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1、第四章第四章 岩体的基本力学性能岩体的基本力学性能 第一节第一节 概述概述第二节第二节 岩体结构面的分析岩体结构面的分析第三节第三节 结构面的变形特性结构面的变形特性第四节第四节 结构面的剪切强度特性结构面的剪切强度特性第五节第五节 结构面的力学效应结构面的力学效应第六节第六节 碎块岩体的破坏碎块岩体的破坏第七节第七节 岩体的应力岩体的应力应变效应应变效应第八节第八节 岩体力学性质的现场测试岩体力学性质的现场测试2022/12/20山东科技大学12教学要求：教学要求：了解岩体中结构面的基本特性及了解岩体中结构面的基本特性及其对岩体力学性能影响。其对岩体力学性能影响。学时分配：学时分配：6 学时
2、。学时。2022/12/20山东科技大学3第一节概述第一节概述天然岩体：多个岩块和多个节理岩块互天然岩体：多个岩块和多个节理岩块互相咬合和排列相咬合和排列u岩体中含有明显的地质遗迹：不整合，褶皱，断层，节理，劈理，解理，层理和片理等。统称节理。u节理的存在，导致岩体介质的不连续，节理面又叫不连续面。节理造成岩体的不连续性和各向异性。岩体和完整岩石的差别很大。岩体和完整岩石的差别很大。2022/12/20山东科技大学4岩体的力学属性岩体的力学属性u完整的岩体连续介质属性。u碎屑岩体和糜棱岩体土力学属性。u破裂岩体或节理岩体地质力学的属性，部分属于非连续力学的范畴。力学强度力学强度和岩块的强度差别
3、很大，以岩和岩块的强度差别很大，以岩块的强度为上限，以节理的强度为下限块的强度为上限，以节理的强度为下限。节理岩体的强度要考虑个方面：节理岩体的强度要考虑个方面：非节理非节理岩体，节理和节理岩体。岩体，节理和节理岩体。2022/12/20山东科技大学一、结构面定量描述的基本参数一、结构面定量描述的基本参数l结构面结构面是没有或有极低抗拉强度的力学不连续面，是没有或有极低抗拉强度的力学不连续面，包括一切地质分离面。包括一切地质分离面。l结构面的个描述参数：结构面的个描述参数：u1产状产状：结构面的空间分布状态。由走向，倾向结构面的空间分布状态。由走向，倾向和倾角所组成得三要素描述。一般只用倾向和
4、倾角和倾角所组成得三要素描述。一般只用倾向和倾角来描述。来描述。l走向：节理面与水平面相交的交线方向，用方位角表示。走向：节理面与水平面相交的交线方向，用方位角表示。例如 N30E。2022/12/20山东科技大学56l倾斜：倾斜角度倾斜：倾斜角度水平面与节理面最大夹角，垂水平面与节理面最大夹角，垂直节理面走向的倾角。直节理面走向的倾角。倾斜方向倾斜方向与走向成垂直的方向，是节理面上倾斜与走向成垂直的方向，是节理面上倾斜最陡的方位，也是节理。最陡的方位，也是节理。节理面的走向加上或减去节理面的走向加上或减去90而得。而得。u间距间距：指同组相邻结构面的垂直距离。间指同组相邻结构面的垂直距离。间
5、距反映结构面的发育和岩体的完整程度距反映结构面的发育和岩体的完整程度。2022/12/20山东科技大学7u延展性：延展性：在岩体的露头上，所见的结构面迹在岩体的露头上，所见的结构面迹线的长度。反映结构面的规模大小。线的长度。反映结构面的规模大小。u4粗糙度和起伏度（粗糙度和起伏度（图图4-5）l相对于结构面平均平面的不平整度，通常用结构面的相对于结构面平均平面的不平整度，通常用结构面的粗糙度和起伏度表示。起伏度是相对较大一级的表面粗糙度和起伏度表示。起伏度是相对较大一级的表面不平整状态。粗糙度大，抗剪切强度大。不平整状态。粗糙度大，抗剪切强度大。u结构面面壁强度结构面面壁强度l个表面，与母岩相
