巖體力學(xué)課件

第二章巖體力學(xué)第二章巖體力學(xué)第一節(jié)巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)幾個(gè)概念：巖石：是由具有一定結(jié)構(gòu)構(gòu)造的礦物（含結(jié)晶和非結(jié)晶）集合體組成。巖塊：是指不含顯著結(jié)構(gòu)面的巖石塊體，是構(gòu)成巖體的最小巖石單元體。巖體：由巖塊和結(jié)構(gòu)面組成。第一節(jié)巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)幾個(gè)概念：巖石與土的主要區(qū)別：1.巖石礦物顆粒間具有更為牢固的連接；2.巖體存在結(jié)構(gòu)面；3.巖體具有高地應(yīng)力。巖石與土的主要區(qū)別：1.巖石礦物顆粒間具有更為牢固的連接；2巖石的物理性質(zhì)巖石的密度：顆粒密度塊體密度：干密度、天然密度和飽和密度?？障缎裕簬r石孔隙性和裂隙性的統(tǒng)稱(chēng)，用空隙率表示。總空隙率、總開(kāi)空隙率、大開(kāi)空隙率、小開(kāi)空隙率和閉空隙率。巖石的物理性質(zhì)巖石的密度：巖石的吸水性：巖石在一定試驗(yàn)條件下吸收水分的能力。巖石的吸水率：指巖石試件在一個(gè)大氣壓和室溫條件下自由吸入水的質(zhì)量與試件干質(zhì)量之比。巖石的飽和吸水率：是指巖石試件在高壓（一般為15MPa）或真空條件下吸入水的質(zhì)量與巖樣干質(zhì)量之比。飽水系數(shù)：吸水率與飽和吸水率之比。反映巖石中大、小空隙的相對(duì)比例關(guān)系。巖石的吸水性：巖石在一定試驗(yàn)條件下吸收水分的能力。巖石的軟化性：巖石浸水后強(qiáng)度降低的性質(zhì)。巖石的軟化性取決于它的礦物組成及空隙性。軟化系數(shù)為飽和抗壓強(qiáng)度與干燥抗壓強(qiáng)度之比。當(dāng)軟化系數(shù)大于0.75時(shí)，軟化性弱，同時(shí)也說(shuō)明巖石的抗凍性和抗風(fēng)化能力強(qiáng)；反之亦反。巖石的軟化性：巖石浸水后強(qiáng)度降低的性質(zhì)。巖石的軟化性取決于它巖石的抗凍性：巖石抵抗凍融破壞的性質(zhì)。巖石的抗凍性常用抗凍系數(shù)和質(zhì)量損失率兩個(gè)指標(biāo)表示?？箖鱿禂?shù)是指巖石凍融實(shí)驗(yàn)后干抗壓強(qiáng)度與凍融前抗壓強(qiáng)度之比，以百分?jǐn)?shù)表示。質(zhì)量損失率是指凍融前后巖樣干質(zhì)量之差與凍融前干質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示。當(dāng)抗凍系數(shù)大于75%，質(zhì)量損失率小于2%時(shí)，認(rèn)為巖石抗凍性好；吸水率小于5%，軟化系數(shù)大于0.75以及飽水系數(shù)小于0.8的巖石，具有足夠的抗凍能力。巖石的抗凍性：巖石抵抗凍融破壞的性質(zhì)。巖石的透水性：巖石能被水透過(guò)的性質(zhì)，用滲透系數(shù)表示。它的大小取決于空隙的數(shù)量、大小、方向和連通情況。巖石的透水性：巖石能被水透過(guò)的性質(zhì)，用滲透系數(shù)表示。它的大小巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石在外力作用下所變現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)，這里主要研究變形、破壞及其強(qiáng)度。巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石在外力作用下所變現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)，這里主要研究單軸受壓下巖石的變形與強(qiáng)度巖石單軸受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線Ⅰ孔隙裂隙壓密階段；Ⅲ微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段；Ⅴ破壞后階段Ⅱ彈性變形；Ⅳ非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段；單軸受壓下巖石的變形與強(qiáng)度巖石單軸受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線Ⅰ孔隙裂隙根據(jù)美國(guó)學(xué)者米勒（1965）對(duì)28種巖石的試驗(yàn)成果，可以將巖塊峰值前應(yīng)力-軸向應(yīng)變曲線分為6類(lèi)。玄武巖鹽巖片巖片麻巖花崗巖灰?guī)r根據(jù)美國(guó)學(xué)者米勒（1965）對(duì)28種巖石的試驗(yàn)成果，可以將巖巖石的變形參數(shù)變形模量：指巖石在單向受壓時(shí)，軸向壓力與軸向應(yīng)變之比，當(dāng)巖石變形為彈性變形時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變曲線為一直線，該模量為彈性模量，數(shù)值等于直線斜率。初始模量切線模量割線模量巖石的變形參數(shù)變形模量：指巖石在單向受壓時(shí)，軸向壓力與軸向應(yīng)泊松比：巖石單向受壓時(shí)，橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變之比。在實(shí)際工作中常采用抗壓強(qiáng)度50%處的橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變之比計(jì)算泊松比。巖石的變形模量和泊松比往往具有各向異性，當(dāng)平行于微結(jié)構(gòu)面加載時(shí)，變形模量最大；當(dāng)垂直于微結(jié)構(gòu)面的變形模量最小。