高等岩石力学-3结构面+岩体的力学特性
3.2 岩体空隙的结构类型 D 按岩体结构面的连续性 连续介质 等效连续介质 非连续介质
3.3 岩体的渗流问题
A.岩体的渗透性 B.岩体的渗透率 C.岩体的渗透系数 D.岩体的渗透张量和渗透张量场 E.渗透系数张量和渗透系数张量场
3.3 岩体的渗流问题 A.岩体的渗透性
B.岩体的渗透率
3.3 岩体的渗流问题
2.3 结构面的强度效应 b 岩体强度与结构面倾角的关系
岩石块体：
结构面：
2.3 结构面的强度效应
1
3
3 0
岩体强度受加载方 向与结构面夹角θ的控 制，因此，表现出岩 体强度的各向异性。
2.3 结构面的强度效应
1
3
2.3 结构面的强度效应 岩体强度的各向异性－－单一结构面：
B 化学作用
离子交换 溶解作用和溶蚀作用 水化作用 水解作用 氧化还原作用
2.3 剪切刚度
2.4 结构面剪切凸台力学模型
对于凹凸不平的结构面，可简化成下图所示的结构面剪切 凸台力学模型，其剪切结构面上有一凸台，模型上半部作用 有剪切力S和法向力N，模型下半部固定不动。在剪应力作用 下，模型上半部将沿凸台斜面滑动，除有切向运动外，还将 产生向上的移动．把这种剪切过程中产生的法向移动分量称 之为剪胀。在剪切变形过程中，由于剪应力与法向应力的复 合作用，可使凸台剪断或拉断，此时剪胀现象消失；当法向 应力较大或结构面 剪应力持续增加， 最终将使凸台沿 根部剪断或拉断。
3.2 Barton的结构面抗剪强度公式
JRC取值：
右 图 为 Barton 和 Choubey给出的10 种典型剖面及其 JRC取值
计算公式：
JRC p b
log
JCS
n
3.3 结构面抗剪强度的尺寸效应
3.4 结构面抗剪强度与其变形历史相关
3.5 充填物对结构面抗剪强度的影响
单裂隙介质的渗透率：
岩体裂隙系统的渗透率：
C 岩体的渗透系数 渗透系数
正常温度
异常温度
D 岩体的渗透张量和渗透张量场 岩体由多组裂隙组成，且其间岩块为
不透水时：45 裂隙为陡倾角时：46 裂隙的宽度和密度十分整齐和规则，
但方位杂乱无章时：47 岩体中只发育有唯一的一个方向裂隙
组，且裂隙宽度和间距为常数时：48 岩体中只发育有两个相交的方向裂隙
式中：c和 分别是结构面上的粘结力和摩擦角 n 是作用在结构面上的法向应力
3.2 Barton的结构面抗剪强度公式
结构面的抗剪强度公式：
n
tanJRC
lg
JCS
n
b
式中：JRC是结构面壁岩石的单轴抗压强度 b是岩石表面的基本摩擦角 JRC为结构面的粗糙性系数
岩石块体： 结构面：
2.3 结构面的强度效应 b 岩体强度与结构面倾角的关系
莫尔圆在结构面抗剪强度曲线之下：稳定 莫尔圆与结构面抗剪强度曲线相切：沿某
特殊方向的结构面破坏 莫尔圆介于岩石材料抗剪强度曲线与结构
面抗剪强度曲线之间：沿某方向范围结构 面破坏 莫尔圆与岩石材料抗剪强度曲线相切：沿 某方向范围结构面破坏或岩石材料破坏
2.2 结构面剪切变形曲线的分区
弹性区：峰值应力上升区 剪应力峰值区： 塑性区：峰后应力降低区或恒应力区
剪应力峰值区
弹性区 弹性区
塑性区 塑性区
2.2 结构面剪切变形曲线的分区
特别强调：
剪切变形曲线从形式上可划分成“弹性区” (即峰前应力上升区)、剪应力峰值区和“塑性 区”(即峰后应力降低区或恒应力区。但在结 构面剪切过程中，由于伴随有微凸体的弹性变 形、劈裂、磨粒的产生与迁移、结构面的相对 错动等多种力学过程，因此，剪切变形一般是 不可恢复的，即便在“弹性区”，剪切变形也 不可能完全恢复。
§2 剪切变形 因此，结构面的剪切变形与岩石
强度、结构面粗糙度（凸台角i）和 法向力密切有关。
第3章 结构面力学特性
