1、四川大學(xué)巖石力學(xué)四川大學(xué)巖石力學(xué)節(jié)點(diǎn)數(shù)節(jié)點(diǎn)數(shù)16240單元數(shù)單元數(shù)14702第1頁(yè)/共77頁(yè)第2頁(yè)/共77頁(yè)第3頁(yè)/共77頁(yè)(a)(b)(c)(d)(e)(a)(b)(c)(d)(e)(a)(b)(c)(d)(e)第4頁(yè)/共77頁(yè)第5頁(yè)/共77頁(yè)3.3.1 單軸抗壓實(shí)驗(yàn)裝置單軸抗壓實(shí)驗(yàn)裝置第6頁(yè)/共77頁(yè)3.3.1 單軸抗壓實(shí)驗(yàn)裝置單軸抗壓實(shí)驗(yàn)裝置第7頁(yè)/共77頁(yè)3.3.2 單軸抗壓強(qiáng)度單軸抗壓強(qiáng)度APRmaxc第8頁(yè)/共77頁(yè)3.3.2 巖石的單軸抗壓強(qiáng)度巖石的單軸抗壓強(qiáng)度第9頁(yè)/共77頁(yè)第10頁(yè)/共77頁(yè)3.4.1 試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法第11頁(yè)/共77頁(yè)DlPRtmax2ctRR4011013

2、.4.1 試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法第12頁(yè)/共77頁(yè)3.5.1 基本概念基本概念 巖石的抗剪強(qiáng)度巖石的抗剪強(qiáng)度就是巖石抵抗剪切滑動(dòng)的能力，它是巖石力學(xué)中需要研究的最重要指標(biāo)之一，往往比抗壓和抗拉強(qiáng)度更有意義。第13頁(yè)/共77頁(yè)3.5.1 基本概念基本概念第14頁(yè)/共77頁(yè) 決定抗剪斷決定抗剪斷( (抗剪抗剪) )強(qiáng)度的方法可分為強(qiáng)度的方法可分為室內(nèi)室內(nèi)和和現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)兩大類。兩大類。 室內(nèi)試驗(yàn)常用室內(nèi)試驗(yàn)常用直接剪切儀直接剪切儀( (直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)) )、楔形楔形剪切儀剪切儀( (楔形剪切試驗(yàn)楔形剪切試驗(yàn)) )、三軸壓縮儀三軸壓縮儀( (三軸壓縮試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn)) )測(cè)定巖石的抗剪斷測(cè)定巖石的抗

3、剪斷( (抗剪抗剪) )指標(biāo)。指標(biāo)。 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)主要以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)主要以直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)為主，有時(shí)也可做為主，有時(shí)也可做三軸強(qiáng)度試驗(yàn)三軸強(qiáng)度試驗(yàn)。 第15頁(yè)/共77頁(yè)3.5.2 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法PTATAP第16頁(yè)/共77頁(yè)3.5.2 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法失穩(wěn)階段，失穩(wěn)階段，晶格滑移晶格滑移裂紋發(fā)展、裂紋發(fā)展、增長(zhǎng)階段增長(zhǎng)階段彈性階段，彈性階段，裂紋產(chǎn)生裂紋產(chǎn)生第17頁(yè)/共77頁(yè)3.5.2 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法時(shí)當(dāng)10MPatgcf第18頁(yè)/共77頁(yè)3.5.2 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法第19頁(yè)/共77頁(yè)3.5.2 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法第20頁(yè)/共77頁(yè)3.5.2 室內(nèi)試驗(yàn)

4、方法室內(nèi)試驗(yàn)方法0000cosPfsinPQFsinPfcosPNFQNN、Q除以剪切面積除以剪切面積AcosfsinAPsinfcosAPfsinAPcosAPf第21頁(yè)/共77頁(yè)3.5.2 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法 采用不同的采用不同的角進(jìn)行試驗(yàn)，則每個(gè)角進(jìn)行試驗(yàn)，則每個(gè)對(duì)應(yīng)一組對(duì)應(yīng)一組和和f。 當(dāng)當(dāng)變化范圍較大時(shí)，變化范圍較大時(shí)，f為曲線關(guān)系，當(dāng)為曲線關(guān)系，當(dāng)10MPa時(shí)，時(shí)， f可視為直線，求得可視為直線，求得c、 。第22頁(yè)/共77頁(yè)3.5.2 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法試驗(yàn)步驟試驗(yàn)步驟先將試件施加側(cè)壓力先將試件施加側(cè)壓力3逐漸增加垂直壓力逐漸增加垂直壓力1；試件破壞，得到大主應(yīng)試件破

