工程地質(zhì)分析原理PPT3

1、第三章 巖體的變形與破壞3.1 基本概念及研究意義 變形：巖體承受應力，就會在體積、形狀或宏觀連續(xù)性上發(fā)生某種變化（解釋）。宏觀連續(xù)性無明顯變化者稱為變形（deformation )。 破壞：如果宏觀連續(xù)性發(fā)生了顯著變化的稱為破壞（failure)。 巖體變形破壞的方式與過程既取決于巖體的巖性、結(jié)構(gòu)，也與所承受的應力狀態(tài)及其變化有關(guān)。 為什么要研究這兩個問題，因為巖體在變形發(fā)展與破壞過程中，除巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外型不斷發(fā)生變化外，巖體的應力狀態(tài)也隨之調(diào)整，并引起彈性變形和釋放等效應。 區(qū)域穩(wěn)定和巖體穩(wěn)定工程分析中的一個核心問題就是要對上述變化和效應作出預測和評價，并論證它們對人類工程活動的影響。

2、本章首先討論不同荷載條件下巖體變形破壞機制和過程；在此基礎(chǔ)上討論變形破壞過程中的時間效應及巖體中空隙水壓力對巖體變形破壞的影響。3.1.1 巖體變形破壞的基本過程與階段劃分根據(jù)裂隙巖石的三軸壓縮實驗過程曲線，可大致將塊狀巖體受力變形破壞過程劃分為五個階段：見圖圖 3-1 三軸壓應力作用下巖石的變形破壞過程3. 超過彈性極限（屈服點），巖體進入塑性變形階段，體內(nèi)開始出現(xiàn)微破裂，且隨應力差的增大而發(fā)展，當應力保持不變時，破裂也停止發(fā)展。由于微破裂的出現(xiàn)，巖體體積壓縮速率減緩，而軸向應變速率和側(cè)向應變速率均有所增高1.原有張性結(jié)構(gòu)面逐漸閉合，充填物被壓密，壓縮變形具非線性特征，應力應變曲線呈緩坡下凹

3、型4. 微破裂的發(fā)展出現(xiàn)了質(zhì)的變化：即使工作應力保持不變，由于應力的集中效應，破裂仍會不斷的累進性發(fā)展。首先從薄弱環(huán)節(jié)開始，然后應力在另一個薄弱環(huán)節(jié)集中，依次下去，直至整體破壞。體積應變轉(zhuǎn)為膨脹，軸應變速率和側(cè)向應變速率加速增大2.經(jīng)壓密后，巖體從不連續(xù)介質(zhì)轉(zhuǎn)化為似連續(xù)介質(zhì)，進入彈性變形階段。該過程的長短視巖石堅硬程度而定5. 強度喪失和完全破壞階段：巖體內(nèi)部的微破裂面發(fā)展為貫通性破裂面，巖體強度迅速減弱，變形繼續(xù)發(fā)展，直至巖體被分成相互脫離的塊體而完全破壞屈服強度 上述各階段不同的巖體會存在一些差異，但所有巖體都具有如下一些共性： （1）巖體的最終破壞是以形成貫通性破壞面，并分裂成相互脫離的

4、塊體為其標志。 （2）變形過程中所具有的階段性特征是判斷巖體或地質(zhì)體演變階段、預測其發(fā)展趨勢的重要依據(jù)。 （3）變形過程中還包含恒定應力的長期作用下的蠕變（或流變）。即變形到破壞有時經(jīng)歷一個相當長的時期，過程中蠕變效應意義重大。巖體的不穩(wěn)定發(fā)展階段相當于加速蠕變階段，進入此階段的巖體達到最終破壞已勢在必然，僅僅是個時間的問題。判斷進入加速蠕變階段的變形標志和臨界應力狀態(tài)是一個重要的課題。3.1.2 巖體破壞的基本形式 根據(jù)巖體破壞機制可將巖體破壞劃分為剪性破壞和張性破壞兩類。巖體破壞剪斷破壞剪性破壞張性破壞 剪切滑動破壞塑性破壞（a) 拉斷破壞；(b)剪斷破壞； (c) 塑性破壞破壞方式影響因

5、素： 荷載條件、巖性、結(jié)構(gòu)及所處的環(huán)境特征及配合情況 3.1.2.1 巖體變形破壞形式與受力狀態(tài)的關(guān)系 巖石的三軸實驗表明，巖石破壞形式與圍壓的大小有明顯的關(guān)系。 （1）當在負圍壓及低圍壓條件下巖石表現(xiàn)為拉破壞； （2）隨著圍壓增高將轉(zhuǎn)化為剪破壞； （3）當圍壓升高到一定值以后，表現(xiàn)為塑性破壞。 破壞機制轉(zhuǎn)化的界限稱為破壞機制轉(zhuǎn)化圍壓（如表3-1）。從表中可以看出，由拉破壞轉(zhuǎn)化為簡斷破壞的轉(zhuǎn)化圍壓為1/51/4 （巖石單軸抗拉強度），由剪切轉(zhuǎn)化為塑性破壞的轉(zhuǎn)化圍壓為1/32/3 。 在三向應力狀態(tài)，中間主應力（ 2）與最大主應力、最小主應力之間的比值關(guān)系上決定巖石破壞性質(zhì)的一個重要因素。納達（

6、1970）提出 2偏向最大主應力或最小主應力的“應力狀態(tài)類型參數(shù)” 來劃分應力狀態(tài)類型： =（ 2 2- 1 - 3）/（ 1 - 3）;當=1時，即 2 = 1，為拉伸應力狀態(tài)；當 =-1時，即 2 = 3，為壓縮應力狀態(tài)。3.1.2.2 巖體破壞形式與巖體結(jié)構(gòu)特征關(guān)系 在低圍壓條件下巖石的三軸試驗表明： （1）在相同的應力狀態(tài)下完整塊體狀堅硬巖石表現(xiàn)為張性破壞，通常釋放出高的彈性應變能； （2）含有軟弱結(jié)構(gòu)面的塊狀巖體，當結(jié)構(gòu)面與最大主應力之間角度合適時，則表現(xiàn)為沿結(jié)構(gòu)面剪切滑動破壞； （3）碎裂狀巖體的破壞方式介于二者之間； （4）碎塊狀或散體狀巖體，表現(xiàn)為塑性破壞。3.1.3 巖體的強

