《第六章岩体的力学性质PPT讲稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六章岩体的力学性质PPT讲稿.ppt（80页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第六章岩体的力学性质第1页，共80页，编辑于2022年，星期三6.1 岩体的变形性质岩体的变形性质 一、岩体变形试验及其变形参数确定一、岩体变形试验及其变形参数确定二、岩体变形参数估算二、岩体变形参数估算三、岩体变形曲线类型及其特征三、岩体变形曲线类型及其特征四、影响岩体变形性质的因素四、影响岩体变形性质的因素 岩体变形量岩体变形量从岩体的定义：从岩体的定义：岩体岩体=岩块岩块+结构面结构面岩体变形岩体变形=岩块变形岩块变形+结构面闭合结构面闭合+充填物压缩充填物压缩+其他变形其他变形在一般情况下，岩体的结构变形起着在一般情况下，岩体的结构变形起着控制作用控制作用。研究岩体变形的意义研究岩体变
2、形的意义第2页，共80页，编辑于2022年，星期三一、岩体变形试验及其变形参数确定承压板法承压板法狭缝法狭缝法钻孔变形法钻孔变形法水压洞室法水压洞室法单单(双双)轴压缩试验法轴压缩试验法声波法声波法地震波法地震波法原位岩体原位岩体变形试验变形试验静力法静力法动力法动力法第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质第3页，共80页，编辑于2022年，星期三静力法的基本原理静力法的基本原理：在选定的岩体表面、槽在选定的岩体表面、槽壁或钻孔壁面上施加壁或钻孔壁面上施加法向荷载法向荷载，并测定其岩并测定其岩体的体的变形值变形值；然后绘制出然后绘制出压力压力-变形变形关系曲关系曲线，计算出岩体的线，计算出
3、岩体的变形参数变形参数。动力法的基本原理动力法的基本原理：用人工方法对岩体用人工方法对岩体发射发射(或激发或激发)弹性波弹性波(声波或地震波声波或地震波)，并测定其，并测定其在岩体中的在岩体中的传播速度传播速度，然后根据波动理论求然后根据波动理论求岩体的变形参数。岩体的变形参数。第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质第4页，共80页，编辑于2022年，星期三1、承压板法承压板法 第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质刚性承压板法刚性承压板法柔性承压板法柔性承压板法承压板千斤顶传力柱钢板混凝土顶板第5页，共80页，编辑于2022年，星期三是与承压板形状与刚度有关的系数。是与承压板形状与刚
4、度有关的系数。对于圆形板对于圆形板0.785；对于方形板对于方形板0.886 第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质布西涅斯克公式布西涅斯克公式第6页，共80页，编辑于2022年，星期三2、钻孔变形法钻孔变形法 优点：优点：对岩体扰动小；对岩体扰动小；可以在可以在地下水位以下和相当深的部位进行；地下水位以下和相当深的部位进行；试验方向基本上不受限制，而且试验方向基本上不受限制，而且试验压力可以达到很大；试验压力可以达到很大；在一次在一次试验中可以同时量测几个方向的变试验中可以同时量测几个方向的变形，便于研究岩体的各向异性。形，便于研究岩体的各向异性。缺点：缺点：试验涉及的岩体体积小，试验涉
5、及的岩体体积小，代表性受到局限。代表性受到局限。第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质径向变形第7页，共80页，编辑于2022年，星期三3、狭缝法狭缝法（狭缝扁千斤顶法）（狭缝扁千斤顶法）第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质第8页，共80页，编辑于2022年，星期三常常见见岩岩体体的的弹弹性性模模量量和和变变形形模模量量 第9页，共80页，编辑于2022年，星期三几种岩体用不同试验方法测定的弹性模量几种岩体用不同试验方法测定的弹性模量岩体的岩体的变形模量变形模量比岩块的小，而且受结构面发育程度及风化比岩块的小，而且受结构面发育程度及风化程度等因素影响十分明显。程度等因素影响十分明显。
