岩质边坡岩体节理结构面抗剪强度的确定方法
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浅谈岩质顺层边坡结构面力学指标的确定方法摘要:控制岩质顺层边坡稳定性的主要因素为岩层结构面,确定岩层结构面的力学指标方法较多,不宜单独采用,应采用多种方法综合确定。
本文结合工程实例,浅谈顺层结构面力学指标的确定方法。
abstract: fractures are important factors that control the stability of consequent bedding rock slope, multiple approaches to determine the consequent bedding rock slope fractures mechanics indexes are used in order to obtain satisfactory results. a brief discussion on determination method of the consequent bedding rock slope fractures mechanics indexes combining engineering examples.关键词:岩质顺层边坡;结构面;组合结构面;力学指标;平面滑动key words: the consequent bedding rock slope;fractures;combinatorial fractures;mechanics indexes;plane sliding 中图分类号:tu4 文献标识码:a 文章编号:1006-4311(2012)31-0110-020 引言确定岩质顺层边坡结构面的力学指标一直是岩土工程界的一个重要研究内容,目前确定方法很多,如规范法、试验法、极限平衡反演法等。
单一采用以上任何一种确定方法均不能很好地提供结构面力学参数。
这就要求我们在勘察现场中必须查清边坡有关不利于边坡稳定的因素,结合边坡的实际工程地质条件,分析边坡可能的破坏模式,对各种可能的多种滑动面组合情况进行稳定性分析,考虑多种确定方法综合确定,以提供安全可靠、经济实用的结构面力学参数。
岩体结构面抗剪强度尺寸效应试验技术与系统研制
岩体结构面抗剪强度尺寸效应试验技术与系统研制是指针对岩体结构面(如节理、裂隙等)的抗剪强度进行尺寸效应试验的技术与系统的开发工作。
岩体结构面的抗剪强度是指岩体结构面在受到剪切作用时能够承受的最大剪应力。
由于不同尺寸的结构面具有不同的力学性质,因此岩体结构面的抗剪强度会随着尺寸的变化而改变,即存在尺寸效应。
为了研究岩体结构面的抗剪强度尺寸效应,需要开发相应的试验技术与系统。
其中,试验技术包括确定试验方案、制作试样、测量试验数据等;而试验系统则包括试验设备、数据采集系统、数据处理与分析软件等。
研制岩体结构面抗剪强度尺寸效应试验技术与系统需要结合岩石力学、土木工程、计算机科学等多个学科的知识,以保证试验结果的准确性和可靠性。
岩体结构面抗剪强度尺寸效应试验技术与系统的研制对于深入理解岩体结构面力学行为,提高岩体力学模型的可靠性和精度具有重要意义。
它可以为岩石力学研究、岩土工程设计、地质灾害预测与评估等领域提供有效的技术支持。
民营科技2010年第1期6MYKJ 科技论坛浅议边坡岩体力学参数的确定方法谭力良(深圳市岩土综合勘察设计有限公司,广东深圳518172)岩体力学参数选取是岩质边坡理论分析,设计计算的基础性工作和关键环节,目前国内外岩体工程广泛使用经典弹性理论和莫尔—库仑强度准则,采用岩体力学参数包括岩体学模量、岩体抗剪强度指标值C、Φ岩体抗拉强度、岩体抗压强度等,这些岩体学参数主要依据室内现场试验,经验强度准则、参数反演、工程类比方法取值。
下面首先介绍岩体力学参数研究中所涉及的几个术语概念,然后讨论边坡岩体学参数的常用值方法及其主要影响因素。
1岩体中相关术语的概念1)真值:真值是某一岩体或试件客观存在的力学参数真实值。
2)实验值:实验值是指在进行岩体力学试验时,按规定的取值方法所得到的试验成果值,容易理解,对试件本身而言,只要试验合理,其实验值就是真值。
