yantubbs-岩体结构面抗剪强度参数试验研究

岩石结构面注浆前后抗剪特性数值分析吴乐文;赵奎【摘要】岩石结构面力学特性研究一直是岩石力学的热点问题，为研究注浆前后岩石结构面力学特性，利用ANSYS建立了结构面剪切计算模型并导入FLAC3D 进行计算，采用等效参数模拟方法对比分析了3种结构面类型在台阶高宽比为0.5和0.3下结构面的力学特性.结果表明：台阶宽高比不同台阶所表现的破坏规律不同，高宽比大时为剪断破坏，高宽比小时为压切破坏；注浆对提高结构面抗剪强度作用明显.最后，根据试验结果提出了非控制性爬坡角概念.%The researches on the mechanical property of rock structure plane has always been a hot topic .In order to study the mechanical property of rock mass at pre-and-post grouting, a FLAC3D calculation model is constructed based on ANSYS to perform calculation. The mechanical properties of three structural planes and two aspect ratio types are analyzed with aspect ratio are 0.5 and 0.3.The results show that the different step-shaped aspect ratios have the different failure laws, which exhibited shear failure with large aspect ratios and pressure-shear failure with small aspect ratios, and the shearing strength increased markedly after grouting . The concept of uncontrolled climbing angle is put forward according to the results .【期刊名称】《有色金属科学与工程》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】5页(P96-100)【关键词】数值模拟;注浆;结构面;剪切强度【作者】吴乐文;赵奎【作者单位】广西华锡集团股份有限公司，广西柳州 545006;江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州341000【正文语种】中文【中图分类】TD3150 引言许多国内外学者针对控制着工程岩体稳定性的岩体结构面力学特性这一热点问题进行了持续性研究.众所周知，结构面的存在对岩体力学性质有着决定性影响，因此，研究岩体结构面力学性质是非常有意义的.孙广忠教授在文献[1]中归纳了结构面的4种起伏形态分别为平直结构面、台阶状结构面、锯齿状结构面、波状结构面，4种结构面的力学效应是不同的.除了锯齿状结构面，其他3种结构面力学特性的研究已较多，一些学者对岩体结构面锚固特性采用室内试验或理论分析进行了相关研究[2-4].但是对结构面注浆加固前后力学特性的研究还比较少，尤其是采用数值分析方法的研究更少.