不同剪切速率下岩石节理的强度特性研究

岩石结构面剪切强度研究现状及实验的研究◎符其山陈辉刘诗桐一、岩体构成及其强度影响因素天然存在的岩体经过多次的地质作用，岩体遭受变形和破坏，形成一定的成分和结构。

岩体内部又有着各式各样的地质界面，它包括物质分异面和不连续面，例如：假整合、不整合、褶皱和断层等。

由于它们形成的成因和特性不同，导致其物理性质也有所差异，我们把这些不同的地质界面统称为结构面（弱面）。

有的岩体通过被结构面切割形成岩块，又被称为结构体。

结构体（岩块）是岩体基本组成部分。

岩石就是由结构面和结构体（岩块）共同组成的。

结构面对岩体的力学性质起着非常关键的控制作用，由于结构面影响着岩体的力学性质以及连续性，大自然中各种自然灾害与结构面有关。

例如：山体崩塌、滑坡、岩爆等。

开展结构面的力学性质研究是评价岩体稳定性的重要因素。

山体的滑坡以及岩爆对人们的生产和生活存在这非常重大的影响，而发生诸多事故的影响因素主要为岩体结构面对岩体强度的影响，所以研究岩石结构面的抗剪切强度以及抗拉强度存在着重要的意义。

在工程中，岩体结构面的破坏主要为剪切破坏，而结构面的抗拉强度几乎可以被忽略，故研究岩体结构面的抗剪特性具有重大意义。

而岩石结构面剪切强度的影响因素也有很多，例如：JRC（岩石结构面粗糙度）、JCS（壁面强度）、法向应力以及结构面充填物等影响因素，而其中较为关键的JRC（结构面的粗糙度），其具有许多性质，二、国内外对岩石结构面剪切强度的研究现状早在1966年国外学者Bardon就提出齿状节理直剪实验，1977年又提出JRC 的概念，归纳了十条标准JRC曲线，从而建立了岩石剪切强度与粗糙度之间的关系。

在此模型基础上，B.I ndraratna在不同法向正应力下，对规则结构面岩体进行直剪实验，证明了法向应力与抗剪切强度的关系。

G.G rasselli（2003）为了力求更真实的结构面粗糙度，通过3D扫描、研究采样方向、采样精度、采样尺寸等评价结果的影响，提出了三维岩体结构面粗糙度评价方法。

第25卷 第12期岩石力学与工程学报 V ol.25 No.122006年12月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec .，2006收稿日期：2005–12–21；修回日期：2006–03–06基金项目：国家自然科学基金重点项目(50439030)；国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB412705)作者简介：李海波(1969–)，男，博士，1988年毕业于郑州工学院水工专业，现任研究员，主要从事岩石动力学方面的研究工作。

E-mail ：hbli@不同剪切速率下岩石节理的强度特性研究李海波，冯海鹏，刘 博(中国科学院 武汉岩土力学研究所，湖北 武汉 430071)摘要：不同剪切速率作用下岩石节理强度特性是研究地震荷载作用下岩体结构响应和安全的基本参数，通过RMT –150C 电伺服试验机，利用人工浇铸的表面为锯齿状的混凝土岩石节理试样，研究不同剪切速率下各种岩石节理起伏角度岩石节理的强度特征。

试验结果发现：(1) 岩石节理面的峰值剪切强度随着剪切速率的增大而减小，减小幅度随着剪切速率的增大变小；(2) 岩石节理面的峰值剪切强度随着起伏角度的增大而增大；(3) 岩石节理面的峰值剪切强度随着法向应力的增大而增大，基本成线性关系。

