【正文】 況： ? (1)越過凸起體 ? 相對兩個面的凸起體相互滑過而不發(fā)生破壞。 ? 2 糙面摩擦 ? 具這類摩擦特征的結(jié)構(gòu)面，通常為地質(zhì)歷史過程中來遭受過明顯剪動的結(jié)構(gòu)面，如張性斷裂面，原生波狀面等。 以上分析表明，受這類結(jié)構(gòu)面控制的滑移運動對外力十分敏感。某些材料試驗表明動、靜摩擦角的差別可以十分懸殊 (如鑄鐵的 φ s，為 48?，而其 φ k值僅為8?30′). 因而剪切位移一旦起動，由于靜、動摩擦相差懸殊，可出現(xiàn)突躍的剪切位移，即所謂粘滑 stick—slip)現(xiàn)象。 ? 對于這類結(jié)構(gòu)面，一旦剪應(yīng)力達到結(jié)構(gòu)面的殘余抗剪強度，或外力作用方向與結(jié)構(gòu)面法線方向間夾角α( 稱傾斜角 )等于或大于平面摩擦角 φ s (一般情況相當于殘余摩擦角 φ r)時， ? 即 S=σtg φ s 或 α ≥ φ s ? 則剪切滑動發(fā)生。 ? 1. 平面摩擦 表現(xiàn)為平面摩擦特征的結(jié)構(gòu)面，通常為地質(zhì)歷史過程中曾經(jīng)遭受過剪切滑動、隨后又未膠結(jié)的結(jié)構(gòu)面，如層間錯動面、扭性斷裂面、滑動面等。 ? 沿原有結(jié)構(gòu)面的剪切機制與過程 ? 這類破壞機制及過程與結(jié)構(gòu)面特征密切相關(guān)。 ? 壓扭性雁列縫 P生長方向與剪動方向夾角大約與巖石材料內(nèi)摩擦角相當。 張性雁列縫 T的生長方向大體與單剪帶中的最大主應(yīng)力方向平行，與剪切方向夾角約 45176。 ? 在所形成的破裂跡象中較為常見和具有代表性的是雁列破裂面。經(jīng) 壓密、彈性變形兩個階段進入破裂階段以后，內(nèi)部變 形破裂變形十分復(fù)雜（圖 3－ 9） 。 ? 壓應(yīng)力增高至裂隙貫通，則導(dǎo)致破壞。巖體中出現(xiàn)一系列與最大主應(yīng)力方向平行的裂隙。 故此階段屬穩(wěn)定破裂發(fā)展階段。其初始方向與原有裂隙長軸方向間夾角為 2β ，隨后逐漸轉(zhuǎn)向與最大主應(yīng)力平行。此時切向拉應(yīng)力集中最強的部位位于與主應(yīng)力方向夾角 β為 3040186。 根據(jù)格里菲斯破壞準則，當 σ1+ 3σ3 ≤0 時，拉應(yīng)力 σ3 對巖石的破壞起主導(dǎo)作用，此時拉破壞準則為： 〔 σ 3 〕 =St （ St：巖石的抗拉強度） 當巖體中的結(jié)構(gòu)面處于有利位置時，巖體的抗拉強度遠低于巖石，拉斷破壞更易發(fā)生。 巖體遭受最終破壞以后仍然保存有一定的強度，稱為 殘余強度 。 以上討論的為巖體的極限強度。此時，巖體的強度受結(jié)構(gòu)面抗剪性能及其方位所控制； ? （ 3） α52 186。 α42 186。 巖體破壞破壞形式將 部分沿結(jié)構(gòu)面剪切滑移、部分剪斷完整巖石 ，此時巖石的強度與 結(jié)構(gòu)面 和巖石的抗剪性能 有關(guān)。或 42186。 模擬實驗表明： ? （ 1） 0186。它不僅與巖體的巖性、結(jié)構(gòu)、巖體的受力狀態(tài)有關(guān)，而且還決定于巖體的可能破壞方式。 