6、不同地质条件下的同一岩体，其不同地质条件下的同一岩体，其变形模量相差较大变形模量相差较大。试验方法不同试验方法不同、压力大小不同，岩体压力大小不同，岩体变形模量变形模量不同不同。第10页，共80页，编辑于2022年，星期三二、岩体变形参数估算一是在现场地质调查的基础上，建立适当的岩体一是在现场地质调查的基础上，建立适当的岩体地地质力学模型质力学模型，利用室内利用室内小试件小试件试验资料来估算。试验资料来估算。二是在岩体质量评价和大量试验资料的基础上，建立二是在岩体质量评价和大量试验资料的基础上，建立岩体分类指标岩体分类指标与与变形参数变形参数之间的之间的经验关系经验关系，并用于并用于变形参数估
7、算变形参数估算。第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质第11页，共80页，编辑于2022年，星期三1、层状岩体变形参数估算、层状岩体变形参数估算 层状岩体的地质力学模型层状岩体的地质力学模型假设各岩层假设各岩层厚度相等厚度相等为为S，且，且性质相同。性质相同。层面的层面的张开度可忽略不计张开度可忽略不计假设岩块的变形参数为假设岩块的变形参数为E，和和G，层面的变形参数为层面的变形参数为Kn，Ks。取取n-t坐标系坐标系，n垂直层面，垂直层面，t平平行层面。行层面。由由岩块和层面岩块和层面组成单元体。组成单元体。第12页，共80页，编辑于2022年，星期三（1 1）法向应力）法向应力n n作
8、用下的岩体变形参数作用下的岩体变形参数 1)沿沿n方向加荷方向加荷 2)沿沿t方向加荷方向加荷变形由岩块引起第13页，共80页，编辑于2022年，星期三(2)(2)剪应力作用下的岩体变形参数剪应力作用下的岩体变形参数 若岩层厚度及岩块参数都不相同时，应采用别的方法进行计算。若岩层厚度及岩块参数都不相同时，应采用别的方法进行计算。第14页，共80页，编辑于2022年，星期三2、裂隙岩体变形参数的估算裂隙岩体变形参数的估算（1）用）用RMR值估算岩体变形模量值估算岩体变形模量（2）用）用Q值估算纵波速度和岩体平均变形模量值估算纵波速度和岩体平均变形模量第15页，共80页，编辑于2022年，星期三三
9、、岩体变形曲线类型及其特征三、岩体变形曲线类型及其特征 1、法向变形曲线、法向变形曲线直线型直线型 上凹型上凹型 上凸型上凸型 复合型复合型 第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质第16页，共80页，编辑于2022年，星期三直线型通过原点的直线，其方程为通过原点的直线，其方程为pf(W)KW加压过程中加压过程中W随随p成正比增加成正比增加(岩体刚度为常数岩体刚度为常数)岩体岩体岩性均匀岩性均匀、结构面不发育结构面不发育或结构面或结构面分布均匀分布均匀岩体岩体刚度大刚度大，不易变形不易变形，岩体较岩体较坚硬、完整、致密均匀、少裂隙，坚硬、完整、致密均匀、少裂隙，以弹性变形为主，接近于均质弹性
10、以弹性变形为主，接近于均质弹性体。体。岩体岩体刚度低刚度低、易变形易变形，由多组结构由多组结构面切割且分布较均匀、岩性较软面切割且分布较均匀、岩性较软弱且均质、平行层面加压。有明弱且均质、平行层面加压。有明显的塑性变形和回滞环、非弹性显的塑性变形和回滞环、非弹性变形。变形。陡直线型缓直线型第17页，共80页，编辑于2022年，星期三上凹型曲线方程为曲线方程为pf(W)，dp/dW随随p增大而递增，增大而递增，dp/dW0层状及节理岩体多呈这类曲线层状及节理岩体多呈这类曲线 岩岩体体刚刚度度随随循循环环次次数数增增加加而而增增大大，弹弹性性变变形形成成分分较较大大。多多为为垂垂直直层层面面加加压
11、压的的较较坚坚硬硬层状岩体层状岩体。卸压曲线较陡，变形大部分为卸压曲线较陡，变形大部分为塑性变形塑性变形。多为存在软弱夹层的多为存在软弱夹层的层状岩体及裂隙岩体、垂直层面层状岩体及裂隙岩体、垂直层面加压的层状岩体。加压的层状岩体。第二种情况第一种情况第18页，共80页，编辑于2022年，星期三上凸型曲线方程为曲线方程为pf(W)，dp/dW随随p增加而递减，增加而递减，d2p/dW20。结构面发育且有结构面发育且有泥质充填泥质充填的岩体、较深处埋藏有的岩体、较深处埋藏有软弱软弱夹层夹层或岩性或岩性软弱软弱的岩体常呈这类曲线。的岩体常呈这类曲线。复合型p-W曲线呈阶梯或曲线呈阶梯或“S”型型。结