因此，本文通过3种类型和2种台阶高度结构面剪切模拟试验，对结构面注浆前后抗剪特性进行了分析研究.该研究对揭示其加固机制具有重要的意义.1 试验与计算模型通过ANSYS有限元分析软件建立数值分析模型，再通过转换导入FLAC3D软件中进行分析和计算[5-12].为尽可能得到岩石结构面剪切特性的规律，模型尺寸：长×宽×高为100 mm×100 mm×100 mm.为了模拟结构面，在模型中间设置厚度为2 mm的结构面模拟其注浆前后效果.设置的结构面类型包括1个台阶、2个台阶以及组合（1个台阶与1个锯齿）3种类型，台阶宽度为20 mm，每种类型包括2种台阶高度，分别为10 mm、6 mm，则3种类型结构面模型高宽比分别为0.5和0.3.如图1～图3所示分别为3种结构面模型示意图.图1 1个台阶结构面模型图2 2个台阶结构面模型图3 组合结构面模型边界条件设置为底部固定约束，下半部分模型四周约束水平方向位移，上半部分顶部为自由边界.计算采用Mohr-Coulomb准则，在模型顶部施加法向荷载，上半部分岩石施加水平位移荷载，荷载大小2×10－4 mm/时步.模拟试验中只考虑法向荷载，因为法向荷载远远大于岩石自重，所以计算略去岩石自重[13-15].如表1、表2所示，岩石和结构面参数是根据RMT-150C型岩石力学试验系统对岩石试块进行室内单轴和剪切试验的结果选取.表1 岩石参数选取参数名称内摩擦角弹性模量/GPa参数取值 45.7 0.278 10.0 20.0 15.5/（°）泊松比抗拉强度/MPa 黏结力/MPa表2 结构面参数选取参数名称参数取值未注浆注浆黏结力/MPa 0 15.0弹性模量/MPa 0.02 15.5泊松比 0.000 2 0.027 8抗拉强度/MPa 0.001 1.0内摩擦角 /（°）10.0 40.02 破坏规律分析通过数值计算分析讨论台阶状结构面剪切破坏形式以及规律，探讨台阶数量及结构面形态与抗剪强度关系、施加法向应力大小与抗剪强度关系.由于试验结果图太多，此处只列出图4～图6，分别为试验中高宽比0.5和0.3时，结构面最大、最小主应力云图以及组合剖面塑性云图.本文中所有图示除非特别说明，剪切方向均为从通过分析图4、图5、图6等1个台阶、2个台阶、组合结构面模型剖面的最大主应力、最小主应力以及塑性区云图得到下述研究结果.2.1 台阶高宽比为0.5情况分析1）拉应力区域皆形成于3种结构面的台阶及锯齿下部，拉应力最大处位于底部. 2）结构面上半部分岩石在剪切作用下有往上抬起效应，导致台阶右边下部岩石受到明显压应力作用，台阶右边底角转折处形成压应力集中区域.3）组合类型岩石在剪切作用下锯齿下方和锯齿顶部均表现为拉应力.而压应力较集中区域为锯齿正下方与台阶底部，且在锯齿右面底部达到最大压应力，说明剪切过程上部岩石有往上抬起效应.图4 1个台阶剖面最大主应力云图图5 2个台阶剖面最小主应力云图图6 组合剖面塑性区云图4）由塑性云图6可知，因岩石抗拉强度远远小于岩石抗压强度，导致台阶底部在剪切应力和法向应力的作用下最先表现为拉伸破坏.组合类型模型中锯齿和台阶的底部都已开始出现拉伸破坏，且最大拉应力区域与破坏区域一致，台阶最终因张剪滑移而破坏.2.2 台阶高宽比为0.3情况分析为了对比分析台阶高宽比不同的情况下3种结构面剪切破坏规律，进行了台阶高宽比为0.3时结构面剪切试验.通过分析台阶高宽比为0.3的1个台阶结构面模型剖面的最大主应力、最小主应力以及塑性区云图可知：1）台阶高度降低后，台阶高宽比为0.3时结构面主应力云图与台阶高宽比为0.5时的应力云图规律是一样的.