《岩石力学》(完整版)ppt课件.ppt
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第一章第一章绪论绪论岩石:
岩石:
由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体。
这是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素这是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素。
构造构造:
组成成分的空间分布及其相互间排列关系岩石力学岩石力学(RockMechanics):
研究岩体在各种不同受力状态下产生变形和破坏规律的学科。
第一节第一节岩石与岩体岩石与岩体矿物:
矿物:
存在地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。
结构:
结构:
组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情况。
1;.岩石分类岩石分类岩体岩体=岩块岩块+结构面结构面变质岩:
不稳定与变质程度和原岩性质有关岩浆岩:
强度高、均质性好沉积岩:
强度不稳定,各向异性岩岩体体结构结构面面岩块岩块不连续面:
包括节理、裂隙、孔隙、断面、孔洞、层面2;.1.21.2岩体力学的研究任务与内容岩体力学的研究任务与内容不连续;不连续;各向异性;各向异性;不均匀性;不均匀性;岩块单元的可移动性;岩块单元的可移动性;地质因子特性(水、气、热、初应力)。
地质因子特性(水、气、热、初应力)。
(11)岩体的力学特征)岩体的力学特征(22)任务)任务基本原理方面(建模与参数辨别);基本原理方面(建模与参数辨别);试验方面(试验方法)仪器、信息处理、室内、试验方面(试验方法)仪器、信息处理、室内、外、动、静;外、动、静;现场测试现场测试;实际应用实际应用3;.城市化:
城市化:
我国1989年不到20%,2000年为35.7%,2010达45%,为减少占用地面土地,发展地下空间。
人口密度人口密度:
拥人极限2万/km2,而上海达4万/km2(局部16万/km2),北京达2.7万/km2。
绿绿化化指指标标:
1990年全国城市绿化面积3.9m2/人,上海0.9m2/人(国家要求2m2/人)。
联合国建议:
40m2/人(莫斯科44m2/人;伦敦22.8m2/人;巴黎25m2/人)。
交交通通方方面面:
北京道路面积4.4m2/人;东京11.3m2/人;伦敦21.3m2/人。
(4)相关任务相关任务4;.1.31.3岩体力学的研究方法岩体力学的研究方法研究方法:
研究方法:
实验、理论分析与工程应用相结合实验、理论分析与工程应用相结合实验实验室内室内野外野外岩块(拉、压、剪岩块(拉、压、剪)模拟模拟位移位移应力应力压力压力收敛(表面位移)收敛(表面位移)应变应变绝对位移、相对位移(内部)绝对位移、相对位移(内部)理论理论连介连介非连介非连介数值方法数值方法有限元有限元离散元离散元DDADDA5;.地质调查工程地质分区岩体结构划分岩石岩体力学性质试验岩体赋存条件分析初始应力结构面几何特征介质的模型化物理数学计算经典解析法数值计算法正反分析分类确定岩体的质量等级模拟试验物理模拟相似材料经验判据岩体工程设计加固措施施工长期监测反馈分析图图1-11-1岩石力学研究步骤的框图岩石力学研究步骤的框图6;.1.4岩体力学在其它学科中的地位(11)1925年泰沙基(年泰沙基(Terzaghi)建筑土力学建筑土力学(22)地地质质力力学学的的岩岩石石力力学学学学派派(奥奥地地利利学学派派(萨萨尔尔茨茨堡堡学派)缪勒学派)缪勒L.Miiller)否认小岩块试件的力学试验。
否认小岩块试件的力学试验。
