巖石力學(xué)》課件完整版(文件)

　

【正文】 動力法 兩種 。 常用的靜力法有千斤頂法荷載試驗（或稱平板荷載法）、徑向荷載試驗（如雙筒法）和 水壓法 。一般為方形或圓形，面積為 、材料彈性也可為剛性。多次小循環(huán)加載比相同荷載下常規(guī)加載巖體產(chǎn)生的總變形大 (蠕變現(xiàn)象 ) （ 3）傳力裝置（傳力支柱、傳力柱墊板） 。 r墊板的半徑 。 變形模量 可按彈性厚壁圓筒理論（圖 4－ 36）求得： prruE B ????211 ?式中 半徑為 巖體內(nèi)的徑向位移 1u rA AA A BrEK)1( ???0uPK ?推算彈性抗力系數(shù) K 定義：洞室表面產(chǎn)生單位位移的應(yīng)力 利用彈性厚壁圓筒理論推出： 注： K隨洞的半徑的大小而變化，一般，半徑越大 K值越小。則巖體的變形模量 E可按布辛涅斯克的彈性理論求得。 abF F F?? 力強度曲線 122s inc o sp F tFFFtF????????有效抗剪面積 正壓力仍由全部面積承擔(dān) 總面積： （二）單千斤頂法 要點： 單千斤頂法是現(xiàn)場無法施加垂直應(yīng)力的情況下采用的。 、剪應(yīng)力計算 (如圖 4－ 42) ????c o ssi n22xxFtFFtF??hhxFtFFF21si n??????????2si n2)2c o s1(211???而 故 xFhF1?? 剪應(yīng)力強度曲線 三、現(xiàn)場三軸強度試驗 在一個隨機性節(jié)理的巖體中，破壞面位置的 預(yù)定是有困難的，用三軸試驗可以量測巖體的抗 剪強度和破壞面的位置及形態(tài)，這時，破壞面會 沿最弱的面破壞。 、強度曲線和巖體特征曲線 從而測定應(yīng)力－位移關(guān)系曲線。 1 2 3? ? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?2222231 2 1 3 2 32222132 3 2 1 3 12222123 1 3 2 1 2124124124nnnnnnLMN??? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ????? ? ? ? ? ? ????????? ? ? ? ? ? ????????? ? ? ? ? ? ????? 狀態(tài)下應(yīng)力滿足： (圖 4－ 45) 上式在 τ － σ 平面坐標(biāo)內(nèi)表示為一個應(yīng)力圓。 （ A ） 巖體中含有大量的不連續(xù)面 （ B ） 巖體中含有水 （ C ） 巖體為非均質(zhì)材料 （ D ） 巖石的彈性模量比巖體的大 巖體的尺寸效應(yīng)是指（ ）。 從定性和定 量兩個方面來評價巖體的工程性質(zhì) ， 根據(jù)工程 類型及使用目的對巖體進行分類 ， 這也是巖體力學(xué)中最基本的研究課題 。 分類原則 （ 1） 有明確的類級和適用對象 。 （ 5）根據(jù)適用對象，選擇考慮因素。 （ 一 ） 巖石單軸抗壓強度分類 (表 51) 由于巖石點荷載試驗可在現(xiàn)場測定，數(shù)量多而簡便，所以用點荷載強度指標(biāo)分類得到重視。 ? 中科院地質(zhì)所根據(jù)他們對巖體結(jié)構(gòu)的分類，列出了彈性波在各類巖體中傳播特性，如表 55。 （ 1）與巖石強度相關(guān)的巖體評分值 R1可以用標(biāo)準(zhǔn)試件進行單軸壓縮來確定，也可由 點荷載試驗確定 。 巖石堅硬程度采用巖石 單軸飽和抗壓強（ RC） 表 515 RC與定性劃分的巖石堅硬程度的關(guān)系 （ Kv） 的確定。無表中所列情況時，修正系數(shù)取零。 按我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn) （ GB50218－ 94） 該巖體基本質(zhì)量級別和考慮工程基本情況后的級別分別確定為 （ ） 。 所以 ， 本題答案選 （ B） 。 ? 因素： 自重 地質(zhì)構(gòu)造 地形地貌 地震力 水壓力 地?zé)帷? （ 2）確定開挖方案與支護設(shè)計的必要參數(shù)。 （ 3） 計算巖體的基本質(zhì)量指標(biāo)修正值 )(1 0 0][ 321 KKKBQBQ ????