巖體破壞形式與巖體結(jié)構(gòu)特征關(guān)系 在 低圍壓條件下 巖石的三軸試驗表明： （ 1）在相同的應(yīng)力狀態(tài)下 完整塊體狀 堅硬巖石表現(xiàn)為張性破壞，通常釋放出高的彈性應(yīng)變能； ? （ 2）含有軟弱結(jié)構(gòu)面的塊狀巖體，當結(jié)構(gòu)面與最大主應(yīng)力之間角度合適時，則表現(xiàn)為沿結(jié)構(gòu)面剪切滑動破壞； ? （ 3）碎裂狀巖體的破壞方式介于二者之間； ? （ 4）碎塊狀或散體狀巖體，表現(xiàn)為塑性破壞。納達（ 1970）提出 σ 2偏向最大主應(yīng)力或最小主應(yīng)力的 “ 應(yīng)力狀態(tài)類型參數(shù) ” — α 來劃分應(yīng)力狀態(tài)類型： ? α =（ 2 σ 2σ 1 σ 3） /（ σ 1 σ 3） 。從表中可以看出，由拉破壞轉(zhuǎn)化為簡斷破壞的轉(zhuǎn)化圍壓為 1/5—— 1/4 [σ] （巖石單軸抗拉強度），由剪切轉(zhuǎn)化為塑性破壞的轉(zhuǎn)化圍壓為 1/3— 2/3 [σ] 。 （ 1）當在負圍壓及低圍壓條件下巖石表現(xiàn)為 拉破壞 ； （ 2）隨著圍壓增高將轉(zhuǎn)化為 剪破壞 ； （ 3）當圍壓升高到一定值以后，表現(xiàn)為 塑性破壞 。 ? 巖體破壞的基本形式 ? ? 根據(jù)巖體破壞機制可將巖體破壞劃分為 剪性破壞和 張性破壞 兩類。巖體的不穩(wěn)定發(fā)展階段相當于 加速蠕變 階段，進入此階段的巖體達到最終破壞已勢在必然，僅僅是個時間的問題。 ? （ 3）變形過程中還包含恒定應(yīng)力的長期作用下的蠕變（或流變）。 5. 強度喪失和完全破壞階段：巖體內(nèi)部的微破裂面發(fā)展為貫通性破裂面，巖體強度迅速減弱，變形繼續(xù)發(fā)展，直至巖體被分成相互脫離的塊體而完全破壞 屈服強度 ? 上述各階段不同的巖體會存在一些差異，但所有巖體都具有如下一些共性： ? （ 1） 巖體的最終破壞是以形成 貫通性破壞面 ，并分裂成 相互脫離的塊體 為其標志 。體積應(yīng)變轉(zhuǎn)為膨脹，軸應(yīng)變速率和側(cè)向應(yīng)變速率加速增大 ，巖體從不連續(xù)介質(zhì)轉(zhuǎn)化為似連續(xù)介質(zhì)，進入彈性變形階段。 4. 微破裂的發(fā)展出現(xiàn)了質(zhì)的變化：即使工作應(yīng)力保持不變，由于應(yīng)力的集中效應(yīng)，破裂仍會不斷的累進性發(fā)展。 ? 巖體變形破壞的基本過程與階段劃分 ? 根據(jù)裂隙巖石的三軸壓縮實驗過程曲線，可大致將塊狀巖體受力變形破壞過程劃分為五個階段： ? 見圖 圖 31 三軸壓應(yīng)力作用下巖石的變形破壞過程 3. 超過彈性極限（屈服點），巖體進入塑性變形階段，體內(nèi)開始出現(xiàn)微破裂，且隨應(yīng)力差的增大而發(fā)展，當應(yīng)力保持不變時，破裂也停止發(fā)展。 ? 區(qū)域穩(wěn)定和巖體穩(wěn)定工程分析中的一個核心問題就是要對上述變化和效應(yīng)作出預(yù)測和評價，并論證它們對人類工程活動的影響。 ? 巖體變形破壞的方式與過程既取決于 巖體的巖性、結(jié)構(gòu) ，也與所承受的 應(yīng)力狀態(tài)及其變化 有關(guān)。宏觀連續(xù)性無明顯變化者稱為變形（ deformation )。 隙水壓力在巖體變形破壞的作用 167。 巖體在動荷過程中的變形與破壞 167。 巖體在加荷過程中的變形與破壞 167。 第三章 巖體的變形與破壞 主要內(nèi)容 167。 基本概念及研究意義 167。 巖體在卸荷過程中的變形與破壞 167。 巖體變形破壞過程中的時間效應(yīng) 167。 巖體變形破壞的地質(zhì)力學(xué)模型 ? 基本概念及研究意義 ? 