考虑节理岩体强度各向异性的最危险滑动面搜索

图6.1 岩体的压力--变形曲线第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质包括岩体的变形性质、强度性质、动力学性质和水力学性质等方面。

岩体在外力作用下的力学属性表现出非均质性、非连续、各向异性和非弹性。

岩体的力学性质取决于两个方面： 1）受力条件；2）岩体的地质特征及其赋存环境条件。

其中地质特征包括岩石材料性质、结构面的发育情况及性质（影响岩体的力学性质不同于岩块的本质原因）；赋存环境条件包括天然应力和地下水。

第一节 岩体的变形性质一、 岩体变形试验及其变形参数确定变形参数包括变形模量和弹性模量。

按静力法得到静E ，动力法得到动E 。

⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧法波地震声波法动力法轴压缩试验法双单水压洞室法钻孔变形法扁千斤顶法狭缝法承压板法静力法按原理和方法分原位岩体变形试验)()()( )(1．承压板法刚性承压板法和柔性承压板法 各级压力P －W （岩体变形值）曲线 按布西涅斯克公式计算岩体的变形模量E m （Mpa ）和弹性模量E me （Mpa ）。

⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=-=e m mem m W W PD E W W PD E )1()1(22μμ式中：P —承压板单位面积上的压力（Mpa ）； D —承压板的直径或边长（cm ）；W，W e—为相应P下的总变形和弹性变形；ω—与承压板形状、刚度有关系数，圆形板ω=0.785，方形板ω=0.886。

μm—岩体的泊松比。

★定义：岩体变形模量（E m）：岩体在无侧限受压条件下的应力与总应变之比值。

岩体弹性模量（E me）：岩体在无侧限受压条件下的应力与弹性应变之比值。

图6.2 钻孔变形试验装置示意图②可以在地下水位以下笔图6.3 狭缝法试验装置如图6.3所示。

二、岩体变形参数估算现场原位试验费用昂贵，周期长，一般只在重要的或大型工程中进行，因此，岩体变形参数的很多情况下必须进行估算。

两种方法：① 现场地质调查→建立适当的岩体地质力学模型→室内小试件试验资料→进行估算； ② 岩体质量评价和大量试验资料→建立岩体分类指标与变形参数间的经验关系→进行估算。

中国地质大学网络教育《岩体力学》期末考试及答案多选题1. 根据破裂面的力学成因，可以把结构面分为_______。

(4分)(A) 粗糙结构面(B) 光滑结构面(C) 剪性结构面(D) 张性结构面参考答案：C,D2. 结构面的连续性常用_______来表示。

(4分)(A) 隙宽(B) 线连续性系数(C) 迹长(D) 面连续性系数参考答案：B,C,D3. 结构面的形态可以由_______等方面进行研究。

(4分)(A) 侧壁的起伏形态(B) 粗糙度(C) 间距(D) 岩性参考答案：A,B4. 表示岩块的风化程度的定量指标主要有_______等。

(4分)(A) 风化空隙率指标(B) 含水率(C) 波速指标(D) 结构面间距参考答案：A,C5. 根据地质成因的不同，可以把结构面分为 _______ 。

(4分)(A) 原生结构面(B) 褶皱结构面(C) 构造结构面(D) 次生结构面参考答案：A,C,D6. 岩块风化程度的定性指标主要有_______等。

(4分)(A) 颜色(B) 破碎程度(C) 破碎程度(D) 开挖锤击技术特征参考答案：A,B,C,D7. 岩体力学研究中主要方法有_______。

(4分)(A) 工程地质研究法(B) 试验法(C) 数学力学分析法(D) 综合分析法参考答案：A,B,C,D8. 岩体是指地质历史过程中形成的，由_______组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。

(4分)(A) 碎石土(B) 岩块(C) 气体(D) 结构面网络参考答案：B,D判断题9. 岩体是指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。