5、壞，得到大主應(yīng)力力1，即獲破壞應(yīng)力圓；即獲破壞應(yīng)力圓；改變側(cè)壓力改變側(cè)壓力3，獲得對(duì)，獲得對(duì)應(yīng)的應(yīng)的1，和破壞應(yīng)力圓；和破壞應(yīng)力圓；第23頁(yè)/共77頁(yè)3.5.2 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法 繪制試驗(yàn)對(duì)應(yīng)繪制試驗(yàn)對(duì)應(yīng)1和和3的應(yīng)力圓（或稱莫爾圓），以及這的應(yīng)力圓（或稱莫爾圓），以及這些應(yīng)力圓的包絡(luò)線，即求得巖石的抗剪強(qiáng)度曲線。些應(yīng)力圓的包絡(luò)線，即求得巖石的抗剪強(qiáng)度曲線。第24頁(yè)/共77頁(yè)3.5.2 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法 對(duì)于三軸試驗(yàn)獲得的應(yīng)力圓，除了用正應(yīng)力和剪應(yīng)力表示（即對(duì)于三軸試驗(yàn)獲得的應(yīng)力圓，除了用正應(yīng)力和剪應(yīng)力表示（即Coulomb形式）外，還可用第一、第三主應(yīng)力（即形式）外，還可用第

6、一、第三主應(yīng)力（即Mohr形式）表示，即：形式）表示，即： 023131coscsin 單軸試驗(yàn)作為三軸試驗(yàn)的特殊情形。單軸試驗(yàn)作為三軸試驗(yàn)的特殊情形。單軸壓縮：?jiǎn)屋S壓縮：c130單軸拉伸：?jiǎn)屋S拉伸：t310sincoscsincosctc1212coscsincsinttctc211請(qǐng)同學(xué)們課后進(jìn)行推導(dǎo)證明。請(qǐng)同學(xué)們課后進(jìn)行推導(dǎo)證明。第25頁(yè)/共77頁(yè)3.5.3 現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)APc第26頁(yè)/共77頁(yè)3.5.3 現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)AT,APcosATsinATAP第27頁(yè)/共77頁(yè)3.5.3 現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)第28頁(yè)/共77頁(yè)第29頁(yè)/共77頁(yè)3.6.1 Mohr理論

7、及理論及Mohr-Coulomb準(zhǔn)則準(zhǔn)則 ff第30頁(yè)/共77頁(yè)3.6.1 Mohr理論及理論及Mohr-Coulomb準(zhǔn)則準(zhǔn)則第31頁(yè)/共77頁(yè)tgcf3.6.1 Mohr理論及理論及Mohr-Coulomb準(zhǔn)則準(zhǔn)則第32頁(yè)/共77頁(yè)22222313131sincos3.6.1 Mohr理論及理論及Mohr-Coulomb準(zhǔn)則準(zhǔn)則第33頁(yè)/共77頁(yè)ctgc/sin223131ctgc 23131sincoscsinsin12113103sincoscRc12101sincoscRt1233.6.1 Mohr理論及理論及Mohr-Coulomb準(zhǔn)則準(zhǔn)則第34頁(yè)/共77頁(yè)tRtR帶有抗拉強(qiáng)度切割

8、的帶有抗拉強(qiáng)度切割的M-C包絡(luò)線包絡(luò)線3.6.1 Mohr理論及理論及Mohr-Coulomb準(zhǔn)則準(zhǔn)則第35頁(yè)/共77頁(yè)3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）強(qiáng)度理論）強(qiáng)度理論第36頁(yè)/共77頁(yè)3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）強(qiáng)度理論）強(qiáng)度理論abm 第37頁(yè)/共77頁(yè)3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）強(qiáng)度理論）強(qiáng)度理論第38頁(yè)/共77頁(yè)2223131cosy2231sinxycoscosx222223131313131coscosx2222231313131313.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）強(qiáng)度理論）強(qiáng)度理論第39頁(yè)/共77頁(yè)

9、22222222212212sincosmcossinmcosmsinmsincosmmxyxyb3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）強(qiáng)度理論）強(qiáng)度理論第40頁(yè)/共77頁(yè)0sin1cos222mmxyybbxy3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）強(qiáng)度理論）強(qiáng)度理論第41頁(yè)/共77頁(yè)04222222222mmmmmxyyxyxyyb由0222xyyxymm222mmxyyxybxy3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）強(qiáng)度理論）強(qiáng)度理論第42頁(yè)/共77頁(yè)222mmxyyb222bxyxyxyybmm221xyyymaxbmbxy3.6.2 格里菲斯（格里菲