變形： 巖體承受應(yīng)力，就會在體積、形狀或宏觀連續(xù)性上發(fā)生某種變化（解釋）。 ? 破壞： 如果宏觀連續(xù)性發(fā)生了顯著變化的稱為破壞（ failure)。 ? 為什么要研究這兩個問題，因為巖體在變形發(fā)展與破壞過程中，除巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外型不斷發(fā)生變化外，巖體的應(yīng)力狀態(tài)也隨之調(diào)整，并引起彈性變形和釋放等效應(yīng)。 ? 本章首先討論 不同荷載條件下 巖體變形破壞機制和過程；在此基礎(chǔ)上討論變形破壞過程中的 時間效應(yīng)及巖體中 空隙水壓力 對巖體變形破壞的影響。 由于微破裂的出現(xiàn)，巖體體積壓縮速率減緩，而軸向應(yīng)變速率和側(cè)向應(yīng)變速率均有所增高 逐漸閉合，充填物被壓密，壓縮變形具非線性特征，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈緩坡下凹型。首先從薄弱環(huán)節(jié)開始，然后應(yīng)力在另一個薄弱環(huán)節(jié)集中，依次下去，直至整體破壞。該過程的長短視巖石堅硬程度而定。 ? （ 2）變形過程中所具有的階段性特征是判斷巖體或地質(zhì)體演變階段、預(yù)測其發(fā)展趨勢的重要依據(jù)。即變形到破壞有時經(jīng)歷一個相當長的時期，過程中 蠕變效應(yīng) 意義重大。判斷進入加速蠕變階段的變形標志和臨界應(yīng)力狀態(tài)是一個重要的課題。 巖體破壞 剪斷破壞 剪性破壞 張性破壞 剪切滑動破壞 塑性破壞 （ a) 拉斷破壞； (b)剪斷破壞； (c) 塑性破壞 ? 破壞方式影響因素 ： 荷載條件、巖性、結(jié)構(gòu)及所處的環(huán)境特征及配合情況 ? 巖體變形破壞形式與受力狀態(tài)的關(guān)系 巖石的三軸實驗表明，巖石破壞形式與圍壓的大小有明顯的關(guān)系。 ? 破壞機制轉(zhuǎn)化的界限稱為破壞機制轉(zhuǎn)化圍壓（如表 31）。 ? 在三向應(yīng)力狀態(tài)，中間主應(yīng)力（ σ 2）與最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力之間的比值關(guān)系上決定巖石破壞性質(zhì)的一個重要因素。 ? 當 α=1時，即 σ 2 = σ 1，為拉伸應(yīng)力狀態(tài)； ? 當 α=1時，即 σ 2 = σ 3，為壓縮應(yīng)力狀態(tài)。 ? 巖體的強度特征 巖體的強度不能簡單地用巖石的強度來表示。設(shè)結(jié)構(gòu)面與最大主應(yīng)力夾角 α。 α8 186。 α52 186。 圖 34 三種破壞形式的極限應(yīng)力系數(shù) (n) ① 沿結(jié)構(gòu)面滑動；② 剪斷完整巖石；③ 部分沿結(jié)構(gòu)面，部分剪斷巖石 ? （ 2） 8186。 巖體的破壞將采取沿結(jié)構(gòu)面剪切滑移的形式。時 巖體破壞為剪斷完整巖體。 巖體由彈性變形階段進入塑性變形階段的臨界應(yīng) 力稱為巖體的 屈服強度 （ σy ） 巖體進入不穩(wěn)定破裂發(fā)展階段的臨界應(yīng)力稱為 長期強度（ σ c ）。 ? 巖體在加荷過程中的變形與破壞 ? 拉斷破壞機制與過程 ? 拉應(yīng)力條件下的拉斷破壞 拉應(yīng)力條件下巖石的拉斷破壞過程十分暫短。 ? 壓應(yīng)力條件下的拉斷破壞 ? 