北京地鐵建設安全風險技術管理體系江玉生江華中國礦業大學（北京）2012年8月9日盾構/TBM施工應具備的土木工程知識專題講座討論的主要內容工程地質勘查土力學巖石力學工程地質勘察目錄概述工程地質測繪工程地質勘探現場原位測試現場監測工程地質勘察報告的主要內容第一節概述

一、巖土工程勘察的目的和任務

目的：運用工程地質理論和各種勘察測試技術手段和方法，為解決盾構施工中地質問題而進行的調查研究工作。任務：查明盾構施工場地的地質條件，土體分布變化情況；查明地下水類型、水質、埋深及分布變化；查明巖土的地層年代、巖性、地質構造、土的成因類型及埋藏分布規律，測定地基巖土的物理力學性質；根據場地工程地質條件，分析可能發生的工程地質問題，提出基坑結構形式和盾構掘進參數。對不利于盾構施工的巖土層，提出處理方法或防治措施。二、工程地質勘察的分類地鐵盾構工程項目設計三個階段：可行性研究初步設計施工圖設計勘察工作相應分為：選址勘察——可行性研究初步勘察——初步設計詳細勘察——施工圖設計復雜工程還有：預可行性勘察、施工勘察1、選址勘察階段主要內容搜集（區域地質、地形地貌、地震、礦產和附近地區的）工程地質資料及當地的施工經驗；分析已有資料，踏勘，了解場地的地層、構造、巖土的性質、不良地質現象及地下水等工程地質條件；對工程地質條件復雜，資料不足的場地進行工程地質測繪及必要的勘探。注意事項選址宜避開工程地質條件惡劣的地區或區段：不良地質現象發育，影響場地穩定性的地段；地基土性質嚴重不良地段；對抗震不利地段；洪水或地下水嚴重影響地段；地下采空區的地段。2、初步勘察階段線路、場址已經選定目的對線路區間范圍內的建（構）筑物穩定性作出評價；對市政地下管線進行勘察；初步確定風險源類型及其等級；為確定地鐵線路的總平面布置，對設計方案、風險工程及不良地質現象的防治方案作出工程地質論證。主要工作收集資料初步勘察確定地震效應收集分析已有的地層資料，進行工程勘探及土工測試3、詳細勘察階段目的為施工圖設計提供資料－各項參數確定地鐵車站、端頭井的設計、地基處理和加固、不良地質現象防治等方案。主要工作研究與分析盾構施工與車站基坑、結構特點，進行地質論證；查明不良地質現象；查明風險工程區域的工程地質與水文地質條件；分析地基穩定性和承載力；第二節工程地質測繪一、工程地質測繪的主要內容

繪制工程地質圖——主要在選址勘察、初步勘察階段測繪包括工程地質條件全部要素，各要素研究內容包括：巖土體的研究查明地層巖性、巖土分布特征及成因類型、巖性變化特點等地質構造的研究地質構造決定區域穩定性，包括斷裂構造、褶皺等地形地貌研究影響區間線路場地選擇、線路走向、車站基本布局等水文地質條件研究地表水和地下水的類型和分布等調查研究各種土體的物理地質現象土質材料物理力學性質的研究二、工程地質測繪的范圍和比例尺測繪范圍包括場地及附近相關地段，應考慮因素：盾構施工的影響范圍；周圍地上、地下建（構）筑類型，結構形式、穩定性等，包括房屋工程、管線和既有線路工程、既有地下工程；建（構）筑物的工藝特點和要求，如廠房、水壩、垃圾場等；工程地質條件復雜程度；工程地質測繪的比例尺

工程地質圖的比例尺分三種：小比例尺：1：5000～1：50000可行性研究時中比例尺1：2000～1：5000初步勘察時大比例尺1：200～1：100詳細勘察等繪圖精度：誤差<3mm三、工程地質測繪方法要點

兩種測繪方法：像片成圖法和實地測繪法像片測繪法：地面攝像或航空（衛星）攝影的圖片，室內分析為主、實地調查為輔實地測繪法路線法：沿選定路線，實地測繪、調查布點法：布置觀測路線和觀測點追索法：沿地層走向、地質構造線或不良地質界線布點追索第三節工程地質勘探

一、工程地質勘探的任務

在工程地質測繪的基礎上進行，直接深入地下巖土層，探明深部地質情況，查明不利地質條件。方式包括：工程地質鉆探、坑探、物探主要任務：探明盾構施工場地的巖性及地質構造；探明水文地質條件；探明地貌及物理地質現象；提供巖土樣及水樣，提供野外試驗條件。二、工程地質勘探的主要方法

工程地質物探

地球物理勘探方法－專用儀器電法勘探

電阻率法－通過各種巖土電阻率（導電性）不同，來研究地層、構造、土層厚度、含水層分布等地震勘探法用爆炸或敲擊產生地震法，地震波以彈性波在巖土體內傳播，不同介質彈性波速不同，以此判斷地質（現象）構造。地質勘探法可了解基巖面、覆蓋層厚度、斷層等工程地質鉆探

鉆機鉆探孔、采取巖土樣或現場力學試驗鉆孔的直徑、深度、方向等，按工程要求、地質條件鉆探方法考慮：鑒別孔：終孔≮33mm取土樣孔：取土段孔徑≮108mm取巖土試樣孔軟質巖≮108mm硬質巖≮89mm圖示鉆探方法二種：回轉式、沖擊式鉆孔分技術性孔和鑒別孔取原狀土，取土器－球閥式、活閥式保證土樣少受擾動，幾點原則:1)在結構性敏感土層和較松疏砂層中需采用回轉鉆進2）以泥漿護孔，可以減少擾動3）取土器與孔壁之間要有一定空隙，避免刮土擠進廢土4）取土前的一次鉆進不宜過深，以免下部擬取土樣土層受擾動工程地質坑探

場地挖探槽、探坑和探井，可直接觀察和取原狀土樣，并不使用專用機具探槽：成長條形深度<3m可了解地質構造線、斷裂帶寬度地層分界線并取原狀土樣探坑：深度不大且形狀不一，矩形探槽，深度1～2m探井：深度>3m，斷面方形、矩形、圓形坑探中取原狀土第四節現場原位測試

現場原位測試

在巖土原來所處的位置，基本保持天然結構、天然含水量及天然應力狀態下，測定巖土的工程力學性質指標主要目的測定場區內土體工程力學性質指標，為盾構設計、施工、監測提供參考，保證盾構施工的安全、順利常用方法靜力荷載試驗靜力觸探試驗剪切試驗第五節現場監測

