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岩体力学特性

/mechanical characteristics of rock mass/
条目作者王媛

王媛

最后更新 2024-12-05
浏览 169
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岩体的变形特性和强度特性。

英文名称
mechanical characteristics of rock mass
所属学科
土木工程

岩体的变形就是岩体环境条件改变时,结构体产生体积变化、形状改变和相对移动等的总和。岩体变形主要受岩性、岩体结构和环境状况的影响。20世纪60年代对岩体变形的研究停留在岩石材料的变形上,只注重考虑岩石材料变形所共有的两种机理的变形,即弹性变形和不可恢复变形。实际上,岩体是在地应力作用下,已经经历过多次变形的地质体。岩体力学研究的岩体变形本质是在工程活动下再变形问题。

岩体变形特性常用应力、应变和时间的曲线来描述。具体描述岩体变形特性的方程称为本构关系(或本构方程)。岩体的应力-应变曲线在岩体组成成分、结构及加载控制下表现为具有不同结构特征的曲线族。根据不同的岩性、不同加载控制岩体的变形曲线可抽象为四种基本类型,即线性弹性、完全弹性、加卸荷形成滞回环的弹性、弹塑性,如图1所示。

图1 岩体的变形曲线图1 岩体的变形曲线

岩体变形特征与地应力也密切有关。环境应力愈高,结构面变形成分愈小,岩体变形模量愈高。在这种情况下,岩体变形特征主要决定于岩石特征。

岩体强度特性是指岩体抵抗外力破坏过程中表现出的特性。岩体强度有抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等。对于裂隙岩体来说,其抗拉强度很小,一般讨论岩体的抗压强度和抗剪强度。岩体由岩块和结构面所组成,故其强度特性必然受到岩块和结构面强度的控制。一般来说,岩体的强度不同于岩块的强度和结构面的强度。如果岩体中结构面很少且不明显,则岩体强度大致等于岩块强度;如果岩体沿某一结构面滑动时,则岩体强度完全受该结构面强度的控制;而对于一般的被各种节理、裂隙切割的岩体,其强度特性介于岩块强度和结构面强度之间,其一方面受岩石材料性质的影响,另一方面受结构面特征和赋存条件(地应力、水、温度等)的控制。

岩体的破坏是岩块压碎、岩体结构改组和结构面丧失联结的一种现象。主要破坏形式有三大类(图2):①脆性破坏。大多数坚硬岩石在一定的条件下都表现出脆性破坏的性质。这些岩石在荷载作用下没有显著觉察的变形就突然破坏。产生这种破坏的原因可能是岩石裂隙的发生和发展的结果。②延性破坏。岩石的破坏之前的变形很大,且没有明显的破坏荷载,表现出显著的塑性变形、流动或挤出,这种破坏称为延性破坏或韧性破坏。塑性变形是岩石内结晶晶格错位、微裂纹扩展、以及结构面错动等的结果。③弱面剪切破坏。由于岩层中存在节理、裂隙、层理、软弱夹层等软弱结构面,岩层的整体性受到破坏。在荷载作用下,这些软弱结构面上的剪应力大于该面上的强度时,岩体就发生沿着弱面的剪切破坏。

图2 岩体破坏形式图2 岩体破坏形式

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