基于岩体结构面分级的抗剪强度确定法

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岩石力学与工程学报
200ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 年
范，常见的估算法包括 Bienawski 的 RMR 分类体系 法[1]、N. Barton 的 JRC-JCS 模型法[2]等。(3) 根据 坡体极限平衡状态，利用极限平衡法或数值分析进 行反演确定。
室内直剪试验因试样代表性和边界条件的限 制，难以直接应用。规范和经验估算法是基于特定 环境下工程经验的积累，在工程中主要起类比和参 考作用。反演分析需要较准确地判识坡体稳定状态， 同时需要实测数据、边界条件的支撑，在设计阶段 难以获取相关资料。大量岩土工程实践表明，以上 3 种参数确定法具有明显的应用局限性。原位剪切 试验具有扰动小、代表性强、数据可靠的优点，在 水利和边坡工程中应用广泛。其缺点是试验数量有 限、离散性大。如何进行数据处理、应用一直是岩 土工程师思考的问题。尤其在建设场地与试验点地 质条件发生差异时，使设计人员感到无所适从。常 用的作法是参考规范，或利用估算法，将原位剪切 成果进行人为折扣后使用。这种经验性的数据处理 极大地降低了原位试验参数的指导作用和利用价 值。
Abstract：The shear strength of rock mass discontinuity is one of the important parameters for rock slope stabilization analysis. In order to determine the parameters reasonably，a method is proposed on the basis of the classification of rock mass discontinuity. Firstly，the weak discontinuity is classified into 5 levels according to the engineering characteristics，such as the lithology，roughness，fillings and water abundance. Secondly，based on the classification of rock mass discontinuity，the in-situ shear test results under the similar conditions of structure and lithological combination are adopted as basic data，which are revised according to difference of discontinuity levels and the construction disturbance so as to determine the shear strength of discontinuity at the specific project. The revised factors include fillings，fluctuation and roughness，compressive strength and weathering，water saturation degree，blasting(or vibration). The practicality of the method is confirmed by applying on the bedding rock slope of one expressway in Chongqing. The new method is practical and easy to spread in determining shear strength of rock mass discontinuity. Key words：rock mechanics；shear strength；discontinuity；in-situ shear test
第 27 卷 增 2 2008 年 9 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.27 Supp.2 Sept.，2008
基于岩体结构面分级的抗剪强度确定法
向 波 1，周立荣 2，马建林 2
(1. 四川省交通厅 公路规划勘察设计研究院，四川 成都 610041；2. 西南交通大学 岩土工程系，四川 成都 610031)
结合结构面分级，抗剪强度确定原则为： (1) 采用构造相似、岩性组合基本一致、结构 面分级相近的原位剪切试验成果作为基础数据。试 验成果应首先进行分析整理，剔除错误值。 (2) 硬性结构面与软弱结构面性质差异过大， 一般不相互修正。即 I，II 级对应参数不向 IV，V 级修正，反之亦然。 (3) 按照结构面分级因素和(施工)扰动影响 2
3 基于结构面分级的抗剪强度确定法
3.1 结构面抗剪强度影响因素 显然，结构面分级的因素直接影响结构面抗剪
强度。此外，根据大量工程实践，边坡开挖后的结 构面抗剪强度往往比原位剪切试验值低很多。除地 质条件不完全相同外，影响结构面抗剪强度因素还 包括以下几方面：爆破震动、开挖卸荷、地表水或 裂隙水浸润软化、风化作用等。
(5) V 级，岩石为极软岩，风化剧烈，软弱结 构面连通，其间为各种成因的蒙脱土、高岭土、伊 利石及水云母等黏性夹层所充填，夹层较厚，滑动 时夹泥层起控制作用。
限于研究深度有限，以上分级标准主要以定性
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向 波，等. 基于岩体结构面分级的抗剪强度确定法
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判断和半定量划分为主。分级标准的后续研究应该 加入更多的定量指标，以减少人为经验判识误差。