一、現場監測的目的和任務對在施工過程中及完工后由于工程施工和使用引起巖土性狀、周圍環境條件及相鄰結構、設施等因素發生的變化進行觀測工作，監視其變化規律和發展趨勢，從而了解施工對各因素的影響程度，以便及時在設計、施工和維護上采取相應的防治措施。二、現場監測的主要內容施工中車站結構的穩定性盾構始發、結構井結構的穩定性盾構始發與到達端頭加固土體的強度、穩定性、滲透性盾構掘進過程中地表的沉降風道、聯絡通道施工中地層和結構的穩定性風險工程的監測（包括沉降、強度、穩定性、安全性）盾構隧道軸線監測盾構管片拼裝質量監測完工后車站正常使用結構穩定性隧道運營中結構的穩定性重大風險工程跟蹤監測第六節巖土工程勘察報告巖土工程勘察報告：是工程地質勘察的正式成果，對工程地質資料統計、歸納和分析，包括：圖件、表格、分析和評價，提供地基土的物理力學指標，供建設、設計、施工、監理、監測單位使用。工程地質圖的編繪地基承載力的確定工程地質勘察報告的編寫巖土工程報告的主要內容工程地質圖編繪1、工程地質圖的類型工程地質勘察實際材料圖工程地質編錄圖工程地質分析圖專門工程地質圖。綜合性工程地質圖和分區圖。

2、工程地質圖的內容地形地貌包括地勢和主要地貌單元巖土類型及其工程性質包括地層年代、地基土成因類型、變化、分布規律及物理力學指標地質構造水文地質條件物理地質現象如巖溶、滑坡等3、工程地質圖的基本圖件地質圖或第四紀地質圖；地貌及物理地質現象圖；水文地質圖；各種工程地質剖面圖、鉆孔柱狀圖；各種原位測試及室內試驗成果圖表等。地基承載力的確定

1、按照規范表格確定地基承載力；2、按靜載荷試驗確定地基承載力；3、根據土的抗剪強度指標計算確定地基土承載力（理論公式）；4、按當地經驗確定；工程地質勘察報告的編寫主要內容：1、任務要求及勘察工程概況；2、擬建工程概況；3、勘察方法和勘察工作布置；4、場地地形、地貌、地層、地質構造、巖土性質、地下水、不良地質現象的描述與評價；

5、場地穩定性與適宜性評價；6、巖土參數的分析與選用；7、提出地基基礎方案的建議，工程施工和使用期間可能發生的巖土工程問題的預測及監控，預防措施的建議；8、勘察成果表及所附圖件。所附圖表：1、勘察點平面布置圖；2、工程地質柱狀圖；3、工程地質剖面圖；4、原位測試成果表；5、室內試驗成果表等。常用圖表編制方法及要求：①勘探點平面布置圖②鉆孔柱狀圖③工程地質剖面圖；反映某一勘探線上地層沿豎向和水平向的分布情況④綜合地層柱狀圖簡明扼要表示地層層序及性質⑤土木試驗成果匯總表室內、外試驗成果圖示一圖示二圖示三圖示四土力學目錄緒論土的物理性質與工程分類土的滲透性土地應力計算土的壓縮性及沉降計算土的抗剪切強度工程地質勘察報告的主要內容一、土力學的研究對象土力學（Soilmechanics）是研究土的碎散特性及其受力后的應力、應變、強度、穩定和滲透等規律的一門學科。它以力學和工程地質學的知識為基礎，研究與工程建筑有關的土的變形和強度特性，并據此計算土體的固結與穩定，為各項專門工程服務。第一章緒論二、主要研究問題變形問題：土體受力后將發生變形，如果變形超過了一定的限度，就會使建（構）筑物損壞或不能正常使用，這類問題在土力學中叫做變形問題。穩定問題：土受力超過了它所能承受的能力，土便要被破壞，在土力學中亦稱為穩定性喪失。研究土體是否會破壞這一類問題稱為穩定問題。三、主要理論及研究方法有效應力原理應力分布原理滲透固結理論強度破壞理論土體變形計算土壓力計算土體穩定性分析一、土的形成和特征土的概念土：覆蓋在地表上的碎散礦物集合體。巖石：構成地殼的基本物質，是一種大自然的產物或多種礦物的聚合體。

風化、搬運、堆積巖石土

壓密、巖化第二章土的物理性質和工程分類土的主要物理性質碎散性

巖石經受風、霜、雨、雪的侵蝕，溫度、濕度的變化，導致不均勻的膨脹與收縮，使巖石破裂為不同粒徑的碎塊，這就是土的第一個主要特征—碎散性。三相組成

碎散的土顆粒在化學和生物風化的作用下，可以形成十分細微的土顆粒，細微顆粒的表面積很大，具有吸附水分子的能力。沒有被水充填的孔隙必然會充滿氣體。因此，自然界的土一般都是由固體顆粒、水和氣體三種成分構成的。這就是土的第二個主要特征—三相體系。自然變異性

由于形成過程的自然條件不同，自然界的土也就多種多樣。同一場地，不同深度處的土的性質也不一樣。甚至同一位置的土，其性質還往往隨方向而異。因此，土是自然界在漫長的地質年代內所形成的性質復雜、不均勻、各向異性且隨時間而不斷變化的材料。這就是土的第三個主要特征—自然變異性。土的工程特性壓縮性高彈性模量E（對于土應當稱為變形模量）可以反映材料的壓縮性高低，E越高，壓縮性越低，反之，E越小，壓縮性越高。通常：鋼筋

E1=2.1×105MPa

C20砼E2=2.6×104MPa

卵石

E3=(40～50)MPa

飽和細砂

E4=(8～16)MPa強度低土的強度特指抗剪強度，而非抗壓或抗拉強度。關于土的抗剪強度的來源后面會專門講述，其大小往往比其它建筑材料低得多。透水性大由于土顆粒之間存在無數孔隙，這些孔隙大多是透水的。所以，土的透水性比木材、砼和鋼材都大得多。土的三個主要物理特征和三個工程特性與地基基礎設計與施工密切相關。二、土的三相組成

飽和土

土=骨架+孔隙

非飽和土

干土

由固體礦物構成土中的固體顆粒

土中的固體顆粒構成土骨架，它對土的物理力學性質起決定性作用。研究固體顆粒必須研究它的粒徑級配及其礦物成分。（1）土的顆粒級配

隨著顆粒大小的不同，土的性質可以有很大的差異。因此，人們常常按照粒徑的范圍，將土粒分為若干組，粒組之間的分界尺寸稱為界限粒徑。下表所示是國內常用的一種粒組劃分。粒組名稱粒徑范圍(mm)一般特征漂石或塊石卵石或碎石>200200～60透水性很大，無粘性，無毛細水粗中細60～2020～55～2透水性大，無粘性，毛細水上升高度不超過粒徑大小粗中細極細2～0.50.5～0.250.25～0.10.1～0.075易透水，當混入云母等雜質時透水性減小，而壓縮性增加，無粘性，遇水不膨脹，干燥時松散；毛細水上升高度不大，但隨粒徑變小而增大粗細0.075~0.010.01~0.005透水性小，濕時稍有粘性，遇水膨脹小，干時稍有收縮；毛細水上升高度較大較快，極易出現凍脹現象粘粒

