結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)

結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)第1頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面類型及特征結(jié)構(gòu)面：是具有一定方向，厚度較小，延展性較大的二維地質(zhì)界面。第2頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面類型及特征結(jié)構(gòu)面類型劃分按結(jié)構(gòu)面成因劃分①原生結(jié)構(gòu)面。②構(gòu)造結(jié)構(gòu)面。③次生結(jié)構(gòu)面。第3頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面類型及特征①原生結(jié)構(gòu)面：成巖過(guò)程中形成的結(jié)構(gòu)面。②構(gòu)造結(jié)構(gòu)面：在各種構(gòu)造應(yīng)力作用下形成的結(jié)構(gòu)面，如節(jié)理、斷裂、劈理以及層間錯(cuò)動(dòng)引起的破碎帶等。③次生結(jié)構(gòu)面：在各種次生作用下形成的結(jié)構(gòu)面，如風(fēng)化裂隙、冰凍裂隙以及重力卸載裂隙等。第4頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面類型及特征原生結(jié)構(gòu)面又細(xì)分為：①沉積結(jié)構(gòu)面：沉積巖層在成巖過(guò)程中形成的結(jié)構(gòu)面，如層理、層面、假整合和不整合等。②火成結(jié)構(gòu)面：巖漿侵入活動(dòng)及冷凝過(guò)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。③變質(zhì)結(jié)構(gòu)面：受變質(zhì)作用形成的結(jié)構(gòu)面，如片理、板理等。第5頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面類型及特征結(jié)構(gòu)面類型劃分按結(jié)構(gòu)面受力條件劃分①壓性結(jié)構(gòu)面。②張性結(jié)構(gòu)面。③扭性結(jié)構(gòu)面。④壓扭性結(jié)構(gòu)面。⑤張扭性結(jié)構(gòu)面。第6頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面類型及特征①壓性結(jié)構(gòu)面：由壓應(yīng)力擠壓構(gòu)成，其走向與最大主應(yīng)力方向垂直。②張性結(jié)構(gòu)面：在拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生，其走向與最大主應(yīng)力方向一致。③扭性結(jié)構(gòu)面：由純剪或壓張應(yīng)力引起的剪應(yīng)力所形成的結(jié)構(gòu)面。第7頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面類型及特征④壓扭性結(jié)構(gòu)面：既有壓性結(jié)構(gòu)面的特征，也有扭性結(jié)構(gòu)面的特征。⑤張扭性結(jié)構(gòu)面：既有張性結(jié)構(gòu)面的特征，也有扭性結(jié)構(gòu)面的特征。第8頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面類型及特征第9頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面類型及特征第10頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面類型及特征第11頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面類型及特征二、結(jié)構(gòu)面的分類①按工程尺寸的分類（絕對(duì)分類）第12頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面類型及特征①按工程尺寸的分類（相對(duì)分類）第13頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面類型及特征②按力學(xué)觀點(diǎn)的分類第14頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的狀態(tài)結(jié)構(gòu)面的狀態(tài)：

