不同地应力下爆炸应力波在节理岩体中传播规律模型试验研究

岩质边坡岩体节理结构面抗剪强度的确定方法

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/1f1396964.html, 岩质边坡岩体节理结构面抗剪强度的确定方法 作者：刘远亮韩佳泳徐标 来源：《城市建设理论研究》2013年第31期 摘要：在岩质边坡地质勘察工作中，岩体节理结构面的抗剪强度是岩质边坡勘察要确定的重要参数，而节理结构面抗剪强度的确定一直是该领域的技术难题，本文将提出一种新的、操作性强的方法，利用抗圧试验求取节理结构面抗剪强度，并应用到实际边坡勘察工作中，实践证明，通过该方法确定的结构面抗剪强度更接近实际情况并更具有实用意义，而且操作、计算方便，对类似的边坡工程有一定参考价值。 关键词: 地质勘察；节理结构面；抗剪强度 中图分类号：U213.1+3文献标识码：A 引言 结构面是岩体中力学强度较弱的部位或岩性相对软弱的夹层所构成岩体的不连续面，包括了一切的地质分离面。不同的结构面，其力学性质不同、规模大小不一。节理是岩石中的裂隙，其两侧岩石没有明显的位移。地壳上部岩石中最广泛发育的一种断裂构造，而岩体节理结构面抗剪强度是岩质边坡地质勘察工作要确定的重要力学参数，也是影响边坡稳定性的重要因素之一，因为边坡岩体的破坏通常大多是沿结构面发生破坏的，符合―最弱环节‖原理。目前如何求取节理结构面抗剪强度一直是工程界的技术难题。 节理结构面抗剪强度常用的求取方法主要有以下3种：(1)根据试验(原位剪切试验或室内直剪试验)分析选取。(2) 按规范或估算法选取。规范主要有国标、水利及铁路等行业规范标准等。(3)利用极限平衡法或数值分析进行反演确定。 岩体节理结构面抗剪强度确定方法 本文提出一种新的方法，利用―抗圧试验求取节理结构面抗剪强度‖。 1、计算原理：在岩石单轴抗压强度试验中，有大量的试验块体在轴向应力作用下未产生抗压性碎裂破坏，而是沿着岩石的节理面滑动分离成二块（见图1），这类破坏模式计算的抗压强度并不是真正的岩石单轴抗压强度，其数值与典型碎裂破坏模式的抗压强度严重偏小，不宜参加抗压强度标准值的统计计算。而利用这类破坏模式的实验数据，可求得沿节理面滑动的抗剪强度，即节理结构面的抗剪强度。