最后，基于试验的结果提出考虑不同剪切速率的岩石节理峰值强度模型。

关键词：岩石力学；岩石节理；剪切速率；起伏角度；峰值剪切强度中图分类号：TU 452 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)12–2435–06STUDY ON STRENGTH BEHA VIORS OF ROCK JOINTS UNDERDIFFERENT SHEARING DEFORMATION VELOCITIESLI Haibo ，FENG Haipeng ，LIU Bo(Institute of Rock and Soil Mechanics ，Chinese Academy of Sciences ，Wuhan ，Hubei 430071，China )Abstract ：Strength of rock joints under different shear deformation velocities is the basic information to assess the response and safety of rock structures under earthquake. By using the RMT –150C servo-test system ，artificial concrete joint samples with hammered surfaces have been employed to study the strength of rock joints under different shearing velocities. Based on the experimental results ，it can be found that the peak shear strength decreases with the increase of shear deformation velocity ；and that the decreasing rates decrease with the increment of shearing deformation velocity. It is also indicated that the peak shear strength of rock joints clearly increases with the increase of normal stress and undulation angles at different shear deformation velocities. Based on the experimental results ，a model to describe the peak strength of rock joints with shear deformation velocity and undulation angle is presented.Key words ：rock mechanics ；rock joints ；shearing deformation velocity ；undulation angle ；peak shear strength1 引 言岩石节理的强度和变形特征是分析地震荷载作用下岩体边坡及硐室安全和响应的基本参数。

第25卷 第1期岩石力学与工程学报 V ol.25 No.12006年1月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Jan .，2006收稿日期：2004–10–20；修回日期：2005–01–31基金项目：国家自然科学基金资助项目(50079012)；教育部留学回国人员科研启动基金项目作者简介：杜守继(1963–)，男，博士，1984年毕业于石家庄铁道学院隧道工程专业，现任副教授，主要从事岩石力学方面的教学与研究工作。

E-mail ：dusj@ 。

岩石节理经历不同变形历史的剪切试验研究杜守继1，朱建栋1，职洪涛2(1. 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200030；2. 上海市政工程设计研究院，上海 200092)摘要：基于不规则的人工岩石节理经历不同剪切变形历史的剪切试验，分析了岩石节理剪切变形特性及与变形历史的依存关系。

结果表明，岩石节理峰值和残余剪切应力随垂直应力的增加呈线性增长趋势，而剪胀特性已变得不明显。

两类节理面在经历不同垂直应力下的剪切变形历史后，剪切应力均不再出现尖峰；而不同剪切变形历史主要影响节理的剪切强度，对剪胀特性影响较小。

关键词：岩石力学；岩石节理；剪切试验；不同剪切变形历史中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)01–0056–05SHEAR TESTS ON ROCK JOINTS UNDER DIFFERENT SHEARDEFORMATION HISTORIESDU Shou-ji 1，ZHU Jian-dong 1，ZHI Hong-tao 2(1. School of Naval Architecture ，Ocean and Civil Engineering ，Shanghai Jiaotong University ，Shanghai 200030，China ；2. Shanghai Municipal Engineering Design Institute ，Shanghai 200092，China )Abstract ：Based on the shear tests of artificial rock joints under different shear deformation histories ，the shear properties of rock joints are analyzed. The test results show that the peak and residual shear stresses increase linearly with the increase of different normal stress histories. Different shear displacement histories mainly affect the shear strength of joints ，and have a little relationship with the dilatancy property of rock. Key words ：rock mechanics ；rock joint ；shear tests ；different shear deformation histories1 引 言近年来，深部地下空间的开发利用问题(诸如放射性核废料储存场所等)正受到广泛的关注。

