强度效应的强度效应的强度效应设结构面的强度条件设结构面的强度条件:设节理的方向角为设节理的方向角为 第11页/共61页2023/3/24 结构面的力学效应图结构面的力学效应图结构面的力学效应图结构面的力学效应图结构面应力状态:结构面应力状态:强度条件:强度条件:第12页/共61页2023/3/242.4.
10、2 2.4.2 2.4.2 2.4.2 当当当当C=0C=0C=0C=0时节理面的力学效应时节理面的力学效应时节理面的力学效应时节理面的力学效应这时库仑准则这时库仑准则这时库仑准则这时库仑准则 推导得:推导得:推导得:推导得:,此时岩体的强度只靠碎块之间的摩擦力来提供,此时岩体的强度只靠碎块之间的摩擦力来提供,此时岩体的强度只靠碎块之间的摩擦力来提供,此时岩体的强度只靠碎块之间的摩擦力来提供,已已已已知知知知由由由由此此此此式式式式可可可可计计计计算算算算出出出出维维维维持持持持岩岩岩岩体体体体极极极极限限限限稳稳稳稳定定定定的的的的侧侧侧侧向挤压力。向挤压力。向挤压力。向挤压力。岩体所需的最
11、小支护力岩体所需的最小支护力第13页/共61页2023/3/242.5 2.5 2.5 2.5 岩体分类理论与方法主要内容岩体分类理论与方法主要内容岩体分类理论与方法主要内容岩体分类理论与方法主要内容n n1 岩体分类的目的和意义岩体分类的目的和意义n n2 岩体分类的原则岩体分类的原则n n3 分类的独立因素分类的独立因素n n4 几种典型的分类理论和几种典型的分类理论和方法方法第14页/共61页2023/3/242.5.1 2.5.1 分类的目的与分类的目的与意义意义(1 1)分析、评价工程岩体)分析、评价工程岩体稳定性稳定性的需要。的需要。(2 2)为岩石工程建设的勘察、)为岩石工程建设
12、的勘察、设计设计、施工施工和编制和编制定额和定额和概预算概预算提供必要的基本依据。提供必要的基本依据。(3 3)便于设计、施工方法的)便于设计、施工方法的总结总结,交流交流,推广。推广。(4 4)为便于行业内技术)为便于行业内技术改革改革和和管理管理。体现:体现:安全安全、经济经济、发展发展的思想,岩体分类是岩石力学的思想,岩体分类是岩石力学研究领域的研究领域的重要基础性课题重要基础性课题。第15页/共61页2023/3/242.5.2.2.5.2.2.5.2.2.5.2.分类原则分类原则分类原则分类原则 (1(1)有明确的)有明确的类级类级和和适用对象适用对象(专题性的、综合性的(专题性的、
13、综合性的)。(2 2)根据适用对象,选择)根据适用对象,选择考虑因素考虑因素(单因素、多因素)(单因素、多因素)。(3 3)有)有定量定量的指标。的指标。(4 4)类级一般分)类级一般分五级五级为宜。为宜。(5 5)分类方法)分类方法简单明了简单明了、数字、数字便于记忆便于记忆和和应用应用。发展趋势:发展趋势:发展趋势:发展趋势:“多因素多因素、综合特征值综合特征值”分类法分类法 第16页/共61页2023/3/242.5.3 2.5.3 2.5.3 2.5.3 分类的独立因素分类的独立因素分类的独立因素分类的独立因素(1 1)岩石材料的)岩石材料的质量质量(强度指标)。(强度指标)。(2 2
14、)岩体的)岩体的完整性完整性,密集度、切割度、连续性等。,密集度、切割度、连续性等。(3 3)岩体结构面产状与岩体工程的)岩体结构面产状与岩体工程的相对空间位置相对空间位置关系等。关系等。(4 4)地下水地下水(软化、冲蚀、降低有效正应力、(软化、冲蚀、降低有效正应力、c c、)(5 5)地应力地应力(大小、最大主应力方向)(大小、最大主应力方向)(6 6)其它因素(自稳时间、位移率)其它因素(自稳时间、位移率)其中(其中(1 1)()(2 2)是岩石)是岩石基本基本质量,(质量,(3 3)()(6 6)是)是考虑考虑工工程岩体特点程岩体特点的其它因素的其它因素 第17页/共61页2023/3
15、/242.5.4 2.5.4 2.5.4 2.5.4 几种典型岩体分类理论和方法几种典型岩体分类理论和方法几种典型岩体分类理论和方法几种典型岩体分类理论和方法 1.1.1.1.按岩石的单轴抗压强度按岩石的单轴抗压强度按岩石的单轴抗压强度按岩石的单轴抗压强度c c分类分类分类分类 岩石普氏系数岩石普氏系数(f=(f=c/10)c/10)分类法分类法 (,19071907 )极硬(f20)、很硬(f15)、坚硬(f810)、较硬(f56)、普通(f34)、较软(f1.52)、软层(f0.81)、松软(f1)等8类。优点:简单方便、工程早期,普氏系数在我国现行设计手册、工程定额、概预算仍沿用。缺点:
16、小尺寸试件不能反映岩体强度,应予淘汰。由此可推按单轴抗压强 度进行分类的方法均应予淘汰。第18页/共61页2023/3/242.2.2.2.按岩体完整性分类按岩体完整性分类按岩体完整性分类按岩体完整性分类a.a.a.a.按岩石质量指标按岩石质量指标按岩石质量指标按岩石质量指标 RQDRQDRQDRQD 分类分类分类分类 (Rock Quality DesignationRock Quality DesignationRock Quality DesignationRock Quality Designation)迪尔迪尔(Deere,D.U.),Deere,D.U.),19631963提出提出
17、,又与裂隙特性联系又与裂隙特性联系1967,19691967,1969 美国伊利诺斯大学(美国伊利诺斯大学(Illinois UniversityIllinois University)教授)教授规定:内径规定:内径56mm 56mm 金刚石钻头金刚石钻头RQDRQD是是选选用用坚坚固固完完整整的的、其其长长度度大大于于等等于于10cm10cm的的岩岩芯芯总总长长度度与与钻钻孔孔长长度的比,百分数表示为:度的比,百分数表示为:工程实践说明,RQD是一种比岩芯采取率更好的指标。2.5.4 几种典型岩体分类理论和方法几种典型岩体分类理论和方法 第19页/共61页2023/3/24用用用用RQDRQ
18、DRQDRQD值来描述岩石的质量分级值来描述岩石的质量分级值来描述岩石的质量分级值来描述岩石的质量分级第20页/共61页2023/3/24例例 某钻孔的长度为某钻孔的长度为250cm,其,其中岩芯采取总长度为中岩芯采取总长度为200cm,而而大于大于10cm的岩芯总长度为的岩芯总长度为157cm(如图所示如图所示),则岩芯则岩芯采取率:采取率:200/250=80%RQD=157/250=63%岩体分类为:岩体分类为:类、中等岩体类、中等岩体第21页/共61页2023/3/24b.b.b.b.以弹性波(纵波)速度分类以弹性波(纵波)速度分类以弹性波(纵波)速度分类以弹性波(纵波)速度分类依据:
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