岩体强度分析及其计算方法
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岩土体物理力学参数在边坡稳定性定量分析中,岩土体的物理力学参数往往直接控制着稳定系数和支护工程量。
常规的获取参数的方法主要有试验法、经验法、工程地质类比法、反演分析法等。
此外,当边坡稳定受成组结构面和岩桥共同控制时,仍常采用结构面连通率,即采用结构面和岩桥强度进行加权平均来求取潜在滑移面的综合抗剪强度。
以下对两种参数获取方法进行简单介绍。
1.试验法试验法一般可分为室内试验和现场试验两类。
现场试验试件尺寸一般较大,多为(50~70)cm×(50~70)cm,它能保持岩土体的原始状态,并能反映结构面二、三级起伏差对强度的影响,但加工困难,周期长,试验费用相对较高。
室内试验试件一般较小,多为扰动样,存在尺寸效应问题,但取样简单,可以开展各种不同工况下的试验,如三轴直剪试验、饱和固结快剪试验、饱和固结排水剪试验、慢剪试验等。
室内试验由于试验周期短,费用相对较低,可以大量开展。
目前,随着取样技术的发展,已具备取原状样的条件,且可在刚性伺服机上开展试验,能有效地确定有效正应力,控制剪切速度,试验成果较为真实可靠。
2.经验估算法可根据一些经验公式,如利用Hoek-Brown强度准则确定岩体的综合抗剪强度。
一般是在工程前期和缺乏试验的地区应用,该方法存在的问题是岩石强度权重偏大,应用在坚硬和极坚硬岩石中时,确定的抗剪强度常常偏高。
8.5.2 选择原则对于一些不重要或者工程前期缺乏试验资料的边坡,可通过经验法和工程地质类比法,初步确定岩土体的物理力学参数,以此估算边坡的稳定性和支护工程量。
对于一些已经失稳或正在变形的边坡,采用反演分析法来获取岩土体的物理力学参数是一种最有效的办法,但由于此时的抗剪强度已不是常规物理意义上的抗剪强度,而是岩土体抗剪强度参数、边界条件、地下水条件等因素的综合反映,因此,在应用时应严格注意条件的相似性。
同时,应考虑在工程有效期内工作条件的可能变化趋势对强度参数的影响,并适当进行调整。
岩石力学与岩体实验指导书及报告(内部资料)矿业工程学院实验总室2011年6月一、实验目的:测定岩石的单轴抗压强度。
二、实验方法:将圆柱体岩石试样放在压力实验机上进行单轴压缩实验,试件破坏瞬间受压面上的极限应力值为该岩石的抗压强度。
(一)实验前的准备工作1、试件制备。
描述和尺寸测量见<变形实验>。
每组试件数根据实际情况而定,但最好不少于三块。
(二)实验步骤1、试件安装将准备好的岩石试件放在压力实验机上、下加压板的中心位置,试件整个断面应与加压板严密接触,若不合要求,应予处理。
2、施加载荷保持恒定的应力速率(50~100N/cm2/s)对试件连续加载至破坏为止,记录破坏载荷数值。
描述试件的破坏情况,描述内容见<岩石抗拉强度实验>。
“施加载荷”部分,并记入记录表3-2内,发现试件初裂后仍能继续承受载荷,应记录出裂时的载荷值。
三、计算岩石的抗拉强度岩石的(单轴)抗压强度按下式计算:c p Aσ=式中:cσ-岩石抗压强度(MPa);P-试件破坏时施加的最大载荷KN;A-试件横截面积cm2。
一、实验目的:测定岩石的抗拉强度。
二、实验方法:本实验采用劈裂法测定岩石的抗拉强度。
(一)实验前的准备工作:主要是试件的制备、描述和尺寸测量。
(1)采用圆盘试件。
试件直径(D )为50毫米,厚度(T )为25毫米(T/D=0.5)。
(2)试件两端面应平等,试件轴心线与断面应垂直,二者的最大偏差均不得大于0.2毫米。
试件表面光滑平整。
试件数目据实际情况而定,但最好不少于10块。
(3)测量试件尺寸。
圆盘试件测直径和厚度。
沿厚度(T )上、中、下三个部位分别测直径,取三次测量的平均值为试件的直径。
沿预定加载方向上、中、下三个部位测定试件厚度,取三次测量的平均值为试件的厚度。
方片形试件参照圆盘形试件确定规格,测量其尺寸。
(二)试件安装将试件安装于抗拉模具上,要将试件安放在模具的中心线上,避免偏心加载。
第一讲岩石的基本物理力学性质及其试验方法(之一)一、内容提要:本讲主要讲述岩石的物理力学性能等指标及其试验方法,岩石的强度特性。