12、结构构面面发发育育不不均均或或岩岩性性不不均均匀匀的的岩岩体体，常常呈呈此此类类曲曲线。线。第19页，共80页，编辑于2022年，星期三2、剪切变形曲线、剪切变形曲线峰值前曲线峰值前曲线平均斜率平均斜率小，小，破坏位移破坏位移大；一般可达大；一般可达2-10mm,峰值后应峰值后应力降很小或不变。力降很小或不变。r/p1p10.6,0.6,多为沿软弱结构面剪切。多为沿软弱结构面剪切。峰值前曲线峰值前曲线平均斜率平均斜率较大，峰值强度较高。峰值后较大，峰值强度较高。峰值后应力降较大应力降较大。r/p0.8p0.80.6,0.6,多为沿粗糙结构面、软弱岩体及剧风化岩体剪切。多为沿粗糙结构面、软弱岩体
13、及剧风化岩体剪切。峰值前峰值前曲线斜率曲线斜率大，大，线性段和非线性段明显，线性段和非线性段明显，峰值强度峰值强度高，破坏位高，破坏位移小移小,一般约一般约1mm左右左右,峰值后应力降大，残余强度较低。峰值后应力降大，残余强度较低。r/p0.8p0.80.3,0.3,多为多为剪断坚硬岩体剪断坚硬岩体。第20页，共80页，编辑于2022年，星期三 四、影响岩体变形性质的因素 第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质影影响响因因素素：岩岩性性、结结构构面面特特征征、风风化化程程度度、试试验验方方法法、试试件件尺尺寸寸、加加荷荷条条件件、温温度、湿度等。度、湿度等。结构面密度结构面密度：密度增大，
14、完：密度增大，完整性变差，变形变大，整性变差，变形变大，E减小减小结构面的张开度及结构面的张开度及充填特征充填特征：张开度大且无：张开度大且无充填或充填薄时，变形大，充填或充填薄时，变形大，E小小说明密度大到一定程度，对变形影响不明显第21页，共80页，编辑于2022年，星期三结构面方位第22页，共80页，编辑于2022年，星期三6.2 岩体的强度性质岩体的强度性质一、岩体的剪切强度一、岩体的剪切强度二、裂隙岩体的压缩强度二、裂隙岩体的压缩强度三、裂隙岩体强度的经验估算三、裂隙岩体强度的经验估算岩岩体体强强度度是是指指岩岩体体抵抵抗抗外外力力破破坏坏的的能能力力。岩岩体体的的强强度度既既不不同
15、同于于岩岩块块的的强强度度，也也不不同同于于结结构构面面的的强强度度，一一般般情情况况下下，其其强强度度介于介于介于介于岩块与结构面强度之间。岩块与结构面强度之间。岩岩体体和和岩岩块块一一样样，岩岩体体强强度度也也有有抗抗压压强强度度、抗抗拉拉强强度度和和剪剪切强度切强度之分之分。第23页，共80页，编辑于2022年，星期三一、岩体的剪切强度 岩体的岩体的剪切强度剪切强度是指是指岩体内岩体内任一方向剪切面任一方向剪切面，在法向应力在法向应力作用下所能抵抗的作用下所能抵抗的最大剪应力最大剪应力。剪切强度分为剪切强度分为抗剪断强度抗剪断强度、抗剪强度抗剪强度和和抗切强度抗切强度。抗抗剪剪断断强强度
16、度是是指指在在任任一一法法向向应应力力下下，横横切切结结构构面面剪剪切切破破坏时岩体能抵抗的最大剪应力。坏时岩体能抵抗的最大剪应力。抗抗剪剪强强度度是是指指在在任任一一法法向向应应力力下下，岩岩体体沿沿已已有有破破裂裂面面剪剪切切破坏时的最大应力。破坏时的最大应力。抗切强度抗切强度是指剪切面上的法向应力为零时的抗剪断强度。是指剪切面上的法向应力为零时的抗剪断强度。第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质第24页，共80页，编辑于2022年，星期三1、原位岩体剪切试验及其强度参数确定、原位岩体剪切试验及其强度参数确定双千斤顶法直剪试验 第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质第25页，共80
17、页，编辑于2022年，星期三第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质第26页，共80页，编辑于2022年，星期三岩体岩体剪应力剪应力()-剪位移剪位移(u)曲线曲线及及法向应力法向应力()-法法向变形向变形(W)曲线曲线。剪切强度曲线（剪切强度曲线（-）及岩体剪切强度参数及岩体剪切强度参数Cm，m值值 第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质第27页，共80页，编辑于2022年，星期三各类岩体的剪切强度参数表岩体内摩岩体内摩擦角与岩擦角与岩块较块较接近接近而内聚力而内聚力则大大则大大低低于于岩块。岩块。说明结构说明结构面的存在面的存在主要是主要是降降低低了岩体了岩体的连结能的连结能力进而降