(33)工程岩石力学学派,法国塔洛布尔()工程岩石力学学派,法国塔洛布尔(J.TaloberJ.Talober)1951年岩石力学年岩石力学最早的代表作。
最早的代表作。
1963年意大利瓦依昂水库岩坡滑动年意大利瓦依昂水库岩坡滑动1966年年在在里里斯斯召召开开第第一一届届国国际际岩岩石石力力学学大大会会(一一届届/4年年)全全国国岩岩石石力力学学与与工工程程学学术术会会,2000年年开开第第6届届,1届届/1年年。
全美全美,全欧。
全欧。
总之三个阶段:
材料力学、连介力学、构造力学。
总之三个阶段:
材料力学、连介力学、构造力学。
力学力学(固体力学分支)、地质学、岩土工程(固体力学分支)、地质学、岩土工程1.5岩石力学的发展简史返回返回7;.第二章第二章岩石的基本物理力学性质岩石的基本物理力学性质岩石的基本物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一,也是岩石力学学科中研究最早、最完善的内容之一。
第一节第一节基本物理性质基本物理性质一、岩石的质量指标一、岩石的质量指标
(一)密度和比重1、岩石的密度:
单位体积内岩石的质量。
岩石含:
固相、液相、气相。
三相比例不同而密度不同。
8;.(22)饱和密度:
岩石中的孔隙被水充填时的单)饱和密度:
岩石中的孔隙被水充填时的单位体积质量(水中浸位体积质量(水中浸4848小时)小时)(11)天然密度:
自然状态下,单位体积质量)天然密度:
自然状态下,单位体积质量GG岩石总质量;岩石总质量;VV总体积。
总体积。
VVVV孔隙体积孔隙体积9;.(33)干密度:
岩块中的孔隙水全部蒸发后的单位体)干密度:
岩块中的孔隙水全部蒸发后的单位体积质量(积质量(108108烘烘2424hh)2、岩石的比重:
岩石固体质量(、岩石的比重:
岩石固体质量(GG11)与同体积与同体积水在水在44时的质量比时的质量比VC固体积;水的比重G1岩石固体的质量。
(KN/m3)10;.二、岩石的孔隙性:
反映裂隙发育程度的指标
(一)孔隙比VV孔隙体积(水银充填法求出)
(二)孔隙率V=VC+VVen关系关系11;.天然状态下饱和状态下三、岩石的水理性质三、岩石的水理性质
(一)含水性
(一)含水性1、含水量:
岩石孔隙中含水量GW与固体质量之比的百分数W=GW/G1(%)2、吸水率:
岩石吸入水的质量与固体质量之比Wd=(%)吸水率是一个间接反映岩石内孔隙多少的指标12;.
(二)
(二)渗透性渗透性在一定的水压作用下,水穿透岩石的能力。
反映了岩石中裂隙向相互连通的程度,大多渗透性可用达西(Darcy)定律描述:
(m3/s)水头变化率;qx沿x方向水的流量;h水头高度;A垂直x方向的截面面积;k渗透系数。
13;.四、岩石的抗风化指标、岩石的抗风化指标(3类)
(1)
(1)软化系数软化系数(表示抗风化能力的指标)Rcc干燥单轴抗压强度、Rcd饱和单轴抗压强度;()越小,表示岩石受水的影响越大。
耐崩解性指数是通过对岩石试件进行烘干,浸水循环试验所得的指标。
试验时,将烘干的试块,约500g,分成10份,放入带有筛孔的圆筒内,使圆筒在水槽中以20rs速度连续转10分钟,然后将留在圆筒内的石块取出烘干称重。
如此反复进行两次,按下式计算耐崩解性指数:
(2)
(2)岩石耐崩解性指数岩石耐崩解性指数试验前的试件烘干质量试验前的试件烘干质量;残留在筒内的试件烘;残留在筒内的试件烘干质量干质量14;.11、自由膨胀率自由膨胀率:
无约束条件下,浸水后胀变形与原尺寸之比轴向自由膨胀轴向自由膨胀(%)H试件高度径向自由膨胀径向自由膨胀(%)D直径返回返回(三)岩石的膨胀性(三)岩石的膨胀性评价膨胀性岩体工程的稳定。
15;.第三章第三章岩石动力学基础岩石动力学基础1.定义:
所谓波,就是某种扰动或某种运动参数或状态参数(例如应力、变形、震动、温度、电磁场强度等)的变化在介质中的传播。
应力波就是应力在固体介质中的传播。
2.分类:
(4类)弹性波弹性波:
