剪胀情况下抗剪强度的公式推导-论文.pdf

《剪胀情况下抗剪强度的公式推导-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、18西部探矿工程2014年第9期剪胀情况下抗剪强度的公式推导李彦彬，朱锐杰(四川省煤田地质局一三五队，四川泸州646000)摘要：结构面在岩体中广泛存在着，结构面往往对岩体尤其是坚硬岩体的力学性质起着决定性因素。考虑上覆压力(正压力)不大的情况下，在锯齿状无充填结构面的基础上，对形4~-,Y-余弦曲线无充填结构面的抗剪强度做了公式推导，并将其推广到任意曲线的情况。关键词：结构面；粗糙起伏；无充填；剪胀；抗剪强度中图分类号：TU45文献标识码：A文章编号：1004—5716(2014)09—0018-021概述对于

2、第一种情况，姜德义，朱合华，杜云贵在《边坡结构面是指地质历史发展过程中，在岩体内形成的稳定性分析与滑坡防治》一书中对锯齿形结构面的抗具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面剪强度做了公式的推导，如下：或带]。结构面对工程岩体的完整性、渗透性、物理力学=GCOSi+rsini(1)性质及应力传递等都有显著的影响，是造成岩体非均z．，一fcosi+asini(2)质、非连续、各向异性和非线弹性的本质原因之一。当处于极限平衡时，可得：岩体结构面的形态对岩体的力学性质及水力学性一tan7(3)质存在着明显的影响。

3、对于结构面的形态，可从侧壁由式(1)、(2)、(3)推导得出下式：的起伏形态及其粗糙度两个方面来考虑。结构面的侧VCOSi—asini=(0"COSi+rsin／)tan壁起伏形态通常可分为平直的、锯齿的、波状的和不规整理后得：则的几种。本文在锯齿状无充填结构面的基础上，对一an(~j+f)(4)形似正余弦曲线的结构面在剪胀情况下抗剪强度的公式做了推导。式中：——结构面正应力；2结构面的起伏度和粗糙度——结构面剪应力；结构面常粗糙不平，结构表面按其起伏不平的程，——结构面内摩擦角；度可用起伏度和粗糙度来表征，规模

4、较大的起伏不平——粗糙角(爬坡角)。称为起伏度，规模较小的起伏不平称为粗糙度。一般计算示意图如图1所示。认为，粗糙度所表征的起伏不平在岩体滑动时被剪切掉，从而增大结构面的抗剪强度；而起伏度所表征的起伏不平，在岩体沿结构面滑动剪切过程中，可能出现两种情况：①如果上覆压力(正压力)不大，剪切时只沿表面凸起部分跨越，而凸起部分未被剪掉使剪切滑移过程发生剪胀现象；②上覆压力很高(正应力很大)时，在滑动过程中不允许剪胀产生，这时，只有当结构面凸起岩石被剪断，才能沿结构面滑动，因此结构面抗力大为增加。3锯齿状无充填结构面在剪

5、胀情况下抗剪强度公式图1锯齿状结构面在剪胀情况下抗剪强度计算示意图收稿日期：2013—11—13第一作者简介：李彦彬(1986一)，女(汉族)，山西大同人，助理工程师，现从事岩土工程勘查技术工作。2014年第9期西部探矿工程194形似正余弦曲线的无充填结构面在剪胀情况下抗同理，对于任一曲线y=f(x)，_-f(x)=tan0，剪强度公式推导对曲线上任一点五，Y(五)=tan0。由于结构面存在各种形态，下面作者对形似正余由式(8)可得，剪应力为：弦曲线的结构面在剪胀情况下抗剪强度的公式做推Z-=atan[~+arc

6、tanf(zf)]导：由式(9)可得，一个周期内(凸起部分)曲线长度设曲线方程为y=Asin(x-n／2)，对其求导可得：为：v=Acos(x一7c／2)(5)s=眄出=、dr(丁为一个凸起令tan0：Y：ACOS(X一7【／2)，可得：长度)=arctanAcos(x-n／2)(0为任意一点处结构面由式(10)可得，该部分剪切力大小为：倾角)(6)对任意一点37，由式(6)可得：P={atan[~+arctanf)]IJ1+)dr(11)0，=arctanACOS(Xf-x／2)(0f为37=32f处结构面式中

7、：——结构面正应力；倾角)r——结构面剪应力；由平衡关系得：丁——一个周期长度；f=aCOS0f+rsin0f，：rCOS0f—asin0f(7)P——剪切力；处于极限平衡状态下，z-=tan~，即：——结构面内摩擦角。rCOS0f—asin0f(0"COS0f+rsin0f)tan5结论化简后得：(1)结构面对岩体强度有着重要影响，岩体强度对-E=atan(~+0f)工程岩体的稳定性起着至关重要的作用，因此，加强结构面对岩体强度影响的研究是必要的。=atan[~+arctanAcos(x-n／2)~(8)一个周

8、期内(凸起部分)曲线长度为：(2)结构面在无充填的情况下，其剪切破坏机理与法向应力的大小有关。法向应力较小时，会出现s=“而dx=~J—1+[Acos(—x-n／2)]2dx(9)剪胀现象；而较大时，则会剪断结构面凸起发生滑由式(8)，可得该部分剪切力大小为：动。PJ。{atan[~+arctanAcos(X-'K／2)])×(10)(3)剪胀条件下，本文对形似正余弦曲线