7、度特征 巖體的強度不能簡單地用巖石的強度來表示。它不僅與巖體的巖性、結(jié)構(gòu)、巖體的受力狀態(tài)有關(guān)，而且還決定于巖體的可能破壞方式。設(shè)結(jié)構(gòu)面與最大主應力夾角。 模擬實驗表明： （1）0 8或42 52 巖體破壞破壞形式將部分沿結(jié)構(gòu)面剪切滑移、部分剪斷完整巖石，此時巖石的強度與結(jié)構(gòu)面和巖石的抗剪性能有關(guān)。圖3-4 三種破壞形式的極限應力系數(shù)(n) 沿結(jié)構(gòu)面滑動； 剪斷完整巖石； 部分沿結(jié)構(gòu)面，部分剪斷巖石（2）8 52時 巖體破壞為剪斷完整巖體。 以上討論的為巖體的極限強度。 巖體由彈性變形階段進入塑性變形階段的臨界應 力稱為巖體的屈服強度（y） 巖體進入不穩(wěn)定破裂發(fā)展階段的臨界應力稱為長期強度（ c

8、 ）。 巖體遭受最終破壞以后仍然保存有一定的強度，稱為殘余強度。3.2 巖體在加荷過程中的變形與破壞3.2.1 拉斷破壞機制與過程3.2.1.1 拉應力條件下的拉斷破壞 拉應力條件下巖石的拉斷破壞過程十分暫短。 根據(jù)格里菲斯破壞準則，當1+ 33 0時，拉應力3對巖石的破壞起主導作用，此時拉破壞準則為： 3=-St （ St：巖石的抗拉強度） 當巖體中的結(jié)構(gòu)面處于有利位置時，巖體的抗拉強度遠低于巖石，拉斷破壞更易發(fā)生。3.2.1.2 壓應力條件下的拉斷破壞 壓應力條件下的拉斷破壞過程要復雜得多。此時切向拉應力集中最強的部位位于與主應力方向夾角為30-40 的裂隙的端部，因而破壞首先在這樣一些方

9、位有利的裂隙端部出現(xiàn)，隨之擴展為分支裂隙（J2t）。其初始方向與原有裂隙長軸方向間夾角為2，隨后逐漸轉(zhuǎn)向與最大主應力平行。隨破裂的發(fā)展，隙壁上切向拉應力集中程度也隨之而降低，當分支裂隙轉(zhuǎn)為平行于最大主應力方向后即自動停止擴展。故此階段屬穩(wěn)定破裂發(fā)展階段。 這類張裂隙的形成機制區(qū)別于前者，稱為壓致拉裂（compression fracture） 隨著壓應力的進一步增高，已出現(xiàn)的分支裂隙將進一步擴展，其它方向稍稍不利的裂隙端部也將產(chǎn)生分之裂隙。巖體中出現(xiàn)一系列與最大主應力方向平行的裂隙。這些裂隙可表現(xiàn)為具有一定的等距特征，是巖體板裂化的主要形成機制之一。 壓應力增高至裂隙貫通，則導致破壞。按格里菲

10、斯準則，當1+ 33 0時其破壞準則為（ 1- 3 ）2/ （1+ 3 ）=8 St (巖石的抗拉強度）單軸條件下， 1= 8 St 三向壓應力條件下有： （ 1- 2 ）2 + （ 2- 3 ）2 + （ 1-3 2/ （ 1 + 2 + 3 ）=24 St 3.2.2 剪切變形破壞機制與過程3.2.2.1 完整巖體的剪斷破壞機制與過程 一完整巖體的剪斷破壞具有明顯的階段性。經(jīng)壓密、彈性變形兩個階段進入破裂階段以后，內(nèi)部變形破裂變形十分復雜（圖39）。1. 沿潛在剪切面的剪斷機制與過程（1）拉張分支裂隙的形成與擴展（2）法向壓碎帶的形成（3）潛在剪切面的貫通2. 單剪應力條件下的破壞變形機制

11、與過程 當剪切變形發(fā)生在有一定厚度的剪切帶中，表現(xiàn)為在單剪（simple shear）應力條件下或一對力偶作用下的變形破壞。 在所形成的破裂跡象中較為常見和具有代表性的是雁列破裂面。這種破裂面進一步分為張性雁列和壓扭性雁列兩類，排列方式正好相反。張性雁列縫T的生長方向大體與單剪帶中的最大主應力方向平行，與剪切方向夾角約45，有時還可形成共扼的兩組低次序剪切裂隙。 壓扭性雁列縫P生長方向與剪動方向夾角大約與巖石材料內(nèi)摩擦角相當。兩者有時可在同一剪切帶中疊加產(chǎn)出。3.2.2.2 沿原有結(jié)構(gòu)面的剪切機制與過程 這類破壞機制及過程與結(jié)構(gòu)面特征密切相關(guān)。斷續(xù)結(jié)構(gòu)面，其剪切破壞過程與前者相近，這里著重討論

12、連續(xù)性較好的結(jié)構(gòu)面(帶),按其抗剪性能可分為平面摩擦、糙面摩擦和轉(zhuǎn)動(滾動)摩擦三類。1. 平面摩擦 表現(xiàn)為平面摩擦特征的結(jié)構(gòu)面，通常為地質(zhì)歷史過程中曾經(jīng)遭受過剪切滑動、隨后又未膠結(jié)的結(jié)構(gòu)面，如層間錯動面、扭性斷裂面、滑動面等。這類結(jié)構(gòu)面在其形成過程中，隨剪切滑動的發(fā)展，結(jié)構(gòu)面的抗剪強度已接近殘余強度(圖313)；某些充填有足夠厚的塑性夾泥致使隙面的起伏差和糙度已不起控制作用的結(jié)構(gòu)面，亦具平面摩擦特征，其抗剪強度由夾泥的性能所決定。 對于這類結(jié)構(gòu)面，一旦剪應力達到結(jié)構(gòu)面的殘余抗剪強度，或外力作用方向與結(jié)構(gòu)面法線方向間夾角(稱傾斜角)等于或大于平面摩擦角s (一般情況相當于殘余摩擦角r)時，即

13、S=tg s或 s則剪切滑動發(fā)生。 在三向應力狀態(tài)下的起動判據(jù)，可采用公式(3一2，假定不考慮C值，則有: （ncr為應力系數(shù)）結(jié)構(gòu)面的動摩擦角k低于其靜摩擦角s,兩者相差的程度與巖石性質(zhì)、接觸面的光滑程度、溫度，充填物的性質(zhì)，滑移速度，濕度以及振動狀況都有關(guān)。某些材料試驗表明動、靜摩擦角的差別可以十分懸殊(如鑄鐵的s，為48，而其k值僅為830).因而剪切位移一旦起動，由于靜、動摩擦相差懸殊，可出現(xiàn)突躍的剪切位移，即所謂粘滑stickslip)現(xiàn)象。 如果圖314中滑塊為一不受彈簧約束的自由塊，一旦起動并在外力持續(xù)作用的條件下，可獲得一定加速度作繼續(xù)運動，直至外力降至F2后圖314(b)，才