§1 法向变形 §2 剪切变形 §3 抗剪强度 §4 影响结构面力学特性的主要因素
§3 抗剪强度
3.1 抗剪强度与法向力间的关系 3.2 Barton结构面的抗剪强度公式 3.3 结构面抗剪强度的尺寸效应 3.4 结构面抗剪强度与其变形历史相关 3.5 充填物厚度与成分对结构面抗剪强度的影响
构成岩体变形各向异性的两个基本要素 不同结构面方位对岩体力学性质的影响 三维模型试验
1.3 岩体各向异性变形特征 构成岩体变形各向异性的两个基本要素：
物质成分和物质结构的方向性 结构面的方向性
1.3 岩体各向异性变形特征 不同结构面方位对岩体力学性质的影响：
岩体峰值强度
变形模量
1.3 岩体各向异性变形特征 三维模型试验：
多结构面强 度效应：
2.3 结构面的强度效应 岩体强度的各向异性－多结构面：
岩体的强度图像将为各单组结构面岩体强度 图像的叠加，如图中阴影部分。如果结构面分 布均匀、且强度 大体相同时， 则岩体表现出 各向同性的特 性，但强度却 大大削弱了。
2.4 岩体强度的估算 A.准岩体强度 B.Hoek-Brown经验方程
2.4 岩体强度的估算 A 准岩体强度
龟裂（完整性）系数：
式中：Vml为岩体中弹性纵波传播速度 Vcl为岩块中弹性纵波传播速度
准岩体强抗压（拉）强度：
B Hoek-Brown经验方程
岩块三轴抗压强度： 岩体单轴抗压强度： 岩体单轴抗拉强度： 岩体抗剪强度：
第4章 岩体力学特性
§1 岩体的变形特性 §2 岩体的强度特征 §3 岩体的水力学性质
在一定的法向应力作用下，结构面在剪切力作用下 将产生切向变形，且通常有以下两种基本形式：
非充填粗糙结构面：随剪切变形发生，剪切应力 相对上升较快，当达到剪应力峰值后，结构面抗 剪能力出现较大的下降，并产生不规则的峰后变 形或滞滑现象；
平坦(或有充填物)的结构面：初始阶段的剪切变形 曲线呈下凹型，随着剪切变形的持续发展，剪切 应力逐渐升高但没有明显的峰值出现，最终达到 恒定值，有时也出现剪切硬化。
原位岩体三轴 压缩强度试验
2.2 岩体强度的现场测定
2.2 岩体强度的现场测定
2.3 结构面的强度效应 A.单一结构面强度效应 B.多结构面岩体强度
2.3 结构面的强度效应
A 单一结构面强度效应 a.岩体破坏的条件 b.岩体强度与结构面倾角的关系
2.3 结构面的强度效应 a 岩体破坏的条件
组，且裂隙宽度和间距为常数时：49
E 渗透系数张量和渗透系数张量场 渗透系数张量
渗透系数张量场
3.4 地下水渗流对岩体力学性质的影响 A.物理作用 B.化学作用 C.力学作用
3.4 地下水渗流对岩体力学性质的影响 A 物理作用 润滑作用 软化和泥化作用 结合水的强化作用
3.4 地下水渗流对岩体力学性质的影响
➢岩石材料 ➢结构面特征：数量、方向、间距和性质等 ➢赋存条件：地应力、地下水和地温等
2.2 岩体强度的现场测定 岩体单轴抗压强度的测定 岩体抗剪强度的测定 原位岩体三轴压缩强度试验
2.2 岩体强度的现场测定 岩体单轴抗压强度的测定：
2.2 岩体强度的现场测定 岩体抗剪强度的测定：
2.2 岩体强度的现场测定
1.4 特别提醒
岩体力学性质均具有方向性 工程布置中如何考虑扬长避短
第4章 岩体力学特性
§1 岩体的变形特性 §2 岩体的强度特征 §3 岩体的水力学性质
§2 岩体的强度特征
2.1 概述 2.2 岩体强度的现场测定 2.3 结构面的强度效应 2.4 岩体强度的估算
2.1 概述
岩体强度：岩体抵抗外力破坏的能力 岩体强度的分类：抗压(单轴、三轴)、抗拉和抗剪 控制裂隙岩体强度的因素：
§1 岩体的变形特性 §2 岩体的强度特征 §3 岩体的水力学性质
第4章 岩体力学特性