泊松比：巖石單向受壓時(shí)，橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變之比。在實(shí)際工作中循環(huán)荷載條件下巖石變形特征在彈性極限以?xún)?nèi)卸荷在彈性極限以外卸荷循環(huán)荷載條件下巖石變形特征在彈性極限以?xún)?nèi)卸荷在彈性極限以外卸反復(fù)加載卸載應(yīng)力應(yīng)變曲線反復(fù)加載卸載應(yīng)力應(yīng)變曲線單向受力條件下的巖石強(qiáng)度巖石的強(qiáng)度主要包括抗壓、抗拉和剪切強(qiáng)度?？箟簭?qiáng)度：巖石單向受壓時(shí)，能夠承受的最大壓應(yīng)力，稱(chēng)為單軸抗壓強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱(chēng)抗壓強(qiáng)度。影響巖石抗壓強(qiáng)度的因素：

1.巖石本身的因素，如礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、風(fēng)化程度及含水狀態(tài)等；

2.試驗(yàn)條件，如試件形狀、大小、高徑比及加工精度、加荷速率等。單向受力條件下的巖石強(qiáng)度巖石的強(qiáng)度主要包括抗壓、抗拉和剪切強(qiáng)抗拉強(qiáng)度：巖石試件單向受拉時(shí)，能承受的最大拉應(yīng)力，稱(chēng)為巖石的抗拉強(qiáng)度。影響巖石抗拉強(qiáng)度的因素與抗壓強(qiáng)度影響因素相同，但其控制作用的因素是巖石的結(jié)構(gòu)，特別是空隙性的影響尤為嚴(yán)重。巖石的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度。抗拉強(qiáng)度：巖石試件單向受拉時(shí)，能承受的最大拉應(yīng)力，稱(chēng)為巖石的巖石的剪切強(qiáng)度：受剪力作用時(shí)抵抗剪切破壞的最大剪應(yīng)力，稱(chēng)為剪切強(qiáng)度。抗剪斷強(qiáng)度：指在一定的法向應(yīng)力作用下，沿預(yù)定剪切面剪斷時(shí)的最大剪應(yīng)力。它反映了巖石的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦阻力?？辜魪?qiáng)度：指在一定的法向應(yīng)力作用下，沿已有破裂面再次剪壞時(shí)的最大剪應(yīng)力。它反映了巖石中微結(jié)構(gòu)面（裂隙、層理等）或人工破裂面上的摩擦阻力。抗切強(qiáng)度：指法向應(yīng)力為零時(shí)，沿預(yù)定剪切面剪斷時(shí)的最大剪應(yīng)力。它反映了巖石的內(nèi)聚力。巖石的剪切強(qiáng)度：受剪力作用時(shí)抵抗剪切破壞的最大剪應(yīng)力，稱(chēng)為剪第二章巖體力學(xué)課件三向應(yīng)力下巖石的變形與強(qiáng)度三軸應(yīng)力下巖石的變形與強(qiáng)度測(cè)試：真三軸或不等壓三軸：>>>0假三軸：>=>0三向應(yīng)力下巖石的變形與強(qiáng)度三軸應(yīng)力下巖石的變形與強(qiáng)度測(cè)試：假三軸壓縮試驗(yàn)可以得出：（1）不同圍壓下三軸壓縮強(qiáng)度；（2）強(qiáng)度包絡(luò)線及剪切強(qiáng)度參數(shù)；（3）壓力差（）-軸向應(yīng)變曲線和變形模量。根據(jù)這些成果可以分析巖塊在三軸壓縮條件下的變形與強(qiáng)度性質(zhì)。三軸壓縮試驗(yàn)可以得出：（1）不同圍壓下三軸壓縮三軸壓縮強(qiáng)度：試件在三向壓力下能抵抗的最大軸向應(yīng)力，稱(chēng)為巖塊的三軸壓縮強(qiáng)度。通過(guò)三軸壓縮試驗(yàn)可以得到相應(yīng)圍壓的三軸壓縮強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度參數(shù)、單軸抗拉強(qiáng)度。三軸壓縮強(qiáng)度：試件在三向壓力下能抵抗的最大軸向應(yīng)力，稱(chēng)為巖塊第二章巖體力學(xué)課件圍壓對(duì)巖塊變形破壞的影響：巖石破壞前的應(yīng)變隨圍壓增大而增加；巖石逐漸由脆性轉(zhuǎn)為延性；對(duì)變形模量的影響；總體說(shuō)來(lái)，變形模量和泊松比隨著圍壓增大都有一定程度的增加。圍壓對(duì)巖塊變形破壞的影響：圍壓對(duì)巖石強(qiáng)度的影響巖石的三軸壓縮強(qiáng)度均隨圍壓的增加而增大，但是的增加速率小于的增加速率，即兩者呈非線性關(guān)系。當(dāng)圍壓為零或者很低時(shí)，應(yīng)力達(dá)到峰值后曲線迅速下降至接近零，巖塊殘余強(qiáng)度很低，隨著圍壓增大，其殘余強(qiáng)度也逐漸增大，直到產(chǎn)生應(yīng)變硬化。圍壓對(duì)巖石強(qiáng)度的影響巖石的三軸壓縮強(qiáng)度均隨圍壓巖石的蠕變特性巖石的蠕變：巖石在大小和方向不變的外力作用下，變形量隨時(shí)間延續(xù)而不斷增長(zhǎng)的現(xiàn)象。巖石的典型蠕變曲線頁(yè)巖、砂巖和花崗巖在10MPa壓力下蠕變曲線巖石的蠕變特性巖石的蠕變：巖石在大小和方向不變的外力作用下，第二節(jié)巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及巖體工程分類(lèi)巖體包括結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體兩個(gè)部分。結(jié)構(gòu)面的類(lèi)型：原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面和次生結(jié)構(gòu)面。