岩石结构面抗剪强度的确定

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1、.第14卷增刊岩土工程学报Vol.14,SuPlement1992年9月Y月们飞)GONGCHENGXtIEBAOSept.,192岩石结构面抗剪强度的确定张全恒,,071051)(冶金工业部勘察科学技术研究所河北保定提要本文讨论了确定岩石结构面抗剪强度常规方法存在的某些问题,对岩石结构面抗剪强度的合。理确定进行了探讨一、引言在岩体,。、工程中岩石结构面通常对岩体强度起主要控制作用关于岩石结构面特别是,,不规则结构面的抗剪强度至今没有完整的理论主要依据经验公式和实验的方式确定本文。讨论了这两种方法存在的某些问题并对岩石结构面抗

2、剪强度的求取进行了探讨二、确定岩石结构面抗剪强度常规方法存在的问题(一)经验公式法,。经验方法很多普遍的问题是经验不太丰富的工作者确定出的抗剪强度值误差较大以。别rton[l最常用的巴顿(N丑B)强度准则举例说明,巴顿利用模型试验得出预测岩石裂隙抗剪强度的一般方程·!。a·tg扭e109(二S‘)+,一{(l),,式中C为粗糙度系数介于0~20之间对照典型裂隙模式图1选取;S为裂隙面面JRJc。;壁岩石抗压强度人为岩石基本摩擦强度,巴顿公式包含三个待定指标JRCJcS和必6o三个指标除人在试验室条件下可以精确,。,,确定外其余

3、两个都不能准确确定考查式(1)可以看出JCS即使确定不准确也不会对,。求取抗剪强度引起太大的误差但JRC明显影响抗剪强度的大小图1所给的典型剖面不可,,能囊括野外结构面所有的起伏特征不同的工作者将确定出不同的JRC值特别是对于缺乏经验的人来说确定出的JRC误差可能较大。(二)试验求抗剪强度阁。目前工程上主要还是通过野外及试验室剪切试验来获取结构面抗剪强度参数方法是实,。c测几对正应力和剪应力值然后用最小二乘方法或图解法计算出粘聚力和摩擦角价按照到稿日期:1992一04一14.n4岩土工程学报1992年,,这种方法实际工作中经常

4、会出现资料无法整理或对整理出的结果难以置信的情况通常解,,,释为岩石的不均匀性造成的笔者认为这种解释忽略了试验过程中的一些因素试验过程中。法向应力的设计方式才是产生上述情况的最主要原因标准粗糙裸度剖面JRc排列...l卜一-.~一.-、~-一-~一-~,0~2.2卜~一一~‘~-12~4一一一一一一一3卜州4~64卜一一一,一一、~一一~一~一.-~6~85卜一一一~一一~、~一一、叫8~10一.6卜~、、~一一一尹尹产一一,10~127卜.口声~一~~-产一一一~、叫12~148卜、、、一一产尸~、一一z26州卜9~产口一刁

5、16~15卜~一.、如.-洲口10卜-~2、、叫18~20一一~0510Cm~~Leses一.上-‘一一匕L一人‘一‘一」一」比例尺图1典型裂隙模式图,,对于抗剪强度差别不大的一组结构面试验时每块试样上施加的法向应力具有随机性,,。在不具备大量试件的情况下施加方式不同将导致不同的计算结果差异有时很大举例说:明如下,,设有一组试样样数4个每个样抗剪强度参数的客观数值为A:笋=36.00;e二0.06MPa.“.B:0;e=000M笋=31PaC:沪=35.00;e二0.05MPaD:笋=33.0”;e=0.02MPa两种不同加荷

6、方式计算结果见表l.“.,,x;c本来4个试件实际最大差值乙必砒二50乙~=O06MPa从表l可看出不同加荷,。,方式夸大了岩石不均匀性的影响导致不同的计算结果结果往往与实际相差太大即便相关,。系数较高也不能认为是合理的,,。当法向应力范围较小时还可能出现令人惊讶的结果如图2所示、、。加大法向应力范围大量增加试样数量降低不均匀程度到极小可以避免上述问题但,,。是法向应力过大会超过工程实际应力范围而且受设备能力的限制大量增加试样数量会,。增加工程造价(特别是大型原位试验)在一般工程中也是不实际的选取岩性特别均匀的试样。几乎又是不

7、可能的增刊张全恒.岩石结构面抗剪强度的确定不同加荷方式计算结果。:加荷方式试样编号法向应力剪应力强度参数相关系数粘聚力c摩擦角价(“MPa)(MPa)(MPa)()1A0.5仆0.420.2027.30.9943C1.000.75D1.500.99B2.001.202A2.001.51一0.1239.10.9996C1.501.10D1.000.67B0.500.30粼一经区每块岩样实际抗剪强度曲线可能出现的实测抗剪强度曲线图2小法向应力范围内可能出现的令人惊讶的结果示意图三、值得重视和发展的单试件法,鉴于通常所用的多试件法存

8、在难以解决的问题笔者通过试验研究认为经验公式和试验结合,。的单试件法具有多试件法无可比拟的优越性值得岩石力学工作者重视和发展(一)方法原理,。在工程常见的法向应力水平下认为结构面抗剪强度符合巴顿方程式(1)试验实测出某,。r结构面上的正应力和剪应力值用下式计算粗糙度系数JRC