18、力进而降低其内聚低其内聚力。力。第28页，共80页，编辑于2022年，星期三2、岩体的剪切强度特征岩体的剪切强度特征岩岩体体的的剪剪切切强强度度是是具具有有上上限限和和下下限限的的值值域域，其其强强度度包包络络线线也也是是有有上上限限和和下下限限的的曲曲线线族族。上上限限是是岩岩体体的的剪剪断断强强度度,下下限限是是结结构构面面的的抗抗剪剪强度强度。应应力力较较低低时时，强强度度变变化化范范围围较较大大，随随着着应力应力增大增大，范围逐渐变小范围逐渐变小。应应力力高高到到一一定定程程度度时时，包包络络线线变变为为一一条条曲曲线线，岩岩体体强强度度将将不不受受结结构构面面影影响响而而趋趋于于各各
19、向向同性同性体。体。沿结构面剪切沿结构面剪切(重剪破坏重剪破坏)时，岩体时，岩体剪切强度最低剪切强度最低，等于结构等于结构 面的抗剪强度面的抗剪强度。横切结构面剪切横切结构面剪切(剪断破坏剪断破坏)时，岩体时，岩体剪切强度最高剪切强度最高。沿复合剪切面剪切沿复合剪切面剪切(复合破坏复合破坏)时，其强度时，其强度介于以上两者之间介于以上两者之间。第29页，共80页，编辑于2022年，星期三第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质坚硬岩体的强度坚硬岩体的强度曲线曲线，m45,Cm=0.14MPa,强度包强度包络线上下限相差大络线上下限相差大软弱岩体的强度曲软弱岩体的强度曲线线m=3040,Cm=
20、0.010.5MPa,强度强度包络线上下限较接近包络线上下限较接近第30页，共80页，编辑于2022年，星期三二、裂隙岩体的压缩强度 岩体的岩体的压缩强度压缩强度分为分为单轴抗压强度单轴抗压强度和和三轴压缩强度三轴压缩强度。在生产实际中，通常是采用在生产实际中，通常是采用原位单轴原位单轴压缩压缩和和三轴压缩试验三轴压缩试验来确定。来确定。第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质单轴压缩单轴压缩三轴压缩三轴压缩第31页，共80页，编辑于2022年，星期三单结构面理论单结构面理论第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质第32页，共80页，编辑于2022年，星期三岩体的强度岩体的强度(13)随结
21、构面倾角随结构面倾角的变化而变化的变化而变化当当j或或90时，岩体不可能沿结构面破坏，而只能产生剪时，岩体不可能沿结构面破坏，而只能产生剪断岩体破坏断岩体破坏。只有当只有当12时时，岩体才能沿结构面破坏。，岩体才能沿结构面破坏。单结构面理论单结构面理论第33页，共80页，编辑于2022年，星期三单结构面理论当当45j2时，岩体强度取得最低值时，岩体强度取得最低值 3=0 三轴压缩强度单轴第34页，共80页，编辑于2022年，星期三单结构面理论含含多多组组结结构构面面，且且假假定定各各组组结结构构面面具具有有相相同同的的性性质质时时，可可分分步步运运用用单单结构面理论确定岩体结构面理论确定岩体强
22、度包络线强度包络线及岩体强度。及岩体强度。随随结结构构面面组组数数的的增增加加，岩岩体体的的强强度度趋趋向向于于各各向向同同性性，并并被被大大大大削削弱弱，且多沿复合结构面破坏。且多沿复合结构面破坏。含四组以上结构面岩体的强度可按各向同性考虑含四组以上结构面岩体的强度可按各向同性考虑。当当3接近于接近于mc时，可视为各向同性体。时，可视为各向同性体。第35页，共80页，编辑于2022年，星期三三、裂隙岩体强度的经验估算 Hoek-Brown(1980)的经验方程的经验方程M、S、A、B、T为为与与岩岩性性及及结结构构面面情情况况有有关关的的常常数数，根根据据岩岩体体性质性质查表确定查表确定。第
23、36页，共80页，编辑于2022年，星期三岩岩体体质质量量和和经经验验常常数数之之间间关关系系表表第37页，共80页，编辑于2022年，星期三6.3 岩体的动力学性质岩体的动力学性质一、岩体中弹性波的传播规律一、岩体中弹性波的传播规律二、岩体中弹性波速度的测定二、岩体中弹性波速度的测定三、岩体的动力变形与强度参数三、岩体的动力变形与强度参数岩岩体体的的动动力力学学性性质质是是岩岩体体在在动动荷荷载载作作用用下下所所表表现现出出来来的的性性质质，包包括括岩岩体体中中弹弹性性波波的的传传播播规规律律及及岩岩体体动动力变形与强度性质。力变形与强度性质。第38页，共80页，编辑于2022年，星期三一、