<0.005透水性很小；濕時有粘性、可塑性，遇水膨脹大，干時收縮顯著；毛細水上升高度大，但速度不快土

粒

粒

組

的

劃

分

顆粒級配分析方法顆粒級配分析一般用篩分法和水分法。篩分法sieveanalysis

適用于顆粒大于0.1mm(0.075mm)的土。它是利用一組孔徑大小不同的篩子，將事先稱過的烘干土樣過篩，稱出留在各個篩子上的土重，即可求得各個粒組的相對含量。水分法

hydrometer

analysis

用于分析粒徑小于0.1mm（0.075mm）的土，根據粗顆粒下沉速度快，細顆粒下沉速度慢的原理，可以把顆粒按下沉速度進行粗細分組。實驗室常用比重計來進行細粒土的粒徑分析，稱為比重計法。

土的顆粒級配曲線顆粒級配曲線的分析與應用土的粒徑級配曲線是土工中的常用曲線，從此曲線可以直接了解土的粗細、顆粒分布的均勻程度和級配的優劣。

土的不均勻系數CuCu=d60/d10d10—小于某粒徑的土的質量占土樣品總質量的10%時的粒徑，此粒徑通常稱為有效粒徑。d60—小于此粒徑的土粒質量累積百分數為60%，此粒徑通常稱為限定粒徑，也稱為控制粒徑。不均勻系數Cu反映不同粒組的分布情況,Cu越大說明土粒大小的分布范圍越大，土越不均勻，也就是其級配良好。Cu<5的土視為級配不良的均粒土，而Cu>5的土稱為級配良好的非均粒土。

土的曲率系數Ccd30—小于此粒徑的土粒質量的累積百分數為30%。曲率系數Cc就是用以反映土的顆粒級配曲線是否光滑的一個物理量。Cc=1～3時，為級配連續；Cc

<1或Cc>3時，級配不連續。對粗粒土來講，通常將同時滿足Cu>5，Cc=1～3的土稱為級配良好的土。（2）土的礦物組成土中固體部分的成分絕大部分是礦物質，有時或多或少有一些有機物。土粒的礦物成分有兩大類：原生礦物石英、長石、云母等次生礦物

原生礦物經過化學風化后所形成的新礦物，土中的次生礦物主要是粘土礦物。蒙脫石、伊里石、高嶺石土中水和氣體

強結合水結合水弱結合水土中水重力水

自由水

毛細水土中氣：存在于孔隙中未被水占據的部位，由于與大氣聯通，對土的性質影響較小。

三、土的三相比例指標土的三相草圖mwmsVv空氣水固體ma=

0VaVwVsVmass/gvolume/cm3從上圖可以容易得到以下關系：Vv

=

Vw

+

Va

V=Vs+

Vv

=

Vs+

Vw

+

Va

m=ms+

mw

土的三相物理指標三個基本指標：土粒比重(又稱比密度或土粒相對密度)

:土粒質量與40C時的同體積純水的質量之比

ds(Gs)=(ms/Vs)/

w4

C=

s/

w4

C土的含水量:土中水的質量與土粒質量之比，以百分數表示w=(mw/ms)×100%土的密度（亦稱天然密度或濕密度）:單位體積的土所具有的質量稱為土的密度

=換算指標（1）特定條件下的密度：干密度

d：單位體積的土中固體顆粒的質量和重量

d=ms

/

V飽和密度

sat：土中孔隙完全被水充滿時，單位體積的質量

sat=有效密度(浮密度）：地下水位以下的土體在受到浮力作用時的單位體積的質量和重量稱為土的有效密度

=

sat-

w=(ms-Vs

w)/V幾種密度對比關系：

sat≥

≥

d≥

（2）表示土中孔隙含量的指標：孔隙比e：土中孔隙體積與土粒體積之比：e=Vv/Vs孔隙率n：土中孔隙體積占總體積的百分數：n=(

Vv/

V)

×100%孔隙比和孔隙度都可用來表示土的松密程度。一般粗粒土的孔隙比（度）小，細粒土的孔隙比（率）大（2）表示土中含水量的指標：含水量：指土中所含水分的質量與固體顆粒質量之比，以百分數表示，又稱土的含水率。一般所說的含水量指的是天然含水量。土的孔隙中全被水充滿時的含水量，稱為飽和含水量wsat。飽和含水量既能反映土孔隙中全部充滿水時含水多少，又能反映土的孔隙率大小。

飽和度：土孔隙中所含水的體積與土中孔隙體積的比值稱為土的飽和度，以百分數表示。或天然含水量與飽和含水量之比：飽和度可以說明土孔隙中充水的程度，其數值為0～100%。干土：Sr=0；飽和土：Sr=100%。工程實際中，按飽和度大小常將砂類土劃分為如下三種含水狀況：

Sr<50%稍濕的50%≤Sr≤80%很濕的

Sr>80%飽和的四、土的工程分類基本原則：劃分的土類能反映土性質的變化規律。土的三級分類：一級分類：成因分類二級分類：按土質類型分類三級分類：按工程建筑類型分類建設部分類土按粒度成分分類表土的名稱顆粒級配大類類粗粒土碎石土粒徑大于2mm的顆粒超過總質量的50%砂類土粒徑大于0.075mm的顆粒超過總質量50%細粒土粉土粒徑小于0.005mm的顆粒超過總質量10%粘性土粒徑小于0.005mm的顆粒質量大于總質量30%土的名稱顆粒級配及形狀碎石土漂石圓形及亞圓形為主粒徑大于200mm的顆粒超過總質量的50%塊石棱角形為主卵石圓形及亞圓形為主粒徑大于20mm的顆粒超過總質量的50%碎石棱角形為主圓礫圓形及亞圓形為主粒徑大于2mm的顆粒超過總質量的50%角礫棱角形為主碎石類土

碎石類土是粒徑大于2mm的顆粒含量超過50%的土砂類土

砂類土是粒徑大于2mm的顆粒含量不超過50%，粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過50%的土。土的名稱顆粒級配砂類土礫砂粒徑大于2mm的顆粒占總質量的25~50%粗砂粒徑大于0.5mm的顆粒超過總質量50%中砂粒徑大于0.25mm的顆粒超過總質量50%細砂粒徑大于0.075mm的顆粒超過總質量85%粉砂粒徑大于0.075mm的顆粒超過總質量50%粉土

粉土是粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過50%，塑性指數Ip小于或等于10的土。粉土砂質粉土粒徑小于0.005mm的顆粒不超過總質量10%粘質粉土粒徑小于0.005mm的顆粒超過總質量10%粘性土

粘性土是粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過50%，塑性指數Ip大于10的土。粘性土粉質粘土粒徑小于0.005mm的顆粒質量占總質量18-30%粘土粒徑小于0.005mm的顆粒質量大于總質量30%軟土

軟土是指主要由細粒土組成、孔隙比大（一般大于1.0）、天然含水量高（接近或大于液限）、壓縮性高（a1-2>0.5MPa-1）及強度低的土層。淤泥、淤泥質土及有機質土是最常見的軟土類型淤泥：