(4分)正确错误参考答案：错误解题思路：10. 微结构面是指存在于矿物颗粒之间内部或颗粒间的软弱面或缺陷，包括矿物节理.晶格缺陷.粒间空隙等。

(4分)正确错误参考答案：正确解题思路：11. 质量损失率是指岩冻融试验前后干质量之差与试验后干质量之比，用百分数表示。

节理岩体抗力系数的各向异性特征与计算方法涂洪亮;乔春生;朱举【摘要】隧道设计的荷载-结构法中,围岩抗力系数是影响衬砌内力与变形的重要参数,节理的存在会导致抗力系数的各向异性,然而,目前工程中较少考虑抗力系数的各向异性问题.以大连地铁2号线兴工街站隧道工程为背景,针对含有两组贯通节理岩体抗力系数的各向异性分布特征,采用正交试验和离散元数值模拟,分析岩石弹性模量、泊松比、节理间距、节理倾角、节理法向刚度等10个影响因素作用下抗力系数的分布规律.结果表明:洞周围岩抗力系数分布曲线呈椭圆形,长轴沿两组节理夹角角平分线方向;方差分析中5％水平下的显著性影响因素依次为节理法向刚度、岩石弹性模量、节理间距与节理倾角;各向异性系数随洞径与节理间距比值的增大呈现出先增大后减小的规律,当比值趋近于零或无穷大时,各向异性系数收敛于1.基于上述分析结果,进一步推导出围岩抗力系数椭圆分布函数的理论计算公式,并验证公式的准确性.工程实例计算表明,围岩抗力系数的各向异性对衬砌轴力的影响较小,对弯矩的影响显著.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2019(051)002【总页数】10页(P90-99)【关键词】节理岩体;围岩抗力系数;各向异性;正交试验;方差分析;椭圆分布函数【作者】涂洪亮;乔春生;朱举【作者单位】北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044【正文语种】中文【中图分类】U45围岩抗力系数(k)是隧道衬砌结构设计计算中一个重要的力学参数，反映围岩与衬砌结构共同作用时围岩所能承担荷载的能力，k的取值不同直接影响了衬砌的内力[1].目前，k的确定方法主要包括以下3种：1)根据围岩级别从规范中查询，《铁路隧道设计规范》中给出了不同围岩级别下k的参考值[2]，从表中可以看出即使围岩为某一级明确的岩体，设计人员也难以根据自己的经验从一个宽广的范围中选出相对合理的值.2)理论研究，最早是基于弹性理论中厚壁圆筒的Lame经典解答得到的Gallerkin公式.钱令希[3]提出了考虑洞周裂缝区影响的k的计算公式.吕有年[4]根据弹性和塑性理论推导出了通用计算公式.考虑到隧道开挖后围岩所处的真实应力状态，Muir Wood[5]提出了基于Airy应力函数的地层抗力系数计算公式.蔡晓鸿等[6-8]考虑围岩的蠕变效应、中间主应力、剪胀等性质作用下，采用不同的强度准则分别得到了k的计算公式.上述查表和理论研究方法均未考虑围岩各向异性的影响，节理的存在会导致k的各向异性，不少现场试验结果表明k具有各向异性.3)现场试验，常用的方法有千斤顶法和径向液压枕法.刘长庚等[9]在小浪底水库的砂页岩地层，采用径向千斤顶进行试验，得到了k的各向异性特征；李维树[10]利用层状岩体波速的各向异性，给出了层状岩体k的计算公式.唐爱松等[11]在广西岩滩水电站采用径向液压枕法现场试验，分析了k的各向异性与压力的关系；李波等[12]在沪昆高速铁路隧道通过径向液压枕法试验，获得了k的各向异性分布规律.以上实测结果均表明k存在各向异性，尤其是层状和节理岩体中各向异性明显，但现有研究均未对抗力系数的分布特征及其对隧道支护设计的影响等问题进一步深入探讨.针对节理岩体中围岩抗力系数的各向异性分布特征，以大连地铁2号线兴工街站隧道工程为背景，采用正交试验和离散单元法模拟径向液压枕法测围岩抗力系数，通过81个数值试验，分析各因素综合作用下k的各向异性分布特征，并进行方差分析，确定各因素的影响显著性.为使k适用于不同规模的地下工程，进一步分析了尺寸效应.基于以上分析结果，借助坐标变换理论和力的平衡方程，推导出抗力系数椭圆分布函数的计算公式，通过与数值计算结果的对比，验证了公式的准确性.最后以兴工街站隧道为例，分析了围岩抗力系数各向异性对衬砌内力的影响.1 工程概况大连地铁2号线兴工街站位于兴工街与西安路交叉口处，西安路的正下方，其东面有机车商厦，西面是福佳新天地广场，建筑物密集，道路交通繁忙，地理位置如图1所示.隧道总长208.3 m，为地下双层岛式站台车站，车站主体标准断面开挖宽度为21.5 m，高18.11 m，洞顶埋深5～25 m，开挖断面面积为344 m2，横截面如图2所示.隧道上部为较软弱风化层岩体，由中生代燕山期辉绿岩、震旦系长子岭组、第四系上更新统冲击层等组成，受构造影响严重，呈碎石、角砾、粉末状的断层带；隧道洞身及下部为中风化钙质板岩，地质构造复杂，盖层中褶皱多为紧密线性同斜单元褶皱，层理和节理裂隙发育至极发育，矿物主要为云母、石英、方解石，局部夹石英岩脉.岩体等级为Ⅳ级[13-15]，地质纵剖面如图3所示.s1、s2、s3和α分别为节理间距和节理倾角.岩石和节理的物理力学参数取值如表1所示.图1 兴工街站地理位置Fig.1 Location of Xinggongjie Station图2 兴工街站隧道节理分布Fig.2 Joints schematic diagram of Xinggongjie Station Tunnel图3 兴工街站隧道地质纵剖面Fig.3 Profile showing geological conditions ofXinggongjie Station Tunnel表1 兴工街站隧道围岩参数取值范围Tab.1 Parameters value scope of Xinggongjie Station Tunnel位置E/GPaμs1 /ms2 /ms3 /mα/ (°)kn/(GPa·m-1)ks/(GPa·m-1)C/MPaφ/(°)σtj/MPaψ/(°)上部11～200.28～0.400.5～20.3～1-10～801～411～410.05～2.45～450.05～2.45～45下部23～300.26～0.300.5～2-0.4～1.210～801～411～410.05～2.45～450.05～2.45～452 试验方案离散单元法(UDEC)模拟节理岩体中的隧道受力与变形时，是通过模拟节理的切割将模型离散成为变形块体，并借助牛顿第二定律进行求解.其在工程上的适用性已经得到了广泛的认可，李英勇等[16]利用离散元UDEC分析了极浅埋连拱隧道中隔墙顶部围岩塌方演化的全过程；莫振泽等[17]运用UDEC建立了滚刀贯切岩石的二维数值系列模型，对TBM滚刀破岩过程进行分析.参照《水利水电工程岩石试验规程》[18]中径向液压枕法测围岩抗力系数的相关规定，确定数值计算模型如图4所示，试验洞半径为1 m，模型边界距隧道中心为10 m，四周边界均采用法向约束支座.兴工街车站隧道围岩主要为Ⅳ级，围岩中含有2组水平层状节理、1组贯通倾斜节理以及一些次生节理.不同组节理的节理间距相差较小，因此，简化为两组等间距节理，节理夹角为0°～90°，将其中1组节理的倾角固定为0°，让另外1组节理倾角由0°到90°变化.其他更为普遍的节理夹角可以通过模型的旋转得到.依据兴工街站隧道围岩压力的实际监测结果可知地应力均小于0.5 MPa[13]，参考现有试验的径向压力值[9-12]，试验中作用于隧道内壁上的径向压力取为3.2 MPa，按0.8 MPa的步距逐步施加，并监测记录洞壁12个方向上的变形值.图4 径向液压枕法测围岩抗力系数的数值计算模型Fig.4 Numerical model of the radial hydraulic pressure pillow testing tomeasure rock mass resistant coefficient数值计算中岩石采用线弹性本构，节理采用库伦-滑移模型.由于岩石为线弹性、节理为常刚度，需要进一步判断围岩压力对抗力系数是否会产生影响，以上述兴工街车站隧道的围岩条件进行计算，岩石和节理的物理力学参数取值见表2.地应力(p0)分别取为0，0.8，1.6，2.4和3.2 MPa，模拟径向液压枕法测围岩抗力系数，得到洞壁位移随径向压力的变化曲线，如图5所示.表2 兴工街站隧道围岩参数Tab.2 Parameters of Xinggongjie Station TunnelE/GPaμs/mα/ (°)kn/(GPa·m-1)ks/(GPa·m-1)C/MPaφ/ (°)σtj/MPaψ/(°)150.31.56041410.8350.835图5 洞壁径向压力与径向位移的关系Fig.5 Relation curves between radial pressure and displacement at the cavity excavation interface由图5可以看出，径向压力p<6.67 MPa时，曲线均呈直线增加，围岩抗力系数(斜率)不随压力变化，可以称为弹性抗力系数；径向压力p=6.67 MPa时，围岩压力为0的曲线有一个突变，这是因为此时节理发生了剪切滑移，根据库伦剪切滑移理论τ=C+σtan φ，可以计算得到使节理发生剪切滑移的临界径向压力为(1)将C=0.8 MPa，φ=35°代入上式可得p=6.67 MPa，与数值计算结果一致.