岩体变形(deformation of rock mass)

岩体(见岩石和岩体)在外力作用下体积和形状的变化。它是岩体力学的研究对象。岩体变形受岩性、岩体结构、环境(围压、孔隙水压力)、应力作用时间等因素的影响。岩体力学研究的岩体变形是，工程活动如岩体开挖或表面加载条件下的变形。岩体变形和岩石变形既有联系，又有区别。

岩石变形曲线   以刚性压力机测定的单轴岩石试件典型的应力一应变曲线如图1所示。这种曲线可分为四个区段：(1)在OA区段内该曲线稍微向上弯曲，这是由于细微裂隙的闭合造成的，属压密阶段；(2)在AB区段内很接近于直线，相应于弹性阶段；(3)BC区段内曲线向下弯曲，直至C点的最大值，主要是在平行于荷载轴方向开始形成细微裂隙，为材料的塑性阶段；(4)下降阶段CD，即破坏阶段，材料处于脆性状态。对岩石变形的研究一般是针对以弹性变形为主，即相当于OAB阶段的变形。根据这一阶段的试验数据，可获取岩石变形指标——弹性模量和泊松比。

岩体变形曲线   岩体中存在各种地质结构面，因此岩体变形包括完整岩块本身的变形、结构面间的压密变形和剪切变形。对岩体变形的研究，一般限于岩体整体失稳或承载力失效之前的变形。岩体法向变形曲线一般可分为直线型、上弯型和下弯型(图2)。直线型，相应于压力不大或岩体较完整的条件；上弯型，相应于岩体中裂隙较发育而少充填的条件，曲线斜率逐渐增大，反映了裂隙逐渐闭合的过程；下弯型，相应于岩体中裂隙很发育且有泥质充填的条件，在较大压力下泥质充填物有较大的变形。岩体剪切变形曲线类型(图3)与剪切面的性质有关，可分为重剪型、剪断型和过渡型三种类型。重剪型，峰值强度τ_p前曲线斜率小，τ_p值较低，τ_p与残余强度τ_r接近，相应于光滑的裂隙面、泥化面等条件；剪断型，与重剪型相比较，斜率较大，τ_p值较高，τ_p和τ_r有较大的差异，相应于已愈台的破裂面和较硬岩体的条件；过渡型，有关特征界于重剪型和剪断型之间，相应于粗糙破裂面和软岩体等条件。岩体的变形参数主要为变形模量、泊松比、裂隙的法向刚度和切向刚度。软岩体在应力不变的情况下，岩体的变形会随时间的延续而增长，这种现象就是蠕变；随着研究模型的不同，而有相应的变形参数。岩体的各种变形参数通过室内或野外的试验确定。

计算   常用的岩体变形计算分析方法有弹性力学分析方法和数值分析方法。弹性力学分析适用于岩性均一、岩体的几何形状规则而简单的条件。因为岩体往往不均一，含有结构面，具有各向异性，故弹性力学分析方法很难得到闭合解。实用上，常用弹性问题或弹塑性问题有限元这一数值分析方法来处理岩体的变形问题：它可以考虑不同结构单元的弹性参数和各向异性、结构面变形以及单元破损或微小滑移带来的岩体应力和变形的调整。数值分析方法也能考虑岩体的流变问题，是一种着重发展和应用的岩体变形计算方法。但在理论计算中，没有计入诸如软夹层的挤出、板状岩层弯曲变形或块体间相互滑移而形成的大变形问题。这方面的问题尚待进一步研究。