共面闭合非贯通节理岩体贯通机制和破坏强度准则研究

第25卷第10期岩石力学与工程学报V ol.25 No.10 2006年10月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct.，2006 共面闭合非贯通节理岩体贯通机制和 破坏强度准则研究 刘远明1，2，3，夏才初1，2 (1. 同济大学岩土工程重点实验室，上海 200092；2. 同济大学地下建筑与工程系，上海 200092； 3. 贵州大学土木建筑工程学院，贵州贵阳 550003) 摘要：简述共面闭合非贯通节理岩体的破坏机制及其贯通强度依赖于节理和岩桥的特性，阐述现有的共面闭合非贯通节理岩体的强度准则及其不足。研究直剪应力状态下共面闭合非贯通节理的受力特点，提出共面闭合非贯通节理岩体破坏机制，引入起裂角，在此基础上建立含起裂角的共面闭合非贯通节理岩体贯通破坏强度准则。通过与前人的试验进行对比，结果表明提出的破坏机制能较好地解释试验现象，理论计算的峰值强度与试验实测值吻合较好。 关键词：岩石力学；节理岩体；直剪；起剪角；破坏强度；共面闭合非贯通节理 中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)10–2086–06 STUDY ON FRACTURE MECHANISM AND CRITERIA OF FAILURE STRENGTH OF ROCK MASS CONTAINING COPLANAR CLOSE DISCONTINUOUS JOINTS UNDER DIRECT SHEAR LIU Yuanming1，2，3，XIA Caichu1，2 (1. Key Laboratory of Geotechnical Engineering，Tongji University，Shanghai200092，China； 2. Department of Geotechnical Engineering，Tongji University，Shanghai200092，China； 3. School of Civil Engineering and Architecture，Guizhou University，Guiyang，Guizhou550003，China) Abstract：Rock masses containing coplanar close discontinuous joints are commonly found in nature，and their failure mechanism and strength strongly depend on the properties of joints and rock bridges，which are defined as the areas between joints. Several shear failure criteria of the rock mass are viewed and compared，and their weaknesses are pointed out. The mechanical behaviors of brittle rock mass containing coplanar close discontinuous joints under shear condition are analyzed，and the failure mechanisms of the rock mass are proposed. The rock mass may fail in three ways，failure in tension，failure in shear，and failure in mixed tension and shear. A modified criterion of failure strength of the rock mass is proposed for failure in mixed shear and tension. The equation of the shear strength contains the properties of geometry and mechanics of joints and rock bridges. Shear initiation angle as a new parameter is introduced firstly and also is contained in the equation. The failure mechanism can explain the phenomenon in direct shear test，and the calculated results according to the modified criterion of failure strength agree well with experimental results. Key words：rock mechanics；jointed rock mass；direct shear；shear initiation angle；failure strength；coplanar close discontinuous joints 收稿日期：2005–06–10；修回日期：2005–09–22 基金项目：国家自然科学基金资助项目(40472142) 作者简介：刘远明(1975–)，男，1998年毕业于河海大学，现为博士研究生，主要从事地下结构方面的研究工作。E-mail：liuyuanming75@https://www.360docs.net/doc/1f1396964.html,

岩石的层理及节理学习

一、节理 （一）基本概念 1、节理：岩石受力作用形成的破裂面或裂纹，称为节理，它是破裂面两侧的岩种构造。 节理的产状也可用走向、倾向和倾角进行描述。 2、节理组和节理系：在同一时期，同一成因条件下形成的，彼此相互平行或近组；在同一构造应力作用下，形成有规律组合的节理组，叫节理系。 （二）节理分类 1、按节理的成因分类 节理按成因可分为原生节理、构造节理和表生节理。 (1)原生节理：指岩石形成过程形成的节理，如玄武岩的柱状节理 (2)构造节理：是岩石受地壳构造应力作用产生的，这类节理具有明显的方向性和对地下水的活动和工程建设的影响也较大。构造节理与褶皱、断层及区域性地质构它们常常相互伴生，是工程地质调查工作中的重点对象(相对于节理、表生节理)。 (3)表生节理：又称风化节理、非构造节理，是岩石受外动力地质作用(风、水、化作用产生的风化裂隙等，这类节理限在空间分布上常局限于地表浅部岩石中，对有较大的影响。 2、按力学性质进行分类 (1)张节理:在垂直于主张应力方向上发生张裂而形成的节理，叫张节理。张节理尤其在褶皱转折端等张拉应力集中的部位最发育，它主要有以下特征：裂口是张开的，剖面呈上宽下窄的楔形，常被后期物质或岩脉填充； 节理面粗糙不平，一般无滑动擦痕和磨擦镜面；

产状不稳定，沿其走向和倾向都延伸不远即行尖灭； 在砾岩或砂岩中发育的张节理常常绕过砾石、结核或粗砂粒，其张裂面明显凹凸张节理追踪X型剪节理发育呈锯齿状。 (2)剪节理：岩石受剪应力作用发生剪切破裂而形成的节理，叫剪节理，它一般夹角的平面上产生，且共轭出现，呈X状交叉，构成X型剪节理。它具有以下特征剪节理的裂口是闭合的，节理面平直而光滑，常见有滑动擦痕和磨光镜面； 剪节理的产状稳定，沿其走向和倾向可延伸很远； 在砾岩或砂岩中发育的剪节理常切砾石、砂粒、结核和岩脉，而不改变其方向； 剪节理的发育密度较大，节理间距小而且具有等间距性，在软弱薄层岩石中常常 张节理剪节理 3、按节理与岩层走向关系分类 (1)走向节理：节理延伸方向大致与岩层走向平行。 (2)倾向节理：节理延伸方向大致与岩层走向垂直。 (3)斜交节理：节理延伸方向与岩层走向斜交。 4、根据节理与褶皱轴的关系，可将节理分为： (1) 纵节理-节理走向与褶皱轴向平行 (2) 横节理-节理走向与褶皱轴向直交