6、比较。个表面，与母岩相比较。2022/12/20山东科技大学8u结构面的开度和充填物结构面的开度和充填物l结构面个面壁之间的垂直距离叫开度。处在结构结构面个面壁之间的垂直距离叫开度。处在结构面裂隙中的物质叫充填物。面裂隙中的物质叫充填物。u7.结构面的渗透性结构面的渗透性l结构面或岩体见到水流的状态。结构面或岩体见到水流的状态。u8.结构面的组数和岩块的尺寸结构面的组数和岩块的尺寸l岩体的完整性描述的主要参数。岩体的完整性描述的主要参数。l上述参数可以采用现场调查的方法，进行统计分析。上述参数可以采用现场调查的方法，进行统计分析。2022/12/20山东科技大学2022/12/20山东科技大学
7、910二、结构面分类二、结构面分类u（一）结构面成因分类（一）结构面成因分类 工程地质学角度分类工程地质学角度分类 1.原生节理：成岩过程中形成的结构面。例如层面。原生节理：成岩过程中形成的结构面。例如层面。2.构造节理：构造运动形成的节理。例如断层和共轭节理。构造节理：构造运动形成的节理。例如断层和共轭节理。3.次生节理：成岩后期形成的节理。例如风化节理。次生节理：成岩后期形成的节理。例如风化节理。u（二）结构面的相对分类和绝对分类（二）结构面的相对分类和绝对分类 1绝对分类：结构面延长长度。（绝对分类：结构面延长长度。（表表4-1）2相对分类：相对工程尺寸而言，结构面长度相对分类：相对工程
8、尺寸而言，结构面长度。2022/12/20山东科技大学2022/12/20山东科技大学1112u（三）力学分类：（三）力学分类：l破坏面破坏面大而粗的节理。大而粗的节理。l破坏带破坏带小而密的节理。小而密的节理。l破坏面破坏面+破坏带过度类。破坏带过度类。2022/12/20山东科技大学13三、岩体破碎程度分类三、岩体破碎程度分类u岩体破碎程度的分类，是表达结构面对岩体完岩体破碎程度的分类，是表达结构面对岩体完整性影响的一种评价整性影响的一种评价。l缪勒的半定量和半定性的评价方法。缪勒的半定量和半定性的评价方法。u（一）裂隙度（一）裂隙度Kl（1）裂隙度）裂隙度K是沿着取样线方向，单位长度上是
9、沿着取样线方向，单位长度上节理的数量。节理的数量。设有一取样线，其长度为设有一取样线，其长度为l，在沿，在沿l长度内出现节长度内出现节理数理数n，则则 l2022/12/20山东科技大学14l（2）节理平均距离）节理平均距离 l1l（3）节理走向垂直距离）节理走向垂直距离 ，要求满，要求满足取样线垂直节理。足取样线垂直节理。l（4）单位节理的分类）单位节理的分类 （4类）类）岩体为整体结构岩体为整体结构 块状结构块状结构 碎裂结构碎裂结构 极碎裂结构极碎裂结构2022/12/20山东科技大学15l（5）多组节理的分类）多组节理的分类组别组别a、b、c取样方向取样方向x，x与与a、b夹角（锐角）
10、夹角（锐角）、见图见图4-3则则x方向平均间距方向平均间距 取样线上的裂隙度取样线上的裂隙度K=Ka+Kb+2022/12/20山东科技大学16l按按K分（分（4类）类）K=01m-1 疏节理疏节理 （每米（每米01条）条）K=110m-1 密节理密节理 （每米（每米110条）条）K=10100m-1 非常密集节理非常密集节理 （每米（每米10100条）条）K=1001000m-1 压碎、摩擦带压碎、摩擦带 （每米（每米1001000条）条）2022/12/20山东科技大学2022/12/20山东科技大学1718u（二）切割度（二）切割度Xe 评价节理分割岩体的一个参数。有些节理属贯通性节评价
