CHA6-2結(jié)構(gòu)面的變形與強度性質(zhì)

1、第二節(jié) 結(jié)構(gòu)面的變形與強度性質(zhì) 1 概述概述 2 結(jié)構(gòu)面的變形性質(zhì)結(jié)構(gòu)面的變形性質(zhì) 一、法向變形性質(zhì) 二、剪切變形性質(zhì) 3 結(jié)構(gòu)面的強度性質(zhì)結(jié)構(gòu)面的強度性質(zhì) 一、平直無充填的結(jié)構(gòu)面 二、粗糙起伏無充填的結(jié)構(gòu)面 三、非貫通斷續(xù)的結(jié)構(gòu)面 四、具有充填物的軟弱結(jié)構(gòu)面1 概 述 在工程荷載(一般小于10MPa)范圍內(nèi)，工程巖體常常是沿軟弱結(jié)構(gòu)面失穩(wěn)破壞。如馬爾帕塞壩潰壩、瓦依昂庫岸滑坡等。 在工程荷載作用下，結(jié)構(gòu)面及其充填物的變形是巖體變 形的主要組分，控制著工程巖體的變形特性。 結(jié)構(gòu)面是巖體滲透水流的主要通道。在工程荷載作用下， 結(jié)構(gòu)面的變形又將極大地改變巖體的滲透性、應(yīng)力分布 及其強度。因此，預(yù)測

2、工程荷載作用下巖體滲透性的變 化，必須研究結(jié)構(gòu)面的變形性質(zhì)及其本構(gòu)關(guān)系。 工程荷載作用下，巖體中應(yīng)力分布受結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)性 質(zhì)的影響。工程實例 2 結(jié)構(gòu)面的變形性質(zhì)1. 法向變形特征法向變形特征 兩塊試件（含結(jié)構(gòu)面、不含結(jié)構(gòu)面）做變形試驗，得變形曲線-，設(shè)不含結(jié)構(gòu)面的巖塊變形為，含結(jié)構(gòu)面的巖塊變形為，則結(jié)構(gòu)面的變形（法向閉合變形）為：應(yīng)力-變形關(guān)系曲線 ABC 開始時隨著法向應(yīng)力增加，結(jié)構(gòu)面閉合變形迅速增長， -及-曲線均呈上凹型。當(dāng)增到一定值時， -曲線變陡，并與-曲線大致平行。說明結(jié)構(gòu)面已基本上完全閉合，其變形主要是巖塊變形貢獻的。這時則趨于結(jié)構(gòu)面最大閉合量。 初始壓縮階段，含結(jié)構(gòu)面的巖塊

3、變形主要是由結(jié)構(gòu)面的閉合造成的。試驗表明，當(dāng)時， 可達，說明占了很大一部分。 法向應(yīng)力大約從/3處開始，含結(jié)構(gòu)面的巖塊變形由以結(jié)構(gòu)面的閉合為主轉(zhuǎn)為以巖塊的彈性變形為主。應(yīng)力-變形關(guān)系曲線特征 結(jié)構(gòu)面的- 曲線大致為以為漸近線的非線性曲線?？捎贸跏挤ㄏ騽偠燃白畲箝]合量來確定，與結(jié)構(gòu)面的類型及壁巖性質(zhì)無關(guān) 。 結(jié)構(gòu)面的最大閉合量始終小于結(jié)構(gòu)面的張開度（）。這是因為結(jié)構(gòu)面是凹凸不平的，兩壁面間無論如何也不可能達到100的接觸。 結(jié)構(gòu)面的初始法向剛度是一個與結(jié)構(gòu)面在地質(zhì)歷史時期的受力歷史及初始應(yīng)力（）有關(guān)的量，其定義為-曲線原點處的切線斜率，即：0jVjnniVK應(yīng)力-變形關(guān)系曲線特征)(jnVf（1

4、)Goodman 方程較適用于具有一定滑錯位移的非嵌合性結(jié)構(gòu)面。 nimmjijmjnVVVVVV112) Bardis方程jjnVbaVbVabVajnjn 1 /1mmjnVabVV,時當(dāng)niVjVjnniKaaVabaVKjj11)1(1020jmjmninVVVVK較適合于未經(jīng)滑錯位移的嵌合結(jié)構(gòu)面(如層面)的法向變形特征。 3)孫廣忠方程)1(nnKmjeVV法向剛度（normal stiffness）是指在法向應(yīng)力作用下，結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生單位法向變形所需要的應(yīng)力，在數(shù)值上等于- 曲線上一點的切線斜率。(MPa/mm) jnnVK確定方法試驗法3.法向剛度及其確定方法法向剛度及其確定方法室內(nèi)

