工程地質(zhì)原理

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(yīng)力，就會(huì)在體積、形狀或宏觀連續(xù)性上發(fā)生某種變化（解釋?zhuān)：暧^連續(xù)性無(wú)明顯變化者稱(chēng)為變形（deformation)。

破壞：如果宏觀連續(xù)性發(fā)生了顯著變化的稱(chēng)為破壞（failure)。巖體變形破壞的方式與過(guò)程既取決于巖體的巖性、結(jié)構(gòu)，也與所承受的應(yīng)力狀態(tài)及其變化有關(guān)。

為什么要研究這兩個(gè)問(wèn)題，因?yàn)閹r體在變形發(fā)展與破壞過(guò)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(yīng)力狀態(tài)也隨之調(diào)整，并引起彈性變形和釋放等效應(yīng)。區(qū)域穩(wěn)定和巖體穩(wěn)定工程分析中的一個(gè)核心問(wèn)題就是要對(duì)上述變化和效應(yīng)作出預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，并論證它們對(duì)人類(lèi)工程活動(dòng)的影響。本章首先討論不同荷載條件下巖體變形破壞機(jī)制和過(guò)程；在此基礎(chǔ)上討論變形破壞過(guò)程中的時(shí)間效應(yīng)及巖體中空隙水壓力對(duì)巖體變形破壞的影響。3.1.1巖體變形破壞的基本過(guò)程與階段劃分根據(jù)裂隙巖石的三軸壓縮實(shí)驗(yàn)過(guò)程曲線，可大致將塊狀巖體受力變形破壞過(guò)程劃分為五個(gè)階段：見(jiàn)圖圖3-1三軸壓應(yīng)力作用下巖石的變形破壞過(guò)程3.超過(guò)彈性極限（屈服點(diǎn)），巖體進(jìn)入塑性變形階段，體內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)微破裂，且隨應(yīng)力差的增大而發(fā)展，當(dāng)應(yīng)力保持不變時(shí)，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(yīng)變速率和側(cè)向應(yīng)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(yīng)力應(yīng)變曲線呈緩坡下凹型4.微破裂的發(fā)展出現(xiàn)了質(zhì)的變化：即使工作應(yīng)力保持不變，由于應(yīng)力的集中效應(yīng)，破裂仍會(huì)不斷的累進(jìn)性發(fā)展。首先從薄弱環(huán)節(jié)開(kāi)始，然后應(yīng)力在另一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)集中，依次下去，直至整體破壞。體積應(yīng)變轉(zhuǎn)為膨脹，軸應(yīng)變速率和側(cè)向應(yīng)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(jìn)入彈性變形階段。該過(guò)程的長(zhǎng)短視巖石堅(jiān)硬程度而定5.強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度上述各階段不同的巖體會(huì)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塊體為其標(biāo)志。（2）變形過(guò)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(yù)測(cè)其發(fā)展趨勢(shì)的重要依據(jù)。（3）變形過(guò)程中還包含恒定應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下的蠕變（或流變）。即變形到破壞有時(shí)經(jīng)歷一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期，過(guò)程中蠕變效應(yīng)意義重大。巖體的不穩(wěn)定發(fā)展階段相當(dāng)于加速蠕變階段，進(jìn)入此階段的巖體達(dá)到最終破壞已勢(shì)在必然，僅僅是個(gè)時(shí)間的問(wèn)題。判斷進(jìn)入加速蠕變階段的變形標(biāo)志和臨界應(yīng)力狀態(tài)是一個(gè)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(jī)制可將巖體破壞劃分為剪性破壞和張性破壞兩類(lèi)。巖體破壞剪斷破壞剪性破壞張性破壞剪切滑動(dòng)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(shí)驗(yàn)表明，巖石破壞形式與圍壓的大小有明顯的關(guān)系。（1）當(dāng)在負(fù)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(dāng)圍壓升高到一定值以后，表現(xiàn)為塑性破壞。

破壞機(jī)制轉(zhuǎn)化的界限稱(chēng)為破壞機(jī)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(jiǎn)斷破壞的轉(zhuǎn)化圍壓為1/5——1/4[σ]（巖石單軸抗拉強(qiáng)度），由剪切轉(zhuǎn)化為塑性破壞的轉(zhuǎn)化圍壓為1/3—2/3[σ]。在三向應(yīng)力力狀態(tài)，中中間主應(yīng)力力（σ2）與最大主主應(yīng)力、最最小主應(yīng)力力之間的比比值關(guān)系上上決定巖石石破壞性質(zhì)質(zhì)的一個(gè)重重要因素。。納達(dá)（1970））提出σ2偏向最大主主應(yīng)力或最最小主應(yīng)力力的“應(yīng)力力狀態(tài)類(lèi)型型參數(shù)”——α來(lái)劃劃分應(yīng)力狀狀態(tài)類(lèi)型：：α=（2σ2-σ1-σ3）/（σσ1-σ3）;當(dāng)α=1時(shí)時(shí)，即σ2=σ1，為拉伸應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)；；當(dāng)α=-1時(shí)，即即σ2=σ3，為壓縮應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)。。3.1.2.2巖巖體破壞形形式與巖體體結(jié)構(gòu)特征征關(guān)系在低圍壓條件件下巖石的三軸軸試驗(yàn)表明明：（1）在相同同的應(yīng)力狀狀態(tài)下完整塊體狀狀堅(jiān)硬巖石表表現(xiàn)為張性性破壞，通通常釋放出出高的彈性性應(yīng)變能；；（2）含有有軟弱結(jié)構(gòu)構(gòu)面的塊狀巖體，當(dāng)結(jié)結(jié)構(gòu)面與最最大主應(yīng)力力之間角度合適時(shí)，則表現(xiàn)現(xiàn)為沿結(jié)構(gòu)構(gòu)面剪切滑滑動(dòng)破壞；；（3）碎裂裂狀巖體的的破壞方式式介于二者者之間；（4）碎塊塊狀或散體體狀巖體，，表現(xiàn)為塑塑性破壞。。3.1.3巖體的的強(qiáng)度特征征巖體的強(qiáng)度度不能簡(jiǎn)單單地用巖石石的強(qiáng)度來(lái)來(lái)表示。它它不僅與巖巖體的巖性性、結(jié)構(gòu)、、巖體的受受力狀態(tài)有有關(guān)，而且且還決定于于巖體的可可能破壞方方式。設(shè)結(jié)結(jié)構(gòu)面與最最大主應(yīng)力力夾角α。。模擬實(shí)驗(yàn)表表明：（1）0oo<α<8o或42o<αα<52o巖體破壞破破壞形式將將部分沿結(jié)構(gòu)構(gòu)面剪切滑滑移、部分分剪斷完整整巖石，此時(shí)巖石石的強(qiáng)度與與結(jié)構(gòu)面和巖石的抗剪性能有關(guān)。圖3-4三三種破壞壞形式的極極限應(yīng)力系系數(shù)(n)①沿結(jié)構(gòu)構(gòu)面滑動(dòng)；；②剪斷斷完整巖石石；③部部分沿結(jié)構(gòu)構(gòu)面，部分分剪斷巖石石（2）8o<αα<42oo巖體的破壞壞將采取沿沿結(jié)構(gòu)面剪剪切滑移的的形式。此此時(shí)，巖體體的強(qiáng)度受受結(jié)構(gòu)面抗抗剪性能及及其方位所所控制；（3）α>52oo時(shí)巖體破壞為為剪斷完整整巖體。以上討論的的為巖體的的極限強(qiáng)度度。巖體由彈性性變形階段段進(jìn)入塑性性變形階段段的臨界應(yīng)應(yīng)力稱(chēng)為為巖體的屈服強(qiáng)度（σy）巖體進(jìn)入不不穩(wěn)定破裂裂發(fā)展階段段的臨界應(yīng)應(yīng)力稱(chēng)為長(zhǎng)期強(qiáng)度（σc）。巖體遭受最最終破壞以以后仍然保保存有一定定的強(qiáng)度，，稱(chēng)為殘余強(qiáng)度。