11、节理分割岩体的一个参数。有些节理属贯通性节理，切割整个岩体。单位面积的岩体中结构面面积所理，切割整个岩体。单位面积的岩体中结构面面积所占的比例。占的比例。l（1）单量节理的切割度）单量节理的切割度 设一平直断面，与单一节理重叠，断面模量所考设一平直断面，与单一节理重叠，断面模量所考虑的岩面，断面积虑的岩面，断面积A，节理面面积，节理面面积a。见图见图4-4 切割度切割度 2022/12/20山东科技大学19l（2）成组节理）成组节理 同一平直断面上出现节理面积同一平直断面上出现节理面积 a1、a2 a3an l（3）Xe分分5类见表类见表4-22022/12/20山东科技大学第三节第三节 结构
12、面的变形特性结构面的变形特性u结构面的变形是岩体的变形分析的基础，分为结构面的变形是岩体的变形分析的基础，分为法向变形和剪切变形。法向变形和剪切变形。一、结构面的法向变形特性一、结构面的法向变形特性l结构面在法向力作用下的变形。此时，结构面的法向结构面在法向力作用下的变形。此时，结构面的法向变形有多种类型。变形有多种类型。u（一）结构面的法向弹性（一）结构面的法向弹性取决于节理面的粗糙度和载荷，以及块体的弹性模取决于节理面的粗糙度和载荷，以及块体的弹性模量，块体内含节理量，块体内含节理。2022/12/20山东科技大学2021u1.结构面法向变形的基本假设结构面法向变形的基本假设（1）结构面的
13、接触是面接触，接触面是一个边长为）结构面的接触是面接触，接触面是一个边长为h的正方形，有的正方形，有n个接触面。个接触面。（2）每个接触面受力相等。）每个接触面受力相等。（3）每个接触面的力学特性相等。）每个接触面的力学特性相等。u采用弹性力学中布辛涅斯克的解计算一个接触面采用弹性力学中布辛涅斯克的解计算一个接触面的弹性变形。的弹性变形。2022/12/20山东科技大学22l已知：块体边长已知：块体边长d，弹模，弹模E。块体内节理两壁间接触面积。块体内节理两壁间接触面积nh2，n为接触面个数，为接触面个数，h2为为接触面面积（边长接触面面积（边长h），块体），块体受到的应力受到的应力，结构面上
14、的总载荷为，结构面上的总载荷为d2，作用在结构面，作用在结构面上的力为上的力为d2/n。l节理中接触面表面的弹性变形为：节理中接触面表面的弹性变形为：式中，式中，Q作用在接触面上的力；作用在接触面上的力；A接触面面积；接触面面积；E,结构面面壁的弹性模量和泊松比；结构面面壁的弹性模量和泊松比；m与荷载面积有关的系数，当为方形面积时，与荷载面积有关的系数，当为方形面积时，m=0.95。2022/12/20山东科技大学23进一步简化进一步简化例例=0.7MPa，d=50cm，E=3.0104Mpa，n=10，h=9，得：，得：2022/12/20山东科技大学24（二）结构面的法向闭合变形（二）结构
15、面的法向闭合变形u古德曼根据压缩载荷与变形的关系曲线，得出了配称古德曼根据压缩载荷与变形的关系曲线，得出了配称试验和非配称试验的本构方程。试验和非配称试验的本构方程。u配称试验配称试验u非配称试验非配称试验式中，式中，作用在试件上的压缩载荷（作用在试件上的压缩载荷（MPa）；）；v结构面的闭合变形；结构面的闭合变形；Vmc 结构面可能出现的最大闭合变形。结构面可能出现的最大闭合变形。v=0.0037+0.001810（vmc=0.0119）v=-0.003+0.007910（vmc=0.0387）2022/12/20山东科技大学25（三）结构面的闭合变形的本构方程（三）结构面的闭合变形的本构方
16、程l古德曼用试验的方法来描述结构面的闭合变形。古德曼用试验的方法来描述结构面的闭合变形。l规定物理条件：一是节理的抗拉强度为零。规定物理条件：一是节理的抗拉强度为零。二是压缩有极限值二是压缩有极限值 vmc，该值小于，该值小于节理厚度节理厚度e。则压力则压力 与变形与变形x的关系曲线：的关系曲线：（4-12）原岩应力原岩应力；x变形。变形。2022/12/20山东科技大学26二、结构面的剪切位移特性二、结构面的剪切位移特性u （一）结构面的剪切位移曲线（一）结构面的剪切位移曲线 强度强度，变形，变形（位移）（位移）见图见图4-82022/12/20山东科技大学2022/12/20山东科技大学2
