岩体动力及水力学性质教程.ppt

第4章 岩体力学性质,4.1 概述4.2 岩体的变形性质 4.3 岩体的强度性质4.4 岩体的动力学性质 4.5 岩体的水力学性质,4.4岩体的动力学性质,岩体在动荷载作用下所表现出来的性质岩体中弹性波的传播规律岩体动力变形与强度性质。岩体的动力学性质在岩体工程动力稳定性评价中具有重要意义。同时岩体动力学性质的研究还可为岩体各种物理力学参数的动测法提供理论依据。,一、岩体中弹性波的传播规律,塑性波和冲击波：当应力值较高(相对岩体强度而言)时，岩体中可能出现；弹性波：当应力值较低时产生。在应力应变关系服从虎克定律的介质中传播的波弹性波的传播速度比塑性波大，且传播的距离远；而塑性波和冲击波传播慢，且只在振源附近才能观察到。,弹性波分类,（1）体波：由岩体内部传播的波(2类）（a）纵波（又称：初至波、Primary波）质点振动的方向和传播方向一致的波；产生压缩或拉伸变形。（b）横波（又称次到波、Second波)质点振动方向和传播方向垂直的波；产生剪切变形。（2）面波：仅在岩石表面传播。质点运动的轨迹为一椭圆，其长轴垂直于表面，这样的面波又称为瑞利波。面波速度小于体波，但传播距离大。,vpvs，即纵波先于横波到达。,二、岩体中弹性波速度的测定,测试方法声波法地震法,图4-22 声波速度测试原理图1-发射换能器；2-接收换能器；3-放大器；4-声波发射仪；5-计时器,三、岩体的动力变形与强度参数,1.岩体动力变形性质的参数,三、岩体的动力变形与强度参数,2.岩体动力强度参数 王思敬院士等人提出经验公式计算岩体的准抗压强度：,4.5 岩体的水力学性质,一、概述1、定义:是指岩体与水共同作用所表现出来的力学性质。2、水在岩体中的作用水对岩石的物理化学作用。水与岩体（或应力）相互耦合作用下的力学效应。,一、概述,3、研究途径 由于问题的复杂，常建立一些模型进行研究。常见的研究模型有两种：（1）等效连续介质模型：认为裂隙岩体是由空隙性差而导水性强的结构面系统和导水性弱的岩块孔隙系统构成的双重连续介质；（2）裂隙介质模型：把岩体看成为单纯的按几何规律分布的裂隙介质，用裂隙水力学参数或几何参数来表征裂隙岩体的渗透空间结构。,4.5 岩体的水力学性质,二、单个结构面的水力特征,1、平直光滑无充填贯通结构面,2、非平直光滑无充填贯通结构面,K2为结构面的面连续性系数c为结构面的相对粗糙修正系数 h为结构面起伏差 为水的运动粘滞系数（cm2/s），,三、裂隙岩体的水力特征,1、含一组结构面岩体的渗透性能 设结构面的张开度为e，间距为S，渗透系数为Kf；岩块的渗透系数为Km。,2、含多组结构面岩体的渗透性能,根据结构面发育的随机性，借助计算机搜索出一定范围内的连通结构面网络图，在此基础上，进一步计算岩体的渗透张量。,3、岩体渗透系数的测试,抽水试验 压水试验岩体单位吸水量是指单位试验压力下、单位长度试段在单位时间内的岩体的吸水量。,当试验段底与下部隔水层的距离大于试验段长度时，a=0.66,反之a=1.32,透水率q的确定（吕荣试验）,透水率q单位吕荣（Lu）的定义为当试段压力为1MPa时，每米试段的压入流量。,吕荣试验的基本要点自上而下单栓塞分段压水，试段长5m，相邻试段互相衔接每试段按三级压力（p1p2p3）、五个阶段（p1-p2-p3-p2-p1）进行，通常p1=0.3MPa，p2=0.6MPa，p3=1.0MPa试验钻孔采用59150mm孔径,岩体渗透性分级,四、应力对岩体渗透性能的影响,岩体的渗透系数随应力增加而降低。随岩体埋深的增加，结构面的密度和张开度相应减小，所以岩体的渗透性也随深度增加而减小。人类工程活动对岩体渗透性有很大影响，如地下洞室和边坡的开挖、水库的修建等，也都影响到岩体的渗透性能。,经验关系式,五、渗流应力,当岩体中存在着渗透水流时，位于地下水面以下的岩体将受到渗流静水压力和动水压力的作用，这两种渗流应力又称为渗流体积力。,