不同的結(jié)構(gòu)面成因不同，工程地質(zhì)特性也不相同。第二節(jié)巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及巖體工程分類(lèi)巖體包括結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)面特征及其對(duì)巖體力學(xué)性質(zhì)的影響：結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀；結(jié)構(gòu)面連續(xù)性；結(jié)構(gòu)面密度；結(jié)構(gòu)面形態(tài)；結(jié)構(gòu)面張開(kāi)度；結(jié)構(gòu)面沖填膠結(jié)程度；結(jié)構(gòu)面的規(guī)模及分級(jí)；結(jié)構(gòu)面特征及其對(duì)巖體力學(xué)性質(zhì)的影響：結(jié)構(gòu)面分級(jí)及特征按結(jié)構(gòu)面的延伸長(zhǎng)度、切割深度、破碎帶寬度及其力學(xué)效應(yīng)，將其分為5級(jí)：I級(jí)：指大斷層或區(qū)域性斷層，一般延伸約數(shù)公里至數(shù)十公里以上，破碎帶寬度約數(shù)米至數(shù)百米以上。如郯廬大斷裂。П級(jí)：指延伸長(zhǎng)而寬度不大的區(qū)域性地質(zhì)界面，如較大的斷層、層間錯(cuò)動(dòng)、不整合面及原生軟弱夾層等。長(zhǎng)度一般數(shù)百米至數(shù)千米，破碎帶寬度數(shù)十厘米至數(shù)米。如西南區(qū)煤系地層。Ш級(jí)：指長(zhǎng)度數(shù)十米至數(shù)百米的斷層、區(qū)域性節(jié)理、延伸較好的層面及層間錯(cuò)動(dòng)等。寬度一般數(shù)厘米至1米。如房山巖體區(qū)域性節(jié)理。Ⅳ級(jí)：指延展性較差的節(jié)理、層面、次生裂隙、小斷層及較發(fā)育的片理、劈理面等。一般長(zhǎng)度為數(shù)十厘米至20-30米，寬度數(shù)厘米至十幾厘米。如卸荷裂隙。Ⅴ級(jí)：微結(jié)構(gòu)面。指隱節(jié)理、微層面、微裂隙及不發(fā)育的片理、劈理等。結(jié)構(gòu)面分級(jí)及特征按結(jié)構(gòu)面的延伸長(zhǎng)度、切割深度、破碎帶寬度及其結(jié)構(gòu)體：被結(jié)構(gòu)面切割成的巖石塊體。結(jié)構(gòu)體分級(jí)，可以分為4級(jí)，不同級(jí)別的結(jié)構(gòu)面所切割圍限的巖石塊體（結(jié)構(gòu)體）的規(guī)模是不同的。結(jié)構(gòu)體一般分為4級(jí)。Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面切割的Ⅳ結(jié)構(gòu)體稱(chēng)為巖塊，其內(nèi)部還有微裂隙、隱節(jié)理等Ⅴ級(jí)結(jié)構(gòu)面。結(jié)構(gòu)體：被結(jié)構(gòu)面切割成的巖石塊體。巖體結(jié)構(gòu)：巖體中結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的成因、特征、及其排列組合關(guān)系。巖體結(jié)構(gòu)類(lèi)型巖體結(jié)構(gòu)：巖體中結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的成因、特征、及其排列組合關(guān)系巖體結(jié)構(gòu)控制論巖體的應(yīng)力傳播、變形破壞以及巖體力學(xué)介質(zhì)屬性無(wú)不受控于巖體結(jié)構(gòu)。巖體結(jié)構(gòu)對(duì)工程巖體的控制作用主要表現(xiàn)在三方面：應(yīng)力傳播特征巖體的變形與破壞特征工程巖體的穩(wěn)定性巖體結(jié)構(gòu)控制論巖體的應(yīng)力傳播、變形破壞以及巖體力學(xué)介質(zhì)屬性無(wú)不同結(jié)構(gòu)巖體的變形破壞方式不同結(jié)構(gòu)巖體的變形破壞方式結(jié)構(gòu)面的變形與強(qiáng)度性質(zhì)結(jié)構(gòu)面的法向變形特征

結(jié)構(gòu)面的變形與強(qiáng)度性質(zhì)結(jié)構(gòu)面的法向變形特征

法向剛度：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，數(shù)值上等于某一點(diǎn)的切線斜率。法向剛度：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切向變形特征：結(jié)構(gòu)面切向剛度切向變形特征：結(jié)構(gòu)面切向剛度結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度，這里重點(diǎn)研究其抗剪強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度主要受結(jié)構(gòu)面的形態(tài)、連續(xù)性、膠結(jié)填充特征、壁巖性質(zhì)、次生變化和受力歷史等因素的影響。根據(jù)結(jié)構(gòu)面的形態(tài)、填充情況及連續(xù)性特征，將其劃分為：平直無(wú)填充的結(jié)構(gòu)面、粗糙起伏無(wú)填充的結(jié)構(gòu)面、非貫通連續(xù)的結(jié)構(gòu)面和具有填充物的軟弱結(jié)構(gòu)面。結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度，這里重點(diǎn)研究其抗剪強(qiáng)度。