二、重点、难点:岩石的强度特性,对岩石的物理力学性能等指标及其试验方法作一般了解。
一、概述岩体力学是研究岩石和岩体力学性能的理论和应用的科学,是探讨岩石和岩体对其周围物理环境(力场)的变化作出反应的一门力学分支。
所谓的岩石是指由矿物和岩屑在长期的地质作用下,按一定规律聚集而成的自然体。
由于成因的不同,岩石可分成火成岩、沉积岩、变质岩三大类。
岩体是指在一定工程范围内的自然地质体。
通常认为岩体是由岩石和结构面组成。
所谓的结构面是指没有或者具有极低抗拉强度的力学不连续面,它包括一切地质分离面。
这些地质分离面大到延伸几公里的断层,小到岩石矿物中的片理和解理等。
从结构面的力学来看,它往往是岩体中相对比较薄弱的环节。
因此,结构面的力学特性在一定的条件下将控制岩体的力学特性,控制岩体的强度和变形。
【例题1】岩石按其成因可分为( )三大类。
A. 火成岩、沉积岩、变质岩B. 花岗岩、砂页岩、片麻岩C. 火成岩、深成岩、浅成岩D. 坚硬岩、硬岩、软岩答案:A【例题2】片麻岩属于( )。
A. 火成岩B. 沉积岩C. 变质岩答案:C【例题3】在一定的条件下控制岩体的力学特性,控制岩体的强度和变形的是( )。
A. 岩石的种类B. 岩石的矿物组成C. 结构面的力学特性D. 岩石的体积大小答案:C二、岩石的基本物理力学性质及其试验方法(一)岩石的质量指标与岩石的质量有关的指标是岩石的最基本的,也是在岩石工程中最常用的指标。
1 岩石的颗粒密度(原称为比重)岩石的颗粒密度是指岩石的固体物质的质量与其体积之比值。
岩石颗粒密度通常采用比重瓶法来求得。
其试验方法见相关的国家标准。
岩石颗粒密度可按下式计算2 岩石的块体密度岩石的块体密度是指单位体积岩块的质量。
按照岩块含水率的不同,可分成干密度、饱和密度和湿密度。
岩体强度试验包括:岩体结构面直剪试验、岩体直剪试验、混凝土与岩体胶结面直剪试验、荷载试验岩体强度试验主要包括岩体抗剪强度试验和岩体现场载荷试验。
岩体抗剪强度是指岩体(结构面、混凝土与岩体)在外力作用下所具有的抵抗剪切破坏的能力。
剪切破坏是工程事故发生的最重要原因之一,测试、研究岩体的抗剪强度特性,用以计算、校核工程抗滑稳定对水电建设工程具有十分重要的意义。
岩体抗剪强度试验包括岩体沿软弱结构面直剪试验、岩体本身直剪试验和混凝土与岩体直剪试验。
现场测定岩体抗剪强度的方法很多,如:直剪试验、三轴试验、扭转试验等,但国内外最常用的是直剪试验。
直剪试验的剪力施加一般又有平推法和斜推法两种。
试验尺寸,国内外不同行业、不同单位也千差万别,但认识是基本一致的,认为试体尺寸决定于岩体中单个岩块的大小和试验精度。
为了充分反映岩体受力后的应力状态和裂隙分布的不均一性,现场应考虑用较大尺寸的试体进行试验。
试体尺寸一般不宜小于 2500cm2。
(一)岩体结构面直剪试验岩体结构面的抗剪强度,是指在外力作用下,结构面所具有抵抗剪切破坏的能力。
岩体结构面直剪试验适用于岩体中的各类结构面,目的是测定岩体沿结构面的抗剪强度、变形特征和破坏规律,为校核坝基、坝肩、地下结构围岩、岩质边坡等沿软弱结构面的抗滑稳定提供抗剪强度参数和应力–应变关系曲线。
试验地段开挖、试体加工应减少对岩体结构面产生扰动和破坏。
试体可在天然含水状态或人工浸水条件下剪切。
每组试验试体数量不宜少于 5 个。
1、试体加工的主要要求试体宜采用方试体,剪切面积不宜小于 2500cm2,最小边长不宜小于 50cm。
试体间距宜大于最小边长,推力方向应与预定剪切方向一致。
试体表面应平行预定剪切面,对加压过程中可能出现破裂或松动的试体,应浇筑混凝土保护套或采取其他保护措施。
对结构面倾斜或有夹泥层的试体,加工时应采取保护措施。
试验前后应对试体及剪切面进行详细描述。
试体描述主要包括:试体制备及出现的情况,岩性,结构面类型、性状、充填物性质,试段岩体完整程度、风化情况等;剪切面描述重点:准确量测剪切面面积,记述剪切面破坏情况、起伏差、擦痕分布、方向等,当结构面内有充填物时,应准确判断剪切面位置,并记述其组成成分、性质、厚度、构造。