岩石力学课程Chapter3课件.ppt

1、 目的：学习岩石强度概念及其工程实际意义；概述岩石破坏的几种主要形式及特点和岩石材料特性。 要求：掌握岩石的破坏形式与岩石材料之间的关系，岩石强度的测试方法与计算公式。 重点：影响岩石抗压强度的因素分析、补充的非标准岩样的抗压强度换算及测试方法。用劈裂法测定抗拉强度的理论解释。 难点：牢记并理解和掌握各种计算强度的公式、参数含义及单位。 中文：中文：强度强度英文：英文：strength定义：定义：材料或结构在不同的环境条件下承受外载荷材料或结构在不同的环境条件下承受外载荷的能力，也可定义为材料在经受外力或其他作用时的能力，也可定义为材料在经受外力或其他作用时抵抗破坏的能力。抵抗破坏的能力。岩石

2、的强度：岩石的强度：o 高坝等水工建筑物造在岩基上，岩基受到很大荷载，岩基是否能承受这么大的荷载呢?o 高边坡陡峻矗立，它会不会发生坍滑呢?o 在岩体内开挖地下洞室，例如开挖水工隧洞、修建地下电站，洞周围岩石(围岩)的应力增大，围岩会不会破坏呢? 这一系列问题都与岩石的强度有密切关系。因此，这一系列问题都与岩石的强度有密切关系。因此，研究岩石的破坏形式以及岩石抵抗外力破坏的能研究岩石的破坏形式以及岩石抵抗外力破坏的能力力岩石的强度，具有重要意义。岩石的强度，具有重要意义。大岗山水电站高边坡大岗山水电站高边坡节点数节点数16240单元数单元数14702武都重力坝坝基武都重力坝坝基 岩块岩块(完整

3、岩石完整岩石)转化为转化为多节理岩体的过渡，突出表多节理岩体的过渡，突出表明了决定岩体强度的难度。明了决定岩体强度的难度。 显然，岩体的强度不仅显然，岩体的强度不仅与组成岩体的岩石的性质有与组成岩体的岩石的性质有关，而且与岩体内的结构面关，而且与岩体内的结构面(节理、裂隙、层理、断层节理、裂隙、层理、断层等等)有关；此外，还与其所有关；此外，还与其所受的应力状态有关。受的应力状态有关。结构面特别是软弱结构面是岩结构面特别是软弱结构面是岩体最薄弱的地方，几组软弱结体最薄弱的地方，几组软弱结构面将岩体分割成各种形状和构面将岩体分割成各种形状和大小不同的岩块。岩体的强度大小不同的岩块。岩体的强度决定

4、于这些岩块的强度和结构决定于这些岩块的强度和结构面的强度。当然，岩块本身也面的强度。当然，岩块本身也有一些微结构面，但这些微结有一些微结构面，但这些微结构面甚小，肉眼不易觉察，一构面甚小，肉眼不易觉察，一般不影响供室内外试验用的完般不影响供室内外试验用的完整岩石的试件。整岩石的试件。 岩石的强度包括岩岩石的强度包括岩块的强度和结构面的块的强度和结构面的强度，以及耦合效应强度，以及耦合效应地质环境因素影响地质环境因素影响（地应力、地下水（地应力、地下水等）。等）。 岩石发生破坏时，变形很小，明显声响，一般发生在单轴或低围压坚硬岩石（岩爆） 。 破坏时，变形较大，有明显的“剪胀”效应，一般发生在较

5、软弱岩石或高围压坚硬岩石。 由于岩层中存在节理、裂隙、层理、软弱夹层等软弱结构面，岩层整体性受到破坏；在外荷载作用下，当结构面上的剪应力大于该面上的强度时，岩体发生沿弱面的剪切破坏。(a)(b)(c)(d)(e)(a)(b)(c)(d)(e)(a)(b)(c)(d)(e)返回 概念：岩石试件在单轴压力（无围压而轴向加概念：岩石试件在单轴压力（无围压而轴向加压力）下抵抗破坏的极限能力或极限强度，数值压力）下抵抗破坏的极限能力或极限强度，数值上等于破坏时的最大压应力。上等于破坏时的最大压应力。 意义：衡量岩块基本力学性质的重要指标；岩意义：衡量岩块基本力学性质的重要指标；岩体工程分类、建立岩体破坏

