【正文】 極不規(guī)則。此外，近代未經(jīng)膠結(jié)的松散沉積物，如砂卵石層等也屬松散巖體。這類巖體的結(jié)構(gòu)體呈顆粒狀、碎屑粉狀、角礫狀，屬于非連續(xù)介質(zhì)。它受力后的變形、滑移主要取決于散粒體之間的摩擦阻力和泥質(zhì)物的控制作用，故常呈現(xiàn)明顯的塑性或流變性。這類巖體的整體強度極低，幾乎沒有自撐能力，懸露時極不穩(wěn)定，在掘進巷道時，如不進行超前支護，會立即冒落，甚至在掘進以后，巷道中還會出現(xiàn)臌幫、臌底現(xiàn)象，而且來壓既快又大，持續(xù)時間長，往往產(chǎn)生連續(xù)的變形破壞，這是目前巖層控制領(lǐng)域中尚待解決的課題。二、巖體的基本特征根據(jù)上述情況可以看出，巖體除了有以上結(jié)構(gòu)特點外，從本身組成狀況來看也與巖石有許多區(qū)別，其中比較明顯的特征有如下幾點。1. 巖體的非均質(zhì)性巖體可以由一種或幾種巖石組成，而且以后者居多。對于多種巖石組成的巖體，由于在自然條件下組成巖石的物質(zhì)成分、組織結(jié)構(gòu)及其組合狀況經(jīng)常變化，所以一般認為巖體是非均質(zhì)的。例如，對于傾斜層狀巖體，無論是鉛直方向還是水平方向，其非均質(zhì)性都十分明顯；對水平或近水平的層狀巖體，在鉛直方向上的非均質(zhì)性也是明顯的，而在水平方向，盡管巖石種類在一定范圍內(nèi)可能沒有明顯變化，但物質(zhì)組成、巖性巖相也有變化，所以嚴格地說巖體都是非均質(zhì)的。只有在少數(shù)情況下，在某些局部范圍內(nèi)，如果不存在軟、硬懸殊的夾層，巖石的物理力學(xué)性質(zhì)基本一致，才可看作均質(zhì)體。2. 巖體的各向異性大多數(shù)層狀巖體在水平及鉛直方向的致密程度不同，因而就有顯著的各向異性，即巖體在不同方向上顯示的物理力學(xué)性質(zhì)(如極限強度、彈性模量等)有明顯不同。巖體的各向異性還受到巖體內(nèi)各種結(jié)構(gòu)面的影響。由于結(jié)構(gòu)面的方位不同，數(shù)量不等，規(guī)模不一，性質(zhì)各異，會造成巖體具有各向異性。如結(jié)構(gòu)面組數(shù)較少、各自發(fā)育程度不同的巖體，其各向異性會表現(xiàn)得很明顯，反之，結(jié)構(gòu)面組數(shù)多、各自都很發(fā)育、方向十分復(fù)雜的巖體，其各向異性反而表現(xiàn)得不明顯。所以，巖體中組成巖石的成層條件及其分布規(guī)律，結(jié)構(gòu)面特性及其發(fā)育狀況等都會導(dǎo)致巖體具有各向異性。3. 巖體的非連續(xù)性由于巖體被各種結(jié)構(gòu)面所切割，因此從原則上說巖體屬于非連續(xù)體。但是隨著被切割的巖塊大小、形態(tài)和性質(zhì)不同，巖塊的排列和相互接觸狀態(tài)的差異，及其不連續(xù)程度都會有所不同。因此在研究工程問題，尤其是進行巖體穩(wěn)定性分析時，往往根據(jù)巖體的不同結(jié)構(gòu)類型把巖體分別看作是非連續(xù)體、似連續(xù)體或連續(xù)體。例如，受結(jié)構(gòu)面影響明顯的層狀、塊狀結(jié)構(gòu)巖體和碎裂結(jié)構(gòu)巖體可視為非連續(xù)體，結(jié)構(gòu)發(fā)育密集的碎裂結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)面不規(guī)則密集分布的散體結(jié)構(gòu)巖體可看成似連續(xù)體，而只有那些整體結(jié)構(gòu)巖體和部分塊狀、中厚層狀結(jié)構(gòu)的巖體才可看作是連續(xù)體。為了對巖體的特性有較全面的了解，在表16中對巖石和巖體特性的不同點進行了簡要對比。第七節(jié) 巖體的力學(xué)性質(zhì)像其他材料一樣，在載荷作用下會產(chǎn)生變形，載荷不斷增加，變形會不斷發(fā)展，最后會導(dǎo)致巖體的破壞。了解巖體的變形規(guī)律和特性，對于控制巖體變形，解決井巷設(shè)計、掘進和維護，以及與地下開采有關(guān)的其它實際問題都有重要意義。