3.2巖巖體在加荷荷過(guò)程中的的變形與破破壞3.2.1拉斷破破壞機(jī)制與與過(guò)程3.2.1.1拉應(yīng)應(yīng)力條件件下的拉拉斷破壞壞拉應(yīng)力條條件下巖巖石的拉拉斷破壞壞過(guò)程十十分暫短短。根據(jù)格里里菲斯破破壞準(zhǔn)則則，當(dāng)σσ1+3σ3≤0時(shí)，拉拉應(yīng)力σσ3對(duì)巖巖石的破破壞起主主導(dǎo)作用用，此時(shí)時(shí)拉破壞壞準(zhǔn)則為為：〔σ3〕=-St（（St：巖石石的抗拉拉強(qiáng)度））當(dāng)巖體中中的結(jié)構(gòu)構(gòu)面處于于有利位位置時(shí)，，巖體的的抗拉強(qiáng)強(qiáng)度遠(yuǎn)低低于巖石石，拉斷斷破壞更更易發(fā)生生。3.2.1.2壓應(yīng)應(yīng)力條件件下的拉拉斷破壞壞壓應(yīng)力條條件下的的拉斷破破壞過(guò)程程要復(fù)雜雜得多。。此時(shí)切切向拉應(yīng)應(yīng)力集中中最強(qiáng)的的部位位位于與主主應(yīng)力方方向夾角角β為30-40o的的裂隙隙的端部部，因而而破壞首首先在這這樣一些些方位有有利的裂裂隙端部部出現(xiàn)，，隨之?dāng)U擴(kuò)展為分分支裂隙隙（J2t）。。其初始始方向與與原有裂裂隙長(zhǎng)軸軸方向間間夾角為為2β，，隨后逐逐漸轉(zhuǎn)向向與最大大主應(yīng)力力平行。。隨破裂裂的發(fā)展展，隙壁壁上切向向拉應(yīng)力力集中程程度也隨隨之而降降低，當(dāng)分支裂裂隙轉(zhuǎn)為為平行于于最大主主應(yīng)力方方向后即即自動(dòng)停停止擴(kuò)展展。故此階段段屬穩(wěn)定定破裂發(fā)發(fā)展階段段。這類(lèi)張裂裂隙的形形成機(jī)制制區(qū)別于于前者，，稱(chēng)為壓致拉裂裂（compressionfracture）隨著壓應(yīng)應(yīng)力的進(jìn)進(jìn)一步增增高，已已出現(xiàn)的的分支裂裂隙將進(jìn)進(jìn)一步擴(kuò)擴(kuò)展，其它方方向稍稍稍不利的的裂隙端端部也將將產(chǎn)生分分之裂隙隙。巖體體中出現(xiàn)現(xiàn)一系列列與最大大主應(yīng)力力方向平平行的裂裂隙。這這些裂隙隙可表現(xiàn)現(xiàn)為具有有一定的的等距特特征，是是巖體板板裂化的的主要形形成機(jī)制制之一。。壓應(yīng)力增增高至裂裂隙貫通通，則導(dǎo)導(dǎo)致破壞壞。按格里菲菲斯準(zhǔn)則則，當(dāng)σσ1+3σ3>0時(shí)其破壞準(zhǔn)準(zhǔn)則為（（σ1-σσ3））2/（σσ1+σσ3））=8St(巖巖石的抗抗拉強(qiáng)度度）單軸條件件下，〔〔σσ1〕=8St三向壓應(yīng)應(yīng)力條件件下有：：（σ1-σσ2））2+（σσ2-σ3）2+（σσ1-σ32/（σσ1+σσ2+σ3）=24St3.2.2剪剪切變形形破壞機(jī)機(jī)制與過(guò)過(guò)程3.2.2.1完整整巖體的的剪斷破破壞機(jī)制制與過(guò)程程一完整巖巖體的剪剪斷破壞壞具有明明顯的階階段性。。經(jīng)壓密、彈性性變形兩個(gè)個(gè)階段進(jìn)入入破裂階段段以后，內(nèi)內(nèi)部變形破裂變形形十分復(fù)雜雜（圖3－－9）。1.沿潛潛在剪切面面的剪斷機(jī)制制與過(guò)程（1）拉張張分支裂隙隙的形成與與擴(kuò)展（2）法向向壓碎帶的的形成（3）潛在在剪切面的的貫通2.單剪剪應(yīng)力條件件下的破壞壞變形機(jī)制制與過(guò)程當(dāng)剪切變形形發(fā)生在有有一定厚度度的剪切帶帶中，表現(xiàn)現(xiàn)為在單剪剪（simpleshear）應(yīng)力力條件下或或一對(duì)力偶偶作用下的的變形破壞壞。在所形成的的破裂跡象象中較為常常見(jiàn)和具有有代表性的的是雁列破破裂面。這這種破裂面面進(jìn)一步分分為張性雁雁列和壓扭扭性雁列兩兩類(lèi)，排列列方式正好好相反。張性雁列縫縫T的生長(zhǎng)方向向大體與單單剪帶中的的最大主應(yīng)應(yīng)力方向平平行，與剪剪切方向夾夾角約45°，有時(shí)時(shí)還可形成成共扼的兩兩組低次序序剪切裂隙隙。壓扭性雁列列縫P生長(zhǎng)方向與與剪動(dòng)方向向夾角大約約與巖石材材料內(nèi)摩擦擦角相當(dāng)。。兩者有時(shí)時(shí)可在同一一剪切帶中中疊加產(chǎn)出出。3.2.2.2沿沿原有結(jié)構(gòu)構(gòu)面的剪切切機(jī)制與過(guò)過(guò)程這類(lèi)破壞機(jī)機(jī)制及過(guò)程程與結(jié)構(gòu)面面特征密切切相關(guān)。斷斷續(xù)結(jié)構(gòu)面面，其剪切切破壞過(guò)程程與前者相相近，這里里著重討論論連續(xù)性較較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)面(帶),按其抗抗剪性能可可分為平面面摩擦、糙糙面摩擦和和轉(zhuǎn)動(dòng)(滾滾動(dòng))摩擦擦三類(lèi)。1.平面面摩擦表現(xiàn)為平面面摩擦特征征的結(jié)構(gòu)面面，通常為為地質(zhì)歷史史過(guò)程中曾曾經(jīng)遭受過(guò)過(guò)剪切滑動(dòng)動(dòng)、隨后又又未膠結(jié)的的結(jié)構(gòu)面，，如層間錯(cuò)錯(cuò)動(dòng)面、扭扭性斷裂面面、滑動(dòng)面面等。這類(lèi)類(lèi)結(jié)構(gòu)面在在其形成過(guò)過(guò)程中，隨隨剪切滑動(dòng)動(dòng)的發(fā)展，，結(jié)構(gòu)面的的抗剪強(qiáng)度度已接近殘殘余強(qiáng)度(圖3—13①)；；某些充填填有足夠厚厚的塑性?shī)A夾泥致使隙隙面的起伏伏差和糙度度已不起控控制作用的的結(jié)構(gòu)面，，亦具平面面摩擦特征征，其抗剪剪強(qiáng)度由夾夾泥的性能能所決定。。對(duì)于這類(lèi)結(jié)結(jié)構(gòu)面，一一旦剪應(yīng)力力達(dá)到結(jié)構(gòu)構(gòu)面的殘余余抗剪強(qiáng)度度，或外力力作用方向向與結(jié)構(gòu)面面法線方向向間夾角αα(稱(chēng)傾斜斜角)等于于或大于平平面摩擦角角φs(一般情況況相當(dāng)于殘殘余摩擦角角φr)時(shí)，即S=σtgφs或α≥≥φs則剪切滑動(dòng)動(dòng)發(fā)生。在三向應(yīng)力力狀態(tài)下的的起動(dòng)判據(jù)據(jù)，可采用用公式(3一2，假假定不考慮慮C值，則則有:（ncr為應(yīng)力系數(shù)數(shù)）結(jié)構(gòu)面的動(dòng)動(dòng)摩擦角φφk低于其靜摩摩擦角φs,兩者相差的的程度與巖巖石性質(zhì)、、接觸面的的光滑程度度、溫度，，充填物的的性質(zhì)，滑滑移速度，，濕度以及及振動(dòng)狀況況都有關(guān)。。某些材料料試驗(yàn)表明明動(dòng)、靜摩摩擦角的差差別可以十十分懸殊(如鑄鐵的的φs，為48，而其φk值僅為830′).因而剪切切位移一旦旦起動(dòng)，由由于靜、動(dòng)動(dòng)摩擦相差差懸殊，可可出現(xiàn)突躍躍的剪切位位移，即所所謂粘滑stick—slip)現(xiàn)象象。如果圖3——14中滑滑塊為一不不受彈簧約約束的自由由塊，一旦旦起動(dòng)并在在外力持續(xù)續(xù)作用的條條件下，可可獲得一定定加速度作作繼續(xù)運(yùn)動(dòng)動(dòng)，直至外外力降至F2后[圖圖3—14(b)]，才轉(zhuǎn)為為減速制動(dòng)動(dòng)。以上分析表表明，受這這類(lèi)結(jié)構(gòu)面面控制的滑滑移運(yùn)動(dòng)對(duì)對(duì)外力十分分敏感。沿沿這類(lèi)結(jié)構(gòu)構(gòu)面的滑動(dòng)動(dòng)也具有脈脈動(dòng)特征，，通常認(rèn)為為沿其發(fā)生生的穩(wěn)滑很很可能是由由一系列小小階步脈動(dòng)動(dòng)滑移所組組成，或?qū)賹偃鋭?dòng)滑移移性質(zhì)。2糙面摩摩擦具這類(lèi)摩擦擦特征的結(jié)結(jié)構(gòu)面，通通常為地質(zhì)質(zhì)歷史過(guò)程程中來(lái)遭受受過(guò)明顯剪剪動(dòng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)面，如張張性斷裂面面，原生波波狀面等。。這類(lèi)結(jié)構(gòu)構(gòu)面具有明明顯的起伏伏差或凸起起體，就其其表面形態(tài)態(tài)可分為曲曲齒狀，鋸鋸齒狀和波波狀三類(lèi)[圖3—15(a)]并且在在大的起伏伏面上還可可劃分出次次一級(jí)起伏伏[圖3-15(b)]。剪剪切破壞可可能有三種種情況：(1)越過(guò)過(guò)凸起體相對(duì)兩個(gè)面面的凸起體體相互滑過(guò)過(guò)而不發(fā)生生破壞。這這種方式發(fā)發(fā)生在結(jié)構(gòu)構(gòu)面法向(有效)應(yīng)應(yīng)力低，起起體起伏角角(i)較較緩且剛度度較高的情情況下。此此時(shí)發(fā)生剪剪動(dòng)的條件件為：S=σtg(φJ(rèn)+i)(3——10)剪動(dòng)過(guò)程具有以以下動(dòng)態(tài)特征：：①均勻的波狀面面，隨剪切位移移（u）的增大大,i值也隨之之變化。