围岩压力为0时，对比图5中洞周12个方向的位移曲线，即右边6条曲线和6组数据点所示，可知洞壁位移关于原点中心对称.30°方向的曲线斜率最大，围岩抗力系数最大，该组共轭节理的夹角为60°，说明沿两组节理夹角角平分线方向围岩抗力系数最大，且可以看出垂直于两组节理夹角角平分线方向(120°)围岩抗力系数最小.考虑围岩压力(p0=0.8，1.6，2.4，3.2 MPa)的影响，如图5中左边4条曲线所示，当径向压力小于围岩压力时，洞壁的位移向洞内收敛，为负值，随着径向压力的增大，位移逐渐减小，当径向压力等于围岩压力时，洞壁的位移为0.不同围岩压力下的位移曲线与无围岩压力下的位移曲线平行，围岩抗力系数相等，这是由于当岩石采用线弹性本构、节理采用常刚度的库伦滑移模型时，节理发生张开滑移前，围岩压力对围岩抗力系数没有影响，可称为弹性抗力系数.2.1 正交试验根据现有的理论研究和现场实测结果，选定岩石的弹性模量E和泊松比μ、节理间距s、节理夹角α、节理法向刚度kn、节理切向刚度ks、节理的黏聚力C、摩擦角φ、抗拉强度σtj以及剪胀角ψ共10个因素作为抗力系数的影响因素.岩石弹性模量大小为1～57 GPa，泊松比为0.05～0.45；节理法向刚度和切向刚度均为1～41 GPa；其他因素的取值范围参照《工程岩体分级标准》[19]确定，各因素的水平划分见表3.采用正交试验设计试验方案，每个因素考虑9个变化水平，10因素9水平需要81次试验.由正交试验表可以得出81个试验方案中各因素的取值组合.表3 正交试验中各参量的水平划分Tab.3 Variable levels of factors in orthogonal array testing水平E/GPaμs/mα/ (°)kn/(GPa·m-1)ks/(GPa·m-1)C/MPaφ/(°)σtj/MPaψ/(°)110.050.310110.0550.055280.100.620660.10100.10103150.1 50.93011110.20150.20154220.201.24016160.40200.40205290.251.5502121 0.80250.80256360.301.86026261.20301.20307430.352.17031311.60351.603 58500.402.48036362.00402.00409570.452.79041412.40452.40452.2 方差分析采用统计软件SPSS进行方差分析时需要设立一个对比项，先通过极差分析选出对k影响最小的因素剪胀角作为对比项，再采用方差分析判断各因素影响的显著性.对81个试验结果中0°方向的抗力系数进行方差分析，结果如表4所示.表4 方差分析计算结果Tab.4 Results of the variance analysis方差来源III型平方和自由度均方和F值显著性E7.774×10889.718×10711.24**μ1.801×10882.252×1072.60(*)s5.529×1088 6.911×1077.99**α4.654×10885.817×1076.73**kn9.648×10881.206×10813. 95**ks1.612×10882.015×1072.33—C8.709×10781.089×1071.26—φ5.534×10786.917×1060.80—σtj1.399×10881.749×1072.02—误差6.917×10788.647×106注：R2=0.98根据F分布表可得，F1-0.01(8,8)=6.03，F1-0.05(8,8)=3.44，F1-0.10(8,8)=2.59.因此，可以得出各个因素对围岩抗力系数的影响顺序依次为Fkn>FE>Fs>Fα>F1-0.01(8,8)>F1-0.05(8,8)>Fμ>F1-0.10(8,8)>Fks>Fσtj>FC>Fφ.岩石弹性模量、节理法向刚度、节理间距、节理夹角是对抗力系数影响高度显著的4个因素，岩石泊松比对围岩抗力系数有一定影响，其他因素对围岩抗力系数无显著影响.3 k的各向异性分布特征根据各个测点的压力-变形曲线的斜率计算出每个方向的围岩抗力系数值.通过对计算结果的分析发现：1)围岩抗力系数分布范围较广，最小值为19 MPa/m，最大值为30 103 MPa/m.节理岩体中隧道围岩抗力系数的影响因素较多，数值变化范围大，工程设计时简单套用规范中不同围岩级别下的抗力系数有一定盲目性，结合岩石的坚硬程度和节理的分布状态及力学性质等综合确定较为合理；2)洞壁不同方向上的围岩抗力系数值并不相同，差异明显，节理岩体中围岩抗力系数有明显的各向异性特征.抗力系数分布曲线可按节理间夹角的大小划分为3种类型，节理夹角为10°，20°，30°时属于第1种类型(椭圆形)，节理夹角为40°，50°，60°时属于第2种类型(近似椭圆形)，节理夹角为70°，80°，90°时属于第3种类型(圆形)，3种分布曲线如图6所示.图6 不同节理间距下围岩抗力系数的分布曲线Fig.6 Distributing curves of rock mass resistant coefficient under different joint spacing围岩抗力系数分布曲线的形状近似于椭圆形，且椭圆关于两组节理夹角角平分线对称，沿两组节理夹角角平分线方向围岩抗力系数最大，垂直于夹角角平分线方向最小.节理夹角分别为30°，60°，90°时，围岩抗力系数分布曲线由椭圆形逐渐变为圆形，随着节理间距的增大，围岩抗力系数呈现出不规则的变化规律，这与岩石弹性模量、节理切向刚度、法向刚度等因素的影响有关.定义各向异性系数ξ为隧道洞周围岩抗力系数的最大值与最小值之比，各向异性系数接近1.0时，表示各向异性较弱，大于3.0时表示各向异性较强或极强[20].为分析隧道洞径和节理间距对围岩抗力系数分布的影响规律以及抗力系数的尺寸效应，采用各向异性系数代表洞周围岩抗力系数的分布特征，用隧道直径d与节理间距s 的比值λ=d/s代表节理岩体中结构体的相对大小[21].在前述正交试验模型基础上，新增不同节理间距下不同洞径的离散元计算模型.隧道洞径为1～6 m，节理间距为0.2～4 m，模型尺寸均为20×20 m，施加的最大径向压力均为3.2 MPa.不同洞径和节理间距下的各向异性系数计算结果见表5，整理得出各向异性系数ξ与λ的关系曲线见图7.表5 不同隧道洞径和节理间距下围岩的各向异性系数Tab.5 Anisotropy coefficient of different tunnel diameter and joints spacing节理间距/m隧道洞径/m1234560.21.6101.4981.3751.2321.1421.0850.31.5711.6151.5241.4551.34 41.2430.51.4121.5221.6121.6011.4931.4751.01.2231.3901.4521.5141.5251.5 782.01.2211.3871.3611.3051.3281.4253.01.1731.2931.3081.2811.2441.3164.01.1421.2511.2651.2521.2301.297图7 各向异性系数拟合曲线Fig.7 Fitted curve of the anisotropy coefficient各向异性系数表现出随相对尺度增大，先增大后减小，并逐渐趋于1的变化规律，当岩体中不含节理时λ=0，岩体为各向同性体；当岩体中存在密集分布的节理时，λ→∞，各向异性系数趋近于1，表示岩体可视作等效各向同性体.即需要满足以下极限条件(2)采用非线性最小二乘法回归分析，拟合得到各向异性系数ξ与相对尺度λ的函数关系为ξ=f(λ)=0.256·λ·e-0.157λ+1.(3)4 k的理论计算4.1 k分布曲线的椭圆方程由上述计算结果可知，含有两组节理的岩体中围岩抗力系数分布曲线为椭圆形，这与小浪底水库[9]、岩滩水电站[11]、沪昆高速铁路隧道[12]工程实测得到的分布曲线十分相似.因此，建立围岩抗力系数的椭圆方程，沿两组节理夹角角平分线方向的围岩抗力系数最大，用kmax表示，为椭圆的长轴方向；垂直于两组节理夹角角平分线方向最小，用kmin表示，为椭圆的短轴方向.针对任意倾斜的两组节理，其倾角分别为α1、α2(α2>α1)，如图8所示，建立平面直角坐标系xoy和极坐标系ρoθ，同时另一直角坐标系toh，坐标轴分别沿椭圆的长轴与短轴方向.在toh坐标系下椭圆曲线方程为(4)图8 围岩抗力系数的椭圆分布模型Fig.8 Ovalshape model of rock mass resistant coefficient坐标轴x与t之间的夹角δ=(α1+α2)/2，根据坐标变换理论可得(5)将其代入式(4)得(6)为使方程中各变量有明确的物理意义，选用极坐标ρoθ表示上述的椭圆方程，ρ代表围岩抗力系数，用k替换，θ为沿洞周的方向角.根据极坐标与直角坐标之间的转换关系，整理可得极坐标系下围岩抗力系数分布的椭圆方程为(7)据此可推导出围岩抗力系数的计算公式为(8)将各向异性系数ξ=kmax/kmin代入上式得(9)当ξ=1时，可得k=kmax=kmin，洞周各个方向的围岩抗力系数相等，分布曲线退化为圆形，岩体为各向同性体.由上式可以看出，围岩抗力系数由各向异性系数ξ和最大值kmax决定，ξ代表椭圆的形状，而kmax代表数值的大小.4.2 kmax的计算4.2.1 节理面上的作用力径向液压枕法试验中圆形隧洞在均布的径向内压作用下，洞周围岩内的应力分布特征为径向受压环向受拉，经过坐标原点的2条对称的节理处于法向受拉状态.