复习2岩体力学性质.pptx
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1、1岩体力学性质岩体力学性质岩体结构岩体结构o1 岩体结构要素岩体结构要素o2 结构面类型结构面类型o3 结构面分级及其特性结构面分级及其特性o4 结构面状态结构面状态o5 岩体结构类型岩体结构类型2岩石与岩体岩石与岩体 岩岩石石与与岩岩体体:岩岩石石是是构构成成岩岩体体的的物物质质。岩岩体体是是由由结结构构面面及及结结构构体体(被被结结构构面面所所包包围围的的岩岩块块)两两个个基基本本单单元元组组成成;岩岩石石的的物物理理力力学学性性质质和和水水理理性性质质取取决决于于岩岩石石的的矿矿物物成成分分,而而岩岩体体的的物物理理力力学学性性质质,既既取取决决于于结结构构面面的的力力学学性性质质,又又
2、取取决决于于岩岩石的力学性质。石的力学性质。与岩石相比,岩体具有以下性质:与岩石相比,岩体具有以下性质:岩体是地壳的一部分,对岩体是地壳的一部分,对岩体的研究不能脱离它所处岩体的研究不能脱离它所处的环境的环境,地质环境,包括地地质环境,包括地应力、水、空气、地温等应力、水、空气、地温等.岩岩 体体结构结构面面岩块岩块岩体=岩块+结构面3 岩体是一种多裂隙介岩体是一种多裂隙介 质,存在各种尺度、规模质,存在各种尺度、规模 不等的结构面。这些结构不等的结构面。这些结构 面面切切割割的的岩岩体体形形成成多多种种典典型型的的岩岩体体结结构构,其其两两个个极极端端是是裂裂隙隙极极多多的的松松散散碎碎块块
3、,和和裂裂隙隙较较少少的的整整体体结结构构。在在进进行行矿矿山山工工程程设设计计时时必必须须首首先先确确定定岩岩体体结结构构的的类类型型,然然后后分分别别选选用用适适当当的的力力学学方方法法进进行行分析。分析。岩体岩体42.2 岩体结构的基本类型定义:定义:不同类型的岩体结构单元在岩体内组合和排列形式不同类型的岩体结构单元在岩体内组合和排列形式.结构面结构体岩体结构单元岩体结构单元组合岩体结构单元排列岩体结构三要素坚硬结构面软弱结构面块状结构体板状结构体岩体结构岩体结构:52.3 岩体结构面及其充填特征结构面定义:岩体内开裂的和易开裂的地质界面,如节理、层理、劈理、裂隙、断层等等。结构面的作用
4、与其规模和形态有关。特点:特点:横向延展表现出面的几何特性;物质分异面或不连续面;常具有一定厚度,充有一定物质(例如:节理由两个面及面间的水或气组成;断层及层间错动是由上下盘两个面及其间充填的断层泥和水构成的实体组成);变形机理是两面闭合或滑移;破坏机理是沿面滑动或开裂。6 结构面(结构面(Structural plane)Structural plane)类型类型1 1成因类型成因类型地质类型地质类型原原生生结结构构面面沉积沉积结构面结构面层面、层理、沉积间断面(不整合层面、层理、沉积间断面(不整合面、假整合面)、原生软弱夹层面、假整合面)、原生软弱夹层火成火成结构面结构面流层、流线、火山岩
5、流接触面,蚀流层、流线、火山岩流接触面,蚀变带、挤压破碎带、原生节理变带、挤压破碎带、原生节理变质变质结构面结构面片理、板理、软弱夹层片理、板理、软弱夹层7结构面(结构面(Structural plane)Structural plane)类型类型2 2成因类型成因类型地质类型地质类型构构造造结结构构面面劈理劈理节理节理断层断层层间破碎夹层层间破碎夹层8结构面(结构面(Structural plane)Structural plane)类型类型3 3成因类型成因类型地质类型地质类型次次生生结结构构面面卸卸 荷荷 裂裂 隙隙爆爆 破破 裂裂 隙隙风风 化化 裂裂 隙隙风风 化化 夹夹 层层泥泥
6、化化 夹夹 层层9结构面的分级结构面的分级按照结构面的发育程度和规模,可分为:按照结构面的发育程度和规模,可分为:lI 级结构面级结构面:泛指对区域构造其控制作用的断裂带,包:泛指对区域构造其控制作用的断裂带,包括深大断裂带,延伸括深大断裂带,延伸10公里以上,其存在直接关系都工公里以上,其存在直接关系都工程区域的稳定性;程区域的稳定性;lII 级结构面级结构面:指延展性强而宽度有限的地质界面,延伸:指延展性强而宽度有限的地质界面,延伸几百至数千米;几百至数千米;lIII级结构面级结构面:一般为局部的断裂构造,主要是小断层,:一般为局部的断裂构造,主要是小断层,延展几十到数十米,宽半米左右;延