§1 岩体的变形特性 §2 岩体的强度特征 §3 岩体的水力学性质
§1 岩体的变形特性 1.1 岩体的单轴或三轴压缩变形特征 1.2 岩体剪切变形特征 1.3 岩体各向异性变形特征 1.4 特别提醒
1.1 岩体的单轴或三轴压缩变形特征
安全科学与工程 矿业工程
硕士学位课程
高等岩石力学
重庆大学 许 江
课程目录：
绪论 第一篇 基础知识篇 第二篇 基本理论篇 第三篇 计算机技术应用篇 第四篇 工程技术应用篇
第一篇 基础知识篇
第1章 地质学基础 第2章 岩石的物理力学属性 第3章 结构面力学特性 第4章 岩体力学特性
第3章 结构面力学特性
3.1 抗剪强度与法向力间的关系
根据结构面剪切凸台力学模型，结构面抗剪强度与法向应 力间的关系曲线（其中φb为岩石平坦表面基本摩擦角，i为结 构面凸台斜坡角）为：
3.1 抗剪强度与法向力间的关系
大量试验结果表明，结构面抗剪强度与法 向力间的关系一般也可表述为线性关系，即 可用库仑准则表述为：
c n tan
第3章 结构面力学特性
§1 法向变形 §2 剪切变形 §3 抗剪强度 §4 影响结构面力学特性的主要因素
第3章 结构面力学特性
§1 法向变形 §2 剪切变形 §3 抗剪强度 §4 影响结构面力学特性的主要因素
§1 法向变形
1.1 法向变形曲线
1.2 Goodman法向应力与结构 面闭合量间的关系式
3.5 充填物对结构面抗剪强度的影响
第3章 结构面力学特性
§1 法向变形 §2 剪切变形 §3 抗剪强度 §4 影响结构面力学特性的主要因素
§4 影响结构面力学特性的主要因素
？
第一篇 基础知识篇
第1章 地质学基础 第2章 岩石的物理力学属性 第3章 结构面力学特性 第4章 岩体力学特性
第讲-岩体结构与结构面性质
§2-2 岩体结构面的几何与力学性质
一、结构面的几何性质
1、产状
结构面产状三要素：走向、倾向、倾角； 与主应力之间的关系：控制岩体的破坏机理与强度。
2、分布密度
结构面的分步密度反映结构面发育的密集程度，以裂隙度和切 割度表示。 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
延伸十米~数十米，无破碎 带，面内不含泥，仅在一个 地质年代的地层中分布
延展数厘米~数米，未错动，有 的呈弱结合状态，统计结构面
微米~毫米，细小或隐微裂 面，统计结构面
区域性深大断裂
影响区域稳定性；如通过 工程区，形成岩体力学作 用边界
大中型断层、不整合 面、层间错动带、软 弱夹层等
小断层、软弱夹层、 层间错动带等
（2）力学成因类型
剪性结构面是剪应力 形成的，破裂面两侧岩 体产生相对滑移，如逆 断层、平移断层以及多 数正断层等。
张性结构面是由拉应力形成 的，如粘土岩失水收缩节理、 岩浆岩中的冷凝节理等。
逆断层 正断层
平移断层
2、分级
级序
分级依据
地质类型
对岩体稳定影响
Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级 Ⅳ级 Ⅴ级
延伸数公里以上（最长达上 千公里），破碎带宽度数米 ~数十米 延伸数百米~数公里，破碎 带宽度几厘米~几米
1、法向变形与法向刚度
（1）法向变形特征 ①曲线形状，先凹，后陡；归结为接触 微凸体的弹性变形、压碎、间接拉裂隙 产生、新的接触点和面的增加。 ②初始阶段，结构面变形为主， 当σn=σc / 3时结构面变形基本完成 ③最大闭合量小于张开度。 ④卸除荷载后，有明显的迟滞和非弹性 效应。
岩石力学课件---3.结构面的力学性质
§3-1 结构面的类型及其特征
四、结构面的状态
结构面的产状、形态（粗糙起伏）、延展尺度、密集程度 以及胶结与充填情况等是影响岩体强度和稳定性的重要因素。