选择图8中右上部分的节理和岩石作为研究对象，建立计算模型如图9所示.图9 最大围岩抗力系数计算模型Fig.9 Model of the maximal rock mass resistant coefficient节理CK和DJ面上没有剪力作用，假设EH与FH、GL与IL、JN与KN节理面上应力均匀分布，由于对称应力分别相等.其中，EH面上的应力为(10)式中:FN1、FS1分别为节理EH上的法向力和剪力.首先对CDEHF块体，求FN1、FS1，块体几何和荷载都关于OH对称，只有2个未知量.先求圆弧CD上径向压力在x轴和y轴方向的分量，在洞周上点(ρ，θ)处取一个微段ρ·dθ.x方向上力的分量为σρdθcos θ，y方向上力的分量为σρdθsin θ.将θ从α1到α2积分，得到段上σ在x方向产生的力的分量为σ·1·ρdθ·cos θ=σr[sin α2-sin α1].(11)σ在y方向产生的力的分量为σ·1·ρdθ·sin θ=σr[cos α1-cos α2].(12)FH边上，x方向分量为-FN1·sin α2-FS1·cos α2.(13)y方向分量为FN1·cos α2-FS1·sin α2.(14)EH边上，x方向分量为FN1·sin α1-FS1·cos α1.(15)y方向分量为-FN1·cos α1-FS1·sin α1.(16)块体CDEHF在x方向的平衡方程为σr[sin α2-sin α1]-FN1sin α2-FS1cos α2+FN1sin α1-FS1cos α1=0.(17)y方向平衡方程为σr[cos α1-cos α2]+FN1cos α2-FS1sin α2-FN1cos α1-FS1sin α1=0. (18)式(17)与式(18)等价，需要再建立一个平衡方程，即沿两组节理夹角角平分线上的平衡方程.σ在OH方向上力的分量为(19)FN1与OH的夹角为(π+α1-α2)/2，OH方向平衡方程为联立式(10)、(17)和(20)求解得(21)CDGLI块体，边IL上的作用力FN2，FS2，同理可得(22)进一步得(23)FH、IL、KN节理面上作用力虽然相同，但作用面积不同，因此应力不同，节理长度应力分别为FH边(24)IL边(25)KN边(26)…第n边4.2.2 M点位移的计算如图9所示，M点为洞壁与两组节理夹角角平分线的交点，该点处围岩抗力系数最大，M点的径向位移为岩石和节理在径向产生的变形之和.由于岩石被节理切割成棱形块体，且随着节理间距和倾角的变化，棱形岩石块体形状在不断地变化，难以求出岩块的变形，因此，将岩石产生的变形简化为均质岩体条件下的变形[21]，根据压力隧洞的Lame解答，可知在径向应力σ作用下洞壁岩石的径向变形为(28)M点径向方向上，节理产生的变形包括该方向上所有节理法向和切向变形在该方向上的分量之和，节理EH和FH的位移为(29)节理GL和IL的位移为(30)第n条节理的位移为(31)即可得到M点的径向位移为参数n是关于节理间距s和隧道开挖影响范围R的函数，2组等间距节理相互切割产生的棱形边长为可以得到n等于(R-r)/L取整，即调和级数为(33)式中:a为欧拉常数0.577 215 664 9，R的取值需根据实际情况确定，应大于应力影响半径.将位移代入中可得(34)得到围岩抗力系数的计算公式为(35)5 公式验证由式(34)可以看出，对节理岩体围岩抗力系数起决定性的因素是岩石弹性模量、节理法向刚度、节理夹角和节理间距，这与前面各因素的显著性分析结果相一致，式中的几何参数是隧道半径r、影响范围R、方向角θ，体现了尺寸效应和椭圆分布规律，表明了理论公式的合理性.若岩体为不含任何节理的均质岩体，即α1=α2=0，ξ=1，将模型边界取为无穷大R→∞，代入式(35)中，式(35)将退化为著名的Gallerkin公式(36)围岩抗力系数解析公式(35)是依据力的平衡条件推导得出的，与前面的正交试验数值计算结果没有直接的因果关系，因此，可以用正交试验的结果来验证解析公式的准确性，统计出正交试验中81个模型的最大围岩抗力系数，同时通过解析公式计算出每个模型的最大围岩抗力系数，如图10所示.可以看出，数据点与折线起伏走势几乎一致，接近重合.解析解与数值解的差异均小于14%(#6号试验)，且绝大部分试验的差异均小于5%.说明81个模型试验数值计算的结果与解析公式计算的结果一致，证明了最大围岩抗力系数公式的准确性.图10 解析公式与数值模拟结果的对比Fig.10 Comparisons between the analytical calculation results and the numerical modeling results6 工程应用以大连地铁2号线兴工街站隧道工程为例说明本文模型的实际应用，探讨围岩抗力系数各向异性对衬砌内力的影响.工程设计中对地质条件最差的断面DK15+613进行地质勘测，岩体力学参数如表2所示，并对其围岩压力、变形、支护结构受力进行了监测.将表2中各参数代入式(3)，得到各向异性系数ξ=1.47.由于其他断面地质条件相对较好，根据地质纵剖面图中各断面的破碎程度，将各断面DK15+730、DK15+648、DK15+770、DK15+690的各向异性系数分别取为1.3,1.2,1.1,1.0，将其代入式(35)，得到不同断面下围岩抗力系数的分布如图11所示.图11 隧道周围围岩抗力系数分布Fig.11 Distribution of k around the tunnel 监测断面DK15+613处初期支护结构上的围岩压力实测值如图12所示，图中虚线表示缺乏实测数据，采用均匀分布压力.围岩抗力系数分别采用上述断面1，2，3，4和5的计算结果，均采用仅受压地基弹簧模拟.隧道轮廓尺寸如图2所示，初期支护为钢筋格栅-混凝土结构，钢筋为Φ25HRB335，按间距0.5 m布置，混凝土为C30，弹性模量取为E=31 GPa，重度为γ=25 kN/m3.图12 监测断面DK15+613的围岩压力分布(kPa)Fig.12 Distribution ofstress on section DK15+613采用荷载-结构模型，利用有限元进行建模计算，因为围岩只能受压不能受拉，通过不断地迭代计算删掉受拉弹簧，直到所有弹簧均受压为止.得到5种情况下衬砌的内力，其中，轴力与现场实测结果对比如表6所示，弯矩随各向异性系数的变化曲线如图13所示.表6 现场实测与理论模型轴力对比 kNTab.6 Comparisons of axial force bymonitor and model位置实测值理论值误差/%0°2 907330 912.130°3 143350 710.460°4 034356 213.390°4 089359 913.6120°3 138348 39.9150°2 835328 013.6180°3 060347 411.9图13 弯矩随各向异性系数变化曲线Fig.13 Bending moment vs anisotropy coefficient由表6可以看出，理论模型(断面1)计算结果与现场实测轴力相差不大，最大差异为13.6%，最大轴力均出现拱顶，两者反映的轴力分布趋势一致，进一步证明了本文模型的准确性.不同断面围岩抗力系数分布下衬砌的轴力相差不大，断面1，2，3，4和5下最大轴力分别为3 599，3 605，3 618，3 620和3 631 kN，轴力的差异小于1%，围岩抗力系数各向异性对衬砌轴力影响不大.围岩抗力系数越大，约束衬砌变形的能力越强，衬砌轴力越大.由图13可以看出，围岩抗力系数各向异性对衬砌弯矩的影响显著，各向异性系数对弯矩的影响几乎呈正相关，各向异性系数越大，衬砌所受的弯矩越大.弯矩最大值出现在两边墙墙脚，断面1，2，3，4，5情况下得到的衬砌弯矩最大值分别为341，328，266，249和202 kN·m，断面1和5下的各向异性系数分别为1.47和1，相差32.0%，产生的衬砌弯矩最大值分别为341和202 kN·m，相差40.7%，说明考虑围岩抗力系数的各向异性与否对衬砌弯矩的影响较大，为了能更加真实地描述岩体的围岩抗力系数，应充分考虑节理对围岩抗力系数各向异性的影响.7 结论1)当岩石为线弹性体、节理服从库伦滑移本构模型时，节理岩体围岩抗力系数不受围岩压力和径向液压力的影响，可称为弹性抗力系数.2)岩体中存在两组等间距节理时，围岩抗力系数分布曲线呈椭圆形，沿两组节理夹角角平分线方向围岩抗力系数最大，为椭圆的长轴，垂直于两组节理夹角角平分线方向围岩抗力系数最小，为椭圆的短轴.3)岩石弹性模量、节理法向刚度、节理间距和节理夹角对围岩抗力系数有显著影响，岩石泊松比对围岩抗力系数有一定影响，其他因素对围岩抗力系数无显著影响.4)隧道直径与节理间距的比值是影响围岩抗力系数尺寸效应的主要因素，比值接近于0时，可以认为围岩是均质体，比值趋于无穷大时，可以将围岩当作等效各向同性体，并用数学函数描述这一物理现象，得到了各向异性系数的表达式.5)推导出了围岩抗力系数的计算公式，并论证了公式的准确性，工程实例计算表明，围岩抗力系数各向异性对衬砌轴力的影响较小，对弯矩的影响显著.6)本文模型适用于岩石坚硬、节理填充物较少的围岩，对于软岩和节理填充物复杂的岩体工程需要采用不同的本构模型，是下一步的研究重点.参考文献【相关文献】。