台阶底部受到拉应力作用，拉应力集中区域出现在台2）沿顺剪方向，台阶只在左下部分出现斜向上的拉伸破坏痕迹，表明当台阶高宽比较小时，台阶一般因剪切作用产生压切破坏，且对于2个台阶结构面模型压切破坏同时发生于2个台阶.因此，当台阶高宽比较小时，台阶因剪切作用而产生压切破坏.破坏区域分布与文献[1]分析一致.3）组合结构面模型中拉应力集中区域位于台阶和锯齿的底部，台阶底部受弯矩作用明显，由此可见：高宽比越大，台阶状结构面张性破坏效应越明显.锯齿底部的拉应力明显小于台阶底部的拉应力；锯齿高度降低后，锯齿下部的拉应力集中效应降低了，由此可见：起伏角α越大，结构面张性破坏效应越明显.4）2个台阶结构面与1个台阶结构面模型类似，沿受剪方向，出现于台阶左下角的拉伸破坏区逐步向台阶顶端扩展，最终导致台阶形成压切破坏.锯齿下方拉伸破坏区在左下与右下部位明显.3 法向应力与抗剪强度分析通过对3种类型结构面注浆前后的试验过程监测得到了法向应力为 1 MPa、2 MPa、3 MPa、4 MPa、5 MPa下峰值剪切应力的大小，如表3所示.表3 不同法向应力对应峰值剪切应力/MPa结构面类型注浆情况法向应力1 2 3 4 5 1台阶未注浆 1.821 3.642 5.50 7.291 9.080注浆 2.078 4.024 5.973 7.921 9.870 2台阶未注浆 2.250 4.500 6.280 9.000 11.300注浆 2.515 4.875 7.238 9.601 11.970组合未注浆 1.868 3.740 5.609 7.482 9.352注浆 2.318 4.443 6.572 8.694 10.820通过数值模拟验证了法向应力与结构面抗剪强度的关系特性.通过数值计算结果可知：抗剪强度和法向应力拟合相关系数近似为1.0.结构面抗剪强度随法向应力增大而呈线性增长.4 注浆与未注浆抗剪强度对比依据文献[4]的研究可知，数值模拟中等效参数方法可以模拟结构面注浆效果，因此，通过改变中间层参数模拟注浆效果，结果如图7～图9所示.图7所示为1个台阶结构面注浆与未注浆结构面抗剪强度对比条形图，注浆后结构面抗剪强度在5个等级法向应力下提高幅度明显，分别达到14.11%、10.49%、8.60%、8.64%、8.70%.注浆后强度平均提高了10.11%.图8所示为2个台阶结构面注浆与未注浆结构面抗剪强度对比条形图，注浆后结构面抗剪强度在5个等级法向应力下提高幅度明显，分别为11.78%、8.33%、13.24%、6.68%、5.93%.注浆后强度平均提高了9.19%.图9所示为组合结构面注浆与未注浆抗剪强度对比条形图，注浆后结构面抗剪强度在5个等级法向应力下提高幅度明显，分别为24.09%、7.03%、18.80%、16.20%、15.70%.注浆后强度平均提高了16.35%.图7 1个台阶结构面注浆与未注浆强度对比图8 2个台阶结构面注浆与未注浆强度对比图9 组合结构面注浆与未注浆强度对比通过对图7～图9的分析，进一步确定岩石结构面注浆效果的等效参数模拟方法是可行的.5 结构面强度与几何形态关系表4为5个等级法向应力下1个台阶模型和组合结构面模型抗剪强度大小关系.表4 不同法向应力2种类型结构面抗剪强度比较/MPa结构面类型法向应力1 2 3 4 5 1个台阶 1.821 3.642 5.500 7.291 9.080组合 1.868 3.740 5.609 7.4829.352增长率/% 2.580 2.690 1.980 2.620 2.990由表4可以看出，组合结构面模型相对于1个台阶结构面在增加一个锯齿的情况下，结构面抗剪强度并没有明显的提高，说明大爬坡角对结构面抗剪强度大小起控制作用，定义其为控制性爬坡角；小爬坡角对结构面抗剪强度大小不起控制性作用，定义其为非控制性爬坡角.