第七章 結構面的力學性質

1、資源與環(huán)境工程學院結構面的力學性質資源與環(huán)境工程學院結構面類型及特征結構面： 是具有一定方向，厚度較小，延展性較大的二維地質界面。資源與環(huán)境工程學院結構面類型及特征結構面類型劃分按結構面成因劃分原生結構面。構造結構面。次生結構面。資源與環(huán)境工程學院結構面類型及特征原生結構面：成巖過程中形成的結構面。構造結構面：在各種構造應力作用下形成的結構面，如節(jié)理、斷裂、劈理以及層間錯動引起的破碎帶等。次生結構面：在各種次生作用下形成的結構面，如風化裂隙、冰凍裂隙以及重力卸載裂隙等。資源與環(huán)境工程學院結構面類型及特征原生結構面又細分為：沉積結構面：沉積巖層在成巖過程中形成的結構面，如層理、層面、假整合和不整

2、合等?；鸪山Y構面：巖漿侵入活動及冷凝過程中形成的，如巖漿巖的流層、流紋、冷卻收縮形成的張裂隙；火成巖體與圍巖的接觸面。變質結構面：受變質作用形成的結構面，如片理、板理等。資源與環(huán)境工程學院結構面類型及特征結構面類型劃分按結構面受力條件劃分壓性結構面。張性結構面。扭性結構面。壓扭性結構面。張扭性結構面。資源與環(huán)境工程學院結構面類型及特征壓性結構面：由壓應力擠壓構成，其走向與最大主應力方向垂直。張性結構面：在拉應力作用下產生，其走向與最大主應力方向一致。扭性結構面：由純剪或壓張應力引起的剪應力所形成的結構面。資源與環(huán)境工程學院結構面類型及特征壓扭性結構面：既有壓性結構面的特征，也有扭性結構面的特征

3、。張扭性結構面：既有張性結構面的特征，也有扭性結構面的特征。資源與環(huán)境工程學院結構面類型及特征資源與環(huán)境工程學院結構面類型及特征資源與環(huán)境工程學院結構面類型及特征資源與環(huán)境工程學院結構面類型及特征二、結構面的分類按工程尺寸的分類（絕對分類）資源與環(huán)境工程學院結構面類型及特征按工程尺寸的分類（相對分類）資源與環(huán)境工程學院結構面類型及特征按力學觀點的分類資源與環(huán)境工程學院結構面的狀態(tài)結構面的狀態(tài)： 結構面的產狀、形態(tài)、延展尺度、密集程度以及結構面的接觸類型、膠結、充填情況是影響巖體強度和穩(wěn)定性的重要因素。資源與環(huán)境工程學院結構面的狀態(tài)結構面的產狀：對巖體是否沿著某一結構面滑動其控制作用。結構面的形

4、態(tài)：決定巖體沿結構面滑動時抗滑力的大小。結構面的延展尺度：決定巖體的強度。資源與環(huán)境工程學院結構面的狀態(tài)結構面的密集程度：決定了巖體的被切割程度，極大影響著巖體的強度。結構面的膠結與充填情況：對巖體的強度有很大影響。資源與環(huán)境工程學院結構面的密集程度描述結構面密集程度的基本概念v裂隙度:沿測線方向單位長度所穿過的結構面數(shù)量。nLd :d節(jié)理平均間距:L測線長度LnK 節(jié)理數(shù):n資源與環(huán)境工程學院結構面的密集程度當巖體中存在多組節(jié)理時，此時裂隙度K為各組節(jié)理裂隙度之和。nbaKKKK資源與環(huán)境工程學院結構面的密集程度切割度:表示巖體被結構面切割的程度。AaXe:a結構面面積；:A假想斷面面積當巖

5、體中存在多組結構面時，此時切割度為：AaaaXne21資源與環(huán)境工程學院結構面的密集程度不同切割度對應巖體的貫通類型非貫通半貫通貫通資源與環(huán)境工程學院結構面的接觸類型、膠結與充填結構面的接觸類型、膠結與充填情況對巖體對強度的影響資源與環(huán)境工程學院結構面的接觸類型、膠結與充填膠結物成分對巖體對強度的影響：泥質膠結：強度最低，在脫水情況具有一定強度，遇水發(fā)生泥化和軟化，強度顯著降低。可溶鹽類膠結：干燥時具有一定強度，遇水溶解，強度降低。鈣質膠結：強度較高，且不受水的影響，但在酸性水作用下，強度降低。資源與環(huán)境工程學院結構面的接觸類型、膠結與充填鐵質膠結：強度較高，但易風化，力學性能不穩(wěn)定。硅質膠結

