第三节结构面的抗剪强度

第三节结构面的抗剪强度第1页，共14页，2023年，2月20日，星期三一、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。

抗剪强度：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：

第2页，共14页，2023年，2月20日，星期三二、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。

由于结构面的粗糙起伏情况比较复杂，因此抗剪强度的确定也比较困难。下面就先讨论理想的简单的条件（规则锯齿形结构面），再讨论一般的情况（不规则起伏结构面）。第3页，共14页，2023年，2月20日，星期三1、规则锯齿形结构面（1）σ较小，剪胀作用,其强度遵循Patton公式：

结构面上的应力：由库仑-纳维尔判据得：将τn、σn代入上式得：第4页，共14页，2023年，2月20日，星期三（2）σ较大，啃断作用，其强度接近岩块的强度，即：

式中：φ

、Ｃ分别为结构面壁岩的内摩擦角和内聚力。综合上二式，结构面的抗剪强度包络线如下图所示。第5页，共14页，2023年，2月20日，星期三

剪断凸起的条件为：

第6页，共14页，2023年，2月20日，星期三第7页，共14页，2023年，2月20日，星期三2、不规则起伏结构面

自然界岩体中绝大多数结构面的粗糙起伏形态是不规则的，起伏角也不是常数，见下图。

这类结构面的强度包络线不是折线，而是曲线形式。第8页，共14页，2023年，2月20日，星期三

巴顿（Barton）对8种不同粗糙起伏的结构面进行了试验研究，提出了剪胀角的概念并用以代替起伏角。剪胀角αd——剪切时剪切位移的轨迹线与水平线的夹角，即：

Barton通过大量结构面剪切试验，用统计方法求得Barton方程：

基本摩擦角粗糙度系数壁岩强度又故或第9页，共14页，2023年，2月20日，星期三三、非贯通断续的结构面

这类结构面由裂隙面和非贯通的岩桥组成。在剪切过程中，一般认为两者都起抗剪作用。即通过的裂隙面和岩桥都起抗剪作用。

假设沿整个剪切面上的应力分布是均匀的，结构面的线连续性系数为Ｋ1，则整个结构面的抗剪强度为：

裂隙面岩桥库仑-纳维尔定律：其中：第10页，共14页，2023年，2月20日，星期三四、具有充填物的软弱结构面

具有充填物的软弱结构面包括泥化夹层和各种类型的夹泥层，其形成多与水的作用和各类滑错作用有关。这类结构面的力学性质常与充填物的物质成分、结构及充填程度和厚度等因素密切相关。

结构面强度与颗粒粗细的关系

第11页，共14页，2023年，2月20日，星期三

内摩擦角、内聚力与充填厚度的关系曲线

内摩擦角随充填度增大而减小第12页，共14页，2023年，2月20日，星期三不同夹层物质成分的结构面抗剪强度夹层成分抗剪强度指标摩擦系数(f)粘聚力C(kPa)泥化夹层和夹泥层0.15～0.255～20碎屑夹泥层0.3～0.420～40碎屑夹层0.5～0.60～100含铁锰质角砾碎屑夹层0.6～0.8530～150第13页，共14页，2023年，2月20日，星期三作业7有一规则锯齿形结构面,起伏角i=35°