由表4中结构面抗剪强度增长率可以看出，组合情况下台阶（即爬坡角为90°）结构面模型对结构面抗剪强度起决定性作用，锯齿对抗剪强度影响较小，平均增长率仅为2.57%.由此，结合前文分析，可以提出并得到组合情况下岩石结构面抗剪强度修正公式：式（1）中：ki为非控制性爬坡角因子，以本文中锯齿状结构面模型爬坡角为30°情况下，其非控制性爬坡角因子ki=0.025 7.6 结论在开展室内单轴、剪切试验的基础上，开展了结构面数值模拟试验.通过数值计算，分析了3种类型结构面抗剪力学特性，得出结论如下：1）在剪切试验中，高宽比较大时，结构面一般发生剪断破坏；高宽比较小时，结构面一般发生压切破坏.2）结构面抗剪强度随着法向应力的增加近似呈线性增长.3）通过设置中间层，采用等效参数模拟方法进行结构面注浆模拟试验是可行的.数值模拟结果表明，注浆后结构面抗剪强度得到显著提高，从而在微观上揭示了采用注浆加固岩石结构面的可行性.4）以数值试验为依据提出了非控制性爬坡角因子ki以及组合结构面抗剪强度修正公式.计算出本文中组合结构面的非控制性爬坡角因子为0.025 7.因此，可以推断出同一岩体中结构面抗剪强度大小主要由其中较大的爬坡角控制.参考文献：[1]杜时贵．岩体结构面的工程性质[M]．北京：地震出版社，1999．[2]白红杰，陆文，肖正学，等．岩石结构面抗剪强度方向性模拟研究[J]．矿业研究与开发，2007，10（5）：61－63．[3]林杭，曹平，周正义．FLAC3D模拟全长注浆锚杆的作用效果[J]．岩土力学，2005，26（增刊 1）：167－170．[4]程东幸，潘炜，刘大安，等．锚固节理岩体等效力学参数三维离散元模拟[J]．岩土力学，2006，27（12）：2128-2132．[5]王中文，方建勤．岩体结构面锚固剪切特性的数值分析[J]．煤炭学报，2010，35（5）：729-733．[6]韩立军，宗义江，韩贵雷，等．岩石结构面注浆加固抗剪特性试验研究[J]．岩土力学，2011，32（9）：2570-2576．[7]杨明．岩体结构面力学特性及其锚固效应的数值计算研究[D]．长沙：中南大学，2009．[8]刘自由，江学良，林杭．软弱结构面加桩特性的数值分析[J]．中南大学学报（自然科学版）：2011，42（5）：1461－1466．[9]李庆勇，远方，童中明．混凝土剪切破坏数值模拟[J]．低温建筑技术，2011（5）：51－53．[10]周莲君，彭振斌，何忠明，等．结构面剪切特性的试验与数值模拟分析[J]．科技导报，2009，27（4）：31－35．[11]李大勇，潘军刚．土的直接剪切试验三维数值模拟研究[J]．山东科技大学学报（自然科学版），2008，27（6）：16-20．[12]胡黎明，马杰，张丙印．直剪试验中接触面渐进破坏的数值模拟[J]．清华大学学报（自然科学版），2008，48（6）：943-946．[13]吴乐文．岩石结构面注浆前后力学特性研究[D].赣州：江西理工大学，2012．[14]杨松林，徐卫亚，朱焕春．锚杆在节理中的加固作用[J]．岩土力学，2002，23（5）：604－607．[15]金解放，钟海兵，吴越等.静载荷与循环冲击作用下岩石损伤变量定义方法的选择[J].有色金属科学与工程，2013，4（4）：85-90．。

