巖石力學(xué)》課件完整版-預(yù)覽頁

　

【正文】 其相互間排列關(guān)系 巖石力學(xué) （ Rock Mechanics）： 研究巖體在各種不同受力狀態(tài)下產(chǎn)生變形和破壞規(guī)律的學(xué)科。 這是影響巖石力學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)的三個重要因素 。 巖石分類 巖體 =巖塊 +結(jié)構(gòu)面 變質(zhì)巖：不穩(wěn)定與變質(zhì)程度和原 巖性質(zhì)有關(guān) 巖漿巖：強度高、均質(zhì)性好 沉積巖：強度不穩(wěn)定，各向異性 巖 體 結(jié)構(gòu)面 巖塊 不連續(xù)面：包括節(jié)理、裂隙、孔隙、斷面、孔洞、層面 巖體力學(xué)的研究任務(wù)與內(nèi)容 ① 不連續(xù)； ② 各向異性； ③ 不均勻性； ④ 巖塊單元的可移動性； ⑤ 地質(zhì)因子特性 （ 水 、 氣 、 熱 、 初應(yīng)力 ） 。 聯(lián)合國建議：40m2/人 （ 莫斯科 44m2/人；倫敦 ；巴黎25m2/人 ） 。 1963年意大利瓦依昂水庫巖坡滑動 1966年在里斯召開第一屆國際巖石力學(xué)大會 （ 一屆 /4年 ） 全國巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)會 ， 2022年開第 6屆 ， 1屆 /1年 。 第一節(jié) 基本物理性質(zhì) 一、巖石的質(zhì)量指標(biāo) （一）密度和比重 巖石的密度：單位體積內(nèi)巖石的質(zhì)量 。 VV——孔隙體積 （ 3）干密度：巖塊中的孔隙水全部蒸發(fā)后的單位體積質(zhì)量（ 108℃ 烘 24h） VGc /1??巖石的比重：巖石固體質(zhì)量（ G1） 與同體積水在 4℃ 時的質(zhì)量比 VC——固體積； ——水的比重 )/(1 WCVG ???W?G1——巖石固體的質(zhì)量。 cdcc RR /??1??? 耐崩解性指數(shù)是通過對巖石試件進(jìn)行烘干，浸水循環(huán)試驗所得的指標(biāo)。應(yīng)力波就是應(yīng)力在固體介質(zhì)中的傳播。 ? 沖擊波 如果固體介質(zhì)的變形性質(zhì)能使大擾動的傳播速度遠(yuǎn)比小擾動的傳播速度大，在介質(zhì)中就會形成波頭陡峭的、以超聲波傳播的沖擊波。 ? （ 2）面波： 僅在巖石表面?zhèn)鞑ァ? ? 波面上介質(zhì)的質(zhì)點具有相同的速度、加速度、位移、應(yīng)力和變形。（ 示波見圖 3－ 1） 聲波儀 巖石試件 l發(fā)射傳感器 耦合濟 接收傳感器 SSPPtlVtlV//??測出 SP tt注： 由于縱波比橫波較后到達(dá)，因此橫波易受干擾，難于分辨，所以準(zhǔn)確得測出橫波時很重要的。 由表可見，巖體縱波波速變化范圍較大， 受各種因素影響。 ? 從動彈性模量的數(shù)字來看，多集中在 之間。若裂隙中充填物為空氣，則彈性波不能通過，而是繞過裂隙斷點傳播。 從圖中可以看出： 增加，縱波波速急劇的下降 四、巖體波速與各向異性性質(zhì)有關(guān) 巖體因成巖條件、結(jié)構(gòu)面和地應(yīng)力等 原因而具有各向異性，因而彈性波在巖體 中的傳播、巖體動彈性模量等也具有各向 異性。 ，當(dāng)垂直于層面加載時，在低應(yīng)力階段波速急速隨應(yīng)力增長而增加， 當(dāng)波速超過平行層面方向的波以后，增長變慢。 如圖可見， 3條測線總的趨勢大約在 米處，波速最大，可推測松動圈范圍在此處。如圖 3－ 18所示 返回 第四章 巖體的基本力學(xué)性質(zhì) 巖體結(jié)構(gòu)面分析 一、結(jié)構(gòu)面 ： 斷層、節(jié)理、褶皺 …… 統(tǒng)稱 巖體 結(jié)構(gòu)面影響 完整性很好 ——連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法 非常破碎 ——土力學(xué)方法 兩者之間 ——裂隙體力學(xué)方法 巖體不連續(xù)性 ， 各向異性 反映區(qū)域性地質(zhì)構(gòu)造 降低巖體強度 圖 4－ 1節(jié)理巖體的強度特征與巖石強度的區(qū)別 Ⅰ －巖石； Ⅱ －節(jié)理化巖體： Ⅲ －節(jié)理 巖體強度 =巖塊強度 +節(jié)理強度 二、結(jié)構(gòu)面的分類 按照工程的要求分類 1． 