巖石力學課件完整版-文庫吧在線文庫

　　

【正文】 ? ? ? ? ? 四 、巖石的抗風化指標 （ 3類） (1)軟化系數 （表示抗風化能力的指標） Rcc——干燥單軸抗壓強度、 Rcd——飽和單軸抗壓強度； （ ）越小，表示巖石受水的影響越大。 力學 （固體力學分支）、地質學、巖土工程 巖石力學的發展簡史 返回 第二章 巖石的基本物理力學性質 巖石的基本物理力學性質是巖體最基本、最重要的性質之一，也是巖石力學學科中研究最早、最完善的內容之一 。 ?綠化指標： 1990年全國城市綠化面積 ， 上海 （ 國家要求 2m2/人 ） 。第一章 緒論 巖石： 由礦物或巖屑在地質作用下按一定規律 聚集而形成的自然物體 。 ?人口密度 ：擁人極限 2萬 /km2， 而上海達 4萬/km2(局部 16萬 /km2)， 北京達 /km2。 總之三個階段：材料力學、連介力學、構造力學。反映了巖石中裂隙向相互連通的程度，大多滲透性可用達西（ Darcy） 定律描述： （ m3/s） ——水頭變化率； qx——沿 x方向水的流量； h——水頭高度； A——垂直 x方向的截面面積； k——滲透系數。 第一節 巖石的波動特性 一、固體中應力波的種類 ? 粘彈性波 在非線性彈性體中傳播的波，這種波，除彈性變形產生的彈性應力外，還產生又摩擦應力或粘滯應力。 ? 面波速度小于體波，但傳播距離大。現場量測彈性波速度 的方法如圖（ 33）所示。 圖 3－ 5從實例統計的角度，表示了各類巖 石的彈性波速及密度之間的關系。 在單向壓縮且垂直應力方向測試巖石的波速時，所測波速有較明顯的影響；其它加載方法對所測波速的影響比較小，見圖 3－ 11， 12 均勻壓縮 單向壓縮 環向壓縮 從圖中可以看出，隨著壓力的增大，縱波的波速亦隨之增大。 不同，縱波波速不同。 法向 切向 nhEdm )1(22 220???? ???2h?按彈性力學Boussinesq公式計算齒狀節理接觸面彈性變形引起的閉合變形 （二）節理的閉合變形 齒狀接觸，開始是齒頂的壓縮 → 壓碎 → 閉合。當剪切時，可使充填物或碎塊發生轉動。 ?? ???? ??? ?（ 3）應變分析（參見圖） 一旦轉動，平行六面體受到剪應變和線應變。 ??????t an)1(1)t an)(1(,VaSavasRssp ??????鋸齒狀剪壞面模型 擴容與應力的關系 齒根剪斷部分 齒根全部剪斷，擴容為 0 擴容 擴容最大 （ 3）退化討論 ① 當 as=0(被剪斷的面積為零 )， ? ?式得代入 614, ?? tg iV適用于低正應力狀態， 為滑升角 i)t a n ( ip ?? ????②當 as=1和 V’=0(齒根全部剪斷，擴容為 0)，抗剪強度為 rjP C ??? t a n??jCr?巖石殘余內摩擦角。本節我們討論巖體的變形性能和強度特性的現場試驗。 （圖 4－ 32)： （ 1）墊板（承壓板 )。 (1)墊板為柔性墊板 (3種位移 ) （ 480） 式中： p荷載 。 ? ? 1spEVa???變形模量為 式中： p壓力枕給巖面的總荷載 ； A圓形加載面的半徑； Vs巖面的平均位移 方法 2要點： 在垂直巖壁上刻槽布置，圖 4－ 38 。 注 4 如果剪切面為傾斜面時，上述破壞面上的正、剪應力的計算公式還應根據傾角的大小進行修正。令 L,M,N＝ 0，則在 τ － σ 平面坐標內表示為三個應力圓（圖 4－ 44）。 （ A） 巖石的飽和單軸抗壓強度 （ B） 巖石的抗拉強度 （ C） 巖石的變形模量 （ D） 巖石的粘結力 下列形態的結構體中，哪一種具有較好的穩定性？（ ） （ A） 錐形（ B） 菱形（ C） 楔形（ D） 方形 沉積巖中的沉積間斷面屬于哪一種類型的結構面？（ ） （ A） 原生結構面 （ B） 構造結構面 （ C） 次生結構面 巖體的變形和破壞主要發生在（ ） （ A） 劈理面（ B） 解理面（ C） 結構 （ D） 晶面 同一形式的結構體，其穩定性由大到小排列次序正確的是（ ） （ A） 柱狀 板狀 塊狀 （ B） 塊狀 板狀 柱狀 （ C） 塊狀 柱狀 板狀 （ D） 板狀 塊狀 柱狀 不同形式的結構體對巖體穩定性的影響程度由大到小的排列次序為（ ） （ A） 聚合型結構體 方形結構體 菱形結構體 錐形結構體 （ B） 錐形結構體 菱形結構體 方形結構體 聚合型結構體 （ C） 聚合型結構體 菱形結構體 文形結構體 錐形結構體 （ D） 聚合型結構體 方形結構體 錐形結構體 菱形結構體 巖體結構體是指由不同產狀的結構面組合圍限起來，將巖體分割成相對的完整堅硬的單無塊體，其結構類型的劃分取決于（ ） （ A） 結構面的性質 （ B） 結構體型式 （ C） 巖石建造的組合（ D） 三者都應考慮 A C C A D A C B A D 參考答案 返回 第五章 工程巖體分類 第一節 分類的目的與原則 巖體復雜 、 理論不完善 、 靠經驗 。 （ 4） 分類方法簡單明了 、 數字便于記憶和應用 。 