3)标准值:取一定数量同性质岩体的实验值,用一定的统计分析方法(如果解法、算数平均法、小值平均法、最小二乘法、点群中心法和优定斜率法等),舍去不合理的离散值,并进行经验修正后,所求的实验成果综合值称为标准值,显然,只要试验合理,试件状态与实际地址条件相似。
其标准值可近似理解为真值。
4)计算值:计算值是供设计和稳定验算时使用的量值。
就边坡岩体而言,地址建议值或建成“建议值”即为计算值。
当边坡岩土质量十分单一和均匀时,其标准值可近似作为“计算值”但有时也应做适度的调整。
此外,应以其各自力学组合来表现,例如以其“标准值”的加权平均值为基础,根据诸多工程地质因素做出适当调整后所求的参数值,可作为:“计算值”。
2确定力学参数计算值的常用方法岩体力学参数确定的岩体工程分析、设计的基础工是一个非常重要环节,常用的岩体力学参数取值方法有实验法、经验公式法、反分析法、工程类比和数值计算法等。
1)实验法:试验研究是确定岩体力学参数最直接的方法,包括现场原位试验和室内试验,由于岩体中结构面存在,岩体结构尺寸效应的影响,以及水、风化等外应力的作用,使得岩体的力学行为与室内石试块所表示的力学行为之间存在着很大的差异,即使是现场原位试验也知识包含部分不连续,也还不足以代表公车个岩本尺度范围,并且现场实验室常常试验数量有限且成果分散,因此实验值一般不直接作为计算值,大多需要对实验值进行经验折减,或者用一定的统计分析方法求标准值。
浅谈岩质顺层边坡结构面力学指标的确定方法作者:程宇等来源:《价值工程》2012年第31期摘要:控制岩质顺层边坡稳定性的主要因素为岩层结构面,确定岩层结构面的力学指标方法较多,不宜单独采用,应采用多种方法综合确定。
本文结合工程实例,浅谈顺层结构面力学指标的确定方法。
Abstract: Fractures are important factors that control the stability of consequent bedding rock slope, multiple approaches to determine the consequent bedding rock slope fractures mechanics indexes are used in order to obtain satisfactory results. A brief discussion on determination method of the consequent bedding rock slope fractures mechanics indexes combining engineering examples.关键词:岩质顺层边坡;结构面;组合结构面;力学指标;平面滑动Key words: the consequent bedding rock slope;fractures;combinatorial fractures;mechanics indexes;plane sliding中图分类号:TU4 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2012)31-0110-020 引言确定岩质顺层边坡结构面的力学指标一直是岩土工程界的一个重要研究内容,目前确定方法很多,如规范法、试验法、极限平衡反演法等。
单一采用以上任何一种确定方法均不能很好地提供结构面力学参数。
这就要求我们在勘察现场中必须查清边坡有关不利于边坡稳定的因素,结合边坡的实际工程地质条件,分析边坡可能的破坏模式,对各种可能的多种滑动面组合情况进行稳定性分析,考虑多种确定方法综合确定,以提供安全可靠、经济实用的结构面力学参数。
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。
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。
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,首先需要了解作为研究对象的工程岩体的力学性质,并确定其特征参数。
岩石力学参数的合理确定一直是岩石力学研究和发展的难点之一。