6、判据的重要指标；用体工程分类、建立岩体破坏判据的重要指标；用来大致估算其他强度参数来大致估算其他强度参数 。3.3.1 单轴抗压实验装置单轴抗压实验装置 长江长江500型型 最大轴压最大轴压500T，围，围压压1250K/cm 缺点：系统刚度低，试验中自缺点：系统刚度低，试验中自身变形大，吸收大量能量，在岩身变形大，吸收大量能量，在岩样屈服，承载力下降时，系统释样屈服，承载力下降时，系统释放大量能量，岩样急速破坏，使放大量能量，岩样急速破坏，使岩样在瞬间破坏（岩样在瞬间破坏（0.1-0.5s），这），这种失稳破坏造成试验的不完整性，种失稳破坏造成试验的不完整性，很难获得理想的全应力应变曲很难获

7、得理想的全应力应变曲线。线。3.3.1 单轴抗压实验装置单轴抗压实验装置3.3.2 单轴抗压强度单轴抗压强度APRmaxc75. 0)50(82.22scI3.3.2 单轴抗压强度单轴抗压强度3.3.2 单轴抗压强度单轴抗压强度3.3.2 岩石的单轴抗压强度岩石的单轴抗压强度矿物成分结晶程度及颗粒大小胶结情况生成条件风化作用密度试件形状和尺寸水的作用加载速率 概念：概念：岩石的抗拉强度岩石的抗拉强度是指岩石试件在单向是指岩石试件在单向拉伸条件下试件达到破坏的极限值，它在数值上拉伸条件下试件达到破坏的极限值，它在数值上等于破坏时的最大拉应力。等于破坏时的最大拉应力。 意义：衡量岩体力学性质的重要

8、指标；用来意义：衡量岩体力学性质的重要指标；用来建立岩石强度判据，确定强度包络线；选择建筑建立岩石强度判据，确定强度包络线；选择建筑石材不可缺少的参数石材不可缺少的参数 3.4.1 试验方法试验方法q 直接拉伸法直接拉伸法q 三点弯曲法三点弯曲法q 劈裂法（巴西法）劈裂法（巴西法）q 点荷载试验点荷载试验3.4.1 试验方法试验方法APRttDlPRtmax2ctRR411013.4.1 试验方法试验方法3.4.1 试验方法试验方法上世纪发展起来的一种简便的现上世纪发展起来的一种简便的现场试验方法。场试验方法。试件：任何形状，尺寸大致试件：任何形状，尺寸大致5cm，不做任何加工。试验：在直接带

9、不做任何加工。试验：在直接带到现场的点荷载仪上，加载劈裂到现场的点荷载仪上，加载劈裂破坏。破坏。3.4.1 试验方法试验方法2/ DPI IRt96.015196. 0151iitIR计算：计算：（式中：（式中：P试件破坏时的极限；试件破坏时的极限；D加载点试件加载点试件的厚度）的厚度）统计公式：统计公式：要求要求:（由于离散性大），每组（由于离散性大），每组15个，取均值，即个，取均值，即建议：用建议：用5cm的钻孔岩芯为试件。的钻孔岩芯为试件。常见岩石的抗拉强度常见岩石的抗拉强度 3.4.2 影响因素影响因素3.5.1 基本概念基本概念 岩石的抗剪强度就是岩石抵抗剪切滑动的能力，它是岩石力

10、学中需要研究的最重要指标之一，往往比抗压和抗拉强度更有意义。 意义：反映岩块的力学性质的重要指标；用来估算岩体力学参数及建立强度判据。3.5.1 基本概念基本概念 完整岩块、岩石被剪断时，表现出的完整岩块、岩石被剪断时，表现出的“抵抗剪切破坏抵抗剪切破坏”的强度。的强度。 岩石沿原生结构面或已被剪断的破裂面，剪切滑动时的岩石沿原生结构面或已被剪断的破裂面，剪切滑动时的“摩擦阻力摩擦阻力”n 岩石实体抗剪断岩石实体抗剪断 ；n 岩体中软弱结构面抗剪；岩体中软弱结构面抗剪； n 砼与基岩胶结面抗剪强度（砼坝建基面）；砼与基岩胶结面抗剪强度（砼坝建基面）； 决定抗剪断决定抗剪断(抗剪抗剪)强度的方法

