浅述节理岩体强度参数的确定方法
岩质边坡岩体节理结构面抗剪强度的确定方法
岩质边坡岩体节理结构面抗剪强度的确定方法作者：刘远亮韩佳泳徐标来源：《城市建设理论研究》2013年第31期摘要：在岩质边坡地质勘察工作中，岩体节理结构面的抗剪强度是岩质边坡勘察要确定的重要参数，而节理结构面抗剪强度的确定一直是该领域的技术难题，本文将提出一种新的、操作性强的方法，利用抗圧试验求取节理结构面抗剪强度，并应用到实际边坡勘察工作中，实践证明，通过该方法确定的结构面抗剪强度更接近实际情况并更具有实用意义，而且操作、计算方便，对类似的边坡工程有一定参考价值。
关键词: 地质勘察；节理结构面；抗剪强度中图分类号：U213.1+3文献标识码：A引言结构面是岩体中力学强度较弱的部位或岩性相对软弱的夹层所构成岩体的不连续面，包括了一切的地质分离面。
不同的结构面，其力学性质不同、规模大小不一。
节理是岩石中的裂隙，其两侧岩石没有明显的位移。
地壳上部岩石中最广泛发育的一种断裂构造，而岩体节理结构面抗剪强度是岩质边坡地质勘察工作要确定的重要力学参数，也是影响边坡稳定性的重要因素之一，因为边坡岩体的破坏通常大多是沿结构面发生破坏的，符合―最弱环节‖原理。
目前如何求取节理结构面抗剪强度一直是工程界的技术难题。
节理结构面抗剪强度常用的求取方法主要有以下3种：(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范标准等。
(3)利用极限平衡法或数值分析进行反演确定。
岩体节理结构面抗剪强度确定方法本文提出一种新的方法，利用―抗圧试验求取节理结构面抗剪强度‖。
1、计算原理：在岩石单轴抗压强度试验中，有大量的试验块体在轴向应力作用下未产生抗压性碎裂破坏，而是沿着岩石的节理面滑动分离成二块（见图1），这类破坏模式计算的抗压强度并不是真正的岩石单轴抗压强度，其数值与典型碎裂破坏模式的抗压强度严重偏小，不宜参加抗压强度标准值的统计计算。
而利用这类破坏模式的实验数据，可求得沿节理面滑动的抗剪强度，即节理结构面的抗剪强度。
岩体等效强度参数确定的理论和方法
若施加均均匀应变荷载，则复合介质等效为均 匀介质的弹性应变能为
U= 1 E ε 2V 2 (3)
中
提到了塑性余能的概念，对某一结构体，在给定外 荷载作用下，结构体的塑性余能可用于评价其稳定 性[6]，塑性余能综合反映了的材料变形和强度参数。 鉴于此，本文基于能量等效的研究思路对复合 介质的等效变形参数和强度参数进行研究。具体采 用余能(弹性余能、塑性余能)等效的方法，从 2 个
THEORY AND METHOD OF DETERMINING EQUIVALENT STRENGTH PARAMETERS OF ROCK MASS
YANG Qiang1，CHEN Yingru2，LIU Yaoru1，ZHOU Weiyuan1
(1. State Key Laboratory of Hydroscience and Hydraulic Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China； 2. China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China)
改进的节理岩体强度参数经验确定方法及工程应用
ｏ ｔ ｔ ｉ ｏ ｔ ｎｏ ｔ ｍ， ｉ ｒｖｓ ｈｔｈｓｕ Ｋｘａ ｇ ａ ｂ ｔ ｎ ｌ ａｄａ ｅ ｗ ｙ ｔ ｅ ｐ ｌ ａｏ ｅ ａ ｗｈ ｈｐｏｅ ａ ｔｉｒ ｔ ｌｏ ｙｉｆ ｓ ｌａｄｒ ｏａ， ｎ ｎｗ ａ ｈ ａｙ ｃ ｉ ｆ ｈ ｄ ｃ ｔ ｅ ｌ ｓ ｅ ｉｅ ｎ ａ ｉ
Ｚ ＨＡＮＧ ｈ—ａ ｇ， ＡＯ ｕ —ｈｎ Ｚ ｉ ｎ ＱＩ ｇ Ｃｈ ｎｓｅ ｇ
（ ｃ ａｌ ｆ ｉｌ ｎ ｉｅｒ ｇａｄＡｒ￣ｔ ｔｒ， ｅｉ ｉ ｔｎ ｎｖｔｋ ， Ｓ ｈｏ ｏ ｖ ｇ ｅｉ ｃ ｅ ｕｅ Ｂ ｉ ｇＪ ｏｏ ｇＵ ｉｅ ｙ Ｃ ｉＥ ｎ ｎ ｎ ｃ ｊ ｎ ａ ｓ ｉｇ１０ ４ Ｃ ｉａ ｎ ００ ４，ｈｎ ）
锄一
ｐ ｃｌ ｅ ｒ ｎｔ ｎ ｔ ａａ￣ ｅ ， ｈｔ ｙ “ｉ ｆ ｔ ｅｕ ｔ ｃｏ＇ａｄ“ ｉ ｅ ｃ — ｉ ａ ｄｔ ｍｉａｏ ｏ ｓ 即ｇｈｐｒｎ ｔ ｓ ｔａ ｔ ｓ ， ｓｅｅ ｅ ｄ ｃ ｏ ｆ ｔ ’ ｅ ｉ ｆ ｎ ｒ ｓ ｉｏ ａ ｚ ｆｃ ｒ ｉ ａ ｒ ｎ ｊ ｎ ｄｒ ｋｒ ｎ ｏｔ ｏ ｅ
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实测抗 压 强度值 接近 ， 以往 的 经验确 定方 法 更加 准确 ， 明 了节理岩 体 强度 的 降低是 尺 寸效应 与 较 证
节理化综合作用的结果 ， 为节理岩体强度参数的研 究提供 了一条新的思路 ． 关 键词 ： 节理岩 体 ； 强度参 数 ； 经验 确 定方法 中圈分 类号 ： Ｊ５ ４２ 文献 标识 码 ： Ａ
岩体结构面抗剪强度参数取值方法综述
岩体结构面抗剪强度参数取值方法综述引言：岩体结构面的强度是岩体力学特性中的一个重要参数，它对于岩体的稳定性和工程施工具有重要影响。
岩体结构面抗剪强度参数的准确取值是岩体力学研究中的一个重要问题。
本文综述了近年来关于岩体结构面抗剪强度参数取值方法的研究进展和应用情况。
一、传统取值方法1.刚度比法：该方法是通过测量岩体结构面位移和正常应力的变化，计算结构面的刚度比值。
刚度比值的大小与抗剪强度参数有关。
2.负载试验法：该方法是通过进行室内或现场的岩石试验，测量不同应力下岩体结构面的位移和正应力，根据剪切位移与正应力的关系确定抗剪强度参数。
3.断裂力学法：该方法是基于断裂力学理论，通过对岩体结构面断裂机理的研究，推导出抗剪强度参数的计算模型。
以上三种传统的取值方法都存在一定的局限性，例如需要大量的试验数据和经验参数，且结果的准确性受人为因素影响较大。
二、现代取值方法1.数值模拟法：该方法利用计算机仿真的技术手段，建立岩体结构面抗剪强度参数的数值模型，通过不同工况下的数值模拟计算，得到抗剪强度参数。
2.获取实测数据：该方法通过在实际工程中对岩体结构面进行监测，测量结构面的位移和应力等参数，从而直接获取抗剪强度参数。