結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、形態(tài)、延展尺度、密集程度以及結(jié)構(gòu)面的接觸類型、膠結(jié)、充填情況是影響巖體強(qiáng)度和穩(wěn)定性的重要因素。第15頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的狀態(tài)①結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀：對(duì)巖體是否沿著某一結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)其控制作用。②結(jié)構(gòu)面的形態(tài)：決定巖體沿結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)時(shí)抗滑力的大小。③結(jié)構(gòu)面的延展尺度：決定巖體的強(qiáng)度。第16頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的狀態(tài)④結(jié)構(gòu)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(qiáng)度。⑤結(jié)構(gòu)面的膠結(jié)與充填情況：對(duì)巖體的強(qiáng)度有很大影響。第17頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的密集程度描述結(jié)構(gòu)面密集程度的基本概念裂隙度:沿測(cè)線方向單位長(zhǎng)度所穿過(guò)的結(jié)構(gòu)面數(shù)量。節(jié)理平均間距測(cè)線長(zhǎng)度節(jié)理數(shù)第18頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的密集程度當(dāng)巖體中存在多組節(jié)理時(shí)，此時(shí)裂隙度K為各組節(jié)理裂隙度之和。第19頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的密集程度切割度:表示巖體被結(jié)構(gòu)面切割的程度。結(jié)構(gòu)面面積；假想斷面面積當(dāng)巖體中存在多組結(jié)構(gòu)面時(shí)，此時(shí)切割度為：第20頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的密集程度不同切割度對(duì)應(yīng)巖體的貫通類型非貫通半貫通貫通第21頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的接觸類型、膠結(jié)與充填結(jié)構(gòu)面的接觸類型、膠結(jié)與充填情況對(duì)巖體對(duì)強(qiáng)度的影響第22頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的接觸類型、膠結(jié)與充填膠結(jié)物成分對(duì)巖體對(duì)強(qiáng)度的影響：泥質(zhì)膠結(jié)：強(qiáng)度最低，在脫水情況具有一定強(qiáng)度，遇水發(fā)生泥化和軟化，強(qiáng)度顯著降低?？扇茺}類膠結(jié)：干燥時(shí)具有一定強(qiáng)度，遇水溶解，強(qiáng)度降低。鈣質(zhì)膠結(jié)：強(qiáng)度較高，且不受水的影響，但在酸性水作用下，強(qiáng)度降低。第23頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的接觸類型、膠結(jié)與充填鐵質(zhì)膠結(jié)：強(qiáng)度較高，但易風(fēng)化，力學(xué)性能不穩(wěn)定。硅質(zhì)膠結(jié)：強(qiáng)度高，力學(xué)性能穩(wěn)定。第24頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的接觸類型、膠結(jié)與充填膠結(jié)物厚度對(duì)巖體對(duì)強(qiáng)度的影響：薄膜充填：充填物為極薄的一層礦物薄膜，強(qiáng)度較低。斷續(xù)充填：充填物不連續(xù)，厚度小于結(jié)構(gòu)面起伏度。結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度受兩側(cè)巖性及結(jié)構(gòu)面形態(tài)控制。第25頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的接觸類型、膠結(jié)與充填連續(xù)充填：充填物連續(xù)，厚度略大于結(jié)構(gòu)面起伏度。結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度受充填物強(qiáng)度控制。厚層充填：充填物厚度大，在巖體中形成軟弱帶。第26頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的法向變形結(jié)構(gòu)面的變形特征結(jié)構(gòu)面的法向變形1、結(jié)構(gòu)面彈性變形①結(jié)構(gòu)面的接觸是點(diǎn)接觸，接觸點(diǎn)為邊長(zhǎng)為h的正方形，接觸點(diǎn)有n個(gè)；②每個(gè)接觸點(diǎn)所受的力是相等的；③每個(gè)接觸點(diǎn)的力學(xué)特性是相同的。第27頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的法向變形點(diǎn)接觸荷載表面平均位移：與接觸面形狀有關(guān)的系數(shù)，當(dāng)接觸面為圓形，當(dāng)接觸面為方形，隨長(zhǎng)寬比的增大而減小。彈性位移，作用于結(jié)構(gòu)面上的均布載荷;結(jié)構(gòu)面邊長(zhǎng)，接觸點(diǎn)邊長(zhǎng);接觸點(diǎn)個(gè)數(shù);第28頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的法向變形沃爾多夫認(rèn)為，故有：通常認(rèn)為，當(dāng)結(jié)構(gòu)面閉合時(shí)，其彈性變形量為：第29頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的法向變形2、結(jié)構(gòu)面的閉合變形古德曼假定：①結(jié)構(gòu)面是張開(kāi)的，張開(kāi)的結(jié)構(gòu)面沒(méi)有強(qiáng)度；②結(jié)構(gòu)面間的壓縮量有限。第30頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的法向變形當(dāng)：第31頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的法向變形結(jié)構(gòu)面的配稱與非配稱試驗(yàn)：第32頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的切向變形結(jié)構(gòu)面的剪切變形1、結(jié)構(gòu)面粗糙、無(wú)充填物的剪切變形(a)。2、結(jié)構(gòu)面含有較厚充填物的剪切變形(b)。第33頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的切向變形充填物濕度對(duì)結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度曲線影響很大。當(dāng)充填物干燥時(shí)，曲線b會(huì)向曲線a過(guò)渡。

第34頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的切向變形結(jié)構(gòu)面剪切變形理想化模型峰值抗剪強(qiáng)度殘余抗剪強(qiáng)度①起始彈性段②應(yīng)力降低段③殘余變形段（塑性段）第35頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的切向變形高低恒剛度抗剪強(qiáng)度曲線高低恒位移抗剪強(qiáng)度曲線第36頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度平直結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度殘余抗剪強(qiáng)度殘余內(nèi)摩擦角峰值內(nèi)聚力，峰值內(nèi)摩擦角峰值抗剪強(qiáng)度第37頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度若結(jié)構(gòu)面間有水存在：第38頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度規(guī)則粗糙結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度：基本摩擦角，結(jié)構(gòu)面爬坡角第39頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度基本摩擦角，結(jié)構(gòu)面爬坡角第40頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度規(guī)則粗糙結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度理想曲線：視內(nèi)聚力第41頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度不規(guī)則粗糙結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度：結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)結(jié)構(gòu)面兩壁表面抗壓強(qiáng)度第42頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度充填結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度當(dāng)結(jié)構(gòu)面中充填有某種軟弱物質(zhì)時(shí)，隨著充填厚度的增大，結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度顯著下降，一旦充填物厚度超過(guò)結(jié)構(gòu)面表面起伏幅值時(shí)，則結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度由充填物的厚度縮控制。第43頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)構(gòu)面的力學(xué)效應(yīng)單結(jié)構(gòu)面力學(xué)效應(yīng)

結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度符合庫(kù)侖準(zhǔn)則：巖石內(nèi)任意點(diǎn)應(yīng)力關(guān)系：?jiǎn)谓Y(jié)構(gòu)面力學(xué)效應(yīng)第44頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院?jiǎn)谓Y(jié)構(gòu)面力學(xué)效應(yīng)沿結(jié)構(gòu)面破壞力學(xué)條件：當(dāng)：第45頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學(xué)院?jiǎn)谓Y(jié)構(gòu)