在应力应变关系服从虎克定律的介质中传播的波。
第一节第一节岩石的波动特性岩石的波动特性一、固体中应力波的种类16;.粘弹性波粘弹性波在非线性弹性体中传播的波,这种波,除弹性变形产生的弹性应力外,还产生又摩擦应力或粘滞应力。
塑性波塑性波应力超过弹性极限的波。
冲击波冲击波如果固体介质的变形性质能使大扰动的传播速度远比小扰动的传播速度大,在介质中就会形成波头陡峭的、以超声波传播的冲击波。
岩石在受到扰动时在岩体中主要传播的是弹岩石在受到扰动时在岩体中主要传播的是弹性波,塑性波和冲击波只有在振源才可性波,塑性波和冲击波只有在振源才可以看到。
17;.3.在固体中可传播的弹性波可分为两类
(1)体波)体波:
由岩体内部传播的波(2类)(a)纵波(又称:
初至波、Primary波)质点振动的方向和传播方向一致的波它产生压缩或拉伸变形。
(b)横波(又称次到波、Second波)质点振动方向和传播方向垂直的波产生剪切变形。
(2)面波:
)面波:
仅在岩石表面传播。
质点运动的轨迹为一椭圆,其长轴垂直于表面,这样的面波又称为瑞利波。
面波速度小于体波,但传播距离大。
18;.按波面形状,应力波又区分为平面波、球面波和和柱面波。
波面上介质的质点具有相同的速度、加速度、位移、应力和变形。
最前方的波面称为波前波前、波头和波阵面。
二、弹性波在固体中的传播二、弹性波在固体中的传播拉梅运动方程(不计体力)19;.由上方程导出纵波在各向同性岩体中的传播速度:
横波在各向同性岩体中的传播速度:
将,代入上两式,得:
20;.若已知,侧可根据上两式推出求动弹性模量和动泊松比,即:
21;.注注:
若分辨不清,则可用(一般可用静泊松比代替)求,则若0.25时,1.73经过各方面试验验证,一般在1.61.7之间。
22;.三、岩体弹性波速得测定三、岩体弹性波速得测定
(一)岩块声波传播速度室内测定
(一)岩块声波传播速度室内测定测定时,把声源和接收器放在岩块试件得两端,通常用超声波,其频率为1000Hz2MHz。
(示波见图31)声波仪声波仪岩岩石石试试件件发射传感器发射传感器耦合济耦合济接收传感器接收传感器测出测出23;.24;.注:
由于纵波比横波较后到达,因此横波易受干扰,难于分辨,所以准确得测出横波时很重要的。
中国科学院岩土力学研究所建议用下述方法:
(1)用激发横向振动的PZT型压电晶片作横波换能器(图32a)
(2)利用固体与固体的自由边表面产生反射横波(图32b)(3)利用水浸法量测试件的横波(图32c)25;.26;.
(二)岩体声波传播速度的现场测定
(二)岩体声波传播速度的现场测定岩体声波的传播速度可以在巷道帮面巷道帮面或平坦的岩面岩面上测定。
现场量测弹性波速度的方法如图(3-3)所示。
量出声源与接收器之间的距离量出声源与接收器之间的距离如图33中的D1或D2测出测出PP波和波和SS波传播的时间波传播的时间计算弹性波速度计算弹性波速度Vp和Vs27;.28;.(三)岩体弹性波测定结果(三)岩体弹性波测定结果岩体中弹性波速经过室内外测定与归纳,得结果间表31。
由表可见,岩体纵波波速变化范围较大,受各种因素影响。
一般来说,岩块波速要大于岩体波速;新鲜完整得岩体波速大;裂隙越发育和风化破碎岩体的波速越小。
29;.30;.根据实验结果整理的岩体动弹性模量见表(32)31;.动弹性模量与静弹性模量的比值动弹性模量与静弹性模量的比值一般来说,岩体越坚硬越完整,则差值越小,否则,差值就越大。
根据对比资料的统计,动弹性模量比静弹性模量高百分之几至几十倍,如图34所示。
从动弹性模量的数字来看,多集中在之间。
32;.图3-4返回返回33;.第二节第二节影响岩体波速的因素影响岩体波速的因素(55方面因素)方面因素)一、岩体弹性波速与岩体种类、岩石密度和一、岩体弹性波速与岩体种类、岩石密度和生成年代有关生成年代有关1.岩石的密度和完整性越高,波速越大2.岩石密度越大,弹性波的速度也相应增加表31表示了各类岩石的弹性波速与岩石种类之间的关系。