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。

岩体结构面抗剪强度参数的取值研究作者：菊存全来源：《价值工程》2016年第11期摘要：通过岩体的完整性系数求解粗糙度系数，运用等效处理JRC-JCS模型法、JRC-JCS 模型最小二乘法、JRC-JCS模型力学解法计算比较，三种方法是等效的。

其中JRC-JCS模型最小二乘法更适用于求解岩屑型结构面的等效抗剪强度参数。

通过与实测值比较，采用等效JRC-JCS模型法时，等效抗剪断摩擦系数与试验值很接近，可直接取值；等效抗剪断凝聚力：①对于无充填的硬质结构面，比实测值偏大，②对于无充填的软质结构面，比实测值偏小。

采用等效JRC-JCS模型法时，等效抗剪断凝聚力取值应根据等效JRC-JCS模型法求解的抗剪断摩擦系数应用式（20）计算确定。

采用JRC-JCS模型最小二乘法求解岩屑型结构面的等效抗剪强度参数时，可直接取值。

对于岩屑夹泥型，可根据岩屑含量和含泥量，分别按有软弱黏土充填情况和有岩屑充填情况分别计算，然后按含量百分比加权平均更合理些。

Abstract： When the rock integrity coefficient is used for roughness coefficient， through comparing the three methods of JRC-JCS model， JRC-JCS model and its least-square solution， and mechanics solution based on JRC-JCS model with equivalent processing methods，the three methods are equivalent. JRC-JCS model and its least-square solution is more suitable for solving the equivalent shear strength parameters of cutting type structural plane. By comparison with the measured values，when using the equivalent JRC-JCS model， the equivalent shear friction coefficient is very close to the test value and then the value can be directly used， equivalent shear cohesion：①for the rigid structure plane without filling the surface，is larger than the measured value. ②for the soft structure plane without filling the surface， is smaller than the measured value. When using the equivalent JRC-JCS model， equivalent shear cohesion value should be measured by the formula for caculating the shear friction coefficient based on the equivalent JRC-JCS model. Using JRC-JCS model and its least-square solution for the equivalent shear strength parameters of cutting type structural plane， the value can be directly used. For cuttings intercalated with clay， according to the content of rock debris and clay content， it can be caculated respectively depending on the filling of the soft clay or the cuttings and then weighted average is more reasonable according to the percentage.关键词：JRC—JCS模型；粗糙度系数；抗剪强度参数；基本摩擦角；最小二乘法；力学解法；完整性系数Key words： JRC—JCS model；roughness coefficient；parameters of shear strength；basic friction angle；least-square solution；mechanics solution；integrity coefficient中图分类号：TU452 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）11-0191-040 引言岩体结构面抗剪强度参数的确定，出了现场剪切试验外，目前较常用的是Barton的JRC-JCS模型经验公式、等效JRC-JCS模型之莫尔-库伦准则进行估算，此两种方法中均需要确定基本摩擦角、粗糙度系数JRC、壁岩饱和抗压强度JCS，其中粗糙度系数的确定方法有：①Barton的10个典型粗糙度剖面经验取值；②杜时贵JRC修正直边法；③Barton的JRC直边法简明公式法。