一、判断题：1.结构面组数越多，岩体强度越接近于结构面强度。

（∨）2.岩石三向抗压强度不是一个固定值，将随围压变化而改变。

（∨）3.流变模型元件并联组合时，各元件满足应力相等，应变相加关系。

（×）4.在未受开采影响的原岩体内存在着原岩应力，其方向与水平方向垂直。

（×）5.岩石抗压强度值的离散系数越大，说明岩石抗压强度平均值的可信度越高。

（×）6.根据服务年限要求，矿井运输大巷应按照等应力轴比设计其断面尺寸。

（×）7.岩石蠕变与岩石类别有关，与应力大小有关。

（∨）8.有粘聚力的固结岩体体，由地表开始侧压力与深度成线性增长。

（×）9.椭圆断面巷道，其长轴方向与最大主应力方向一致时，周边受力条件最差。

（×）10.在力学处理上，弱面不仅能承受压缩及剪切作用，还能承受拉伸作用。

(×)1．结构面组数越多，岩体越接近于各向异性。

（×）2．流变模型元件串联组合时，各元件满足应变相等，应力相加关系。

（×）3．软弱岩层受力后变形较大，表明构造应力在软弱岩层中表现显著。

（×）4．岩石限制性剪切强度不是固定值，与剪切面上作用的正压力有关。

（∨）5．软岩破坏为渐进过程，首先对破坏部位支护，可使软岩控制取得好的效果。

（∨）6．随开采深度增加，巷道围岩变形将明显增大。

（∨）7．从巷道周边围岩受力情况看，拱型断面巷道要比梯形巷道断面差。

（×）8．塑性变形与静水应力无关，只与应力偏量有关，与剪应力有关。

（∨）9．对无粘聚力的松散体，由地表开始侧压力即与深度成线性增长。

（∨）10巷道返修是一种较好的巷道支护对策。

（×）1.水库蓄水前，河间地块存在地下分水岭，蓄水后将不会产生库水向邻谷的渗漏。

×2.斜坡变形的结果将导致斜坡的破坏。

×3.在岩土体稳定性评价中，由于边界条件、荷载条件、岩土体强度等难以精确确定，通常在设计上考虑上述因素及建筑物重要性而综合确定一经验值，此即稳定性系数。

第一章隧道的分类：按地质条件：土质隧道和石质的隧道。

按埋置深度：浅埋和深埋?按位置：山岭隧道、水底隧道、城市隧道?按用途，分为交通隧道（1、铁路隧道2、公路隧道3、水底隧道4、地下铁道5、航运隧道6、人行地道）、水工隧道（1、引水隧道2、尾水隧道3、导流隧道或泄洪隧道4、排沙隧道）、市政隧道（1、给水隧道2、污水隧道3、管道隧道4、线路隧道5、人防隧道）、矿山隧道（1、运输巷道2、给水巷道3、通风巷道）第二章岩体的基本工程性质：1、岩体处于一定的天然应力作用之下（重力应力场和构造应力场）；2、岩体物理力学性质的不均匀性（相同的天然岩体其物理力学性质随在岩体中所测点的空间位置不同而有差异，呈现出岩体的不均匀性）；3、岩体是由结构面分割的多裂隙体（结构面分为：原生结构面、构造结构面、次生结构面）；4、岩体具有各向异性；5、岩体具有可变性；6、单向应力状态下岩石的变形特征；7、三轴压缩下岩石的强度和变形特征；8、裂隙岩体的强度性质地应力：任何物体均受着地心引力的作用，因而处于受力状态之中。

