结构面抗剪强度
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关于结构面抗剪强度 估算方法的讨论
关于结构面抗剪强度估算方法的讨论
研究历史
结构面
汇报内容
抗剪强度确定的常规方法
确定野外大规模结构面抗剪强度
尺寸效应
研究历史
The Research History
20世纪50年代 20世纪70年代 20世纪80年代
奥地利学派 结构面对岩体力学特性和工 程稳定性起控制作用 结构面是构成岩体和岩块力 学与工程特性差异的根本原 因 Goodman、Barton等人 结构面的力学性质 而随着计算机技术的发展和广泛使 用，使得结构面模拟技术的研究和发展 也取得长足进步。 孙广忠
存在的问题
抗剪试验的不足之处
这种方法, 实际工作中经常会出现资料无法整理或对 整理出的结果难以置信的情况, 通常解释为岩石的不 均匀性造成的, 本人认为这种解释忽略了试验过程中 的一些因素, 试验过程中法向应力的设计方式也会产 生上述情况。
确定野外大规模结构面抗剪强度
根据典型地质单元试验结果结合野外
从结构上来讲，岩 块的形态、规模等特征 由结构面控制，完全取 决于结构面的组合、交 切与围限的情况。
抗剪强度确定的常规方法
经验公式法
经验方法很多，以常用的巴顿 强度准则举例说明。巴顿利用 模型试验, 得出预测岩石裂隙 抗剪强度的一般方程
式中JRC为粗糙度系数, 介于0~20 之间, 对照典型裂隙模式图选取； JCS为裂隙面面壁岩石抗压强度； φb为岩石基本摩擦强度；
尺寸效应
到20世纪70年代末，Barton等人把尺寸效应引入了 对结构面粗糙度系数的研究中， Barton和Bandis根 据模型试验得出，岩体结构面粗糙度系数作为结构面 力学性质的主要参数之一，而粗糙度系数的尺寸效应 特征是造成岩体结构面力学行为尺寸效应的重要原因。
研究意义
只要解决了结构面尺寸效应,大规模结构面抗剪强 度就可以通过试验室试验的方式比较准确地确定。
起伏特征综合估定
（一）平直或小规模起伏的结构面 试验尺寸足以容纳这类结构面的起伏特征,结构面 抗剪强度与试验值相当 c=c’ φ= φ’ 其中的c’ 和 φ’为实验值
确定野外大规模结构面抗剪强度
根据典型地质单元试验结果结合野外
起伏特征综合估定
（二）简单大规模起伏的结构面 大规模起伏是指试验尺寸远远不能容纳的起伏,这类起 伏在结构面受剪时一般表现为爬坡效应。在野外测取 ’ 有代表性的起伏角i,则抗剪强度为
抗剪强度确定的常规方法Biblioteka Baidu
试验求抗剪强度
目前工程上主要还是通过野外及试验室剪切试验来获取结 构面抗剪强度参数。方法是实测几对正应力和剪应力值, 然后用最小二乘方法或图解法计算出粘聚力c和摩擦角φ
现场岩体抗剪试验装置
室内直剪设备
存在的问题
巴顿强度准则的不足之处
巴顿公式包含三个待定指标JRC,JCS和φb。三个指标除φb在 试验室条件下可以精确确定外, 其余两个都不能准确确定。考查 公式可以看出, JCS即使确定不准确, 也不会对求取抗剪强度引 起太大的误差, 但JRC明显影响抗剪强度的大小。图中所给的典 型剖面不可能囊括野外结构面所有的起伏特征, 不同的工作者将 确定出不同的JRC值, 特别是对于缺乏经验的人来说确定出的 JRC误差可能较大。
其中的c’ 和 φ’为实验值
确定野外大规模结构面抗剪强度
根据典型地质单元试验结果结合野外
起伏特征综合估定
（三）多级序起伏的结构面 结构面具1,2,3…多级起伏,大多数级序的起伏试验 尺寸不能包含。这种类型结构面抗剪强度难以准 确估计,应根据多种因素综合估定。
尺寸效应
岩石强度的尺寸效应：
在同等的试验条件下，岩石的单向抗压强度随岩石试样尺寸的增大而减小 的现象。当岩石试件的尺寸增大到一定值后，其强度一般趋于稳定。在岩 石生成或试件加工过程中，其内部存在着各种不同性质和不同方向的缺陷 、空洞或裂隙，岩石试件尺寸较小时，内部所含有的弱面数较少，因而其 强度较高，当岩石试件的尺寸较大时，其间所含有的弱面数目增多，其强 度相应地下降。但当岩石试件的尺寸增大到一定值后，试样中单位体积所 含有的弱面数将趋于稳定，因而其强度也相应地趋于稳定。
岩体结构控制论
结构面（Discontinuities）
岩体是由岩石和分 割岩块的结构面（又 称不连续面）组成的。
岩石 不连续面
结构面在空间的分布状态与 组合形式构成了岩体的结构， 它是决定岩体工程地质特征和 力学性质的关键因素。
节理
软弱层面
层面
结构面