图35从实例统计的角度,表示了各类岩石的弹性波速及密度之间的关系。
34;.35;.二、岩体波速与岩体中裂隙或夹层的关系二、岩体波速与岩体中裂隙或夹层的关系弹性波在岩体中传播时,遇到裂隙,则视充填物而异。
若裂隙中充填物为空气,则弹性波不能通过,而是绕过裂隙断点传播。
在裂隙充水的情况下,声能有5可以通过,若充填物为其他液体或固体物质,则弹性波可部分或完全通过。
弹性波跨越裂隙宽度的能力与弹性波的频率和振幅有关.1.1.频率越低,跨越裂隙宽度俞大,反之俞小频率越低,跨越裂隙宽度俞大,反之俞小36;.图3-737;.2.裂隙数目越多,则纵波速度愈小裂隙数目越多,则纵波速度愈小38;.3.3.岩体的风化程度愈高弹性波的速度亦小岩体的风化程度愈高弹性波的速度亦小39;.4.4.夹层厚度愈大弹性波纵波速度愈夹层厚度愈大弹性波纵波速度愈40;.三、岩体波速与岩体的有效孔隙率三、岩体波速与岩体的有效孔隙率nn及吸水及吸水率有关率有关一些岩浆岩,沉积岩和变质岩的纵波速度与有效孔隙率n之间的关系见图39所示。
从图中可以看出:
1.1.随着有效孔隙率的增随着有效孔隙率的增加,纵波波速则急剧下加,纵波波速则急剧下降降41;.图310表示了纵波波速与吸水率之间的关系。
从图中可以看出:
2.随着吸水率的增加,纵波波速急剧的下降42;.四、岩体波速与各向异性性质有关岩体因成岩条件、结构面和地应力等原因而具有各向异性,因而弹性波在岩体中的传播、岩体动弹性模量等也具有各向异性。
表36看出:
1.1.平行层面纵波波速大于垂直层面波速平行层面纵波波速大于垂直层面波速平行层面波速/垂直岩层波速各向异性系数CC=1.08-2.28C=1.08-2.28;多数:
多数:
C=1.67C=1.67相当一部分:
相当一部分:
c=1.10c=1.1043;.表3644;.2.2.平行岩层面的动弹模大于垂直岩层的动弹模平行岩层面的动弹模大于垂直岩层的动弹模各向异性系数数值在各向异性系数数值在1.011.012.722.72之间;绝大之间;绝大部分小于部分小于1.301.3045;.3.3.压力愈大,纵波波速各向异性系数愈小压力愈大,纵波波速各向异性系数愈小由表可见,所有系数均大于由表可见,所有系数均大于11;其最大系数在;其最大系数在0.10.1MPaMPa46;.五、岩体受压应力对弹性波传播的影响五、岩体受压应力对弹性波传播的影响
(一)室内测试的结果
(一)室内测试的结果岩石在压应力作用下,对弹性波的波速和动弹性模量有一定的影响,受力状态可分静水压缩静水压缩、三向压缩三向压缩和单向压缩单向压缩,量测方式可分为平行平行或垂直于最大应力垂直于最大应力。
1.1.加载方式对声波波速的影响加载方式对声波波速的影响在单向压缩且垂直应力方向测试岩石的波速时,所测波速有较明显的影响;其它加载方法对所测波速的影响比较小,见图311,1247;.48;.均匀压缩单向压缩环向压缩49;.2.2.压应力愈大波速愈大压应力愈大波速愈大从图中可以看出,随着压力的增大,纵波的波速亦随之增大。
纵波增加的波速,在开始阶段较快,然后逐渐变小,最后可能不增加。
3.3.对于层面发育的沉积岩石,当垂直于层面对于层面发育的沉积岩石,当垂直于层面加载时,在低应力阶段波速急速随应力增加载时,在低应力阶段波速急速随应力增长而增加,长而增加,当波速超过平行层面方向的波以后,增长当波速超过平行层面方向的波以后,增长变慢。
变慢。
如图313所示50;.51;.4.4.当岩石单向压当岩石单向压缩后,量测的波缩后,量测的波速因方向的不速因方向的不同而不同同而不同与压应力相与压应力相同方向上的同方向上的纵波波速,纵波波速,在低应力阶在低应力阶段波速急速段波速急速增长,达到增长,达到一定程度后一定程度后增速减缓增速减缓52;.与压应力垂直方向上的纵波波速,随应力增长而减小(波传动方向上受拉应力)53;.