节理岩体

3.9. 隐式节理模型: 节理岩(Jointed Rock)模型 岩土材料在各方向上的特性值可能会不同，从而引起各方向在荷载作用下的反应不同，这样的特性叫做各向异性(anisotropic)。各向异性又分为弹性各向异性和塑性各向异性。弹性各向异性是指各方向使用不同的弹性刚度值，塑性各向异性是指像节理岩模型那样在各方向上使用不同的强度特性值。 节理岩模型是各向异性弹性-完全塑性(anisotropic elastic perfectly-plastic)模型，即同时具有弹性横观同性(transversely isotropic elastic)模型和塑性各向异性(anisotropic plastic)模型的特点。节理模型适合于模拟分层的岩石，该模型可模拟具有三个层方向和结合方向的完整岩。完整岩要输入五个参数和一个方向，是属于横观同性弹性材料，其各向异性特点表现在断层等现象上。假定主结合方向的剪切应力遵循库伦(Coulomb)准则，沿着该方向产生最大剪切应力时将产生塑性滑动(plastic sliding)。可以定义三个滑动方向(平面)的强度，第一个平面假定与弹性横观同性方向一致。各平面可具有不同的剪切刚度。 M ajor joint direction 图2.31 节理模型示意图 节理模型适合模拟具有连续的接缝或接缝的集合的岩石，接缝应平行且接缝中不能填充有断层粘土，接缝宽度与结构物的尺寸也要小很多。 节理模型的几个基本特性值如下： A. 完整岩的横观同性弹性特性: ,,,,x z xy zx xz E E G νν B. 三个方向上遵循库伦准则的剪切磨坏参数: ,i i c φ 3.9.1. 横观同性弹性材料刚度 节理模型中的横观同性特性与前面章节中介绍的正交异性材料相同。 3.9.2. 三个方向上的塑性反应 为了考察具有局部坐标系(n, s, t)的平面的塑性条件，需要先计算笛卡尔坐标下的应力。局部坐标应力包括正应力n σ和两个独立的剪切应力 s τ和t τ。 T i i σσ=T (2.96)

结构面、层理、节理、片理、断层介绍

层理 层理（stratification ） 在岩石形成过程中产生的，由物质 成分、颗粒大小、颜色、结构构造 等的差异而表现出的岩石成层构 造。一般厚几 厘米至几米， 其横向延伸可 以是几厘米至 数千米。常见 于大多数沉积 岩和一些火山 岩中，是研究地质构造变形及其历 史的重要参考面。 岩石层之间的分割面称为层理面。 沉积岩层的原始产状多是趋于水平 的，后来的构造运动可以使其倾斜、 直立、弯曲甚至发生破裂，形成褶 皱、节理、断层、劈理等构造形态。 层理有两种重要的类型：①粒级层 理。又称递变层理或粒序层理，其 特点是成岩物质颗粒粒度由底至顶 逐渐变细，其间无明显界线。但是在两个相邻的粒序层之间在粒度或成分上有明显的不同。②斜层理。又称交错层理，其特点是细层理大致规则地与层间的分隔面（主层理）呈斜交的关系，上部与主层理截交，下部与主层理相切。可以利用斜层理的倾向了解沉积物的来源方向。沉积岩中的层理的形成可能是沉积物结构和成分的变化或者沉积间歇、沉积季节的变化所致。火山碎屑物在其爆发和降落过程中，由于重力、颗粒大小和风的影响，成岩时也会形成具有分选性的层理。如果火山碎屑物落在湖泊或海洋中，则可形成类似于沉积岩的层理。 水平层理 是由平直且与层面平行的一系列细层组成的层理。它是在比较稳定的水动力条件下（如河流的堤岸带、闭塞海湾、海和湖的深水带），从悬浮或溶液中缓慢沉积而成的。 平行层理 主要产于砂岩中，在外貌上与水平层理极相似，是在较强的水动力条件下，高流态中由平坦的床沙迁移、在床面上连续滚动的沙粒产生粗细分离而显出的水平细层，沿层理面易剥开，在剥开面上可见到剥离线理构造，平行层理一般出现在急流及能量高的环境，如河流、海滩等环境中，常与大型交错层理、底冲刷相伴生。