3.统计学方法：该方法利用大量的岩体结构面力学试验数据，通过统计学方法对数据进行处理，得到抗剪强度参数的统计特征，并进行参数估计。
现代取值方法相较于传统方法具有更高的精度和准确性。
数值模拟法可以通过模拟不同的工程情况，得到更具代表性的抗剪强度参数。
获取实测数据的方法能够真实反映结构面的实际工况和力学特性。
统计学方法则可以通过大量的数据分析，得到更加可靠的参数估计结果。
与此同时，近年来还出现了一些基于机器学习和深度学习的方法，通过利用大量的数据训练模型，得到更精准的抗剪强度参数预测结果。
这些方法在理论和实际应用中都取得了一定的成功。
结论：岩体结构面抗剪强度参数取值方法多种多样，传统方法和现代方法各有特点。
岩体强度分析及其计算方法
2 sin cos pw 3 1 3 cos tg j tg j cj
(7-60)
7.4.3 结构面方位对强度的影响
结构面处于极限平衡状态时另一种形式表示的 公式（结构面方位用倾角β 表示）：
1 3
1 tg
2c j 2 3 t g j
j
ctg sin 2
(7-50)
式中cj、φj均为常数。假如σ3固定不变，则上式 的σ1- σ3随着β 而变化。上式是当σ3固定时，破 坏时应力差σ1-σ3随β 而变化的方程式。 当结构面为平行于σ1时或结构面(法线)与σ1成φj 角时，在σ3固定的条件下，可无限增大，结构面 不致破坏。只有当结构面β 满足 j / 2 时，才可能沿着结构面发生破坏。
f c j tg j
式中σ------ 节理面上的正应力
(7-46)
7.4.2 节理岩体强度分析
节理面的抗剪强度一般低于岩 石的抗剪强度。当岩体内代表 某点应力状态的应力圆与节理 在强度线相切或甚至相割时， σ 岩体是否破坏，还要看应力圆 代表该节理面上应力的点在哪 一段圆周上而定。设岩体内有 一节理面mm，其倾角为β (亦 即节理面法线与大主应力成β 角)，见图7-28。
7.4.1 均质岩体强度分析
当岩体内某点的两 个主应力σ1和σ3达 到上述关系，该点 就处于极限平衡状 1 3 sin ( 极限平衡 ) 态。为了判断岩体 2cctg 1 3 的稳定或不稳定， 可采用右列判别式： 1 3 sin (不稳定) 1 3 2cctg
岩体强度分析 及其计算方法
7.4.1 均质岩体强度分析
岩体力学特性及其参数确定
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基于Hoek- Brown强度准则的岩体力学参数确定方法 基于Hoek- Brown强度准则的岩体力学参数确定方法
GSI(地质强度指标)表征岩体破碎程度以及岩块镶嵌结构; mi 是完整岩石的岩性系数; D 是岩体遭受破坏和应力释放而引起 扰动程度的一个衡量因子。
大量的岩石三轴试验表明：岩石的塑性软化特性和剪胀性是岩石材料的特有性质，研究煤矿巷道围 岩稳定性时，尤其要充分考虑这两大特性。
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一、描述岩体力学特性的参数
岩体力学参数的合理确定
岩石的力学参数是通过实验室三轴压缩试验获得的，主要包括杨氏模量E、材料的泊松比μ、抗 拉强度σt、体积力γ、粘聚力C、内摩擦角 、剪胀角ψ等。
在岩土工程中，一般常用粘聚力和内摩擦角描述岩石的力学特性。本文从工程实用的角度出发，根据粘聚力和内摩擦 角的概念，引入广义粘聚力、广义内摩擦角和广义剪胀角，以此描述岩体的力学特性。
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一、描述岩体力学特性的参数
岩体力学参数的合理确定
根据库仑准则τ=C+σtan，τ是C和tan的线性函数，可以通过弱化C 和tan 来描述岩石的峰后软化特性。根 据实验室试验，假设C和tan服从软化规律：
目前的处理方法大多只能是从宏观上来把握这种材料的力学特性，即把握岩体的宏观力学特 性，并在某种假定下对问题进行简化，如简化为平面应变问题，或开展大量的现场试验研究。
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岩体的力学特性
岩体破坏可以分为脆性破坏和塑性破坏两种形式。
由于岩体赋存环境的变异性，不能期望得到岩体参数的精确值，只能通过实验室试验或通过对岩体宏观特性的统计 分析来预测或估算岩体强度和变形的可能范围。
岩体结构面抗剪强度参数确定方法的探讨
岩体结构面抗剪强度参数确定方法的探讨（中冶沈勘工程技术有限公司，辽宁，沈阳，110016）【摘要】岩体结构面抗剪强度参数是工程设计及施工中重要的参数，常用室内外力学试验、经验估算试验和反演分析试验三种方法确定，基于工程实际要求的可靠性及精准性，在不考虑其他条件的情况下，采用灰色关联分析的方法，将数据进行关联度的分析，在三种方法中关联度最大的则认为可能最具有代表性和最精准的。
结果表明，在三种方法中室内外力学实验应该是最为精准的，在条件允许的情况下，建议最好采用室内外力学实验来确定抗剪强度参数。
【关键词】抗剪强度参数；室内外力学试验；经验估算方法；反演分析方法；灰色系统关联分析一、引言研究岩体结构面的工程特性已经是现在工程建设中最具有现实意义的事情。
在影响岩体稳定性中，岩体结构面的抗剪强度是主要的因素之一，而岩体结构面的抗剪强度的确定主要根据岩体结构面抗剪强度参数的数值，所以岩体结构面抗剪强度参数在工程设计及计算中已成为重要的参数之一，它决定了工程岩体边坡破坏的可能性，掌握合理准确的抗剪强度参数对工程建设有着非常重要的意义。
本文主要结合岩体结构面不同的性质特征及三种常用的取值方法，找到一种相对比较优化选取的方法，可以更加准确的快捷的确定岩体结构面的抗剪强度参数。
二、岩体结构面的分类由于岩体结构面形成条件不同、经过的地质作用复杂不同，导致其分布形态多种多样，所具有的力学性质就存在着不同的差异，根据岩体结构面所具有的诸多特点，有多种分类方法将其分为不同的结构面类型.2.1岩体结构面按其形成机理分类大致分为原生、构造和次生结构面三类，①在成岩的地质作用过程中形成的结构面称之为原生结构面，包含沉积作用形成的沉积结构面、岩浆侵入冷凝固结作用形成的火成结构面和变质作用形成的变质结构面，所以原生结构面包括沉积结构面、岩浆岩结构面和变质结构面三种类型。