>

Le>1.5淤泥質土：

>

L1.0<e<1.5

淤泥與淤泥質土合稱淤泥土有機質土：5%

有機質含量

10%泥炭質土：10%<有機質含量

60%泥炭：有機質含量>60%

注：該分類方案按國標《巖土工程勘察規范》（GB50021-94）第三章土的滲透性一、土的滲透性滲流：水在土體孔隙中流動的現象滲透性：土具有被水等液體透過的性質滲透系數k：單位水力梯度下的單位流量，表示流體通過孔隙骨架的難易程度土的滲透問題：滲透流量問題滲透變形（或滲透破壞）問題滲流控制問題二、滲透力滲透力：每單位土體內土顆粒所受的滲流作用力稱為滲透力，用j表示。滲透力是一種體積力，單位為kN/m3

，其大小和水力坡降成正比，方向與滲流方向一致。滲透力方向與重力方向一致時，滲透力對土骨架起滲流壓密作用，對穩定有利滲透力方向與重力方向相反時，滲透力對土骨架起浮托作用，對穩定不利。當滲透力大到某一數值時，會使該處土體發生浮起和破壞，因此要研究滲流逸出區的滲透力和逸出坡降。三、滲透變形（滲透破壞）土工建（構）筑物及地基由于滲流作用而出現的變形或破壞稱為滲透變形或滲透破壞。滲透變形的基本型式為流土和管涌。流土：指在向上的滲透水流作用下，表層土局部范圍內的土體或顆粒同時發生懸浮、移動的現象。發生流水土條件：管涌：指在滲透水流的作用下，土中的顆粒被水流逐漸帶走，最終導致土體內形成貫通的滲流管道，造成土體坍塌的現象。一般粘性土只會發生流土，而不會發生管涌，屬于非管涌土管涌的必要條件：無粘性土中粗顆粒構成的孔隙直徑大于細顆粒的直徑無粘性土是否發生管涌的判別標準：發生管涌的水力條件：水力坡降級配連續土級配不連續土破壞坡降icr0.2—0.40.1—0.3允許坡降[i]0.15—0.250.1—0.2四、土的滲透試驗滲透系數的測定方法： 常水頭法—適用于粗粒土 室內 變水頭法—適用于細粒土 壓水試驗（端頭加固檢驗常用）室外

抽水試驗常水頭試驗:試驗中水頭保持恒定不變，t時間流經試樣的水量V，則：變水頭試驗：在試驗過程中水頭差一直在隨時間變化。試驗時向細玻璃管注入一定量的水，記錄起始水頭差Δh1，開動秒表，經過t

時間后，再記錄此時的水頭差Δh2，根據達西定理求出現場抽水試驗壓水試驗

壓水試驗是一種在鉆孔內進行的滲透試驗，它是栓塞把鉆孔隔離出一定長度的空段，然后以一定的壓力向孔段壓水，測定相應壓力下的壓入流量，以單位試驗長度在某以壓力下的壓入流量值來表征該空段巖土體的透水性，是評價巖體滲透性的常用方法。（常用于端頭加固效果檢驗）式中：K——土體的滲透系數（m/d）；Q——壓入流量（m3/d）；H——試驗水頭（m）；L——試段長度（m）；r0——鉆孔半徑（m）。一、應力應變關系的假定介質連續性假定土中水土相互作用時不能將其看作連續體，但在研究地基受外載后的沉降等宏觀現象時，就可以把它當作連續體進行研究，以平均應力的概念來對問題進行求解。線彈性假定

土是非線性的彈塑性體，但一般建筑物荷載在地基中引起的應力增量很小，土中塑性破壞的區域極小，可以近似按線彈性進行處理。均質、等向假定理想彈性體應是均質各向同性體，而實際的土體是各向異性的，也非均質的，但對變化不大的土層在計算豎向應力時按均質各向同性體進行計算誤差不大。第四章土中應力計算二、地基中的幾種應力狀態土體自重產生的自重應力(self-weightstress)建筑物荷載引起的附加應力(stressinaground)地震等引起的地震慣性力(seismicinertiaforce)滲流引起的滲透力(seepageforce)環境條件變化引起的重分布應力(redistributionstress)土內一點的應力狀態是指土內一點各個方向上應力的大小。自重應力均勻地基1、豎直向自重應力(kN/m2)2、水平向自重應力成層地基（以天然土層界面與地下水位為界）地基中的附加應力附加應力是由于修建建（構）筑物以后在地基內新增加的應力。附加應力是使地基發生變形，引起建（構）筑物沉降的主要原因。附加應力分布規律集中力作用下彈性半空間中σz的分布應力泡：將半空間內σz相同的點連接起來得到σz的等值線，其形如燈泡，故又稱應力泡。三、基底壓力（選講）定義：基礎底面傳遞給地基表面的壓力，又叫基底接觸壓力。基地壓力分別規律彈性地基上的完全柔性基礎（EI=0）

基礎上的荷載是均布的，基底壓力也應當是均布的；基礎上的荷載是駝峰式的，基底壓力也應當是駝峰式的。柔性基礎基地壓力分布彈性地基上的剛性基礎（EI→∞）如果基礎上作用均布荷載，并假設基底壓力也是均布的，則基礎變形與地基變形就不會協調，基礎底面中間部位將與地基脫離，如右圖(a)。實際變形要協調，如右圖(c)，基底壓力必然要重新調整，最終在兩端出現應力集中，如右圖(b)所示。彈塑性地基上的有限剛性基礎基礎不可能是完全剛性的，地基也不可能是完全彈性體，而是彈塑性體，因此：基礎底部兩端的應力不會無限大，而是在達到土體極限后，多余的應力向中部自行調整，所以出現圖（b）中虛線所示分布。基底壓力計算中心荷載對于矩形基礎：P—基底豎直總荷載kN；對于條形基礎(取1m長計算)：P—單位長度的基底荷載kN/m偏心荷載矩形基礎1）雙向偏心荷載Mx、My—

分別為豎直荷載P對基礎底面x軸和y

軸的力矩(kN/m)，Mx

=

P·ey，My=

P·ex;Ix、Iy—分別為基礎底面對x軸和y軸的慣性矩（m4）；ex、ey—分別為豎直荷線對y軸和x軸的偏心矩（m）。2)單向偏心荷載若基底受單向偏心荷載時，作用在基底任意點的壓力為：當時，可得基底兩端（邊）的壓力：當e<b/6時，基底壓力為梯形分布，下圖a；當e=b/6時，基底壓力為三角形分布，下圖b；當e>b/6時，基底壓力將出現負值，即拉力，但基礎和地基之間不可能存在拉力，因此，基底壓力必將重新分布，下圖c，這種情況在設計中應當盡量避免。單向偏心荷載下的基底壓力條形基礎受偏心荷載時，有：