以正弦弦波狀面為例，，在u=0-1/4λ區(qū)段，，i=f(u)為增函數(shù);u=1/4-1/2λ段，f(u)為減函函數(shù)。當(dāng)u越過(guò)過(guò)1／2λ時(shí)，，i室為負(fù)值。。上述過(guò)程中，，剪切帶也將以以λ／2為周期期發(fā)生剪脹和閉閉合交替現(xiàn)象。。②均勻的鋸齒狀狀結(jié)構(gòu)面，剪動(dòng)動(dòng)過(guò)程也具有上上述類(lèi)似特征。。但齒端應(yīng)力集集中現(xiàn)象較前者者更強(qiáng)烈，往往往被壓碎，其發(fā)發(fā)展趨勢(shì)使鋸齒齒面向波狀面演演化(圖3—16)。齒端剪剪斷階段[圖3－16（c））]時(shí)的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度為：S=σtgφ0+acC0(3-10)式中：φ0、C0為巖石材料的內(nèi)內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚聚力，ac為齒端端剪斷面面所占比例。剪剪切的繼續(xù)發(fā)展展，其強(qiáng)度則與與波狀面的情況況類(lèi)似[圖3－－16（d）]③天然起伏面，，大數(shù)呈不規(guī)則則狀態(tài)。剪切起起始階段，一些些陡度大而形體體窄小的凸起體體將首先被剪斷斷。隨剪動(dòng)進(jìn)展展，起伏角將由由那些寬緩且在在相應(yīng)法應(yīng)力條條件下不會(huì)被剪剪斷的凸起體的的平均坡角（i）所決定，強(qiáng)強(qiáng)度表達(dá)式分別別為：起動(dòng)階段：Sa=σtg(φJ(rèn)+i)+acC0)(3-11)剪斷后S=σtg(φφJ(rèn)+i)(3-12)式中：αc為剪斷的凸起體體所占面積比。。上述特征說(shuō)明，，這類(lèi)結(jié)構(gòu)面在在剪動(dòng)過(guò)程中也也具有明顯的脈脈動(dòng)特征，且剪剪脹與壓縮交替替出現(xiàn)，這在巖巖體變形破壞論論證中具有十分分重要的意義。。（2）剪斷凸起起體剪切過(guò)程中將凸凸起體剪斷（圖圖3－17）。。這種現(xiàn)象較普普遍，通常大量量發(fā)生于高法向向（有效）應(yīng)力力條件下。不過(guò)過(guò)研究表明，即即使法向應(yīng)力為為零的條件下，，i角大于550－650的凸起體（凸齒齒狀結(jié)構(gòu)面，[圖3－17（（a）]仍會(huì)被被剪斷，此時(shí)發(fā)發(fā)生剪斷滑動(dòng)的的條件為：(3-13)式中：(1-ac)相當(dāng)于無(wú)凸起起體的平滑段所所占比例。試驗(yàn)顯示（圖3－17），凸凸起體被剪斷，，實(shí)際上式一個(gè)個(gè)拉張和壓碎的的過(guò)程，將圖3－17與圖3－10對(duì)照，，凸起體的剪斷斷與鎖固段的破破裂壓碎過(guò)程十十分相似。根據(jù)據(jù)這一破壞機(jī)制制，可采用巖石石的單軸抗壓強(qiáng)強(qiáng)度（RC)和抗拉強(qiáng)度（（St)來(lái)確定其抗剪剪強(qiáng)度，費(fèi)赫斯斯特（Fairhurst,1964）提提出的表達(dá)式為為：(3-14)式中：(3)刻痕或犁犁槽凸起體在其相對(duì)對(duì)面上刻痕或犁犁槽，這也是一一種普遍現(xiàn)象，，但都發(fā)生于凸凸起體的硬度不不低于對(duì)面的硬硬度時(shí)。此時(shí)要要使之產(chǎn)生滑動(dòng)動(dòng)，也需要克服服一部分內(nèi)聚力力，起動(dòng)條件為為：(3一15)式中：c。為刻刻(犁)槽提供供的內(nèi)聚力；t為刻(犁)槽所所占面積比例。。有關(guān)其剪動(dòng)過(guò)過(guò)程,將在時(shí)間間效應(yīng)一節(jié)中討討論。由以上討論可見(jiàn)見(jiàn)，糙面摩擅所所具有的高于平平面摩擦的強(qiáng)度度值，均與凸起起體的特征有關(guān)關(guān)，它的剪動(dòng)過(guò)過(guò)程與前述剪斷斷過(guò)程有相似之之處．當(dāng)施加的的剪應(yīng)力低于該該面的峰值強(qiáng)度度，但已超過(guò)其其殘余強(qiáng)度時(shí)，，即當(dāng)：f＝＝0時(shí)，沿沿結(jié)構(gòu)面的剪切切變形仍有可能能進(jìn)入破裂發(fā)展展階毆，甚至可可能進(jìn)入不穩(wěn)定定破裂發(fā)展階段段，通過(guò)累進(jìn)性性破壞導(dǎo)致最終終破壞．這是因因?yàn)槟切┩蛊鸩坎课慌c鎖固段B一樣，也將是是剪應(yīng)力高度集集中的部位，且且凸起愈陡，應(yīng)應(yīng)力集中程度也也將愈高。此外外，諸凸起體的的抗剪強(qiáng)度也可可因巖性的下均均一而有所不同同．這樣，那些應(yīng)力集中程程度已超過(guò)凸起起體的極限強(qiáng)度度的部位，將立立即被剪斷，而而那些應(yīng)力稍低低但已達(dá)到使凸凸起體的變形進(jìn)進(jìn)入不穩(wěn)定破裂裂發(fā)展階段的部部位，也會(huì)由于于破裂的累進(jìn)發(fā)發(fā)展而逐慚被剪剪斷．隨著這些些凸起體被各個(gè)個(gè)擊破，剪應(yīng)力力將向另一些未未被剪斷的凸起起體集中，使另另一些凸起體遭遭受破壞。這種種“各個(gè)擊破””的破壞方式繼繼續(xù)進(jìn)行的結(jié)果果，常能使巖體體沿這類(lèi)結(jié)構(gòu)面面突然喪失穩(wěn)定定性，而且一旦旦破壞，共強(qiáng)度度急劇降低，因因而所造成的破破壞往往是突發(fā)發(fā)而迅猛的，能能迅速釋放出大大量動(dòng)能。過(guò)程程中每次凸起體體的突破或被越越過(guò)，都會(huì)造成成剪切位移的突突躍．對(duì)于這類(lèi)結(jié)構(gòu)面面，正確判定其其是否已進(jìn)入發(fā)發(fā)生累進(jìn)性破壞壞的不穩(wěn)定破裂裂階段，將是十十分重要的．水水電部門(mén)規(guī)范中中規(guī)定，當(dāng)峰值值抗剪強(qiáng)度中考考慮了剪斷鎖固固段(不連續(xù)段段)巖石的內(nèi)聚聚力時(shí)．安全系系數(shù)應(yīng)提高到3.5-4．巴頓(Barton，1977)根據(jù)大量量試驗(yàn)資料，按按結(jié)構(gòu)面面的糙度和邊壁壁的抗壓強(qiáng)度來(lái)來(lái)確定結(jié)構(gòu)面的的峰值抗剪強(qiáng)度度：(3—16)式中：JRC代代表結(jié)構(gòu)面粗糙糙廢系數(shù)，糙度度劃分為圖3——18所所示十個(gè)等級(jí)，，JRC值變化化在0-20之之間；JCS代表結(jié)構(gòu)構(gòu)面邊壁的抗壓壓強(qiáng)度，可用回回彈儀在現(xiàn)場(chǎng)直直接測(cè)定，φb為結(jié)構(gòu)邊壁的基基本摩擦角(接接近殘余摩擦角角φr)，由試驗(yàn)或經(jīng)經(jīng)驗(yàn)確定;σσn為結(jié)構(gòu)面上的有有效法向應(yīng)力。。該公式不考慮慮巖石的內(nèi)聚力力，直接從結(jié)構(gòu)構(gòu)面邊壁的抗壓壓強(qiáng)度與其實(shí)際際承受的法向應(yīng)應(yīng)力兩者來(lái)確定定糙度在增強(qiáng)抗抗剪強(qiáng)度方面所所起的作用，該該值可作為確定定結(jié)構(gòu)面的長(zhǎng)期期抗剪強(qiáng)度的重重要參考值。3.轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦和和滾動(dòng)摩擦當(dāng)剪切是沿某一一碎塊體構(gòu)成的的剪切帶，或沿沿夾有許多碎塊塊的斷裂面發(fā)生生時(shí)，被兩組或或兩組以上的結(jié)結(jié)構(gòu)面切割的塊塊體或碎塊可能能發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，這這種碎塊的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)將成為這類(lèi)結(jié)結(jié)構(gòu)面（帶）剪剪動(dòng)的控制機(jī)制制。納西曼托(Nascimento，1971)提出出如圖：3———19所示轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)摩擦模式，模模式中假定碎抉抉是一些規(guī)則的的平行六面體。。4.分離“碎塊塊”的轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦擦由圖3—19(a)①可見(jiàn)，，剪動(dòng)過(guò)程中六六面體碎塊將以以其底面的邊棱棱線為轉(zhuǎn)動(dòng)軸(該軸線在圖面面上投影為o點(diǎn)點(diǎn))。這樣，上上滑面的運(yùn)動(dòng)軌軌跡由碎塊上軸軸點(diǎn)o的對(duì)角點(diǎn)點(diǎn)P的運(yùn)動(dòng)軌跡跡所決定。