24、岩体中弹性波的传播规律弹弹性性波波在在介介质质中中的的传传播播速速度度仅仅与与介介质质密密度度及及其其动动力力变变形形参参数数Ed，d有有关关。因因此此可可以以通通过过测测定定岩岩体体中中的的弹弹性性波波速来确定岩体的动力变形参数速来确定岩体的动力变形参数。岩体受到岩体受到振动、冲振动、冲击或爆破击或爆破应应力力波波塑性波和冲击波塑性波和冲击波弹性波弹性波面波面波体波体波纵波纵波(P波波)横波横波(S波波)瑞利波瑞利波(R波波)勒夫波勒夫波(Q波波)压缩波压缩波剪切波剪切波第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质第39页，共80页，编辑于2022年，星期三影响弹性波在岩体中的传播速度的因素影
25、响弹性波在岩体中的传播速度的因素 不不同同岩岩性性岩岩体体中中弹弹性性波波速速度度不不同同，岩岩体体愈愈致致密密坚坚硬硬，波波速速愈大，反之，则愈小。愈大，反之，则愈小。沿结构面传播的速度沿结构面传播的速度大于大于垂直结构面传播的垂直结构面传播的速度速度。在在压压应应力力作作用用下下，波波速速随随应应力力增增加加而而增增加加，波波幅幅衰衰减减少；反之，在拉应力作用下，则波速降低，衰减增大少；反之，在拉应力作用下，则波速降低，衰减增大。随岩体中随岩体中含水量含水量的增加导致弹性波速的增加导致弹性波速增加增加。岩岩体体处处于于正正温温时时，波波速速随随温温度度增增高高而而降降低低，处处于于负负温温
26、时时则相反。则相反。第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质第40页，共80页，编辑于2022年，星期三二、岩体中弹性波速度的测定二、岩体中弹性波速度的测定地震法地震法声波法声波法声波法测弹性波原理图声波法测弹性波原理图 1.发射换能器；发射换能器；2.接收换能器；接收换能器；3.放大器；放大器；4.声波发射仪；声波发射仪；5.计时装置计时装置 选选择择代代表表性性测测线线，布布置置测测点点和安装声波仪和安装声波仪发发生生正正弦弦脉脉冲冲，向向岩岩体体内发射声波内发射声波 记记录录纵纵、横横波波在在岩岩体体中中传传播的播的时间时间 第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质第41页，共80页
27、，编辑于2022年，星期三常常见见岩岩石石的的纵纵、横横波波速速度度值值第42页，共80页，编辑于2022年，星期三常见常见岩体岩体不同不同结构结构面发面发育情育情况下况下的纵的纵波速波速度值度值 第43页，共80页，编辑于2022年，星期三三、岩体的动力变形与强度参数三、岩体的动力变形与强度参数1、动力变形参数、动力变形参数动力变形参数动力变形参数有：有：动弹性模量和动泊松比动弹性模量和动泊松比及动剪及动剪 切模量。可通过声波测试确定。切模量。可通过声波测试确定。优点：不扰动被测岩体的天然结构和应力状态；优点：不扰动被测岩体的天然结构和应力状态；测定方法简便，省时省力；测定方法简便，省时省力
28、；能在岩体中各个部位广泛进行。能在岩体中各个部位广泛进行。计算公式：计算公式：第44页，共80页，编辑于2022年，星期三常见岩体动弹性模量和动泊松比参考值第45页，共80页，编辑于2022年，星期三几种岩体动、静弹性模量比较表几种岩体动、静弹性模量比较表 第46页，共80页，编辑于2022年，星期三岩体与岩块的动弹性模量都普遍大于静弹性模量岩体与岩块的动弹性模量都普遍大于静弹性模量 坚硬完整岩体坚硬完整岩体Ed/Eme约为约为1.22.0风风化化、裂裂隙隙发发育育的的岩岩体体和和软软弱弱岩岩体体Ed/Eme约约为为1.510.0左右，大者可超过左右，大者可超过20.0 原因：原因：静静力力法
29、法采采用用的的最最大大应应力力大大部部分分在在1.010.0MPa，少少数数则则更更大大，变变形形量量常常以以mm计计，而而动动力力法法的的作作用用应应力力约约为为104MPa量量级级，引引起起的的变变形形量量很很微微小小。因因此此静静力力法法会会测得较大的不可逆变形，而动力法则测不到这种变形。测得较大的不可逆变形，而动力法则测不到这种变形。静力法持续的时间较长。静力法持续的时间较长。静力法扰动了岩体的天然结构和应力状态。静力法扰动了岩体的天然结构和应力状态。动弹性模量与静弹性模量的关系动弹性模量与静弹性模量的关系第47页，共80页，编辑于2022年，星期三用动弹性模量换算静弹性模量用动弹性模