1、结构面产状：
指结构面的走向、倾向和倾角，对岩体是否沿某一结构面 滑移起控制作用。
2、结构面形态：
粗糙，起伏；起伏度包括起伏波的幅度和长度。 -决定结构 面抗滑力的大小，当结构面的起伏程度大，粗糙度高时，其抗 滑力就大。
§3-1 结构面的类型及其特征
四、结构面的状态
3、结构面的延展尺度：
在工程岩体范围力，延展度大的结构面控制着岩体的强度。 结构面延展情况不同，其力学效应也不同。 按考察范围力结构面的贯通情况，将结构面分为：非贯通 性结构面、半贯通性结构面和贯通性结构面。
§3-1 结构面的类型及其特征
四、结构面的状态
§3-1 结构面的类型及其特征
四、结构面的状态
4、结构面的密集程度：
（1）岩体裂隙度K 该取样线上的裂隙度K为各组节 理的裂隙度Ki之和。即：
K K a K b K n
K越大，结构面越密集。不同测线上的K值差别越大，岩体各向异性越 明显。 按K的大小，可将节理分成：疏节理（K=0～1 m-1）；密节理（K=1～ 10 m-1）；非常密集节理（K=10～100 m-1）；压碎或糜棱化带 （K=100～1000 m-1）；
4、结构面的密集程度：
（2）切割度Xe——指岩体某个断面被节理分割的程度。 岩体按切割度分类： Xe＝0.1～0.2 完整岩体； Xe＝0.2～0.4弱节理化岩体； Xe＝0.4～0.6中等节理化岩体； Xe＝0.6～0.8强节理化岩体； Xe＝0.8～1.0完全节理化岩体； 岩体被某组结构面切割的程度Xr为：
岩体力学性质
强度性质
强度性质
岩体在各种压力状态下所能承受的最大应力，称为岩体的强度。它可分为单轴抗压强度、单轴抗拉强度、三 轴抗压强度以及剪切强度等。单轴抗压强度是岩体在单向压缩时所能承受的最大压应力。岩体的单轴抗压强度总 是低于岩块的单轴抗压强度。二者的比值变化较大，通常为0.05～0.65。单轴抗拉强度是岩体或接近于零。岩体在三向受压状态下所能承 受的最大压应力，称为岩体三轴抗压强度。原位岩体三轴压缩试验的开展，有益于更好地评价岩体的各向异性。 岩体内任一方向切面在任一法向压应力下所能抵抗的最大剪应力，称为岩体该方向切面在该法向应力下的剪切强 度。它可分为剪断强度、重剪强度和抗切强度。剪断强度是岩体中先前没有破坏的面在任一法向应力下能抵抗的 最大剪应力。剪切面上法向应力等于零时的剪断强度，称为抗切强度。岩体中先前存在的破坏面在任一法向压应 力下能抵抗的最大剪应力，称为重剪强度。岩体剪切强度的大小，通常用库仑强度参数，即内聚力和内摩擦角的 大小来说明。岩体的剪切强度远小于岩块的剪切强度。岩体重剪强度的内聚力值一般在0～0.3兆帕，内摩擦角多 为10°～48°。岩体剪断强度的内聚力值一般在0.05～4兆帕,内摩擦角多为20°～55°。岩体剪切强度具有各向 异性。沉积岩体的各向异性最为显著，火成岩体的各向异性表现不明显，变质岩体的各向异性则介于沉积岩体和 火成岩体之间。
岩体力学性质
岩体在受力状态下抵抗变形和破坏的能力
01 变形表征
03 力学性质
目录
02 强度性质
基本信息
岩体力学性质是指岩体在受力状态下抵抗变形和破坏的能力。它包括变形性质和强度性质两个方面。岩体的 力学性质，是设计一切大型岩体工程的重要依据。
变形表征
变形表征
岩体变形性质的物理量主要是变形模量、弹性模量和泊松比等。具有弹性和非弹性性能的岩体在加荷时应力 与应变的比值，称为变形模量。岩体在弹性变形阶段内，应力与应变的比值，称为弹性模量或杨氏模量。轴向加 荷的岩体试件的侧向应变与轴向应变的比的负值，称为泊松比。岩体的变形模量值普遍低于岩块的变形模量值， 两者的比值一般为0.2～0.6。岩体变形模量与其弹性模量的比值，也多为0.2～0.6。岩体的变形性质普遍具有各 向异性，不同方向的模量值不相同，在有些情况下，高达1∶10,通常为1∶2。此外，岩体变形模量与弹性模量的 比值，也常常随着方向不同而变化。