对于地壳岩体来说，他经历了长期的地壳运动，自然处于更为复杂的受力状态。

这种应力状态是指岩体在天然状态下所具有的内在应力，可称之为岩体的初始应力，也叫地应力。

围岩：是指隧道开挖后其周围产生应力重分布范围内的岩体，或指隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩体围岩分级目的：作为选择施工方法的依据；进行科学管理及正确评价经济效益；确定结构上的荷载；给出衬砌结构的类型及其尺寸；制定劳动定额、材料消耗标准的基础。

围岩分级依据：1、准确客观，有定量指标，尽量减少因人而异的随机性；2、便于操作使用，适于一般勘测单位所具备的技术装备水平；3、最好在挖开地面前得到结论。

围岩分级方法：1、以岩石强度或岩石的物理指标为代表的分级方法（以岩石强度为基础的分级方法、以岩石的物理指标为基础的分级方法）2、以岩体构造、岩体特征为代表的分级方法（泰沙基分级法、以岩体综合物性为指标的分级方法）3、余地质勘探手段相联系的分级方法（按弹性波（纵波）速度的分级方法、以岩石质量为指标的分级方法（RQD方法））所谓的岩石质量指标RQD是指钻探时岩芯复原率，或称岩芯采取率。

浅谈边坡稳定的断裂力学引言边坡的稳定性是工程中要考虑的重要问题，然而常规的屈服破坏准则并不适用于坚固土和超固结土这样的脆性材料，此外岩土工程的受力复杂，更加重了边坡稳定性分析的复杂程度。

对于边坡稳定性分析通常采用的是极限平衡法，比如：圆弧滑动面稳定性分析、条分法稳定性分析、Bishop条分法稳定性分析、非圆弧滑动面的杨布法等[1]。

其基本思路是假定一个滑动面，将边坡分为两个整体，然后进行宏观的受力分析。

这类方法的参数容易获得，计算简便，是经典的分析方法，但其中有明显的不足之处：由于土的收缩和张力作用，土的坡顶一般会产生裂缝，边坡的破坏往往是从细小的裂缝开始的，因此对边坡进行整体分析会不精确。

本文介绍的是基于断裂力学的边坡稳定性分析。

1基于断裂力学的边坡稳定性研究现状滑坡是在一定地形、地质条件下，由于岩体或土体内部裂隙的损伤、扩展、断裂以及扩展断裂过程中的相互作用，导致边坡产生滑移、崩塌或失稳破坏的现象。

因此研究裂隙扩展断裂及扩展断裂相互作用对岩体或土体强度特性的影响，对于边坡工程的加固、设计和施工具有十分重要的意义。

关于裂隙对岩石强度的影响，目前国内外已在这方面有所成果，如赵平劳[2][3]针对层状岩体的抗压和抗剪強度作了大量的实验研究，得出了比较有意义的结果，范景伟[4]对含定向闭合断续节理岩体的强度特征也作了较详细的探讨，并从理论上推导出了含节理岩体的强度公式。

王桂尧[5]利用实验观测到的结果、对节理裂隙岩体而言，其软弱结构面的方向和长度对岩体的强度会产生重要的影响。

所以对于带裂缝的岩质边坡的稳定性分析已形成了一定的理论基础，有关这方面的文献也较多。

2一般边坡失稳分析常规的边坡稳定性分析是假设一个滑动面，考虑滑体的自重以及抵抗滑动的摩擦力，通过他们的受力平衡来进行分析，下面以粘性土的土坡进行稳定性分析。

粘性土的颗粒之间存在着粘结力，产生滑坡时，土体整块向下滑动，土体受到自身重力以及摩擦力[6]，这里采用土坡圆弧滑动整体分析法。

3.9. 隐式节理模型: 节理岩(Jointed Rock)模型岩土材料在各方向上的特性值可能会不同，从而引起各方向在荷载作用下的反应不同，这样的特性叫做各向异性(anisotropic)。

各向异性又分为弹性各向异性和塑性各向异性。

弹性各向异性是指各方向使用不同的弹性刚度值，塑性各向异性是指像节理岩模型那样在各方向上使用不同的强度特性值。

节理岩模型是各向异性弹性-完全塑性(anisotropicelasticperfectly-plastic)模型，即同时具有弹性横观同性(transversely isotropic elastic)模型和塑性各向异性(anisotropic plastic)模型的特点。

节理模型适合于模拟分层的岩石，该模型可模拟具有三个层方向和结合方向的完整岩。

完整岩要输入五个参数和一个方向，是属于横观同性弹性材料，其各向异性特点表现在断层等现象上。

假定主结合方向的剪切应力遵循库伦(Coulomb)准则，沿着该方向产生最大剪切应力时将产生塑性滑动(plastic sliding)。

可以定义三个滑动方向(平面)的强度，第一个平面假定与弹性横观同性方向一致。

各平面可具有不同的剪切刚度。

M ajor joint direction图2.31 节理模型示意图节理模型适合模拟具有连续的接缝或接缝的集合的岩石，接缝应平行且接缝中不能填充有断层粘土，接缝宽度与结构物的尺寸也要小很多。

节理模型的几个基本特性值如下： A. 完整岩的横观同性弹性特性: ,,,,x z xy zx xz E E G νν B. 三个方向上遵循库伦准则的剪切磨坏参数: ,i i c φ3.9.1. 横观同性弹性材料刚度节理模型中的横观同性特性与前面章节中介绍的正交异性材料相同。

3.9.2. 三个方向上的塑性反应为了考察具有局部坐标系(n, s, t)的平面的塑性条件，需要先计算笛卡尔坐标下的应力。

局部坐标应力包括正应力n σ和两个独立的剪切应力 s τ和t τ。

第四章岩石的强度岩石强度是岩石的一种重要的力学特性。

是指岩石抵抗载荷（外力）而不受屈服或破裂的能力,是岩石承受外力的极限应力值。

岩石受力后会发生变形，一旦应力达到岩石的极限应力值，岩石就会发生破坏。

在岩石强度应力值之前，存在屈服点(应变明显增大，而应力不再需要明显增大时的应力)，超过屈服点和达到极限强度(岩石破裂要达到的最大应力值)前，一般仍有一些抵抗应变而恢复原形的能力，但达到极限强度后岩石破裂，就完全失去恢复能力。

