岩体赋存环境因素的力学效应

岩体与其他物体的主要不同点，除结构特征外，赋存环境亦有其特殊性。从岩体力学作用来说，必须考虑地应力、地下水和地温等环境因素的作用。在岩体力学性质研究中，亦必须对这三种环境因素的作用进行研究，并对其力学效应进行修正。

1.地应力

岩体赋存环境因素的力学效应表现在两个方面：①对岩体变形及破坏机制的影响；②对岩体力学性质的影响。

实验研究结果表明，随着地应力的增高有：

（1）完整结构岩体：①破坏机制由脆性向塑性转化；②破坏强度由低逐渐增高。

（2）碎裂结构岩体：①结构面由起作用向不起作用转化；②岩体结构的力学效应由显著逐渐向消失转化；③破坏强度由低逐渐增高；④岩体力学介质由碎裂向连续转化。

（3）块裂结构岩体：它主要反映在起伏结构面破坏机制上，由爬坡滑动向啃断转化，其抗剪强度亦随之增高。

（4）板裂结构岩体：板裂结构岩体同碎裂结构岩体；软弱结构面同块裂结构岩体内的软弱结构面的力学效应相同。

2.地下水

地下水的力学效应则表现在两个方面：①孔隙-裂隙水压力作用；②软化作用。这两种作用往往是有联系的，其综合的力学效应可用下式表达：

地质工程学原理

式中：Δτ为地下水作用引起岩体抗剪强度的降低值；σ_w为孔隙-裂隙水压力；c、ϕ为浸水前岩体的联结力和摩擦角；c_w、ϕ_w 为浸水后岩体的联结力和摩擦角。

孔隙、裂隙水压力作用对所有岩体都一样，而水的软化作用则主要对粘土岩起作用。图3-18是水分对粘土岩岩体力学性质影响的一组试验结果，试验结果表明，岩体由于湿度变化可使其单轴抗压强度及变形模量变化高达10倍。一般砂岩、砾岩仅降低 30%～50%，变化并不十分显著。

图3-18 砖红色粘土单轴抗压强度与变形模量和含水量的关系

3.地温

已有资料表明，岩体由于温度作用产生的应力是很可观的。温度变化1℃可使岩体产生400～800kPa的温度应力，这种温度应力实际上是地应力的一部分，它和其他成分的地应力一起对岩体力学作用和力学性质产生影响。