岩体的基本力学性能
图4－5 节理面的起伏度与粗糙度
A↑和 ↓的节理表面起伏越急峻。
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第二节 结构面的变形特性 法向
切向 一、节理的法向变形 （一）节理弹性变形（齿状接触）
022m d n2(1 hE 2)
按弹性力学
式中:d-为块体的边长; n-为接触面的个数;
Boussinesq公式 计算齿状节理接 触面弹性变形引
A( V )t VmcV
－原位应力 V Vmc A，t－回归参数
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（3）状态方程的 几何表示
A(Vm c VV)t
当t=t A=1时，有
V VmcV MC
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最大闭 合V mc
(4)试验方法（VmC的确定） a.无节理 c.配称接触
步骤：
（1）备制试件；
（2）作σ-ε曲线（a）；
JRC arctan(n)b lg(JCSn)
JRC为节理粗糙系数 JCS为节理壁抗压强度
整理ppt
3、转动摩擦
（1）基本假设
在张开节理中，经常有块状充填物，或 节理切割成碎块。当剪切时，可使充填物或 碎块发生转动。设转动的碎块为平行六面体， 其模型见图4-15。假设模型受法向力N；剪切 力T。
（2）稳定性分析
4、滚动摩擦
当碎块的翻倒角 减少时，其内摩擦角也将 减小。当碎块剖面为n个边的规则多角形时， 其翻倒角为：
1800
n
当碎块的边数不断增加，则碎块趋向球， 0
对于一个完全圆球质点，其抗翻倒阻力就是 它的滚动摩力，其摩擦系数为
fR
T N
tanR
钢圆柱滚动其摩擦系数为 fR [0 .00,0 .0 40 ]返2回
1 3 m 2 C in f 3 1 f 2 f
岩体结构面力学性质与岩体强度研究综述
岩体结构面力学性质与岩体强度研究综述摘要：根据野外工程地质调查对工程岩体质量进行评析，在此基础上，运用Hoek–Brown准则求解工程岩体强度。
并根据岩块的咬合状态及这些块体的表面特征，提出了节理岩体强度的确定方法，关键词: 岩体结构面；力学性质；岩体强度；岩体中存在着纵横交错的各类地质结构面，在力学上则表现为存在着不连续面、弱面或软弱夹层，这些结构面对岩体强度和岩体工程的稳定性起着重要的控制作用。
因此结构面的力学性质和岩体的强度是息息相关的。
1 结构面的力学性质岩体结构面(Structural Plane)是指岩体内开裂的和易开裂的面，如层理、节理、断层、片理等，又称不连续面。
岩体结构面力学特征的研究与岩石力学的发展息息相关。
因为工程岩体之所以失稳，影响因素很多，但最关键的问题在于岩体内存在着一些软弱结构面。
目前普遍采用统计分析的方法，找出其分布规律，并应用到工程稳定性分析中。
1.1 结构面抗剪强度结构面的抗剪强度是表征岩体的结构面力学性质的重要指标，作为表征结构面力学性质的重要指标之一，通常在现场或实验室内测定。
对于起伏较大的粗糙结构面，按Barton公式计算时，JRC值往往是根据结构面产状与标准轮廓线(ISRM 轮廓线)对比来确定的，由于视觉上的判断易造成较大的误差，国内外学者经过大量的研究，采用各种测量仪表观测和计算机处理。
如Barr等人使用粗糙位形标测仪和数字化坐标记录仪测定，得出标准曲线JRC值和分维值D的关系，应用分形理论从一个崭新的角度描述了节理粗糙系数JRC和JRC尺寸效应的特征。