絕對分類 2． 相對分類 ——相對工程而言的分類見表 41。 為每個接觸面的面積 。 （ 5）兩種節(jié)理的可壓縮性 配稱節(jié)理的壓縮量： 非配稱節(jié)理的壓縮量： abV ?? ???acV ?? ??? 劈裂 稱接觸 圖 4－ 7 一條張開裂縫的壓縮變形曲線 二、節(jié)理的切向變形 （一）節(jié)理強度與剪切變形的關(guān)系 節(jié)理 “ ” 曲線分為 4類 。 當(dāng) T的方向是下坡方向時，內(nèi)摩擦角變成 規(guī)則齒強度準(zhǔn)則 ??? ?s)t an ( ???? ?? s升角取 “ +” 降角取“－” ?u tgv ?②規(guī)則齒剪切擴容（剪脹） ③殘余內(nèi)摩擦角 設(shè)滑動前的內(nèi)摩摩擦角為 則滑動后的內(nèi)摩摩擦角為 —無齒時的殘余內(nèi)摩擦角 － 無齒（平面接觸）時的內(nèi)摩擦角 ??? ?? st??? ?? krk?r?s?圖 4－ 13 契效應(yīng)的擴容曲線 （ 2）不規(guī)則齒接觸 （ 1977 N假設(shè)模型受法向力 N； 剪切力 T。可能有 3種情況： ba??ta n?? 當(dāng) 時，則六面體發(fā)生翻倒， 故 稱為翻倒角。當(dāng)碎塊剖面為 n個邊的規(guī)則多角形時，其翻倒角為： ?當(dāng)碎塊的邊數(shù)不斷增加，則碎塊趨向圓球， 。 變形明顯變大 ， 且是永久變形 。 ????(465) 21)1(1uuR qnnnqS ???? (466) n—巖石的抗壓強度與抗拉強度之比 ?????????)52(5t a n)2(231rnKinrK (4－ 67) 在剪切破壞帶或扭壞帶內(nèi)，即當(dāng)每轉(zhuǎn)動巖塊的塊數(shù) ＝ 2－ 5時，則從試驗得到 Adany公式中的參數(shù) ： rn1K 2K破壞類型 剪壞面 剪壞帶 紐壞帶 0 2 3 4 5 6 rn 1K 2Kitanitan)32( 3二、巖塊－節(jié)理破壞 、 巖塊剪切破壞面 mn， 圖 －節(jié)理模型的剪切破壞 求：塊體沿 mn和 Ml發(fā)生破壞所需要的最小推力及該類巖體的擴容條件。 故可由此式來求出 nh effE （ ） 3.“等價 ” 模型求模量 設(shè)巖體內(nèi)存在單獨一組有規(guī)律的節(jié)理，可用“等價”連續(xù)介質(zhì)模型來代替這個不連續(xù)巖體 等價原理 ： 保證模型和原型中的總應(yīng)力和位移相等；但原型和模型中的變形不同 “ 等價 ” 模型變形 =巖塊變形 +節(jié)理法向變形 既： 巖體的變形模量 nnnn KEEKEE111 ????? ???nKnE節(jié)理的法向剛度系數(shù) E 巖塊彈性模量 返回 第六節(jié) 巖體力學(xué)性能的現(xiàn)場測試 由于室內(nèi)的巖樣存在體積小、脫離巖體的地質(zhì)力學(xué)性能的全貌等缺點，因而不能充分反映巖體的力學(xué)性能。 靜力法 是指巖體現(xiàn)場變形試驗時以靜力荷載進(jìn)行加載。 通常求算巖體的彈性模量 及變形模量 用千斤頂法，求巖石的彈性抗力系數(shù)采用雙筒法。 （ 2）加荷裝置（千斤頂或壓力枕） 。 （ 4）變形量測裝置（測微計） 。 μ 巖體的泊松比 。 K愈大巖體彈性抗力愈大，愈有利于襯砌的穩(wěn)定。當(dāng)實測位移已知時， 變形模量 為 ： ? ? ? ?22211 314 1 1RplEu?? ????? ?? ???? ? ?????式中： p壓力枕施加的單位壓力（ MPa） —直槽寬度（近似用壓力枕的寬度代替） (cm) yx軸到測點的距離(cm） — 測點的位移（ cm） l2224y y ll????? ? ?Ru： 可按施加的推力與剪切面之間的夾角的大小而采用不同的加荷方法。在山坡上或平洞內(nèi)的預(yù)定剪切面上挖成各種主應(yīng)力方向與固定剪切面成不同傾角的試件（通常剪切面傾角為 150350） 注 2 施加于試件剪切面上的壓力應(yīng)該包括千斤頂施加的荷重、設(shè)備和試件的重量。 