DETERMINATION METHOD OF SHEAR STRENGTH BASED ON CLASSIFICATION OF ROCK STRUCTURE SURFACE
XIANG Bo1，ZHOU Lirong2，MA Jianlin2
(1. Highway Survey and Design Research Institute，Sichuan Provincial Department of Communications，Chengdu，Sichuan 610041， China；2. Department of Geotechnical Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu，Sichuan 610031，China)
摘要：岩体结构面抗剪强度是岩质边坡稳定分析的重要参数之一，基于岩体结构面分级的抗剪强度确定法旨在研
究如何合理确定该参数值。结合结构面岩性、粗糙度、充填物和富水程度等特征，将软弱结构面按工程特性划分
为 5 级。在结构面分级基础上，以构造类似和地层岩性组合等条件基本相同的原位剪切试验成果作为基础资料，
分别按结构面等级差异和施工扰动影响进行参数修正，确定具体工点的结构面抗剪强度。修正因素包括结构面充
综上所述，可将影响结构面抗剪强度的主要因 素划分为 2 个部分：
(1) 结构面分级因素：结构面间有无充填物， 充填物性质、厚度和连续性是否起控制作用；结构 面的起伏情况和粗糙程度(包括层状岩的波状起 伏)；结构面岩壁的岩性、强度(指标低的一壁)及风 化程度；饱水程度。
(2) (施工)扰动情况：包括爆破振动、长期暴露 加剧风化、地下水浸润作用。
2 岩体结构面的工程分级
“级”的划分除了分门别类外，还包含量或等 级的区分。标准[3]和现行公路、铁路规范中的“岩 体”、“围岩”的划分都采用此类方法，实践证明“分 级”可以较好地指导工程实践。然而，在各种现行 规范、规程中岩体软弱结构面通常按“类”划分，
既与国家标准体系不一致，也不利于工程应用。在 部分岩石或岩体工程学相关书籍中也有结构面“分 级”的探讨，其主要思路是结合区域构造地质条件 按结构面规模大小划分[4]。这种“分级”过于宏观， 难以指导工程设计、施工。
(3) III 级，岩石为较软岩， Rc = 30～15 MPa， 风化明显，软弱结构面连通，其间为各种成因的岩 屑及其他物质充填，泥质含量重，充填物起控制作 用，富水程度较高；或为紧密接触的层面、整合面、 以及千枚岩、片岩、板岩、泥岩等的片理面、劈理 面及页理面。
(4) IV 级，岩石为软弱岩类，Rc = 15～5 MPa， 强风化，结构面连通，岩壁间有各种成因的泥膜或 为非黏性夹层，具有很薄的泥化层面，断层糜棱岩 带等，其中泥化夹层起控制作用。
以上因素中，起控制作用的通常是充填物的性 状和结构面的粗糙程度。但在特定环境下，其它某 个特定因素也会起控制作用。譬如，大爆破施工将 大幅降低结构面凝聚力；坡体开挖后长久暴露，结 构面受下渗水流浸润、软化，加上风化作用，强度 也会显著降低。 3.2 结构面抗剪强度确定原则
在分级基础上，结构面抗剪强度确定法为：以 构造类似和地层岩性组合基本相同的原位剪切成果 作为基础资料，按照具体工点与基础资料的结构面 分级差异及(施工)扰动影响两方面进行修正，确定 具体工程的结构面抗剪强度。
(1) I 级，岩石为坚硬岩类，饱和抗压强度 Rc ＞ 60 MPa，微～弱风化，结构面连通，岩壁粗糙，紧 密闭合，无任何充填物质，结构面不富水。
(2) II 级，岩石为坚硬～较坚硬岩类，Rc = 60～ 30 MPa，弱风化，软弱结构面连通，闭合～微张， 岩壁较粗糙，岩壁部分直接接触，部分为物质充填， 充填物一般为强度较高岩屑或角砾，结构面不富 水；断层影响带、挤压紧密的压碎岩带和片麻岩构 造带等。
填物、结构面起伏情况和粗糙程度、岩壁岩石抗压强度及风化情况、饱水程度、爆破或震动影响等 5 个方面。经
重庆一高速公路顺层边坡工程验证，该方法具有较强的工程实用性，是一种便于推广应用的新型结构面抗剪强度
确定法。
关键词：岩石力学；抗剪强度；结构面；原位剪切试验
中图分类号：TU 45
文献标识码：A
文章编号：1000–6915(2008)增 2–3547–06
1引言
岩体结构面抗剪强度是岩质边坡稳定分析的重
要力学参数，如何合理取值一直是工程界的难题。 常用的取值方法主要有 3 类：(1) 根据试验(原位剪 切试验或室内直剪试验)分析选取。(2) 按规范或估 算法选取。规范主要有国标、水利及铁路等行业规
收稿日期：2007–06–14；修回日期：2007–08–04 作者简介：向 波(1973–)，男，1996 年毕业于西安建筑科技大学建筑工程系工业与民用建筑专业，现为博士研究生，主要从事岩土工程方面 的勘察设计与研究工作。E-mail：xiangbo215@sina.com
杨子文等曾于 1983 年对岩体软弱结构面的工 程分级及剪切参数估计进行分析研究，在整理约 350 组实测资料基础上提出分级评定标准。本文结 合国家标准、规范分级体系和杨子文等的研究成 果[5～15]，在考虑结构面抗剪强度主要因素基础上， 对工程建设中常见的结构面进行“分级”。
岩体软弱结构面的成因、性质均有极大的差 异，其抗剪强度往往相差悬殊。主要影响因素有： (1) 结构面两侧岩壁岩性、强度及风化程度；(2) 结 构面的粗糙度；(3) 结构面间有无充填物以及充填 物的性质和厚度；(4) 地下水赋存条件及充填物质 的含水程度。结合上述因素，将岩体软弱结构面划 分为如下 5 级：
实质上原位剪切试验的离散性也反应出结构面 抗剪强度“级”的差异，充分分析和利用这些有限 的可靠资料是至关重要的。本文提出的结构面抗剪 强度确定法是：(1) 首先根据结构面岩壁特性、粗 糙度、充填物特征和赋水程度等因素对软弱结构面 进行工程分级；(2) 选取与设计工点结构面等级相 近的原位剪切试验值作为基础资料，分别按结构面 等级差异和(施工)扰动影响对基础数据进行修正， 确定具体工程的结构面抗剪强度。通过重庆一高速 公路顺层边坡的实践验证，结构面分级基础上的抗 剪强度确定法可以较好地指导工程实践。该方法充 分利用了原位剪切试验成果，具有参数可靠、适用 性强、经济、节省工期等优点，是一种便于推广应 用的新型结构面抗剪强度确定法。