岩体结构面实质为空间的薄层几何体,其力学性质即为结构面力学性质。主要用于表征结构面的受力与变形之间关系的性质,表现在三个方面:①在法向应力作用下产生的法向变形。②在剪应力作用下产生的剪切变形。③抗剪强度。
法向变形。理论结构面是没有厚度的,而软弱结构面因存在软弱夹层,故实际上是有厚度的。在作为软弱结构面研究时,无法表现其厚度,只能采用应力变形参数,即刚度表征其变形特征,即采用法向的位移来描述结构面的法向变形,刚度越大抗变形能力越强。
剪切变形。在一定的应力作用下,结构面内产生剪切作用,从而产生的剪切变形,其变形特征用试验时施加的剪应力与相应的剪切位移
的关系来描述。
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曲线的特征取决于结构面的基本特征(粗糙度、起伏度、填充物性质与厚度等),若结构面粗糙无填充物,则随着剪切变形的发生,剪应力相对上升较快,当达到剪应力峰值后,结构面抗剪能力出现较大的下降,并产生不规则的峰后变形或滞滑现象。若结构面平坦或有填充物,则初始阶段的剪切变形曲线呈下凹型,随着剪切变形的发展,剪切应力逐渐升高但无明显的峰值出现,最终达到恒定值。
抗剪强度。结构面发生剪切变形达到破坏时的极限剪应力称为抗剪强度或峰值强度,其反映结构面受切向剪应力作用时抵抗剪切破坏的能力。结构面在剪切过程中的力学机制比较复杂,构成结构面抗剪强度的因素是多方面的,一般结构面抗剪强度可以用库伦准则表述。实验表明,在法向应力较低时,结构面上有剪切位移和剪胀;当法向应力较高时,结构面的凸起部分被剪断,结构面抗剪强度最终变成残余抗剪强度。