②在岩体形成之后，在构造作用过程中形成的破裂面，包括节理、劈理、断层和层间错动面等称为构造结构面。
应用连通率法确定节理岩体边坡强度参数
应用连通率法确定节理岩体边坡强度参数【摘要】节理岩体中存在的结构面对岩体综合强度参数有很大影响，研究岩体强度参数，必须弄清结构面在岩体内的分布情况。
目前对于节理岩体综合强度参数的确定有多种方法，只有连通率法能够从本质上反映结构面对岩体力学强度的影响。
相对于其他的连通率计算方法，“带宽投影法”较为简单，辅以计算机编程，较易应用于岩土工程实践。
本文结合工程实例，在综合分析工程地质条件（节理分布、规模等）的基础上，依据边坡岩体结构面统计资料，应用“连通率法”对深圳大鹏某边坡岩体综合抗剪强度参数做了分析，结果表明该方法对节理岩体边坡的参数确定有一定的合理性和有效性。
【关键词】节理岩体；连通率；带宽投影法；岩体综合强度参数Determination of slope shear strength parameters of joint rock masses by persistence ratioZhang Ling-shuai1,Han Guo-dong2(1.Shenzhen Gongkan Geotechnical Engineering Co., Ltd, Shenzhen518026,China2.Construction Engineering College of Jilin University，Changchun，Jilin 130026）【Abstract】The discontinuity in rock mass has great influence on its mechanical properties. In order to study the strength parameters of rock mass, we must know the distribution of discontinuity for rock mass. At present, there were many primary means indetermination of shear strength parameters of joint rock mass, but only the persistence ratio method can reveal essentially the joint plane influence on rock mass mechanical parameters. Compared with other methods of computing persistence ratio, the bandwidth projection method was more simple, and can be applied easily to geotechnical engineering practice on the basis of computer programming. This article based on comprehensive analysis of engineering geological conditions and joint statistics material of slope mass, making analysis on the comprehensive mechanical strength parameters of rock slope. The evaluation results on rock mechanical parameters by “persistence ratio method” show that the method had rationality and effectiveness for the assessment of joint rock mass. 【Key words】Joint rock mass;Persistence ratio;Bandwidth projection method;Comprehensive mechanical parameters of rock mass1.前言工程岩体强度参数的确定是岩土工程学界的一大难题，由于岩体是由岩桥和各种结构面的组合，其岩体强度参数受岩桥强度、矿物成分、胶结程度以及结构面密度、连续性、形态、发育程度、规模大小和与岩体临空面产状组合关系等因素影响，使岩体综合强度参数的确定变得非常困难，再加上其它因素，如地下水、地应力分布、时空效应等因素的影响，使得岩体强度参数的确定更加困难。
节理岩体强度特征及宏观力学参数确定方法研究
节理岩体强度特征及宏观力学参数确定方法研究一、研究背景矿山开采工作不可避免会受到岩体强度的制约，有效的识别岩体强度特征就显得格外重要。
段节理岩体的强度受岩性、结构及其复合的影响，它的宏观力学特性会极大影响矿山的开采进行情况。
为了实现对段节理岩体强度特征的有效识别及量化描述，针对相应的实际段节理岩体进行系统的试验和应用研究是必要的，并从测试及应用数据中确定段节理岩体强度特征及宏观力学参数具有重要意义。
二、研究内容本研究以某矿山段节理岩体为研究样本，对其强度特征及宏观力学参数进行确定，该矿山段节理岩体分布在两个相对独立的断裂系统中。
在此基础上，探讨以下主要问题：1.通过试验研究，确定不同断裂系统中段节理岩体的静力学参数，如破坏强度、塑性抗拉强度及抗压强度等。
2.分析影响不同断裂系统段节理岩体强度特征的主要因素，并确定影响它们联合应力——应变关系的破坏模型及宏观力学参数。
3.建立并结合断裂系统形态、隆起水平和机理学特性的大规模试验体系统，提高断裂系统上段节理岩体的模拟测试效率。
4.分析各断裂系统段节理岩体力学参数与岩性、结构参数的关系，为段节理岩体宏观力学参数确定提供理论依据。
本研究将探讨不同断裂系统段节理岩体的体积力学特性及形变后岩体的变形特性，以确定该矿山段节理岩体的宏观力学参数，为其更有效开采提供科学依据。