17、728第四节第四节 结构面的剪切强度特性结构面的剪切强度特性u结构面的受力特点与完整岩石不同，通常只讨论结构面的受力特点与完整岩石不同，通常只讨论其抵抗剪切力的能力。其抵抗剪切力的能力。u按照结构面的形态，讨论按照结构面的形态，讨论4种结构面的强度特性：种结构面的强度特性：面摩擦面摩擦、楔效应摩擦、转动摩擦和滚动摩擦。楔效应摩擦、转动摩擦和滚动摩擦。一一、结构面的面摩擦效应、结构面的面摩擦效应l 结构面是平整的。结构面是平整的。2022/12/20山东科技大学2022/12/20山东科技大学29直剪试验中，节理的内摩擦角由剪切面上的法线与应力的合力之间的夹角来表示。如下图：结构面的合理和正压力
18、的夹角结构面的合理和正压力的夹角，结构面的摩，结构面的摩擦角擦角。根据。根据和和的关系判断结构面是否滑的关系判断结构面是否滑动。动。u稳定：u极限：u破坏：2022/12/20山东科技大学3031二、结构面的楔摩擦效应二、结构面的楔摩擦效应u大多数的结构面是起伏不平的，这种不平将给大多数的结构面是起伏不平的，这种不平将给结构面的强度增加一个附加值。附加的强度和结构面的强度增加一个附加值。附加的强度和结构面的起伏有关，所以叫做楔效应摩擦。结构面的起伏有关，所以叫做楔效应摩擦。l楔效应摩擦分为楔效应摩擦分为2种：种：规则齿状结构面和不规则齿状结构面摩擦。规则齿状结构面和不规则齿状结构面摩擦。202
19、2/12/20山东科技大学32u 规则齿形结构面的楔效应摩擦强度l将起伏不平的结构面简化为具有相同角度的规则齿将起伏不平的结构面简化为具有相同角度的规则齿形。珀顿强度公式，如下图。形。珀顿强度公式，如下图。l规则齿形节理面试件，剪力规则齿形节理面试件，剪力T和正压力和正压力N。不断施。不断施加加T时，结构面将会沿齿面滑动。滑动量可以用水时，结构面将会沿齿面滑动。滑动量可以用水平分量和垂直分量表示。但总的滑动方向仍然为水平分量和垂直分量表示。但总的滑动方向仍然为水平（平（AB）方向。）方向。l规则齿面与水平面的规则齿面与水平面的夹角为夹角为。l设定设定齿形斜面上的正应力和剪应力分别为齿形斜面上的
20、正应力和剪应力分别为 和和 ，则，则T和和N与与 和和 的关系为：的关系为：2022/12/20山东科技大学332022/12/20山东科技大学34 =NCOS+TSIN =-NSIN+TCOS换算换算N=COS SINT=SIN+COS进一步写为：进一步写为：Tan =T/N=(COS SIN)/(SIN+COS)岩体在外力作用下的总摩擦角。岩体在外力作用下的总摩擦角。2022/12/20山东科技大学35在这样的状态下，结构面不沿着平行剪切力的在这样的状态下，结构面不沿着平行剪切力的面发生，而是沿着一个低强度面面发生，而是沿着一个低强度面 （齿面）（齿面）产生。产生。此时，试件发生破坏，齿形
21、面上的力也满足其摩擦强此时，试件发生破坏，齿形面上的力也满足其摩擦强度条件。度条件。Tan =/式中，式中，为岩体结构面的摩擦角。为岩体结构面的摩擦角。上式上式进一步三角一步三角变化，化，tan =tan（+）即即 =（+）2022/12/20山东科技大学36l上式表明，具有上式表明，具有 角的规则齿形结构面，在进行直剪角的规则齿形结构面，在进行直剪试验时（此时的剪切力作用在齿形斜面上坡的方向），试验时（此时的剪切力作用在齿形斜面上坡的方向），在较低的正应力作用下，结构面表现出爬坡效应的破坏在较低的正应力作用下，结构面表现出爬坡效应的破坏特征。其总体的特征。其总体的摩擦角等于结构面的摩擦角和爬