节理对岩石力学性质的影响研究岩石是地壳中最基本的建造物质，其力学性质对地下工程和地质灾害的稳定与可靠性至关重要。

然而，岩石中存在着一种非均匀的结构特征，即节理，这对岩石的力学性质产生了显著的影响。

因此，研究节理对岩石力学性质的影响具有重要的理论和实际意义。

首先，了解节理对岩石的力学强度和变形特性的影响是研究的核心。

节理是岩石内部的断裂面，影响了岩石内部的应力分布和变形特性。

研究表明，节理的存在会导致岩石的应力集中，从而降低了岩石的强度和抗剪强度。

此外，节理还会影响岩石的变形模式和应变环境，在地下工程中容易形成滑移面等问题。

因此，只有充分了解节理对岩石力学性质的影响，才能更好地预测和控制地下工程的稳定性。

其次，理解节理对岩石断裂和破坏的影响是该研究的关键。

在地质灾害中，节理不仅可以作为裂隙的传播路径，还会直接影响岩石的破坏形式和过程。

研究发现，当外界应力作用于岩石时，节理往往是断裂的起始点和扩展路径。

这是因为在岩石的应力分析中，节理是一个较为脆弱和易于破坏的部分，容易形成应力集中，从而引发岩石的破坏。

因此，准确理解节理对岩石断裂和破坏的影响，对于预测和防治地质灾害具有重要意义。

进一步研究表明，节理对岩石的渗透性和水文特性也有重要影响。

节理的存在使得岩石更容易发生渗流，进而影响岩石的水文特性。

研究发现，节理的连通性和孔隙度直接影响着岩石的渗透性和排水能力。

节理的存在会导致岩石内部形成较大的裂隙空间，增加了岩石的渗流通道，使岩石的渗透率增大。

因此，在地下水资源和地下水工程的开发与利用中，充分考虑节理对岩石渗透性的影响，是确保工程安全和有效的必要步骤。

此外，节理对岩石的热传导性和热膨胀特性也有一定的影响。

研究发现，节理充满了空隙和夹杂物，空气和水可以在节理中流动，进而影响岩石的热传导性。

此外，由于节理的存在，岩石在受热和冷却时会发生膨胀和收缩，从而引起岩石内部的应力变化。

因此，节理对岩石的热传导特性和热膨胀特性的研究，对于热工程领域具有一定的科学意义和实际应用价值。

不同压剪应力比作用下节理类岩石材料破坏模式的试验研究范文臣;曹平;张科【摘要】通过对含充填节理类岩石材料试件进行变角度压剪试验,探究不同压剪应力比作用下节理倾角对岩体破坏模式的影响.定义削弱度,分析节理倾角对岩体抗剪强度的影响.研究结果表明:不同压剪应力比影响试件的初始破坏模式,最终破坏由过大剪切位移所致,并且节理倾角决定试件破坏后的形态;压剪应力比越大,同角度节理试件的抗剪强度越大;在相同压剪应力比下,与无节理试件抗剪强度相比,节理会削弱试件的抗剪强度,倾角不同,削弱度不同.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(046)003【总页数】7页(P926-932)【关键词】类岩石材料;压剪实验;压剪应力比;节理倾角;抗剪强度;削弱度【作者】范文臣;曹平;张科【作者单位】中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙,410083;中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙,410083;中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】TU45岩体由结构面和结构体组成，结构面导致岩体不连续，从而降低了岩体的强度，加速了岩体的风化，甚至造成岩体工程失稳。

大量工程岩体的破坏主要以结构面的破坏为起源因素，当多个不连续的结构面在外荷载作用下贯通以后往往会导致工程岩体整体滑动[1]。

由于现场采集节理岩体试件非常困难，现有关于节理岩体的研究多采用水泥砂浆等类岩石材料制作人工节理的方式进行。

预制节理有张开节理和闭合节理2种。

张开节理多采用预埋薄金属片，等试件养护完成后拔出，在试件中形成张开节理[2−3]。

闭合节理通常采用试件中预埋云母片和聚四氟乙烯等软弱物质[4−5]，并将其留在试件中不拔出，由于云母片等物质的强度远远低于材料的强度，因此，在试件中形成弱面。

国内外许多学者围绕节理岩体的破坏机理进行了大量研究。

Lajtai[6−7]对剪切面含2条节理的石膏式样进行了直剪实验，提出节理岩体中岩桥的3种破坏形式：剪切破坏、张拉破坏和挤压破坏。

岩石、节理以及岩体抗剪强度的相关问题与解决方法N．R．Barton;江英豪【期刊名称】《地壳构造与地壳应力》【年(卷),期】2014(000)002【摘要】岩石、节理以及岩体抗剪强度这三个重要的论题，每个论题即使是概括性的讨论，也都值得使用单独的论卷来深入讨论，但本文仅在一篇文章中将它们联系起来进行总结。

包罗万象的岩体剪切强度既不能用Hoek—Brown准则中的高级代数来表述，也无法用摩尔．库仑的线性准则来定义，因为这些方法都是预先估计，而不是建立在经验上的后续检验。