14、轉(zhuǎn)為減速制動。 以上分析表明，受這類結(jié)構(gòu)面控制的滑移運動對外力十分敏感。沿這類結(jié)構(gòu)面的滑動也具有脈動特征，通常認為沿其發(fā)生的穩(wěn)滑很可能是由一系列小階步脈動滑移所組成，或?qū)偃鋭踊菩再|(zhì)。 2 糙面摩擦 具這類摩擦特征的結(jié)構(gòu)面，通常為地質(zhì)歷史過程中來遭受過明顯剪動的結(jié)構(gòu)面，如張性斷裂面，原生波狀面等。這類結(jié)構(gòu)面具有明顯的起伏差或凸起體，就其表面形態(tài)可分為曲齒狀，鋸齒狀和波狀三類圖315(a)并且在大的起伏面上還可劃分出次一級起伏圖3-15(b)。剪切破壞可能有三種情況： (1)越過凸起體 相對兩個面的凸起體相互滑過而不發(fā)生破壞。這種方式發(fā)生在結(jié)構(gòu)面法向(有效)應力低，起體起伏角(i)較緩且剛度較高

15、的情況下。此時發(fā)生剪動的條件為： S=tg(J+i) (310) 剪動過程具有以下動態(tài)特征： 均勻的波狀面，隨剪切位移（u）的增大,i值也隨之變化。以正弦波狀面為例，在u=0-1/4區(qū)段，i=f(u)為增函數(shù);u=1/4-1/2段，f(u)為減函數(shù)。當u越過12時，i室為負值。上述過程中，剪切帶也將以2為周期發(fā)生剪脹和閉合交替現(xiàn)象。 均勻的鋸齒狀結(jié)構(gòu)面，剪動過程也具有上述類似特征。但齒端應力集中現(xiàn)象較前者更強烈，往往被壓碎，其發(fā)展趨勢使鋸齒面向波狀面演化(圖316)。齒端剪斷階段圖316（c）時的抗剪強度為： S= tg0+acC0 (3-10)式中：0 、C0為巖石材料的內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力，a

16、c為齒 端剪斷面所占比例。剪切的繼續(xù)發(fā)展，其強度則與波狀面的情況類似圖316（d） 天然起伏面，大數(shù)呈不規(guī)則狀態(tài)。剪切起始階段，一些陡度大而形體窄小的凸起體將首先被剪斷。隨剪動進展，起伏角將由那些寬緩且在相應法應力條件下不會被剪斷的凸起體的平均坡角（i）所決定，強度表達式分別為： 起動階段：Sa=tg(J+i)+ acC0 ) (3-11) 剪斷后 S=tg(J+i) (3-12) 式中： c為剪斷的凸起體所占面積比。 上述特征說明，這類結(jié)構(gòu)面在剪動過程中也具有明顯的脈動特征，且剪脹與壓縮交替出現(xiàn)，這在巖體變形破壞論證中具有十分重要的意義。 （2）剪斷凸起體 剪切過程中將凸起體剪斷（圖317）

17、。這種現(xiàn)象較普遍，通常大量發(fā)生于高法向（有效）應力條件下。不過研究表明，即使法向應力為零的條件下，i角大于550650的凸起體（凸齒狀結(jié)構(gòu)面，圖317（a）仍會被剪斷，此時發(fā)生剪斷滑動的條件為： (3-13)式中：(1-ac)相當于無凸起體的平滑段所占比例。 試驗顯示（圖317），凸起體被剪斷，實際上式一個拉張和壓碎的過程，將圖317與圖310對照，凸起體的剪斷與鎖固段的破裂壓碎過程十分相似。根據(jù)這一破壞機制，可采用巖石的單軸抗壓強度（RC )和抗拉強度（St)來確定其抗剪強度，費赫斯特（Fairhurst,1964）提出的表達式為： (3-14) 式中： (3)刻痕或犁槽 凸起體在其相對面上

18、刻痕或犁槽，這也是一種普遍現(xiàn)象，但都發(fā)生于凸起體的硬度不低于對面的硬度時。此時要使之產(chǎn)生滑動，也需要克服一部分內(nèi)聚力，起動條件為： (3一15)式中：c。為刻(犁)槽提供的內(nèi)聚力；t為刻(犁)槽所占面積比例。有關(guān)其剪動過程,將在時間效應一節(jié)中討論。 由以上討論可見，糙面摩擅所具有的高于平面摩擦的強度值，均與凸起體的特征有關(guān)，它的剪動過程與前述剪斷過程有相似之處當施加的剪應力低于該面的峰值強度，但已超過其殘余強度時，即當： f0 時，沿結(jié)構(gòu)面的剪切變形仍有可能進入破裂發(fā)展階毆，甚至可能進入不穩(wěn)定破裂發(fā)展階段，通過累進性破壞導致最終破壞這是因為那些凸起部位與鎖固段B一樣，也將是剪應力高度集中的部位

19、，且凸起愈陡，應力集中程度也將愈高。此外，諸凸起體的抗剪強度也可因巖性的下均一而有所不同這樣，那些應力集中程度已超過凸起體的極限強度的部位，將立即被剪斷，而那些應力稍低但已達到使凸起體的變形進入不穩(wěn)定破裂發(fā)展階段的部位，也會由于破裂的累進發(fā)展而逐慚被剪斷隨著這些凸起體被各個擊破，剪應力將向另一些未被剪斷的凸起體集中，使另一些凸起體遭受破壞。這種“各個擊破”的破壞方式繼續(xù)進行的結(jié)果，常能使巖體沿這類結(jié)構(gòu)面突然喪失穩(wěn)定性，而且一旦破壞，共強度急劇降低，因而所造成的破壞往往是突發(fā)而迅猛的，能迅速釋放出大量動能。過程中每次凸起體的突破或被越過，都會造成剪切位移的突躍 對于這類結(jié)構(gòu)面，正確判定其是否已進

20、入發(fā)生累進性破壞的不穩(wěn)定破裂階段，將是十分重要的水電部門規(guī)范中規(guī)定，當峰值抗剪強度中考慮了剪斷鎖固段(不連續(xù)段)巖石的內(nèi)聚力時安全系數(shù)應提高到3.5-4 巴頓(Barton，1977)根據(jù)大量試驗資料，按結(jié)構(gòu) 面的糙度和邊壁的抗壓強度來確定結(jié)構(gòu)面的峰值抗剪強度： (316) 式中：JRC代表結(jié)構(gòu)面粗糙廢系數(shù)，糙度劃分為圖3 18所示十個等級，JRC值變化在0-20之間；JCS代表結(jié)構(gòu)面邊壁的抗壓強度，可用回彈儀在現(xiàn)場直接測定，b為結(jié)構(gòu)邊壁的基本摩擦角(接近殘余摩擦角r)，由試驗或經(jīng)驗確定; n為結(jié)構(gòu)面上的有效法向應力。該公式不考慮巖石的內(nèi)聚力，直接從結(jié)構(gòu)面邊壁的抗壓強度與其實際承受的法向應力兩