Discontinuities 从强度上来讲，结构 面的强度远远小于岩块的 强度，为岩体中的薄弱环 节，常常是控制岩体强度 和变形的关键。
关于结构面抗剪强度估算方法的讨论
研究历史
结构面
汇报内容
抗剪强度确定的常规方法
确定野外大规模结构面抗剪强度
尺寸效应
研究历史
The Research History
20世纪50年代 20世纪70年代 20世纪80年代
奥地利学派 结构面对岩体力学特性和工 程稳定性起控制作用 结构面是构成岩体和岩块力 学与工程特性差异的根本原 因 Goodman、Barton等人 结构面的力学性质 而随着计算机技术的发展和广泛使 用，使得结构面模拟技术的研究和发展 也取得长足进步。 孙广忠
存在的问题
抗剪试验的不足之处
这种方法, 实际工作中经常会出现资料无法整理或对 整理出的结果难以置信的情况, 通常解释为岩石的不 均匀性造成的, 本人认为这种解释忽略了试验过程中 的一些因素, 试验过程中法向应力的设计方式也会产 生上述情况。
确定野外大规模结构面抗剪强度
根据典型地质单元试验结果结合野外
从结构上来讲，岩 块的形态、规模等特征 由结构面控制，完全取 决于结构面的组合、交 切与围限的情况。
抗剪强度确定的常规方法
经验公式法
经验方法很多，以常用的巴顿 强度准则举例说明。巴顿利用 模型试验, 得出预测岩石裂隙 抗剪强度的一般方程
式中JRC为粗糙度系数, 介于0~20 之间, 对照典型裂隙模式图选取； JCS为裂隙面面壁岩石抗压强度； φb为岩石基本摩擦强度；
尺寸效应
到20世纪70年代末，Barton等人把尺寸效应引入了 对结构面粗糙度系数的研究中， Barton和Bandis根 据模型试验得出，岩体结构面粗糙度系数作为结构面 力学性质的主要参数之一，而粗糙度系数的尺寸效应 特征是造成岩体结构面力学行为尺寸效应的重要原因。
研究意义
只要解决了结构面尺寸效应,大规模结构面抗剪强 度就可以通过试验室试验的方式比较准确地确定。
起伏特征综合估定
（一）平直或小规模起伏的结构面 试验尺寸足以容纳这类结构面的起伏特征,结构面 抗剪强度与试验值相当 c=c’ φ= φ’ 其中的c’ 和 φ’为实验值
确定野外大规模结构面抗剪强度
根据典型地质单元试验结果结合野外
起伏特征综合估定
（二）简单大规模起伏的结构面 大规模起伏是指试验尺寸远远不能容纳的起伏,这类起 伏在结构面受剪时一般表现为爬坡效应。在野外测取 ’ 有代表性的起伏角i,则抗剪强度为
抗剪强度确定的常规方法Biblioteka Baidu
试验求抗剪强度
目前工程上主要还是通过野外及试验室剪切试验来获取结 构面抗剪强度参数。方法是实测几对正应力和剪应力值, 然后用最小二乘方法或图解法计算出粘聚力c和摩擦角φ
现场岩体抗剪试验装置
室内直剪设备
存在的问题
巴顿强度准则的不足之处
巴顿公式包含三个待定指标JRC,JCS和φb。三个指标除φb在 试验室条件下可以精确确定外, 其余两个都不能准确确定。考查 公式可以看出, JCS即使确定不准确, 也不会对求取抗剪强度引 起太大的误差, 但JRC明显影响抗剪强度的大小。图中所给的典 型剖面不可能囊括野外结构面所有的起伏特征, 不同的工作者将 确定出不同的JRC值, 特别是对于缺乏经验的人来说确定出的 JRC误差可能较大。
其中的c’ 和 φ’为实验值
确定野外大规模结构面抗剪强度
根据典型地质单元试验结果结合野外
起伏特征综合估定
（三）多级序起伏的结构面 结构面具1,2,3…多级起伏,大多数级序的起伏试验 尺寸不能包含。这种类型结构面抗剪强度难以准 确估计,应根据多种因素综合估定。
尺寸效应
岩石强度的尺寸效应：
在同等的试验条件下，岩石的单向抗压强度随岩石试样尺寸的增大而减小 的现象。当岩石试件的尺寸增大到一定值后，其强度一般趋于稳定。在岩 石生成或试件加工过程中，其内部存在着各种不同性质和不同方向的缺陷 、空洞或裂隙，岩石试件尺寸较小时，内部所含有的弱面数较少，因而其 强度较高，当岩石试件的尺寸较大时，其间所含有的弱面数目增多，其强 度相应地下降。但当岩石试件的尺寸增大到一定值后，试样中单位体积所 含有的弱面数将趋于稳定，因而其强度也相应地趋于稳定。
岩体结构控制论
结构面（Discontinuities）
岩体是由岩石和分 割岩块的结构面（又 称不连续面）组成的。
岩石 不连续面
结构面在空间的分布状态与 组合形式构成了岩体的结构， 它是决定岩体工程地质特征和 力学性质的关键因素。
节理
软弱层面
层面
结构面
Discontinuities 从强度上来讲，结构 面的强度远远小于岩块的 强度，为岩体中的薄弱环 节，常常是控制岩体强度 和变形的关键。