P點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡跡為一條以o為為圓心，以斜邊邊長(zhǎng)oP為半徑徑的圓弧線C（（圖3—19(a)②)。因因此滑動(dòng)過(guò)程相相當(dāng)于滑塊越過(guò)過(guò)一個(gè)圓弧形的的凸起體，該圓圓弧線上任一點(diǎn)點(diǎn)的切線與剪切切方向線的夾角角即為該點(diǎn)處滑滑塊爬升或下降降的坡角(如圖圖3一土9(a)②)。如果果不考慮滑塊間間的面摩擦，則則該坡角即為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦角角φ，它應(yīng)與處處于極限平衡狀狀態(tài)時(shí)作用力的的傾斜角α一致致[圖3一19（a）①)。。起動(dòng)時(shí)曲角為為φ=α=δ=tg-1(a/b)式中：δ為翻翻轉(zhuǎn)角，a,b分別為碎塊的的寬和高。隨后后，ΦΦ隨碎塊塊的轉(zhuǎn)動(dòng)角γ而而呈線性降低（（圖3-19（（a)③）,即即f＝d－l(3-17)當(dāng)當(dāng)對(duì)角角線OP直立（（a=0)時(shí)：：l＝d即f＝0此時(shí)上滑面抬升升至最高點(diǎn)，繼繼續(xù)滑動(dòng)將使碎碎塊“翻轉(zhuǎn)”（（故稱(chēng)d角為翻翻轉(zhuǎn)角）。上下下滑面的間距開(kāi)開(kāi)始縮短，剪脹脹變?yōu)樨?fù)值，f值也將變?yōu)樨?fù)負(fù)值，滑面將承承受平行與滑動(dòng)動(dòng)方向的拉應(yīng)力力。2.緊貼碎塊的的轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦（1）當(dāng)碎塊相相互緊貼時(shí)，如如仍以碎塊轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)方式起動(dòng)，則則尚需克服以下下附加摩擦阻力力：式中：scn為接觸面法向應(yīng)應(yīng)力；fs為接觸面摩擦角角（不考慮內(nèi)內(nèi)聚力）；tc×b為相對(duì)于于O點(diǎn)的力矩，，則阻止碎塊轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的附加阻力力為：?jiǎn)挝桓郊幼枇闉椋弘S碎塊轉(zhuǎn)動(dòng)，Sc’為l的減函數(shù)數(shù)（假定scn無(wú)明顯變化）；；（3－18）（2）碎塊與主主滑面接觸端錯(cuò)錯(cuò)位摩擦阻力（（Sc2）。由圖可見(jiàn)，，緊密平排列的的碎塊要向一側(cè)側(cè)傾倒，必將發(fā)發(fā)生沿剪動(dòng)方向向的側(cè)向擴(kuò)張，，接觸點(diǎn)間距由由原始的？隨轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)角λ而增大大為a/cosγ，因而轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)尚需需克服接觸端與與主滑面相互錯(cuò)錯(cuò)位的摩擦阻力力，它相當(dāng)于前前述刻痕或梨痕痕的阻力。根據(jù)公式式3－18可見(jiàn)見(jiàn),轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)一旦起起動(dòng)，摩摩擦阻力力也將隨隨之降低低（圖3－19（b））③）。。由以上分分析可以以注意到到下列幾幾點(diǎn)：（1）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦擦將以結(jié)結(jié)構(gòu)面間間所夾碎碎塊的翻翻轉(zhuǎn)角δδ小于該該面的靜靜摩擦角角為其發(fā)發(fā)生的前前提條件件；（2）分分割碎塊塊的結(jié)構(gòu)構(gòu)面愈密密集（δδ也就就愈?。?，轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)摩擦也也就愈容容易發(fā)生生，正是是由于這這個(gè)緣故故，所以以在薄層層狀的巖巖體中容容易造成成與層面面近于正正交的剪剪動(dòng)帶；；（3）緊緊貼碎塊塊只有在在碎塊間間接觸面面的?s值明顯偏偏低或碎碎塊因側(cè)側(cè)向松弛弛，接觸觸面抗剪剪強(qiáng)度顯顯著降低低的情況況下才有有可能發(fā)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)，并且且通常總總是發(fā)生生在碎塊塊的原始始傾角λλ比較接接近傾倒倒角δ的的情況下下；（4）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剪動(dòng)動(dòng)一旦起起動(dòng)，摩摩擦角將將隨之而而降低，，甚至變變?yōu)樨?fù)值值，因而而剪切位位移的躍躍變（粘粘滑）現(xiàn)現(xiàn)象也十十分明顯顯，并且且往往造造成突發(fā)發(fā)性破壞壞；（5）碎碎塊的邊邊角越多多，愈趨趨向于圓圓球形，，則其翻翻轉(zhuǎn)角δδ也愈小小乃至接接近于零零，此時(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)摩摩擦將變變?yōu)闈L動(dòng)動(dòng)摩擦。。后者為為前者的的一種極極端情況況，滾動(dòng)動(dòng)摩擦角角?變得得很小。。碎塊也也可在剪剪動(dòng)過(guò)程程中由于于相互摩摩擦、錯(cuò)錯(cuò)位而使使“棱角角”破壞壞從而降降低轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)摩擦角角，這種種效應(yīng)可可導(dǎo)致剪剪動(dòng)位移移速度迅迅速增大大。3.2.3彎彎曲變變形破壞壞機(jī)制與與過(guò)程3.2.3.1巖體體彎曲變變形的基基本類(lèi)型型與主要要特征近地表巖巖體和工工程巖體體中所發(fā)發(fā)生的彎彎曲變形形，都表表現(xiàn)為具具有一定定塑性和和延性變變形特征征，并伴伴有脆性性破裂。。按受力力狀況，，可分為為橫彎曲曲和縱彎彎曲兩類(lèi)類(lèi)，按彎彎曲板梁梁約束支支承情況況，可分分為簡(jiǎn)支支梁，外外伸梁和和懸臂梁梁彎曲等等(圖3—20)?，F(xiàn)象與理理論計(jì)算算表明，，彎曲板板梁的軸軸部和翼翼部變形形破裂的的機(jī)制與與過(guò)程有有明顯差差別。軸部區(qū)(或樞紐紐部位)是壓應(yīng)應(yīng)力和拉拉應(yīng)力的的集中部部位，也也是變形形破裂最最顯著的的部位，，并且這這個(gè)部位位的變形形破裂對(duì)對(duì)整個(gè)板板梁的演演化起著著重要控控制作用用(圖3—21)。翼部區(qū)則則主要表表現(xiàn)為剪剪應(yīng)力集集中所造造成的變變形與破破裂，這這方面的的問(wèn)題已已在前一一節(jié)中作作了詳細(xì)細(xì)討論；；值得注注意的是是由此造造成的板板梁之間間的滑脫脫脫離現(xiàn)現(xiàn)象；有有的研究究者稱(chēng)為為彎曲滑滑動(dòng)或分分離滑動(dòng)動(dòng)(如圖圖3-21(b)，由由于滑脫脫的產(chǎn)生生，軸部部區(qū)的應(yīng)應(yīng)力集中中現(xiàn)象也也有所緩緩解，影影響了軸軸部區(qū)的的演化方方式。滑滑脫還可可表現(xiàn)為為多種其其他方式式。3.2.3.2橫橫彎曲條條件下巖巖體的變變形與破破壞1.軸軸部區(qū)區(qū)的變形形與破壞壞現(xiàn)場(chǎng)觀察察與模擬擬研究證證明，巖巖體在橫橫向力作作用下彎彎曲變形形破壞的的演化過(guò)過(guò)程具有有明顯的的階段性特特征。圖圖3—22為彈彈一塑性性有限元元模擬成成果，以以等效<單軸)應(yīng)力[σ]表表示板內(nèi)內(nèi)應(yīng)力狀況況，等效效于三向向應(yīng)力效效應(yīng)，表表達(dá)為：：(3-19)當(dāng)σ達(dá)到到巖石屈屈服應(yīng)力力σy，則判定定發(fā)生塑塑性破壞壞。模擬擬中考慮慮了橋梁梁的自重重應(yīng)力場(chǎng)場(chǎng)，并假假定為靜水水壓力狀狀態(tài)，亦亦即σ＝＝o。。演化過(guò)過(guò)程可劃劃分為三三個(gè)階段段：(1)輕輕微隆起起階段(圖3——22中中的1)上隆初期期應(yīng)力狀狀態(tài)發(fā)生生顯著變變化的部部位主要要分布在在板梁底底部隆起起中心的的兩側(cè)和和頂面中中心部位。。頂部中中心部位位雖已出出現(xiàn)拉張張變形，，但尚未未出現(xiàn)塑塑性破裂裂，僅在在底部出出現(xiàn)小范范圍破壞。模型型所示特特定條件件下，上上隆量(H)約約為板梁梁厚度D的1．．8％。。(2)強(qiáng)烈烈隆起階階段(圖圖3—22中的的2)頂、底部部塑性破破壞區(qū)相相互貫通通，形成成一寬度度大體與與隆起帶帶寬度(只)相相當(dāng)?shù)睦瓘埰扑樗閹?，模模型的H／D為為2.8％。(3)折折斷破壞壞階段(圖3——22中中的3)軸部區(qū)頂頂、底面面塑性破破壞區(qū)形形成并不不斷擴(kuò)展展。由前前述應(yīng)力力分析(公式3—19)可見(jiàn)見(jiàn)，由于于塑性破破壞區(qū)的的形成，，尤其是是板梁頂頂部拉張張破裂的的出現(xiàn)，，特使承承受彎矩矩的板梁梁的實(shí)際際厚度減減薄，應(yīng)應(yīng)力集中中現(xiàn)象向向板梁中中部推進(jìn)進(jìn)，因而而彎曲破破壞實(shí)際際已進(jìn)入入不穩(wěn)定定破裂階階段。