21、者來確定糙度在增強抗剪強度方面所起的作用，該值可作為確定結(jié)構(gòu)面的長期抗剪強度的重要參考值。3.轉(zhuǎn)動摩擦和滾動摩擦 當剪切是沿某一碎塊體構(gòu)成的剪切帶，或沿夾有許多碎塊的斷裂面發(fā)生時，被兩組或兩組以上的結(jié)構(gòu)面切割的塊體或碎塊可能發(fā)生轉(zhuǎn)動，這種碎塊的轉(zhuǎn)動將成為這類結(jié)構(gòu)面（帶）剪動的控制機制。納西曼托(Nascimento，1971)提出如圖：319所示轉(zhuǎn)動摩擦模式，模式中假定碎抉是一些規(guī)則的平行六面體。 4.分離“碎塊”的轉(zhuǎn)動摩擦 由圖319(a)可見，剪動過程中六面體碎塊將以其底面的邊棱線為轉(zhuǎn)動軸(該軸線在圖面上投影為o點)。這樣，上滑面的運動軌跡由碎塊上軸點o的對角點P的運動軌跡所決定。P點的運

22、動軌跡為一條以o為圓心，以斜邊長oP為半徑的圓弧線C（圖319(a)。因此滑動過程相當于滑塊越過一個圓弧形的凸起體，該圓弧線上任一點的切線與剪切方向線的夾角即為該點處滑塊爬升或下降的坡角(如圖3一土9(a)。如果不考慮滑塊間的面摩擦，則該坡角即為轉(zhuǎn)動時的摩擦角，它應與處于極限平衡狀態(tài)時作用力的傾斜角一致圖3一19（a）)。起動時曲角為= =tg-1(a/b)式中： 為翻轉(zhuǎn)角，a,b分別為碎塊的寬和高。隨后， 隨碎塊的轉(zhuǎn)動角而呈線性降低（圖3-19（a)）,即 fdl (3-17) 當對角線OP直立（a=0)時： l d 即 f0此時上滑面抬升至最高點，繼續(xù)滑動將使碎塊“翻轉(zhuǎn)”（故稱d角為翻轉(zhuǎn)角

23、）。上下滑面的間距開始縮短，剪脹變?yōu)樨撝?，f值也將變?yōu)樨撝?，滑面將承受平行與滑動方向的拉應力。 2.緊貼碎塊的轉(zhuǎn)動摩擦 （1）當碎塊相互緊貼時，如仍以碎塊轉(zhuǎn)動方式起動，則尚需克服以下附加摩擦阻力： 式中：scn為接觸面法向應力；fs為接觸面摩擦角（不考 慮內(nèi)聚力）；tcb 為相對于O點的力矩，則阻止碎塊轉(zhuǎn)動的附加阻力為： 單位附加阻力為：隨碎塊轉(zhuǎn)動，Sc為l的減函數(shù)（假定scn 無明顯變化）； （318） （2）碎塊與主滑面接觸端錯位摩擦阻力（Sc2 ）。由圖可見，緊密平排列的碎塊要向一側(cè)傾倒，必將發(fā)生沿剪動方向的側(cè)向擴張，接觸點間距由原始的？隨轉(zhuǎn)動角而增大為a/cos ，因而轉(zhuǎn)動的實現(xiàn)尚需克

24、服接觸端與主滑面相互錯位的摩擦阻力，它相當于前述刻痕或梨痕的阻力。根據(jù)公式318可見,轉(zhuǎn)動一旦起動，摩擦阻力也將隨之降低（圖319（b）。 由以上分析可以注意到下列幾點： （1）轉(zhuǎn)動摩擦將以結(jié)構(gòu)面間所夾碎塊的翻轉(zhuǎn)角小于該面的靜摩擦角為其發(fā)生的前提條件； （2）分割碎塊的結(jié)構(gòu)面愈密集（ 也就愈?。D(zhuǎn)動摩擦也就愈容易發(fā)生，正是由于這個緣故，所以在薄層狀的巖體中容易造成與層面近于正交的剪動帶； （3）緊貼碎塊只有在碎塊間接觸面的s值明顯偏低或碎塊因側(cè)向松弛，接觸面抗剪強度顯著降低的情況下才有可能發(fā)生轉(zhuǎn)動，并且通?？偸前l(fā)生在碎塊的原始傾角比較接近傾倒角的情況下； （4）轉(zhuǎn)動剪動一旦起動，摩擦角將隨之

25、而降低，甚至變?yōu)樨撝?，因而剪切位移的躍變（粘滑）現(xiàn)象也十分明顯，并且往往造成突發(fā)性破壞； （5）碎塊的邊角越多，愈趨向于圓球形，則其翻轉(zhuǎn)角也愈小乃至接近于零，此時轉(zhuǎn)動摩擦將變?yōu)闈L動摩擦。后者為前者的一種極端情況，滾動摩擦角變得很小。碎塊也可在剪動過程中由于相互摩擦、錯位而使“棱角”破壞從而降低轉(zhuǎn)動摩擦角，這種效應可導致剪動位移速度迅速增大。3.2.3 彎曲變形破壞機制與過程 3.2.3.1 巖體彎曲變形的基本類型與主要特征 近地表巖體和工程巖體中所發(fā)生的彎曲變形，都表現(xiàn)為具有一定塑性和延性變形特征，并伴有脆性破裂。按受力狀況，可分為橫彎曲和縱彎曲兩類，按彎曲板梁約束支承情況，可分為簡支梁，外伸

26、梁和懸臂梁彎曲等(圖320)。 現(xiàn)象與理論計算表明，彎曲板梁的軸部和翼部變形破裂的機制與過程有明顯差別。 軸部區(qū)(或樞紐部位)是壓應力和拉應力的集中部位，也是變形破裂最顯著的部位，并且這個部位的變形破裂對整個板梁的演化起著重要控制作用(圖321)。 翼部區(qū)則主要表現(xiàn)為剪應力集中所造成的變形與破裂，這方面的問題已在前一節(jié)中作了詳細討論；值得注意的是由此造成的板梁之間的滑脫脫離現(xiàn)象；有的研究者稱為彎曲滑動或分離滑動(如圖3-21(b)，由于滑脫的產(chǎn)生，軸部區(qū)的應力集中現(xiàn)象也有所緩解，影響了軸部區(qū)的演化方式?；撨€可表現(xiàn)為多種其他方式。 3.2.3.2 橫彎曲條件下巖體的變形與破壞 1. 軸部區(qū)的變