三、研究方法1.首先，准备岩石样本，进行岩石薄片切片及显微测试，获取岩体的组成结构特性及岩性参数；2.选择该研究区域内包含不同段节理岩体样本，结合实际开采情况，分析不同断裂系统段节理岩体的破坏模式及其影响；3.绘制出断裂系统段节理岩体联合应力——应变关系曲线，确定段节理岩体的静力学参数；四、结论综上，本研究是以某矿山段节理岩体强度特征及宏观力学参数确定方法为研究目标，主要利用实际段节理岩体数据，采用宏观力学试验方法、和大规模测试体系，结合分析理论，就有效的确定段节理岩体的强度特征及宏观力学参数进行系统研究，为矿山开采提供有益指导。
12工程岩体参数的确定(精)
1、岩体强度参数的确定 （1）岩石单轴抗压强度 利用标准试件在室内测定岩石单轴抗压强度
P A
岩石试件的强度
c
大于岩体的强度
Rc
：
Rc c
(
v pm v pr
)2
为折ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ系数。
对于 完整岩体 > 0.75，块状岩体 =0.4-0.75，碎裂状岩体 <0.4。
1 sin c Rc 2 cos 2 m Rc
例题
2、岩体变形参数的确定 （1）弹性模量 E
e
e
p e 变形模量 现场测定岩体弹性模量和变形模量的方法 主要有：承压板法、独缝法、环形试验 法等。用承压板法岩体变形参数计算式 为：
E0
d (1 ) p E 4
1c
mp Rc
以上也是由试验得出的岩体破裂准则。 例题 （3）岩体抗剪强度参数 有粘聚力c和内摩擦角
破坏机理：（基本思想）材料属压剪破坏，剪 切破坏力的一部分用来克服与正应力无关的 粘聚力，使材料颗粒间脱离联系；另一部分 剪切破坏力用来克服与正应力成正比的摩摩 力，使面内错动而最终破坏。
RQD
l
L钻孔总长
i
10cm
100 %
工程实践说明，RQD是一种比岩芯采取率更好的指标。
例 某钻孔的长度为 250cm，其中岩芯采取 总长度为 200cm, 而大 于 10cm 的岩芯总长度 为 157cm( 图 5-2) ，则
岩 芯 采 取 率 ： 2 0 0 / 2 5 0 = 8 0 % RQD=157/250=63%
Ee Ed
— 为折减系数（也称为岩体完整 性系数）按1-4选取。
大体积节理化岩体强度与力学参数
第5期
2004 年 3 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
23(5)：777～780 March，2004
大体积节理化岩体强度与力学参数
韩凤山
(太原理工大学矿业工程学院 太原 030024)
＊
摘要பைடு நூலகம்
节理化岩体强度与力学参数可根据 Hoek-Brown 准则进行估计。然而，推广之后的 Hoek-Brown 准则确定地
式中：σ 1 为岩体破坏时的最大主应力；σ 3 为岩体破 坏时的最小主应力；σ c 为组成岩体的完整岩块的单
2002 年 5 月 20 日收到初稿，2002 年 7 月 4 日收到修改稿。 * 太原理工大学“211”校长基金(100216)资助项目。 作者 韩凤山 简介：男，1962 年 2 月生，博士， 1983 年毕业于东北工学院矿山建筑专业，现任副教授，主要从事地下建筑工程专业的教学与科研工 作。
(10)
由式(10)可反求出该岩体的内聚力 c， 内摩擦角 ϕ ；岩体的抗拉强度由式(2)中令 σ 1 = 0 解出；节理 化岩体的抗压强度可由方程(9)中令 σ 3 = 0 而得到； 岩体的变形模量可由下式来估计[1]： Em =
−10 σ c GIS 10 40 100
由已确定出的该岩体所遵循的 Hoek-Brown 方程估
Jv=1 80 Jv=2 Jv=3 Jv=4 Jv=5 Jv=6 Jv=7 Jv=8 Jv=9 Jv=10 Jv=14 Jv=18 Jv=22 Jv=26 Jv=30 20 30 40 70
非 常 块 状 由四个或更多不连 续面形成的具有多 面角状部分扰动相 互连接的块状岩体 3＜Jv ≤10 块状 / 褶曲 由许多相互交错的 不连续面形成的具 有角状块体的褶曲 和（或）断层 10＜Jv ≤30
岩体力学参数确定的方法
岩体力学参数确定的方法岩体力学参数的确定方法在岩石工程实践中,首先需要了解其研究对象―――工程岩体的力学特性,确定其特性参数。
力学参数的合理确定在岩石力学的研究和发展过程中始终是难题之一。
在应用工程力学领域, 如果原封不动地借用经典理论力学的连续性假设和定义,会出现理解上的毛病。
必须考虑假设的合理使用范围和各物理量的适用定义。
本文就地下岩体工程根据侧重的点不同对岩体参数的确定方法进行探讨。
一．传统岩体参数的确定方法地下巷道、硐室开挖后，围岩产生应力重分异作用,径向应力减少,切向应力增加,并且随着工程不断推进,岩体应力状态不断改变。
巷道、硐室围岩处于“三高一扰动”条件下,岩体表现的力学特性是破坏条件下的稳定失稳再平衡过程。
围岩体处于一种拉压相间出现的复杂应力状态。
该类工程岩体的力学参数的确定要进行岩体的卸荷试验研究,且要依据现场工程实际条件进行卸荷条件下的应力、渗流与温度三场耦合试验研究。
需要进行循环加卸载条件下的岩体力学特性研究,进而获得岩体的力学参数特征。
确定地下巷道、硐室工程岩体力学参数的方法为:(1)三轴应力状态下的卸荷三场耦合力学试验,获得有关参数; (2)进行岩体流变特性试验研究,获得有关岩体的流变参数。
目前在该领域要进行大量的工作,包括设备仪器的研制等,同时还要利用新的计算机技术才会实现。
二．建立力学模型确定岩体力学参数建立工程岩体力学参数模型主要是解决复杂岩体力学参数确定的问题。
要确定复杂岩体的力学参数需要把工程岩体看作具有连续性的模型,运用确定岩体力学参数的新方法,对含层状斜节理的岩体建立力学模型进行力学实验,从而确定了该岩体的各项基本力学参数值。
1．工程岩体力学参数模型目前对岩石的力学属性及其划分基本有两种观点：一种观点认为岩石本身是一个连续的、没有各向异性的材料,另一种意见认为岩石由多晶体系组成,并存在空洞和裂纹等缺陷,使得岩体本身结构表现出各向异性和不连续性。
一般情况下岩体被视为非连续介质,但在一定条件下仍满足连续介质力学的基本假定。
第六讲 岩体强度
σ
σ （σ 1+σ 3）/2
1 3
2 2 3 1 sin 2 2
1 3