矩形塊體，在試洞底板或洞壁的試驗位置上，經(jīng)過仔細(xì)鑿刻和整平而成的，此矩形試件三邊脫離原地巖體，而僅一邊與巖體相連。確定應(yīng)力的比例極限、屈服極限和破壞極限。 狀態(tài)下應(yīng)力滿足： 1 3 2 3 2 , 3。 （ A ） 巖體的力學(xué)參數(shù)與試件的尺寸沒有什么關(guān)系 （ B ） 巖體的力學(xué)參數(shù)隨試件的增大而增大的現(xiàn)象 （ C ） 巖體的力學(xué)參數(shù)隨試件的增大而減少的現(xiàn)象 （ D ） 巖體的強度比巖石的小 3 、影響巖體質(zhì)量的主要因素為（ ）。 分類的目的 （ 1） 為巖石工程建設(shè)的勘察 、 設(shè)計 、 施工和編制定額提供必要的基本依據(jù) 。 （ 2） 有定量的指標(biāo) 。 趨勢： “ 綜合特征值 ” 分類法 分類的獨立因素 在分類中起主導(dǎo)和控制作用的有如下幾方 面因素 ： （ 1） 巖石材料的質(zhì)量 （ 強度指標(biāo) ） 。由倫敦地質(zhì)學(xué)會與Franklin等人提出，見圖 51 （二）以點荷載強度指標(biāo)分類 按巷道巖石穩(wěn)定性分類 （ 一）斯梯尼 (Stini)分類 根據(jù)巷道圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行分類 ，如表 52所示。 ? 日本池田和彥于 1969年提出了日本鐵路隧道圍巖強度分類。 表 57 巖石抗壓強度與巖體評分值 R1的對應(yīng)關(guān)系 （ 2）巖石質(zhì)量指標(biāo) RQD由修正的巖芯采取率確定 表 58 對應(yīng)于 RQD的巖體評分值 R2 （ 3）對應(yīng)于節(jié)理組間距的巖石評分值 R3， 表 59 （ 4）與節(jié)理狀態(tài)相關(guān)的巖體評分值 R4， 見表 510 （ 5）與地下水狀態(tài)相關(guān)的巖體評分值 R5見表 511 （ 6）巖體工程的穩(wěn)定性與節(jié)理方向是否有利關(guān) 系很大，所以最后提出了表 512，來考慮節(jié)理方 向?qū)こ淌欠裼欣麃硇拚拔鍌€評分之和。 ①用彈性波測試。 [BQ]出現(xiàn)負(fù)值時，應(yīng)按特殊問題處理。 （ A） Ⅲ 級和 Ⅲ 級 （ B） Ⅲ 級和 Ⅳ 級 （ C） Ⅳ 級和 Ⅳ 級 （ D） Ⅳ 級和 Ⅳ 級 M p aR c ?smV pr 4500?smV pm 3 5 0 0? 解： （ 1）計算巖體的基本質(zhì)量指標(biāo) vc KRBQ 2 5 0390 ??? 2222???prpmv VVK M p aR c ?其中： 檢驗限制條件： ??????? cv RKMpacR所以 仍取為 ??????? vc KR所以 仍取為 vK得： 3 8 5 ??????BQ（ 2） 查 表 518（ 巖體基本質(zhì)量分級表 ） 該巖體基本質(zhì)量級別確定為 Ⅲ 級。 2 7 3)(1 0 03 8 3][ ?????BQ返回 第六章 巖體的初始應(yīng)力狀態(tài) 第一節(jié) 初始應(yīng)力的概念與意義 ? 意義 （ 1）工程穩(wěn)定性分析的原始參數(shù)。 返回 第二節(jié) 初始應(yīng)力的組成與計算 巖體自重應(yīng)力場 ??垂直應(yīng)力： —平均密度， KN/m3 側(cè)壓力： H—總深度（ m） —側(cè)壓力系數(shù) 的取值有 4種可能 ? 圖 61 巖體自重垂直應(yīng)力 Hz ?? ?HAHAZ ??? ??ZyX ???? ??（ 1）巖體假定處于彈性狀態(tài) ? ? zx ???? ??1由 推出 ????? 1得： ?巖體由多層不同性質(zhì)巖層組成時 (圖 62) 第 j層應(yīng)力： ???jiiijz h1??原始垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力： ? ?? ? 01 ????? zyxyx E ??????jzjjyjx ???? ??znniiiz h ?????? ??? ?? yx1jj?????1j圖 62自重垂直應(yīng)力分布 1?? ??（ 2） Heim假設(shè)（塑