22、坡角之摩擦角等于结构面的摩擦角和爬坡角之和和。齿形面上的合力与作用在外部的正应力夹角为。齿形面上的合力与作用在外部的正应力夹角为 ，等于等于 +。u 综上，伯顿强度公式归纳如下：综上，伯顿强度公式归纳如下：l T 时，时，=tan（+）（爬坡效应，正压力小或（爬坡效应，正压力小或0）lT 时，时，=cj+tan （切齿效应，结构面的正压（切齿效应，结构面的正压力较大时，将产生剪断齿尖的破坏特征）力较大时，将产生剪断齿尖的破坏特征）2022/12/20山东科技大学37u在进行变形分析时，结构面的上下在进行变形分析时，结构面的上下2个岩块产生相个岩块产生相对位移，不仅沿着剪力方向产生位移对位移，不
23、仅沿着剪力方向产生位移u，而且沿垂，而且沿垂直方向产生位移直方向产生位移v，意味着在剪切过程中将产生结，意味着在剪切过程中将产生结构面的构面的扩容现象扩容现象。从图。从图4-15（b）得出如下的特性）得出如下的特性:在剪切力的作用下，结构面的上半块试件将沿爬坡在剪切力的作用下，结构面的上半块试件将沿爬坡角产生位移，当齿形越过齿尖时将沿齿形的另外一角产生位移，当齿形越过齿尖时将沿齿形的另外一个斜面产生位移。因此，在水平位移和垂直位移的个斜面产生位移。因此，在水平位移和垂直位移的坐标下，将表现出齿形的轮廓线。坐标下，将表现出齿形的轮廓线。2022/12/20山东科技大学382022/12/20山东
24、科技大学39三、结构面的转动摩擦效应（自学）三、结构面的转动摩擦效应（自学）四、结构面的滚动摩擦效应（自学）四、结构面的滚动摩擦效应（自学）2022/12/20山东科技大学40第五节第五节 结构面的力学效应结构面的力学效应u在工程中要对既有完整岩石又有结构面的岩体进行在工程中要对既有完整岩石又有结构面的岩体进行评价。本节主要介绍由于结构面的存在，岩体在力学评价。本节主要介绍由于结构面的存在，岩体在力学特性方面表现出的强度效应。特性方面表现出的强度效应。一、单节理的力学效应一、单节理的力学效应u设岩体内存在一个与最大主平面的外法线成设岩体内存在一个与最大主平面的外法线成角的节角的节理。节理面和完
25、整岩石强度符合库仑准则理。节理面和完整岩石强度符合库仑准则。（4-43）c和 为结构面的粘结力和内摩擦角c和和 为结构面的粘结力和内摩擦角。为结构面的粘结力和内摩擦角。2022/12/20山东科技大学2022/12/20山东科技大学4142u岩石试件的应力状态（受到岩石试件的应力状态（受到1和和3作用）可以用一个莫尔应作用）可以用一个莫尔应力圆表示。应力圆上的一个点，表示试件的一个截面，点的力圆表示。应力圆上的一个点，表示试件的一个截面，点的坐标值，表示截面上的应力大小。坐标值，表示截面上的应力大小。u根据库伦摩尔强度的图解法可知，上图中根据库伦摩尔强度的图解法可知，上图中21和和22角度范围
26、角度范围内对应的应力圆上的点的纵坐标值，大于对应角度上对应的内对应的应力圆上的点的纵坐标值，大于对应角度上对应的节理强度值节理强度值，因此，在含有节理的岩体上，圆周上对应角，因此，在含有节理的岩体上，圆周上对应角度的所有的点代表截面的集合。如果这些截面上存在节理，度的所有的点代表截面的集合。如果这些截面上存在节理，或者说节理角度处于或者说节理角度处于21和和22角度范围内，则节理会破坏。角度范围内，则节理会破坏。如果节理破坏，则岩体破坏。如果节理破坏，则岩体破坏。u由于岩块的强度一般大于节理的强度，一般情况下，节理是由于岩块的强度一般大于节理的强度，一般情况下，节理是节理岩体的弱面。节理岩体的