(二)现场量测的结果
(二)现场量测的结果在某工程中,测定了巷道两帮的应力变化对声波波速的影响可以推断松动圈的范围。
工程测点布置如图31654;.1.1.在巷道壁钻孔在巷道壁钻孔测试声波速度测试声波速度在松动区内,由在松动区内,由于岩体破碎且是于岩体破碎且是低应力区,因而低应力区,因而波速较小;高应波速较小;高应力区,岩体完整,力区,岩体完整,波速达到最大;波速达到最大;原岩应力区,波原岩应力区,波速正常。
根据波速正常。
根据波速沿测孔深度的速沿测孔深度的变化曲线,确定变化曲线,确定这三个区的范围。
这三个区的范围。
55;.2.2.测试结果测试结果如图可见,如图可见,33条测线总的趋势大约在条测线总的趋势大约在1.51.5米处,波速最大,可推测松动圈范围在此米处,波速最大,可推测松动圈范围在此处。
处。
另外,曲线另外,曲线11在在1.51.5米更深处波速更大,米更深处波速更大,这可能是该处巷道纵横交错,应力较复杂这可能是该处巷道纵横交错,应力较复杂之故。
之故。
56;.3.当岩石种类不同,纵波波速不同。
但基本规律相同,即在低应力区纵波波速增长很快,随着应力的增大,增长减慢,趋于常值。
如图318所示返回返回57;.第四章第四章岩体的基本力岩体的基本力学性质学性质4.14.1岩体结构面分析岩体结构面分析一、结构面一、结构面:
断层、节理、褶皱统称岩体结构面影响完整性很好连续介质力学方法非常破碎土力学方法两者之间裂隙体力学方法岩体不连续性,各向异性反映区域性地质构造降低岩体强度58;.图41节理岩体的强度特征与岩石强度的区别岩石;节理化岩体:
节理岩体强度岩体强度=岩块强度岩块强度+节理强度节理强度59;.二、结构面的分类二、结构面的分类按照工程的要求分类按照工程的要求分类11绝对分类绝对分类22相对分类相对分类相对工程而言的分类见表相对工程而言的分类见表4-14-1。
33按力学观点分类按力学观点分类中等结构面中等结构面110m巨大巨大结构面面10m细小结构面细小结构面延长延长11mm破坏面破坏面破坏带破坏带行两者之间行两者之间充填充填非充填非充填见表4260;.表表4411结构面的相对分类结构面的相对分类61;.图图4422按力学观点的破坏面和破坏带分类按力学观点的破坏面和破坏带分类单节理单节理节理组节理组节理群节理群羽毛状羽毛状节理节理破碎带破碎带无充填有充填有粘性充填物62;.三、岩体破碎程度分类三、岩体破碎程度分类
(一)裂隙度
(一)裂隙度KK设勘测线长度为,在上出现的节理的个数为n,则节理之间的平均间距为裂隙度切割度单组结构面单组结构面多组结构面多组结构面1010mm实例:
实例:
k=4/10=0.4/mk=4/10=0.4/md=1/k=2.5md=1/k=2.5m1.1.1.1.单组节理单组节理单组节理单组节理63;.d180cm整体结构d=30180块状结构d30破裂结构d6.5极破裂结构K=01/m疏节理K=110/m密节理K=10100/m很密节理K=1001000/m糜棱节理2.多组节理按间距分类按间距分类按裂隙度分类按裂隙度分类64;.图43两组节理的裂隙度计算图65;.
(二)切割度
(二)切割度节理并非在岩体内全部贯通,用“切割度”来描述节理贯通度,在岩体中取一平直断面,总总截面积为截面积为AA,其中被节理面切割的面积为切割的面积为aa;则切割度为多处不连续切割叠加:
实例66;.式中:
岩体体积内部被某组节理切割的程度,单位m2/m3.表4-2按切割度分类切割度与裂隙度的关系67;.(三)岩体破碎程度分类(表(三)岩体破碎程度分类(表4-34-3)68;.四、结构面的几何特征四、结构面的几何特征1走向例如:
N30oE2倾斜3连续性4粗糙度:
节理表面粗糙程度5起伏度倾向倾角沿走向沿倾角(切割度为依据)幅度a长度反映节理的外貌几何要素69;.图45节理面的起伏度与粗糙度A和的节理表面起伏越急峻。
返回返回70;.第二节第二节结构面的变形特性结构面的变形特性一、节理的法向变形一、节理的法向变形
(一)节理弹性变形(齿状接触)式中:
d-为块体的边长;n-为接触面的个数;-为每个接触面的面积;-为泊松比;E-为弹性模量。
法向切向按弹性力学按弹性力学BoussinesqBoussinesq公式公式计算齿状节理接计算齿状节理接触面弹性变形引触面弹性变形引起的闭合变形起的闭合变形71;.
