『壹』 岩体力学性质结构效应
岩体力学性质结构效应的最主要的影响因素是结构面。结构面对岩体力学性质影响因素可以归纳成7个方面，即：
地质工程学原理
（3）形态特征：a.粗糙度和
b.起伏度——爬坡角力学效应
地质工程学原理
地质工程学原理
这7个方面因素，有的包括在试验值内，有的则很难包括进去，且在力学作用上有其特殊规律或法则。著者将它们概括为3个法则，即：①爬坡角法则；②尺寸效应法则；③各向异性法则。
第一法则为爬坡角法则 爬坡角理论包括三个部分：
（1）爬坡角的力学效应：它表现为
ϕα＝ϕj＋α
地质工程学原理
式中：ϕα、cα为具有α爬坡角β下坡角的结构面的摩擦角和咬合联结力；ϕj、cj为平直结构面的摩擦角和联结力。
（2）啃断条件：爬坡作用系以不啃断结构面上的起伏体为条件。不啃断条件为
σn≤σm或σm≤0
地质工程学原理
式中：σn为作用于结构面上的法向力；σm为岩块抗压强度。
（3）工程岩体结构面强度分析：工程岩体结构面强度，可通过爬坡角力学效应改正后进行综合分析给出。这对单调起伏的硬性结构面来说是可行的，而对于复杂起伏的硬性结构面和夹有软弱物质的软弱结构面来说，则是困难的。在这种情况下，可采用同步位移法或采用结构面强度模型试验法进行综合研究。
第二法则为尺寸效应法则 当岩体赋存环境应力较低时，结构面对岩体变形和破坏具有明显影响，对岩体力学性质亦有显著影响。这种影响表现为，工程岩体内含有结构面数量愈多或岩体内结构面分布比较均匀，且工程岩体尺寸愈大时，岩体力学性质指标愈低，即：
地质工程学原理
式中：Rm、R0 中的R值可以是抗压强度σc、弹性或变形模量E、抗拉强度σt 及抗剪强度τ等。下脚m为代表任一尺寸岩体的数值，下角0代表岩体无限大时的数值；N为工程岩体内含有结构体数；V为工程岩体体积；a、b为力学性质衰减量；α、β为结构效应指数。
根据著者和长江科学院试验结果整理得岩体力学性质尺寸效应示于图3-16。它不仅表征岩体力学性质尺寸效应，而且给出了根据岩块试验结果及岩体节理密度资料分析岩体力学性质的经验资料。
第三法则为各向异性法则 岩体内结构面对岩体力学性质的影响表现在两个方面：
（1）岩体受力方向与岩体内结构面夹角不同，岩体破坏强度和变形模量也不同。这一特点可以用库兹涅佐夫提出的强度矢量图（图3-17a，b）表征。这一规律已被米勒等的试验结果所证实。
（2）岩体内存在多组结构面时，岩体强度各向异性显著降低，呈均匀化，且其强度接近于岩体破坏后的残余强度。这一规律亦可用强度矢量图求得（图3-17c）。
图3-16 岩体力学性质尺寸效应归一化关系
图3-17 结构面产状的力学效应分析
第一法则是研究块裂介质岩体力学性质的理论依据，第二、三法则是研究碎裂介质岩体力学性质的岩体结构力学理论依据；同时，对认识完整结构岩体力学性质亦有一定的帮助。
『贰』 为什么结构面的力学性质具有尺寸效应
材料的力学性能是指材料在不同环境（温度、介质、湿度）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征 。
一般来说金属的力学性能分为十种：
1.脆性 脆性是指材料在损坏之前没有发生塑性变形的一种特性。它与韧性和塑性相反。脆性材料没有屈服点，有断裂强度和极限强度，并且二者几乎一样。铸铁、陶瓷、混凝土及石头都是脆性材料。与其他许多工程材料相比，脆性材料在拉伸方面的性能较弱，对脆性材料通常采用压缩试验进行评定。
2.强度：金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形或断裂的能力.同时，它也可以定义为比例极限、屈服强度、断裂强度或极限强度。没有一个确切的单一参数能够准确定义这个特性。因为金属的行为随着应力种类的变化和它应用形式的变化而变化。强度是一个很常用的术语。
3.塑性：金属材料在载荷作用下产生永久变形而不破坏的能力.塑性变形发生在金属材料承受的应力超过弹性极限并且载荷去除之后，此时材料保留了一部分或全部载荷时的变形.