10、斯（Griffith）強(qiáng)度理論）強(qiáng)度理論第43頁(yè)/共77頁(yè)coscosmmaxb2222232123213131yxy3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）強(qiáng)度理論）強(qiáng)度理論第44頁(yè)/共77頁(yè)0maxbm 022212232123213131cossin3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）強(qiáng)度理論）強(qiáng)度理論第45頁(yè)/共77頁(yè) 022212321232131cos313122cos02sin3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）強(qiáng)度理論）強(qiáng)度理論第46頁(yè)/共77頁(yè)32mmbm020213；mmbm02sin0900或12cos3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（

11、Griffith）強(qiáng)度理論）強(qiáng)度理論第47頁(yè)/共77頁(yè)312313131314433或mmbm313122cos03122313131cos312314mmbm3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）強(qiáng)度理論）強(qiáng)度理論第48頁(yè)/共77頁(yè)tR3tmmbRm23.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）強(qiáng)度理論）強(qiáng)度理論第49頁(yè)/共77頁(yè)破破壞壞準(zhǔn)準(zhǔn)則則 時(shí)當(dāng)033110831231tR3131221arccos 時(shí)當(dāng)032310tR303ctRR 813.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）強(qiáng)度理論）強(qiáng)度理論第50頁(yè)/共77頁(yè)3103310331破裂未破00083123

12、1tR0331tR33.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）強(qiáng)度理論）強(qiáng)度理論第51頁(yè)/共77頁(yè)3.6.3 修正格里菲斯（修正格里菲斯（Griffith）強(qiáng)度理論）強(qiáng)度理論etetfRRfff2141112121232121etRfff411121232121ftg1最危險(xiǎn)方位：否則按未封閉分析。成立，條件：02223131cosy第52頁(yè)/共77頁(yè)3.6.3 修正格里菲斯（修正格里菲斯（Griffith）強(qiáng)度理論）強(qiáng)度理論 格里菲斯強(qiáng)度理論的應(yīng)力準(zhǔn)則與庫(kù)侖格里菲斯強(qiáng)度理論的應(yīng)力準(zhǔn)則與庫(kù)侖-莫爾準(zhǔn)則在破壞機(jī)莫爾準(zhǔn)則在破壞機(jī)理上的認(rèn)識(shí)是不同的。后者認(rèn)為破壞主要是壓剪破壞，即使有理上的認(rèn)

13、識(shí)是不同的。后者認(rèn)為破壞主要是壓剪破壞，即使有拉伸破壞，也是發(fā)生在有拉應(yīng)力作用的情況，而前者則認(rèn)為不拉伸破壞，也是發(fā)生在有拉應(yīng)力作用的情況，而前者則認(rèn)為不論材料處于何種受力狀態(tài)，本質(zhì)上都是由于拉應(yīng)力引起破壞的。論材料處于何種受力狀態(tài)，本質(zhì)上都是由于拉應(yīng)力引起破壞的。 因此，有的地方也稱格里菲斯（因此，有的地方也稱格里菲斯（Griffith）強(qiáng)度準(zhǔn)則為）強(qiáng)度準(zhǔn)則為拉應(yīng)力準(zhǔn)則拉應(yīng)力準(zhǔn)則。第53頁(yè)/共77頁(yè)第54頁(yè)/共77頁(yè)3.7.1 對(duì)強(qiáng)度的影響對(duì)強(qiáng)度的影響tgPcwfsinsincPsinsinPww12113113wP第55頁(yè)/共77頁(yè)3.7.1 對(duì)強(qiáng)度的影響對(duì)強(qiáng)度的影響wwPP31和 時(shí)當(dāng)w

14、P4331102831231wtPRwParccos22213131 時(shí)當(dāng)wP432310wtPR 3第56頁(yè)/共77頁(yè)3.7.2 對(duì)破壞形態(tài)的影響對(duì)破壞形態(tài)的影響工程問(wèn)題工程問(wèn)題/c第57頁(yè)/共77頁(yè) 巖體的強(qiáng)度分析包括巖體的強(qiáng)度分析包括結(jié)構(gòu)體強(qiáng)結(jié)構(gòu)體強(qiáng)度分析度分析和和結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度分析。第58頁(yè)/共77頁(yè)3.8.1 結(jié)構(gòu)體（均質(zhì)巖體）條件結(jié)構(gòu)體（均質(zhì)巖體）條件03極限平衡狀態(tài)sinctgc23131穩(wěn)定狀態(tài)sinctgc23131不穩(wěn)定狀態(tài)sinctgc23131wPwwP,P31第59頁(yè)/共77頁(yè)3.8.1 結(jié)構(gòu)體（均質(zhì)巖體）條件結(jié)構(gòu)體（均質(zhì)巖體）條件03極限平衡狀態(tài)tR3穩(wěn)定