例 某鉆孔的長度為250cm， 其中巖芯采取總長度為 200cm,而大于 10cm的巖芯總長度為 157cm(圖 52)， 則巖 芯 采 取 率 ：200/ 250= 80% RQD=157/250=63% 用 RQD值來描述巖石的質量 分級 (表 54) （二）以彈性波（縱波）速度分類 依據： 彈性波變化能反映巖體結構特性和完整性 。 返回 第三節 我國工程巖體分級標準 （ GB5021894） 工程巖體分級的基本方法 （ 1） 確定巖體基本質量 按定性 、 定量相協調的要求 ， 最終確定巖石 的堅硬程度與巖體完整性指數 。 （ 2）地下工程巖體自穩能力的確定 利用標準中附錄所列的地下工程自穩能力（表 524），可以對跨度等于或小于 20m的地下工程作自穩性初步評價，當實際自穩能力與表中相應級別的自穩能力不相符時，應對巖體級別作相應調整 返回 例：某地下工程巖體的勘探后得到如下資料：單軸飽和抗壓強度強度 ；巖石較堅硬 ， 但巖體較破碎 ， 巖石的彈性縱波速度 、巖體的彈性縱波速度 ；工作面潮濕 ，有的地方出現點滴出水狀態；有一組結構面 ， 其走向與巷道軸線夾角大約為 25度 、 傾角為 33度；沒有發現極高應力現象 。 ? 初始應力： 天然狀態下巖體內的應力，又稱地應力、原巖應力。 1K2K3K所以： （ 4） 查 表 5 18 （ 巖體基本質量分級表 ） 該巖體質量級別最終確定為 Ⅳ 級 。 [BQ]＝ BQ－ 100(K1+K2+K3) K1,K2,K3值，可分別按表 51 5 521確 定。（表 56） 按巖體綜合指標分類 （ 二 ） 巖體的巖土力學分類 由畢昂斯基 (Bieniaski1974)提出 “ 綜合特征值 ” RMR值分類 0RMR100 （ 在歐美流行） ??? 61i iRR M R式中的 6個指標的相關因素分別為： R1巖石抗壓強度 R2RQD R3節理間距 R4節理狀態 R5地下水狀態 R6修正系數，節理的方向對工程的影響 這 6個指標分別由如下各表來確定 。 （ 3） 水汶狀態 （ 軟化 、 沖蝕 、 弱化 ） （ 4） 地應力 （ 5）其它因素（自穩時間、位移率） 其中： 巖性是最重要因素 返回 第二節 幾種典型分類 按巖石的單軸抗壓強度 RC分類 用巖塊單軸抗壓強度進行分類 ， 簡單 、 早期 ，因此在工程上采用了較長的時間 (普氏系數 )。 （ 3）為便于行業內技術改革和管理。0? ? ???2221 3 1 322nn? ? ? ??? ??? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ?返回 第四章習題 選擇題 巖體的強度小于巖石的強度主要是由于（ ）。在試驗中量測和記錄試件的位移。 二、現場巖體直剪試驗 (2種 ) （一）雙千斤頂法 p—垂直千斤頂壓力表讀數（ MPa） t —橫向千斤頂壓力表讀數（ MPa） F1—垂直千斤頂活塞面積 (若為壓力枕，應乘以出力系數 )（ cm2） 122sinc ospF tFFFtF??????? p力作用下剪切 面上的正應力和剪應力 F2橫向千斤頂活塞面積 (若為壓力枕，應乘以 出力系數 )（ cm2） F試件剪切面面積（ cm2） α —橫向推力與剪切面的夾角（通常取 150) 式中： 注 1 當剪切面上存在裂隙、節理等滑面時， 抗剪面積將分為剪斷破壞和滑動破壞兩部分，而把剪斷破壞當作有效抗剪面積 Fa，滑動破壞時的滑動面積為 Fb。水施加壓力的為水壓法；用壓力枕施加壓的為壓力枕法 (又稱奧地利荷載試驗 ) 圖 435所示試驗是靠一鋼支承圓筒的四周的壓力枕同步對巖體施加荷載，造成洞中一定長度內的巖體產生徑向壓縮，巖體變形控制在彈性階段。小循環分為多次循環和單次循環 ,見圖 433。 動力法的現場測定在第三章已介紹，這里介紹靜力法求現場巖體的變形模量。雙線性 彈 —塑性變形非線性 出現 2個破壞點多線性 二、巖體變形模量 eE ???確定方法 應變曲線確定 3.“等價 ” 模型確定 應變曲線確定 變形模量 彈性模量 dEE ?yedE ????? 依據 ： 巖體的位移 =巖塊的位移 +節理的位移 巖塊的位移： Ed?? ?1節理的位移： nhEdm )1(2 222??? ??巖體的位移： nhEdmEd )1(2 22 ???? ??? (a) 巖體有效變形模量 : ef fef f EddE ???? ???(b) (a)式 =(b)式 ： ))(1(2112nhdmEE ef f????由于 )1( 2 ?? ?m故： )(1nhdEE ef f ??注： 實際工程中， E由室內巖塊試驗確定 d 為節理的間距，可由地質測繪確定 。 圖 4－ 21 兩組節理力學模型 圖 4－ 20 σ 1與 β 的關系曲線 二、當 C=0時節理面的力學效應 這時庫侖準則 由（ 451）式推導得： ， 此時巖體的強度只靠碎塊之間的摩擦力來提供 ，已知 由此式可計算出維持巖體極限穩定的側向擠壓力 。 可得 。 scs tgNTAAf ??? ????? m a xm a xk? kk tgf ??（ 1） 規則 （ 2） 不規則 ??T ?N見圖 4－ 12 摩擦角與位移的關系 靜摩擦角 動摩擦角 圖 4－ 1