11、可分为强度的方法可分为室内室内和和现现场场两大类。两大类。 室内试验常用室内试验常用直接剪切仪直接剪切仪(直接剪切试验直接剪切试验)、抗抗切强度切强度、楔形剪切仪楔形剪切仪/变角板剪切试验变角板剪切试验 (楔形剪切试楔形剪切试验验)、三轴压缩仪三轴压缩仪(三轴压缩试验三轴压缩试验)测定岩石的抗剪断测定岩石的抗剪断(抗剪抗剪)指标。指标。 现场试验主要以现场试验主要以直接剪切试验直接剪切试验为主，有时也可为主，有时也可做做三轴强度试验三轴强度试验。 3.5.2 室内试验方法室内试验方法PTATAP3.5.2 室内试验方法室内试验方法时当10MPatgcf3.5.2 室内试验方法室内试验方法失稳阶

12、段，失稳阶段，晶格滑移晶格滑移裂纹发展、裂纹发展、增长阶段增长阶段弹性阶段，弹性阶段，裂纹产生裂纹产生3.5.2 室内试验方法室内试验方法3.5.2 室内试验方法室内试验方法3.5.2 室内试验方法室内试验方法0000cosPfsinPQFsinPfcosPNFQNN、Q除以剪切面积除以剪切面积AcosfsinAPsinfcosAPfsinAPcosAPf3.5.2 室内试验方法室内试验方法 采用不同的采用不同的角进角进行试验，则每个行试验，则每个对应对应一组一组和和f。 当当变变化化范范围围较较大大时，时，f为为曲曲线线关关系，系，当当10MPa时，时， f可可视视为为直直线，线，求求得得c

13、、 。3.5.2 室内试验方法室内试验方法3.5.2 室内试验方法室内试验方法试验步骤试验步骤先将试件施加侧压力先将试件施加侧压力3逐渐增加垂直压力逐渐增加垂直压力1；试件破坏，得到大主应力试件破坏，得到大主应力1，即获破坏应即获破坏应力圆；力圆；改变侧压力改变侧压力3，获得对应的，获得对应的1，和破坏应和破坏应力圆；力圆；3.5.2 室内试验方法室内试验方法 绘制试验对应绘制试验对应1和和3的应力圆（或称莫尔圆），以及这些的应力圆（或称莫尔圆），以及这些应力圆的包络线，即求得岩石的抗剪强度曲线。应力圆的包络线，即求得岩石的抗剪强度曲线。3.5.2 室内试验方法室内试验方法 对于三轴试验获得的

14、应力圆，除了用正应力和剪应力表示（即对于三轴试验获得的应力圆，除了用正应力和剪应力表示（即Coulomb形式）外，还可用第一、第三主应力（即形式）外，还可用第一、第三主应力（即Mohr形式）表示，即：形式）表示，即： 023131coscsin 单轴试验作为三轴试验的特殊情形。单轴试验作为三轴试验的特殊情形。单轴压缩：单轴压缩：c130单轴拉伸：单轴拉伸：t310sincoscsincosctc1212coscsincsinttctc211请同学们课后进行推导证明。请同学们课后进行推导证明。3.5.3 现场强度试验现场强度试验注意：注意：1. 加载方向与层理的关系；加载方向与层理的关系；2.

15、剪切面一般剪切面一般70cm70cm（min: 50cm50cm）APc3.5.3 现场强度试验现场强度试验AT,APcosATsinATAP3.5.3 现场强度试验现场强度试验 大型岩体三轴强度试大型岩体三轴强度试验是采用同直剪试验一样验是采用同直剪试验一样的方法制备试件；垂直荷的方法制备试件；垂直荷载是用扁千斤顶通过传力载是用扁千斤顶通过传力柱传到上部围岩产生的反柱传到上部围岩产生的反力供给；侧向荷载分别由力供给；侧向荷载分别由x轴、轴、y轴上的两对扁千斤轴上的两对扁千斤顶组产生。顶组产生。 n 最大正应力理论（最大正应力理论（第一强度理论第一强度理论）n 最大正应变理论（最大正应变理论（