4.硬度：金属材料表面抵抗比他更硬的物体压入的能力
5.韧性：金属材料抵抗冲击载荷而不被破坏的能力. 韧性是指金属材料在拉应力的作用下，在发生断裂前有一定塑性变形的特性。金、铝、铜是韧性材料，它们很容易被拉成导线。
6.疲劳强度：材料零件和结构零件对疲劳破坏的抗力
『叁』 试验成果及建议取值
根据剪切面位置和岩性特征,按线性相关性要求:当试样数分别为7、6、5、4时,对应相关系数临界值分别为0.76、0.81、0.88、0.95,以临界值为基准,进行逐步回归分析,剔除异常点,增加补充样点。经过12组71个样的天然和饱水状态下的携剪试验,历经采样-制样-试验-调参,获得枢纽区开挖工程边坡软弱岩体的结构面抗剪强度指标(表6-6)。
表6-6 软弱结构面携剪试验成果
注:饱水携剪样占61.54%;天然携剪样占38.46%。
从表6-6结果可以发现,以软弱结构面或软岩做剪切面的携剪试验,同一组的屈服抗剪强度是峰值抗剪强度的85%,残余抗剪强度最低,而和峰值抗剪强度没有一个很好的对应关系。2#RXN原状饱水C、φ建议值取低的原因,主要来自于泥化夹层岩组的X射线粉晶衍射测试和颗粒分析结果。这两个试验,证明2#RXN的剪切层不仅存在次生黏土矿物(见表3-2),而且具有黏土的特性。从泥化夹层粒度分析曲线图(图6-17)可以得出,该泥化夹层为粉质黏土。
图6-17 2#RXN泥化夹层粒度分析曲线图
综合考虑各种地质因素,对边坡所发育的软弱结构面抗剪强度参数给出建议取值(表6-7)。
表6-7 软弱结构面携剪试验建议取值
注:实际工程中一般按试验结果值的屈服抗剪强度的内摩擦角φ和内聚力C的80%左右折减(2#RXN原状饱水除外)。
在紫坪铺水利枢纽工程各单体边坡中,就软弱结构面的岩性因素而言,一般有如下的屈服抗剪强度(C、)φ变化规律:含炭屑砂岩型结构面屈服抗剪强度>炭质页岩型结构面屈服抗剪强度>泥化夹层型结构面屈服抗剪强度>软岩夹煤线型结构面屈服抗剪强度(表6-8)。
表6-8 工程边坡软岩不同类型的软弱结构面屈服抗剪强度
『肆』 什么是硬性结构面
结构面强度参数是工程地质问题研究的关键内容之一,其强度参数直接关系到边坡工程稳定性评价及剩余下滑力计算,并进而直接影响边坡处理措施,对工程进度、工程安全性、工程造价均起到最基本的决定性作用。在大量的工程实践和研究中,国内外学者已建立一套关于确定结构面强度参数的较为完整的预测体系,其主要围绕理论公式法、试验方法和工程类比法进行。然而近年来受测量手段和研究方法限制,该课题进展较缓慢。本文以拟建的广巴高速公路为典型实例,通过对硬性结构面的试验和精细测量等,开展对硬性结构面强度参数确定方法及研究区顺层边坡防护设计的研究,在理论和工程实践上均具有重要意义,在研究工作中取得了如下研究成果。 (1)通过对研究区边坡岩性特征、结构特征、力学特征和硬性结构面的精细测试,对岩体物质成分及物理力学性质进行分析,归纳总结出研究区边坡变形破坏模式及其主要影响因素。 (2)采用接触打孔原理,自主研制了实现硬性结构面精细测量的机械化测量仪器—接触打孔器,其大大提高了野外工作效率,并且对另外一种测量工具—曲线轮廓仪进行了改进,增强其灵活性,使得其使用更加便捷。 (3)通过对包括Barton推荐标准曲线在内的大量结构面起伏曲线矢量化分析,利用期望值的概念反映结构面起伏曲线粗糙度JRC,建立JRC与起伏曲线高度、坡度两个因素的经验公式,为Barton理论公式法快速预测结构面参数提供了充足条件,并用理论公式法预测成果与试验成果进行对比分析,结果表明,修正后的理论公式能够满足工程要求。 (4)通过寻找剪切方向上粗糙度JRC由各向异性转变为各向同性时的界限长度,以置信区间为判别标准,获得不同风化程度、不同岩性的尺寸效应界限长度,并推导了室内小型直剪试验成果与现场代表性强度参数的函数关系,使得室内试验更好地服务于工程实践。 (5)通过对结构面自身特征和赋存特征的分析,提取张开度、充填物、表面特征,地下水、地应力、工程开挖方式等9个要素,利用层次分析法赋权评分,建立结构面质量分级体系CSPQ(the Classification of Structural Plane Quality),依据评分得出结构面质量的级别,并提出了其相应的强度参数建议值,进而利用大量文献资料的百余个室内外试验成果对其效果验证。结果表明,该体系预测效果较好。 (6)在工程区岩体结构模型概化的基础上,采用FLAC3D、3DEC、底摩擦仪器对顺层边坡开挖过程进行有限元、离散元和物理模拟。并对不同强度参数和不同结构面形态下的应力分布进行了系统的分析和总结,总结归纳出在剪切过程中结构面上的剪应力分布规律,为结构面剪切破坏机理研究和边坡稳定性评价提供了基础资料和理论依据。 (7)在参数研究的基础上,提取对边坡稳定性起控制作用的结构面,对工程区典型边坡治理前后的稳定性进行对比评价,并提出优化处理方案,利用测斜仪对优化后的处理效果进行监测分析,结果表明,边坡处于稳定状态。
『伍』 何谓岩石中的微结构面，主要指哪些，各有什么特点
，我是学地质工程的。您说的问题在岩体力学课本里有。
岩石单轴抗压强内度受一系列因素影响容和控制。这些因素主要包括两方面：
一是岩石本身性质方面的因素，如矿物组成、结构构造（颗粒大小、连结及微结构发育特征等）、密度及风化程度等；
二是试验条件方面的因素。试件的几何形状及加工精度，加载速率，端面条件，温度和湿度，层理结构等。
『陆』 结构面上有哪些主要特征，它们是怎样影响岩体力学性质的
岩体力学性质是指来岩体在源受力状态下抵抗变形和破坏的能力。它包括变形性质和强度性质两个方面。岩体的力学性质，是设计一切大型岩体工程的重要依据。
岩体力学性质的确定原位岩体的力学性质较岩块的力学性质更为复杂。岩体的力学性质除受岩块力学性质的影响外，还受岩体结构和环境因素的影响和控制。因此，岩体的力学性质通常不能根据实验室小岩石试件试验的结果来预测，而必须通过原位岩体力学试验来测定。这类试验有承压板载荷试验、水压洞室试验、钻孔变形试验、原位岩体单轴抗压强度试验、原位直剪试验以及原位三轴压缩试验等（见岩土试验）。进行原位岩体力学性质试验时要注意试验岩体的代表性、比例尺效应以及试验方法的选择。
『柒』 结构面中含有岩桥，其强度如何确定