該該階段模模型的H／D為為4.9％。2.橫彎彎曲過(guò)程中中的滑脫（（下圖）3.2.3.3縱彎曲條件件下巖體的的變形與破破壞縱彎曲的形形成較橫彎彎曲要復(fù)雜雜一些。可可有如下情情況：當(dāng)巖巖體板梁原原始狀態(tài)起起伏彎曲時(shí)時(shí)，在軸向向力作用下下，板內(nèi)應(yīng)應(yīng)力將疊加加一彎矩產(chǎn)產(chǎn)生的附加加應(yīng)力，從從而使彎曲曲形成；當(dāng)當(dāng)板梁為平平直狀態(tài)時(shí)時(shí)，如軸向向力為偏心心加載，也也可使板內(nèi)內(nèi)疊加使其其彎曲的彎彎矩，形成成彎曲，如如軸向力為為均勻加載載，則只有有當(dāng)軸向力力達(dá)到使板板梁屈曲(Buckling)時(shí)，才才發(fā)生明顯顯彎曲或折折斷。1．板梁的的屈曲造成板粱屈屈曲，其臨臨界縱向壓壓力常按經(jīng)典歐歐拉公式確確定：（3－20）采用慣性距距J＝bh3/12,則則臨界應(yīng)力力（σcr)為：（3－21）當(dāng)巖體為多多層板梁，，假定硬軟軟相間、等等厚互層，，且不考慮慮層間摩擦擦阻力時(shí)，，則有：（3－22）而容易彎曲曲的波長(zhǎng)（（Wd)為為：（3－23）式中：E1,E2,η1,η2分別代表表硬層和軟軟層的彈模模和粘滯滯系數(shù)，，h為板梁梁總厚度，，n為板梁梁層數(shù)。由以上分析析可見(jiàn)，相相同厚度的的板梁，分分層愈密，，即單層厚厚愈薄，則則彎曲波長(zhǎng)長(zhǎng)愈短，且且也愈易發(fā)發(fā)生彎曲。。據(jù)此推論論，在不等等厚互層板板梁中，可可由不同波波長(zhǎng)的彎曲曲層組成那那個(gè)（圖3－20（（B）c））。2.軸部區(qū)區(qū)的變形與與破壞按彈性理論論，板梁一一旦屈曲則則被折斷破破壞。但地地質(zhì)體和巖巖體中更普普遍的情況況式板梁在在軸向壓力力作用下，，表現(xiàn)一定定塑性變形形和流變特特征，逐漸漸彎曲達(dá)到到破壞。演演化過(guò)程也也可劃分為為三個(gè)階段段（圖3－－25）。。輕微隆起起階段（圖圖3－25（a））），彎曲板板梁頂面出出現(xiàn)少量拉拉裂隙、底底面附近可可見(jiàn)少量稀稀疏發(fā)育的的剖面X剪剪切斷裂；；強(qiáng)烈隆起起階段(圖圖3－25（b）),頂面普普遍拉裂且且向深處擴(kuò)擴(kuò)展，底面面附近的X斷裂擴(kuò)展展至中性層層附近；至至剪斷破壞壞階段（圖圖3.－25（c））），剪切切斷斷裂穿過(guò)中中性層與拉拉裂貫通，，或切斷板板梁形成““逆”斷層層。3．縱彎曲曲過(guò)程中的的滑脫(1)背斜斜式滑脫可有多種形形式．圖3--21(b)所所示為一種種較普遍的的方式。層層間滑脫使使軸部板層層間架空(虛脫)，，扳梁整體體性降低．．更易使板板梁被分層層破壞。在在一定條條件下，可可出現(xiàn)由冀冀部板梁中中的低序次次剪裂[R，參見(jiàn)圖圖3--12(a)]發(fā)展而而成的滑脫脫，其形成成過(guò)程如圖圖3—29(a)’’所示。當(dāng)當(dāng)彎曲巖體體下伏有軸軸向力作用用下發(fā)生塑塑性流動(dòng)的的軟弱巖層層時(shí)[圖3--26(b)]，也可可因軟巖““上涌"而而造成滑脫脫[圖3--26(b)]。。背斜式滑脫脫不僅是彎彎曲巖體的的一種特殊殊破壞方式式，井且也也是造成巖巖體碎裂松松動(dòng)的重要要形成機(jī)制制．例如在在地質(zhì)體中中，受強(qiáng)烈烈擠壓的背背斜的傾伏伏處，可因因?yàn)閮梢砘摚鏀鄶鄬釉诘孛婷娼粎R，形形成一楔形形松動(dòng)體(圖3—27)。(2)向褂褂式滑脫其形成過(guò)程程如圖3一一28所示示。彎曲的的層狀巖體體因某種原原因(如地地質(zhì)過(guò)程中中的剝蝕)使板梁被被切斷（圖圖3--28(b)），彎曲曲變形的繼繼續(xù)則有可可能使抗剪剪強(qiáng)度低的的接觸面發(fā)發(fā)生滑脫（（圖a--28(c)）。滑滑脫發(fā)動(dòng)于于臨空端，，由于剪動(dòng)動(dòng)時(shí)滑面強(qiáng)強(qiáng)度降至動(dòng)動(dòng)摩擦強(qiáng)度度(參見(jiàn)圖圖3--14)，因因而波及范范圍可達(dá)到到圖3－28（d））所示范圍圍。3．3巖巖體在卸荷過(guò)過(guò)程中的變形形與破壞3.3·I卸卸荷破裂裂面的基本類(lèi)類(lèi)型巖體應(yīng)力狀態(tài)態(tài)分析已指出出，卸荷作用用將引起卸荷荷面附近巖體體內(nèi)部應(yīng)力重重分布，造成成局部應(yīng)力集集中效應(yīng)；并并且在卸荷回回彈變形過(guò)程程中，還會(huì)因因差異回彈而而在巖體中形形成一個(gè)被約約束的殘余應(yīng)應(yīng)力體系。巖巖體在卸荷過(guò)過(guò)程中的變形形與破壞，正正是由于應(yīng)力力狀態(tài)的上述述兩方面的變變化所引起的的(圖3—29)。應(yīng)力分異(重重分布與集中中)所造成的的變形和破壞壞，其力學(xué)機(jī)機(jī)制與前述加加荷過(guò)程的情情況類(lèi)似。在拉應(yīng)力集中中帶產(chǎn)生的拉拉裂面在平行臨空面面的壓應(yīng)力集集中帶中形成成的與臨空面面近于平行的的壓致拉裂面面剪切破裂面拉裂面剪裂面此外在卸荷過(guò)過(guò)程也可產(chǎn)生生彎曲變形，，它總是與一一些破裂面的的生成相伴生生。3.3.2差差異卸荷荷回彈造成的的破裂巖體中緊密相相連而材料性性質(zhì)不同的顆顆粒體系(圖圖3—30)，如果在加加荷過(guò)程中，，彈性強(qiáng)的單單元1引起純純彈性應(yīng)變，，而彈性弱的的單元2則在在彈性變形后后發(fā)生了塑性性變形[圖3—30(b)]。卸荷荷回彈時(shí)，兩兩者膨脹程度度不一，于是是分別在單元元1和單元2內(nèi)產(chǎn)生了殘殘余壓應(yīng)力和和殘余拉應(yīng)力力[圖3—30(C)]。一旦殘余余拉應(yīng)力達(dá)到到顆粒材料的的抗拉強(qiáng)度，，助產(chǎn)生拉裂裂面[圖3——30(d)]。3.3.2.應(yīng)力史不同同造成的差異異回彈碎屑巖中碎屑屑顆粒和胺結(jié)結(jié)物兩者可具具有不同的應(yīng)應(yīng)力史，如左左，顆粒承受受荷載被壓縮縮，或產(chǎn)生切切過(guò)顆粒的張張性破裂面，，方向和加荷荷方向近于平平行(a)。在顆粒粒被壓縮的情情況下充人膠膠結(jié)物，因此此卸荷時(shí)，處處于壓縮狀態(tài)態(tài)的顆粒力圖圖膨脹，但這這種膨脹受到到膠結(jié)物的限限制，使膠結(jié)結(jié)物轉(zhuǎn)為拉伸伸狀態(tài)，一旦旦被殘余拉應(yīng)應(yīng)力突破，即即產(chǎn)生沿顆粒粒邊界的與回回彈方向近于于正交的拉裂裂面(b)。。在壓應(yīng)力作用用下，巖體中中原有裂隙或或裂紋的端部部發(fā)生壓應(yīng)力力集中[圖3—32(b)]，如集集中應(yīng)力使端端部巖石塑性性變形或壓碎碎，應(yīng)力集中中部位隨之向向內(nèi)部轉(zhuǎn)移[圖3—32(c)]。。這樣，卸荷荷回彈時(shí)由于于裂隙端部的的回彈能力明明顯削弱，而而內(nèi)側(cè)應(yīng)力集集中處的完整整巖石具有高高3.3.2.2差異異卸荷回彈造造成的剪切破破裂卸荷回彈同樣樣可在巖體中中造成殘余剪剪應(yīng)力，并導(dǎo)導(dǎo)致剪切破裂裂。通常這種種現(xiàn)象與卸荷荷邊界條件不不同所造成的的差異回彈有有關(guān)，在高地地應(yīng)力區(qū)鉆進(jìn)進(jìn)過(guò)程中所見(jiàn)見(jiàn)到的巖心裂裂成餅狀(簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱(chēng)“裂餅””，下同)現(xiàn)現(xiàn)象，可作為為闡明這類(lèi)剪剪切破裂形成成機(jī)制的力學(xué)學(xué)模式。巖心裂餅現(xiàn)象象自本世紀(jì)60年代末以以來(lái)開(kāi)始引起起巖石力學(xué)界界的注意，我我國(guó)西南、西西北幾個(gè)新勘勘察的電站以以及我國(guó)地下下核試驗(yàn)所造造成的高應(yīng)力力區(qū)也見(jiàn)到這這種現(xiàn)象。它它多半發(fā)生在在堅(jiān)硬完整的的巖石中，如如花崗巖、玄玄武巖、片麻麻巖等。圖3—33所所示為雅碧江江上某電站河河心鉆孔中取取出的正長(zhǎng)巖巖巖餅，巖餅餅的厚度與巖巖餅直徑大體體保持一定的的比值(該巖巖餅比值約為為O．257—0．269)，亦即即直徑相同者者其厚度大致致相近。巖餅餅略呈橢圓形形、微微上凹凹，凹槽軸與與長(zhǎng)軸一致。。破裂面新鮮鮮，可見(jiàn)沿長(zhǎng)長(zhǎng)軸方向的剪剪切擦痕和與與擦痕方向大大體正交的拉拉裂坎。上述述跡象表明，，巖餅是沿長(zhǎng)長(zhǎng)軸方向剪切切破裂的產(chǎn)物物，該方向代代表鉆進(jìn)中巖巖心柱最大的的側(cè)向回彈膨膨脹方向，也也相當(dāng)于最大大主壓應(yīng)力方方向；研究表表明，該方向向與河谷近于于正交(參見(jiàn)見(jiàn)9．