16、第二强度理论第二强度理论）n 最大剪应力理论（最大剪应力理论（第三强度理论第三强度理论）n 八面体剪应力理论（八面体剪应力理论（第四强度理论第四强度理论）n Mohr理论及理论及Mohr-Coulomb准则准则n Griffith强度理论强度理论n Drucker-Prager强度理论强度理论古典强古典强度理论度理论与岩石与岩石强度表强度表现不符现不符3.6.1 Mohr理论及理论及Mohr-Coulomb准则准则 理论假设：材料内某一点的破理论假设：材料内某一点的破坏主要决定于它的大主应力和小坏主要决定于它的大主应力和小主应力，而与中间主应力无关主应力，而与中间主应力无关(可可研究平面应力状

17、态研究平面应力状态)。 ff3.6.1 Mohr理论及理论及Mohr-Coulomb准则准则 通过不同的强度试验资料，通过不同的强度试验资料，例如单轴拉伸、压缩、纯剪、例如单轴拉伸、压缩、纯剪、三轴试验等。可以绘制一系三轴试验等。可以绘制一系列的莫尔圆，获得包络线。列的莫尔圆，获得包络线。 通过绘制某点的应力状态通过绘制某点的应力状态（1、 3 ）绘制的莫尔圆，）绘制的莫尔圆，与包络线的关系判断岩体的与包络线的关系判断岩体的破坏状态。破坏状态。1. 基本观点：认为岩石破坏属于剪切破坏，剪切面剪应力超过其抗剪基本观点：认为岩石破坏属于剪切破坏，剪切面剪应力超过其抗剪强度；强度；2. 对于对于Mo

18、hr圆包络线，存在多种假设（抛物线、双曲线或摆线），圆包络线，存在多种假设（抛物线、双曲线或摆线），一般认为，当一般认为，当 t，与岩石力学性质符合。l 强度曲线倾斜向上说明抗剪强度与压应力成正比。l 受拉区闭合，说明受三向等拉应力时岩石破坏；受压区开放，说明三向等压应力不破坏l 缺点: 忽略了中间主应力的影响（中主应力对强度影响在15%左右）l 未考虑结构面影响；l 不适用于拉断破坏和膨胀、蠕变破坏。3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论对MC准则而言： 将岩石视为连续均匀介质，属于宏观强度理论。对Griffith准则而言： 岩石中存在许多空隙、裂缝等在外部应力

19、作用下 缝端产生应力集中缝端扩展（破裂）串通形成宏观破坏，属于微观强度理论。3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论1. 从岩石中取出任一条裂缝，简从岩石中取出任一条裂缝，简化为椭圆裂纹（长轴化为椭圆裂纹（长轴a、短轴、短轴b），外部应力场），外部应力场1、 3；2. 分析裂纹周边的切向应力分析裂纹周边的切向应力b，取取bmax；3. 求危险裂纹方向求危险裂纹方向（从若干条裂（从若干条裂纹中挑出最危险裂纹）；纹中挑出最危险裂纹）；4. 与材料参数建立联系，导出强与材料参数建立联系，导出强度准则；度准则；abm 3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理

20、论）强度理论2223131cosy2231sinxy1. 求任一条裂纹周边的切向应力求任一条裂纹周边的切向应力coscosx222223131313131coscosx2222231313131313.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论22222222212212sincosmcossinmcosmsinmsincosmmxyxyb1. 求任一条裂纹周边的切向应力求任一条裂纹周边的切向应力3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论0sin1cos222mmxyyb1. 求任一条裂纹周边的切向应力求任一条裂纹周边的切向应力b3.6.2 格里

21、菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论高等数学相关知识高等数学相关知识04222222222mmmmmxyyxyxyyb由2. 求极值求极值bmax0222xyyxymm222mmxyyxybxy3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论2. 求极值求极值bmax222mmxyyb222bxybxyxyybmm221xyyymaxbmbxy3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论coscosmmaxb22222321232131312. 求极值求极值bmax3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论代