其中： 為地下水影響修正系數(shù) ， 由表 519查得＝ ； 為主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù) ， 由表 520查得＝ ； 為初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù) ， 由表 521查得＝ 。 (2條 ) （ 1） 巖體 物理 力學(xué)參數(shù)的選用 工程巖體基本級別一旦確定以后，可按表 52 選用巖體的物理力學(xué)參數(shù) 以及按表 523選用 巖體 結(jié)構(gòu)面抗剪斷峰值強度參數(shù) 。見第三章 ②選擇有代表性露頭或開挖面，對不同的工程地質(zhì)巖組進行節(jié)理裂隙統(tǒng)計，根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果計算單位巖體體積的節(jié)理數(shù)（ Jv） (條 /m3) 表 516 Jv與 Kv的對照關(guān)系 表 517 Kv與巖體完整性程度定性劃分的對應(yīng)關(guān)系 （ 2） 基本質(zhì)量分級 （ BQ） 按下式計算 BQ=90+3RC+250KV 式中： RC－ 巖石單軸飽和抗壓強度的兆帕數(shù)值 KV－ 巖體完整性指數(shù)值 注：①當(dāng) RC90KV+30,代 RC＝ 90KV+30 ②當(dāng) KV RC+,代 KV＝ RC+ Q值分級見表 518（分為 5級） （ 3）結(jié)合工程情況，計算巖體基本質(zhì)量指標(biāo)修 正值 [BQ]， 并按表 518的指標(biāo)值確定本工程的工 程巖體級別。 (R6) 根據(jù)以上六個參數(shù)之和 RMR值，把巖體的質(zhì)量劃分為五類，見表 513 本分類還給出了對巖體穩(wěn)定性（隧洞巖體自穩(wěn)時間）以及對應(yīng)的巖體 c,φ 值，建議值見表 514。首先將巖質(zhì)分六類，在根據(jù)彈性波在巖體中的速度，將圍巖強度分為七類。 根據(jù)巖石抗壓強度、工程地質(zhì)條件和開挖時巖體穩(wěn)定破壞現(xiàn)象，分四類，并有相應(yīng)的施工措施，見表 53 （二）前蘇聯(lián)巴庫地鐵分類 按巖體完整性分類 （ 一）按巖石質(zhì)量指標(biāo) RQD 分類 （ Rock Quality Designation） RQD是選用堅固完整的 、 其長度大于等于 10mm的巖芯總長度與鉆孔長度的比 ， 百分?jǐn)?shù)表示為： ? ?? ? %1 0 010鉆孔總長LcmlR Q D i? ??工程實踐說明， RQD是一種比巖芯采取率更好的指標(biāo)。 （ 2） 巖體的完整性 ， 結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀 、 密度 、 聲波等 。 （ 3） 類級一般分五級為宜 。 （ 2） 便于施工方法的總結(jié) ,交流 ,推廣 。 （ A） 巖石類型、埋深 （ B） 巖石類型、含水量、溫度 （ C） 巖體的完整性和巖石的強度 （ D） 巖體的完整性、巖石強度、裂隙密度、埋深 我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)中巖石的堅硬程序確定是按照（ ）。? ? ? ? ?? ? ?221 2 , 3 1 2 , 3222nn? ? ? ??? ??? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ?1 3 2。 關(guān)于不同應(yīng)力狀態(tài)下，現(xiàn)場三軸試驗成果的 計算分述如下： 狀態(tài)下應(yīng)力 滿足 ： 上式中， L,M,N分別是某平面的法向方向余弦。目前，試件的大小可達 ,試件的基底與巖體相連的面積為 . （圖 4－ 43） 試件準(zhǔn)備好后，把壓力枕埋置在刻槽內(nèi)，以便施加 σ 2和 σ 3，而 σ 1是通過垂直千斤頂或壓力枕施加的。 注 3 在計算剪應(yīng)力時，應(yīng)扣除由于垂直壓力而產(chǎn)生的滾軸滾動摩擦力。雙千斤頂試驗中，一組試驗不少于五塊試件。 