岩石节理

岩体稳定性分类的综合评判
U为岩体稳定性评价各单因 素集合，U={u1, u2, u3, u4, u5, u6}
式中,u1 —原岩应力状况；u2—岩块力学性质；u3—岩体结构特性； u4—结构面 力学性质；u5—地下 水影 响；u6 —工程 因素的影响。 岩层稳定性定为5个等级，V={Ⅰ级，Ⅱ级，Ⅲ级，Ⅳ级，Ⅴ级，} ={良好，较好，一般，较差，很差，}
f ( T ) ln(0.15 T ) 0.3
二、试验分析

表6-3
变质花岗闪长岩部分直剪实验结果
二、试验分析

节理剪切实验结果及经验曲线。
DL1US
MA1US
第四节 用节理表面形态参数预估其 剪切强度
1.节理的模糊综合评判分级及摩擦系数评估 2.用节理表面形态参数预估其剪切强度的其他方法
R z2w T f( ) (1 z 2 w R ) z2 r
R tanarctan( ) b
其中： 基本摩擦角采用三岩芯倾斜试验法，测定结果为29°， 节理岩壁的单轴抗压强度σΤ=97.7MPa， 根据不同节理试件在不同法向应力时的实验结果，可得 f ( T )， i ,经回归得
单因素评价如下表1~表6：
岩体稳定性分类的综合评判
岩体稳定性分类的综合评判
总评价矩阵R：
由隶属 函数表征 的模糊矩阵：
归一化
因素重要程度 模糊子集A:
实际应用：评价岩组A的分类级别
岩组 A 原岩应力 状况Sr 15.0 岩块力学性 质σ(MPa) 250.8 岩体结构特性节 理间距（m） 0.15-0.185 结构面力学性质 带 擦 痕粗 糙的 平面 状 节理闭合全 多无充填 地下 水 工程 因素 影响 的影响 潮湿 3~6m宽 巷道,稳定
讲演者：马莉
学号:115511007
一、节理的模糊综合评判分级及摩擦系数预估

1.表面形态参数的选定 目的：试图用形态参数预估其剪切阻力的大小。 原则：与所研究的问题关系密切，物理意义明确且易于测量 和计算，参数间彼此独立。 方法：模糊综合评判方法。 参数：z1、z2、z1/β
表面形态高度变化特征参数:z0， z1， S， K， Rz 表面形态高度变化特征参数:z2， z3， z4 ， β， η
参数选择
一、节理的模糊综合评判分级及摩擦系数预估

2.节理面模糊多因素综合评判的基本模型 节理面按其表面形态分为10级，其目标集
z1 U {U1、U 2、U 3 } z1、z 2、

将节理按表面形态分级的因素为V={ Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ，…., Ⅹ} 总评价矩阵
R1 r11, r12 ,r10 ~ R R 2 r21, r22 ,r20 r , r , r 30 R3 31 32

多因素综合评判后得到的一个等级模糊子集：
B b1 I b2 II b3 III b10 X
式中，bi为等级i对B的隶属度，一般把B归一化。 节理面的分级等级可以如下计算：
RJ
bja2 j
j 1 10 2 bj j 1
10
式中，ai为第j级的RJ规定值 。
5.节理面的分级成果

z1

,
r 0.479

上式可计算每个级别的节理面的摩擦系数。预计时，若RJ值 接近某级范围的中间值，μ也可取该级范围的中间值。比较摩 擦系数的预计值与实测值可知，它们的最大误差不超过0.05， 说明该方法可行性好、精确度高。
二、用节理表面形态参数预估其剪切强度的其他方法

Mcwilliams用下式幂函数表示节理的剪切强度：
结论：岩组A对Ⅱ级=0.27为最高，按“主元素突出型” 模型M(∧, ⊕)（即择优原则），应评定为Ⅱ级。
实例摘自论文：
( xi mij )
j ( xi ) e

2 cij
为了确定cij的值，假定每个级别边界处的隶属函数值为e-1
d i j mij cij

1, 或c ij d ij mij
式中dij为评判因子第j级别第i个评判因素的边界值，见表6-9.
3.隶属函数及权重的确定
总的评价公式
z1 R z 2 u j ( xi ) z 1


1.按各因素的重要程度， 指定系列标准刻度：0~1.0 2.根据经验和分析，取三 个评判因子的权重分配为： A={0.25，0.6,0.15}
310
图6-20 边界值及其隶属度
4、节理面的模糊综合评判

由上述模糊分级得到的现场节理面按形态的分级结果为：
表6-10 节理表面形貌级别及其摩擦系数μ

由于该工程范围内节理面所受的应力为中等偏低，而且变化 范围不大，可近似认为节理面的摩擦系数不随法向应力而变 （n=7）。
0.549 0.044( RJ ), r 0.963 0.874(a 1%) 0.763 0.020 z1 , r 0.318 0.377 1.968 z 2 , r 0.847 0.736 0.124
JCS
tan{b JRClg(

)}
一、理论分析

3、含起伏度粗糙节理的剪切强度
T tan{b arctan z 2 w） arctan[z2r f ( )} （
经三角换算:
T z2r z2 t f ( ) tanb arctan T 1 z 2 w z 2t f ( )
z 2 r , z 2 w 节理面形态中波纹度分 量和粗糙度分量的坡度 均方根，由形态测试获 得；
T 节理岩壁的单轴抗压强 度； f ( T ) 与节理岩壁力学性质和 形态测试的采样间隔有 相关的量。
二、试验验证
对变质花岗闪长岩节理进行几个不同法向应力水平下的直剪 试验，结果见表6-32。
b j (a1 r1 j ) (a 2 r2 j ) (a 3 r3 j )；j 1,2,3,,10

选择以下运算法则计算B中的各元素
b j min (1, ai rij )
i 1
3
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3.隶属函数及权重的确定

高斯型隶属函数，如第i个因素隶属于第j级的隶属度：
模糊综合评判的广义数学模型
r11 , r12 , r10 B A B (a1 , a 2 , a 3 ) r21 , r22 , r20 b1 , b2 , b3 ,b10） （ r , r , r 30 31 32

广义模糊运算下的B中的各元素为

比较：Patton规则锯齿状节理的剪切强度公式
tan[b
i
]
注：b 基本摩擦角，i节理表面起伏角
一、理论分析

2、粗糙度节理的剪切强度 粗糙度对节理剪切性质的影响有一个累进过程，若节理表 面形态中只有粗糙度的情形，则

比较： Barton公式：
T tan{b arctan[z2r f ( )}
第二节 考虑起伏度和粗糙度的 节理剪切强度公式
1.节理剪切强度公式的理论分析 2.节理剪切强度公式的实验验证 讲演者：马莉 学号:115511007
一、理论分析

大部分天然岩石节理的表面形态中包含有起伏度、而起伏度 分量和粗糙度随机分量对节理剪切性质的影响是不同的。

1.起伏度节理的剪切强度
tan[b arctan(z2w )]
A

B
Mcwilliams通过直剪试验和形态测试提出可用下式预估材料参 数：
A 4.295 1.022D 0.201I 1.352 z 2
B 1.449 0.568D 0.412I 0.076 z 2 lg( L) I (1 D) lg r

式中： D-分形维数；I-分形截距；z2-节理表面形态的坡度均 方根；r-测量标度；L-与测量标度对应的节理剖面线的长度。