22、入代入 1、 2、 30maxbm3. 最危险方向裂纹之最大切向应力最危险方向裂纹之最大切向应力 022212232123213131cossin3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论3. 最危险方向裂纹之最大切向应力最危险方向裂纹之最大切向应力 022212321232131cos313122cos裂隙方向满足上面等式时，该裂隙的最大切向应力达到极值。裂隙方向满足上面等式时，该裂隙的最大切向应力达到极值。02sin3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论32mmbm020213；mmbm02 sin3. 最危险方向裂纹之最大切向应力最

23、危险方向裂纹之最大切向应力0900或12cos3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论3. 最危险方向裂纹之最大切向应力最危险方向裂纹之最大切向应力312313131314433或mmbm313122cos03122313131cos危险裂隙与危险裂隙与1斜交斜交312314mmbm3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论4. 与材料强度参数建立关系与材料强度参数建立关系tR3tmmbRm23.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论4. 与材料强度参数建立关系与材料强度参数建立关系破破坏坏准准则则 时当03311

24、0831231tR3131221arccos 时当032310tR303ctRR 813.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论规定：规定：31(以压为正，位于右侧以压为正，位于右侧) 由条件：由条件： 分为上下分为上下二区：二区：03310331破裂未破000831231tR0331tR33.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论入入方方程，程，则则t m m bR m 2 3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论yttxyRR 423.6.3 修正格里菲斯（修正格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论 当

25、裂纹受压闭合，可传递正应力、剪应力当裂纹受压闭合，可传递正应力、剪应力假定假定e为裂纹为裂纹闭合应力闭合应力.麦克林托克对其进行修正麦克林托克对其进行修正ctctfRRfff2141112121232121 一般认为一般认为 很小，则（勃雷斯）：很小，则（勃雷斯）：etRfff411121232121ftg1最危险方位：否则按未封闭分析。成立，条件：02223131cosyl 岩石抗压强度为抗拉强度的8倍，反映了岩石的真实情况。3.6.3 修正格里菲斯（修正格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论l 证明了岩石在任何应力状态下都是由于拉伸引起破坏。l 指出微裂隙延展方向最终与最大主应力方

26、向一致。l 仅适用于脆性岩石仅适用于脆性岩石对一般岩石莫尔强度准则适用性远对一般岩石莫尔强度准则适用性远大于大于Griffith准则准则。l 对裂隙被压闭合对裂隙被压闭合抗剪强度增高解释不够抗剪强度增高解释不够。l Griffith准则是岩石微裂隙扩展的条件准则是岩石微裂隙扩展的条件并非宏观破坏并非宏观破坏。 格里菲斯强度理论的应力准则与库仑-莫尔准则在破坏机理上的认识是不同的。后者认为破坏主要是压剪破坏，即使有拉伸破坏，也是发生在有拉应力作用的情况，而前者则认为不论材料处于何种受力状态，本质上都是由于拉应力引起破坏的。 因此，有的地方也称格里菲斯（Griffith）强度准则为拉应力准则。3.

27、6.3 修正格里菲斯（修正格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论3.6.4 Drucker-Prager强度理论强度理论 MC准则体现了岩土材料压剪破坏的实质，所以获得广泛的应用。但这类准则没有反映中间主应力的影响，不能解释岩土材料在静水压力下也能屈服和破坏的现象。 Drucker-Prager准则计人了中间主应力的影响，又考虑了静水压力的作用，克服了莫尔一库仑准则的主要弱点，以在国内外岩土力学与工程的数值计算分析中获得广泛的应用3.6.4 Drucker-Prager强度理论强度理论 为了克服Miese 屈服准则没有考虑静水压力影响的缺陷，Drucker 与Prag er 提出了考虑

28、静水压力影响的广义Miese 屈服与破坏准则，即DruckerPrager强度准则，其具体表达式为：01221HkIJJ,I3.6.4 Drucker-Prager强度理论强度理论 为了克服Miese 屈服准则没有考虑静水压力影响的缺陷，Drucker 与Prag er 提出了考虑静水压力影响的广义Miese 屈服与破坏准则，即DruckerPrager强度准则，其具体表达式为：01221HkIJJ,I3.6.4 Drucker-Prager强度理论强度理论l DP 强度准则综合考虑了静水压力的影响, 相较其它屈服强度准则，其更适用于岩土类材料，且应用范围更广。l DP 强度准则属于能量屈服与