2)。。鉆進(jìn)中巖心柱柱的受力狀況況，可用圖3—34加以以說(shuō)明。如圖圖所示，切出出的巖柱由于于受根部x——x受限面的的約束而不能能充分回彈，，其回彈的充充分程度隨距距受限面高度度A而增大。。這種差異回回彈使受限面面上產(chǎn)生殘余余剪應(yīng)力τ，，其值視切出出的巖柱中被被約束而末釋釋放的回彈力力之大小而定定。根據(jù)彈性性力學(xué)森維南南原理，受限限面只能在一一個(gè)局部范圍圍內(nèi)約束巖柱柱的回彈，超超過(guò)某一臨界界高度h0的部份則已充充分回彈，所所以沿巖柱短短軸方向中垂垂面上法向殘殘余壓應(yīng)力與與受限面上殘殘余剪應(yīng)力兩兩者可有如圖圖3—34(b)所示變變化圖式。由圖可見(jiàn)，當(dāng)當(dāng)切出的巖柱柱所達(dá)到的高高度已足以使使巖柱邊緣的的最大剪應(yīng)力力達(dá)到以致超超過(guò)巖石的抗抗剪強(qiáng)度，則則巖柱沿受限限面被迅速剪剪斷，所以在在一定的地應(yīng)應(yīng)力環(huán)境中，，同類(lèi)巖石的的巖餅，其厚厚度與直徑的的比值十分相相近。根據(jù)以上分析析可知，在高高地應(yīng)力區(qū)的的河谷下切或或人工開(kāi)挖過(guò)過(guò)程中，特別別當(dāng)?shù)貐^(qū)最大大主壓應(yīng)力方方向與谷按近近于正交時(shí)，，由于坡腳根根部受限面上上下巖體的差差異回彈，也也可于坡腳一一帶造成平緩緩的剪裂面(圖3—29中9)。當(dāng)當(dāng)巖體中含有有平緩的軟弱弱面時(shí)，這種種現(xiàn)象就更易易發(fā)生(圖3—29中l(wèi)0)。3.3.3卸卸荷造成變形形破裂的空間間組合模式根據(jù)以上分析析，以河谷區(qū)區(qū)為例，河谷谷形態(tài)和地質(zhì)質(zhì)條件不同，，卸荷造成的的變形破裂的的發(fā)育狀況和和空間組合形形式也各異。。例如平緩層層狀巖體組成成的寬谷區(qū)，，一般情況下下可具有如圖圖3—36(a)所示的的發(fā)育狀況，，當(dāng)側(cè)向地應(yīng)應(yīng)力(σy)較高時(shí)，往往往造成谷底隆起，甚至形成“空洞”，是這類(lèi)地區(qū)區(qū)影響壩基穩(wěn)穩(wěn)定性和滲漏漏條件的重要要因素；而高高山峽谷區(qū)，，發(fā)育狀況可可有圖3—36(b)所所示形式，當(dāng)當(dāng)側(cè)向地應(yīng)力力較高時(shí)，坡坡腳谷底一帶帶堅(jiān)硬完整的的巖石中可形形成一高強(qiáng)應(yīng)應(yīng)力集中帶，，積存很高的的彈性應(yīng)變能。3．4巖巖體在動(dòng)荷載載條件下的變變形與破壞3．4．1動(dòng)動(dòng)荷載下下巖體的應(yīng)力力狀態(tài)動(dòng)荷載來(lái)源于于天然地震、、誘發(fā)地震、、化爆、核爆爆以及機(jī)械振振動(dòng)等。動(dòng)荷載在巖體體中造成的動(dòng)動(dòng)應(yīng)力，實(shí)質(zhì)質(zhì)上是在巖體體中傳播的一一種應(yīng)力波(stresswave)，它的的傳播方式與與發(fā)震方式有有關(guān)。地層或爆破給給巖體以突然然的初始位移移，使巖石受受沖擊而發(fā)生生反常應(yīng)力，，巖體以其本本身的震動(dòng)特特征來(lái)決定這這種應(yīng)力波的的傳播方式。。由于巖體存存在有阻尼，，因此激發(fā)產(chǎn)產(chǎn)生的震動(dòng)終終會(huì)消失[固固3—37(a)]。機(jī)械振動(dòng)通常常是連續(xù)作用用的，并且作作用力本身具具有特定的振振動(dòng)特征，它它對(duì)巖體產(chǎn)生生的動(dòng)應(yīng)力稱(chēng)稱(chēng)為干擾力。。應(yīng)力波以強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)方式式傳播[圖3—37(b)]，巖體體的最終穩(wěn)定定運(yùn)動(dòng)頻率和和外加干擾力力的頻率一致致。3.4.2巖巖體結(jié)構(gòu)構(gòu)特征對(duì)應(yīng)力力波傳播的影影響應(yīng)力波在穿過(guò)過(guò)某些地質(zhì)界界面時(shí)，由于于兩側(cè)介質(zhì)特特性的差異，，特產(chǎn)生反射射波，因此在在界面造成反反射波應(yīng)力(σr)和透射波應(yīng)應(yīng)力(σt）它們與入射射波應(yīng)力(σσ1)之間有如下下關(guān)系：σt＝2σ1/（1＋n））（（3－29））σr＝σ1（1－n）/（1+n)（（3－30））式中：n＝（（ρ1E1/ρ2E2）1/2=ρ1Vp1/ρ2Vp2ρ1、ρ2、E1、E2、VP1、VP2,巖體的密度、、彈模和P波波傳播速度。。應(yīng)力波的上述述反射機(jī)制，，使得在各類(lèi)類(lèi)結(jié)構(gòu)面附近近出現(xiàn)了復(fù)雜雜的動(dòng)應(yīng)力分分異效應(yīng)。根根據(jù)上述公式式，可概括以以下幾種在巖巖體穩(wěn)定性評(píng)評(píng)價(jià)中極為重重要的動(dòng)應(yīng)力力分異情況。。(1)當(dāng)應(yīng)力力波從相對(duì)堅(jiān)堅(jiān)硬的巖體傳傳入較軟弱的的巖層中，亦亦即E1>E2時(shí)，由于于n>1，此此時(shí)產(chǎn)生的反反射波為拉伸伸波，則將在在界面處產(chǎn)生生拉應(yīng)力，并并且兩介質(zhì)的的E值相差愈愈大，拉應(yīng)力力值愈高。顯顯然，這種情情況對(duì)巖體的的穩(wěn)定性是很很不利的。科科茨曾指出，，爆炸在靠近近自由面的巖巖石內(nèi)發(fā)生時(shí)時(shí)，在自由面面附近出現(xiàn)的的逐層剝落現(xiàn)現(xiàn)象，即是發(fā)發(fā)射波應(yīng)力的的后果。應(yīng)該該指出，裂隙隙面、尤其是是有一定張開(kāi)開(kāi)度的或被充充填的裂隙，，其本身就是是介質(zhì)特性突突變部位，也也將產(chǎn)生反射射波應(yīng)力，促促進(jìn)其被拉裂裂。(2)應(yīng)力波波穿過(guò)軟弱夾夾層或斷層破破碎帶時(shí)，由由于應(yīng)力波的的反射機(jī)制和和低強(qiáng)度巖石石吸收了大量量的能量，所所以這些軟弱弱帶成為一個(gè)個(gè)阻擋動(dòng)應(yīng)力力的屏障，它它使傳入其后后的動(dòng)應(yīng)力顯顯著削弱(圖圖3—38)。3.4.3動(dòng)動(dòng)荷載作用下下巖體變形破破壞特征動(dòng)荷載作用下下巖體處于反反復(fù)的瞬時(shí)加加荷和卸荷狀狀態(tài)，變形破破壞表現(xiàn)為兩兩種狀態(tài)的綜綜合結(jié)果。3.4.3.1變形形破壞的分布布規(guī)律在爆破動(dòng)應(yīng)力力作用下，爆爆破中心附近近巖石的變形形表現(xiàn)出一定定的分布規(guī)律律。以點(diǎn)源爆爆破為例，其其周?chē)鷰r石變變形破壞規(guī)律律如圖3－39所示。爆爆心一帶巖石石承受巨大的的徑向壓力，，并出現(xiàn)巨大大壓縮使之形形成切向壓力力，巖石遭受受擠壓剪斷破破壞，破碎成成碎許或巖粉粉（圖3--39a區(qū)））。外圍區(qū)徑徑向壓力衰減減，徑向壓縮縮變小，切向向壓力也降低低或消失，可可產(chǎn)生徑向壓壓致拉裂裂隙隙（圖3－39b、c區(qū)區(qū)）并由于壓壓力波的反射射機(jī)制，可造造成環(huán)繞爆破破中心的環(huán)向向張裂隙(圖圖3—39b區(qū))，但分分布范圍較徑徑向裂隙小。。3.4.3.2動(dòng)應(yīng)力效應(yīng)巖體穩(wěn)定性評(píng)評(píng)價(jià)中更為關(guān)關(guān)注的是動(dòng)應(yīng)應(yīng)力的參與對(duì)對(duì)巖體(穩(wěn)定定性的影響，，應(yīng)注意以下下兩方面效應(yīng)應(yīng)。1.觸發(fā)效效應(yīng)觸發(fā)效應(yīng)可表表現(xiàn)為兩方面面：(1)如前所所述，應(yīng)力場(chǎng)場(chǎng)可在裂隙或或軟弱夾層中中產(chǎn)生反射應(yīng)應(yīng)力波，造成成瞬時(shí)拉應(yīng)力力。因而當(dāng)巖巖體中某些軟軟弱結(jié)構(gòu)面本本身巳具有或或儲(chǔ)有足夠的的剪切應(yīng)變能能時(shí)，應(yīng)力波波(如地震或或爆破引起的的震動(dòng))的介介入則有可能能促進(jìn)這些結(jié)結(jié)構(gòu)面發(fā)生破破裂，如巖體體穩(wěn)定性已接接近臨界狀態(tài)態(tài)，或某一控控制畫(huà)已近于于貫通，由于于震動(dòng)可使巖巖體突然受荷荷而喪失穩(wěn)定定，導(dǎo)致破壞壞突然發(fā)生，，這種現(xiàn)象在在斜坡巖體的的變形破壞中中尤為突出(參見(jiàn)圖9一一15)。(2)某些對(duì)對(duì)震動(dòng)特別敏敏感的巖體或或土體，如飽飽水的碎裂巖巖體、松散巖巖體，飽水的的疏松砂土、、敏感粘土等等，在動(dòng)應(yīng)力力作用下可因因骨架的迅速速變形造成空空隙水壓力的的突然變化，，從而導(dǎo)致巖巖體失穩(wěn)，崩崩潰或土體液液化(見(jiàn)第七七章)等。