(二)节理的闭合变形
(二)节理的闭合变形齿状接触,开始是齿顶的压缩压碎闭合。
下面介绍Goodman方法:
张开节理无抗拉强度结构面在压应力下存在极限闭合量且e(节理的厚度)(11)基)基本假设本假设(22)状)状态方程态方程原位应力A,t回归参数72;.(33)状态方程的)状态方程的几何表示几何表示当t=tA=1时,有最大闭合73;.(4)(4)试验方法(试验方法(VVmCmC的确定)的确定)步骤:
步骤:
(11)备制试件;)备制试件;(22)作)作-曲线(曲线(aa););(33)将试件切开,并配将试件切开,并配称接触再作曲线(称接触再作曲线(bb););(44)非配称接触,作曲线(非配称接触,作曲线(cc);(55)两种节理的可压缩性)两种节理的可压缩性配称节理的压缩量:
配称节理的压缩量:
非配称节理的压缩量:
非配称节理的压缩量:
a.无节理b.径向劈裂d.非配称接触c.配称接触74;.图图4477一条张开裂缝的压缩变形曲线一条张开裂缝的压缩变形曲线75;.二、节理的切向变形
(一)节理强度与剪切变形的关系
(一)节理强度与剪切变形的关系节理节理“”曲线分为曲线分为44类类。
见下图见下图强度准则:
强度准则:
抗剪强度抗剪强度节理变形节理变形扩容现象扩容现象76;.图图4488四种典型的节理强度和位移关系曲线四种典型的节理强度和位移关系曲线a-a-充填节理充填节理b-b-齿状节理齿状节理c-c-充填齿状节理充填齿状节理d-d-复位式复位式77;.
(二)节理抗剪强度和扩容分析二)节理抗剪强度和扩容分析基本理论:
库仑准则基本理论:
库仑准则类型:
面接触、齿状接触类型:
面接触、齿状接触11面接触面接触滚动摩擦滚动摩擦转动摩擦转动摩擦78;.正好破坏时:
正好破坏时:
破坏面与的夹角=剪应变内摩擦角(当=常量,节理面最大主应力)极限:
静摩擦系数fs与静摩擦角令节理剪切破坏的剪应力和正应力为:
对边对边/斜边斜边对边对边/邻边邻边79;.则则动摩擦系数fk与动摩擦角的关系22齿接触摩擦齿接触摩擦准则:
准则:
总剪切方向总剪切方向:
AB每个齿在爬坡,与每个齿在爬坡,与ABAB成成角上坡;齿面上的角上坡;齿面上的剪切力和正应压力为剪切力和正应压力为,。
(11)规则)规则(22)不规则)不规则见图见图441212摩擦角与位移的关系摩擦角与位移的关系静摩擦角静摩擦角动摩擦角动摩擦角80;.图图441212齿状剪切面模型齿状剪切面模型81;.设斜坡上的摩擦角为则展开82;.与平面接触比较可见,齿的作用提高了摩擦角,也就提高摩擦系数。
称为滑升角。
当T的方向是下坡方向时,内摩擦角变成规则齿强度准则规则齿强度准则升角取升角取“+”降角取降角取“”83;.规则齿剪切扩容(剪胀)规则齿剪切扩容(剪胀)残余内摩擦角残余内摩擦角设滑动前的内摩摩擦角为则滑动后的内摩摩擦角为无齿时的残余内摩擦角无齿(平面接触)时的内摩擦角84;.图413契效应的扩容曲线85;.(22)不规则齿接触)不规则齿接触(19771977NNBartonBarton)经验公式:
JRC为节理粗糙系数JCS为节理壁抗压强度86;.33、转动摩擦、转动摩擦(11)基本假设)基本假设在张开节理中,经常有块状充填物,或节理切割成碎块。
当剪切时,可使充填物或碎块发生转动。
设转动的碎块为平行六面体,其模型见图。
假设模型受法向力N;剪切力T。
(2)稳定性分析设平行六面体宽为a、高为b。
可得。
当六面体受力后,其一边作轴转动,转角为。
可能有3种情况:
87;.当时,则六面体发生翻倒,当时,则六面体发生翻倒,故称为翻倒角。
当故称为翻倒角。
当时,六面体不会翻倒;当时,六面体不会翻倒;当时,六面体处于极限状态。
时,六面体处于极限状态。
(33)应变分析(参见图)应变分析(参见图)一旦转动,平行六面体受到剪应变和线应变。
剪应变:
剪应变:
线应变:
线应变:
六面体()作圆弧转动的方程为:
由此解出:
由此解出:
88;.应变:
应变:
(55)内摩擦角的变化)内摩擦角的变化(见图4.16)六面体转动时其倾斜角为:
破坏时倾角等于内摩擦角:
(44)节理面的位移)节理面的位移图中底部的位移:
顶部的位移:
89;.90;.在初始状态下在初始状态下,内摩擦角最大,等于翻倒角:
当时扩容最大,当开始转动破坏时,当
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