巖體不是理想的彈性體，而是具有彈性、塑性和粘性的，多裂隙的非連續(xù)介質(zhì)，其變形性質(zhì)也反映了這些特點。例如，巖體在載荷作用下出現(xiàn)彈性變形的同時也產(chǎn)生塑性變形，巖體變形的方向往往受裂隙方向性的控制。一、巖體的變形和破壞特征巖體的變形要比巖塊的變形復(fù)雜得多，因為巖體是由大小和形狀不同的各種天然巖塊(結(jié)構(gòu)體)和切割這些天然巖塊的弱面(結(jié)構(gòu)面)組成的。所以在巖體的總變形中必然包括結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)面的變形成分，通常前者可分為結(jié)構(gòu)體的壓縮變形和形狀變形，而后者則可分為結(jié)構(gòu)面的壓密變形和剪切滑移變形。巖體變形時除了出現(xiàn)與巖石試驗相同的那種橫向變形外，還有因在其破壞前產(chǎn)生的非彈性膨脹(擴容)而造成的側(cè)向擴脹。因此在表達巖體變形特征時，通常用側(cè)脹系數(shù)μm來代替巖石的橫向變形系數(shù)μ(泊松比)。側(cè)脹系數(shù)的含義是：巖體受力后產(chǎn)生變形和破壞的過程分為四個階段，其應(yīng)力—應(yīng)變曲線見圖l－11所示。圖111 巖體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系1轉(zhuǎn)化點；2屈服點；3極限強度(l)壓密階段。巖石受力后首先出現(xiàn)的是壓密階段(I)。此時的變形，主要是由巖體內(nèi)的結(jié)構(gòu)面(節(jié)理、裂隙等)被閉合和裂隙中充填物受到壓密而造成的。其特點是隨著應(yīng)力的增長，變形增長率逐漸減小，故應(yīng)力應(yīng)變曲線呈凹狀緩坡。(2)彈性階段。巖體經(jīng)過壓縮以后，即由非連續(xù)介質(zhì)轉(zhuǎn)化為連續(xù)介質(zhì)。在載荷的持續(xù)作用下將進入第二階段——彈性階段(Ⅱ)。在這個階段中，結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的性質(zhì)共同起作用，但主要是結(jié)構(gòu)體開始承載和產(chǎn)生變形，這時彈性變形是巖體變形的主要組成部分。其特點是隨載荷增加變形基本上按比例增長，即應(yīng)力應(yīng)—變曲線表現(xiàn)為直線型。(3)塑性階段。當變形繼續(xù)發(fā)展到屈服點以后，就進入巖體變形的第三階段—塑性階段(Ⅲ)。在這個階段中，與結(jié)構(gòu)體變形同時伴隨有結(jié)構(gòu)面的剪切滑移變形，且變形成分主要是沿結(jié)構(gòu)面滑移。巖體的擴容現(xiàn)象也越來越明顯。(4)破壞階段。在塑性階段中，隨載荷的增長，其變形增長率不斷增加，當應(yīng)力增加到極限強度時，使巖體沿著某些破損面滑動而導(dǎo)致巖體破壞，于是進入第四階段—破壞階段(Ⅳ)。在變形全過程中無法嚴格區(qū)分巖體的變形和破裂。實際上巖體在變形過程中包含著破裂的成分，破裂的出現(xiàn)反映著變形積累的突變，因此，變形和破裂沒有明顯的界限，這是巖體變形性質(zhì)區(qū)別其他材料的最主要的特點。不同類型巖體的變形特征見表17。二、巖體的強度特征由于巖體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，加上其它因素的影響，目前還難以準確地建立巖體的強度曲線。但可以認為，具有結(jié)構(gòu)弱面的巖體總強度，既不會超過作為連續(xù)均勻介質(zhì)的巖石結(jié)構(gòu)體的強度，同時也不會低于其中結(jié)構(gòu)弱面的強度。通常巖體內(nèi)的弱面越少，越接近于均質(zhì)連續(xù)體，巖體強度曲線越接近于巖石強度曲線，并以巖石強度曲線為其上部界限；反之，巖體內(nèi)弱面越發(fā)育，則巖體強度曲線越接近于弱面強度曲線，而以弱面強度曲線為其下部界限。通常的巖體強度曲線總是介于巖石強度曲線和弱面強度曲線之間(圖l－12)。圖112 巖體強度曲線的范圍1巖石強度曲線；2弱面強度曲線；3巖體強度曲線的可能范圍22