15、狀態(tài)tR3不穩(wěn)定狀態(tài)tR3wPwP3第60頁(yè)/共77頁(yè)3.8.2 結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度分析2450第61頁(yè)/共77頁(yè)3.8.2 結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度分析第62頁(yè)/共77頁(yè)3.8.2 結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度分析jnjntgc23213131222sincoscosncossinsinn313122第63頁(yè)/共77頁(yè)3.8.2 結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度分析jjtgsincosccossin232131jjjtgsintgcosccossincossin232131031jjjctgsincossinsintgcoscos031jjjjcosccossinsincos第64

16、頁(yè)/共77頁(yè)3.8.2 結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度分析031xy/開(kāi)挖后，在邊墻處：0jjjycoscsincos第65頁(yè)/共77頁(yè)3.8.2 結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度分析）項(xiàng)均、穩(wěn)定（第若02110j，取決于代數(shù)和項(xiàng)，第項(xiàng)第若020120j才穩(wěn)定僅有若jjc030體破裂面），代入時(shí)（節(jié)理面即為完整巖若245400j024524500jjjjjycosc/sin/cos（穩(wěn)定）jjjysincosc12（極限平衡）jjjysincosc12第66頁(yè)/共77頁(yè)3.8.2 結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度分析代入：和以）壓力若考慮地下水（孔隙水wwwpp,p3105031jjjwjwcoscco

17、ssinPsincosP031jjwjjjjcossinsincospcosccossinsincos031jwjjjjsinpcosccossinsincos第67頁(yè)/共77頁(yè)031jjjjcosccossinsincos21231sinctgtgcoscjjj3.9.2 結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度分析；1301,受完整巖塊強(qiáng)度控制；當(dāng)無(wú)關(guān)；不沿結(jié)構(gòu)面破壞，與一定時(shí)：當(dāng),j10130902第68頁(yè)/共77頁(yè)3.9.2 結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度分析minj,dd1031024503則求導(dǎo)，令對(duì)巖體強(qiáng)度的各向異性響方位角對(duì)巖體強(qiáng)度的影不同04第69頁(yè)/共77頁(yè)3.10.1 概念概念 巖體中

18、結(jié)構(gòu)面凹凸不平：其起伏程度，工程上一般用粗糙巖體中結(jié)構(gòu)面凹凸不平：其起伏程度，工程上一般用粗糙度稱之。度稱之。 巖體剪切破壞，從微觀上分析，可能存在巖體剪切破壞，從微觀上分析，可能存在兩種運(yùn)動(dòng)形式兩種運(yùn)動(dòng)形式。第70頁(yè)/共77頁(yè)3.10.1 概念概念Case1：當(dāng)：當(dāng)P較小時(shí)，巖塊沿較小時(shí)，巖塊沿A-A面滑動(dòng)面滑動(dòng)isinPicosTicosPisinT剪應(yīng)力正應(yīng)力斜面上：極限狀態(tài)下：極限狀態(tài)下：isinTicosTisinPicosTtgj正應(yīng)力剪應(yīng)力isintgicosisinicostgtgjjjisincosicossinisincosicossintgjjjjjicosisintgjjjitgtgjjP/TtgjP同除爬坡角i即：考慮結(jié)構(gòu)面粗糙度的的強(qiáng)度即：考慮結(jié)構(gòu)面粗糙度的的強(qiáng)度表現(xiàn)摩擦角表現(xiàn)摩擦角ijj第71頁(yè)/共77頁(yè)3.10.1 概念概念Case2：當(dāng)：當(dāng)P較大時(shí)，巖塊沿較大時(shí)，巖塊沿A-A面滑動(dòng)面滑動(dòng)剪斷突臺(tái)結(jié)構(gòu)面的綜合強(qiáng)度00c突臺(tái)實(shí)際情況：實(shí)際情況：i可能介于可能介于1100第72頁(yè)/共77頁(yè)3.10.1 概念概念具體應(yīng)用時(shí)，結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度可寫(xiě)為：具體應(yīng)用時(shí)，結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度可寫(xiě)為： 當(dāng)正應(yīng)力低時(shí)：當(dāng)正應(yīng)力低時(shí)： 當(dāng)正應(yīng)力高時(shí)：當(dāng)正應(yīng)力高時(shí)： itgjjjtgC第73頁(yè)/共77頁(yè)3.10.2 分析方法分析方法 由于實(shí)際