30、量换算静弹性模量 第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质利用岩块与岩体的纵波速利用岩块与岩体的纵波速度计算岩体度计算岩体完整性系数完整性系数Kv第48页，共80页，编辑于2022年，星期三2、动力强度参数、动力强度参数 静态加载、准静态加载静态加载、准静态加载：应变率应变率104s-1 动态加载下岩石的强度比静态加载时的动态加载下岩石的强度比静态加载时的强度高强度高。冲冲击击荷荷载载下下岩岩石石的的动动抗抗压压强强度度约约为为静静抗抗压压强强度度的的1.22.0倍。倍。原原因因：这这实实际际上上是是一一个个时时间间效效应应问问题题，在在加加载载速速率率缓缓慢慢时时，岩岩石石中中的的塑塑性性
31、变变形形得得以以充充分分发发展展，反反映映出出强强度度较较低低；反反之之，在在动动态态加加载载下下，塑塑性性变变形形来来不不及及发发展展，则则反反映映出出较较高高的的强强度度。特别是在爆破等冲击荷载作用下，岩体强度提高尤为明显。特别是在爆破等冲击荷载作用下，岩体强度提高尤为明显。第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质第49页，共80页，编辑于2022年，星期三岩石在不同荷载速率下的强度值岩石在不同荷载速率下的强度值利用岩块与岩体的纵利用岩块与岩体的纵波速度计算波速度计算岩体强度岩体强度岩体准抗压强度第50页，共80页，编辑于2022年，星期三6.4 岩体的水力学性质岩体的水力学性质岩体的水
32、力学性质是指岩体的水力学性质是指岩体与水共同作用岩体与水共同作用所表现出来的力学性质。所表现出来的力学性质。水在岩体中的作用：水在岩体中的作用：1.1.水对岩石水对岩石的的物理化学作用物理化学作用；2.2.水水与岩体（或与岩体（或应力应力）相互耦合作用下的）相互耦合作用下的力学效应力学效应。玛玛 尔尔 帕帕 塞塞 拱拱 坝坝 溃溃 坝坝第51页，共80页，编辑于2022年，星期三6.4 岩体的水力学性质岩体的水力学性质一、单个结构面的水力特征一、单个结构面的水力特征 二、裂隙岩体的水力特征二、裂隙岩体的水力特征 三、应力对岩体渗透性能的影响三、应力对岩体渗透性能的影响四、渗流应力四、渗流应力研
33、究模型研究模型：1.用用等等效效连连续续介介质质模模型型来来研研究究，认认为为裂裂隙隙岩岩体体是是由由空空隙隙性性差差而而导导水水性性强强的的结结构构面面系系统统和和导导水水性性弱弱的的岩岩块块孔孔隙隙系系统统构构成成的的双双重重连连续介质；续介质；2.把把岩岩体体看看成成为为单单纯纯的的按按几几何何规规律律分分布布的的裂裂隙隙介介质质，用用裂裂隙隙水水力学参数或几何参数来表征裂隙岩体的渗透空间结构力学参数或几何参数来表征裂隙岩体的渗透空间结构。第52页，共80页，编辑于2022年，星期三一、单个结构面的水力特征1、平直光滑无充填贯通结构面平直光滑无充填贯通结构面 假设假设如图如图，有微分方程
34、有微分方程牛顿粘滞定律牛顿粘滞定律平均流速平均流速边界条件边界条件水的运动粘滞系数第53页，共80页，编辑于2022年，星期三2、非、非平直光滑无充填贯通结构面平直光滑无充填贯通结构面 (路易斯路易斯1974)K2为结构面的面连续性系数为结构面的面连续性系数c为结构面的相对粗糙修正系数为结构面的相对粗糙修正系数 h为结构面起伏差为结构面起伏差 为水的运动粘滞系数（为水的运动粘滞系数（cm2/s），），第54页，共80页，编辑于2022年，星期三二、裂隙岩体的水力特征二、裂隙岩体的水力特征1、含一组结构面岩体的、含一组结构面岩体的渗透性能渗透性能 设结构面的张开度为设结构面的张开度为e，间距间距
35、为为S，渗透系数为渗透系数为Kf；岩块；岩块的渗透系数为的渗透系数为Km。第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质岩体顺结构面走向等效渗流系数第55页，共80页，编辑于2022年，星期三2、含多组结构面岩体的渗透性能、含多组结构面岩体的渗透性能 根据结构面发育的随机性，根据结构面发育的随机性，借助计算机搜索出一定借助计算机搜索出一定范围内的连通结构面网络图，在此基础上，进一步范围内的连通结构面网络图，在此基础上，进一步计算岩体的渗透张量。计算岩体的渗透张量。第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质第56页，共80页，编辑于2022年，星期三3、岩体渗透系数的测试岩体渗透系数的测试 抽水试验
