什麼是巖體變形
巖體環境條件改變時,結構體(見巖石和巖體、巖體結構)產生體積變化、形狀改變和相對移動等變動量的總和。巖體變形受三組基本因素即巖性、巖體結構和環境狀況的控制。
20世紀60年代對巖體變形的研究停留在巖石材料的變形上,只注重考慮巖石材料變形所共有的兩種機理的變形,即彈性變形和流動變形。實際上,巖體是在地應力作用下,已經經歷過多次變形的地質體。巖體力學研究的巖體變形是在工程活動下再變形問題。
巖體的應變、應力和時間的關係稱為本構關係,這種關係的數學表達式稱為本構方程。巖體變形與巖體結構的關係,主要決定於巖體結構單元的本構關係在巖體力學模型中的聯合作用。巖體變形本構關係的理論研究還很不成熟。
巖體變形特徵常用巖體的應力-應變曲線表徵。巖體的應力-應變曲線不是一條簡單直線,而是在巖體組成成分、結構及加載控制下表現為具有不同結構特徵曲線族。巖體變形特徵不能僅用胡克方程和彈性模量表徵,而應該採用包含有控制巖體變形的巖性和結構參數的本構方程表徵;巖體變形曲線由於巖性不同、加載控制不同而不同。試驗時必須正確地選擇加載控制。巖體變形曲線按曲線結構分為四種基本類型(圖1):直線型──彈性的;上彎型──閉合彈性的;下彎型──粘彈性的;“S”型──閉合粘彈性的。
上列四種變形曲線類型,與組成巖體的物質及結構特徵有關。圖2為巖體重複加壓得到的巖體變形曲線與巖石破壞程度關係。它間接地反映了巖體變形與巖體結構關係,即巖體愈破壞,變形曲線斜率愈緩,其變形模量愈小。
巖體變形特徵與地應力(見巖體中應力)密切有關。環境應力愈高,結構面變形成分愈小,巖體變形模量愈高。在這種情況下,巖體變形特徵主要決定於巖石特徵。
在實際巖體工程中常見到夾層擠出和板狀巖層彎曲變形現象。這些變形成分實際上是巖體變形的重要成分──大變形。在巖體工程監測和變形觀測中常觀測到變形遠遠大於理論計算結果,就是由於在變形觀測中有大變形成分,而在理論計算中沒有計入大變形。這是今後巖體變形研究中應當重視的一個問題。
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