2.累積效效應(yīng)巖體若在地震震力的某一作作用方向出現(xiàn)現(xiàn)剪切失穩(wěn)，，由于作用時(shí)時(shí)間短暫，它它可能造成一一次躍變剪切切位移而并不不破壞，但多多次位移的累累積，如果使使剪切面中某某些鎖固段被被突破，或越越過(guò)某些凸起起體，造成抗抗剪強(qiáng)度顯著著削弱，則有有可能導(dǎo)致最最終破壞。因因此，必須具具體確定動(dòng)應(yīng)應(yīng)力作用下的的上述累積效效應(yīng)，才能正正確判定巖體體變形破壞的的可能性(見(jiàn)見(jiàn)第九章)3.5巖巖體變形破壞壞過(guò)程中的時(shí)時(shí)間效應(yīng)巖體變形破壞壞過(guò)程中的時(shí)時(shí)間效應(yīng)表現(xiàn)現(xiàn)為兩方面：：其一，在應(yīng)應(yīng)力恒定的情情況下巖石變變形隨時(shí)間而而發(fā)展，稱(chēng)為為蠕變(creep)；；其二，莊變變形恒定的情情況下巖石內(nèi)內(nèi)應(yīng)力隨時(shí)間間而降低，稱(chēng)稱(chēng)為松弛(relaxation)。巖體的蠕變是是一種十分普普遍的現(xiàn)象，，在天然斜坡坡、人工邊坡坡、地下洞室室圍巖中可直直接觀測(cè)到。。巖體因加荷荷速率、變形形速率不同所所表現(xiàn)的不同同變形破裂性性狀，巖體的的累進(jìn)性破壞壞機(jī)制和剪切切粘滑機(jī)制等等，也都與時(shí)時(shí)間效應(yīng)有關(guān)關(guān)。研究證明，堅(jiān)堅(jiān)硬巖石即使使在低應(yīng)力的的長(zhǎng)期持續(xù)作作用下，也會(huì)會(huì)像流體那樣樣具有粘滯流流動(dòng)的性質(zhì)，，因而提出了了伯格斯模(Burgersmodel)。。它由馬克斯斯韋爾模型與與凱爾文模型型串聯(lián)而成(圖3—41(a)]，，屬?gòu)?fù)合粘彈彈性模型，用用來(lái)表示較堅(jiān)堅(jiān)硬巖石的流流變特征．其其蠕變應(yīng)變?chǔ)纽臫表示為：（3－31））式中：E1、、E2和η1、η2分別代表被串串聯(lián)的馬克斯斯韋爾爾和凱爾文文兩模型中的的彈性模量和和粘滯系數(shù)。。蠕變參數(shù)根根據(jù)試驗(yàn)求得得。堅(jiān)硬巖石的上上述性能已為為室內(nèi)模擬試試驗(yàn)和大量野野外調(diào)查資料料所證實(shí)(詳詳見(jiàn)第九章)。伯格斯模型的的應(yīng)變是沒(méi)有有極限的，作作為一種復(fù)合合粘彈性模型型，它的應(yīng)變變將無(wú)限制地地作粘性流動(dòng)動(dòng)，不反映何何時(shí)屈服，因因而不能全面面地表示巖石石介質(zhì)的性能能。實(shí)踐證明明巖石介質(zhì)粘粘彈性流動(dòng)到到一定程度以以后，或應(yīng)力力超過(guò)某一屈屈服值(σy)，將進(jìn)入塑塑性狀態(tài)。賓賓漢姆(Bingham)模型考慮慮了這一情況況，建立了由由彈性、粘性性和塑性三個(gè)個(gè)元件組成的的彈-粘塑性性模型。西原模模型將賓漢姆姆模型與凱爾爾文模型串聯(lián)聯(lián)起來(lái)，表示示了巖石介質(zhì)質(zhì)彈性、粘彈彈性和粘塑性性三方面特征征(圖3—41(b))，蠕變應(yīng)變變表示為：σ≤σy時(shí)（（3－32）σ＞σy時(shí)（（3－33）更為完善的介介質(zhì)流變模型型仍在探索中中．朗格(Langer)在第四屆屆國(guó)際巖石力力學(xué)大會(huì)的流流變學(xué)綜合報(bào)報(bào)告中指出，，經(jīng)過(guò)修正的的索弗爾德-斯科特-布布內(nèi)爾介質(zhì)流流變本構(gòu)模型型，是當(dāng)前最最具普遍性模模型[圖3——41(c)]。由以上分析可可見(jiàn)，當(dāng)σ>σy時(shí)，巖石實(shí)際際表現(xiàn)為塑性性流動(dòng)．巖體體中由于軟巖巖的塑性流動(dòng)動(dòng)而產(chǎn)生的現(xiàn)現(xiàn)象是相當(dāng)普普遍的，即使使表層巖體在在重力場(chǎng)作用用下，也會(huì)發(fā)發(fā)生塑流。圖圖3－42所所示河谷谷底底所見(jiàn)“鼓起起”現(xiàn)象即是是典型例證，，它們都是由由于河谷下切切卸荷，兩岸岸下伏的粘圖3－42下下伏粘土土或軟巖塑流流造成河床““鼓起”的實(shí)實(shí)例（a）英格蘭蘭布桑溪河谷谷底里阿斯粘粘土的“鼓起起”（據(jù)Hollingworth等，1944）①－粘粘土；②－砂砂巖；③－粘粘土；④－石石灰?guī)r；⑤－－粘土；⑥－－頁(yè)巖；⑦－－冰磧層（b）盧西蘭河河床中泥質(zhì)頁(yè)頁(yè)巖的擠出（（據(jù)查魯巴，，1956））①－早白堊堊紀(jì)泥質(zhì)頁(yè)巖巖；②－方沸沸粗玄巖；③③－板巖；④④－河床中擾擾動(dòng)的頁(yè)巖土或泥質(zhì)頁(yè)巖巖在上覆巖層層重力壓縮下下，向河谷長(zhǎng)長(zhǎng)期緩慢塑性性流動(dòng)所造成成，軟巖的塑塑流和“鼓起起”使上覆巖巖體發(fā)生彎曲曲、下陷或斷斷裂。3.5.2巖巖體的累累進(jìn)性破壞和和加速蠕變前述分析已指指出，巖體承承受的應(yīng)力一一旦超過(guò)了它它的長(zhǎng)期強(qiáng)度度，則將進(jìn)入入累進(jìn)性破壞壞階段，它相相當(dāng)子巖體的的加速蠕變階階段。巖石的蠕變?cè)囋囼?yàn)曲線(圖圖3－43)表明，僅當(dāng)當(dāng)荷載達(dá)到或或超過(guò)某臨界界值(相當(dāng)巖巖石的長(zhǎng)期強(qiáng)強(qiáng)度)的情況況下，巖石的的蠕變才有可可能在經(jīng)厲了了前兩階段以以后，繼續(xù)進(jìn)進(jìn)入加速蠕變變階段，并最最終導(dǎo)致破壞壞。試驗(yàn)還證證明，巖石的的應(yīng)變速率c隨荷載增高高而增大[圖圖3－43(b)]，同同時(shí)加速蠕變變達(dá)到最終破破壞所經(jīng)歷的的時(shí)間也隨之之縮短。圖3－43砂砂巖梁梁彎曲蠕變?cè)囋囼?yàn)關(guān)系曲線線在巖體穩(wěn)定性性分析中，對(duì)對(duì)巖體變形破破壞作時(shí)、空空預(yù)測(cè)時(shí)，需需要判定巖體體進(jìn)入累進(jìn)性性破壞的臨界界應(yīng)力狀態(tài)，，也需要判定定不同條件下下累進(jìn)性破壞壞發(fā)展為最終終破壞所需要要經(jīng)歷的時(shí)間間，這是一項(xiàng)項(xiàng)十分重要的的工作，但迄迄今為止尚無(wú)無(wú)成熟的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)和方法，有有待于進(jìn)一步步研究。為確定巖體的的長(zhǎng)期強(qiáng)度，，顯然不僅要要考慮巖體可可能的破壞方方式，并且也也要考慮巖體體結(jié)構(gòu)特征對(duì)對(duì)局部應(yīng)力集集中效應(yīng)的有有利程度。例例如結(jié)構(gòu)面的的連續(xù)率愈高高，其中局部部的非連續(xù)部部位的應(yīng)力集集中程度也將將愈高。因而而某些規(guī)范中中經(jīng)驗(yàn)規(guī)定當(dāng)當(dāng)連續(xù)率大于于5O％時(shí)，，結(jié)構(gòu)面的抗抗剪強(qiáng)度則不不宜再考慮其其非連續(xù)部位位巖石的內(nèi)聚聚力。又如結(jié)結(jié)構(gòu)面上不同同等級(jí)的起伏伏[參見(jiàn)圖3－15(b)]也應(yīng)分分別對(duì)待。凸凸起體愈窄小小、起伏角愈愈大、分布愈愈不均勻，應(yīng)應(yīng)力的局部集集中程度也愈愈高．因而在在穩(wěn)定性分析析中只能考慮慮那些寬厚、、平緩且分布布又較均勻的的起伏所能增增高的那部分分抗剪強(qiáng)度。。同時(shí)，還必必須考慮巖抗抗風(fēng)化和抵抗抗地下水等外外營(yíng)力作用的的能力，這些些作用降低了了巖體的強(qiáng)度度，促進(jìn)累進(jìn)進(jìn)性破壞的發(fā)發(fā)生和進(jìn)展。。在實(shí)際工作中中可以根據(jù)巖巖體動(dòng)態(tài)長(zhǎng)觀觀資料來(lái)預(yù)測(cè)測(cè)巖體的變形形破壞，例如如地下洞室圍圍巖變性形長(zhǎng)長(zhǎng)現(xiàn)資料、邊邊破位移長(zhǎng)觀觀資料等。圖圖3－44所所示為某露天天采礦邊坡的的位移－時(shí)間間曲線圖，根根據(jù)1969年1月13日以前所測(cè)測(cè)得的資料，，初步判定邊邊坡巖體于10月底至11月初進(jìn)入入加速蠕變階階段，并且根根據(jù)曲線A的的延伸情況成成功地預(yù)測(cè)到到邊坡于l969年2月月18日發(fā)生生破壞。3.5.3巖巖體變形形破壞與應(yīng)變變速率的關(guān)系系根據(jù)巖石的流流變模型可以以進(jìn)一步討論論巖體應(yīng)變速速率與其變形形破壞的關(guān)系系。為簡(jiǎn)便起起見(jiàn)，以上述述模型中含有有底馬克斯韋韋爾模型為例例進(jìn)行討論．．