cos 2
（3-24）
要保证结构面稳定或处于极限稳定状态，必须使得式（324）的应力状态满足式上式（3-23）的强度条件。将上式 代入（3-23）式，整理后得：
1 cos sin( j ) 3 sin cos( j ) c j cos j 0
该公式由有效应力原理推导得出
结构面 破坏点
pw
cj tan j
3 ( 1 3 )(cos2
sin cos ) tan j
（3-38）
3.3.3 岩体强度的确定方法
• 岩体强度的确定方法：
– 现场直接测定法：
• • • • • 单轴抗压强度测试； 抗剪强度测定； 三轴抗压强度测定。 准岩体强度计算方法； Hoek-Brown经验公式求算法；
3.3.2 结构面对岩体强度的影响
1. 结构面倾角对岩体强度的影响：
复杂应力状态下，把式(3-27)改为结构面的极限破坏准则：
1 3
2c j 2 3 tan j (1 tan j cot ) sin 2
（3-32）
现在根据式（3-32）来分析β 与Δσ（σ1-σ3） 之关系： 通过前面的分析可以知道：引起结构面破坏的原因有两个， 一个是应力状态或应力差（摩尔圆的直径），另一个是结 构面的倾角（β角）的大小。 这种分析要从两个方面进行：一种是固定σ3，分析σ1与β 之关系；另一种是固定σ1，分析σ3与β之关系。（现仅分 析第一种情况）
•
在σ3固定值时：
– 当β趋于900时和趋于φj时，上式分母为零， σ1－σ3则 趋于无穷大，说明岩体的承载能力无穷大，岩体不会因 结构面的存在与否而破坏。 • 由于岩体的承载力不能是无穷的，它只能是达到岩石 的抗压强度时材料就破坏了。所以，此时σ1最大可以 达到岩石的抗压强度值，即岩体的强度就等于岩石的 强度。
3DEC应用中节理岩体力学参数的选取_周正义
(4) 星湖水对湖区周围岩溶水影响 性不强 , 只对地下 水的排 泄起制约作用 , 地下水位仍属波动 — 稳定型 , 波动幅度 1～ 2m 。
总第 123 期
西部探 矿工程
series No . 123
2006 年第 7 期
W ES T - CHIN A EXP LO RA T ION EN GIN EERIN G
July . 2006
文章编号 :1004 —5716(2006)07 —0163 —03
岩石 E 名称 (G Pa) 砂岩 19. 3 泥岩 26. 3 石灰岩 28. 5 页岩 11. 1 花岗岩 73. 8
表 1 常见岩石的力学参数[ 5]
υ 0. 38
K (G Pa)
26. 8
G (G Pa)
7. 0
摩擦角 (°) 27. 8
内聚力 拉张强度 (M Pa) (M Pa)
27. 2 1. 17
0. 22 15. 6 10. 8 32. 1 34. 7
-
0. 29 22. 6 11. 1 42. 0 6. 72 1. 58
0. 29 8. 8
4. 3 14. 4 38. 4
-
0. 22 43. 9 30. 2 51. 0 55. 1
-
2 不连续面法向刚度和切向刚度的选取
不连续面的法向刚度和切向 刚度可以 通过节 理岩体 中节理
(5) 肇庆市城区未来 供水 方向 应该是 地表 水与地 下水 联合 使用 , 以西江水为第一供 水水源 , 岩溶 水为第 二供 水水源 。 西江 水对人民生活用水提 供保证 , 而岩 溶地下 水因不 易受污 染 、不含 病毒细菌 、水质 清 澈 透 明 、冬 夏 季 水温 差 别 少(一 般 为 23℃ ～ 25℃)等自来水无法比拟的 优越性 , 为旅 游业的 开发提 供优 质水 源 , 为工厂生产降低能源消耗 。
节理岩体力学参数取值研究
节理岩体力学参数取值研究
节理岩体力学参数取值研究，是指对岩体在不同节理条件下的力学参数，进行测试研究，以获取其有效力学参数。
节理岩体的力学参数包括断裂韧性、破坏强度、抗剪强度、抗拉强度、压缩强度、抗压强度、抗弯强度等，其中断裂韧性参数是节理岩体在断裂处所发挥的稳定作用，也是岩体变形和破坏的特征参数；破坏强度是岩体在破坏前承受的最大应力；抗剪强度是岩体在断口处的抗剪能力；抗拉强度是岩体在断口处的抗拉能力；压缩强度是岩体在断口处的抗压能力；抗压强度是岩体在断口处的抗压能力；抗弯强度是岩体在断口处的抗弯能力。
通常，节理岩体力学参数取值研究，采用现场取样和室内实验相结合的方法，分为三个步骤，即岩石样品取样、室内实验和数据处理。
1.岩石样品取样:首先，根据研究目的，从节理岩体中取出若干岩石样品，进行现场取样，并根据现场获得的节理特征，分析节理岩体的物理结构及其力学特性，以便对节理岩体的力学性质做出正确的判断。
2.室内实验:然后，将取样的岩石样品，进行室内力学实验，以测定节理岩体的力学参数，如断裂韧性参数、破坏强度、抗剪强度、抗拉强度、压缩强度、抗压强度等。
3.数据处理:最后，对室内测试的数据进行统计分析，以获得节理岩体的有效力学参数。
岩体强度参数
岩体强度参数引言：岩体强度参数是岩石力学研究中的重要概念，它描述了岩体在受力作用下的抗破坏能力。
岩体强度参数的研究对于地质工程、矿山开采、隧道工程等领域具有重要意义。
本文将从岩体强度参数的定义和分类、测定方法、影响因素以及应用等方面进行探讨。
一、岩体强度参数的定义和分类岩体强度参数是指描述岩石在受力作用下的变形和破坏特性的物理参数。
常见的岩体强度参数包括抗压强度、抗拉强度、剪切强度、抗弯强度等。
1. 抗压强度是岩石在受到垂直压力作用下的抵抗破坏的能力。
它是岩石强度参数中最常用的一个参数，通常用抗压强度指数表示。
2. 抗拉强度是岩石在受到拉力作用下的抵抗破坏的能力。
它对于岩体的稳定性和破坏模式具有重要影响。
3. 剪切强度是岩石在受到剪切力作用下的抵抗破坏的能力。
剪切强度是岩体力学性质中的重要参数，对于岩体的稳定性和破坏模式具有重要影响。
4. 抗弯强度是岩石在受到弯曲力作用下的抵抗破坏的能力。
抗弯强度是岩体在地质工程中常用的参数之一，它决定了岩体的稳定性和承载能力。
二、岩体强度参数的测定方法岩体强度参数的测定方法主要有室内试验和现场试验两种。
1. 室内试验是通过岩石样品进行的力学试验来确定岩体强度参数。
常见的室内试验方法包括压缩试验、拉伸试验、剪切试验和弯曲试验等。
2. 现场试验是在实际的岩体工程中进行的强度参数测定。