第三章3水对岩石强度的影响

五、水对岩石强度的影响 前已述汲水对岩石强度影响： 膨胀、崩解、溶解 水→岩软化 渗透→水压水 对岩石强度有影响的是孔隙和裂隙中的水压力，统称为孔隙水压力，用p w表示。如果饱和岩石在荷载作用下不易排水或不能排水，那么，孔隙或裂隙中的水就有孔隙压力，岩石固体颗粒承受的压力将相应的减少，强度则降低。

对岩石中有连接的孔隙（包括细微裂隙）系统，施加应力σ，当有孔隙水压力p w时，岩石的有效应力为 σ—岩石总应力（MPa）；σ'—有效应力（MPa）； p w——孔隙水压力（MPa） 在有孔隙水压力作用时，可利用《岩石破坏准则》来分析岩石的稳定性。

1．莫尔摩伦准则 根据莫尔库伦强度理论，考虑有孔隙水压力p w 的作用，其岩石的抗剪强度为： ①?στtg c f ?'+= 或可见，由于p w 的存在，岩石的抗剪强度降低。 ②对于用主应力表示的莫尔库伦破坏准则，考虑p w 作用，则有 c R N +'='?σσ3 1，式中w p -='11σσ，w p -='33σσ 推出

由上式可解得p w，即岩石从初始作用应力σ1和σ3达到岩石破坏时所需施加的孔隙水压力： 亭定（Handin 结果，在p w p w=0时的包络线， 曲线。

当施加主应力σ1、σ3时，（p w =0）岩石稳定（莫尔圆II ），在此主应力下，增加p w 直至破坏（莫尔圆I 与包线相切）。 从上面分析可见，p w 对岩体强度影响很大。在实际工程中，特别是坝址区，对某种岩石，当主应力σ1、σ3一定时，水库蓄水后，如果有渗流，则p w 从0增加p w ′，当 w p '-1σ 和w p '-3σ的应力圆与包线相切或相交时，岩体将失稳。

节理、构造、断层

地质构造常识，看了就不会迷路哦 分享 首次分享者：新睿取已被分享1次评论(0)复制链接分享转载举报 一、节理 （一）基本概念 1、节理：岩石受力作用形成的破裂面或裂纹，称为节理，它是破裂面两侧的岩石没有发生明显位移的一种构造。 节理的产状也可用走向、倾向和倾角进行描述。 2、节理组和节理系：在同一时期，同一成因条件下形成的，彼此相互平行或近于平行的一群节理叫节理组；在同一构造应力作用下，形成有规律组合的节理组，叫节理系。 （二）节理分类 1、按节理的成因分类 节理按成因可分为原生节理、构造节理和表生节理。 (1)原生节理：指岩石形成过程形成的节理，如玄武岩的柱状节理 (2)构造节理：是岩石受地壳构造应力作用产生的，这类节理具有明显的方向性和规律性，发育深度较大，对地下水的活动和工程建设的影响也较大。构造节理与褶皱、断层及区域性地质构造有着非常密切的联系，