确定岩体的抗剪强度和结构面的连通率是岩体稳定分析的前提和基础。在结构面模拟网络中，根据结构面与岩桥的破坏机理，模拟岩体剪切试验，是确定节理岩体综合抗剪强度和结构面连通率的崭新途径。本论文对该方法进行了深入研究，主要成果为：提出简化的结构面扩展模型，丰富并完善了二维领域的研究；引入遗传算法，解决了在复杂的结构面网络中搜寻破坏面的难题；发现并详细分析了二维假定的局限性，提出确定岩体综合抗剪强度和结构面连通率的三维方法(断层扫描法)，使基于结构面网络模拟确定岩体综合抗剪强度和连通率的方法成为一个完整的体系。 在二维领域的研究包括： (1)推导得出了沿任意方向受剪时，计算结构面抗剪力的公式，并分析了结构面倾角的变化对计算岩体综合抗剪强度和结构面连通率的影响。 (2)提出了一个简化的结构面扩展模型：该模型符合现有的结构面扩展与汇合的试验成果，在力学机理上基于Lajtai的岩桥破坏理论。该模型综合了结构面和岩桥的破坏机理及结构面的空间相对位置对岩桥破坏形式的影响，可以方便地确定任意两个相邻结构面与其间岩桥的抗剪力。 (3)引入遗传算法，解决了在复杂的结构面网络中搜索抗剪力最小的结构面-岩桥组合(即破坏面)的难题。 (4)提出避开连通率，根据不同正应力下搜索得到的等效最小抗剪应力，拟合岩体的Mohr-Coulomb破坏包线，直接确定岩体综合抗剪强度指标的方法。 (5)发现了结构面连通率与结构面组的对映关系：即只有在沿某一组结构面的平均延伸方向受剪时，计算得到的连通率才是固定不变的；也只有在这种情况下，才能使用连通率计算岩体的综合抗剪强度。否则，只能避开连通率，使用(4)中的方法确定岩体的综合抗剪强度。 在三维领域的研究包括： (1)回顾了结构面三维网络模拟的最新研究成果，编制了结构面三维网络模拟的程序。 (2)发现并详细分析了结构面几何分布二维假定的局限性及由此产生的巨大误差。 (3)提出类似于CT技术的断层扫描法确定任意一种三维结构面-岩桥组合的抗剪力，然后结合遗传算法，提出确定岩体综合抗剪强度和结构面连通率的三维方法。 (4)通过对岩体结构面三维连通率和二维连通率的对比分析，深化了对岩体连通率和二维假定局限性的认识。 另外，本论文还引入类MonteCarlo模拟技术，增加了模拟精度，加快了计算速度，从而可以促进本论文方法在实际工程中的应用。
『捌』 结构面统计特征
岩体结构面的来几何特征含有一自定的随机性，服从统计规律，只有对足够的实测资料进行统计找出规律，才能取得用于岩体稳定性评价的代表性特征和指标。结构面基本上可以分为两类，对于控制性结构面（A类）方位比较明确，分布相对比较稳定，一般都列为专门研究对象，这类结构面不具有随机性；C类结构面为一些微裂隙，它的力学效应已经反映在岩块和大型试件试验中；B类结构面是现场调研需做统计分析的对象，也即岩体中可目测的裂隙系统。
结构面的几何特征参数，即为通常所指的某组结构面的产状、迹长和间距，这些是最重要的参数，它们确定了岩体被切割的特征。其研究方法概括起来是采用野外现场实测数据的统计分析，并应用概率统计理论知识，划分结构面组数，确定每组结构面的主要几何特征参数的数学计算表达式，从而建立结构面网络几何特性概率模型。从大量的研究成果来看，表征结构面统计特征的上述几何特征参数多数服从以下四种分布：均匀分布、负指数分布、正态分布和对数正态分布。
一般认为结构面的产状中倾角和倾向是相互独立的两个变量，其服从正态分布。表2.4为国外学者关于结构面迹长和间距分布形式的研究成果［54］。
表2.4 结构面间距和迹长分布形式
『玖』 结构面的剪切变形法向变形与结构面的哪些因素有关
结构面的剪切变形、法向变形与结构面的哪些因素有关?
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-答:结构面的剪切变形、法向变形与岩石强度、结构面粗糙性和法向力有关。