27、形與破壞 現(xiàn)場觀察與模擬研究證明，巖體在橫向力作用下彎曲變形破壞的演化過程具有明顯的階段性特征。圖322為彈一塑性有限元模擬成果，以等效E2時，由于n1，此時產(chǎn)生的反射波為拉伸波，則將在界面處產(chǎn)生拉應力，并且兩介質(zhì)的E值相差愈大，拉應力值愈高。顯然，這種情況對巖體的穩(wěn)定性是很不利的?？拼脑赋?，爆炸在靠近自由面的巖石內(nèi)發(fā)生時，在自由面附近出現(xiàn)的逐層剝落現(xiàn)象，即是發(fā)射波應力的后果。應該指出，裂隙面、尤其是有一定張開度的或被充填的裂隙，其本身就是介質(zhì)特性突變部位，也將產(chǎn)生反射波應力，促進其被拉裂。 (2)應力波穿過軟弱夾層或斷層破碎帶時，由于應力波的反射機制和低強度巖石吸收了大量的能量，所以這些軟

28、弱帶成為一個阻擋動應力的屏障，它使傳入其后的動應力顯著削弱(圖338)。3.4.3動荷載作用下巖體變形破壞特征 動荷載作用下巖體處于反復的瞬時加荷和卸荷狀態(tài)，變形破壞表現(xiàn)為兩種狀態(tài)的綜合結(jié)果。 3.4.3.1 變形破壞的分布規(guī)律 在爆破動應力作用下，爆破中心附近巖石的變形表現(xiàn)出一定的分布規(guī)律。以點源爆破為例，其周圍巖石變形破壞規(guī)律如圖339所示。爆心一帶巖石承受巨大的徑向壓力，并出現(xiàn)巨大壓縮使之形成切向壓力，巖石遭受擠壓剪斷破壞，破碎成碎許或巖粉（圖3-39a區(qū)）。外圍區(qū)徑向壓力衰減，徑向壓縮變小，切向壓力也降低或消失，可產(chǎn)生徑向壓致拉裂裂隙（圖339b、c區(qū)）并由于壓力波的反射機制，可造成環(huán)

29、繞爆破中心的環(huán)向張裂隙(圖339b區(qū))，但分布范圍較徑向裂隙小。 3.4.3.2 動應力效應 巖體穩(wěn)定性評價中更為關(guān)注的是動應力的參與對巖體(穩(wěn)定性的影響，應注意以下兩方面效應。 1. 觸發(fā)效應 觸發(fā)效應可表現(xiàn)為兩方面： (1)如前所述，應力場可在裂隙或軟弱夾層中產(chǎn)生反射應力波，造成瞬時拉應力。因而當巖體中某些軟弱結(jié)構(gòu)面本身巳具有或儲有足夠的剪切應變能時，應力波(如地震或爆破引起的震動)的介入則有可能促進這些結(jié)構(gòu)面發(fā)生破裂，如巖體穩(wěn)定性已接近臨界狀態(tài)，或某一控制畫已近于貫通，由于震動可使巖體突然受荷而喪失穩(wěn)定，導致破壞突然發(fā)生，這種現(xiàn)象在斜坡巖體的變形破壞中尤為突出(參見圖9一15)。 (2)

30、某些對震動特別敏感的巖體或土體，如飽水的碎裂巖體、松散巖體，飽水的疏松砂土、敏感粘土等，在動應力作用下可因骨架的迅速變形造成空隙水壓力的突然變化，從而導致巖體失穩(wěn)，崩潰或土體液化(見第七章)等。 2. 累積效應 巖體若在地震力的某一作用方向出現(xiàn)剪切失穩(wěn)，由于作用時間短暫，它可能造成一次躍變剪切位移而并不破壞，但多次位移的累積，如果使剪切面中某些鎖固段被突破，或越過某些凸起體，造成抗剪強度顯著削弱，則有可能導致最終破壞。因此，必須具體確定動應力作用下的上述累積效應，才能正確判定巖體變形破壞的可能性(見第九章)3.5 巖體變形破壞過程中的時間效應 巖體變形破壞過程中的時間效應表現(xiàn)為兩方面：其一，在

31、應力恒定的情況下巖石變形隨時間而發(fā)展，稱為蠕變(creep)；其二，莊變形恒定的情況下巖石內(nèi)應力隨時間而降低，稱為松弛(relaxation)。 巖體的蠕變是一種十分普遍的現(xiàn)象，在天然斜坡、人工邊坡、地下洞室圍巖中可直接觀測到。巖體因加荷速率、變形速率不同所表現(xiàn)的不同變形破裂性狀，巖體的累進性破壞機制和剪切粘滑機制等，也都與時間效應有關(guān)。 研究證明，堅硬巖石即使在低應力的長期持續(xù)作用下，也會像流體那樣具有粘滯流動的性質(zhì)，因而提出了伯格斯模(Burgers model)。它由馬克斯韋爾模型與凱爾文模型串聯(lián)而成(圖341(a)，屬復合粘彈性模型，用來表示較堅硬巖石的流變特征其蠕變應變T表示為： （

32、331）式中：E1、E2和1、2分別代表被串聯(lián)的馬克斯韋 爾和凱爾文兩模型中的彈性模量和粘滯系數(shù)。蠕變參數(shù)根據(jù)試驗求得。 堅硬巖石的上述性能已為室內(nèi)模擬試驗和大量野外調(diào)查資料所證實(詳見第九章)。 伯格斯模型的應變是沒有極限的，作為一種復合粘彈性模型，它的應變將無限制地作粘性流動，不反映何時屈服，因而不能全面地表示巖石介質(zhì)的性能。實踐證明巖石介質(zhì)粘彈性流動到一定程度以后，或應力超過某一屈服值(y)，將進入塑性狀態(tài)。賓漢姆(Bingham)模型考慮了這一情況，建立了由彈性、粘性和塑性三個元件組成的彈-粘塑性 模型。西原模型將賓漢姆模型與凱爾文模型串聯(lián)起來，表示了巖石介質(zhì)彈性、粘彈性和粘塑性三方面

33、特征(圖341(b)，蠕變應變表示為： y時 （332） y時 （333） 更為完善的介質(zhì)流變模型仍在探索中朗格(Langer)在第四屆國際巖石力學大會的流變學綜合報告中指出，經(jīng)過修正的索弗爾德-斯科特-布內(nèi)爾介質(zhì)流變本構(gòu)模型，是當前最具普遍性模型圖341(c)。 由以上分析可見，當y時，巖石實際表現(xiàn)為塑性流動巖體中由于軟巖的塑性流動而產(chǎn)生的現(xiàn)象是相當普遍的，即使表層巖體在重力場作用下，也會發(fā)生塑流。圖342所示河谷谷底所見“鼓起”現(xiàn)象即是典型例證，它們都是由于河谷下切卸荷，兩岸下伏的粘圖342 下伏粘土或軟巖塑流造成河床“鼓起”的實例 （a）英格蘭布桑溪河谷底里阿斯粘土的“鼓起”（據(jù)Holl