常用的现场试验方法包括钻孔取芯试验、岩石锚杆拉拔试验、岩石劈裂试验等。
三、岩体强度参数的影响因素岩体强度参数受到多种因素的影响，主要包括岩石类型、岩石结构、岩石孔隙度、岩石饱和度、温度等。
1. 岩石类型是影响岩体强度参数的重要因素之一。
不同类型的岩石具有不同的强度特性，如花岗岩具有较高的抗压强度，而泥岩则具有较低的抗压强度。
2. 岩石结构对岩体强度参数也有重要影响。
岩石结构的完整性和连续性对岩体的强度和稳定性具有重要影响。
3. 岩石孔隙度是指岩石内部的孔隙空间的比例。
岩石孔隙度越大，岩体的强度越低。
节理化岩体强度与力学参数估计的地质强度指标GSI法
第28卷 第6期2007年12月大连大学学报JOUR NAL O F DALI A N UN I V E RSI T YVo l.28N o.6 De c.2007 节理化岩体强度与力学参数估计的地质强度指标GS I法韩凤山(大连大学材料破坏力学数值试验研究中心,辽宁大连116622)摘 要:确定大体积节理化岩体强度与力学参数是很困难的,这主要是由于节理化岩体试件尺寸太大及岩体所含节理裂隙所致.然而广义HOEK2BROWN准则的出现,为此提供了解决问题的新途径.本文提出了一种确定大体积节理化岩体强度与力学参数的简易经济的新方法———地质强度指标GSI法.关键词:地质强度指标GSI;节理化岩体;强度与力学参数中图分类号:T U452 文献标识码:A文章编号:100822395(2007)0620048204收稿日期:200728231基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(4063804)作者简介:韩凤山(1962-),男,博士,副教授,主要从事岩石力学复合材料研究.在岩体工程中,常遇到大体积节理化岩体,当评价节理化岩体稳定性,确定节理化岩体强度与力学参数时,会遇到许多棘手的理论问题.HOEK2BROWN在1980年提出了著名的节理化岩体的破坏准则:σ1=σ3+(mσcσ3+sσ2c)0.5(1)式中σ1为岩体破坏时的最大主应力;σ3为岩体破坏时的最小主应力;σc为组成岩体的完整岩块的单轴抗压强度;m,s为岩体的物性常数.该准则已在世界范围的工程项目咨询中包括边坡岩体工程、水利水电工程、隧道硐石等工程中付诸应用[1-11].近年来,HOEK2BROWN准则的原创者对该准则重新作了定义和扩展[1].考虑岩体的地质环境, HOEK2BROWN提出了地质强度指标Geol ogical Strength I ndex(GSI),该指标与岩体的结构特性和表面风化程度,表面粗糙性等特性有关.推广修正后的HOEK2BROWN准则为:σ1=σ3+σc(m bσ3σc+s)α(2)式中σ1为岩体破坏时的最大主应力;σ3为岩体破坏时的最小主应力;σc为组成岩体的完整岩块的单轴抗压强度;m b=m1exp(GS I-10028),mb为岩体的HO EK2BROWN常量,mi为组成岩体的完整岩块的HO EK2BROWN常数见表1[122],s、α为取决于岩体特性的常数.对于GS I 25的岩体,s=exp(GS I-1009),α=0.5;对于GS I 25的岩体,s=0,α=0.65-GS I/200.GSI为岩体的地质强度指标见表2[1-3].1 节理化岩体强度与力学参数估计的方法当用HOEK2BROWN准则估计节理化岩体强度与力学参数时,需用3个基本参数:(1)组成岩体的完整岩块的单轴抗压强度σc; 第6期韩凤山等:节理化岩体强度与力学参数估计的地质强度指标GSI法49(2)组成岩体的完整岩块的HOEK2BROWN常数m i;(3)岩体的地质强度指标GSI.表1 由岩石类型所决定的HO EK2BROWN常量岩石类型结 构粗糙的中等的精细的非常精细的沉积岩碎屑状砾岩22砂岩19粉砂岩9泥岩4非碎有机的煤8～21碳化的角砾岩20石灰岩8～10屑状化学的石膏16硬石膏13沉积岩非层状大理岩9角页岩19石英岩24轻微层状惩麻岩30闪石25～31糜棱岩6层 状片麻岩33片岩4～8千枚岩10板岩9火成岩亮色的花岗岩33流纹岩16黑曜岩19花岗闪长岩30石英安山岩17暗色的辉长岩27辉绿岩19玄武岩17火成碎屑状砾岩20角砾岩18凝灰岩15表2 岩体地质强度指标GS I岩体的地质强度指标GSI根据岩体所处的地质环境,岩体结构特性和表面特性来确定.根椐式(2)50 大连大学学报第28卷可知该岩体遵循的HOEK 2BROWN 准则:σ1=σ3+σc (m bσ3σc+s )α(3)然而由摩尔2库仑强度准则,设<为岩体的内摩擦角,C 为内聚力,则有:sin <=σ1-σ3σ1+σ3+2C ctg <(4)亦即σ1=1+sin <1-sin <σ3+2C co s <1-sin <(5)当估计大体积节理化岩体强度与力学参数时,我们可由已确定出的该岩体所遵循的HOEK 2BROWN 方程(3)当σ3在下式的取值范围内σ3∈(0,σc4)(6)式中σc 为组成岩体的完整岩块的单轴抗压强度.就方程(3)中的σ3在(6)式的范围内取值,用直线近似地拟合代表该岩体所遵循的HOEK 2BROWN 准则,这可用回归分析得到该岩体所遵循的HOEK 2BROWN 准则的直线表示形式:σ1=σ3k +b (7)由(5)式与(7)式相对比:1+sin <1-sin <=k; 2C co s <1-sin <=b(8)由(8)式可反求出该岩体的内聚力C,内磨擦角<;岩体抗拉强度是由(3)式中令σ1=0解出;节理化岩体的抗压强度是由方程(7)令σ3=0而得到;岩体的变形模量(defor mati on modulus )可由下式来估计[1]:E m (GPa )=σc 10010(GS I-10)40(9)2 算例某隧道围岩,岩性为砂岩,围岩岩体较破碎,围岩岩体结构属于“块状/褶曲”,围岩岩体表面条件属于“非常差的”,围岩完整岩块单轴抗压强度σc =10Mpa .由表1砂岩岩石类型常量m I =19,由表2可确定该岩体的地质强度指标GS I =20.而m b =m I exp [(GS I -100)/28]=1.091219766,s =0,α=0.55,建立该岩体的HOEK 2BROWN 准则:σ1=σ3+2.957σ0.553(10)对该式在σ3=[0,0.25σc ]=[0,2.5]范围内进行回归分析见表3.