岩体力学-第四章 岩体的基本力学性能3

岩体力学（2011-2012学年）
第三节 结构面的剪切强度特性
1）Barton公式
JCS n tanJRC lg b n
JRC:结构面的粗糙度系数 JCS:结构面的面壁强度
b :结构面基本摩擦角
2015-4-17
岩体力学（2011-2012学年）
岩石 结构面
2015-4-17
岩体力学（2011-2012学年）
第四节结构面的力学效应
(2)公式推导（ 1 , 3 坐标下）
利用正弦定律确定计算公式
1 3 1 3 C j ctg j 2 2 sin j sin 2 j 1 3 1 3 sin 2 j C j ctg j sin j 2 2 1 sin(2 j ) sin j 3 sin 2 j sin j 2C j cos j
岩 体 力 学
Rock Mass Mechanics
第四章 岩体的基本力学性能
李旺林
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 结构面的剪切强度特性
第四节 结构面的力学效应
第五节 岩体力学性能的现场测试
2015-4-17
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第三节 结构面的剪切强度特性
β——爬坡角
(2)水平推力作用于齿形斜面提供的摩阻力
由于齿形斜面，水平力产生垂直于斜面的分量
S2 S tg tgn
2015-4-17
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第三节 结构面的剪切强度特性
(3)无扩容条件下正压力提供的摩阻力
S3 N tgn
(4)切齿所需的力
S4 N tg0 AC0
2015-4-17
岩体力学（2011-2012学年）
第四节结构面的力学效应
(4)孔隙水压的影响
结构面的强度影响
有效应力 ' pw 代入下式
3 sin cos j C j cos j 1 cos sin j
得：
1 3 1 3 sin 2 j pwj C j Ctg j 2 2 sin j
1 3

1 cos 2 1 2 cos 2 1 ctg sin 2 2sin cos
百度文库
2015-4-17
岩体力学（2011-2012学年）
第四节结构面的力学效应
1 3
sin 2 1 tg j ctg
2 3tg j 2C j
2015-4-17
岩体力学（2011-2012学年）
力学效应例题
一带有单一结构面的试件中. 已知岩石的强度 参数 c=2.0MPa , =30 ° 结构面的强度 参数为 c j =0.02(MPa)
j =30°, =40 ° 当作用的
3 =4.0(MPa)时
2015-4-17
岩体力学（2011-2012学年）
结构面的形态
面摩擦效应
楔摩擦效应 转动摩擦效应
滚动摩擦效应
2015-4-17
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第三节 结构面的剪切强度特性
一 . 结构面的面摩擦效应
结构面表面平整，荷载作用表现为摩擦特性
2015-4-17
岩体力学（2011-2012学年）
第三节 结构面的剪切强度特性
二. 结构面的楔摩擦效应
c1 c 2
2015-4-17
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第四节结构面的力学效应
(6) C 的影响 当结构面的C值为零时，其公式变得非常简单：
1
sin cos j cos sin j
3 3tgctg j
1 3 c
或
0
C tg
2
破坏角： 45 1 sin 1 sin
2C cos c 1 sin
极限状态： 强度线与极限应力圆相切
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2015-4-17
第四节结构面的力学效应
2、结构面的强度
曲线中的谷底值。
2015-4-17
岩体力学（2011-2012学年）
第四节结构面的力学效应
c. 破坏 的范围 当 j 900 可能沿结构面破坏；
1 (a点） （ 2 b点）
2015-4-17
岩体力学（2011-2012学年）
第四节结构面的力学效应
当 1或2 时，既沿结构面破坏，又发 生岩石破坏；1 、 2 是发生结构面破坏的确 切范围。
2. 规则齿形结构面的抗剪强度(楔效应)——
勒单尼Ladany公式 1)公式推导 结构面抗剪强度是由四个分量组合成，同时 考虑了结构面在剪切过程中的既爬坡又切齿的破 坏机理。
2015-4-17
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第三节 结构面的剪切强度特性
(1)剪切扩容提供的摩阻力
剪切扩容现象
S1 N tg
3 sin 2 tg j cos 2 tg j 2C j ( 1 3 ) sin 2 tg j cos 2 tg j 2 3 tg j 2C j
2015-4-17
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第四节结构面的力学效应
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力学效应例题
结构面:
1
3 cos j sin c j cos j sin j cos
力学效应例题
试求: (1)试件将产生何种性质的破坏？并画出极限应力 图与强度线的关系； (2)其破坏角为多大？ (3)当 3 =4.0MPa ， 1 =15MPa 时，在多大的 孔隙水压力作用下，试件才能破坏？并画出相应 的莫尔圆与强度的关系。
2015-4-17
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2015-4-17
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第四节结构面的力学效应
1 sin 2 sin j j
2C j cos j 3 sin 2 sin j j
1 2 cos sin j
0