P

—

為沿長度方向1m范圍內的總荷載。三、有效應力原理（重點）粒間應力：由骨架顆粒間接觸點傳遞的應力。有效應力：指這種對土體的變形和強度變化有效的粒間應力。孔隙水壓力：由孔隙水傳遞的應力，它不能直接引起土體的變形和強度變化，又稱為中性壓力。不隨時間而變化。超靜孔隙水壓力：由外荷引起的超出靜水位以上的那部分孔隙水壓力。它在固結過程中不斷變化，固結終了時應等于零。飽和土的有效應力原理表達式有效應力原理要點飽和土體內任一平面上受到的總應力可分為有效應力和孔隙水壓力兩部分，兩者之間的關系總滿足：土的壓縮變形和強度變化都只取決于有效應力的變化。一、土壓縮變形的本質土的壓縮性：指土在壓力作用下體積縮小的特性土體的壓縮變形實際上是孔隙壓縮、孔隙比變小所造成的。在土的壓縮過程中，假定土顆粒是不可壓縮的，水是不可壓縮的，只有孔隙可以壓縮。對飽和土而言，土的壓縮主要是由孔隙中的水被擠出所致，壓縮過程同排水過程一致。土的固結：孔隙水排出，土的壓縮隨時間而增長的過程。第四章土的壓縮性及沉降計算第一節土的壓縮性二、土的壓縮試驗與壓縮定律側限壓縮試驗（一）壓縮試驗壓縮曲線是室內壓縮實驗的成果，它是土的孔隙比e與所受壓力P的關系曲線。壓縮性曲線的形狀與土樣的成分、結構、狀態及受力歷史等有關。壓縮性不同的土，其e-p曲線的形狀不同。曲線愈陡，說明壓力增加時孔隙比減小得多，土易變形，壓縮性愈高。壓縮定律：在壓力范圍不大時，孔隙比的減小值與壓力的增加值成正比。（二）壓縮定律1.壓縮系數mv與a的單位相同，a表示單位壓應力變化引起的孔隙比變化，mv表示單位壓應力變化引起的單位體積變化。2.壓縮指數粘性土的Cc值一般在0.1—1.0之間（一）壓縮模量（側限壓縮模量）壓縮模量指土在側限壓縮條件下豎向附加壓應力與應變增量之比，單位為MPa。三、壓縮模量與變形模量（二）變形模量變形模量指土在無側限條件下附加壓應力與壓縮應變之比。

載荷試驗

載荷試驗觀測標準：每級加載后，按間隔10、10、10、15、15、30分鐘讀數，當連續2個小時內，每1個小時的沉降量小于0.1mm時，可加下一級荷載；當出現承壓板周圍土有明顯的側向擠出或發生裂紋時、當沉降s急劇增大時、當某一級

荷載24小時不能達到穩定標準時，

即可終止加載；

（此前一級荷載為極限荷載）s/b

0.06可終止加載。壓縮模量指土在側限壓縮條件下豎向附加壓應力與應變增量之比。變形模量指土在無側限條件下附加壓應力與壓縮應變之比。

變形模量與壓縮模量的關系四、天然土層的固結狀態固結是指土體在建筑物荷重或自重壓力及其它應力作用下，其變形隨時間發展至完全穩定的全過程。因此固結是時間的函數。前期固結壓力(σp′)是指土層在地質歷史上曾經受過的最大有效固結壓力。根據前期固結壓力劃分三類沉積土層超固結比OCR=1正常固結土OCR>1超固結土OCR<1欠固結土第四章第1頁第四章第14頁/共46頁第二節地基沉降量計算在外荷載作用下地基土層被壓縮達到穩定時基礎底面的沉降量稱為地基最終沉降量。地基各部分垂直變形量的差值稱為沉降差。一、單向分層總和法（一）基本原理計算建（構）筑物基礎中心下的地基變形量，假設土層只在垂直方向發生壓縮變形，而不發生側向變形，屬于一維壓縮問題。分層總和法就是采用土層一維壓縮變形量的基本計算公式，利用室內壓縮曲線成果，分別計算基礎中心點下地基中各分土層的壓縮變形量，最后將各分土層的壓縮變形量總和起來。計算公式（二）計算步驟劃分土層各天然土層界面和地下水位必須作為分層界面；計算基底附加壓力

p0=p-γD計算各分層界面的σsz和σz；繪制應力分布曲線確定壓縮層厚度計算各分層加載前后的平均垂直應力

p1=σsz

；

p2=σsz+σz按各分層的p1和p2在e-p曲線上查取相應的孔隙比或確定a、Es

等其它壓縮性指標根據不同的壓縮性指標，計算各分層的沉降量計算總沉降量二、按粘性土的沉降機理計算沉降

瞬時沉降Sd

（distortionsettlement）固結沉降Sc

（consolidationsettlement）次固結沉降Ss（secondaryconsolidationsettlement）S=Sd+Sc+Ss

（一）瞬時沉降計算Skempton（1955）彈性理論公式注：平均值指柔性基礎面積范圍內各點的平均值沉降系數ω值

受荷面形狀L/B中點矩形角點，圓形周邊平均值剛性基礎圓形——1.000.640.850.79正方形1.001.120.560.950.88矩形1.53.06.010.030.0100.01.361.782.232.533.234.000.680.891.121.271.622.001.151.521.962.252.883.701.081.44—2.12——（二）固結沉降計算固結沉降是粘性土地基沉降的最主要的組成部分。固結沉降可以用上述分層總和法計算。但分層總和法中采用的是一維課題的假設，與一般基礎荷載作用下的地基實際性狀不盡相符。Skempton和Birrum建議根據有側向變形條件下產生的超靜孔隙水壓力計算固結沉降Sc。對于軸對稱課題，有：注：αu為Sc與分層總和法計算的S之間的比例系數。比例系數αu：孔隙水壓力系數A與土的性質有關，則αu也與土的性質密切相關。另外，αu還與基礎形狀及土層厚度H與基礎寬度B之比有關。由A值算出的αu值一般為0.2—1.2，這與《規范》推薦法的沉降修正系數ψs值（=0.2—1.4）接近。則此可見，αu與ψs有必然的聯系，它們的物理意義是一致的。第四章第1頁第四章第30頁/共46頁（三）次固結沉降計算次固結段（基本上是一條直線）的斜率反映土的次固結變形速率，一般用Cs表示，稱為土的次固結指數。次固結沉降量為第六節土體的抗剪強度固體強度：在一定條件下，固體中某個應力分量增大到一定數值后就會發生破壞，這個使材料破壞的應力分量就叫做強度。土的強度：一般指其在壓力作用下的抗剪強度，代表土體抵抗剪切破壞的極限能力。剪切破壞（土的抗剪）是土的主要強度特征。*強度理論：研究材料的破壞機理和強度條件的理論。它能夠回答材料的某種破壞型式是什么原因引起的。*一、莫爾—庫倫強度理論庫倫公式1773年C.A.Coulomb根據砂土試驗，提出了：

f=

·tan

1776年他又提出了適用于粘土的更普遍公式：

f=c+

·tan

c和

稱為抗剪強度指標。隨著有效應力原理的發展，人們認識到土體內的剪應力只能由土骨架承擔，有效應力的變化才能引起抗剪強度的變化。因此，庫倫公式應修改為：

f=

?·tan

?

f=c?+

?·tan

?