其蠕變應(yīng)變變表達(dá)式為：：（（3－34）則應(yīng)變速率C表示為：（3－35））由上式可見(jiàn)：：當(dāng)C＝時(shí)時(shí)，，＝＝0，，亦即＝＝0，，σ為常值，，也就是說(shuō)此時(shí)時(shí)巖體內(nèi)的應(yīng)應(yīng)力保持不變變；當(dāng)C<σ/ηη時(shí)，σ<o，則巖件內(nèi)內(nèi)的應(yīng)力有隨隨時(shí)間遞減的的趨勢(shì)，亦即即應(yīng)力松弛；；當(dāng)C>σ/η時(shí)，σσ>o，則巖巖體內(nèi)的應(yīng)力力有隨時(shí)間遞遞增的趨勢(shì)，，直到達(dá)到的的應(yīng)力值與應(yīng)應(yīng)變速率C相相適應(yīng)時(shí)為止止。由上可見(jiàn)，巖巖體變形過(guò)程程中存在著一一個(gè)臨界應(yīng)變變速率(C0，如花崗巖，，根據(jù)伊藤等等的試驗(yàn)，C0為(10-14－10-13）/s），從從這一概念出出發(fā)，可得出出以下兩點(diǎn)重重要認(rèn)識(shí)：(1)當(dāng)巖體體的實(shí)際應(yīng)變變速率低于臨臨界值C0時(shí)，巖體在受受力的初隨應(yīng)應(yīng)變的增大發(fā)發(fā)生應(yīng)力積累累。但當(dāng)應(yīng)力力增大到—定定程度以后，，應(yīng)力也就不不再升高，繼繼之以隨時(shí)間間增長(zhǎng)的流變變，巖體不分分進(jìn)入加速蠕蠕變階段。相相反，當(dāng)C等等干或大干C0時(shí)，巖體變形形進(jìn)展必將進(jìn)進(jìn)入加速蠕變變階段，巖體體內(nèi)應(yīng)力不斷斷積累，則可可能最終導(dǎo)致致巖體破壞。。(2)當(dāng)應(yīng)變速速率因某種原原因轉(zhuǎn)為遞減減趨勢(shì)或降為為零時(shí)，巖體體內(nèi)已積累的的應(yīng)力將隨時(shí)時(shí)間而松弛。。例如當(dāng)式3－5中C＝0時(shí)，則則有或兩側(cè)積分得：：式中：σ0為巖體內(nèi)初始始應(yīng)力。積分分后得：也就式說(shuō)，巖巖體中的應(yīng)力力降為初始應(yīng)應(yīng)力的1／2.718所所需的時(shí)t＝＝η/E，該該時(shí)間稱(chēng)之為為松弛期(relaxationtime)，以T表表示。以灰?guī)r巖為例，設(shè)粘粘滯系數(shù)？泊泊，彈性模量量E＝6.5×109N／cm2，則松弛期T約等于3200年。所所以，一些研研究者認(rèn)為地地殼表層高地地應(yīng)力區(qū)通常常總是和近期期構(gòu)造變動(dòng)有有關(guān)。在實(shí)際工作中中，可以應(yīng)用用地貌第四紀(jì)紀(jì)分析或設(shè)立立變形精測(cè)裝裝置來(lái)估算或或測(cè)定沿?cái)嗔蚜衙?、滑移面面的歷史的或或現(xiàn)時(shí)的應(yīng)變變速率，據(jù)此此時(shí)巖體變形形破壞進(jìn)行預(yù)預(yù)報(bào)。這種預(yù)預(yù)報(bào)方法不需需要了解變形形隨時(shí)間的變變化趨勢(shì)，因因而它能更早早地預(yù)見(jiàn)巖體體變形破壞所所處發(fā)展階段段和發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)。故：（（3－36）當(dāng)當(dāng)t=η/E時(shí)，則(3-37)式中：α為常常數(shù)；P1為單位時(shí)間內(nèi)內(nèi)測(cè)得的被嵌嵌入物的抗嵌嵌入強(qiáng)度。由于凸起體嵌嵌入面積隨時(shí)時(shí)間而增大，，所以，無(wú)論論是剪斷凸起起體、還是在在接觸面中犁犁槽，結(jié)構(gòu)面面的抗剪阻力力都有所增高高，因而可以以想象，結(jié)構(gòu)構(gòu)面的靜摩擦擦系數(shù)fs也將因嵌入蠕蠕變的進(jìn)展而而有所增高，，兩者之間的的關(guān)系可定量量表示為：(3-38)式：fs為單單位接觸面時(shí)時(shí)間的摩擦系系數(shù)。這就意味著嵌嵌入蠕變時(shí)間間增長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)構(gòu)面靜摩擦與與動(dòng)摩擦之間間的差值增大大，因而粘滑滑發(fā)生時(shí)能釋釋放出更大的的能量。由上還可推論論，在滑動(dòng)中中凸起體嵌入入的面積A以以及與此相關(guān)關(guān)的動(dòng)摩擦系系數(shù)fk與滑動(dòng)的速度度（V）有關(guān)關(guān)，滑動(dòng)速度度愈快，接觸觸嵌入的時(shí)間間也愈短暫，，所以A和fk兩者均隨速度度的增大而降降低，可以下下列關(guān)系式表表示：(3-39)(3-40)式中：β為取取決于常數(shù)αα和凸起體形形狀的常數(shù);fk相當(dāng)于于S/P1(S為嵌入體體抗剪強(qiáng)度））由上述關(guān)系式式可見(jiàn)，僅當(dāng)當(dāng)滑動(dòng)速度保保持不變時(shí)，，A和fk才為常值．據(jù)以上試驗(yàn)和和分析，可得得出兩點(diǎn)結(jié)論論：(1)按運(yùn)動(dòng)動(dòng)特征，沿結(jié)結(jié)構(gòu)面的滑移移有穩(wěn)滑與粘粘滑兩種基本本類(lèi)型，穩(wěn)滑滑狀態(tài)的產(chǎn)生生條件不僅與與結(jié)構(gòu)面特怔怔有關(guān)(如結(jié)結(jié)構(gòu)面較為平平坦或夾由足足夠厚的夾泥泥等)，并且且還必須與不不同斷的勻速速運(yùn)動(dòng)相累．．世界著名的的美國(guó)圣安德德烈斯大斷層層的某些段是是自然界宏觀觀穩(wěn)滑斷裂的的極好實(shí)例。。據(jù)研究和觀觀測(cè)，該斷層層中平直段，，斷層帖土充充填物的分布布可選12km深．并且且一直保持著著平均約3cm／s左右右的滑動(dòng)速率率．可以想見(jiàn)見(jiàn)，任伺處于于穩(wěn)滑狀態(tài)的的斷裂面，都都會(huì)因滑動(dòng)速速率的陡然增增、減而引起起粘滑或孕育育著斷的粘滑滑.(2)粘滑時(shí)釋釋放的能量的大大小不但與不同同的粘滑機(jī)制有有關(guān)，對(duì)于某一一特定的剪切滑滑移面而言，停停止活動(dòng)承受法法向應(yīng)力的時(shí)間間愈長(zhǎng)則粘滑時(shí)時(shí)釋放的舵量也也就愈高．以上兩點(diǎn)對(duì)于分分析地震的發(fā)震震機(jī)制，以及闡闡明巖體失穩(wěn)時(shí)時(shí)滑動(dòng)的動(dòng)力特特征，都具有十十分重要的意義義，3.6空隙水水壓力在巖體變變形破壞中的作作用地下水普遍賦存存于巖體之中，，它與巖體間的的相互作用主要要可歸為兩個(gè)方方畫(huà)：一是地下下水與巖體間發(fā)發(fā)生機(jī)械的、物物理的或化學(xué)的的相互作用．使使巖體和地下水水的性質(zhì)或狀態(tài)態(tài)發(fā)生不斷的變變化，二是地下下水與巖體間發(fā)發(fā)生的力學(xué)方面面的相互作朋．．它不斷地改變變著作用雙方的的力學(xué)狀態(tài)和特特性．AB面上的應(yīng)力力可用圖3－45（c）的莫莫爾圓表示。由由該圖可見(jiàn)，空空隙水壓力的作作用使整個(gè)莫爾爾圓向左側(cè)移動(dòng)動(dòng)，AB面上有有效正應(yīng)力（s）降低，等于總總正應(yīng)力（）減去空隙水壓壓力（pw），即：s＝－pw由于空隙水壓力力垂直作用于結(jié)結(jié)構(gòu)面，因此它它對(duì)剪應(yīng)力不發(fā)發(fā)生影響，即：：s＝這樣，干燥巖體體AB平面上的的抗剪強(qiáng)度：S＝tg＋c而含空隙水時(shí)，，AB平面上的的抗剪強(qiáng)度：：S＝（－pw)tg+c(3-41)上述關(guān)系表明，，由于空隙水壓壓力的作用，巖巖體強(qiáng)度降低了了pwtg，結(jié)構(gòu)面也將因因此而張開(kāi)，引引起巖體變形。。一旦因空隙水水壓力增大使結(jié)結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度降至與剪應(yīng)應(yīng)力相等時(shí)（s=），則將引起巖巖石破壞。上述有效應(yīng)力原原理在應(yīng)用于僅僅含有空隙的巖巖石材料時(shí)，由由于空隙水壓力力僅存于其間的的孔隙之中，因此此需要考慮孔隙隙水壓力作用的的有效面積系數(shù)數(shù)η，其物理意意義如圖3－46所示。因而而巖石材料中的的有效正應(yīng)力和和抗剪強(qiáng)度為：：（（3－42）（（3－43）對(duì)于不同的巖石石材料，由于孔孔隙度的不同，，η值可變化于于0－1之間，，可由試驗(yàn)測(cè)定定，也可按吉爾爾茨馬（Ceertsma））的關(guān)系式進(jìn)行行計(jì)算，即：（3－44）式中：Bc為巖巖體的體積彈性性模量，B為巖巖體的體積彈性性模量，且（3－45）E和分別為巖體在在無(wú)孔隙水壓力力作用時(shí)外力作作用下的彈性模模量和泊松比。。按3－44式計(jì)計(jì)算，混凝土的的值大約為0.84，與試試驗(yàn)結(jié)