36、抽水试验 压水试验压水试验岩体单位吸水量岩体单位吸水量是指单位是指单位试验压力下、单位长度试试验压力下、单位长度试段在单位时间内的岩体的段在单位时间内的岩体的吸水量。吸水量。第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质第57页，共80页，编辑于2022年，星期三三、应力对岩体渗透性能的影响三、应力对岩体渗透性能的影响岩体的渗透系数随岩体的渗透系数随应力增加而降低应力增加而降低。随随岩岩体体埋埋深深的的增增加加，结结构构面面的的密密度度和和张张开开度度相相应应减减小，所以岩体的渗透性也随深度小，所以岩体的渗透性也随深度增加而减小增加而减小。人人类类工工程程活活动动对对岩岩体体渗渗透透性性有有很很大
37、大影影响响，如如地地下下洞洞室室和和边边坡坡的的开开挖挖、水水库库的的修修建建等等，也也都都影影响响到到岩岩体体的的渗渗透透性性能。能。经验关系式经验关系式第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质第58页，共80页，编辑于2022年，星期三四、渗流应力当岩体中存在着渗透水流时，位于地下水面以下的当岩体中存在着渗透水流时，位于地下水面以下的岩体将受到渗流岩体将受到渗流静水压力静水压力和和动水压力动水压力的作用，这的作用，这两种渗流应力又称为两种渗流应力又称为渗流体积力渗流体积力。第六章第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质渗流动水压力浮力，常数第59页，共80页，编辑于2022年，星期三方法：通
38、过岩体的一些方法：通过岩体的一些简单和容易实测的指标，把简单和容易实测的指标，把工程地质条件和岩体力学性质参数联系起来工程地质条件和岩体力学性质参数联系起来，并借并借鉴已建工程设计、施工和处理等方面成功与失败鉴已建工程设计、施工和处理等方面成功与失败的经验教训，的经验教训，对岩体进行归类对岩体进行归类的一种工作方法。的一种工作方法。目的：通过分类目的：通过分类，概括地反映各类工程岩体的质概括地反映各类工程岩体的质量好坏，预测可能出现的岩体力学问题量好坏，预测可能出现的岩体力学问题。为工程。为工程设计、支护衬砌、建筑物选型和施工方法选择等设计、支护衬砌、建筑物选型和施工方法选择等提供参数和依据提
39、供参数和依据。6.5 岩体的工程分类岩体的工程分类第六章 岩体的力学性质第60页，共80页，编辑于2022年，星期三分类标准、方法岩体岩体条件条件 岩体岩体类型类型 岩体力学岩体力学参数参数和工程设计、施工和工程设计、施工参数参数。分类指标分类指标:岩性、结构面特征、岩体完整性、岩性、结构面特征、岩体完整性、地下水特征等。地下水特征等。分类方法：分类方法：单因素分类、多因素分类、定性、单因素分类、多因素分类、定性、定量分类、专用分类、通用分类等。定量分类、专用分类、通用分类等。第61页，共80页，编辑于2022年，星期三第六章 岩体的力学性质一、岩块的工程分类一、岩块的工程分类 1 Deere
40、&Miller 双指标分类双指标分类 分类指标：岩块抗压强度（分类指标：岩块抗压强度（c）、）、模量比模量比（Et/c）第62页，共80页，编辑于2022年，星期三2 2、国标岩土工程勘察规范、国标岩土工程勘察规范(GB 50021 2001)分类分类 分类指标：新鲜岩块的饱和单轴抗压强度（分类指标：新鲜岩块的饱和单轴抗压强度（cwcw）标准工程岩体分级标准(GB50218)执行。当岩体整当岩体整程度为极程度为极破碎时可破碎时可不进行坚不进行坚硬程度分硬程度分类类 第63页，共80页，编辑于2022年，星期三第64页，共80页，编辑于2022年，星期三第65页，共80页，编辑于2022年，星期
41、三第66页，共80页，编辑于2022年，星期三1 1 岩体质量分级岩体质量分级2 2 洞室围岩分类洞室围岩分类3 3 岩体地质力学分类（岩体地质力学分类（RMRRMR分类）分类）4 4 巴顿岩体质量分类（巴顿岩体质量分类（Q Q分类）分类）二、岩体的工程分类二、岩体的工程分类第67页，共80页，编辑于2022年，星期三1 1、岩体质量分级、岩体质量分级（工程岩体分级标准工程岩体分级标准GB50218-94GB50218-94）分级指标：岩体基本质量指标分级指标：岩体基本质量指标BQBQ BQ=90+3BQ=90+3cwcw+250 Kv+250 Kv 当当cwcw90 Kv90 Kv3030时