在应用工程力学领域,如果完整地使用经典理论力学的连续性假设和定义,就会存在理解上的问题。
必须考虑假设的合理使用范围和每个物理量的适用定义。
本文讨论了地下岩体工程中根据不同的重点确定岩体参数的方法。
1、确定岩体参数的传统方法地下巷道、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。
地下巷道和硐室工程岩体力学参数的确定方法如下:(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的确定问题。
为了确定复杂岩体的力学参数,需要将工程岩体视为一个连续模型。
采用确定岩体力学参数的新方法,建立了层状斜节理岩体的力学模型,并进行了力学试验,确定了岩体的基本力学参数。
1.工程岩体力学参数模型目前,关于岩石的力学性质和划分基本上有两种观点:一种观点认为岩石本身是一种连续的非各向异性材料,另一种观点认为岩石是由多晶系统组成的,存在空洞和裂缝等缺陷,这使得岩石本身的结构表现出各向异性和不连续性。
岩体一般被视为不连续介质,但在一定条件下仍满足连续介质力学的基本假设。
2020年第19卷第5期2020195Industrial &Science Tribune 岩质边坡岩体抗剪强度参数选取方法□杨立建王小元施晓文杜鹏飞【内容摘要】由于核电厂对厂址条件要求的特殊性,各核电厂址都或多或少的存在着岩质边坡问题,边坡岩体抗剪强度参数是边坡稳定性计算分析的重要基础,选取合适的参数进行边坡设计,对电厂的安全十分重要。
本文对岩质边坡稳定性计算中岩体抗剪强度的获取方法进行了综述,对各方法的适用范围、优缺点进行了总结。
以某核电厂岩质边坡为例,采用多种方法综合确定岩体抗剪强度参数,并进行了稳定性计算,结果表明:采用多种方法综合确定岩体抗剪强度参数是合理和可靠的。
【关键词】岩质边坡;抗剪强度;稳定性计算;参数选取【作者单位】杨立建,王小元,施晓文,杜鹏飞;中国核电工程有限公司在核电厂的建设中,各核电厂址都或多或少的存在着岩质边坡的问题,边坡岩体抗剪强度参数是边坡稳定性计算分析的重要基础,强度参数的正确性、合理性直接影响计算结果的准确性。
由于岩体具有各向异性、不连续和非均匀等特点,以及岩体结构的复杂性,使得岩体抗剪强度的确定一直是一个难题。
本文将对几种常用的岩体抗剪强度参数确定方法进行介绍,总结各方法的适用范围和优缺点,并以某核电厂岩质边坡为例,选取岩体抗剪强度参数,进行稳定性计算。
一、参数确定方法对于岩体抗剪强度参数,目前常用的确定方法主要包括现场试验法、规范BQ 估算法、经验公式、反演分析法、工程地质类比等[1 10],其中经验公式比较常用的有Hoek -Brown 经验公式、吉格法、费辛柯法等,以下对这几种方法进行介绍。
(一)现场试验法。
现场试验是指岩体直剪试验[11],能直接获得岩体抗剪强度指标,适合于具有现场试验条件的各类岩体边坡。
该方法的优点是取得的岩体抗剪强度指标最为直接,也比较可靠,缺点是试样制备难度大、试验设备运输安装及整个试验过程费时费力、耗资较大等问题。
常用岩体结构面抗剪强度参数经验取值范围岩体结构面抗剪强度参数是指岩体结构面的抗剪强度的经验取值范围。
岩体结构面是岩石中存在的裂隙、节理、断层等。
了解和掌握岩体结构面抗剪强度参数的经验取值范围,对于工程建设中的岩体力学分析、岩体稳定性评价以及岩石工程设计具有重要意义。
常见的岩体结构面抗剪强度参数包括摩擦角、内聚力、弹性模量和刚度系数。
这些参数的取值范围是众多研究者通过岩体力学实验、野外观测和工程实践的总结得出的。
下面将分别介绍这些参数的经验取值范围。
1.摩擦角:摩擦角是指结构面内摩擦力和结构面法向力之间的夹角。
不同类型岩石的结构面摩擦角存在一定的差异,一般来说,从低到高依次为软岩、硬岩和饱和岩。
-软岩:摩擦角一般取值在15°~30°之间。
-硬岩:摩擦角一般取值在30°~45°之间。
-饱和岩:摩擦角一般取值在45°~60°之间。
2.内聚力:内聚力是指结构面上岩体的抗剪破裂能力。
其取值范围与摩擦角类似。
-软岩:内聚力一般取值在0.5MPa~2.5MPa之间。
-硬岩:内聚力一般取值在2.5MPa~10MPa之间。
-饱和岩:内聚力一般取值在10MPa~30MPa之间。