完整岩体的高度非线性的剪切强度是小应变破坏时的重要组成部分，其定义严重偏离了摩尔库伦准则所定义的曲线，而且曲率也比Hoek．Brown准则所定义的曲线大。

在地壳岩石的深处或许是塑性的，或者处于它们的临界状态。

这些不同的脆弱的节理和裂缝，给土木和采矿工程的稳定性方面制造了诸多难题，但是它们也是帮助裂隙化储层维持渗透性的重要因素。

节理具备高度各向异性的特点。

节理裂隙在高法向刚度和低尺度的剪切刚度条件下呈现出的属性特征差异非常大。

正如1966年穆勒在书中所述，与完整的岩体相比，节理能够在更大的剪切应变下明显地达到最大剪切强度，而且在内聚力消失后，仍然保持它们的摩擦力。

在非线性Hoek-Brown表达式中和内聚力C加上antan妒的条件下，增加完整岩体的内聚力以及节理的剪切阻力是错误的。

在更大的剪切应变下存在第三个剪切强度分量，在粘土填充的（比如在断层附近的区域）的不连续区域存在更小的摩擦力强度。

最后，这里存在某一平面上的从主应力、到正应力再到剪切应力的应力转换大问题。

侧向膨胀、剪切破坏以及该平面的存在都违背了原始的理论假设。

【总页数】28页(P1-28)【作者】N．R．Barton;江英豪【作者单位】NickBarton＆Associates,Oslo,Norway【正文语种】中文【中图分类】TU452【相关文献】1.节理岩体抗剪强度参数的实验分析 [J], 周应华;周德培;杨涛;封志军2.结构面倾角对节理岩体的连通特性和综合抗剪强度的影响 [J], 杜景灿;汪小刚;陈祖煜3.非贯通节理岩体抗剪强度影响因素分析 [J], 刘超;刘远明4.柱状节理玄武岩体抗剪强度参数尺寸效应研究 [J], 刘顺桂;池永翔;王思敬;刘海宁;石安池5.共面断续节理岩体模型抗剪强度及破坏特征分析 [J], 任红磊;李鸿亮;胡宝文因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

岩石抗剪强度与角质层特性的试验研究与应用自然界中的岩石具有不同的抗剪强度和角质层特性，而了解它们的研究和应用对于土木工程、地质学和其他相关领域来说是至关重要的。

本文将讨论岩石抗剪强度与角质层特性的试验研究，并探讨其在实际应用中的价值。

一、岩石抗剪强度试验研究岩石的抗剪强度是指岩石在受到剪切力作用时所能承受的最大应力。

为了研究岩石的抗剪强度，可以采用直接剪切试验、三轴剪切试验和钻孔剪切试验等方法。

1. 直接剪切试验直接剪切试验是最为简单和常用的岩石抗剪强度试验方法之一。

该试验通过在岩石样品上施加垂直于剪切面的两个相等且反向的剪切力，来测量岩石样品的应力-应变关系。

通过这种试验，我们可以得到岩石的抗剪强度和抗剪模量等参数。

2. 三轴剪切试验三轴剪切试验被广泛应用于研究岩石的力学性质，尤其是地下岩石的稳定性。

该试验通过在一个封闭的石油桶中放置岩石样品，在施加三个正交方向的应力下进行剪切。

通过改变应力的不同比例，可以确定岩石的抗拉强度和抗压强度等参数。

3. 钻孔剪切试验钻孔剪切试验是一种特殊的剪切试验方法，它通常应用于野外工程研究中。

这种试验首先通过钻孔将岩石样品获取，并在实验室中进行后续处理。

通过模拟实际的地下环境和施工条件，钻孔剪切试验可以更准确地评估岩石的抗剪强度和变形特性。

二、角质层特性的研究与应用岩石的角质层特性是指岩石表面的一层薄而坚硬的外皮。

它可以为岩石提供抗剪和抗磨损的能力，同时还能影响岩石的透水性和透气性。

1. 角质层的成因岩石角质层的形成主要是由于自然因素的作用，如风化、侵蚀和水文循环等。

这些作用会导致岩石表面发生化学和物理变化，形成坚硬且相对稳定的角质层。

2. 角质层的测定方法为了评估岩石的角质层特性，可以采用一些常见的实验方法，如摩擦试验、硬度试验和电阻率测定等。

这些方法可以通过测量岩石表面的摩擦系数、硬度和电导率等参数，来判断角质层的质量和性能。

3. 角质层在实际应用中的价值岩石的角质层对于许多工程项目的设计和施工都具有重要意义。