内容简介

本书主要围绕岩体结构面力学特性的时间效应，设计并开展了一系列的结构面时效特性试验，系统的研究了结构面速率依存性、剪切蠕变、剪切应力松弛和长期强度的基本特征，分析了粗糙度、应力历史对结构面时效特性的影响，建立了剪切蠕变和剪切应力松弛经验公式，推导了结构面剪切蠕变和剪切应力松弛之间的转换关系，提出了求解长期强度的新方法。以上述试验分析为基础，提出了应力-变形空间中的稳定区和非稳定区的概念，探讨了结构面时间效应四个方面的关联性；基于结构面的剪切特征，建立了考虑结构面表面形态及剪切过程中粗糙度所提供抗力弱化，摩擦力所提供抗力强化的剪切本构模型，统一解释了结构面时间效应的作用机理。2100433B

结构对岩体力学性能的影响。岩体在力学作用和力学性质上有明显的结构效应，结构类型不同，力学效应不一。若岩体内存在着软弱结构面，则岩体结构力学效应主要受它控制，而且取决于它的充填度(即充填物在结构面内填充程度)、充填物成分与结构、充填物厚度以及结构面的起伏度（即结构面的起伏程度，常用起伏差即起伏最大值表示）。其中又以充填物厚度、充填度和起伏度最为重要。厚度大小与物质成分有关,一般颗粒越粗厚度越大;反之,颗粒越细,厚度越小。设充填物厚度为h,结构面起伏差为H,定义为充填度。起伏的结构面内充填物的充填度越大，结构面抗剪强度越低。当充填度大于200%左右时,结构面强度便稳定于一定的水平上；即与软弱充填物质的强度相当，这种关系称之为充填度的力学效应。

结构面起伏度用起伏差及起伏角表示。起伏差的力学效应常与充填度相联系。起伏角α 为迎着受力方向结构面的仰角，又称为爬坡角。结构面具有爬坡角为α 的起伏时，其抗剪强度中的摩擦角φa将增加α ，即

φa=φj α

φj为平直结构面的基本摩擦角。

多组四级结构面（如节理）发育的岩体结构类型的力学效应主要取决于结构面密度（单位尺寸上的结构面数）、结构面产状（结构面出露的空间方位）及结构面组数 3个方面。岩体强度（变形参数也同样）随着岩体内含的结构面组数和结构体数增多而降低。结构面对岩体破坏影响有一定的范围。当结构面倾角大于或小于α min时，结构面对岩体破坏便没有影响。当结构面倾角介于和αmin之间时,岩体强度则随着结构面倾角而变化，在α=30°±时，出现强度最低值。在多组结构面发育的岩体，结构面对岩体力学作用和力学性质的影响，是各组结构面力学效应的叠加。显然，结构面组数越多，岩体力学性质越均匀化。

整体结构岩体的力学效应规律基本上与节理化岩体相近。以单轴抗压强度为例，节理化岩体仅相当于岩块抗压强度的1/3至1/10,而整体结构岩体的单轴抗压强度可相当于岩块的1/2至1/3。2100433B

岩体的尺寸效应是岩体力学中的经典问题。岩体的尺寸效应直接关系着岩体宏观力学参数的选取，在岩土工程设计中具有重要的作用。《岩体力学特性尺寸效应与工程实践》以杨房沟、丹巴、白鹤滩三个水电工程建设中遇到的三类典型岩体的尺寸效应问题为支撑，详细阐述工程岩体力学特性尺寸效应问题分析方法、岩体结构面分布特征采集技术、三维结构面网络模拟技术、基于离散元合成岩体技术、岩体力学参数尺寸效应数值试验等，并结合杨房沟水电站裂隙花岗岩、丹巴水电站石英云母片岩、白鹤滩水电站层间错动带的尺寸效应问题进行实例分析和工程应用，经实践总结得出裂隙岩体力学参数、含硬质条带层状岩体力学参数和长大软弱结构面强度尺寸效应确定的标准化工作流程。《岩体力学特性尺寸效应与工程实践》可为我国复杂岩体工程安全建设、深部资源安全开采提供有力的技术保障和工程经验借鉴。

由于岩体中存在着结构面，使得岩体成为一种极为复杂的介质，加大了岩体稳定性研究的难度。因此，系统地研究结构面在瞬时荷载和长期荷载作用下的力学特性，是从本质上解决这一难题的必经之路。本课题以Barton提出的评价结构面粗糙度的方式为基础，通过规则齿型结构面及天然岩体结构面的瞬时加载剪切试验和剪切流变试验，利用结构面的剪切位移曲线和剪切扩容曲线，建立一套定量评价结构面粗糙度对力学特性影响的方法；综合考虑各种不同的影响因素，探讨结构面的非线性变形机理，建立引入结构面粗糙度参数且考虑结构面非线性特性的剪切本构方程和流变本构方程；分析对比结构面在瞬时荷载及长期荷载作用下的强度特性的异同，建立考虑结构面粗糙度特性的强度公式；寻找一种合适的结构面长期强度的评价方法，提出描述结构面长期强度的经验公式，建立结构面长期强度评价体系；应用上述的研究成果及数值计算软件，对边坡工程和地下工程围岩进行稳定性评价。