34、ingworth等，1944）粘土；砂巖；粘土；石灰?guī)r；粘土；頁巖；冰磧層（b）盧西蘭河床中泥質(zhì)頁巖的擠出（據(jù)查魯巴，1956）早白堊紀泥質(zhì)頁巖；方沸粗玄巖；板巖；河床中擾動的頁巖土或泥質(zhì)頁巖在上覆巖層重力壓縮下，向河谷長期緩慢塑性流動所造成，軟巖的塑流和“鼓起”使上覆巖體發(fā)生彎曲、下陷或斷裂。3.5.2 巖體的累進性破壞和加速蠕變 前述分析已指出，巖體承受的應力一旦超過了它的長期強度，則將進入累進性破壞階段，它相當子巖體的加速蠕變階段。 巖石的蠕變試驗曲線(圖343)表明，僅當荷載達到或超過某臨界值(相當巖石的長期強度)的情況下，巖石的蠕變才有可能在經(jīng)厲了前兩階段以后，繼續(xù)進入加速蠕變階段，

35、并最終導致破壞。試驗還證明，巖石的應變速率c隨荷載增高而增大圖343(b)，同時加速蠕變達到最終破壞所經(jīng)歷的時間也隨之縮短。圖343 砂巖梁彎曲蠕變試驗關(guān)系曲線 在巖體穩(wěn)定性分析中，對巖體變形破壞作時、空預測時，需要判定巖體進入累進性破壞的臨界應力狀態(tài)，也需要判定不同條件下累進性破壞發(fā)展為最終破壞所需要經(jīng)歷的時間，這是一項十分重要的工作，但迄今為止尚無成熟的經(jīng)驗和方法，有待于進一步研究。 為確定巖體的長期強度，顯然不僅要考慮巖體可能的破壞方式，并且也要考慮巖體結(jié)構(gòu)特征對局部應力集中效應的有利程度。例如結(jié)構(gòu)面的連續(xù)率愈高，其中局部的非連續(xù)部位的應力集中程度也將愈高。因而某些規(guī)范中經(jīng)驗規(guī)定當連續(xù)率

36、大于5O時，結(jié)構(gòu)面的抗剪強度則不宜再考慮其非連續(xù)部位巖石的內(nèi)聚力。又如結(jié)構(gòu)面上不同等級的起伏參見圖315(b)也應分別對待。凸起體愈窄小、起伏角愈大、分布愈不均勻，應力的局部集中程度也愈高因而在穩(wěn)定性分析中只能考慮那些寬厚、平緩且分布又較均勻的起伏所能增高的那部分抗剪強度。同時，還必須考慮巖抗風化和抵抗地下水等外營力作用的能力，這些作用降低了巖體的強度，促進累進性破壞的發(fā)生和進展。 在實際工作中可以根據(jù)巖體動態(tài)長觀資料來預測巖體的變形破壞，例如地下洞室圍巖變性形長現(xiàn)資料、邊破位移長觀資料等。圖344所示為某露天采礦邊坡的位移時間曲線圖，根據(jù)1969年1月13日以前所測得的資料，初步判定邊坡巖體

37、于10月底至11月初進入加速蠕變階段，并且根據(jù)曲線A的延伸情況成功地預測到邊坡于l969年2月18日發(fā)生破壞。 3.5.3 巖體變形破壞與應變速率的關(guān)系 根據(jù)巖石的流變模型可以進一步討論巖體應變速率與其變形破壞的關(guān)系。為簡便起見，以上述模型中含有底馬克斯韋爾模型為例進行討論其蠕變應變表達式為： （334） 則應變速率C表示為： （335） 由上式可見：當C 時， 0，亦即 0，為常值， 也就是說此時巖體內(nèi)的應力保持不變； 當C/時， /時， o，則巖體內(nèi)的應力有隨時間遞增的趨勢，直到達到的應力值與應變速率C相適應時為止。 由上可見，巖體變形過程中存在著一個臨界應變速率(C0，如花崗巖，根據(jù)伊藤

38、等的試驗，C0為(10-1410-13）/s），從這一概念出發(fā)，可得出以下兩點重要認識： (1)當巖體的實際應變速率低于臨界值C0時，巖體在受力的初隨應變的增大發(fā)生應力積累。但當應力增大到定程度以后，應力也就不再升高，繼之以隨時間增長的流變，巖體不分進入加速蠕變階段。相反，當C等干或大干C0時，巖體變形進展必將進入加速蠕變階段，巖體內(nèi)應力不斷積累，則可能最終導致巖體破壞。 (2)當應變速率因某種原因轉(zhuǎn)為遞減趨勢或降為零時，巖體內(nèi)已積累的應力將隨時間而松弛。例如當式35中 C0時，則有 或 兩側(cè)積分得： 式中：0為巖體內(nèi)初始應力。積分后得：也就式說，巖體中的應力降為初始應力的12.718所需的時

39、t/E，該時間稱之為松弛期 (relaxation time)，以T表示。以灰?guī)r為例，設(shè)粘滯系數(shù)？泊，彈性模量E6.5109Ncm2，則松弛期T約等于3200年。所以，一些研究者認為地殼表層高地應力區(qū)通?？偸呛徒跇?gòu)造變動有關(guān)。 在實際工作中，可以應用地貌第四紀分析或設(shè)立變形精測裝置來估算或測定沿斷裂面、滑移面的歷史的或現(xiàn)時的應變速率，據(jù)此時巖體變形破壞進行預報。這種預報方法不需要了解變形隨時間的變化趨勢，因而它能更早地預見巖體變形破壞所處發(fā)展階段和發(fā)展趨勢。故： （336） 當t=/E時，則 (3-37)式中：為常數(shù)；P1為單位時間內(nèi)測得的被嵌入物的抗嵌入強度。 由于凸起體嵌入面積隨時間而增

40、大，所以，無論是剪斷凸起體、還是在接觸面中犁槽，結(jié)構(gòu)面的抗剪阻力都有所增高，因而可以想象，結(jié)構(gòu)面的靜摩擦系數(shù)fs也將因嵌入蠕變的進展而有所增高，兩者之間的關(guān)系可定量表示為： (3-38)式：fs為單位接觸面時間的摩擦系數(shù)。 這就意味著嵌入蠕變時間增長，結(jié)構(gòu)面靜摩擦與動摩擦之間的差值增大，因而粘滑發(fā)生時能釋放出更大的能量。 由上還可推論，在滑動中凸起體嵌入的面積A以及與此相關(guān)的動摩擦系數(shù)fk與滑動的速度（V）有關(guān)，滑動速度愈快，接觸嵌入的時間也愈短暫，所以A和fk兩者均隨速度的增大而降低，可以下列關(guān)系式表示： (3-39) (3-40) 式中：為取決于常數(shù)和凸起體形狀的常數(shù); fk相 當于S/