表3 回归分析表σ回 归 计 算σ300.250.50.7511.251.51.7522.252.5σ101.62952.51973.27433.9574.59315.19575.77276.32936.8697.3946σ2300.06250.250.562511.56252.253.062545.06256.25σ1σ30.40741.25992.45773.9575.74147.796310.102212.658615.455318.4865将回归分析结果整理成:σ1=2.7489σ3+0.885(11)1+sin <1-sin <=2.7489 2C cos <1-sin <=0.885(12) 第6期韩凤山等:节理化岩体强度与力学参数估计的地质强度指标GSI法51由式(12)可得该岩体的抗剪强度c=0.23M Pa,<=27.8°该节理化岩体的抗压强度由式(11)令σ3=0而解出:σc m=2.748930+0.885=0.885M Pa(13)该岩体的变形模量由式(9)式:E r m=σc10010GSI-1040=101001020-1040=0.5623GPa=562.3M Pa(14)参考文献:[1]HOEK E,BROWN E T.Practical esti m ates of r ock mass strength[J].I nt.J.Rock Mech.M in.Sci.,1997,34(8):116521187.[2]C ARRANZ A2T ORRES C,F A I RHUST C.The elast o2p lastic res ponse of undergr ound excavati ons in r ock masses that satisfythe hoek2br own failure criteri on[J].I nt.J.Rock Mech.M in.Sci.,1999,36(6):7772809.[3]S ONM EZ H,ULUS AY R.Modificati on t o the geol ogical strength index(GSI)and their app licability t o stability of sl opes[J].I nt.J.Rock M ech.M in.Sci.,1999,36(6):7432760.[4]BART ON N.Suggested method for the quantitative descri p ti on of discontinuities in r ock mass[J].I nt.J.Rock M ech.M in.Sci.,1978,15(6):3192368.[5]BROWN E T.I SR M suggested methods:r ock characterizati on texting and monit oring[M].London:Pergamon Press,1981:12190.[6]HOEK E.Reliablity of hoek2br own esti m ates of r ock mass p r operties and their mpact on design[J].I nt.J.Rock M ech.M in.Sci.,1998,35(1):63268.[7]韩凤山,康立勋.Hoek2B r own公式的计算机摸拟定步长分析法[J].岩石力学与工程学报,2000,19(专辑):106821070.[8]HAN F,K AN L.App licati on of neural net w ork t o support of r oad way in s oft r ock[J].Journal of Coal Science&Engineer2ing,2000,6(1):37239.[9]韩凤山,康立勋.神经网络与锚杆支护[J].岩石力学与工程学报,1999,18(专辑):112921131.[10]韩凤山,康立勋.煤矿巷道锚杆支护围岩分类专家系统[J].岩石力学与工程学报,2002,21(专辑):223822241.[11]韩凤山.大体积节理化岩体强度与力学参数[J].岩石力学与工程学报,2004,23(5):7772780.M ethod of Geolog i ca l Strength I ndex(GS I)for the Esti m a ti on of Strength andM echan i ca l Param eters of Jo i n ted Rock M a ssHAN Feng2shan(R esearch Center for N um erical Tests on M aterial Failure,D alian U niversity,D alian116622,China)Abstract:The deter m inati on of strength and mechanical para meters of massive j ointed r ock mass is a difficult p r oble m.Because the sa mp le size of j ointed r ock mass is very large and the r ock mass is composed of r ock and j oint and fissure.A new avenue for s olving this p r oble m had been p r ovided by the generalized Hoek2B r own criteri on.I n this paper,an econom ical ne w method is p r oposed that is Geol ogical Strength I ndex(GSI)method.Key words:Geol ogical Strength I ndex(GSI);j ointed r ock mass;strength and mechanical para meters。