7、展几十到数十米,宽半米左右;lIV级结构面级结构面:延展性差,无明显的宽度,主要指节理面,:延展性差,无明显的宽度,主要指节理面,仅在小范围内分布;仅在小范围内分布;lV 级结构面级结构面:延展性级差,无宽度分别,分布随机;:延展性级差,无宽度分别,分布随机;10结构面状态结构面状态1 1)结构面贯通类型和连续性)结构面贯通类型和连续性a.a.贯通类型贯通类型非贯通性结构面:较短、不能贯通非贯通性结构面:较短、不能贯通,岩块强度降低、变形增大岩块强度降低、变形增大.半贯通性结构面:有一定长度、不能贯通半贯通性结构面:有一定长度、不能贯通,岩块强度降低、变岩块强度降低、变形增大形增大贯通性结构面
8、:长度较长、连续好、贯通整个岩体、构成岩体贯通性结构面: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边界,它对岩体有较大的影响,破坏常受这种结构面控制 11o1结构面法向变形与刚度结构面法向变形与刚度o2结构面切向变形与刚度结构面切向变形与刚度o3结构面的抗剪强度结构面的抗剪强度2.4 结构面的力学性质122.4 结构面的力学性质(法向变形法向变形)l一、结构面的法向变形:一、结构面的法向变形:在法向载荷作用下,在法向载荷作用下,岩石粗糙结构面的接触面积和接触点数随着载岩石粗糙结构面的接触面积和接触点数随着载荷的增加而增加,结构面的间隙减小,应力与
9、荷的增加而增加,结构面的间隙减小,应力与法向变形之间呈现指数关系;法向变形之间呈现指数关系;1、Goodman(1974)提出的法向应力与结构面)提出的法向应力与结构面闭合量的关系:闭合量的关系:为原位压力;为原位压力;max为最大的可能闭和量;为最大的可能闭和量;s和和t为参数为参数t13法向刚度法向刚度Kn:Kn:单位法向变形的单位法向变形的法向应力的梯度法向应力的梯度.(Goodman,1974Goodman,1974)式中式中K Kn0n0:结构面的初始刚度:结构面的初始刚度2.4 结构面的力学性质142 2、班迪斯(班迪斯(Bandis,1984Bandis,1984):通过大量的通
10、过大量的天然的天然的,不同不同风化程度风化程度和和表面粗糙度表面粗糙度的的非充填结构面非充填结构面实验研究实验研究.双曲线型法向应力与法向变形的关系双曲线型法向应力与法向变形的关系.式中:式中:a a、b b为常数为常数 2.4 结构面的力学性质(法向变形法向变形)153.3.法向变形的特征法向变形的特征曲线形状,先凹,后陡;可由曲线形状,先凹,后陡;可由初始法向刚度初始法向刚度和和最大闭合量最大闭合量确定确定初始阶段,结构面变形为主,当初始阶段,结构面变形为主,当n n=c c/3/3时结构面变形基本完成时结构面变形基本完成最大闭合量最大闭合量小于小于张开度。张开度。2.4 结构面的力学性质
11、162.4 结构面的力学性质(剪切变形剪切变形)1.1.两种类型两种类型A.A.粗糙结构面粗糙结构面(无充填物),(无充填物),剪应力上升较快,当剪应剪应力上升较快,当剪应力达到峰值后抗剪能力下力达到峰值后抗剪能力下降较大,并产生不规则的降较大,并产生不规则的峰后变形或滞滑现象。峰后变形或滞滑现象。B B.平坦结构面平坦结构面(有充填物),(有充填物),初始阶段剪切变形曲线斜初始阶段剪切变形曲线斜率逐渐减小,曲线没有明率逐渐减小,曲线没有明显的峰值出现,最后恒定显的峰值出现,最后恒定二、结构面的剪切变形:二、结构面的剪切变形:在法向应力作用下,在法向应力作用下,结构面在剪切作用下产生切向变形。
12、结构面在剪切作用下产生切向变形。17剪切刚度:剪切刚度:19741974年年GoodmanGoodman提出提出:式中:式中:K Kt0t0初始剪切刚度初始剪切刚度 s s产生较大剪切位移时的剪应力渐近值产生较大剪切位移时的剪应力渐近值 2.4 结构面的力学性质(剪切变形剪切变形)2.2.剪切变形曲线剪切变形曲线 从形式上可划分为从形式上可划分为:弹性区、弹性区、剪应力峰值区和塑性区。在结构面剪切过程中,剪应力峰值区和塑性区。在结构面剪切过程中,伴随有微凸体的变形、劈裂、结构面间的相互伴随有微凸体的变形、劈裂、结构面间的相互错动,变形有时是不可恢复的。错动,变形有时是不可恢复的。182.4 2
13、.4 结构面的力学性质结构面的力学性质(剪切变形)(剪切变形)3.3.剪切变形特征剪切变形特征两种类型:两种类型:a.a.坚硬、无充填物坚硬、无充填物脆性变形脆性变形 有明显的峰值、应力降有明显的峰值、应力降b.b.软弱、有充填物软弱、有充填物塑性变形塑性变形 无明显的峰值、应力降无明显的峰值、应力降风化结构面,峰值位移变大、风化结构面,峰值位移变大、剪切刚度变小剪切刚度变小随法向应力减小、剪切规模增随法向应力减小、剪切规模增大,剪切刚度减小大,剪切刚度减小192.4 结构面的力学性质(剪切变形剪切变形)4.4.剪胀剪胀:剪切过程中产生的法向移动分量剪切过程中产生的法向移动分量.岩石强度高,凸
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