既 （三）狹縫壓力枕荷載試驗 (2種 ) 方法 1要點： 將巖體切割成槽，把壓力枕埋于槽內(nèi)，并用水泥砂漿澆注，使壓力枕的兩個面皆能很好地與槽的兩側(cè)巖面接觸（圖 437）。 E——巖體的彈性模量 ? ?20 1/s m p E A?? ?? （ 4－ 81） 式中， A受荷表面的面積； m系數(shù)它取決于墊板的形狀、剛度以及荷載分布等情況，其 m值可見表 4－ 5 ? ? ? ?2021 ps b aE??? ?? (中心有孔的壓力枕 )中心點的垂直 位移 （ 4－ 83) 注： 在圓形板下不同荷載類型時，其相應(yīng)的m值可見表 4－ 6 ? ?2 2 2 2 201l n l np b a b a a bs a ba b E a b????? ? ? ? ?? ?? ????（ 2）墊板為剛性墊板時 （ 4－ 82） 式中： a和 b為墊板的邊長 （二）徑向荷載試驗 （求抗力系數(shù) K和彈模 E） 要點： 在巖體中開挖一個圓筒形洞室，然后在這個洞室的某一段長度上施加垂直于巖體表面的均勻壓力。 （一）千斤頂法荷載試驗 頂、底板加載 邊墻加載 圖 433 巖體現(xiàn)場變形試驗加荷過 程示意圖 巖體的變形可在墊板下面測定，也可在通過墊板 中心的軸線上距墊板一定距離處量測 單次小循環(huán) 大循環(huán) 多次小循環(huán) P壓力 T時間 ? ?20 2 1 /s p E r???? (測出壓力和位移，由下列公式計算巖體的變形模量 E) 把巖體看作一個彈性半無限空間，用布辛涅斯克方程求得巖體表面的垂直向位移。加荷為 500kN3000kN，加荷方法有小循環(huán)和大循環(huán)兩種。 eE dE： 用千斤頂加荷于墊板上，使荷載傳到巖體中，也稱千斤頂法。 動力法 是指施加于巖體上的荷載為動力荷載。而巖體的野外現(xiàn)場測試就較為全面的反映巖體力學(xué)性能的全貌，這是室內(nèi)試驗所不及的。 ① 設(shè)巖塊抗剪強度 ， ② 設(shè) mn方向位移 1單位 ， 則水平位移 ： 垂直位移 ： 合剪力： 合正應(yīng)力： 水平推力： H 內(nèi) 、 外力作功相等： 代入以上結(jié)果，并 ?iu sin?iv cos?iamnco s?iacos?vb?liavbuH v ????? co s??0?didH ? ?abaH v ??? ?? 2得 iiac os?m n H a vb?1 iu 位移 方向 單元受力圖 mn發(fā)生破壞所需要的最小推力 H 式中： －節(jié)理的摩擦系數(shù) 因為塊體朝需要推力 最小 的方向位移 ， ?tan)t a n2((2 ?????? ??? vv baba)t a n2(t a n2 ?????? ???? vv bbbH ml發(fā)生破壞所需要的最小推力 H 返回 第五節(jié) 巖體的應(yīng)力 —應(yīng)變分析 一 、 巖體的 曲線 ?? ?巖石和巖體的 σ － ε 曲線對比示意圖 －應(yīng)變曲線差別 巖石 巖體 彈性線性 巖體內(nèi)部破裂或結(jié)構(gòu)面局部剪切破壞。 裂隙巖體的破壞類型可分三種： ?沿節(jié)理破壞 （常見） ?巖體實體部分破壞 （少數(shù)） ?巖塊與節(jié)理面同時破壞 （較常見） 一、沿節(jié)理面產(chǎn)生破壞 破壞類型 （分三類） 齒狀剪切 破壞斜面 ，個別塊體發(fā)生轉(zhuǎn)動 剪切 破壞帶 ，一列內(nèi)轉(zhuǎn)動的塊體有 2塊 扭結(jié)破壞帶， 巖塊砌疊列排列，扭結(jié)在一起而整轉(zhuǎn)動，一列內(nèi)轉(zhuǎn)動的塊體大于 2塊 LA方程（ Ladanyi和 Archambault） （ 1）設(shè) （ 2）由平衡條件及功能原理，得峰值抗剪強度 ① 節(jié)理破壞面為規(guī)則齒狀（圖 424） ②外力作用下，齒面產(chǎn)生相對水平位移和 垂直位移增量（擴容） ③齒受力后，若荷載過大，部分齒剪壞 y?（ 461） 剪斷齒端的面積與剪切面積之比； saAAas? ?? 峰值抗剪強度時的擴容比； v?RS ??巖塊的抗剪強度 ； 節(jié)理面的內(nèi)摩擦角。其抗翻倒阻力就是它的滾動摩力，其摩擦系數(shù)為 0??鋼圓柱滾動其摩擦系數(shù)為