3.弹性模量:弹性模量是指岩体在受到外力作用时的形变能力。
不同类型岩石的弹性模量差别很大。
-软岩:弹性模量一般取值在2GPa~10GPa之间。
-硬岩:弹性模量一般取值在10GPa~40GPa之间。
-饱和岩:弹性模量一般取值在40GPa~100GPa之间。
4.刚度系数:刚度系数是指岩体结构面所表现出的刚度水平。
刚度系数与弹性模量有一定的关联。
-软岩:刚度系数一般取值在0.2MPa/m~2MPa/m之间。
-硬岩:刚度系数一般取值在2MPa/m~10MPa/m之间。
-饱和岩:刚度系数一般取值在10MPa/m~50MPa/m之间。
需要注意的是,这些取值范围只是经验总结,并不能适用于所有具体的岩体情况。
第35卷第2期2021年 4月Vol.35 No.2Apt. 2021粉煤灰综合利用FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION 不同剪切速率下节理面剪切特性分析**基金项目:国家自然科学基金重点项目(51809198)。
作者简介:张雨辰(1996-),女,硕士研究生,从事岩石工程 方面研究。
通信作者:程浩(1989-),男,讲师,从事岩石工程方面研究及工程实践。
收稿日期:2020-09-09Analysis of Shear Characteristics of Jointed Surface under Different Shear Rates张雨辰,程浩(武汉大学土木建筑工程学院,湖北武汉430072)摘 要:岩质边坡的动力响应在很大程度上受到节理面的制约,研究节理面的动力剪切特性是进行岩质边坡动力反应分析的重要前提。
为了探究节理岩体在不同动态剪切速率下的剪切力学行为,本文将在应力应变控制式三轴剪切 渗透试验仪上对两种不同粗糙度的白砂岩节理试件开展剪切试验,施加的剪切速率分别为0. 6 mm/min 、1. 8 mm/min 、 5.4mm/min 、10. 8 mm/min 。
根据直剪试验结果对不同剪切速率以及不同粗糙度节理面的峰值抗剪强度及剪胀角进行分析。
此外,本文从细观角度构建静态抗剪强度模型,在此模型的基础上基于试验数据,提出一种考虑剪切速率的动 态抗剪强度模型。
关键词:剪切速率;剪切特性;峰值抗剪强度模型;剪胀中图分类号:TU458文献标志码:A 文章编号:1005-8249 ( 2021) 02-0036-07D01:10.19860/ki.issnl005-8249.2021.02.006ZHANG Yuchen, CHENG Hao(School of Civil Engineering, Wuhan University , Wuhan 430072, China)Abstract : The dynamic Pre-requisite of rock slope is restricted by the joint surface to a great extent. The research on dynamic shear characteristics of joint surface is an important Pre-requisite for dynamic response analysis of rock slope. In order to explore the shear mechanical behavior of jointedrock mass under different dynamic shear rates , the shear tests of two kinds of white sandstone joints with different roughness were carried out on thestress-strain controlled triaxle shear permeability tester. The shear rates are 0.6 mm / min, 1. 8 mm / min, 5.4 mm / min and 10. 