式中：c?—土的有效粘聚力；

?

—土的有效內摩擦角。

莫爾理論莫爾認為，試驗得到的各種應力狀態下的極限應力圓具有一條公共包絡線，如下圖所示。一般來講，這條包絡線是曲線，并被稱為莫爾包（絡）線或抗剪強度包線，一般表達式是：

f=f(

)某點的應力圓位于包線之下，表明該點安全；如果某點的應力圓與莫爾包線相切，表明該點處于極限平衡狀態；如果應力圓與莫爾包線相交，說明該點已經破壞。

f=f

(

)

f

莫爾包絡線莫爾—庫倫強度理論應力變化范圍不很大的情況下，土的莫爾破壞包線可以近似的用直線代替，這種用庫倫公式來表示莫爾包線的強度理論就稱為莫爾-庫倫強度理論。土中某點極限平衡時的摩爾圓在

-

平面上作摩爾應力圓，如右圖所示。根據摩爾-庫倫理論，破壞應力圓必定與破壞包線相切，切點A的位置也就是破壞面的位置，并且：

f=45

+

/2破壞面與最大主應力面成45

+

/2的夾角，與最大剪應力面成

/2的夾角；通常情況下，只要土樣均質，應力均勻，試件內就會出現兩組共軛破裂面，如右圖所示。45o+

/

2

1f共軛破裂面

3f進一步分析摩爾包絡線和摩爾應力圓，還會發現以下關系對于無粘性土，由于c=0，以上兩式可以簡化為：由于

f決定于有效應力，所以，以上各式中的

也應當是

。不同抗剪強度指標的分析與選用目的確定土的兩個抗剪強度指標，即

和c，要達到這個目標，同時要正確理解土在剪切過程中的性狀和各類試驗方法測得的指標的物理意義。常用試驗方法三軸試驗：不固結不排水UU、固結排水CD、固結不排水CU直剪試驗：快剪、固結快剪、慢剪切各種強度指標的特點及其應用試驗方法加載排水特點指標包線特征應用三

軸不固結不排水UU加

3時不固結加

1-

3不排水cu

u=

0施工速度快，土層透水性小，排水條件差固結排水CD加

3時固結加

1-

3排水c

d

,

dcd

c

,

d

施工速度較慢，土層透水性不小，排水條件良好固結不排水CU加

3時固結加

1-

3時不排水c

cu

,

cu測u后，可計算c

,

處于以上兩種情況之間，如正常使用期間建筑物突然受載直

剪快剪

v下不固結快加載cq,

q不能用于滲透系數大的粗粒土施工速度快，土層透水性小，排水條件差慢剪

v下固結慢加載c

s,

scs略大于c

,

s略大于

施工速度較慢，土層透水性不小，排水條件良好固結快剪

v下固結快加載ccq,

cq無法確定c

,

處于以上兩種情況之間，如正常使用期間建筑物突然受載一、擋土墻和土壓力的概念擋土墻是防止土體坍塌保持土體穩定的構筑物，（可以將盾構刀盤看做擋土墻）。土壓力是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對墻背產生的側向壓力。二、土壓力的分類與定義第六節土壓力的計算(a)主動土壓力；(b)被土土動力；(c)靜止土壓力

主動土壓力：擋土墻沿墻趾向離開填土方向轉動或平行移動，位移達到一定時，墻后土體達到主動極限平衡狀態，填土中開始出現滑動面的土壓力稱為主動土壓力。被動土壓力：擋土墻在外力作用下向墻背填土方向轉動或平移時，土壓力逐漸增大，位移達到一定時，潛在滑動面上的剪應力等于土的抗剪強度，墻后土體達到被動極限平衡狀態，填土內開始出現滑動面時作用在擋土墻上的土壓力增加至最大，稱為被動土壓力。靜止土壓力：擋土墻不向任何方向發生位移和轉動時，墻后土體處于彈性平衡狀態的土壓力稱為靜止土壓力。三種土壓力的關系：

靜止土壓力對應于圖中A點

墻位移為0，墻后土體處于彈性平衡狀態主動土壓力對應于圖中B點

墻向離開填土的方向位移，墻后土體處于主動極限平衡狀態被動土壓力對應于圖中C點

墻向填土的方向位移，墻后土體處于被動極限平衡狀態Pa<P0<Pp三、靜止土壓力的計算土體中一點的自重應力狀態

cz=

z

cx

=

cy

=

k0

z靜止土壓力強度p0=

cx

=

cy

=k0

z

合力E0=(1/2)k0H2（合力作用點在距墻底(1/3)H的位置）靜止土壓力的分布

靜止土壓力系數K0的確定

（1）經驗值：砂土K0=0.34～0.45

粘性土K0=0.5～0.7（2）半經驗公式法：

K0=1-sin

(無粘性土和正常固結土)K0=(OCR)0.41(1-sin

)(超固結土)式中:

—土的有效內摩擦角。（3）日本《建筑基礎結構設計規范》建議不分土的種類，K0=0.5。四、朗肯土壓力基本假設墻本身是剛性的，不考慮墻身的變形墻后填土延伸到無限遠處，填土表面水平墻背垂直光滑（墻與垂向夾角

=0，墻與土的摩擦角

=0）半空間土體的極限平衡狀態(a)半空間內的微元體；(b)摩爾圓表示的主動和被動朗肯狀態；(c)半空間的主動朗肯狀態；(d)半空間的被動朗肯狀態。主動土壓力的計算

用

1，

3作摩爾應力圓，如圖中應力圓I所示。使擋土墻向左方移動，則右半部分土體有伸張的趨勢，此時豎向應力

v不變，墻面的法向應力

h減小。

v、

h仍為大小主應力。當擋土墻的位移使得

h減小到土體已達到極限平衡狀態時，則

h減小到最低限值pa

，即為所求的朗肯主動土壓力強度。對于無粘性土對于粘性土：三、被動土壓力的計算

同計算主動土壓力一樣用

1、

3作摩爾應力圓，如下圖。使擋土墻向右方移動，則右半部分土體有壓縮的趨勢，墻面的法向應力

h增大

。

h、

v為大小主應力。當擋土墻的位移使得

h增大到使土體達到極限平衡狀態時，則

h達到最高限值pp

，即為所求的朗肯被動土壓力強度。對于無粘性土對于粘性土：主要應用范圍：地鐵車站基坑邊坡的穩定分析；盾構始發與到達端頭土體的穩定分析；盾構掘進中開挖面的穩定分析；第八節土坡穩定性分析（選講）一、基本概述天然土坡