27、弱面。2022/12/20山东科技大学43u相关公式同学们自己推导。主要是破坏角度的公式。相关公式同学们自己推导。主要是破坏角度的公式。u21和和22角度范围的讨论：角度范围的讨论：u m=（1+2）/2=（1-2）/2u受到受到1和和3作用时节理岩体的强度公式：作用时节理岩体的强度公式：u=u=）2022/12/20山东科技大学44u结论结论：时，节理破坏。时，节理破坏。要与岩石破坏和岩体破坏分开，岩体要与岩石破坏和岩体破坏分开，岩体=岩石岩石+节理节理 节理的存在对岩体破坏的影响可以用图节理的存在对岩体破坏的影响可以用图4-20表示。表示。l2条曲线：条曲线：3不同时的节理岩体破坏情况。不
28、同时的节理岩体破坏情况。3越大，越大，1越大，越大，表示随着侧压的提高，节理岩体的抗压强度越大。表示随着侧压的提高，节理岩体的抗压强度越大。l2个角度个角度：1对边角度，对边角度，30和和90。此时，。此时，节理不破坏，节理节理不破坏，节理的存在对岩体的强度没有影响。的存在对岩体的强度没有影响。1个中间角度个中间角度45+/2。此时。此时节理对岩体强度的影节理对岩体强度的影响最大响最大。2022/12/20山东科技大学452022/12/20山东科技大学u c=0时 （4-52）or or （4-59）用于计算用于计算 节理存在时（节理存在时（，）情况下，岩体由于）情况下，岩体由于破坏而产生的
29、应力。破坏而产生的应力。2022/12/20山东科技大学462022/12/20山东科技大学4748二、多节理的力学效应二、多节理的力学效应一般包含多个结构面。此时对岩体力学效应的评价，一般包含多个结构面。此时对岩体力学效应的评价，往往采用叠加原理分析。此时，岩体通过岩块内部往往采用叠加原理分析。此时，岩体通过岩块内部破坏的可能性可以忽略。参见下破坏的可能性可以忽略。参见下图图4-25。2022/12/20山东科技大学2022/12/20山东科技大学4950第六节第六节 碎块岩体的破坏碎块岩体的破坏碎块岩体是指岩体内节理等结构面比较发育以及碎块岩体是指岩体内节理等结构面比较发育以及裂隙张开相对
30、比较显著的岩体裂隙张开相对比较显著的岩体。它的变形远比岩它的变形远比岩块大，永久变形非常显著。在岩块上施加载荷，块大，永久变形非常显著。在岩块上施加载荷，可以使岩体内部发生岩块的位移、转动甚至使岩可以使岩体内部发生岩块的位移、转动甚至使岩块开裂，最后在岩体内部形成破坏面或破坏带。块开裂，最后在岩体内部形成破坏面或破坏带。根据对岩体破坏现象的观测，破坏面或破坏带产根据对岩体破坏现象的观测，破坏面或破坏带产生的位置有种类型。生的位置有种类型。2022/12/20山东科技大学51u破坏面（带）沿节理面破坏（常见）。破坏面（带）沿节理面破坏（常见）。u完整岩石内破坏（极为少见）。完整岩石内破坏（极为少
31、见）。u同时沿完整岩石和破坏面破坏（常见）。同时沿完整岩石和破坏面破坏（常见）。比较专业，不讲。比较专业，不讲。2022/12/20山东科技大学第七节第七节 岩体的应力岩体的应力应变效应应变效应 一、岩体的应力一、岩体的应力应变曲线（应变曲线（）u （一）岩石与岩体的应力（一）岩石与岩体的应力-应变曲线的差别应变曲线的差别 岩石的应力岩石的应力-应变曲线与岩体的应力应变曲线与岩体的应力-应变曲线，有较大应变曲线，有较大的区别。主要是岩体节理闭合线充填物的变形，其中部分的区别。主要是岩体节理闭合线充填物的变形，其中部分变形是不可恢复的，图变形是不可恢复的，图4-28是两者的应力是两者的应力-应变
