结构面的抗剪强

一 . 结构面的抗剪强度
在一定的n下，随的增大而增大，当结构 面开始滑动时，增大到最大，称为结构面 的内摩擦角（最大静摩擦角），用j来表示。 则结构面的抗剪强度
而滑动时的摩擦角称为残余内摩擦角（动摩 擦角），用k来表示， 可知k< j。
一 . 结构面的抗剪强度
2. 规则齿形结构面的抗 剪强度(楔效应)
1）Patton（佩顿）公式 Patton采用理想化的规 则齿形结构面的石膏模 型进行试验。
一 . 结构面的抗剪强度
(1) 较小时 只产生爬坡，设
锯齿的起伏角为i
tg tg j i
n
ntg j i
n
i
一. 结构面的抗剪强度
j i (爬坡角)
பைடு நூலகம்
n i
R
j
j i (落坡角)
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第四章 岩体的基本力学性能
第一节 岩体结构面的分析 第二节 结构面的变形特性 第三节 结构面的力学效应 第四节 碎块岩体的破坏 第五节 岩体的应力—应变分析 第六节 岩体力学性能的现场测试
第三节 结构面的力学效应
面上的凸起不可能一点不遭破坏；而在 较高法向应力下，结构面上的凸起也不 可能均被剪断。因此Patton公式只是代表 两种极端情况下结构面的抗剪强度。
一. 结构面的抗剪强度
2）Ladany公式
考虑了结构面在剪切过程中的既
爬坡又切齿的破坏机理。
n
tgi tg j 1 as ntg 1 tgi tg j 1 as
Barton经过300块天然结构面的剪切试 验，经统计分析后，得出一经验公式 计算结构面的剪切强度。
一 . 结构面的抗剪强度
1）Barton公式
中低应力n时
ntg
JR
C
lg
JCS
n
b
高应力n时
式中
ntg
JRC
lg
1 n
3
b
JRC－结构面的粗糙度系数；
JCS－结构面的面壁强度;
n< T 爬坡 n> T 切齿 b. T的大小
Ttg j i T tg c
T
tg j
c i
tg
T随i的增大而减小
一 . 结构面的抗剪强度 n
n
i
i
j+i2
j+i1
T2
T1
爬坡与切齿
i1<i2
一. 结构面的抗剪强度
c. 不足之处 没有表现既爬坡又切齿的破坏机理。 事实上，在极低的法向应力下，结构
一 结构面的抗剪强度
1. 面摩擦（平整的结构面） 2. 规则齿形结构面的抗剪强度
1）Patton（佩顿）公式 2）Ladany（勒单尼）公式 3. 不规则齿形结构面的抗剪强度
Barton（巴顿）公式
一 . 结构面的抗剪强度
1. 面摩擦（平整的结构面）
tg
n
－摩擦角（倾斜角）
n
滑块在地面滑动
a. 峰值剪应力减小 b. 峰值剪切位移增大 c. 从脆断向软弱型过渡 d. 扩容减小
一 . 结构面的抗剪强度
抗剪强度公式的比较
有人作过比较，如图所示。 当法向应力较低时，JRC ＝20时的Barton方程与 Ladany方程基本一致。随 着法向应力增高，两方程 差别显著。
b －结构面基本摩擦角。
标准粗糙度剖面JRC
一 . 结构面的抗剪强度
2) Barton公式讨论
(1) 物理意义 引用附加爬坡角的概念；
JRC lg JCS i
n
JRC
lg
1 n
3
i
计算值即为角度， 无需换算
一 . 结构面的抗剪强度
(2)强度的影响因素
a.粗糙度系数JRC， Joint Roughness Coefficient。 b.面壁强度JCS， Joint Compress Strength。 c. 基本摩擦角b
R n
i
j
一. 结构面的抗剪强度
(2) 很大时
限制沿锯齿面爬坡滑动，锯 齿在剪应力作用下被剪断。结
n
构面抗剪强度由两壁岩石材料 抗剪断强度决定。
i
ntg c
式中 、c－结构面两壁岩石 材料内摩擦角和内聚力。
一 . 结构面的抗剪强度
(3)Patton公式的讨论 a .对于一定的起伏角i，存在一临界T，当
一 . 结构面的抗剪强度
(3)两个特例
as=0时，
ntg j i 只产生爬坡
as=1时，
ntg c
(4)不足之处
不产生爬坡，切齿
a.公式较复杂，参数多，不易求；
b.描述的只是规则齿型结构面。
一 . 结构面的抗剪强度
3. 不规则齿形结构面的抗剪强度 结构面的表面形态很少是规则的。
cas
as—剪切面积比，为被剪断锯齿的 面积与剪切面的总面积比。
n
A
A
as
A
A
一 . 结构面的抗剪强度
Ladany公式讨论 (1)物理意义明确，同时考虑爬坡和切齿
效应，弥补了Patton公式的不足； (2)引入剪切面积比as的重要概念，合理地
分摊了结构面在剪切过程中，爬坡和切齿 破坏机理所作出的贡献。
为岩石平滑锯开面的内摩擦角，方法：取结构面壁岩石试块，将试 块锯成两半，去除岩粉并风干后合在一起，使试块缓缓地加大其倾 角直到上盘岩块开始下滑为止，此时的试块倾角即为b。
d. 正应力n。
一 . 结构面的抗剪强度
3) 结构面的尺寸效应
结构面的力学特性与试 验时所取的试件的大小有 关。随剪切面积的增大