1.2 结构面的变形关于岩体不连续结构面的变形分析问题，自20世纪60年代初期开始至今已经建立了许多不同层次上的离散模型和数值方法。
以有限单元法为基础，并引入能反映岩体结构不连续性特征的模型以弥补有限元关于不连续性处理的不足，如结合单元法，节理单元法，Desai等提出的薄层单元法以及用于模拟多节理岩体的等效连续体模型和损伤模型等。
岩体力学第二章 岩块、结构面及岩体的地质特征
第二章 岩块和岩体的地质特征
二、岩块的结构、构造特征
胶结方式：是指胶结物与碎屑颗粒之间的联结 方式，胶结方式主要有： 基底式胶结－在岩石中胶结物的数量多，颗粒 与颗粒之间互不接触，颗粒散布在胶结物之中。 孔隙式胶结－当胶结物不多时，碎屑颗粒相互 接触，胶结物充填在颗粒之间的孔隙中。 接触式胶结－胶结物不多，只在颗粒之间的接 触处才有，颗粒之间的孔隙仍是空洞。
2 断续充填（不连续，厚度小于h）.结构面的力学性质与充 填物性质、壁岩性质及结构面的形态有关。 3 连续充填(连续,厚度大于h)结构面力学性质取决充填物性质。 4 厚层充填（充填物厚度远大于h）结构面的力学性质很差，主
要取决于充填物性质，岩体往往易于沿这种结构面滑移而失稳。
五 密度
•结构面的密度反映结构面发育的密集程度。 •1、线密度(Kd)是指结构面法线方向单位测线长 度上交切结构面的条数(条／m)。 •2、间距(d)则是指同一组结构面法线方向上两相 邻结构面的平均距离。 Kd与d互为倒数关系 •如果测线是水平布置的，且与结构面法线的夹角 为α ，结构面的倾角为β 时:
RQD 100e
0.1kd
(0.1k d 1)
岩体质量指标RQD：长度大于10cm的岩心
长度之和与钻孔总进尺的百分比。
长度大于 cm的岩心长度之和 10 RQD 100% 钻孔总进尺
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
六 张开度
结构面的张开度是指结构面两壁面间的垂直距离。 结构面两壁面一般不是紧密接触，这就使结构面实际接触 面积减少，导致结构面粘聚力降低和渗透性增大。
Ⅲ级 指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好 的层面及层间错动等。控制工程岩体稳定
岩石力学之 岩体结构与岩体力学性质
第三章 岩体结构与岩体力学性质第一节 概述成岩之初岩体是连续的，以后由于构造运动的影响，在岩体中形成各种地质界面，因此被各种结构面切割是岩体的主要特征。
岩石是构成岩体的物质，岩体是由结构面和结构体(被结构面包围的岩块)两个基本单元组成。
岩体的物理力学性质取决于结构面和结构体的力学性质，从总体上说，岩体具有以下几个主要特征：(1)、岩体是预应力体，在进行开挖工程前，岩体中已存在初始应力场。
开挖岩体形成的应力集中势必迭加到初始应力场上。
(2)、岩体是一种含有多种介质的裂体。
有两个极端情况，一种是弱面极少或几乎没有的整体性质，可视为连续介质。
另一种是弱面充分发育的松散体，在这两种情况之间有松散体—弱面体—连续体的一个系列。
将这由连续到不连续的系列划分为几种力学介质，如连续介质、块体介质、松散介质等。
岩体中的结构面：断层、节理、裂隙、片理等不连续面； 假整合、不整合、充填物等物质分界面。
结构面有厚度、有充填物、结构面是弱面 岩体被结构面切割成岩块岩体破坏可沿结构面发生成追踪开裂 结构体和结构面是构成岩体结构的要素概念：岩体结构——不同类型的岩体结构单元在岩体内的排列、组合形式，称为岩体结构。
基本的岩体结构单元有两类四种岩体力学性质取决于岩体大小尺度和赋存条件(地质环境)。