8 mm / minrespectively. According to the results of direct shear test , the peak shear strength and dilatancy angle of joint surfaces with different shear rates and roughness were analyzed. In addition , a static shear strength model from the micro perspective was proposed , and based on the test data , adynamic shear strength model considering shear rate was put forward in this paper.Keywords : shear rate ; shear characteristics ; model of peak shear strength ; dilatancy0引言岩质边坡在静力条件下稳定,但是在地震荷载的动态循环剪切作用下,结构面强度会降低,导致 坡体沿结构面发生错动或滑移,进而引发地震滑坡,因此,岩体结构面在动荷载作用下的变形机制以及强度变化是进行工程边坡地震防控中亟待解决的关键问题之一⑷。
3.1建筑边坡类型3。
1.1边坡分为土质边坡和岩质边坡3。
1。
2岩质边坡的破坏形式(表)滑移型+崩塌型3.1。
3确定岩质边坡的岩体类型应考虑因素3.1.4视为相对软弱岩质组成的边坡情况和可分段确定边坡类型情况3.2边坡工程安全等级3.2.1边坡工程安全等级(表)3。
2.2安全等级为一级和二级的情况3。
2。
3边坡塌滑区范围估算3。
3设计原则3.3。
1两类极限状况定义3。
3。
2荷载效应最不利组合(分项系数,重要系数γο等)3。
3。
3永久性边坡的设计使用年限应不低于受其影响相邻建筑的使用年限3。
3。
4考虑地震作用影响的原则3。
3。
5边坡工程设计应包括内容3.3。
6计算和验算的对象和内容3.4一般规定3。
4.1设计时应取得的资料3。
4.2一级边坡工程应采用动态设计法(内容)3。
4。
3二级边坡工程宜采用动态设计3.4。
4边坡支护结构常用形式(表)参考因素3。
4.5不应修筑边坡情况3.4.6避免深挖高填,后仰或分阶放坡3。
4.7洞室3.4。
8生态保护+自身保护措施3。
4。
9下列边坡工程专门论证3。
4。
10开挖坡角,坡顶超载,水渗入坡体3.5排水措施3。
5。
2截水沟(地表水)3.5。
3排水管、管井、截槽(地下水) 3。
5.4~3.5。
6泄水孔3.6坡顶有重要建(构)筑物的边坡工程设计3.6。
1设计规定(与基础相邻作用)3。
6.2新建边坡措施(与相邻基础) 3。
6.3新建重要建筑规定3。
6。
5已建档墙坡脚新建建(构)筑物时3。
6。
6位于稳定土质或弱风化岩层边坡的挡墙和基础四、边坡工程勘察4。
1一般规定4。
1。
1一般建筑边坡工程应进行专门的岩土工程勘察;二、三级建筑边坡工程可与主体建筑勘察一并进行,但应满足边坡勘察和要求。
大型的和地质环境条件复杂的边坡宜分阶段勘察;地质环境复杂的一级边坡尚应进行施工勘察(专门勘察+合并勘察+分阶段勘察+施工勘察对应情况)4。
1。
2勘探范围+控制性勘探孔深度4.1。
3勘察报告内容4.1.4变形监测、水文长观孔4.2边坡勘察4。
合规快速确定岩体抗剪断强度的方法吉咸伟*(上海电力设计院有限公司,上海200025)摘要:从岩体、岩石、结构面抗剪强度的区别出发,介绍了岩体剪切强度在不同情况下分别由岩石、结构面的抗剪强度控制,从而讨论岩体剪切强度的几种类型。
针对工程重要性低、工程周期紧张的建设项目,专门梳理了相关规范、标准,结合工程经验,提出了合规快速确定工程建设项目岩体抗剪断强度的流程和方法,从而满足设计和施工图审查要求,确保工程安全。
关键词:岩体;结构面;抗剪断强度;合规中图分类号:P58文献标识码:A文章编号:1004-5716(2019)09-0016-04岩体抗剪强度是工程建设地基基础设计、边坡支护设计、滑坡稳定性分析等设计人员所需的重要参数。
对于重要工程,应通过三轴压缩试验、直剪试验等直接方法确定岩石、结构面的抗剪强度,也可以通过点荷载试验或声波速度测试等间接方法确定。