岩体结构面抗剪强度参数取值方法综述引言：岩体结构面的强度是岩体力学特性中的一个重要参数，它对于岩体的稳定性和工程施工具有重要影响。

岩体结构面抗剪强度参数的准确取值是岩体力学研究中的一个重要问题。

本文综述了近年来关于岩体结构面抗剪强度参数取值方法的研究进展和应用情况。

一、传统取值方法1.刚度比法：该方法是通过测量岩体结构面位移和正常应力的变化，计算结构面的刚度比值。

刚度比值的大小与抗剪强度参数有关。

2.负载试验法：该方法是通过进行室内或现场的岩石试验，测量不同应力下岩体结构面的位移和正应力，根据剪切位移与正应力的关系确定抗剪强度参数。

3.断裂力学法：该方法是基于断裂力学理论，通过对岩体结构面断裂机理的研究，推导出抗剪强度参数的计算模型。

以上三种传统的取值方法都存在一定的局限性，例如需要大量的试验数据和经验参数，且结果的准确性受人为因素影响较大。

二、现代取值方法1.数值模拟法：该方法利用计算机仿真的技术手段，建立岩体结构面抗剪强度参数的数值模型，通过不同工况下的数值模拟计算，得到抗剪强度参数。

2.获取实测数据：该方法通过在实际工程中对岩体结构面进行监测，测量结构面的位移和应力等参数，从而直接获取抗剪强度参数。

3.统计学方法：该方法利用大量的岩体结构面力学试验数据，通过统计学方法对数据进行处理，得到抗剪强度参数的统计特征，并进行参数估计。

现代取值方法相较于传统方法具有更高的精度和准确性。

数值模拟法可以通过模拟不同的工程情况，得到更具代表性的抗剪强度参数。

获取实测数据的方法能够真实反映结构面的实际工况和力学特性。

统计学方法则可以通过大量的数据分析，得到更加可靠的参数估计结果。

与此同时，近年来还出现了一些基于机器学习和深度学习的方法，通过利用大量的数据训练模型，得到更精准的抗剪强度参数预测结果。

这些方法在理论和实际应用中都取得了一定的成功。

结论：岩体结构面抗剪强度参数取值方法多种多样，传统方法和现代方法各有特点。

砂岩结构面抗剪强度参数研究
砂岩是一种常见的沉积岩石，其自然界中的结构面会对其力学性质产生重要影响。

研究砂岩结构面的抗剪强度参数有助于理解砂岩岩体的力学行为，并为工程设计提供参考。

砂岩中的结构面可以分为两类：裂缝和节理。

裂缝是砂岩中的断裂表面，通常由岩石内部的应力产生的拉伸作用引起。

节理是砂岩中的平行或近平行的结构面，通常是在沉积过程中形成的。

研究砂岩结构面的抗剪强度参数可以通过实验室试验和数值模拟两种方法进行。

实验室试验可以使用剪切盒或剪切试验机对砂岩结构面进行剪切试验。

试验过程中可以测量结构面的正常强度和剪切强度。

正常强度指结构面上应变正向的抵抗正应力的能力，剪切强度指结构面上应变水平的抵抗切应力的能力。

通过不同试验条件下的试验结果，可以得到砂岩结构面的抗剪强度参数。

数值模拟可以利用离散元法和有限元法等方法对砂岩结构面进行模拟。

通过输入砂岩的物理力学参数和结构面的几何参数，可以计算出结构面的应变和应力分布。

通过调整输入参数，可以得到不同条件下的砂岩结构面的抗剪强度参数。

研究砂岩结构面的抗剪强度参数对于理解砂岩的力学行为和岩层稳定性具有重要意义。

在工程设计中，可以根据结构面的抗剪强度参数来评估砂岩的稳定性，并采取相应的支护措施。

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。

岩体结构面抗剪强度参数试验研究
刘明维;何沛田;钱志雄;郑颖人
【期刊名称】《重庆建筑》
【年(卷),期】2005(000)006
【摘要】从工程实际出发,讨论了岩体结构面直剪试验方法的选取原则.工程实例表明,采用现场原位抗切试验确定结构面c值,再结合规范取值确定ψ值的方法更适用于坡高小于25m的中小岩质边坡.结合乌江构皮滩水电站岩体结构面大型原位抗剪试验成果,分析了结构面性状对结构面抗剪强度的影响.本文还通过多组室内试验研究了水对结构面抗剪强度的弱化作用,得出若干有益的结论.
【总页数】5页(P42-46)
【作者】刘明维;何沛田;钱志雄;郑颖人
【作者单位】后勤工程学院军事土木工程系;重庆交通学院河海学院;长江科学院重庆岩基研究中心;重庆市煤炭设计研究院;后勤工程学院军事土木工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TU4
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岩体结构面抗剪强度参数的取值研究作者：郭纬文于谦朱建来源：《环球市场》2017年第09期摘要：岩体是自然历史的形成物，是赋存于地质环境中的、经历过变形及破坏改造的、并且具有一定岩石成分及结构的地质体。