壓應(yīng)力條件下的拉斷破壞過程要復(fù)雜得多。 的裂隙的端部，因而破壞首先在這樣一些方位有利的裂隙端部出現(xiàn)，隨之擴展為分支裂隙（ J2t）。隨破裂的發(fā)展，隙壁上切向拉應(yīng)力集中程度也隨之而降低， 當分支裂隙轉(zhuǎn)為平行于最大主應(yīng)力方向后即自動停止擴展。 ? 這類張裂隙的形成機制區(qū)別于前者，稱為 壓致拉裂（ pression fracture） ? 隨著壓應(yīng)力的進一步增高，已出現(xiàn)的分支裂隙將進一步擴展 ，其它方向稍稍不利的裂隙端部也將產(chǎn)生分之裂隙。這些裂隙可表現(xiàn)為具有一定的等距特征，是巖體板裂化的主要形成機制之一。 ? 按格里菲斯準則，當 σ1+ 3σ3 0 時 ? 其破壞準則為（ σ1 σ3 ） 2/ （ σ1+ σ3 ） =8 St (巖石的抗拉強度） ? 單軸條件下， 〔 σ1 〕 = 8 St ? 三向壓應(yīng)力條件下有： （ σ1 σ2 ） 2 + （ σ2 σ3 ） 2 + （ σ1 σ3 2/ （ σ1 + σ2 + σ3 ） =24 St ? 剪切變形破壞機制與過程 ? 完整巖體的剪斷破壞機制與過程 一完整巖體的剪斷破壞具有明顯的階段性。 ? 1. 沿潛在剪切面 ? 的剪斷機制與過程 ? （ 1）拉張分支裂隙的形成與擴展 ? （ 2）法向壓碎帶的形成 ? （ 3）潛在剪切面的貫通 ? 2. 單剪應(yīng)力條件下的破壞變形機制與過程 ? 當剪切變形發(fā)生在有一定厚度的剪切帶中，表現(xiàn)為在單剪（ simple shear）應(yīng)力條件下或一對力偶作用下的變形破壞。這種破裂面進一步分為張性雁列和壓扭性雁列兩類，排列方式正好相反。 ，有時還可形成共扼的兩組低次序剪切裂隙。兩者有時可在同一剪切帶中疊加產(chǎn)出。斷續(xù)結(jié)構(gòu)面，其剪切破壞過程與前者相近，這里著重討論連續(xù)性較好的結(jié)構(gòu)面 (帶 ),按其抗剪性能可分為平面摩擦、糙面摩擦和轉(zhuǎn)動 (滾動 )摩擦三類。這類結(jié)構(gòu)面在其形成過程中，隨剪切滑動的發(fā)展，結(jié)構(gòu)面的抗剪強度已接近殘余強度 (圖 3— 13① )；某些充填有足夠厚的塑性夾泥致使隙面的起伏差和糙度已不起控制作用的結(jié)構(gòu)面，亦具平面摩擦特征，其抗剪強度由夾泥的性能所決定。 ? 在三向應(yīng)力狀態(tài)下的起動判據(jù)，可采用公式 (3一2，假定不考慮 C值，則有 : （ ncr為應(yīng)力系數(shù)） 結(jié)構(gòu)面的動摩擦角 φ k低于其靜摩擦角 φ s,兩者相差的程度與巖石性質(zhì)、接觸面的光滑程度、溫度，充填物的性質(zhì)，滑移速度，濕度以及振動狀況都有關(guān)。 如果圖 3— 14中滑塊為一不受彈簧約束的自由塊，一旦起動并在外力持續(xù)作用的條件下，可獲得一定加速度作繼續(xù)運動，直至外力降至 F2后 [圖 3— 14(b)]，才轉(zhuǎn)為減速制動。沿這類結(jié)構(gòu)面的滑動也具有脈動特征，通常認為沿其發(fā)生的穩(wěn)滑很可能是由一系列小階步脈動滑移所組成，或?qū)偃鋭踊菩再|(zhì)。這類結(jié)構(gòu)面具有明顯的起伏差或凸起體，就其表面形態(tài)可分為曲齒狀，鋸齒狀和波狀三類 [圖3— 15(a)]并且在大的起伏面上還可劃分出次一級起伏[圖 315(b)]。這種方式發(fā)生在結(jié)構(gòu)面法向 (有效 )應(yīng)力低，起體起伏角(i)較緩且剛度較高的情