结构面的强度表现出明显的各向异性
2015-4-17
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第四节结构面的力学效应
节理面上的力学分析
2015-4-17
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第四节结构面的力学效应
b. 强度变化的最小值
0
j 当 min 45 2 1 min
(1)结构面的破坏状态
作用在结构面的应力状态


fj C j tg j
2015-4-17
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第四节结构面的力学效应
极限应力圆上只有一点代表结构面的应力状态； 作用在结构面上的剪应力等于结构面的剪切强度；
结构面的破坏状态表现为结构面的强度线与极限 应力圆相割。
2015-4-17
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第四节结构面的力学效应
Q sin sin 2sin 2
m cos 2
sin 2 j sin j 2sin cos j sin 2 j sin j 2 cos sin j
力学效应例题
解:
(1)先分别计算岩石和结构面的极限应力
岩石:
1 3 c
1 sin 3 1 sin
2 c cos c 6.93MPa 1 sin
1 4 3 6.93 18.93MPa
2015-4-17
1. 规则齿形结构面的抗剪强度(楔效应)——
帕顿Patton公式
2015-4-17
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第三节 结构面的剪切强度特性
T T
tg j C j tg j
2015-4-17
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第三节 结构面的剪切强度特性
2015-4-17
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第四节结构面的力学效应
1 3 sin 2 1 3 1 3 cos 2 tg j 2C j
1 sin 2 tg j cos 2 tg j
第四节结构面的力学效应
（3）结构面强度影响因素 a任意取定 3 时， 对强度的影响 a）岩石的强度与
无关
1 3 c
2015-4-17
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第四节结构面的力学效应
b）结构面的强度随 角变化
3 cos j sin C j cos j 1 sin j cos j 90
第四节 结构面的力学效应
一. 单一结构面的力学效应
1, 3 正应力作用,
结构面的方位角
1
强度有两部分组成，即：
3
岩石和结构面
强度都满足
C tg C j tg j
2015-4-17
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第四节结构面的力学效应
1、完整岩石的强度
2015-4-17
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第四节结构面的力学效应
3、讨论 (1)实际强度取完整岩石强度和结构面强度的小值 （两者的强度都按直线型考虑） (2)若发生岩石破坏，则岩石的强度线与极限应力 圆相切，若发生沿结构面破坏，则结构面的强度线 与极限应力圆相割；
2015-4-17
岩体力学（2011-2012学年）
岩体力学（2011-2012学年）
2015-4-17
第四节结构面的力学效应
岩石强度的影响
1 3 c
pwr
3 c 1 1
取两者中的小值
2015-4-17
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第四节结构面的力学效应
(5) 3 的影响 随 3 的增大其强度也将 随之提高。
3 2sin cos j 2C j cos j
1
2015-4-17
3 cos j sin C j cos j
cos sin j
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第四节结构面的力学效应
公式另一种表达方式
( 1 3 ) sin 2 tg j cos 2 tg j 2 3 tg j 2C j 2 3 tg j 2C j sin 2 tg j cos 2 tg j 2 3 tg j 2C j 1 cos 2 sin 2 1 tg j sin 2
2015-4-17
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第三节 结构面的剪切强度特性
3. 不规则齿形结构面的抗剪强度——
巴顿（Barton）公式
结构面的表面形态很少是规则的
Barton经过三百块天然结构面的剪切试验，
统计分析后，得出一经验公式，该公式采用半定
量计算的方法，评价结构面的剪切强度。
2015-4-17
f C j tg j 1 3 1 3 cos 2 2 2 1 3 sin 2 2 1 3 1 3 1 3 sin 2 C j cos 2 tg j 2 2 2