第3章岩体的变形与破坏修改

§3.1 基本概念及研究意义
研究这两个问题的意义 因为岩体在变形发展与破坏过程中，除岩体内部结构与 外形不断发生变化外，岩体的应力状态也随之调整，并引 起弹性能的积存和释放等效应。 区域稳定和岩体稳定问题工程地质分析中的一个核心 问题就是要对上述变化和效应作出预测和评价，并论证它 们对人类工程活动的影响。 本章首先讨论不同荷载条件下岩体的变形破坏机制和 过程；在此基础上讨论变形破坏过程中的时间效应及岩体 中空隙水压力对岩体变形破坏的影响。
4. 微破裂的发展出现了质的变化：即使工 作应力保持不变，由于应力的集中效应， 破裂仍会不断地累进性发展。首先某些最 薄弱的环节首先破坏，应力重分布的结果 又引起次薄弱环节破坏，依次下去，直至 整体破坏。体积应变转为膨胀，轴应变速
率和侧向应变速率加速增大（CD段）
屈服 强度
3. 超过弹性极限（屈服 点），岩体进入塑性变 形阶段，体内开始出现 微破裂，且随应力差的 增大而发展，当应力保 持不变时，破裂也停止 发展。由于微破裂的出 现，岩体体积压缩速率 减缓，而轴向应变速率 和侧向应变速率均有所
以上讨论的为岩体的极限强度。而岩体稳定性评价往往 更关切的是岩体变形破坏各阶段的强度性状。
3.1.3 岩体的强度特征
岩体的强度不能简单地用岩石的强度来表 示。 它不仅与岩体的岩性、结构、岩体的受力状 态有关，而且还决定于岩体的可能破坏方式。 设结构面与最大主应力夹角α。模拟实验表明：
① 沿结构面滑动； ② 剪断完整岩石； ③ 部分沿结构面，部
分剪断岩石
图3-4 三种破坏形式的极限应力系数(n)
（2）岩体破坏形式与岩体结构特征的关系
在低围压条件下岩石的三轴试验表明： 在相同的应力状态下，完整块体状坚硬岩石表现为 张性破坏，通常释放出较高的弹性应变能； 含有软弱结构面的块状岩体，当结构面与最大主应 力之间角度合适时，则表现为沿结构面的剪切滑动破坏； 碎裂状岩体的破坏方式介于二者之间； 碎块状或散体状岩体，表现为塑性破坏。
表 3-1 岩体破坏机制转化围压
岩石名称 大理岩 大理岩 泥灰岩 石灰岩、大理岩 岩盐
拉断—剪断 ≈1/4 〔σ〕 ≈1/5 〔σ〕
剪断—塑性
1/3 —1/2 〔σ〕
1/3 —1/2 〔σ〕
2/3 〔σ〕
/1 3.4
〔σ〕
/1 3.3
〔σ〕
资料来源 长沙矿冶所 Karmen Б.В.Матвиев 茂木清夫 美国垦务局
（1）岩体的最终破坏是以形成贯通性破坏面，并被分裂 成相互脱离的块体为其标志。
（2）变形。
（3）变形过程中还包含恒定应力长期作用下的蠕变（或 流变）。即变形到破坏有时要经历一个相当长的时期，过程中 蠕变效应意义重大。岩体的不稳定破裂发展阶段相当于加速蠕 变阶段，进入此阶段的岩体达到最终破坏已势在必然，仅仅是 时间问题。判断进入加速蠕变阶段的变形标志和临界应力状态 是一个重要的课题。
（1）岩体变形破坏形式与受力状态的关系
岩石的三轴实验表明，岩石破坏形式与围压的大小 有明显的关系(见图3-2)。 当在负围压及低围压条件下岩石表现为拉断破坏； 随着围压增高将转化为剪断破坏； 当围压升高到一定值以后，表现为塑性破坏。
破坏机制转化的界限围压称为破坏机制转化围压 （如表3-1）。从表中可以看出，由拉断破坏转化为剪断 破坏的转化围压为1/5～1/4 [σ]（岩石单轴抗压强度）， 由剪切转化为塑性破坏的转化围压为1/3～2/3 [σ]。
§3.1 基本概念及研究意义
3.1.1 岩体变形破坏的基本过程和阶段划分
根据裂隙岩石的三轴压缩试验过程曲线，可大致将 块状岩体受力变形破坏过程划分为五个阶段：
5. 强度丧失和完全破坏阶段：岩体 内部的微破裂面发展为贯通性破裂 面，岩体强度迅速减弱，变形继续 发展，直至岩体被分成相互脱离的
块体而完全破坏（DE段）
（1）8º< α<42º；（φj=40°） 岩体的破坏将采取沿结构面剪切滑动的形式。此时， 岩体的强度受结构面抗剪性能及其方位所控制。 （2）α>52º时； 岩体破坏为剪断完整岩石。
（3）0º< α<8º或42º< α<52º；
岩体破坏破坏形式将部分沿结构面剪切滑动、部分剪断 完整岩石，此时岩体的强度与结构面和岩石的抗剪性能均 有关。
第三章 岩体的变形 与破坏
§3.1 基本概念及研究意义
➢ 变形：岩体承受应力，就会在体积、形状或宏观连续性 上发生某种变化。宏观连续性无显著变化者称为变形 （deformation )。
➢ 破坏：如果宏观连续性发生了显著变化，称为破坏 （failure)。
岩体变形破坏的方式与过程既取决于岩体的岩性、 结构，也与所承受的应力状态及其变化有关。
3.1.2 岩体破坏的基本形式
✓ 分类：根据岩体破坏机制可将岩体破坏划分为剪切破坏和张性 破坏（或拉断破坏）两类。 √
破坏方式影响因素：受荷载条件、岩性、结构以及所处的环境特 征及两者相互配合的情况等因素影响。
剪切破坏
岩 体 破 坏
张性破坏
剪切滑动破坏 剪断破坏 塑性破坏
(a)拉断破坏；(b)剪断破坏； (c) 塑性破坏
在三向应力状态下，中间主应力（ σ 2）与最大主应 力、最小主应力之间的比值关系是决定岩石破坏性质的一
个重要因素。纳达（1970）提出用σ 2偏向最大主应力或 最小主应力的程度的“应力状态类型参数” —α来划分应
力状态类型：
;
当α=1时，即σ 2 = σ 1，为拉伸应力状态； 当α=-1时，即σ 2 = σ 3，为压缩应力状态。
增高（BC段）
图 3-1 三轴压应力作用下 岩石的变形破坏过程
1.原有张开的结构 面逐渐闭合，充填 物被压密，压缩变 形具非线性特征， 应力应变曲线呈缓 坡下凹型（OA段）
2.经压密后，岩体 从不连续介质转化 为似连续介质，进 入弹性变形阶段。 该过程的长短视岩 石坚硬程度而定
（AB段）
上述各阶段的具体特点会因岩体的特征和所受应力状况 的不同而有所差异，但所有岩体都具有如下一些共性：