结构面的抗剪强度

结构面的抗剪强度

••结构面强度分为抗拉强度和抗剪强度。由于结构面的抗拉强度非常小，常可忽略不计，所以一般认为结构面是不能抗拉的。因此，通常近考虑结构面的抗剪强度。

••在工程荷载作用下，岩体破坏常以沿某些软弱结构面的滑动破坏为主。因此，在岩体力学中结构面的抗剪强度通常是研究的重点内容。

•条件不同、性质不同的结构面其发生剪切作用的机理不同，因此其抗剪强度的确定方法也不同，下面将分四种类型来介绍结构面的抗剪强度。

一、平直无充填的结构面

•平直无充填的结构面包括剪应力作用下形成的剪性破裂面，如剪节理、剪裂隙等，发育较好的层理面与片理面。其•特点是面平直、光滑，只具微弱的风化蚀变。坚硬岩体中的剪破裂面还发育有镜面、擦痕及应力矿物薄膜等。这类结构面的抗剪强度大致与人工磨制面的摩擦强度接近，即：

各种结构面抗剪强度指标的变化范围

结构面类型摩擦角

(°)

粘聚力

(MPa)

结构面类型

摩擦角

(°)

粘聚力

(MPa)

泥化结构面10～200～0.05云母片岩片理面10～200～0.05粘土岩层面20～300.05～0.10页岩节理面(平直)18～290.10～0.19泥灰岩层面20～300.05～0.10砂岩节理面(平直)32～380.05～1.0凝灰岩层面20～300.05～0.10灰岩节理面(平直)350.2

页岩层面20～300.05～0.10石英正长闪长岩节理面(平

直)

32～350.02～0.08

砂岩层面30～400.05～0.10粗糙结构面40～480.08～0.30砾岩层面30～400.05～0.10辉长岩、花岗岩节理面30～380.20～0.40石灰岩层面30～400.05～0.10花岗岩节理面(粗糙)420.4

千板岩千枚理

面

280.12石灰岩卸荷节理面(粗糙)370.04

滑石片岩、片

理面10～200～0.05

(砂岩、花岗岩)岩石／混凝

土接触面

55～600～0.48

二、粗糙起伏无充填的结构面

•这种类型的结构面，其剪切特点是：

（1）当法向应力σ较小时，上盘岩块上下运动，产生爬坡效应，增大了τ；

（2）当σ较大时，将剪断凸起而运动，也增大了τ。

由于结构面的粗糙起伏情况比较复杂，因此抗剪强度的确定也比较困难。下面就先讨论理想的简单的条件（规则锯齿形结构面），再讨论一般的情况（不规则起伏结构面）。

1、规则锯齿形结构面

（1）σ较小，剪胀作用,其强度遵循Patton公式：

（2）σ较大，啃断作用，其强度接近岩块的强度，即：

式中：φ、Ｃ分别为结构面壁

岩的内摩擦角和内聚力。

综合上二式，结构面的抗剪强度包络线如下图所示。

剪断凸起的条件为：

2、不规则起伏结构面

自然界岩体中绝大多数结构面的粗糙起伏形态是不规则的，起伏角也不是常数，见下图。

这类结构面的强度包络线不是折线，而是曲线形式。

•巴顿（Barton）对8种不同粗糙起伏的结构面进行了试验研究，提出了剪胀角的概念并用以代替起伏角，剪胀角α

的定义为剪切时剪切位移的轨迹线与水平线的夹角，即：

d

Barton 通过大量结构面剪切试验，用统计方法求得Barton方程

三、非贯通断续的结构面

•这类结构面由裂隙面和非贯通的岩桥组成。在剪切过程中，一般认为两者都起抗剪作用。

即通过的裂隙面和岩桥都起抗剪作用。假设沿整个剪切面上的应力分布是均匀的，结构

，则整个结构面的抗剪强度为：

面的线连续性系数为Ｋ

1

四、具有充填物的软弱结构面

具有充填物的软弱结构面包括泥化夹层和各种类型的夹泥层，其形成多与水的作用和各类滑错作用有关。这类结构面的力学性质常与充填物的物质成分、结构及充填程度和厚度等因素密切相关。见下图。

充填物强度与颗粒粗细的关系

内摩擦角、内聚力与充填厚度的关系曲线

内摩擦角随充填度增大而减小

不同夹层物质成分的结构面抗剪强度

夹层成分

抗剪强度系数

摩擦系数(f)粘聚力C(kPa)泥化夹层和夹泥层0.15～0.255～20碎屑夹泥层0.3～0.420～40

碎屑夹层0.5～0.60～100

含铁锰质角砾碎屑夹层0.6～0.8530～150

某些工程中泥化夹层的抗剪强度参数值

工程岩性

内摩擦角(°)粘聚力(MPa)

室内现场室内现场

青山F4夹层泥化

带

10.89.60.0100.060

葛洲坝202夹层泥

化带

13.5130.0210.063

铜子街C5夹层泥

化带

17.716.70.0100.018

升中泥岩泥化13.511.80.0090.100朱庄页岩泥化16.2130.0030.033盐锅峡页岩泥化17.217.20.0250上犹江板岩泥化15.615.10.0420.051五强溪板岩泥化17.715.10.0210.018