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中图分类号：TU452
文献标识码：A
文章编号：1006- 7973（2011）10- 0231- 03
一、引言 节理岩体强度参数的确定在岩土工程稳定性评价中起着 至关重要的作用，工程岩体是一种具有地质结构面的复杂地 质体，其强度特征由于不规则结构面的存在而呈现不均匀和 各向异性，节理之间的相互作用又使得岩体的破坏机制十分 复杂。因此，岩体强度参数的确定问题一直是岩石力学与工 程界的一大难题。国内外很多学者对岩体强度参数进行研究， 在查阅大量相关文献的基础上，本文对节理岩体强度参数的 确定方法进行综述。 二、理论研究 理论研究方法主要是在理论强度准则的基础上发展起来 的，这类方法是基于材料力学、弹塑性力学的知识体系，通 过严谨的数学方法推导得出。经典强度理论能基本反映岩石 的强度特性，目前仍然是相关工程设计的重要依据，是计算 机仿真模拟与有限元分析的重要理论依据。其中应用最广且 理论最完善的是Moh r －C ou lom b 强度理论，在此理论的基 础上，节理岩体的强度得到很多学者的重视：J a e ge r（1 96 0 ） [1]对含一组结构面的各向异性岩体，提出了著名的“单弱面 理论”；对于含有二组或二组以上的结构面，岩体强度的确 定方法是分步应用单结构面理论；Hoe k －Br own （1 98 6） [2]认为，含4 组以上性质相近结构面的岩体，按各向同性岩体 处理是合理的。 理论研究方法的不足之处在于：① 现行的理论强度准则 均有一定的适用范围和应用条件，不能推广到某一特定应力 条件以外；② 假定岩石材料为连续介质，不能解释岩石强度 的离散性、随机性等特点以及岩石强度特征与岩石组织结构 间的问题[3]。 三、经验方法 经验方法主要包括以经验强度准则为基础的岩体强度参 数确定方法、工程岩体分类法以及工程类比法等。 经验强度准则是以试验为主要研究手段、近似描述岩体 破坏机理的破坏判据，比较著名的是B ie n ia ws ki于19 7 4年 提出的经验强度准则，和E . Ho ek 、E. T. B r own 于19 8 0年 提出的经验强度准则。应用经验强度准则求解岩体强度问题，
收稿日期：2 01 1- 0 7- 07 作者简介：张 澍，中交第二航务工程勘察设计院有限公司。
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中 国水 运
第岩体强度参数，尺 寸效应的影响不容忽视。孙广忠（1 98 8 ）[1 6]认为，尺寸效应 在岩体抗压强度、抗剪强度、抗拉强度、弹性模量和结构面 抗剪强度特征中均有所体现。因此，岩体表征单元体积（RE V）的 概念被提出，周创兵（199 9）[17]对其进行了研究：提出R EV 的力学描述；据中心极限定理推导了估算裂隙岩体R EV的数 学表达式，归纳总结并提出了岩体R EV的3 种确定方法－能 量叠加法、地质统计法、数值模拟法；讨论了岩体R EV与岩 体力学模型及岩体力学参数取值之间的关系；提出了岩体力 学参数“5 S ”相关性和岩体力学参数场的概念和分析方法。
第 11 卷 第 10 期 2011 年 10 月
中国水运 Chi na Wat er Tr a ns por t
Vol . 11 Oc t obe r
No. 10 2011
浅述节理岩体强度参数的确定方法
张 澍，赵小波
（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北 武汉 430071）
摘 要：岩体的强度特征是岩石力学与工程中首 先应该考虑的最为重要的性质，由于岩体结构的复杂性，节理岩体
关键是确定经验参数m ，s的值：E .Hoe k （19 8 0） [4-5 ]在提 出Ho ek -B r own 强度准则之初，建议了岩体经验参数m ，s 的值，后（1 9 88 ）又提出了修正后的m ，s 值[6]；B ien ia ws k i （1 97 4 ）提出了C S IR 岩体分类法，P r ies t和B r own（19 83） [7]首次将RMR指标与m ，s联系起来，并给出二者之间的统计关系， E．Hoek（1988）[8 ]对其略作修改，得到了目前广为应用的 经验公式，Bie n ia wsk i（1 97 6 ）[4]建立了RM R指标与Q指标 之间的关系，进而也可以用Q指标估计m ，s的值；挪威学者 P a lm s tr om （19 96 ）提出R MI岩体分类方法，引入节理状 态参数（J P），并给出未扰动岩体和扰动岩体的m ，s与J P 的关系表达式。宋建波（2 00 2 ）[9 ]提出了经验参数m ，s对岩 体强度的影响。
的强度参数的确定一直困扰岩石力学与工程界的一大难 题，文中在查阅大量国内外文献的基础上，对国内外岩体强
度参数的确定方法进行了全面论述，从理论研究、经验 方法、试验方法、数值模拟、反分析与其他方法六个方面总
结了岩体强度参数的确定方法，并提出了各种方法的不足之处。
关键词：节理岩体；强度参数；理论；经验；试验；数值模拟；反分析
经验方法确定岩体强度参数在工程实际中应用最为广 泛，它能综合考虑影响节理岩体强度的各种因素，是在长期 工程实践的基础上逐渐积累总结的成果，其不足之处在于： 强度参数取值较为随意，用不同方法确定的参数相差较大。
四、试验方法 现场试验是确定岩体强度参数最准确的方法，但由于通 常不具备进行原位试验的条件，所以这种方法应用较少。那 么为了研究节理岩体变形破坏规律及力学效应，通常在室内 采用相似材料进行试验，朱维申（1 99 5 ）[1 2]、Z. Y. Ya n g （1 99 8 ）[1 3]、Ku la t ila k e（2 00 1 ）[1 4]等人对其进行了研究。 但由于相似材料模型与真实节理岩体差别较大，C .I.Mc De r m ot[15 ]对无扰动节理裂隙岩样的获取进行研究并取得一定的 成果，通常认为含天然节理岩石块体的试验更能逼近真实节 理岩体的破坏模式及力学特性，即使是人工节理的岩石样品 试验也可能要好于相似材料的物理模拟的效果[3]。