它们常常相互伴生，是工程地质调查工作中的重点对象(相对于节理、表生节理)。 (3)表生节理：又称风化节理、非构造节理，是岩石受外动力地质作用(风、水、生物等)产生的，如由风化作用产生的风化裂隙等，这类节理限在空间分布上常局限于地表浅部岩石中，对地下水的活动及工程建设有较大的影响。 2、按力学性质进行分类 (1)张节理:在垂直于主张应力方向上发生张裂而形成的节理，叫张节理。张节理大多发育在脆性岩石中，尤其在褶皱转折端等张拉应力集中的部位最发育，它主要有以下特征： 裂口是张开的，剖面呈上宽下窄的楔形，常被后期物质或岩脉填充； 节理面粗糙不平，一般无滑动擦痕和磨擦镜面； 产状不稳定，沿其走向和倾向都延伸不远即行尖灭； 在砾岩或砂岩中发育的张节理常常绕过砾石、结核或粗砂粒，其张裂面明显凹凸不平或弯曲； 张节理追踪X型剪节理发育呈锯齿状。

含孔洞节理岩体损伤破坏过程的颗粒流数值模拟

含孔洞节理岩体损伤破坏过程的颗粒流数值模拟 张敏思王述红 侯佳男 郭牡丹 杨勇 （东北大学资源与土木工程学院，沈阳 110004） 摘要：基于颗粒流理论，引入颗粒接触连接本构模型，建立了岩体颗粒流数值模型。通过含孔洞花岗岩试样损伤破坏试验和Particle Flow Code（PFC)离散元程序，对带有圆形空洞的花岗岩的单轴压缩试验进行了数值模拟，模拟试验观察到的空洞周边扰动区的损伤破坏过程。与室内试验结果对比分析，PFC2D基本再现了脆性岩石的局部受压破坏现象，并且在破坏过程中可以得到应力-应变关系曲线，及其裂缝扩展过程图，进而通过声发射技术来监测微裂缝的演化过程。通过改变计算模型中颗粒单元的性质，给出了在不同颗粒单元参数时试样的宏观性质，并且损伤破坏试验验证了本模拟的正确性，其研究结果对岩体本构关系的完善有一定的应用价值。 关键词：颗粒流；圆形空洞；数值模拟；声发射 Particle Flow Code Numerical Simulation Of Failure Around a Circular Opening In Jointed Rock Mass ZHANG Minsi, WANG Shuhong, HOU Jianan, GUO Mudan, YANG Yong （School of Resource and Civil Engineering, Northeastern University, Shenyang 110004, Liaoning, China） Abstract: Based on particle flow code（PFC）theory , rock mass numerical models are constituted , in which different contact bond constitutive relation are introduced. The Uniaxial compression tests of failure around a circular opening in Granite sample are simulated by PFC2D respectively, and also by the lab test of failure around a circular opening in Granite sample. The failure process of peripheral disturbance around a circular opening is also simulated. Compared with the indoor test results, the local pressure brittle rock damage phenomenon is represented by PFC2D, and also the stress-strain curve and the crack propagation graph can be obtained through the failure process, the tiny cracks of the evolution process is monitored through the acoustic emission. Through the changes in the calculation model of particle nature of the unit, the macro properties of different parameter in the sample unit are given, more over, the correctness of the simulation is validated by the failure and simulation experiment and there has been certain practical value for the perfect constitutive relation of of rockmass. Keywords: particle flow code, a circular opening, numerical simulation, the acoustic emission 基金项目：国家高技术研究发展计划（2007AA06Z108）；国家重点基础研究发展计划（2007CB209405）；辽宁省自然科学基金（2009） 作者简介：张敏思，女，山东淄博人，东北大学硕士研究生，主要从事地下结构方面的学习和研究工作。 Email:mscccathy@https://www.360docs.net/doc/1f1396964.html,；王述红，男，江苏泰州人，东北大学副教授，主要从事岩土力学与工程方面的教学和研究工作。

断裂构造——节理构造

§3. 断裂构造 一、概念： 1、定义：岩体手构造应力作用超过其强度是而发生裂隙后错 断，破坏了岩体的完整性而形成断裂构造。 节理：沿破裂面没有明显位移。 2、分类： 断层：沿破裂面错动较大。 断裂构造在地壳中分布很广，极大影响了水工建筑的稳定性，且破裂面中的裂隙是水流的良好通道，易导致渗 漏。但断裂构造类型不同，则对工程影响也有差异。 二、断裂构造的力学性质特征 1、构造应力：压应力、张应力、扭（剪）应力。 应力：在地壳中一定范围内存在的地球内动力。 4、结构面与应力场的关系 a.压性结构面：压应力作用产生，结构面的走向与压应 力垂直。结果产生压性断层由剖面上的剪应力形成的断 层。 b.张性结构面：张应力作用的破裂面，结构面走向与张应 力垂直。产物:了：正断层面、张节理面。 c.扭性结构面：又称剪切结构面。结构面走向与压应力方 向45。—Ψ/2角度。产物：部分平移逆断层，剪节理面。 特点：扭性断裂由两组扭性结构面构造。平面上成

