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，分别应用上述方法对每组弱面进行检验，以确定何组弱面进入破坏。显然，弱面屈服与破坏条件不同于一般均质介质中莫尔圆与强度极限曲线相切的屈服与破坏条件。2.粗糙弱面的屈服与破坏条件

粗糙弱面或有齿弱面剪切与破坏条件要考虑弱面剪切屈服或破坏时可能的滑升（剪胀）及可能的齿跟剪断破坏，见下图。这里介绍考虑弱面剪切屈服或破坏时可能滑升时的情况。佩顿（F.D.Patton）1966年将粗糙弱面的剪胀及剪断时的阻力考虑在弱面摩擦角里，提出了双线性屈服与破坏条件（见前页图）(7)

式中，i为滑升角，

为弱面尖齿被剪断平滑后的弱面内摩擦角，均由试验确定。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)

国际岩石力学学会对JRC和JCS的测试都有明确的规定。

当然，这里介绍的层状软弱面的屈服条件只是众多屈服条件中较常用、有代表性的屈服条件，在全世界的发表物的海洋里，你会看到形形色色的弱面屈服与破坏条件。弱面止的最策不利服位置由弱描面屈接服与幸破坏危条件误表达逆式(3)可知押，当或时，。所以，。对求导耀数，检可以剂求得极小召值时验的，。左下脏图示鸽出了为常去数情懂况下射，弱僻面处玩于破翼坏状川态时与的关治系曲僚线。慎图中锣水平片迹线案表示酒岩石肉的破结坏迹粥线，钉它与经弱面惊破坏巾曲线合相交循两点和，在李此两虹点之脆间就狸是沿赛弱面大破坏视时的嘱关系耽曲线肤。在城此两灿点之烈外，午岩体卷只能首通过携岩石墨发生减破坏国。用莫卖尔－迫库仑私屈服亏与强届度曲香线图咱解弱处面最捆不利内角度吼非常愤方便进（右锣下图胆）。凳在坐标系中牵同时摧绘出鸦弱面因与岩恒块的砖强度丝式曲线酒，岩鸦体的仅最小离强度为莫舅尔应叮力圆俘与弱疏面强艇度曲芦线相牛切时横最大啦主应松力值乓，按炉弱面响屈服免与破泼坏条娃件式(3)计算税，此棵时弱慌面与谨最小穷主应衡力之凳间的筛夹角岩体疑的最粘大强淋度为莫半尔应狡力圆番与岩垃石强正度曲蛙线相耳切时蒸最大京主应牙力值抚，一掌般说阻来，束此值泽与无关帜，按销均质遣岩石齿材料姨屈服烂与破渐坏条鸽件计嘴算，饲此时胸屈服昏（破飞坏）宁面与标最小向主应溪力之序间的蜓夹角。弱盏面影日响岩铅体强吴度的虑角度京范围浇为，可铸图解凤求得(1兄0)弱面中对岩弊体单脾轴抗燃压强闻度的笛影响暴可以墨用岩世体单套轴抗锐压强剧度极耐坐标级图表螺来表扇示。鸣如图德所示权为当毕弱面扛强度悔指标、岩区块强先度指货标时的汽计算求结果浮。如望果轴据向应土力落稼在图系中阴浓影范宫围内粥，则里岩体泊为发落生破仇坏。试验愈证明正了上跪述理慌论的型正确搬性。避拉梅吴摩希早（T摔.准Ra树ma纺mu清rt堵hy伞）于添19柱93转年发欧表了予他层跑状页粗岩单盈轴压河缩试息验结溜果，酱如图羊所示忆。注拣意，喷图中盒的弱裳面倾检角β与我也们前盛面所花用的芝角度β互补略。岩体饶内往肯往有微好几强组结救构面喷共生钉。可想以采裹用上女述方误法对肥每一是组弱润面对赵岩体负强度汉的影趁响进轿行研放究，秩以先非进入喜屈服悉（破杏坏）喊的这跑组弱祖面来艇判断仓岩体权的稳慎定状大态。盗最直坑观的秃方法羽