29、破坏准则，综合考虑了在3 个主应力影响下的材料屈服与破坏情况，其屈服曲面光滑且没有棱角，有利于塑性应变增量的确定和数值计算。l DP 强度准则只有两个未知参数 和k，形式较为简单，但是在实际工程中，并不常用试验的方法确定值和k 值，而是运用其与内摩擦角和内聚力c的转化公式进行计算而得出 在前面已经谈及，水工建设中岩体不可避免会在前面已经谈及，水工建设中岩体不可避免会遇到水，例如水的影响：改变岩石的物理力学性质遇到水，例如水的影响：改变岩石的物理力学性质（胶结构被破坏，化学溶蚀等）（胶结构被破坏，化学溶蚀等） 渗透压力渗透压力 “空隙压力空隙压力” 降低有效应力降低有效应力 强度降低强度降低3.

30、7.1 对强度的影响对强度的影响 根据库伦理论，考虑孔隙水压力的作用时，饱和多孔岩石根据库伦理论，考虑孔隙水压力的作用时，饱和多孔岩石的抗剪强度为：的抗剪强度为：tgPcwf 若用主应力表示库伦理论，并考虑孔隙水压力：若用主应力表示库伦理论，并考虑孔隙水压力：sinsincPsinsinPww121131若若 、 一定，随着一定，随着 增加，岩石可能发生破坏。增加，岩石可能发生破坏。13wP3.7.1 对强度的影响对强度的影响wwPP31和 时当wP4331102831231wtPRwParccos22213131 时当wP432310wtPR 33.7.2 对破坏形态的影响对破坏形态的影响工

31、程问题工程问题/c 岩体的强度分析包括结构体强度分析和结构面强度分析。 根据结构面尺寸的不同，大到断层，小到根据结构面尺寸的不同，大到断层，小到裂隙或细微裂隙。一般来说，小裂隙或细微裂裂隙或细微裂隙。一般来说，小裂隙或细微裂隙可以在结构体强度性质内考虑，而大的结构隙可以在结构体强度性质内考虑，而大的结构面（宽度面（宽度20cm）则应当单独考虑。）则应当单独考虑。3.8.1 结构体（均质岩体）条件结构体（均质岩体）条件03极限平衡状态sinctgc23131稳定状态sinctgc23131不稳定状态sinctgc23131wPwwP,P31sincoscsinsin1211313.8.1 结构体

32、（均质岩体）条件结构体（均质岩体）条件按照Mohr-Coulomb条件：Case2: 为拉应力时：03极限平衡状态tR3稳定状态tR3不稳定状态tR3注：有孔隙水压 时，以 有效应力代入。wPwP33.8.2 结构面的强度分析结构面的强度分析2450Case1:节理面与一个主应力的法线平行节理面与一个主应力的法线平行Case2:节理面与主应力面的法线斜交节理面与主应力面的法线斜交(三维空间问题三维空间问题)岩岩体体剪剪切切破破坏坏均 质 岩 体均 质 岩 体均 质 岩 体均 质 岩 体破裂面与主应力面成一定关系破裂面与主应力面成一定关系含剪切面岩体含剪切面岩体含剪切面岩体含剪切面岩体一 般 破

33、 裂 面 为 软 弱 结 构 面一 般 破 裂 面 为 软 弱 结 构 面3.8.2 结构面的强度分析结构面的强度分析3.8.2 结构面的强度分析结构面的强度分析 分析方法：求解结构面的正应力和剪应力，代入分析方法：求解结构面的正应力和剪应力，代入Mohr-Coulomb准则，满足下式：准则，满足下式：jnjntgc23213131222sincoscosncossinsinn3131223.8.2 结构面的强度分析结构面的强度分析jjtgsincosccossin232131jjjtgsintgcosccossincossin232131031jjjctgsincossinsintgcosc