32、曲线。应变曲线。为部分岩体弹性变形开始应力点，节理闭合的结束为部分岩体弹性变形开始应力点，节理闭合的结束应力，应力，A3对应对应 a，为岩体峰值应力之后破坏，如图，为岩体峰值应力之后破坏，如图4-28。1.a 曲线曲线岩石岩石 ，压缩变形处在弹塑性状态，压缩变形处在弹塑性状态，2022/12/20山东科技大学52基本无塑性变形，属脆性破坏基本无塑性变形，属脆性破坏。2.b曲线曲线岩体岩体 ，分，分3段段:第一段第一段曲线上凹，节理闭合曲线上凹，节理闭合非线弹性（很短）。非线弹性（很短）。第二段第二段直线直线线弹性（很短）。线弹性（很短）。第三段第三段曲线下凹曲线下凹塑性变形或破坏，至塑性变形或
33、破坏，至A3点（较点（较长）体积增大长）体积增大.整条曲线整条曲线“S”形，另外，从形，另外，从段往上的段往上的A1点开始卸点开始卸载，有残余应变载，有残余应变D0D1，A2处卸载残余应变处卸载残余应变D0D2。2022/12/20山东科技大学53l另，岩体的弹性模量另，岩体的弹性模量 or ,有什么区别？u（二）岩体变形曲线的类型（二）岩体变形曲线的类型2022/12/20山东科技大学54二、岩体的变形模量求取二、岩体的变形模量求取u （一）从应力（一）从应力-应变曲线上取得应变曲线上取得图图4-28，实验得到变形模量：，实验得到变形模量：式中，式中，弹性变形；弹性变形；永久变形永久变形。岩
34、体强性模量岩体强性模量 2022/12/20山东科技大学552022/12/20山东科技大学56u（二）从现场岩体变形机理求取（二）从现场岩体变形机理求取 已知，岩体中一立方体，边长已知，岩体中一立方体，边长d受力受力 ，变形，变形 式中，式中，岩块变形；岩块变形；节理变形；节理变形；E岩块弹性模量；岩块弹性模量；2022/12/20山东科技大学57 n节理中两壁接触面个数；节理中两壁接触面个数；h每个接触面的边长；每个接触面的边长；岩块的泊松比；岩块的泊松比；m载荷面积形状参数，方形载荷面积形状参数，方形m=0.95。（4-75）此中，引入岩体有效变形模量此中，引入岩体有效变形模量Eeff则
35、则 （4-76）2022/12/20山东科技大学58 2022/12/20山东科技大学59u（三）（三）“等价等价”连续岩体模型求变形模量连续岩体模型求变形模量参见课本图参见课本图4-34，设岩体内存在单独一组有规律的节，设岩体内存在单独一组有规律的节理；理；岩石为各向同性的线弹性体（虎克律），弹模岩石为各向同性的线弹性体（虎克律），弹模E；节理面平行，间距节理面平行，间距S；法向刚度系数法向刚度系数Kn；岩体岩体 法向变形法向变形 En岩体等价弹模岩体等价弹模则岩体变形则岩体变形=岩石变形岩石变形+节理变形节理变形 2022/12/20山东科技大学6061第八节第八节 岩体力学性质的现场测量
36、岩体力学性质的现场测量u野外现场试验较为全面反映了岩体力学性质的全貌。野外现场试验较为全面反映了岩体力学性质的全貌。u比较专业，工程量大。比较专业，工程量大。岩体的变形试验岩体的变形试验u（一）千斤顶法载荷试验（一）千斤顶法载荷试验将千斤顶加荷载在垫板上，使载荷传递到岩体中，也将千斤顶加荷载在垫板上，使载荷传递到岩体中，也称千斤顶法。称千斤顶法。u（二）径向载荷试验（二）径向载荷试验2022/12/20山东科技大学62l在岩体中开挖一个圆筒形硐室，然后在硐室的某段长在岩体中开挖一个圆筒形硐室，然后在硐室的某段长度内施加垂直于岩体表面的均匀压力。压力可以用水度内施加垂直于岩体表面的均匀压力。压力可以用水压施加，称水压法。也可以用压力枕加压，称径向压压施加，称水压法。也可以用压力枕加压，称径向压力枕试验，国外称为奥地利载荷试验。力枕试验，国外称为奥地利载荷试验。自己看，学习。自己看，学习。本章结束。本章结束。2022/12/20山东科技大学