6、：強度高，力學性能穩(wěn)定。資源與環(huán)境工程學院結構面的接觸類型、膠結與充填膠結物厚度對巖體對強度的影響：薄膜充填：充填物為極薄的一層礦物薄膜，強度較低。斷續(xù)充填：充填物不連續(xù)，厚度小于結構面起伏度。結構面強度受兩側巖性及結構面形態(tài)控制。資源與環(huán)境工程學院結構面的接觸類型、膠結與充填連續(xù)充填：充填物連續(xù)，厚度略大于結構面起伏度。結構面強度受充填物強度控制。厚層充填：充填物厚度大，在巖體中形成軟弱帶。資源與環(huán)境工程學院結構面的法向變形結構面的變形特征結構面的法向變形1、結構面彈性變形結構面的接觸是點接觸，接觸點為邊長為h的正方形，接觸點有n個；每個接觸點所受的力是相等的；每個接觸點的力學特性是相同的。

7、資源與環(huán)境工程學院結構面的法向變形點接觸荷載表面平均位移：222211hnEdmAEmQm與接觸面形狀有關的系數(shù)，當接觸面為圓形，96. 0m當接觸面為方形，,95. 0mm隨長寬比的增大而減小。彈性位移，作用于結構面上的均布載荷;d結構面邊長，h接觸點邊長;n接觸點個數(shù);資源與環(huán)境工程學院結構面的法向變形沃爾多夫認為，, 9 . 012m故有：nEhd208 . 1通常認為，當結構面閉合時，其彈性變形量為：nEhdm2201220資源與環(huán)境工程學院結構面的法向變形2、結構面的閉合變形古德曼假定：結構面是張開的，張開的結構面沒有強度；結構面間的壓縮量有限。e資源與環(huán)境工程學院結構面的法向變形V

8、VVmc1mctmcVVVVVA1mcmcVVV當：1 tA資源與環(huán)境工程學院結構面的法向變形結構面的配稱與非配稱試驗：資源與環(huán)境工程學院結構面的切向變形結構面的剪切變形1、結構面粗糙、無充填物的剪切變形(a)。2、結構面含有較厚充填物的剪切變形(b)。資源與環(huán)境工程學院結構面的切向變形充填物濕度對結構面抗剪強度曲線影響很大。當充填物干燥時，曲線b會向曲線a過渡。 0uab資源與環(huán)境工程學院結構面的切向變形結構面剪切變形理想化模型0uABC峰值抗剪強度殘余抗剪強度起始彈性段應力降低段殘余變形段（塑性段）資源與環(huán)境工程學院結構面的切向變形0u高低恒剛度抗剪強度曲線0u高低恒位移抗剪強度曲線資源與

9、環(huán)境工程學院結構面的抗剪強度結構面的抗剪強度平直結構面的抗剪強度殘余抗剪強度rrtg殘余內摩擦角rpptgC峰值內聚力，pC峰值內摩擦角p峰值抗剪強度資源與環(huán)境工程學院結構面的抗剪強度若結構面間有水存在：tguC結構面間水壓u）或內摩擦角（rp）或內聚力（0pCC 資源與環(huán)境工程學院結構面的抗剪強度規(guī)則粗糙結構面的抗剪強度：NNTTitgb基本摩擦角，b結構面爬坡角i資源與環(huán)境工程學院結構面的抗剪強度itgb基本摩擦角，b結構面爬坡角iiNiTTiTiNNsincossincosbtgNT資源與環(huán)境工程學院結構面的抗剪強度規(guī)則粗糙結構面抗剪強度理想曲線：0ABC視內聚力ibTbbTtgitgC

10、資源與環(huán)境工程學院結構面的抗剪強度不規(guī)則粗糙結構面抗剪強度：bJCSJRCtglg結構面粗糙度系數(shù)JRC結構面兩壁表面抗壓強度JCS資源與環(huán)境工程學院結構面的抗剪強度充填結構面抗剪強度 當結構面中充填有某種軟弱物質時，隨著充填厚度的增大，結構面的抗剪強度顯著下降，一旦充填物厚度超過結構面表面起伏幅值時，則結構面抗剪強度由充填物的厚度縮控制。資源與環(huán)境工程學院結構面的力學效應單結構面力學效應 jjCtg結構面抗剪強度符合庫侖準則：2sin21312cos21213131巖石內任意點應力關系：單結構面力學效應資源與環(huán)境工程學院單結構面力學效應2sin12331ctgtgtgCjjj沿結構面破壞力學

11、條件：當：j212j資源與環(huán)境工程學院單結構面力學效應沿結構面破壞范圍：資源與環(huán)境工程學院單結構面力學效應31311sin2arcsin212jjjjctgCj22131312sin2arcsin21290jjjjctgC資源與環(huán)境工程學院單結構面力學效應當結構面與結構面抗剪強度曲線相切時：24jjctgtg2jjjjjCsin1cos2sin1sin131或jjjjtgtgtgC233112資源與環(huán)境工程學院單結構面力學效應結構面抗剪強度與與結構面位置及圍壓的關系：資源與環(huán)境工程學院多結構面力學效應多結構面力學效應資源與環(huán)境工程學院作業(yè)例 某巖石邊坡由閃長巖組成，其抗剪強度指標C=400kg/cm2，=30，邊坡內有一結構面，結構面強度性質Cj=200kg/cm2，j=20，結構面傾角= 40。為防止下滑，而采取加固措施