岩体总是由结构面纵横切割而成，结构面的存在是造成岩体工程性质不连续、各相异性和不均一的根源。

而结构面抗剪强度总是低于完整岩石的抗剪强度，因此岩体结构面对岩体的变形和破坏起着控制作用。

文中对岩体结构面抗剪强度参数的取值进行了分析，仅供业内人士参考。

关键词：岩体结构面；抗剪强度；参数；取值1试验法参数取值1.1室内剪切试验室内剪切试验的基本原理、数据处理方法与土体直剪试验类似。

其试验设备、方法相对简单，操作步骤规范、方便，因此应用最广。

该方法的主要问题是试样的代表性、原状性、尺寸效应等。

试样的代表性问题主要由于结构面性质的复杂性与变异性，当试样数量不足，会导致试验数据的随机性和离散性过大，从而使数理统计得到的参数取值具有较大偏差。

试样的原状性问题体现在岩体试样在开挖过程中会不可避免地受到一定的扰动，导致结构面的闭合程度有所变化，因此会不同程度地影响试验结果。

1.2原位大型剪切试验原位大型剪切试验的原理与室内试验相同，主要差别体现在试样制备和具体仪器设备上。

由于其试验过程在原位进行且剪切断面较大，因此在很大程度上克服了试样的原状性和尺寸效应等问题，所得结果较为可靠。

但因其设备笨重、操作复杂，故成本高、周期长，一般只应用于重大工程。

2结构面基本摩擦角、粗糙度系数、壁岩强度、咬合阻力产生的摩擦角的确定2.1基本摩擦角根据岩石的摩擦机制、岩体结构面摩擦角的组成及Barton经验公式的力学解释，对于未风化岩体，岩体结构面的基本摩擦角为一定值，即φb=30°；对于风化岩体可用结构面残余摩擦角φr替代基本摩擦角φb，工程实践研究发现，在无实测结构面残余摩擦角φr时，对于软质结构面，基本摩擦角可按下列方法确定：φb=tan-1[ηtan（30°）]式中η为岩石的软化系数。

实验三 岩石的剪切强度试验一、实验目的与要求岩石在剪切载荷作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力称为岩石的抗剪切强度，是反映岩石力学性质的重要参数之一.剪切实验根据剪切面上有无正应力分为直剪实验和压剪实验.通过采用压剪实验即角模压剪实验测得岩石的内摩擦角和黏聚集力。

通过本实验要了解标准试件的加工机械、加工过程及检测程序了解岩石抗剪实验所用模具的结构组成、掌握实验过程及实验数据处理的方法. 二、实验仪器 （一）设备1. 材料实验机。

2. 岩石试样加工机械：锯石机、磨石机或磨床。

3. 变角剪切夹具。

(二）量具1. 游标卡尺，精度0。

02mm 。

2. 钢板尺。

3. 直角尺。

4. 百分表架。

5. 百分表。

6. 水平检测台。

三、试件规格、加工精度、数量 (一) 标准试件采用5cm ×5cm ×5cm 的正方形试件。

(二) 加工精度1. 试件各边长公差不得超过+0.3−0.1mm2. 两端面不平行度不大于0.1mm 。

3. 相邻两平面的不垂直度:将试件放在水平检测台上，用直角尺紧贴试件垂直边侧，要求两者之间无明显缝隙 (三) 试件数量应根据实验方式确定，当取5个以上的剪切角度，每个角度下做一个试件的剪切试验时，所需试件最低数量为5个;当取3个角度，每个角度下做3个试件的剪切实验，取其算术平均值时，所需试件最低数量为9个.当采取第二种实验方式时，在计算平均值的同时，应计算偏离度.若偏离度超过20%，则应增补试件数量，使偏离度不大于20％. 四、实验原理通过变角剪切夹具作用在试块上的力P 可分解为与剪切面垂直的正应力和与剪切面平行的剪应力。

当P 大到某一值时，剪应力大于岩石的黏聚力与因正应力而产生的摩擦力之和时，岩石即被剪切破坏.此时，可通过已知的α值和破坏载荷P ，计算得到几组正应力σ和剪应力τ，最终通过绘图和计算求得岩石的黏聚力C 与内摩擦角ψ。

五、实验内容1. 了解标准试件的加工机械、检测机具，规程对尺寸和精度的要求及检测方法；2. 学会材料实验机的操作方法及变角剪切模具的使用方法;3. 学会变角剪切实验方法，岩石的内摩擦角及黏聚力的计算方法。

第19卷　增刊2004年6月地球科学进展A DVANC E I N E AR T H S C I ENCE SV o l.19　S uppl.J u n.，2004文章编号：1001-8166（2004）增-0312-06鄂西高速公路岩体结构面强度参数试验研究余子华，晏鄂川（中国地质大学，湖北　武汉　430074）摘　要：对湖北省西部某高速公路宜昌—恩施段主要岩体结构面（层面）的抗剪强度参数进行了较系统的试验研究，包括岩体结构面的野外地质调查、岩体结构面原位直剪试验、结构面室内模拟试验及岩体力学参数估值等。