42、，以时，以cwcw90Kv90Kv3030和和KvKv代入代入 上上 式计式计算算BQBQ值；值；当当KvKv0.040.04cwcw0.40.4时，以时，以KvKv0.04cw0.04cw0.40.4和和cwcw代入代入上式计算上式计算BQBQ值。值。JvJv与与KvKv对照表对照表第68页，共80页，编辑于2022年，星期三分级方法分级方法：首先首先，按岩体基本质量指标按岩体基本质量指标BQBQ进行初步分级（表进行初步分级（表2-12 2-12）；第69页，共80页，编辑于2022年，星期三第70页，共80页，编辑于2022年，星期三当地下洞室围岩处于当地下洞室围岩处于高天然应力区高天然应
43、力区或围岩中有不或围岩中有不利于岩体稳定的利于岩体稳定的软弱结构面软弱结构面和和地下水地下水时，岩体时，岩体BQBQ值值应进行修正，修正值应进行修正，修正值BQBQ按下式计算：按下式计算：BQBQBQBQ100(100(K K1 1K K2 2K K3 3)K K1 1-地下水影响修正系数；地下水影响修正系数；K K2 2-主要软弱面产状影响修正系数；主要软弱面产状影响修正系数；K K3 3-天然应力影响修正系数。天然应力影响修正系数。然后然后，考虑天然应力、地下水和结构面方位等的考虑天然应力、地下水和结构面方位等的影响对影响对BQBQ进行修正，再按修正后的进行修正，再按修正后的BQBQ进行详
44、进行详细分级。细分级。第71页，共80页，编辑于2022年，星期三表表2-152-15、1616、17 17 影影 响响 修修 正正 系系 数数(K(K1 1、K K2 2、K K3 3)表表第72页，共80页，编辑于2022年，星期三n根据修正值根据修正值BQBQ的工程岩体分级仍按表的工程岩体分级仍按表2-122-12进行进行,各级岩各级岩体的物理力学参数和围岩自稳能力可按表体的物理力学参数和围岩自稳能力可按表2-182-18确定确定第73页，共80页，编辑于2022年，星期三2 2洞洞室室围围岩岩分分类类锚杆喷射混凝土支护技术规范锚杆喷射混凝土支护技术规范GBJ86-2001GBJ86-2
45、001）(同同8585版）版）分类指标：分类指标：坚硬程度、完整性、地下水、地坚硬程度、完整性、地下水、地应力、岩体结构、结构面发育特征、岩石应力、岩体结构、结构面发育特征、岩石强度强度及及岩体声学性质岩体声学性质等。等。优点：给出了毛洞自稳性的工程地质评价，优点：给出了毛洞自稳性的工程地质评价，给出了各类围岩的喷锚支护设计参数及围岩给出了各类围岩的喷锚支护设计参数及围岩物理力学性质的计算指标。物理力学性质的计算指标。第74页，共80页，编辑于2022年，星期三第75页，共80页，编辑于2022年，星期三3 3 岩体地质力学分类岩体地质力学分类(RMR(RMR分类分类)分类指标：分类指标：岩块
46、强度、岩块强度、RQDRQD值、节理间距、节理条件值、节理间距、节理条件及及地下水地下水方法方法：（1 1）根据各类指标的数值，按表）根据各类指标的数值，按表2-20A2-20A的标准评分，的标准评分，求和得总分求和得总分RMRRMR值。值。（2 2）按表）按表2-20B2-20B和表和表2-212-21的规定对总分作适当的修正。的规定对总分作适当的修正。（3 3）用修正后的总分对照表）用修正后的总分对照表2-20C2-20C求得岩体的类别及求得岩体的类别及相应的无支护地下洞室的自稳时间和岩体强度指标相应的无支护地下洞室的自稳时间和岩体强度指标(c(c，)值。值。第76页，共80页，编辑于20
47、22年，星期三第77页，共80页，编辑于2022年，星期三第78页，共80页，编辑于2022年，星期三4 4、巴顿岩体质量、巴顿岩体质量(Q)(Q)分类分类 分类指标分类指标：Q Q值值 RQDRQD为岩石质量指标为岩石质量指标；Jn Jn为节理组数为节理组数；JrJr为节理粗糙系数；为节理粗糙系数；JaJa为节理蚀变系数；为节理蚀变系数；JwJw为节理水折减系数；为节理水折减系数；SRFSRF为应力折减系数。为应力折减系数。J JW W/SRF/SRF 表示水与其它应力存在时对岩体质量的影响表示水与其它应力存在时对岩体质量的影响 RQD/JnRQD/Jn 为岩体的完整性；为岩体的完整性；Jr/JaJr/Ja 表示结构面表示结构面(节理节理)的形态、充填物特征及其次的形态、充填物特征及其次生变化程度；生变化程度；分类方法：确定各参数的数值，求得分类方法：确定各参数的数值，求得Q Q值，以值，以Q Q值为依值为依据将岩体分为据将岩体分为9 9类。类。第79页，共80页，编辑于2022年，星期三第80页，共80页，编辑于2022年，星期三