层状弱面体屈服与破坏

层状弱面体的屈服与破坏

岩体中总会存在诸如节理、层理、劈理、裂隙和断层等软弱不连续体或软弱结构面，人们常将这些软弱不连续体统称为节理裂隙或弱面，这是岩体与其他均质连续体的本质区别之一。弱面的强度比岩块的强度低得多，基本上控制着岩体的强度。层状岩体的破坏，通常是发生在弱面上。所以必须研究弱面的屈服条件和破坏条件。层状弱面体的屈服条件不仅与岩体的受力情况和弱面的强度有关，而且还与弱面的产状有关。对于平面弱面体问题，只与弱面的倾角有关；对于空间弱面体问题，除了与倾角有关外，还与岩层走向有关。层状弱面体模型中的假设连续性假设；不计时间与温度的影响；变形是微小的；各向异性；非均匀强度。平面层状弱面体的屈服条件1.光滑弱面或充填弱面的屈服与破坏条件

按照莫尔－库仑屈服与破坏条件，用弱面上正应力和剪应力表达的弱面体的剪切屈服与破坏条件为

(1)

式中，cj、

为弱面的粘聚力及内摩擦角。若用主应力表达，须根据弱面与主应力之间的夹角求出弱面上的主应力，代入上式即可求得用主应力表达的弱面剪切屈服与破坏条件。设弱面与最小主应力方向的夹角为，则按莫尔圆得(2)代入式(1)，经数学运算，得(3a)

或(3b)

其中，(4)

当弱面进入塑性状态时，弱面上的应力及弱面强度均是弱面方向的函数。因此，岩体强度与均质岩石材料不同，它不是一个常数，而是随弱面的方向改变的。

弱面的莫尔－库仑破坏准则还可用图解形式表示。由上图可见，代表弱面应力状态的那个点就是与轴成角的AB线与应力圆的交点M，AB线可称为弱面应力线；如果M点位于强度极限线下方，表示在该应力条件下，弱面不会破坏；如M点正好在强度极限曲线上，表示岩体沿此弱面剪断；当然M点超出强度极限曲线是不可能的。所以，弱面屈服与破坏条件是弱面的强度极限曲线与莫尔圆相交。也就是说，当表示弱面上应力状态的点（即应力圆上的点）落在RQ弧段范围之内，弱面发生屈服或破坏。这时，弱面倾角的范围为(5)

式中，(6)

。当存在多组弱面时时，分别应用上述述方法对每组弱面面进行检验，以确确定何组弱面进入入破坏。显然，弱面屈服与与破坏条件不同于于一般均质介质中中莫尔圆与强度极极限曲线相切的屈屈服与破坏条件。。2.粗糙弱面的的屈服与破坏条件件粗糙弱面或有齿弱弱面剪切与破坏条条件要考虑弱面剪剪切屈服或破坏时时可能的滑升（剪剪胀）及可能的齿齿跟剪断破坏，见见下图。这里介绍绍考虑弱面剪切屈屈服或破坏时可能能滑升时的情况。。佩顿（F.D.Patton））1966年将粗粗糙弱面的剪胀及及剪断时的阻力考考虑在弱面摩擦角角里，提出了双线线性屈服与破坏条条件（见前页图））(7)式中，i为滑升角，为弱面尖齿被剪断断平滑后的弱面内内摩擦角，均由试试验确定。对于滑升角i，巴顿（B.Barton）1976年提出采用弱面(节理)粗糙度系数JRC（JointRoughnessCoefficient）及组成弱面(节理)的壁面岩石抗压强强度JCS（JointwallCompressiveStrength）来表达：于是，式(7)第一式可写成(9)国际岩石力学学会会对JRC和JCS的测试都有明明确的规定。当然，这里介绍的的层状软弱面的屈屈服条件只是众多多屈服条件中较常常用、有代表性的的屈服条件，在全全世界的发表物的的海洋里，你会看看到形形色色的弱弱面屈服与破坏条条件。弱面的最不利位置置由弱面屈服与破坏坏条件表达式(3)可知，当或时，。所以，。对求导数，可以求得得极小值时的，。左下图示出了为常数情况下，弱弱面处于破坏状态态时与的关系曲线。图中中水平迹线表示岩岩石的破坏迹线，，它与弱面破坏曲曲线相交两点和，在此两点之间就就是沿弱面破坏时时的关系曲线。在在此两点之外，岩岩体只能通过岩石石发生破坏。用莫尔－库仑屈服服与强度曲线图解解弱面最不利角度度非常方便（右下下图）。在坐标系中同时绘出弱面面与岩块的强度曲曲线，岩体的最小小强度为莫尔应力圆与弱弱面强度曲线相切切时最大主应力值值，按弱面屈服与与破坏条件式(3)计算，此时弱面与与最小主应力之间间的夹角岩体的最大强度为莫尔应力圆与岩岩石强度曲线相切切时最大主应力值值，一般说来，此此值与无关，按均质岩石石材料屈服与破坏坏条件计算，此时时屈服（破坏）面面与最小主应力之之间的夹角。弱面影响岩体强强度的角度范围为为，可图解求得(10)弱面对岩体单轴抗抗压强度的影响可可以用岩体单轴抗抗压强度极坐标图图表来表示。如图图所示为当弱面强强度指标、岩块强度指标时的计算结果。如如果轴向应力落在在图中阴影范围内内，则岩体为发生生破坏。试验证明了上述理理论的正确性。拉拉梅摩希（T.Ramamurthy）于1993年发表了他他层状页岩单轴压压缩试验结果，如如图所示。注意，，图中的弱面倾角角β与我们前面所用的的角度β互补。岩体内往往有好几几组结构面共生。。可以采用上述方方法对每一组弱面面对岩体强度的影影响进行研究，以以先进入屈