影响因素有结构体力学性质、结构面力学性质、岩体结构力学效应(实际是结构形式)、地质环境(尤其是水和地应力)。
当岩体强度很高时，结构面的力学性质控制了岩体的力学性质；反之则岩块的力学性质控制了结构体的力学性质。
岩体结构的力学效应主要体现在：爬坡角、尺寸效应和各向异性 地壳中的岩体本身是受载体，周围岩体施于它的应力是地应力。
围压对岩体力学性能的影响主要有： 1、围压越大，承载能力或者强度越大； 2、低围压下呈脆性，高围压下呈塑性； 3、围压越大波传播的衰减越小。
岩体结构单元 结构面结构体坚硬结构面(干净的) 软弱结构面(夹泥的、夹层) 块状结构体板状结构体(长厚比大于15)地下水对岩体力学性质有明显影响研究岩体力学性质要从岩性、结构面、岩体结构型式、应力环境和地下水几个方面参考。
岩石力学ppt课件第三章 岩体力学性质
含软弱夹层的层状岩体及裂隙岩体 （3）上凸型（弹-塑性岩体）
结构面发育且有泥质充填的岩体。
（4）复合型：阶梯或“S”型（塑-弹-塑性岩体)
20结21/8构/17面发育不均或岩性不均匀的岩体。
23
（二）剪切变形特征：
(a)沿软弱结 构面剪切
(b)沿粗糙结构面、 软弱岩体及强风
化岩体剪切
(c)坚硬岩体 受剪切
峰前变形平均斜 率小，破坏位移 大；峰后强度损 失小。
2021/8/17
峰前变形平均斜 率较大，峰值强 度较高；峰后有 明显应力降。
峰前变形斜率大，
峰值强度高，破坏
位移小；峰后残余 强度较低。
24
（三）各向异性变形特征：（P101蔡）
岩石的全部或部分物理、力学特性随方向不同而 表现出差异的现象称为岩石的各向异性。
2021/8/17
2
§3.1 概述
岩体=结构面（弱面）+结构体（岩石块体） 结构面：断层、褶皱、节理……统称
影响岩体力学性质的基本因素：
结构体(岩石)力学性质、结构面力学性质、岩体 结构力学效应和环境因素(特别是水和地应力的作用)
2021/8/17
3
§3.2岩体结构的基本类型 （地质学、复习、了解）
36
孔隙静水压力作用
（三）力学作用：
孔隙动水压力作用
当多孔连续介质岩土体中存在孔隙地下水时， 未充满孔隙的地下水使岩土体的有效应力增加：
p
σα有效应力，σ 总应力，p 孔隙静水水压力
当地下水充满多孔连续介质岩土体时，使有效 应力减小：
p
2021/8/17
σα，σ ，p ： 含义同上
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岩石力学复习重点资料
岩石力学复习重点资料岩石力学复习重点第一章、绪论1.岩石材料的特殊性：岩石材料不同于一般的人工制造的固体材料，岩石经历了漫长的地质构造作用，内部产生了很大的压应力，具有各种规模的不连续面和孔洞，而且还可能含有液相和气相，岩石远不是均匀的、各向同性的弹性连续体。
2.岩石与岩体的区别：（1）岩石：是组成地壳的基本物质，他是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体。
（2）岩体：是指一定工程范围内的自然地质体，他经历了漫长的自然历史过程，经受了各种地质作用，并在地应力的长期作用下，在其内部保留了各种永久变形和各种各样的地质构造形迹如不整合褶皱断层层理节理劈理等不连续面。
重要区别就是岩体包含若干不连续面。
起决定作用的是岩体强度，而不是岩石强度。
3.岩体结构的两个基本要素：结构面和结构体。
结构面即岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面与不连续面。
被结构面分割而形成的岩块，四周均被结构面所包围，这种由不同产状的结构面组合切割而形成的单元体称为结构体。
