巖体力学性质

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[拼音]:yanti lixue xingzhi

[英文]:mechanical properties of rock mass

巖体在受力状态下抵抗变形和破坏的能力。它包括变形性质和强度性质两个方面。巖体的力学性质,是设计一切大型巖体工程的重要依据。

巖体变形性质

表征巖体变形性质的物理量主要是变形模量、弹性模量和泊松比等。具有弹性和非弹性效能的巖体在加荷时应力与应变的比值,称为变形模量。巖体在弹性变形阶段内,应力与应变的比值,称为弹性模量或杨氏模量。轴向加荷的巖体试件的侧向应变与轴向应变的比的负值,称为泊松比。巖体的变形模量值普遍低于巖块的变形模量值,两者的比值一般为0.2~0.6。巖体变形模量与其弹性模量的比值,也多为0.2~0.6。巖体的变形性质普遍具有各向异性,不同方向的模量值不相同,在有些情况下,高达1∶10,通常为1∶2。此外,巖体变形模量与弹性模量的比值,也常常随著方向不同而变化。

巖体的强度性质

巖体在各种压力状态下所能承受的最大应力,称为巖体的强度。它可分为单轴抗压强度、单轴抗拉强度、三轴抗压强度以及剪下强度等。单轴抗压强度是巖体在单向压缩时所能承受的最大压应力。巖体的单轴抗压强度总是低于巖块的单轴抗压强度。二者的比值变化较大,通常为0.05~0.65。单轴抗拉强度是巖体在单向拉伸时所能承受的最大拉应力。巖体单轴抗拉强度很难实测,一般认为其值很小或接近于零。巖体在三向受压状态下所能承受的最大压应力,称为巖体三轴抗压强度。原位巖体三轴压缩试验的开展,有益于更好地评价巖体的各向异性。巖体内任一方向切面在任一法向压应力下所能抵抗的最大剪应力,称为巖体该方向切面在该法向应力下的剪下强度。它可分为剪断强度、重剪强度和抗切强度。剪断强度是巖体中先前没有破坏的面在任一法向应力下能抵抗的最大剪应力。剪切面上法向应力等于零时的剪断强度,称为抗切强度。巖体中先前存在的破坏面在任一法向压应力下能抵抗的最大剪应力,称为重剪强度。巖体剪下强度的大小,通常用库仑强度引数,即内聚力和内摩擦角的大小来说明。巖体的剪下强度远小于巖块的剪下强度。巖体重剪强度的内聚力值一般在0~0.3兆帕,内摩擦角多为10°~48°。巖体剪断强度的内聚力值一般在0.05~4兆帕,内摩擦角多为20°~55°。巖体剪下强度具有各向异性。沉积岩体的各向异性最为显著,火成岩体的各向异性表现不明显,变质岩体的各向异性则介于沉积岩体和火成岩体之间。

巖体力学性质的确定

原位巖体的力学性质较巖块的力学性质更为复杂。巖体的力学性质除受巖块力学性质的影响外,还受巖体结构和环境因素的影响和控制。因此,巖体的力学性质通常不能根据实验室小岩石试件试验的结果来预测,而必须通过原位巖体力学试验来测定。这类试验有承压板载荷试验、水压洞室试验、钻孔变形试验、原位巖体单轴抗压强度试验、原位直剪试验以及原位三轴压缩试验等(见岩土试验)。进行原位巖体力学性质试验时要注意试验巖体的代表性、比例尺效应以及试验方法的选择。

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