平直無(wú)填充的結(jié)構(gòu)面：特點(diǎn)是面平直、光滑，只有微弱的風(fēng)化。平直無(wú)填充的結(jié)構(gòu)面：特點(diǎn)是面平直、光滑，只有微弱的風(fēng)化粗糙起伏無(wú)填充的結(jié)構(gòu)面：具有明顯的粗糙度，是影響結(jié)構(gòu)面剪切強(qiáng)度的一個(gè)重要因素。當(dāng)法向應(yīng)力較低：當(dāng)法向應(yīng)力足夠大時(shí)：規(guī)則鋸齒形結(jié)構(gòu)面粗糙起伏無(wú)填充的結(jié)構(gòu)面：具有明顯的粗糙度，是影響結(jié)構(gòu)面剪切強(qiáng)不規(guī)則起伏結(jié)構(gòu)面JRC-結(jié)構(gòu)面的粗糙度系數(shù)；JCS-結(jié)構(gòu)面的壁巖強(qiáng)度；

-結(jié)構(gòu)面的基本摩擦角，等于結(jié)構(gòu)面壁巖平直表面的摩擦角不規(guī)則起伏結(jié)構(gòu)面JRC-結(jié)構(gòu)面的粗糙度系數(shù)；非連續(xù)貫通的結(jié)構(gòu)面裂隙面的粘聚力和摩擦角；巖石粘聚力和摩擦角；結(jié)構(gòu)面的線連續(xù)性系數(shù)。非連續(xù)貫通的結(jié)構(gòu)面裂隙面的粘聚力和摩擦角；巖石粘聚力和摩擦角具有填充物的軟弱結(jié)構(gòu)面曲線Ⅰ為粘粒含量較高的泥化夾層的剪切曲線，而曲線Ⅱ-Ⅴ的粗碎屑成分逐漸增加。具有填充物的軟弱結(jié)構(gòu)面曲線Ⅰ為粘粒含量較高的泥化夾層的剪切曲巖體的變形研究巖體變形的意義：1.防止巖體各部分形變差過(guò)大而在建筑物結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力；2.巖體形變量過(guò)大導(dǎo)致建筑物形變量過(guò)大。巖體的形變是巖塊材料變形和結(jié)構(gòu)變形的總和，而結(jié)構(gòu)變形通常包括結(jié)構(gòu)面閉合、填充物壓密、結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)等變形，一般情況下，巖體的結(jié)構(gòu)變形起著控制作用。巖體的變形研究巖體變形的意義：1.防止巖體各部分形變差過(guò)大巖體變形參數(shù)的測(cè)定方法：一般采用原位測(cè)試：承壓板法、鉆孔變形法、狹縫法、聲波法和地震波法。節(jié)理化巖體變形參數(shù)的估算：比尼衛(wèi)斯基：Serafim和Pereira：RMR≤55RMR>55巖體變形參數(shù)的測(cè)定方法：Serafim和Pereira：R巖體的強(qiáng)度性質(zhì)巖體的剪切強(qiáng)度巖體的強(qiáng)度性質(zhì)巖體的剪切強(qiáng)度原位巖體剪切試驗(yàn)原位巖體剪切試驗(yàn)巖體的壓縮強(qiáng)度估算：利用單結(jié)構(gòu)面理論估算巖體強(qiáng)度：Hoek和Brown根據(jù)巖體性質(zhì)的理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)試驗(yàn)資料導(dǎo)出了裂隙巖體的強(qiáng)度方程。巖體的壓縮強(qiáng)度估算：第三節(jié)巖體的工程分類(lèi)巖體的工程分類(lèi)是工程地質(zhì)學(xué)中一個(gè)重要的研究課題。它是通過(guò)巖體一些簡(jiǎn)單和易實(shí)測(cè)的指標(biāo)，把工程地質(zhì)條件與巖體力學(xué)性質(zhì)聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行歸類(lèi)。并對(duì)各類(lèi)巖體質(zhì)量、工程建筑條件予以定性或定量的評(píng)價(jià)，給人們質(zhì)量好壞的改良，為工程設(shè)計(jì)和施工提供地質(zhì)依據(jù)。第三節(jié)巖體的工程分類(lèi)巖體的工程分類(lèi)是工程地質(zhì)學(xué)中一個(gè)重要的RQD分類(lèi)RQD值：大于10cm的巖芯累計(jì)長(zhǎng)度與鉆孔進(jìn)尺長(zhǎng)度之比的百分?jǐn)?shù)。RQD分類(lèi)沒(méi)有考慮巖體中結(jié)構(gòu)面性質(zhì)的影響，也沒(méi)有考慮巖塊性質(zhì)的影響及這些因素的綜合效應(yīng)。RQD分類(lèi)RMR分類(lèi)由巖塊強(qiáng)度、RQD值、節(jié)理間距、節(jié)理?xiàng)l件及地下水5類(lèi)參數(shù)組成。Q分類(lèi)

式中6個(gè)參數(shù)的組合，反映了巖體質(zhì)量的3個(gè)方面，即巖體的完整性；結(jié)構(gòu)面（節(jié)理）的形態(tài)、填充物特征及其次生變化程度；水與其他應(yīng)力存在時(shí)對(duì)巖體質(zhì)量的影響。RMR分類(lèi)BQ法國(guó)標(biāo)《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50218-94）提出二級(jí)分級(jí)法，先按巖體的基本質(zhì)量指標(biāo)BQ進(jìn)行初步分級(jí)；然后考慮其他影響因素對(duì)BQ進(jìn)行修正，再按修正后的[BQ]進(jìn)行詳細(xì)分級(jí)。BQ法工程巖體分類(lèi)的具體應(yīng)用工程巖體分類(lèi)廣泛應(yīng)用于巖體參數(shù)估算、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及其加固與支護(hù)。