通常所讲的岩石强度，一般是指岩石样件的测量强度，它仅代表岩体内岩块的强度，不能代表整个岩体的强度。

但在涉及岩石强度的工程问题中，一般是针对岩体的强度，而岩体往往包含一些软弱的结构面。

几组软弱结构面可以将岩体分割成各种形状和大小不同的岩块。

因此，岩体的强度取决于这些岩块强度和结构面的强度，岩块内微结构面的作用将直接反映到岩石的力学性质上。

岩石受力方式的不同，表现出的强度特性不尽相同。

如在张力、压力和剪切力的作用下，同种岩石会呈现出不同的强度特性。

因此岩石具有抗张、抗压和抗剪切强度等之分。

岩石受力条件的不同，可表现出变形、破裂、蠕变等现象，这些现象有着一定的规律性。

岩石的强度是衡量岩石基本力学性质的重要指标，是建立岩石破坏判据的重要指标，还可估计其他力学参数。

岩石的这些力学特性广泛用于建筑行业、水利水电工程、地质灾害研究与预防、断裂构造研究等方面。

4.1影响岩石强度的主要因素1)岩石成分和结构组成岩石的矿物种类及含量、矿物颗粒大小、固结程度、胶结物种类、矿物形态与分布等均影响到岩石的各种强度。

固结程度高、硅质胶结、细粒、交错结构的强度大。

2)岩石中不连续面和间断面岩石中微裂缝、微小断裂、节理层理等的发育程度和分布情况直接影响到岩石的强度，这些不连续或间断面会降低岩石在不同方向上的强度。

3)岩石孔隙度及流体性状岩石的孔隙度以及其中所含流体种类、饱和度、渗透率等因素以较复杂的关系影响着岩石强度。

2 岩体的基本性质通常把在地质历史过程中形成的，具有一定的岩石成分和一定结构，并赋存于一定地应力状态的地质环境中的地质体，称为岩体。

岩体在形成过程中，长期经受着建造和改造两大地质作用，生成了各种不同类型的结构面，如断层、节理、层理、片理等。

受其影响，岩体往往表现出明显的不连续、非均质和各向异性，具有一定的结构是岩体的显著特征之一，它决定了岩体的工程特性及其在外力作用下的变形破坏机理。

因此，从抽象的、典型化的概念来说，可以把岩体看作是由结构面和受它包围的结构体共同组成的。

所谓“结构面”，是指在地质发展历史中，尤其是地质构造变形过程中形成的，具有一定方向、延展较大、厚度较小的二维面状地质界面，它包括岩石物质的分界面和不连续面，如岩体中存在的层面、节理、断层、软弱夹层等，可统称为结构面。

结构面是岩体的重要组成单元，由于受结构面的切割，岩体的物理力学性质与岩石有很大的差别。

岩体的物理力学性质取决于结构面和结构体两部分的组合情况，尤其在工程上，岩体的工程力学稳定性质主要取决于岩体内结构面的数量、空间大小、空间组合情况、结构面特征以及充填介质的性质等。

所谓结构体是指由结构面切割而成的岩石块体。

结构体的四周都被结构面包围，常见的结构体大都是有棱角的多面体，如立方体、长方体、柱状体、板状体、菱形体、梯形体、楔形体、锥形体等。

结构体也是岩体的重要组成部分，它本身的物质组成和排列组合方式也影响到岩体的力学性质。

总之，岩体是由结构面和结构体两部分组成的，这也决定了其物理力学性质不是单纯取决定于某一方面的结果，而是二者共同作用和表现的结果，这在岩体力学分析和研究时是十分重要的。

在上一章开始时曾简单介绍过岩石和岩体二者之间的关系，指出工程上的岩石可视为岩体中的结构体（岩块），在无特殊说明的情况下，工程中的岩石均是指岩体中的结构体即岩块而言的。

从力学角度来看，岩体与岩石有许多区别，其中较明显的特征可归纳为以下几点：1）岩体的非均质性岩体可以由一种或几种岩石组成，而且以后者居多。

2023年-2024年注册岩土工程师之岩土专业知识题库及精品答案单选题（共45题）1、在层状岩体中开挖出边坡，坡面倾向NW45°、倾角53°。

根据开挖坡面和岩层面的产状要素，下列哪个选项的岩层面最容易发生滑动破坏？A.岩层面倾向SE55°、倾角35°B.岩层面倾向SE15°、倾角35°C.岩层面倾向NW50°、倾角35°D.岩层面倾向NW15°、倾角35°【答案】 C2、某场地中有湿陷性黄土，在5.0m处取样，测定其湿陷系数为0.06，该处黄土的湿陷强度为（）。

A.湿陷性轻微B.湿陷性中等C.湿陷性强烈D.湿陷性特别强烈【答案】 B3、某开挖深度为10m的基坑，坑底以下土层均为圆砾层，地下水位埋深为1m,侧壁安全等级为一级，拟采用地下连续墙加内撑支护形式。

为满足抗渗透稳定性要求，按《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120—99的的相关要求，地下连续墙的最小嵌固深度最接近下列哪个选项？A. 9mB. 10mC.12cmD. 13.5m【答案】 C4、根据《膨胀土地区建筑技术规范》(GBJ112-1987)，收缩系数是（）。

A.原状土样在直线收缩阶段的收缩量与样高之比B.原状土样在直线收缩阶段的收缩量与相应的含水量差值之比C.原状土样在50kPa压力下直线收缩阶段含水量减少1%时的竖向线缩率D.原状土样在直线收缩阶段含水量减少1%时的竖向线缩率【答案】 C5、下列冻土的特性指标中，属于力学特性指标的是（）。

A.冻土导热系数B.冻土冻胀率(冻胀强度）C.冻土冻结强度D.冻土比热容【答案】 B6、某完全饱和粘性土的天然含水量为60%，其天然孔隙比最接近于下列哪一选项？A. 1.0B.1.3C. 1.6D. 1.9【答案】 C7、抗滑桩与高层建筑桩基相比，一般情况下，下列哪一个表述是错误的？A.桩基承受垂直荷载为主，抗滑桩承受水平荷战为主B.桩基设计要计桩侧摩阻力，杭滑桩不计桩侧摩阻力C.桩基桩身主要按受压构件设计，抗滑桩桩身主要按受弯构件设计D.两种桩对桩顶位移的要求基本一样【答案】 D8、碎石填土的均匀性及密实性评价宜采用下列哪一种测试方法？A.静力触探B.轻型动力触探C.重型动力触探D.标准贯入试验【答案】 C9、关于隧道新奥法的设计施工，下列哪个说法是正确的？A.支护体系设计时不考虑围岩的自承能力B.支护体系设计时应考虑围岩的自承能力C.隧道开挖后经监测围岩充分松动变形后再衬砌支护D.隧道开挖后经监测围岩压力充分释放后再衬砌支护【答案】 B10、相同地层条件、周边环境和开挖深度的两个基坑，分别采用钻孔灌注桩排桩悬臂支护结构和钻孔灌注桩排桩加钢筋馄凝土内支撑支护结构，支护桩长相同。