41、P1(S為嵌入體抗剪強度）由上述關(guān)系式可見，僅當滑動速度保持不變時，A和fk才為常值 據(jù)以上試驗和分析，可得出兩點結(jié)論： (1)按運動特征，沿結(jié)構(gòu)面的滑移有穩(wěn)滑與粘滑兩種基本類型，穩(wěn)滑狀態(tài)的產(chǎn)生條件不僅與結(jié)構(gòu)面特怔有關(guān)(如結(jié)構(gòu)面較為平坦或夾由足夠厚的夾泥等)，并且還必須與不同斷的勻速運動相累世界著名的美國圣安德烈斯大斷層的某些段是自然界宏觀穩(wěn)滑斷裂的極好實例。據(jù)研究和觀測，該斷層中平直段，斷層帖土充填物的分布可選12km深并且一直保持著平均約3cms左右的滑動速率可以想見，任伺處于穩(wěn)滑狀態(tài)的斷裂面，都會因滑動速率的陡然增、減而引起粘滑或孕育著斷的粘滑. (2)粘滑時釋放的能量的大小不但與不同的

42、粘滑機制有關(guān)，對于某一特定的剪切滑移面而言，停止活動承受法向應力的時間愈長則粘滑時釋放的舵量也就愈高 以上兩點對于分析地震的發(fā)震機制，以及闡明巖體失穩(wěn)時滑動的動力特征，都具有十分重要的意義， 3.6 空隙水壓力在巖體變形破壞中的作用 地下水普遍賦存于巖體之中，它與巖體間的相互作用主要可歸為兩個方畫：一是地下水與巖體間發(fā)生機械的、物理的或化學的相互作用使巖體和地下水的性質(zhì)或狀態(tài)發(fā)生不斷的變化，二是地下水與巖體間發(fā)生的力學方面的相互作朋它不斷地改變著作用雙方的力學狀態(tài)和特性 AB面上的應力可用圖345（c）的莫爾圓表示。由該圖可見，空隙水壓力的作用使整個莫爾圓向左側(cè)移動，AB面上有效正應力（ s

43、）降低，等于總正應力（ ）減去空隙水壓力（pw），即： s pw 由于空隙水壓力垂直作用于結(jié)構(gòu)面，因此它對剪應力不發(fā)生影響，即： s 這樣，干燥巖體AB平面上的抗剪強度： S tg c 而含空隙水時，AB平面上的 抗剪強度： S（ pw )tg +c (3-41) 上述關(guān)系表明，由于空隙水壓力的作用，巖體強度降低了pw tg ，結(jié)構(gòu)面也將因此而張開，引起巖體變形。一旦因空隙水壓力增大使結(jié)構(gòu)面的抗剪強度降至與剪應力相等時（s= ），則將引起巖石破壞。 上述有效應力原理在應用于僅含有空隙的巖石材料時，由于空隙水壓力僅存于其間的孔隙之中，因此需要考慮孔隙水壓力作用的有效面積系數(shù)，其物理意義如圖346

44、所示。因而巖石材料中的有效正應力和抗剪強度為： （342） （343）對于不同的巖石材料，由于孔隙度的不同，值可變化于01之間，可由試驗測定，也可按吉爾茨馬（Ceertsma）的關(guān)系式進行計算，即： （344）式中：Bc為巖體的體積彈性模量，B為巖體的體積彈性模量，且 （345） E和分別為巖體在無孔隙水壓力作用時外力作用下的彈性模量和泊松比。 按344式計算，混凝土的值大約為0.84，與試驗結(jié)果相似。而用三軸試驗法測得花崗巖的值為0.65 顯然，有效面積的大小與巖石的空隙率有一定關(guān)系不過進一步的實險表明它還與巖石的某些性質(zhì)有關(guān)某些柔性較高的巖石，如石灰?guī)r、大理巖白云巖等，在低壓力條件下，其值

45、大于0.5，甚至接近于1，但在較高的應力條件下，它們的變形和強度幾乎與孔隙水壓力無關(guān)， 值接近于零。這可能與巖石具柔性有關(guān)，在較高應力下礦物發(fā)生柔性適應，使巖石中的孔隙或 微裂隙有關(guān)，因而水無法進入。 應該指出，在變形試驗中求得的值只表示有效面積的平均值，而不是在研究巖體的穩(wěn)定性或破壞時所必須考慮的最壞情況下的最大值。因而在研究破壞問題時，即使是完整巖體，也必須選取 。在研究大型建筑物的變形問題時，塞拉芬(serafim,1969)認為，對于裂隙巖體仍取1，而對于完整塊體狀巖體，可考虐采用較低的 ，其大小按試驗確定3.6.2空隙水壓力的變化對巖體變形破壞影響 上進分析表明，無論是哪一種類型的巖

46、體，有效應力原理是普遍適用的，巖體的變形破壞取決于有效應力，因而巖體內(nèi)空隙水壓力的變化必將對巖體的變形破壞產(chǎn)生影響 引起巖體內(nèi)空隙水壓力變化的原因，可有以下幾個方面 3.6.2.1 地下水補給排泄條件的變化引起的巖體內(nèi) 空隙水壓力的變化 例如特大降雨、洪水、持續(xù)干旱、人工抽水、注水或水庫薔水等均能造成地下水位大幅度的變化，從而引起巖體內(nèi)空隙水壓力的增減。 這類變化往往具有區(qū)域性恃怔，影響的范圍和深度都可以較大，例如水庫落水使地下水位拾升根據(jù)卡布里耳壩的觀測資料證明，由于巖體中空隙水力增高出現(xiàn)山體高度增高，兩側(cè)谷壁相互靠近的現(xiàn)象。而大面積的長期抽取地下水引起的地下水位的降低，含造成大范圍內(nèi)的地面

47、沉降(見第八章)一些巨型的崩滑體的發(fā)生，常常也與這類變化有關(guān)。水庫蓄水和深井注水還可引起深部巖體破裂，造成水庫地震(見第六章) 一些研究表明，上述因素所造成的水位變動與巖體內(nèi)空隙水壓力變化之間總有一定的時差，且遁?？障端畨毫Φ淖兓偸菧笥跉庀?、水文條件的改變，圖347所示為卡布里爾水庫水位與壩基某點空隙水壓隨時間而變化的曲線它清楚表明，水庫水位和該點空隙水壓力之間有4天的時差?？磥頃r差的大小與測點的位置和巖體的透水性密切相關(guān)，測點距補給源或排泄點位置愈遠，透水性愈小，則時差愈大，了解這一點對于判明水庫地震的誘發(fā)機制和預測崩滑體活動狀況有重要意義3.6.2.2巖體受荷狀態(tài)的變化引起的巖體內(nèi)空隙