例子：某隧道位于地下200m處的泥巖中，巖體內(nèi)發(fā)育有3組主要結(jié)構(gòu)面：第一組結(jié)構(gòu)面為層面，其特點(diǎn)為強(qiáng)風(fēng)化，表面較為粗糙，產(chǎn)狀為180°∠10°，該組節(jié)理?xiàng)l件評(píng)分為15；第二組結(jié)構(gòu)面為節(jié)面，其特點(diǎn)為中等風(fēng)化，表面較粗糙，產(chǎn)狀為185°∠75°，該組節(jié)理?xiàng)l件評(píng)分為21，第三組結(jié)構(gòu)面為節(jié)理面，其特點(diǎn)為為中等風(fēng)化，表面較為粗糙，產(chǎn)狀為90°∠80°，該組節(jié)理?xiàng)l件評(píng)分為21；巖石抗壓強(qiáng)度為55MPa，RQD值為60%，平均裂隙寬度為0.4m。試采用RMR系統(tǒng)對(duì)該巖體進(jìn)行分類(lèi)，估算巖體力學(xué)參數(shù)，評(píng)估由東向西開(kāi)挖10m隧道的穩(wěn)定性。工程巖體分類(lèi)的具體應(yīng)用工程巖體分類(lèi)廣泛應(yīng)用于巖體參數(shù)估算、穩(wěn)RMR評(píng)分與巖體質(zhì)量分級(jí)一般巖體，巖體內(nèi)聚力200~300KPa，內(nèi)摩擦角為25°~35°，5m直徑的隧道自穩(wěn)時(shí)間為一周，如果修建10m的隧道，圍巖發(fā)生失穩(wěn)的可能性較大，建議對(duì)其進(jìn)行初期支護(hù)。RMR評(píng)分與巖體質(zhì)量分級(jí)一般巖體，巖體內(nèi)聚力200~300K風(fēng)化巖體的工程地質(zhì)特征巖體在各種風(fēng)化營(yíng)力，如太陽(yáng)能、大氣、水及動(dòng)植物有機(jī)體等的作用下，發(fā)生物理化學(xué)變化的過(guò)程，成為巖體風(fēng)化作用。風(fēng)化巖體的工程地質(zhì)特征主要有：巖體完整性遭到破壞；巖石的礦物成分和化學(xué)成分發(fā)生變化；巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)發(fā)生變化；風(fēng)化巖體的工程地質(zhì)特征巖體在各種風(fēng)化營(yíng)力，如太陽(yáng)能、大氣、水巖體的風(fēng)化分帶我國(guó)巖石風(fēng)化殼分帶的標(biāo)準(zhǔn)：1.風(fēng)化巖石的顏色；2.巖體的破碎程度；3.原生礦物的變異和新出想礦物的種類(lèi)和含量；4.物理力學(xué)性質(zhì)的變化；5.聲波特征及其變化；6.鉆探掘進(jìn)及開(kāi)挖中的技術(shù)特性。巖體的風(fēng)化分帶我國(guó)巖石風(fēng)化殼分帶的標(biāo)準(zhǔn)：第二章巖體力學(xué)第二章巖體力學(xué)第一節(jié)巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)幾個(gè)概念：巖石：是由具有一定結(jié)構(gòu)構(gòu)造的礦物（含結(jié)晶和非結(jié)晶）集合體組成。巖塊：是指不含顯著結(jié)構(gòu)面的巖石塊體，是構(gòu)成巖體的最小巖石單元體。巖體：由巖塊和結(jié)構(gòu)面組成。第一節(jié)巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)幾個(gè)概念：巖石與土的主要區(qū)別：1.巖石礦物顆粒間具有更為牢固的連接；2.巖體存在結(jié)構(gòu)面；3.巖體具有高地應(yīng)力。巖石與土的主要區(qū)別：1.巖石礦物顆粒間具有更為牢固的連接；2巖石的物理性質(zhì)巖石的密度：顆粒密度塊體密度：干密度、天然密度和飽和密度。空隙性：巖石孔隙性和裂隙性的統(tǒng)稱(chēng)，用空隙率表示?？偪障堵?、總開(kāi)空隙率、大開(kāi)空隙率、小開(kāi)空隙率和閉空隙率。巖石的物理性質(zhì)巖石的密度：巖石的吸水性：巖石在一定試驗(yàn)條件下吸收水分的能力。巖石的吸水率：指巖石試件在一個(gè)大氣壓和室溫條件下自由吸入水的質(zhì)量與試件干質(zhì)量之比。巖石的飽和吸水率：是指巖石試件在高壓（一般為15MPa）或真空條件下吸入水的質(zhì)量與巖樣干質(zhì)量之比。飽水系數(shù)：吸水率與飽和吸水率之比。反映巖石中大、小空隙的相對(duì)比例關(guān)系。巖石的吸水性：巖石在一定試驗(yàn)條件下吸收水分的能力。巖石的軟化性：巖石浸水后強(qiáng)度降低的性質(zhì)。巖石的軟化性取決于它的礦物組成及空隙性。軟化系數(shù)為飽和抗壓強(qiáng)度與干燥抗壓強(qiáng)度之比。當(dāng)軟化系數(shù)大于0.75時(shí)，軟化性弱，同時(shí)也說(shuō)明巖石的抗凍性和抗風(fēng)化能力強(qiáng)；反之亦反。巖石的軟化性：巖石浸水后強(qiáng)度降低的性質(zhì)。巖石的軟化性取決于它巖石的抗凍性：巖石抵抗凍融破壞的性質(zhì)。巖石的抗凍性常用抗凍系數(shù)和質(zhì)量損失率兩個(gè)指標(biāo)表示?？箖鱿禂?shù)是指巖石凍融實(shí)驗(yàn)后干抗壓強(qiáng)度與凍融前抗壓強(qiáng)度之比，以百分?jǐn)?shù)表示。質(zhì)量損失率是指凍融前后巖樣干質(zhì)量之差與凍融前干質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示。當(dāng)抗凍系數(shù)大于75%，質(zhì)量損失率小于2%時(shí)，認(rèn)為巖石抗凍性好；吸水率小于5%，軟化系數(shù)大于0.75以及飽水系數(shù)小于0.8的巖石，具有足夠的抗凍能力。巖石的抗凍性：巖石抵抗凍融破壞的性質(zhì)。巖石的透水性：巖石能被水透過(guò)的性質(zhì)，用滲透系數(shù)表示。它的大小取決于空隙的數(shù)量、大小、方向和連通情況。巖石的透水性：巖石能被水透過(guò)的性質(zhì)，用滲透系數(shù)表示。