对于非重要的简单工程,如22kV及以下的架空线工程、陆上光伏支架工程、单层钢结构厂房等,或者对于工期很紧的工程,不具备进行相关试验的条件和必要性,如何简单、快速、合规地确定岩体抗剪强度,是本文研究的重点,本文以下内容仅针对非重要的简单工程进行讨论。
1剪切强度1.1岩体、岩石和结构面岩体是赋存于一定地质环境,由各类结构面和被其所切割的结构体所构成的刚性地质体。
其中结构体是指未经位移的岩体被结构面切割成的块体或岩块,结构面指岩体内分割固相组分的地质界面的统称,一般指岩体内部具有一定方向、一定规模、一定形态和特性的面、缝、层和带状的地质界面。
而岩石指组成地壳的矿物集合体。
简言之,岩体包含岩石(岩块)和结构面,结构面切割岩体,随着结构面数量增多、规模增大,岩体的强度大幅下降,结构面间的充填物及其性质,结构面间水的存在与流动,将加剧岩体强度的降低,甚至引发各类岩土问题或灾害。
1.2岩体剪切强度确定方法当岩体完整,结构面数量少、规模小,岩体抗剪强度主要由岩石控制;当结构面数量增多,岩体完整性变差,岩体抗剪强度逐渐减小,主要由结构面控制,若存在多组结构面,则由最不利结构面控制。
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。
2、计算方法:已知滑动破坏时的轴心压力、节理滑动面倾角及面积(椭圆形的长短轴求得),求解分向滑动面的作用力并计算抗剪强度,应用滑动破坏时的轴心压力、滑动面倾角与滑动面c、φ值的关系式求得该节理滑动面的c、φ值,计算模型见图2。
图1 抗压块体沿结构面滑动分离样件
(a)(b)
图2滑动面抗剪强度计算模型
据图2(b),滑动推力=破坏时轴心压力×sin滑动面倾角β,结构面抗剪强度=滑动推力/滑动面面积。
根据岩体力学理论可知,结构面与最大主应力间的关系控制着岩体的破坏机理与强度,如图2(a)所示,当结构面与最大主平面的夹角β为锐角时,岩体将沿结构面滑移破坏,根据单结构面理论,岩体中存在一组结构面时,岩体的极限强度σ1与结构面倾角β的关系为:σ1-σ3=2(c+σ3tgφ)/(1-tgφctgβ)sin2β,式中:c、φ分别为结构面的粘聚力和摩擦角。
当σ3=0时,σ1=破坏时的轴心压力,即σ1=2c/(1-tgφctgβ)sin2β。
三,与常用方法的的对比分析
结构面抗剪强度常用的求取方法有以下三种:
1、方法1:根据试验(原位剪切试验或室内直剪试验)分析选取。
原位剪切试验费用很高,在一般的工程难以实施;室内直剪试验,由于岩体中绝大多数结构面的粗糙起伏形态是不规则的,在剪切试验加压过程中,很多时候试验剪切压力还没加到规定的数值,岩体可能已经开始滑动破坏了,因此很多情况下较难得到试验值,而且就算得出的抗剪强度试验值,也并不一定是真正的岩石结构面抗剪强度。
2、方法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。
由于各个国标、行标只提供一个抗剪强度取值的参考范围,只能是在一个大概范围取值,缺乏针对性,不符合工程的实际情况;而估算法则精度低、可靠性很差。
3、方法3:利用边坡状态和实测位移进行反演确定。
该方法数据采集往往较困难,可操作性不强,还有待进一步的改进。
本文提出的方法比常规的岩石抗剪断试验得到的抗剪强度值更接近实际情况、更具有实用意义,目前未发现有前人利用这一方法,因此具有创新性。
四、现场工程应用
该方法应用到广东省内某岩质边坡地质勘察工程,该工程钻探直孔35个;,总长度1665.43m,室内岩样的抗压试验做了123组试验,按岩石坚硬程度进行统计,并利用该新方法计算确定岩体饱和、天然岩石节理结构面抗剪强度c、φ值,详见表1和表2。
表1岩石节理结构面饱和抗剪强度统计表
表2岩石节理结构面天然抗剪强度统计表
利用以上结构面抗剪强度参数进行边坡稳定性分析计算,根据现场实测数据验证表明,其结构面抗剪强度取值合理、符合实际。
五、结语
本文提出一种新的、合理的方法,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,对类似的边坡工程有一定参考价值。
参考文献
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