結(jié)構(gòu)面的力學性質(zhì)

結(jié)構(gòu)面的力學性質(zhì)第1頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(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，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(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，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(jié)構(gòu)面類型及特征①原生結(jié)構(gòu)面：成巖過程中形成的結(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、劈理以及層間錯動引起的破碎帶等。③次生結(jié)構(gòu)面：在各種次生作用下形成的結(jié)構(gòu)面，如風化裂隙、冰凍裂隙以及重力卸載裂隙等。第4頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(jié)構(gòu)面類型及特征原生結(jié)構(gòu)面又細分為：①沉積結(jié)構(gòu)面：沉積巖層在成巖過程中形成的結(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：巖漿侵入活動及冷凝過程中形成的，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，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(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，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(jié)構(gòu)面類型及特征①壓性結(jié)構(gòu)面：由壓應力擠壓構(gòu)成，其走向與最大主應力方向垂直。②張性結(jié)構(gòu)面：在拉應力作用下產(chǎn)生，其走向與最大主應力方向一致。③扭性結(jié)構(gòu)面：由純剪或壓張應力引起的剪應力所形成的結(jié)構(gòu)面。第7頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(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，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(jié)構(gòu)面類型及特征第9頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(jié)構(gòu)面類型及特征第10頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(jié)構(gòu)面類型及特征第11頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(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（絕對分類）第12頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(jié)構(gòu)面類型及特征①按工程尺寸的分類（相對分類）第13頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(jié)構(gòu)面類型及特征②按力學觀點的分類第14頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(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度和穩(wěn)定性的重要因素。第15頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(jié)構(gòu)面的狀態(tài)①結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀：對巖體是否沿著某一結(jié)構(gòu)面滑動其控制作用。②結(jié)構(gòu)面的形態(tài)：決定巖體沿結(jié)構(gòu)面滑動時抗滑力的大小。③結(jié)構(gòu)面的延展尺度：決定巖體的強度。第16頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(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度。⑤結(jié)構(gòu)面的膠結(jié)與充填情況：對巖體的強度有很大影響。第17頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(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:沿測線方向單位長度所穿過的結(jié)構(gòu)面數(shù)量。節(jié)理平均間距測線長度節(jié)理數(shù)第18頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(jié)構(gòu)面的密集程度當巖體中存在多組節(jié)理時，此時裂隙度K為各組節(jié)理裂隙度之和。第19頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(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；假想斷面面積當巖體中存在多組結(jié)構(gòu)面時，此時切割度為：第20頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(jié)構(gòu)面的密集程度不同切割度對應巖體的貫通類型非貫通半貫通貫通第21頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(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)與充填情況對巖體對強度的影響第22頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(jié)構(gòu)面的接觸類型、膠結(jié)與充填膠結(jié)物成分對巖體對強度的影響：泥質(zhì)膠結(jié)：強度最低，在脫水情況具有一定強度，遇水發(fā)生泥化和軟化，強度顯著降低?？扇茺}類膠結(jié)：干燥時具有一定強度，遇水溶解，強度降低。鈣質(zhì)膠結(jié)：強度較高，且不受水的影響，但在酸性水作用下，強度降低。第23頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(jié)構(gòu)面的接觸類型、膠結(jié)與充填鐵質(zhì)膠結(jié)：強度較高，但易風化，力學性能不穩(wěn)定。硅質(zhì)膠結(jié)：強度高，力學性能穩(wěn)定。第24頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(jié)構(gòu)面的接觸類型、膠結(jié)與充填膠結(jié)物厚度對巖體對強度的影響：薄膜充填：充填物為極薄的一層礦物薄膜，強度較低。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)面強度受兩側(cè)巖性及結(jié)構(gòu)面形態(tài)控制。第25頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(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)面強度受充填物強度控制。厚層充填：充填物厚度大，在巖體中形成軟弱帶。第26頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(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)面的接觸是點接觸，接觸點為邊長為h的正方形，接觸點有n個；②每個接觸點所受的力是相等的；③每個接觸點的力學特性是相同的。第27頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(jié)構(gòu)面的法向變形點接觸荷載表面平均位移：與接觸面形狀有關的系數(shù)，當接觸面為圓形，當接觸面為方形，隨長寬比的增大而減小。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，接觸點邊長;接觸點個數(shù);第28頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(jié)構(gòu)面的法向變形沃爾多夫認為，故有：通常認為，當結(jié)構(gòu)面閉合時，其彈性變形量為：第29頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(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)面是張開的，張開的結(jié)構(gòu)面沒有強度；②結(jié)構(gòu)面間的壓縮量有限。第30頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(jié)構(gòu)面的法向變形當：第31頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(jié)構(gòu)面的法向變形結(jié)構(gòu)面的配稱與非配稱試驗：第32頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(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，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院結(jié)構(gòu)面的切向變形充填物濕度對結(jié)構(gòu)面抗剪強度曲線影響很大。當充填物干燥時，曲線b會向曲線a過渡。

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

結(jié)構(gòu)面抗剪強度符合庫侖準則：巖石內(nèi)任意點應力關系：單結(jié)構(gòu)面力學效應第44頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院單結(jié)構(gòu)面力學效應沿結(jié)構(gòu)面破壞力學條件：當：第45頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二資源與環(huán)境工程學院單結(jié)構(gòu)