它的大小巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石在外力作用下所變現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)，這里主要研究變形、破壞及其強(qiáng)度。巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石在外力作用下所變現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)，這里主要研究單軸受壓下巖石的變形與強(qiáng)度巖石單軸受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線Ⅰ孔隙裂隙壓密階段；Ⅲ微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段；Ⅴ破壞后階段Ⅱ彈性變形；Ⅳ非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段；單軸受壓下巖石的變形與強(qiáng)度巖石單軸受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線Ⅰ孔隙裂隙根據(jù)美國(guó)學(xué)者米勒（1965）對(duì)28種巖石的試驗(yàn)成果，可以將巖塊峰值前應(yīng)力-軸向應(yīng)變曲線分為6類(lèi)。玄武巖鹽巖片巖片麻巖花崗巖灰?guī)r根據(jù)美國(guó)學(xué)者米勒（1965）對(duì)28種巖石的試驗(yàn)成果，可以將巖巖石的變形參數(shù)變形模量：指巖石在單向受壓時(shí)，軸向壓力與軸向應(yīng)變之比，當(dāng)巖石變形為彈性變形時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變曲線為一直線，該模量為彈性模量，數(shù)值等于直線斜率。初始模量切線模量割線模量巖石的變形參數(shù)變形模量：指巖石在單向受壓時(shí)，軸向壓力與軸向應(yīng)泊松比：巖石單向受壓時(shí)，橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變之比。在實(shí)際工作中常采用抗壓強(qiáng)度50%處的橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變之比計(jì)算泊松比。巖石的變形模量和泊松比往往具有各向異性，當(dāng)平行于微結(jié)構(gòu)面加載時(shí)，變形模量最大；當(dāng)垂直于微結(jié)構(gòu)面的變形模量最小。泊松比：巖石單向受壓時(shí)，橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變之比。在實(shí)際工作中循環(huán)荷載條件下巖石變形特征在彈性極限以?xún)?nèi)卸荷在彈性極限以外卸荷循環(huán)荷載條件下巖石變形特征在彈性極限以?xún)?nèi)卸荷在彈性極限以外卸反復(fù)加載卸載應(yīng)力應(yīng)變曲線反復(fù)加載卸載應(yīng)力應(yīng)變曲線單向受力條件下的巖石強(qiáng)度巖石的強(qiáng)度主要包括抗壓、抗拉和剪切強(qiáng)度。抗壓強(qiáng)度：巖石單向受壓時(shí)，能夠承受的最大壓應(yīng)力，稱(chēng)為單軸抗壓強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱(chēng)抗壓強(qiáng)度。影響巖石抗壓強(qiáng)度的因素：

1.巖石本身的因素，如礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、風(fēng)化程度及含水狀態(tài)等；

2.試驗(yàn)條件，如試件形狀、大小、高徑比及加工精度、加荷速率等。單向受力條件下的巖石強(qiáng)度巖石的強(qiáng)度主要包括抗壓、抗拉和剪切強(qiáng)抗拉強(qiáng)度：巖石試件單向受拉時(shí)，能承受的最大拉應(yīng)力，稱(chēng)為巖石的抗拉強(qiáng)度。影響巖石抗拉強(qiáng)度的因素與抗壓強(qiáng)度影響因素相同，但其控制作用的因素是巖石的結(jié)構(gòu)，特別是空隙性的影響尤為嚴(yán)重。巖石的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度。抗拉強(qiáng)度：巖石試件單向受拉時(shí)，能承受的最大拉應(yīng)力，稱(chēng)為巖石的巖石的剪切強(qiáng)度：受剪力作用時(shí)抵抗剪切破壞的最大剪應(yīng)力，稱(chēng)為剪切強(qiáng)度?？辜魯鄰?qiáng)度：指在一定的法向應(yīng)力作用下，沿預(yù)定剪切面剪斷時(shí)的最大剪應(yīng)力。它反映了巖石的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦阻力。抗剪強(qiáng)度：指在一定的法向應(yīng)力作用下，沿已有破裂面再次剪壞時(shí)的最大剪應(yīng)力。它反映了巖石中微結(jié)構(gòu)面（裂隙、層理等）或人工破裂面上的摩擦阻力?？骨袕?qiáng)度：指法向應(yīng)力為零時(shí)，沿預(yù)定剪切面剪斷時(shí)的最大剪應(yīng)力。它反映了巖石的內(nèi)聚力。巖石的剪切強(qiáng)度：受剪力作用時(shí)抵抗剪切破壞的最大剪應(yīng)力，稱(chēng)為剪第二章巖體力學(xué)課件三向應(yīng)力下巖石的變形與強(qiáng)度三軸應(yīng)力下巖石的變形與強(qiáng)度測(cè)試：真三軸或不等壓三軸：>>>0假三軸：>=>0三向應(yīng)力下巖石的變形與強(qiáng)度三軸應(yīng)力下巖石的變形與強(qiáng)度測(cè)試：假三軸壓縮試驗(yàn)可以得出：（1）不同圍壓下三軸壓縮強(qiáng)度；（2）強(qiáng)度包絡(luò)線及剪切強(qiáng)度參數(shù)；（3）壓力差（）-軸向應(yīng)變曲線和變形模量。