高等巖石力學(xué)-3結(jié)構(gòu)面+巖體的力學(xué)特性課件.ppt

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1、高等巖石力學(xué)安全科學(xué)與工程礦業(yè)工程碩士學(xué)位課程重慶大學(xué)許江緒論第一篇基礎(chǔ)知識篇第二篇基本理論篇第三篇計算機技術(shù)應(yīng)用篇第四篇工程技術(shù)應(yīng)用篇課程目錄：第1章地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)第2章巖石的物理力學(xué)屬性第3章結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性第4章巖體力學(xué)特性第一篇基礎(chǔ)知識篇第3章結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性§1法向變形§2剪切變形§3抗剪強度§4影響結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性的主要因素第3章結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性§1法向變形§2剪切變形§3抗剪強度§4影響結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性的主要因素第3章結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性1.1法向變形曲線1.2Goodman法向應(yīng)力與結(jié)構(gòu)面閉合量間的關(guān)系式1.3Ban

2、dis法向應(yīng)力與結(jié)構(gòu)面法向變形間的關(guān)系式§1法向變形1.1法向變形曲線1.2Goodman法向應(yīng)力與結(jié)構(gòu)面閉合量間的關(guān)系式基本關(guān)系式：其中：法向變形剛度：基本關(guān)系式：法向剛度表達式：初始法向剛度與最大變形量表達式：1.3Bandis法向應(yīng)力與結(jié)構(gòu)面法向變形間的關(guān)系式§1法向變形§2剪切變形§3抗剪強度§4影響結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性的主要因素第3章結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性2.1結(jié)構(gòu)面剪切變形曲線2.2結(jié)構(gòu)面剪切變形曲線的分區(qū)2.3剪切剛度2.4結(jié)構(gòu)面剪切凸臺力學(xué)模型§2剪切變形非充填粗糙結(jié)構(gòu)面平坦或有充填物結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面剪切變形曲線2

3、.1結(jié)構(gòu)面剪切變形曲線2.1結(jié)構(gòu)面剪切變形曲線在一定的法向應(yīng)力作用下，結(jié)構(gòu)面在剪切力作用下將產(chǎn)生切向變形，且通常有以下兩種基本形式：非充填粗糙結(jié)構(gòu)面：隨剪切變形發(fā)生，剪切應(yīng)力相對上升較快，當達到剪應(yīng)力峰值后，結(jié)構(gòu)面抗剪能力出現(xiàn)較大的下降，并產(chǎn)生不規(guī)則的峰后變形或滯滑現(xiàn)象；平坦(或有充填物)的結(jié)構(gòu)面：初始階段的剪切變形曲線呈下凹型，隨著剪切變形的持續(xù)發(fā)展，剪切應(yīng)力逐漸升高但沒有明顯的峰值出現(xiàn)，最終達到恒定值，有時也出現(xiàn)剪切硬化。2.2結(jié)構(gòu)面剪切變形曲線的分區(qū)彈性區(qū)：峰值應(yīng)力上升區(qū)剪應(yīng)力峰值區(qū)：塑性區(qū)：峰后應(yīng)力降低區(qū)

4、或恒應(yīng)力區(qū)彈性區(qū)彈性區(qū)塑性區(qū)塑性區(qū)剪應(yīng)力峰值區(qū)特別強調(diào)：剪切變形曲線從形式上可劃分成“彈性區(qū)”(即峰前應(yīng)力上升區(qū))、剪應(yīng)力峰值區(qū)和“塑性區(qū)”(即峰后應(yīng)力降低區(qū)或恒應(yīng)力區(qū)。但在結(jié)構(gòu)面剪切過程中，由于伴隨有微凸體的彈性變形、劈裂、磨粒的產(chǎn)生與遷移、結(jié)構(gòu)面的相對錯動等多種力學(xué)過程，因此，剪切變形一般是不可恢復(fù)的，即便在“彈性區(qū)”，剪切變形也不可能完全恢復(fù)。2.2結(jié)構(gòu)面剪切變形曲線的分區(qū)2.3剪切剛度2.4結(jié)構(gòu)面剪切凸臺力學(xué)模型對于凹凸不平的結(jié)構(gòu)面，可簡化成下圖所示的結(jié)構(gòu)面剪切凸臺力學(xué)模型，其剪切結(jié)構(gòu)面上有一凸臺，模型上