呈“X”型，且理论上结构面夹角为90。。但由于受其他 因素影响< 90。。所以β=45。—Ψ/2，Ψ—内摩擦角，塑 性Ψ1 < 脆性Ψ2 。所以45。> β1>β2。 三、断裂构造的形式：压应力、剪应力、张节理。 四、构造节理 1、概念：节理又称裂隙，具有明显方向性、规律性。其形成 与褶皱断层密切相关。 2、分类：据力学性质分类 a.剪节理：剪（扭应力）剪（扭）性结构面+构造线。又称“X”节理。 特征：①节理面平滑，产状稳定，沿走向、倾向延伸较 远，在砾石中常平直切穿坚硬的岩石。 ②呈闭和状裂隙本身宽度窄小，仅1~3mm。但在 构造应力作用的影响，也可裂开并充填的粘性 土后岩屑。 ③呈“X”型出现，相互交差切割，使岩层呈菱 形或方形。 ④呈羽状排列，主剪裂面有多条互相平行的微小 剪裂面组成，羽状节理也有共轭两组。 ⑤沿剪切节理面抗剪强度很低，在边坡、坝基岩 体中易形成滑动破坏等。 a.张节理：(1)张应力形成的破裂面

常见地质构造图片及描述

一、板劈理： 板岩所特有的连续劈理。它发育在细粒的低级变质岩中，肉眼极难区别出劈理域或微劈石；在显微尺度上，劈理域由平行面状或交织状排列的云母或绿泥石等层状硅酸盐矿物富集成薄膜或薄层，宽约0.005毫米；微劈石由石英、长石等浅色矿物的集合组成，呈薄板状或透镜状，宽约1～0.01毫米或以下。板劈理使板岩具有良好的可劈性，将岩石劈成十分平整的薄板。 二、劈理折射： 强弱相间的岩层中,强硬层中的劈理和软弱层中的劈理以不同角度与层理相交，强硬层中为间隔劈理，与层理交角较大；软弱层中为连续劈理，与层理交角较小。 三、矩形石香肠： 白云岩中的硅质条带拉断形成矩形石香肠，反映硅质能干层（强硬层）与白云岩软弱层之间的高粘性差。（石香肠构造，各位可还记得～）不同力学性质互层的

岩系受到垂直或近垂直岩层的挤压而形成。软弱岩层被压向两侧塑性流动，夹在其中强硬岩层不易塑性变形而被拉断，构成平面上呈平行排列的长条状块段，即石香肠。在被拉断的强硬岩层的间隔中，或由软弱层呈褶皱楔入，或由变形过程中分泌出的物质所充填。 四、透镜状石香肠：

灰岩中相对强硬的白云岩形成的透镜状石香肠构造。香肠体的两端有分泌的方解石充填，示压溶作用的存在。 五、挠曲：

在水平或平缓的岩层中，由一般岩层突然变陡而表现出的膝状弯曲，或是由于岩层翘曲或其他和缓变形所形成的弯曲。 六、膝状褶皱： 以早期板劈理为变形面发生褶皱，由左到右褶皱形式发生变化，既由膝状-箱状-圆弧状渐变过渡。 七、膝折： 由一系列互相平行的膝折带组成的尖棱褶皱，称为膝折褶皱；两翼平直，转折端尖棱。 八、平缓褶皱： 平缓褶皱是指翼间角小于180°、大于120°的褶皱。 九、开阔褶皱： 翼间角为120°～70°的褶皱。 十、W型对称褶皱：