根據(jù)這些成果可以分析巖塊在三軸壓縮條件下的變形與強(qiáng)度性質(zhì)。三軸壓縮試驗(yàn)可以得出：（1）不同圍壓下三軸壓縮三軸壓縮強(qiáng)度：試件在三向壓力下能抵抗的最大軸向應(yīng)力，稱(chēng)為巖塊的三軸壓縮強(qiáng)度。通過(guò)三軸壓縮試驗(yàn)可以得到相應(yīng)圍壓的三軸壓縮強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度參數(shù)、單軸抗拉強(qiáng)度。三軸壓縮強(qiáng)度：試件在三向壓力下能抵抗的最大軸向應(yīng)力，稱(chēng)為巖塊第二章巖體力學(xué)課件圍壓對(duì)巖塊變形破壞的影響：巖石破壞前的應(yīng)變隨圍壓增大而增加；巖石逐漸由脆性轉(zhuǎn)為延性；對(duì)變形模量的影響；總體說(shuō)來(lái)，變形模量和泊松比隨著圍壓增大都有一定程度的增加。圍壓對(duì)巖塊變形破壞的影響：圍壓對(duì)巖石強(qiáng)度的影響巖石的三軸壓縮強(qiáng)度均隨圍壓的增加而增大，但是的增加速率小于的增加速率，即兩者呈非線性關(guān)系。當(dāng)圍壓為零或者很低時(shí)，應(yīng)力達(dá)到峰值后曲線迅速下降至接近零，巖塊殘余強(qiáng)度很低，隨著圍壓增大，其殘余強(qiáng)度也逐漸增大，直到產(chǎn)生應(yīng)變硬化。圍壓對(duì)巖石強(qiáng)度的影響巖石的三軸壓縮強(qiáng)度均隨圍壓巖石的蠕變特性巖石的蠕變：巖石在大小和方向不變的外力作用下，變形量隨時(shí)間延續(xù)而不斷增長(zhǎng)的現(xiàn)象。巖石的典型蠕變曲線頁(yè)巖、砂巖和花崗巖在10MPa壓力下蠕變曲線巖石的蠕變特性巖石的蠕變：巖石在大小和方向不變的外力作用下，第二節(jié)巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及巖體工程分類(lèi)巖體包括結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體兩個(gè)部分。結(jié)構(gòu)面的類(lèi)型：原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面和次生結(jié)構(gòu)面。不同的結(jié)構(gòu)面成因不同，工程地質(zhì)特性也不相同。第二節(jié)巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)及巖體工程分類(lèi)巖體包括結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)面特征及其對(duì)巖體力學(xué)性質(zhì)的影響：結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀；結(jié)構(gòu)面連續(xù)性；結(jié)構(gòu)面密度；結(jié)構(gòu)面形態(tài)；結(jié)構(gòu)面張開(kāi)度；結(jié)構(gòu)面沖填膠結(jié)程度；結(jié)構(gòu)面的規(guī)模及分級(jí)；結(jié)構(gòu)面特征及其對(duì)巖體力學(xué)性質(zhì)的影響：結(jié)構(gòu)面分級(jí)及特征按結(jié)構(gòu)面的延伸長(zhǎng)度、切割深度、破碎帶寬度及其力學(xué)效應(yīng)，將其分為5級(jí)：I級(jí)：指大斷層或區(qū)域性斷層，一般延伸約數(shù)公里至數(shù)十公里以上，破碎帶寬度約數(shù)米至數(shù)百米以上。如郯廬大斷裂。П級(jí)：指延伸長(zhǎng)而寬度不大的區(qū)域性地質(zhì)界面，如較大的斷層、層間錯(cuò)動(dòng)、不整合面及原生軟弱夾層等。長(zhǎng)度一般數(shù)百米至數(shù)千米，破碎帶寬度數(shù)十厘米至數(shù)米。如西南區(qū)煤系地層。Ш級(jí)：指長(zhǎng)度數(shù)十米至數(shù)百米的斷層、區(qū)域性節(jié)理、延伸較好的層面及層間錯(cuò)動(dòng)等。寬度一般數(shù)厘米至1米。如房山巖體區(qū)域性節(jié)理。Ⅳ級(jí)：指延展性較差的節(jié)理、層面、次生裂隙、小斷層及較發(fā)育的片理、劈理面等。一般長(zhǎng)度為數(shù)十厘米至20-30米，寬度數(shù)厘米至十幾厘米。如卸荷裂隙。Ⅴ級(jí)：微結(jié)構(gòu)面。指隱節(jié)理、微層面、微裂隙及不發(fā)育的片理、劈理等。結(jié)構(gòu)面分級(jí)及特征按結(jié)構(gòu)面的延伸長(zhǎng)度、切割深度、破碎帶寬度及其結(jié)構(gòu)體：被結(jié)構(gòu)面切割成的巖石塊體。結(jié)構(gòu)體分級(jí)，可以分為4級(jí)，不同級(jí)別的結(jié)構(gòu)面所切割圍限的巖石塊體（結(jié)構(gòu)體）的規(guī)模是不同的。結(jié)構(gòu)體一般分為4級(jí)。Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面切割的Ⅳ結(jié)構(gòu)體稱(chēng)為巖塊，其內(nèi)部還有微裂隙、隱節(jié)理等Ⅴ級(jí)結(jié)構(gòu)面。結(jié)構(gòu)體：被結(jié)構(gòu)面切割成的巖石塊體。巖體結(jié)構(gòu)：巖體中結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的成因、特征、及其排列組合關(guān)系。