土坡

人工土坡（土石壩等）土坡幾何形態：坡肩坡頂坡底坡趾坡角坡高坡面二、滑坡滑坡：斜坡中一部分土體相對于另一部分土體滑動的現象，稱為滑坡。分類：（1）粗粒土滑坡（滑動面多為淺層平面形）（2）粘性土滑坡（滑動面多為深層圓弧形）產生原因：（1）土中剪應力增加（2）土中抗剪強度降低研究內容：（1）判斷土坡是否穩定（2）設計合理的土坡評價方法：極限平衡理論（條分法）步驟：先確定滑面，再計算滑坡的穩定性系數，最后判斷滑動的可能性。三、無粘性土坡的穩定分析定義：粗粒土所堆筑的土坡稱為無粘性土坡分如下兩種情況考慮：均質干坡和水下坡有滲透水流的均質土坡均質干坡和水下坡

砂堆

WTNR

當a=φ時，FS=1，此時土體處于極限平衡狀態，坡角a為天然休止角。有滲透水流的均質土坡

JNT安全系數粘性土坡的穩定分析

工程設計中常假定滑動面為圓弧面，用圓弧滑動法（極限平衡法的一種）分析粘性土坡的穩定性。整體圓弧滑動法（瑞典圓弧法）dOCAWTf整體圓弧滑動受力示意圖條分法原理：條分法是將滑動土體豎直分成若干土條，把土條當成剛體，分別求作用于各土條上的力對圓心的滑動力矩和抗滑力矩，然后按下式求土坡的穩定安全系數Ｆｓ。土條所受力：(a)土坡剖面；(b)作用于i土條上的力重力Wｉ條塊側面法向力Pi、Pi+1，其作用點離弧面為hi、hi+1

條塊側面切向力Hi、Hi+1土條底部的法向力Nｉ、切向力Tｉ，

條塊弧段長為li土條力平衡方程若把滑動土體分成n個條塊，則共有未知數5n-2個，可建方程4n個，為超靜定問題。假定條間力的大小與方向的畢肖普法和瑞典條分法；假定條間力的作用方向的不平衡推力傳遞法；假定條間力的作用點位置的簡布法。求解方法巖石力學目錄緒論巖石的基本物理力學性質巖體的基本力學性質巖石的時間效應與流變效應巖石力學：研究巖石、巖體在各種不同受力狀態下產生變形和破壞規律的學科。1.1主要研究對象

巖石：由礦物或巖屑在地質作用下按一定規律聚集而形成的自然物體。礦物：存在地殼中的具有一定化學成分和物理性質的自然元素和化合物。結構：組成巖石的物質成分、顆粒大小和形狀以及其相互結合的情況。構造:組成成分的空間分布及其相互間排列關系這是影響巖石力學性質和物理性質的三個重要因素。第一章緒論

巖石分類巖體=巖塊+結構面變質巖：不穩定與變質程度和原巖性質有關巖漿巖：強度高、均質性好沉積巖：強度不穩定，各向異性

巖體結構面巖塊不連續面：包括節理、裂隙、孔隙、斷面、孔洞、層面1.2巖體力學的研究任務與內容

①不連續；②各向異性；③不均勻性；④巖塊單元的可移動性；⑤地質因子特性（水、氣、熱、初應力）。（1）巖體的力學特征

（2）任務

①基本原理方面（建模與參數辨別）；②試驗方法及其設備、信息處理等；③現場測試；④實際應用；1.3巖體力學的研究方法

研究方法：實驗、理論分析與工程應用相結合實驗室內野外巖塊（拉、壓、剪…）模擬位移應力壓力收斂（表面位移）應變絕對位移、相對位移（內部）理論連介非連介數值方法有限元離散元DDA

巖石的基本物理力學性質是巖體最基本、最重要的性質之一，也是巖石力學學科中研究最早、最完善的內容之一。

第一節基本物理性質（同土力學）

一、巖石的質量指標（一）密度和比重1、巖石的密度：單位體積內巖石的質量。巖石含：固相、液相、氣相。三相比例不同而密度不同。第二章巖石的基本物理力學性質（2）飽和密度：巖石中的孔隙被水充填時的單位體積質量（水中浸48小時）

（1）天然密度：自然狀態下，單位體積質量

G——巖石總質量；V——總體積。VV——孔隙體積（3）干密度：巖塊中的孔隙水全部蒸發后的單位體積質量（108℃烘24h）

2、巖石的比重：巖石固體質量（G1）與同體積水在4℃時的質量比VC——固體積G1——巖石固體的質量。（KN/m3）

二、巖石的孔隙性：反映裂隙發育程度的指標（一）孔隙比VV——孔隙體積（水銀充填法求出）（二）孔隙率V=VC+VVe~n關系天然狀態下飽和狀態下三、巖石的水理性質（一）含水性1、含水量：巖石孔隙中含水量GW與固體質量之比的百分數

W=GW/G1（%）2、吸水率：巖石吸入水的質量與固體質量之比吸水率是一個間接反映巖石內孔隙多少的指標

（二）滲透性

在一定的水壓作用下，水穿透巖石的能力。反映了巖石中裂隙向相互連通的程度，大多滲透性可用達西（Darcy）定律描述：（m3/s）——水頭變化率；qx——沿x方向水的流量；h——水頭高度；A——垂直x方向的截面面積；k——滲透系數。

四、巖石的抗風化指標(1)軟化系數（表示抗風化能力的指標）Rcc——干燥單軸抗壓強度；Rcd——飽和單軸抗壓強度。

越小，表示巖石受水的影響越大。(2)巖石耐崩解性指數

：試驗前的試件烘干質量；：殘留在筒內的試件烘干質量

1、自由膨脹率：無約束條件下，浸水后脹變形與原尺寸之比軸向自由膨脹（%）H——試件高度徑向自由膨脹（%）D——直徑（3）巖石的膨脹性評價膨脹性巖體工程的穩定。第二節巖石的強度特性工程師對材料提出兩個問題

1最大承載力——許用應力[]？2最大允許變形－－許用應變[]？本節討論[]問題強度：材料受力時抵抗破壞的能力。強度單向抗壓強度單向抗拉強度剪切強度三軸壓縮真三軸假三軸一、巖石的單軸抗壓強度1.定義：指巖石試件在無側限的條件下，受軸向壓力作用破壞時單位面積上承受的荷載。

式中：P——無側限的條件下的軸向破壞荷載;A——試件界面積2.試驗方法：

圓柱形試件：φ4.8－5.2cm，高H=（2－2.5)φ長方體試件：邊長L=4.8－5.2cm,高H=（2－2.5)L

試件兩端不平度0.5mm；尺寸誤差±0.3mm;

兩端面垂直于軸線±0.25o（1）試件標準：3.單向壓縮試件的破壞形態（1）圓錐形破壞原因：壓板兩端存在摩擦力，箍作用（又稱端部效應），在工程中也會出現。（2）柱狀劈裂破壞張拉破壞（巖石的抗拉強度遠小于抗壓強度）是巖石單向壓縮破壞的真實反映（消除了端部效應）消除試件端部約束的方法潤滑試件端部（如墊云母片；涂黃油在端部）加長試件