5、變形試驗現(xiàn)場變形試驗本構(gòu)方程和經(jīng)驗估算（1）現(xiàn)場變形試驗中心孔承壓板法 VVVKniininin11（2）經(jīng)驗估算由Bandis方程估算2)1()(mjnijnnVVKVKjmjmninVVVVKnmnimnjVKVV21nmninninVKKKBandis經(jīng)驗方程求Kni，Vm DmnieJCSCJRCBAVeJCSJRCK)(02.075.115.7壁巖強度JCS 回彈值。巖石重度；RRJCS01. 100088. 0)lg(JRC的估算)/2(cos(1 (2lg4lg) 1(2671.855679. 0LharctgDDJRC幾種結(jié)構(gòu)面的抗剪參數(shù)表 巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗結(jié)果表 粗糙結(jié)構(gòu)面

6、，呈脆性變形型 平直結(jié)構(gòu)面，呈塑性變形型 結(jié)構(gòu)面變形與風(fēng)化程度有關(guān) 結(jié)構(gòu)面的剪切剛度，隨法向應(yīng)力的增大而增大，隨結(jié)構(gòu)面的規(guī)模增大而降低。1、剪切變形特征剪切變形特征 卡爾哈韋（ Kalhaway）方程2. 剪切變形本構(gòu)方程剪切變形本構(gòu)方程ultsinKmunmu1,1 剪切剛度KS（shear stiffness）是反映結(jié)構(gòu)面剪切變形性質(zhì)的重要參數(shù)，其數(shù)值等于峰值前-u曲線上任一點的切線斜率。3.3.剪切剛度及其確定方法剪切剛度及其確定方法確定方法試驗法 室內(nèi)試驗 現(xiàn)場試驗經(jīng)驗估算法（Barton方程）uKs結(jié)構(gòu)面殘余強度rrnstgLKnJCSJRClg100 3 結(jié)構(gòu)面的強度性質(zhì) 結(jié)構(gòu)面強

7、度分為抗拉強度和抗剪強度。 由于結(jié)構(gòu)面的抗拉強度非常小，?？珊雎圆挥嫞砸话阏J為結(jié)構(gòu)面是不能抗拉的。 在工程荷載作用下，巖體破壞常以沿某些軟弱結(jié)構(gòu)面的滑動破壞為主。 因此，在巖體力學(xué)中一般很少研究結(jié)構(gòu)面的抗拉強度，重點是研究它的抗剪強度。 一、平直無充填的結(jié)構(gòu)面 二、粗糙起伏無充填的結(jié)構(gòu)面 1、規(guī)則鋸齒形結(jié)構(gòu)面 2、不規(guī)則起伏結(jié)構(gòu)面 三、非貫通斷續(xù)的結(jié)構(gòu)面 四、具有充填物的軟弱結(jié)構(gòu)面 平直無充填的結(jié)構(gòu)面包括剪應(yīng)力作用下形成的剪性破裂面，如剪節(jié)理、剪裂隙等，發(fā)育較好的層理面與片理面。 特點是面平直、光滑，只具微弱的風(fēng)化蝕變。堅硬巖體中的剪破裂面還發(fā)育有鏡面、擦痕及應(yīng)力礦物薄膜等。 這類結(jié)構(gòu)面的

8、抗剪強度大致與人工磨制面的摩擦強度接近，即：jjCtg 剪切特點： 當(dāng)較小時，上盤巖塊上下運動，產(chǎn)生爬坡效應(yīng)，增大了 當(dāng)較大時，將剪斷凸起而運動，也增大了 經(jīng)驗值1 1、規(guī)則鋸齒形結(jié)構(gòu)面、規(guī)則鋸齒形結(jié)構(gòu)面（1） 當(dāng)較小時，可概化為圖5-14：iiiinnsincoscossin)(itgb)(btgnnPatton公式 （2） 當(dāng)較大時，由于啃斷作用，則結(jié)構(gòu)面的抗剪強度為：CtgtgitgCb)(1式中 ，分別為結(jié)構(gòu)面壁巖的內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力。上式為法向應(yīng)力1時，結(jié)構(gòu)面的抗剪強度，其包絡(luò)線如圖所示。剪斷凸起的條件為：小結(jié)：雙直線強度 )(itgbCtgtgitgCb)(1（1）（0 (as=0)且tgi= =V/ u,則有: 當(dāng)很大時，凸起全部被剪斷， AsA (as 1 ),無剪脹發(fā)生, =V/ u=0,則有: 從以上討論可知,阿氏與萊氏公式是圖中曲線3。uSrSuStgVaatgVa111)(itguVVCtgr 這類結(jié)構(gòu)面由裂隙面和非貫通的巖橋組成。在剪切過程中，一般認為兩者都起抗剪作用。 通過的裂隙面和巖橋都起抗剪作用。假設(shè)沿整個剪切面上的應(yīng)力分布是均勻的，結(jié)構(gòu)面的線連續(xù)性系數(shù)為1，則整個結(jié)構(gòu)面的抗剪強度為：tgKtgKCKCKjj)1 ()1 (1111裂面巖橋裂面巖橋 Ctg bbtgCtgKtgKCKCKjj)1 ()1 (1111裂面巖橋裂面巖橋 Ctg tg