巖體結(jié)構(gòu)類(lèi)型巖體結(jié)構(gòu)：巖體中結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的成因、特征、及其排列組合關(guān)系巖體結(jié)構(gòu)控制論巖體的應(yīng)力傳播、變形破壞以及巖體力學(xué)介質(zhì)屬性無(wú)不受控于巖體結(jié)構(gòu)。巖體結(jié)構(gòu)對(duì)工程巖體的控制作用主要表現(xiàn)在三方面：應(yīng)力傳播特征巖體的變形與破壞特征工程巖體的穩(wěn)定性巖體結(jié)構(gòu)控制論巖體的應(yīng)力傳播、變形破壞以及巖體力學(xué)介質(zhì)屬性無(wú)不同結(jié)構(gòu)巖體的變形破壞方式不同結(jié)構(gòu)巖體的變形破壞方式結(jié)構(gòu)面的變形與強(qiáng)度性質(zhì)結(jié)構(gòu)面的法向變形特征

結(jié)構(gòu)面的變形與強(qiáng)度性質(zhì)結(jié)構(gòu)面的法向變形特征

法向剛度：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，數(shù)值上等于某一點(diǎn)的切線斜率。法向剛度：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切向變形特征：結(jié)構(gòu)面切向剛度切向變形特征：結(jié)構(gòu)面切向剛度結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度，這里重點(diǎn)研究其抗剪強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度主要受結(jié)構(gòu)面的形態(tài)、連續(xù)性、膠結(jié)填充特征、壁巖性質(zhì)、次生變化和受力歷史等因素的影響。根據(jù)結(jié)構(gòu)面的形態(tài)、填充情況及連續(xù)性特征，將其劃分為：平直無(wú)填充的結(jié)構(gòu)面、粗糙起伏無(wú)填充的結(jié)構(gòu)面、非貫通連續(xù)的結(jié)構(gòu)面和具有填充物的軟弱結(jié)構(gòu)面。結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度，這里重點(diǎn)研究其抗剪強(qiáng)度。

平直無(wú)填充的結(jié)構(gòu)面：特點(diǎn)是面平直、光滑，只有微弱的風(fēng)化。平直無(wú)填充的結(jié)構(gòu)面：特點(diǎn)是面平直、光滑，只有微弱的風(fēng)化粗糙起伏無(wú)填充的結(jié)構(gòu)面：具有明顯的粗糙度，是影響結(jié)構(gòu)面剪切強(qiáng)度的一個(gè)重要因素。當(dāng)法向應(yīng)力較低：當(dāng)法向應(yīng)力足夠大時(shí)：規(guī)則鋸齒形結(jié)構(gòu)面粗糙起伏無(wú)填充的結(jié)構(gòu)面：具有明顯的粗糙度，是影響結(jié)構(gòu)面剪切強(qiáng)不規(guī)則起伏結(jié)構(gòu)面JRC-結(jié)構(gòu)面的粗糙度系數(shù)；JCS-結(jié)構(gòu)面的壁巖強(qiáng)度；

-結(jié)構(gòu)面的基本摩擦角，等于結(jié)構(gòu)面壁巖平直表面的摩擦角不規(guī)則起伏結(jié)構(gòu)面JRC-結(jié)構(gòu)面的粗糙度系數(shù)；非連續(xù)貫通的結(jié)構(gòu)面裂隙面的粘聚力和摩擦角；巖石粘聚力和摩擦角；結(jié)構(gòu)面的線連續(xù)性系數(shù)。非連續(xù)貫通的結(jié)構(gòu)面裂隙面的粘聚力和摩擦角；巖石粘聚力和摩擦角具有填充物的軟弱結(jié)構(gòu)面曲線Ⅰ為粘粒含量較高的泥化夾層的剪切曲線，而曲線Ⅱ-Ⅴ的粗碎屑成分逐漸增加。具有填充物的軟弱結(jié)構(gòu)面曲線Ⅰ為粘粒含量較高的泥化夾層的剪切曲巖體的變形研究巖體變形的意義：1.防止巖體各部分形變差過(guò)大而在建筑物結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力；2.巖體形變量過(guò)大導(dǎo)致建筑物形變量過(guò)大。巖體的形變是巖塊材料變形和結(jié)構(gòu)變形的總和，而結(jié)構(gòu)變形通常包括結(jié)構(gòu)面閉合、填充物壓密、結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)等變形，一般情況下，巖體的結(jié)構(gòu)變形起著控制作用。巖體的變形研究巖體變形的意義：1.防止巖體各部分形變差過(guò)大巖體變形參數(shù)的測(cè)定方法：一般采用原位測(cè)試：承壓板法、鉆孔變形法、狹縫法、聲波法和地震波法。節(jié)理化巖體變形參數(shù)的估算：比尼衛(wèi)斯基：Serafim和Pereira：RMR≤55RMR>55巖體變形參數(shù)的測(cè)定方法：Serafim和Pereira：R巖體的強(qiáng)度性質(zhì)巖體的剪切強(qiáng)度巖體的強(qiáng)度性質(zhì)巖體的剪切強(qiáng)度原位巖體剪切試驗(yàn)原位巖體剪切試驗(yàn)巖體的壓縮強(qiáng)度估算：利用單結(jié)構(gòu)面理論估算巖體強(qiáng)度：Hoek和Brown根據(jù)巖體性質(zhì)的理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)試驗(yàn)資料導(dǎo)出了裂隙巖體的強(qiáng)度方程。巖體的壓縮強(qiáng)度估算：第三節(jié)巖體的工程分類(lèi)巖