單軸壓縮荷載作用下試件的破壞形態(a)圓錐形破壞；(b)柱形劈裂破壞；(c)圓錐形破壞應力分布4.影響單軸抗壓強度的主要因素承壓板端部的摩擦力及其剛度（加墊塊的依據）試件的形狀和尺寸形狀：圓形試件不易產生應力集中，好加工高徑比：h/d≥(2－3)較合理加載速度加載速度越大，表現強度越高

環境含水量：含水量越大強度越低；巖石越軟越明顯，對泥巖、粘土等軟弱巖體，干燥強度是飽和強度的2－3倍溫度度：180℃以下部明顯：大于180℃，濕度越高強度越小。二、巖石的抗拉強度1.定義：巖石試件在受到軸向拉應力后其試件發生破壞時的單位面積上所受的拉力。由于試件不易加工，除研究直接的拉伸的夾具外，研究了大量的間接試驗方法。2.直接拉伸法

抗拉強度關鍵技術①試件和夾具之間的連接②加力P與試件同心3.間接方法

①巖石是各向同性的線彈性材料②滿足平面假設的對稱面內彎曲適用條件：（1）抗彎法（梁的三點彎曲試驗）抗拉強度

——三點彎曲梁內的最大拉應力；梁發生破壞時的就是M——作用在試件上的最大彎矩；C——梁邊緣到中性軸的距離；I——梁截面繞中性軸的慣性矩；

（2）劈裂法（巴西法）試件：實心圓柱φ50mm；δ25mm試驗：徑向壓縮破壞（張開）計算公式：由彈性力學Boursinesq公式式中：——試驗中心的最大拉應力，即p——試驗中破壞時的壓力D——試件的直徑t——試件的厚度δ劈裂試驗加載和應力分布示意圖（3）點荷載試驗試件：任何形狀，尺寸大致5cm，不做任何加工。試驗：在直接帶到現場的點荷載儀上，加載劈裂破壞。

計算：

式中：P——試件破壞時的極限D——加載點試件的厚度統計公式：要求:（由于離散性大），每組15個，取均值，即建議：用φ5cm的鉆孔巖芯為試件。三、巖石的抗剪強度1.定義

指一定的應力條件下（主要指壓應力），所能抵抗的最大剪應力。

2.類型a.抗剪斷試驗b.抗切斷試驗c.弱面抗剪試驗四、巖石三軸壓縮強度1.定義指在不同三向壓縮應力作用下巖石抵抗外荷載的最大應力

2.三向壓縮試驗簡介（1）真三軸（2）假三軸

三軸試驗加載示意圖3.三軸壓縮試驗的破壞類型五、巖石的強度理論定義研究巖石在各種應力狀態下的強度準則的理論；一般為或它不僅要能解釋巖石破壞的原因、破壞的形態，而且要能確定巖石破壞時應力狀態和變形狀態；強度準則與本構方程不同本構方程：一般是指受力過程的“應力—應變”關系；強度準則：在極限狀態下的“應力—應力”關系；或“應變—應變”關系；主要強度理論莫爾—庫侖準則（常用）Drucker-Prager準則（常用）格里菲斯準則實驗強度準則突變強度準則一、巖石變形三種性質彈性：物體在受外力作用的瞬間即產生全部變形，而去除外力（卸載）后又能立即恢復其原有形狀和尺寸的性質稱為彈性；塑性：物體受力后產生變形，在外力去除（卸載）后變形不能完全恢復的性質；粘性：物體受力后變形不能在瞬間完成，且應變速率隨應力增加而增加的性質。第三節巖石的變形特性二、單軸壓縮條件下巖石的變形特性連續加載條件下的變形特性頁巖全應力應變曲線與軟鋼應力應變曲線圖巖石全應力應變曲線特征表巖石彈性變形的類型應力應變關系彈模的確定初始模量：，即過原點的切線斜率；切線彈模：，即過任意點P的切線斜率；割線彈模：，即任意點P的縱橫坐標之比；彈模幾種定義ISRM建議的非線性彈性巖石的彈模

點相應的切線模量，即

點相應的切線模量，即彈性范圍內近似于直線段的平均斜率；巖石的彈模，一般為20～50GPa；泊松比巖石的橫向應變與縱向應變之比值；公式巖石在彈性范圍內，一般為常數； 超過彈性范圍，將隨應力的增大而增大，直到為止；體積模量平均正應力與單位體積變形之比，即式中，—體積變形模量，Pa；

—單位體積變形，量綱為1；

（橫向應變均為負值）剪切模量

循環荷載條件下的變形特性反復加載卸載時的應力—應變曲線逐級一次循環加載條件下，其應力—應變曲線的外包絡線與連續加載條件下的曲線基本一致，說明加、卸載過程并未改變巖塊變形的基本習性，這種現象也稱為巖石的記憶性；每次加、卸載，曲線都不重合，且圍成一環形的面積，稱為回滯環；由（b）可知，巖塊的破壞產生在反復加、卸載曲線與應力—應變全過程曲線交點處；這時的應力稱為疲勞強度。它是一個比巖塊單軸抗壓強度低且與循環持續時間等因素有關的值。三、三軸壓縮條件下的巖石變形性質隨圍壓的提高，彈性段的斜率變化不大。即和與單軸基本相等。當時巖石的變形特性（圖a）隨著圍壓的增加，巖石的屈服應力將隨之提高；總體來說，巖石的彈性模量變化不大，有隨圍壓增大而增大的趨勢；隨著圍壓的增加，峰值壓力所對應的應變值有所增大。其變形特性表現出低圍壓下的脆性向高圍壓的塑性轉換的規律。當為常數時巖石的變形特性(圖(b))隨著的增大，巖石的屈服應力有所提高；彈性模量基本不變，不受變化的影響；當不斷增大時，巖石由塑性逐漸向脆性轉換。當為常數時巖石的變形特性(圖(c))

其屈服應力幾乎不變;巖石的彈性模量也基本不變;巖石始終保持塑性破壞的特性，只是隨著的增大，其塑性變形量也隨著增大;巖石在三軸壓縮狀態下的變形特性巖石的體積應變特性公式式中，——體積增量；

——試件的原體積；

——最大主應變，中間主應變和最小主應變.花崗巖的應力—應變曲線基本變化規律：當作用的外荷載較小時，體積應變表現出線性變化，且巖石的體積隨荷載的增大而減小。當外荷載達到一定的值之后，體積應變經過了保持不變的階段，開始發生體積膨脹的現象。剪脹或擴容：當巖石受外力作用后，發生非線性的體積膨脹，且這一體積膨脹是不可逆的。產生剪脹的原因：裂隙產生、擴展、貫穿、滑移、錯動、甚至張開所致。剪脹規律在三軸壓縮和單向壓縮試驗中都會出現，由于圍壓的增大，會出現剪脹隨之減弱的現象。

3.1巖體結構面分析一、結構面：斷層、節理、褶皺……統稱

巖體

結構面影響完整性很好——連續介質力學方法非常破碎——土力學方法兩者之間——裂隙體力學方法巖體不連續性，各向異性反映區域性地質構造降低巖體強度第三章巖體的基本力學性質