48、水壓力的變化 土力學中已指出，資加荷過程中，飽水的土體所承受的附加壓力p時由水和顆粒骨架兩相分別承擔的 。其中由水承受的壓力稱之為中性壓力Pwe，由顆粒骨架承受的那部分壓力稱之為有效壓力Ps，這種由于附加壓力引起的中性壓力，它不同于由土體中靜水壓力造成的空隙水壓力Pw0，稱之為剩余空隙水壓力或超空隙水壓力（excess pore pressure）表示為： p= Pwe +Ps或 Pwe =p Ps 超空隙水壓力的出現(xiàn)，顯然使土體的抗剪強度降低： S=(S - Pwe)tg +c (3-46) 當Pwe= Pw0時，抗剪強度幾乎為零，砂土類土和飽和水敏感粘土可因此而發(fā)生變化（參見第七章） 固結(jié)

49、的理論同樣也適用于較軟弱破碎的巖體。 堅硬的裂隙巖體，由于透水性和排水條件均較土體為好，變形模量也遠鉸土體為高，因而緩慢的加荷過程很難在巖體內(nèi)形成具有實際意義的超空隙水壓力但是突發(fā)的規(guī)模較大約動荷載(如地震，人工爆破)，則可因裂隙中的水來不及消散而造成瞬時的較高的超空隙水壓力（如圖348(a)所示)因此，在分析地震或人工爆破對飽水巖體穩(wěn)定性的影響，必須考慮這一因素，尤其當裂隙中充有粘土等降低裂隙透水性能的物質(zhì)時，這種影響更為明顯.3.6.2.3 巖體變形破裂引起的巖體內(nèi)空隙水壓力的變化 巖體變形進入破裂階段（尤其是進入不穩(wěn)定破裂階段）以后，破裂造成擴容現(xiàn)象可引起空隙水壓力發(fā)生顯著變化.巖體所處

50、環(huán)境不同，可表現(xiàn)為不同的變化機制。 1.膨脹強化機制 根據(jù)巖體三軸試驗分析（參見圖31），可有兩種表現(xiàn)方式： （1）飽水封閉巖體在受力過程中，擴容部位造成真空，使空隙水壓力迅速降低，甚至變?yōu)樨摚▍⒁妶D31中空隙水壓力曲線及圖348（b），產(chǎn)生所謂巖體強度的“膨脹強化”現(xiàn)象。擴容停止以后，空隙水壓力隨著四周地下水的緩慢流入而部分回升; （2）非封閉的、水進出較為暢通的巖體，也可由于迅速加荷造成的破裂擴容迅速超過四周地下水流入擴容區(qū)的速度，而引起與前者相似的“膨脹強化”現(xiàn)象。不過區(qū)別在于一旦擴容速度減緩或停止，空隙水壓力可迅速回升(參見圖3l空隙水壓力曲線)。 上述分析還表明，“膨脹強化”是種暫時

51、性現(xiàn)象。隨著四周地下水“緩慢”或“迅速”進入擴容體。負壓現(xiàn)象亦即降低或消失，巖體將因喪失這種臨時性的“強化”而導致最終破壞。因而由“膨脹強化”所引起的一些特征現(xiàn)象，如地下水位由急劇上升(表明巖體被強烈擠壓)轉(zhuǎn)為平靜或下降（如1958年邢臺地震發(fā)震前所見)，滑坡滑前所測的微震（表明巖體出現(xiàn)破裂)的突然消失(如1983年甘肅灑勒山滑坡滑前微震測試資料所示)以及滑移速度由加速突然制動等，都可能是巖體破壞的預兆在臨震或臨滑預報中具有重要意義。 2超空隙水壓力激發(fā)機制 巖體剪切變形破壞過程的前述分析中已指出，某些剪切椿在演化進程中可出現(xiàn)擴容和壓縮交替出現(xiàn)的現(xiàn)象以單剪切帶的演化模式參見圖312)為例：當剪

52、切帶中出現(xiàn)拉張裂隙，井被地下水充填飽和，如果進一步剪動造成塑性破壞使位張裂隙壓密，這一過程十分迅速以至于空隙水被“封閉”在剪切帶中不能及時排出，則有可能在剪切帶中造成異常超空隙水壓力，它甚至可使有效壓應力降為零，成為導致巖體破壞的重要激發(fā)機制 此外，某些外動力地質(zhì)作用也可促成這種激發(fā)機制的形成例如在斜坡的潛在剪切帶中如果正好是地下水滲透變形或溶蝕作用活躍帶，造成巖(土)體結(jié)構(gòu)“粗化”或空隙率增高，一且因剪動而引起結(jié)構(gòu)破壞和突然壓密，則可激發(fā)起很高的超空隙水壓力，成為斜坡失穩(wěn)和高速滑坡的重要形成機制之一(詳見第九章)。3.水擊（錘）機制 當破裂擴容區(qū)與具有高水頭的地表水體（如水庫、湖泊）直接連通

53、，由于地表水迅速貫入，爾后又因出口排水不良而堵塞，此時可產(chǎn)生“水擊”，在突然出現(xiàn)的破裂面中造成驚人的高水頭超空水壓力。圖349表示了1932年西格陵蘭所觀察的冰裂縫中噴出的高達300m的噴泉這一奇觀的形成機制。冰川從大陸向湖泊運動，其前緣承受湖水的浮力，致使冰川“折斷”。湖水在高達700m的水頭差迅速貫入裂縫，由于出口處裂縫狹窄，阻塞高速流動的水流，因而造成水擊，形成噴泉。水擊機制對于水下巖體的突發(fā)性崩壞具有很重要的意義。空隙水壓的上述變化的某些定量評價，將在以后有關(guān)章節(jié)中結(jié)合具體問題再作詳細討論。37 巖體變形破壞的地質(zhì)力學模式 以上分析表明，巖體在不問應力狀態(tài)下其最終破壞不外乎剪切破壞和拉斷破壞這樣兩種主要方式但是，不同巖性和蛄構(gòu)特征的巖體，在不同的應力狀態(tài)下，其變形破壞過程則是多種多樣的，并且過程中時間效應特征和空隙水歷力所起的作用也各不相同。 根據(jù)巖體變形破壞的模擬試驗和理論研究，結(jié)合大量地質(zhì)觀察資料，可以從巖體變形破壞過程中劃分出若干基本單元井用這些單元的特定組合表征巖體變形機制和演進特征建立巖體變形破壞