5、半部作用有剪切力S和法向力N，模型下半部固定不動。在剪應(yīng)力作用下，模型上半部將沿凸臺斜面滑動，除有切向運動外，還將產(chǎn)生向上的移動．把這種剪切過程中產(chǎn)生的法向移動分量稱之為剪脹。在剪切變形過程中，由于剪應(yīng)力與法向應(yīng)力的復(fù)合作用，可使凸臺剪斷或拉斷，此時剪脹現(xiàn)象消失；當法向應(yīng)力較大或結(jié)構(gòu)面剪應(yīng)力持續(xù)增加，最終將使凸臺沿根部剪斷或拉斷。因此，結(jié)構(gòu)面的剪切變形與巖石強度、結(jié)構(gòu)面粗糙度（凸臺角i）和法向力密切有關(guān)?！?剪切變形§1法向變形§2剪切變形§3抗剪強度§4影響結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性的主要因素第3章結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性3.1抗剪

6、強度與法向力間的關(guān)系3.2Barton結(jié)構(gòu)面的抗剪強度公式3.3結(jié)構(gòu)面抗剪強度的尺寸效應(yīng)3.4結(jié)構(gòu)面抗剪強度與其變形歷史相關(guān)3.5充填物厚度與成分對結(jié)構(gòu)面抗剪強度的影響§3抗剪強度根據(jù)結(jié)構(gòu)面剪切凸臺力學(xué)模型，結(jié)構(gòu)面抗剪強度與法向應(yīng)力間的關(guān)系曲線（其中φb為巖石平坦表面基本摩擦角，i為結(jié)構(gòu)面凸臺斜坡角）為：3.1抗剪強度與法向力間的關(guān)系大量試驗結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)面抗剪強度與法向力間的關(guān)系一般也可表述為線性關(guān)系，即可用庫侖準則表述為：式中：c和　分別是結(jié)構(gòu)面上的粘結(jié)力和摩擦角是作用在結(jié)構(gòu)面上的法向應(yīng)力3.1抗剪強度與法向

7、力間的關(guān)系3.2Barton的結(jié)構(gòu)面抗剪強度公式結(jié)構(gòu)面的抗剪強度公式：式中：JRC是結(jié)構(gòu)面壁巖石的單軸抗壓強度是巖石表面的基本摩擦角JRC為結(jié)構(gòu)面的粗糙性系數(shù)右圖為Barton和Choubey給出的10種典型剖面及其JRC取值計算公式：JRC取值：3.2Barton的結(jié)構(gòu)面抗剪強度公式3.3結(jié)構(gòu)面抗剪強度的尺寸效應(yīng)3.4結(jié)構(gòu)面抗剪強度與其變形歷史相關(guān)3.5充填物對結(jié)構(gòu)面抗剪強度的影響3.5充填物對結(jié)構(gòu)面抗剪強度的影響§1法向變形§2剪切變形§3抗剪強度§4影響結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性的主要因素第3章結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性？§4影響

8、結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性的主要因素第1章地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)第2章巖石的物理力學(xué)屬性第3章結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性第4章巖體力學(xué)特性第一篇基礎(chǔ)知識篇§1巖體的變形特性§2巖體的強度特征§3巖體的水力學(xué)性質(zhì)第4章巖體力學(xué)特性§1巖體的變形特性§2巖體的強度特征§3巖體的水力學(xué)性質(zhì)第4章巖體力學(xué)特性1.1巖體的單軸或三軸壓縮變形特征1.2巖體剪切變形特征1.3巖體各向異性變形特征1.4特別提醒§1巖體的變