通过对各种试验数据进行整理、分析和对比，得到了岩体结构面强度参数。

最后在岩体工程分类的基础上，利用H oe k-B r o wn经验方法对各类岩体结构面强度参数进行了估算。

综合以上多种数据，并考虑岩体结构面所处具体地质条件，提出了各类岩体结构面强度参数建议值。

关　键　词：原位剪切试验；抗剪强度指标；结构面；参数估算中图分类号：P642 文献标识码：A 湖北省西部地处云贵高原之东北部边缘的“鄂西高原”，地面高程多在500m以上，地形地貌表现为中低山—低中山且起伏差大，地层岩性复杂多变，工程地质条件复杂，不良地质现象发育。

因此，在该地区修建高速公路的过程中，不可避免地要遇到大量的岩体工程。

岩体结构面抗剪强度参数是岩体工程设计及计算的重要参数之一。

因此，获取真实准确的岩体结构面抗剪强度参数对高速公路工程建设具有重要的现实意义。

1　工程地质概况研究区为鄂西某高速公路湖北省宜昌至恩施段，其构造位置整体属于扬子准地台中上扬子区的湘鄂黔台褶带的东北部，为新华夏系鄂西隆起带的南段。

构造线走向总体为北东—南西向，主要表现为宽缓向斜与紧闭背斜相间的隔档式构造，区内出露地层（岩性）有：寒武系、奥陶系临湘组（O3L）厚—巨厚层状灰岩夹泥岩以及中厚—厚层状青灰色瘤状灰岩，志留系、二叠系上统大隆组（P2d）中—薄层硅质岩夹灰岩，三叠系下统大冶组（T1d）薄—中厚层状灰岩夹泥灰岩，三叠系下统嘉陵江组（T1j）薄—中厚层、厚层灰岩、白云岩夹溶崩角砾岩、泥灰岩，三叠系中统巴东组第三段（T32b）薄—中厚层泥灰岩、灰岩、白云质灰岩，巴东组第二段（T22b）薄—中厚层紫红色泥岩夹厚层状泥质粉砂岩，巴东组第一段（T12b）泥岩、薄层灰岩以及薄—中厚层白云质灰岩、泥灰岩。

泥岩层面抗剪强度室内大型剪切试验研究柴贺军【摘要】对三峡库区多条高速公路边坡工程的调查发现,目前无论在边坡稳定性计算还是在其治理工程设计方面,控制性软弱结构面的参数选取依据不充分,天然抗剪强度和饱和抗剪强度的取值差异性不大.采用大型室内试验,研究库区典型珍珠冲组地层中泥岩结构面(密闭型)的抗剪强度.试验研究结果表明:试验获得的峰值抗剪强度与采用Barton和Choubey经验公式的计算值相当;室内试验获得的干燥条件下泥岩层面的峰值抗剪强度与饱和工况下的残余抗剪强度有显著差别,与目前工程上采用的不同,这些认识对岩质边坡治理设计参数的获取具有参考价值.%The investigation on the side slope projects of a number of expressways in the Three Gorges Reservoir Area shows that at present, in aspects of both slope stability calculation and treatment engineering design, the parameter selection of the controllable weak structural plane has no sufficient basis, as the values for natural shear strength and saturated shear resistance have no necessary difference. After a large-scale laboratory test and study on the shear strength of mudstone structure ( airtight type) in the typical pearl formation in the reservoir area, the results show that the peak shear strength obtained from the test is equivalent to that calculated by Barton and Choubey empirical formulas. The peak shear strength of mudstone under drying conditions obtained from laboratory tests is significantly different from the residual shear strength under saturated conditions. Different from the currentengineering practice, this understanding is referential to obtain design parameters for the treatment of rock slope.【期刊名称】《公路交通技术》【年(卷),期】2017(033)006【总页数】4页(P1-3,8)【关键词】泥岩结构面;峰值抗剪强度;残余抗剪强度【作者】柴贺军【作者单位】招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆 400067【正文语种】中文【中图分类】U412.22重庆三峡库区的大型路基灾害50%以上发育于三叠系巴东组、侏罗系珍珠冲组及第四系崩坡积地层，这类地层可统称为易滑地层。