34、os031jjjjcosccossinsincos3.8.2 结构面的强度分析结构面的强度分析031xy/开挖后，在边墙处：0jjjycoscsincos3.8.2 结构面的强度分析结构面的强度分析）项均、稳定（第若02110j021020j若第 项，第 项，取决于代数和才稳定仅有若jjc030体破裂面），代入时（节理面即为完整岩若245400j024524500jjjjjycosc/sin/cos（稳定）jjjysincosc12（极限平衡）jjjysincosc120jjjycoscsincos3.8.2 结构面的强度分析结构面的强度分析代入：和以）压力若考虑地下水（孔隙水wwwpp,p3

35、105031jjjwjwcosccossinPsincosP031jjwjjjjcossinsincospcosccossinsincos031jwjjjjsinpcosccossinsincos3.8.2 结构面的强度分析结构面的强度分析tgtgjyx031jjjjcosccossinsincos031jjjjcosccossinsincos21231sinctgtgcoscjjj3.9.2 结构面的强度分析结构面的强度分析；1301,受完整岩块强度控制；当无关；不沿结构面破坏，与一定时：当,j101309023.9.2 结构面的强度分析结构面的强度分析minj,dd1031024503则求

36、导，令对岩体强度的各向异性响方位角对岩体强度的影不同043.10.1 概念概念 前面讨论岩体发生滑动破坏的面都认为是光滑的，实际岩体中前面讨论岩体发生滑动破坏的面都认为是光滑的，实际岩体中结构面凹凸不平：其起伏程度，工程上一般用粗糙度称之。结构面凹凸不平：其起伏程度，工程上一般用粗糙度称之。 岩体剪切破坏，从微观上分析，可能存在岩体剪切破坏，从微观上分析，可能存在两种运动形式两种运动形式。3.10.1 概念概念Case1：当：当P较小时，岩块沿较小时，岩块沿A-A面滑动面滑动isinPicosTicosPisinT剪应力正应力斜面上：极限状态下：极限状态下：isinTicosTisinPico

37、sTtgj正应力剪应力isintgicosisinicostgtgjjjisincosicossinisincosicossintgjjjjjicosisintgjjjitgtgjjP/TtgjP同除爬坡角i即：考虑结构面粗糙度的的强度即：考虑结构面粗糙度的的强度表现摩擦角表现摩擦角ijj3.10.1 概念概念Case2：当：当P较大时，岩块沿较大时，岩块沿A-A面滑动面滑动剪断突台结构面的综合强度i0突台实际情况：实际情况：i可能介于可能介于04003.10.1 概念概念 具体应用时，结构面的抗剪强度可写为（抗剪强度包络具体应用时，结构面的抗剪强度可写为（抗剪强度包络线为双线性）：线为双线性

38、）： 当正应力低时：当正应力低时： itgj当正应力高时：当正应力高时： jjtgc3.10.2 分析方法分析方法 由于实际工程中，岩体结构面中由于实际工程中，岩体结构面中i不易测定，且一条结构不易测定，且一条结构面上面上i多变，使得判断困难，工程上一般采用巴顿（多变，使得判断困难，工程上一般采用巴顿（Barton）公式计算，形式：公式计算，形式：cjjfRJRCtg3.10.3 水对强度的影响水对强度的影响 假定：节理（结构面）上孔隙水压假定：节理（结构面）上孔隙水压Pw，结构面倾角。由下，结构面倾角。由下式导出节理岩体极限稳定条件。式导出节理岩体极限稳定条件。031jwjjjjsinpco

39、sccossinsincos定时的水压力为：已知，则结构面极限稳、若j3113311jjjjjjjjjjjwsinsincossincossintgccosccossinsincossinp失稳。右端，则若左端3.10.3 水对强度的影响水对强度的影响 利用有效应力原理导得的上式，利用有效应力原理导得的上式，可用来解释：可用来解释： A.美国科罗拉多州丹佛美国科罗拉多州丹佛(Denver)的的一个废料处理埋深井和科罗拉多西部一个废料处理埋深井和科罗拉多西部兰奇里尔兰奇里尔(Rangely)油田注水引起地震油田注水引起地震原因。原因。 B. 探讨靠近断层修建水库而诱发探讨靠近断层修建水库而诱发地震的可能性，这时，只要知道地壳地震的可能性，这时，只要知道地壳的初始应力状态和断层的抗剪强度特的初始应力状态和断层的抗剪强度特性。性。