《岩⽯⼒学》习题汇总及答案练习题⼀、名词解释：1、各向异性：岩⽯的全部或部分物理、⼒学性质随⽅向不同⽽表现出差异的性质。

2、软化系数：饱⽔岩样抗压强度与⾃然风⼲岩样抗压强度的⽐值。

3、初始碎胀系数：破碎后样⾃然堆积体积与原体积之⽐。

4、岩体裂隙度K：取样线上单位长度上的节理数。

5、本构⽅程：描述岩⽯应⼒与应变及其与应⼒速率、应变速率之间关系的⽅程（物理⽅程）。

6、平⾯应⼒问题：某⼀⽅向应⼒为0。

（受⼒体在⼏何上为等厚薄板，如薄板梁、砂轮等）1．平⾯应变问题：受⼒体呈等截⾯柱体，受⼒后仅两个⽅向有应变，此类问题在弹性⼒学中称为平⾯应变问题。

2．给定载荷：巷道围岩相对孤⽴，⽀架仅承受孤⽴围岩的载荷。

3．长时强度：作⽤时间为⽆限⼤时的强度（最低值）。

4．扩容现象：岩⽯破坏前，因微裂隙产⽣及内部⼩块体相对滑移，导致体积扩⼤的现象5．⽀承压⼒：回采空间周围煤岩体内应⼒增⾼区的切向应⼒。

1．平⾯应⼒问题：受⼒体呈等厚薄板状，所受应⼒为平⾯应⼒，在弹性⼒学中称为平⾯应⼒问题。

2．给定变形：围岩与母体岩层存在⼒学联系，⽀架承受围岩变形⽽产⽣的压⼒，这种⼯作⽅式称为给定变形。

3．准岩体强度：考虑裂隙发育程度，经过修正后的岩⽯强度称为准岩体强度。

4．剪胀现象：岩⽯受⼒破坏后，内部断裂岩块之间相互错动增加内部空间在宏观上表现体积增⼤现象。

5．滞环：岩⽯属滞弹性体，加卸载曲线围成的环状图形，其⾯积⼤⼩表⽰因内摩擦等原因消耗的能量。

1、岩⽯的视密度：单位体积岩⽯（包括空隙）的质量。

2、扩容现象：岩⽯破坏前，因微裂隙产⽣及内部⼩块体相对滑移，导致体积扩⼤的现象。

3、岩体切割度Xe：岩体被裂隙割裂分离的程度：4、弹性后效：停⽌加、卸载，应变需经⼀段时间达到应有值的现象。

5、粘弹性：岩⽯在发⽣的弹性变形具有滞后性，变形可缓慢恢复。

6、软岩（地质定义）：单轴抗压强度⼩于25MPa的松散、破碎、软弱及风化膨胀类岩⽯。

1.砂⼟液化：饱⽔砂⼟在地震、动⼒荷载或其它物理作⽤下，受到强烈振动⽽丧失抗剪强度，使砂粒处于悬浮状态，致使地基失效的作⽤或现象。

土质边坡最危险滑动面的随机搜索摘要：本文基于瑞典条分法，应用MATLAB，对边坡最危险滑动面的进行搜索，该方法可以同时搜索出边坡的最小安全系数和与之相应的临界滑动面的位置。

可以应用到任意边坡几何形状，不同土质分层，伴随空隙水压力以及有外载荷的情况。

关键词：MATLAB；边坡稳定；安全系数；条分法；网格法；滑动面；Abstract: this paper, based on the Swedish slice method, the application of the MATLAB, the most dangerous of the slip plane of the slope to search for, this method can also search the minimum safety factor of the slope and the corresponding critical sliding the position. Can be applied to any slope geometric shapes, different soil layer, along with water pressure and the gap is the load.Keywords: MATLAB; The slope stability; Safety coefficient; Slice method; The grid method; Sliding surface;1概述在工程建设中常会遇到土坡稳定性问题，土坡包括天然土坡和人工土坡，天然土坡是指自然形成的山坡和江河湖海的岸坡，人工土坡则是指人工开挖基坑、基槽、路堑或填筑路堤、土坝形成的边坡。

土坡塌滑是一种常见的工程现象，土坡由于丧失稳定性而滑动，通常称为“滑坡”。

本文的目的在于使用瑞典条分法的情况下，应用软件MATLAB对最小安全系数的临界滑动面进行随机搜索，改进土坡最小安全系数搜索方法,以便比较容易的得到土坡的最小安全系数。

板岩单轴压缩各向异性力学特征王聪聪;李江腾;林杭;廖峻;王佩新;王思青【摘要】考虑岩石材料的各向异性，选用层理比较明显的板岩进行单轴压缩试验，分析力学参数的变化规律。

研究结果表明：层理是板岩力学参数、强度特性及破裂模式呈现各向异性的重要原因；板岩单轴抗压强度和弹性模量均随层理面倾角的增大呈“U”型变化趋势，单轴抗压强度的各向异性比为2.8，属中级各向异性水平，试样变形模量的各向异性参数比为1.7；岩样整体泊松比随层理面倾角的增加而增大，但不同试样、相同位置的泊松比变化规律不同；岩样不同倾角的层理面是出现不同破裂模式的重要原因，0°试样形成贯穿层理面的张拉破坏，30°和45°试样基本沿层理面形成单一剪切破坏，70°试样由平行层理面的剪切和贯穿层理面的张拉组成复合破坏，90°试样形成沿层理的张拉劈裂破坏。

%Considering the anisotropy, the slates with obvious bedding planes were chosen to make the uniaxial compression tests. The change regulations of the mechanical parameters of different inclinations of bedding planes were analyzed. The results show that the weak bedding surface is an important reason for the anisotropy of the mechanical parameters, the strength characteristics and the failure modes of the slate. The uniaxial compressive strength and the elastic modulus of the slate both decrease first and then increase with the increase of the inclination of the bedding plane. As the bedding orientation changes, the curves both present U-shape. The anisotropicratio of the slate’s uniaxial compressiv e strength is 2.8 and it belongs to intermediate level. The anisotropic parameter of the slate’s deformation modulus is 1.7. The whole rock Poisson ratio increases with the increase ofthe bedding planes’ inclination. But the change regulations of the same location in different specimens are different. The bedding plane with different inclinations is an important reason for different failure modes. Tensile splitting across bedding planes occurs forβ=0° sample;single shear failure along bedding planes occurs for β=30° and β=45° samples; comprehensive failure of shear failure along bedding planes and tensile splitting across bedding planes occurs for β=70° sample and tensile splitting along bedding planes occurs forβ=90° sample.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(047)011【总页数】6页(P3759-3764)【关键词】板岩;单轴压缩;各向异性;层理面;破裂模式【作者】王聪聪;李江腾;林杭;廖峻;王佩新;王思青【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;招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆，400060;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】TU452层理、裂隙、断层等结构面造成岩体的力学特性与完整块体有较大差异。