第二章岩石的物理力学性质1.名词解释：孔隙比：孔隙的体积（Vv）与岩石固体的体积的比值。
孔隙率：是指岩石试样中孔隙体积与岩石总体积的百分比。
吸水率：干燥岩石试样在一个大气压和室温条件下吸入水的重量与岩石干重量之比的百分率。
其大小取决于岩石中孔隙数量多少盒细微裂隙的连通情况。
膨胀性：是指岩石浸水后体积增大的性质。
崩解性：岩石与水相互作用时失去粘结力，完全丧失强度时的松散物质的性质。
扩容：岩石在压缩载荷作用下，当外力继续增加时，岩石试件的体积不是减小，而是大幅度增加的现象。
蠕变：应力恒定，变形随时间发展。
松弛：应变恒定，应力随时间减少。
弹性后效：在卸载过程中弹性应变滞后于应力的现象。
长期强度：当岩石承受超过某一临界应力时，其蠕变向不稳定蠕变发展，当小于该临界值时，其蠕变向稳定蠕变发展，称该临界值为岩石的长期强度。
2.岩石反复冻融后强度下降的原因：①构成岩石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化时由于矿物的涨缩不均而导致岩石结构的破坏；②当温度减低到0℃以下时岩石孔隙中的水将结冰，其体积增大约9%，会产生很大的膨胀压力，使岩石的结构发生改变，直至破坏。
3-3 岩石的力学特性
D— 试件直径；cm。 试件直径1.27～3.05cm 要求:（由于离散性大），每组15个，取均值 岩石的抗拉强度远远小于其抗压强度，一般情况下，
1 1 t ( ~ ) c 10 50
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抗拉强度 ：
t
MC I
峰值前应力-应变关系
(1965)
少裂隙、 致密、坚硬、少裂隙 岩性较软
致密、坚硬、多裂隙
较多裂隙、 岩性较软
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峰值后应力-应变关系
瓦维斯基和法赫斯特根据后区曲线将岩石全过程曲线分为Ⅰ 型和Ⅱ型，Ⅰ型为稳定破裂传播型，峰值后外力做功才能使试件 进一步破坏； Ⅱ型为非稳定破裂传播型。
葛修润院士认为Ⅱ型是人为因素控制，控制轴线应变，峰后 曲线在P点之右。
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变角板剪切试验缺点是α角不能太大或太小，太大易倾倒而 太小不易剪切破坏，一般在30°~60°间选取。
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§3.4 岩石三轴压缩条件下的力学特性 一、岩石三轴抗压强度
岩石在三向压缩作用下达到破坏时的最大压应力。加
载方式包括真三轴和常规三轴加载两种。
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一、岩石三轴抗压强度Fra bibliotek围压越大，岩石的三轴极限 强度σ1p (峰值强度)越大。
20.5MPa，25MPa）
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二、岩石的流变模型
岩石的流变本构模型：用于描述岩石应力－应变关系随时 间变化的规律。它是通过试验－理论－应用证实而得到的。 本构模型分类： 1、经验公式模型：根据不同试验条件及不同岩石种类求得 的数学表达式，这种表达式通常采用幂函数、指数函数、 对数函数的形式表达。 2、积分模型：是在考虑施加的应力不是一个常数时的更一 般的情况下，采用积分的形式表示应力－应变－时间关系 的本构方程。 3、组合模型：将岩石抽象成一系列简单元件（弹簧、阻尼 器、摩擦块），将其组合来模拟岩石的流变特性而建立的 本构方程。 45