岩体的强度特性

1岩石力学Rock

Mechanics22.5岩体的强度特性3一、岩石的强度假设岩石服从莫尔-库仑直线型强度准则

1、坐标下

c破坏角：4一、岩石的强度2、在坐标下令则

3

1

c5二、结构面强度假设节理面服从莫尔-库仑直线型强度准则6二、结构面强度设节理的方向角为β。节理面上的应力：满足库仑破坏准则时沿节理面破坏7三、单结构面强度效应1、分析模型岩体中发育一组结构面，假定AB面(指法线方向）与最大主应力方向夹角为β。岩石强度为C0、Φ0；结构面强度为CJ、ΦJ。

1

38三、单结构面强度效应三种可能破坏形式：（1）结构面破坏；（2）岩块破坏；（3）岩块与结构面同时破坏。

结构面的产状对岩体的强度产生影响。

2、破坏方式的图解判断（1）、无论多少，岩体不破坏。

=ntgj+cj=ntg+c

3

1

1

3三、单结构面强度效应（2）1

2时沿结构面破坏；（3）<1或>2时，既不沿结构面破坏，也不切岩石破坏。

1

3

3

1

1

221=ntgj+cj=ntg+c三、单结构面强度效应

（4）、<1或>2时剪切岩石破坏。（5）＝1或＝2时沿结构面与岩石同时破坏；

3

1

3

1

1

221=ntgj+cj=ntg+c三、单结构面强度效应12三、单结构面强度效应3、岩体破坏的解析法确定（1）、沿结构面破坏：对岩体强度有影响的节理方位：β1≤β≤β2

13三、单结构面强度效应

对岩体强度有影响的节理方位角：

β1≤β≤β2

β1、β2可以直接在图上量取，也可以由正弦定律推求：14三、单结构面强度效应（2）、岩石（岩块）破坏：

对岩体强度无影响的节理方位：

β≤β1

或

β≥β2

15三、单结构面强度效应（3）、岩体强度

当β＝β1或β＝β2时，岩石结构面同时破坏，岩体强度等于岩块强度当β＜β1或β＞β2时，岩块先破坏，岩体强度等于岩块强度：当β1＜β＜β2结构面先破坏时，岩体强度小于岩块强度16三、单结构面强度效应（3）单结构面岩体强度

强度取完整岩石强度和结构面强度的小值（两者的强度都按直线型考虑）

岩体单轴抗压强度：17三、单结构面强度效应根据单结构面强度效应可以看出岩体强度的各向异性，岩体单轴或三轴受压强度受加载方向与结构面夹角的控制。18四、多结构面强度效应多结构面的岩体强度：分步运用单结构面理论，分别绘出每一组结构面单独存在时的强度包络线和应力莫尔圆，岩体到底沿哪组结构面破坏，由σ1与各组结构面的夹角所决定。

根据叠加原理 多结构面的组合使得受力状态极其复杂，若不计受力后沿结构面滑动对应力分布的影响，则可将多组结构面分别按单一结构面考虑确定其强度，最后综合考虑岩石和各组结构面的强度，取其最小值。四、多结构面强度效应20四、多结构面岩体强度试验表明，随着岩体内结构面数量的增加，岩体强度特性越来越趋于各向同性，而岩体的整体强度却大大削弱了。

Hoek和Bown认为，含四组以上性质相近结构面的岩体，在地下开挖工程设计中按各向同性岩体来处理是合理的。另外，随着围压σ3增大，岩体由各向异性向各向同性转化，一般认为当σ3接近岩体单轴抗压强度时，可视为各向同性体。21五、岩体强度估算（一）准岩体强度（岩体完整系数修正法）这种方法实质是用某种简单的试验指标来修正岩块强度，做为岩体强度的估算值。节理、裂隙等结构面是影响岩体的主要因素，其分布情况可通过弹性波传播来查明，弹性波穿过岩体时，遇到裂隙便发生绕射或被吸收，传播速度将有所降低，裂隙越多，波速降低越大，小尺寸试件含裂隙少，传播速度大。22五、岩体强度估算根据弹性波在岩石试块和岩体中的传播速度比，可判断岩体中裂隙发育程度，称此比值的平方为岩体完整性系数或龟裂系数。式中，Vml为岩体中弹性波纵波传播速度

Vcl为岩块中弹性波纵波传播速度23五、岩体强度估算岩体种类岩体完整性系数K完整＞0.75块状0.45～0.75碎裂状＜0.45准岩体抗压强度：σmc=Kσc准岩体抗拉强度：σmc=Kσc24五、岩体强度估算（二）Hoke－Brown经验方程

Hoke和Brown根据岩体性质的理论与实践经验，用试验法导出了岩块和岩体破坏时主应力之间的关系：式中：m、s为与岩性及结构面情况有关的常数，可查表或根据岩体分类RMR值计算。25五、岩体强度估算剪应力－正应力表达式：式中，τ为岩体的剪切强度；

σ为岩体法向应力；

A、B为常数，查表。26五、岩体强度估算由Hoke－Brown经验方程估算岩体抗压强度由Hoke－Brown经验方程估算岩体抗拉强度27五、岩体强度估算岩体材料参数m、s的RMR分类系统评分确定：对于扰动岩体：对于未扰动岩体

式中：mi—完整岩石的m值，可由三轴试验的结果确定。28五、岩体强度估算根据已知的岩体材料参数m、s，便可较方便地确定摩尔－库仑准则中的岩体强度参数。首先假定滑动面上的正应力σn，然后按下式计算：29五、岩体强度估算Hoek曾指出，m与库伦—莫尔判据中的内摩擦角Φ非常类似，而s则相当于内聚力C值。如果这样，根据Hoek—Brown提供的常数，m最大为25，显然这时估算的岩体强度偏低，特别是在低围压下及较坚硬完整的岩体条件下，估算的三轴强度明显偏低。但对于受构造扰动及结构面较发育的裂隙化岩体，Hoek(1987)认为用这一方法估算是合理的。30五、岩体强度估算（三）岩体粘聚力Cm的Simpson法估算法辛普森（Simpson）经验方法认为，岩体粘聚力Cm与完整岩块粘聚力CI和裂隙密度i之间有如下关系：31五、岩体强度估算(四）岩体粘聚力Cm的费辛柯法估算费辛柯（фпсеико）经验方法的岩体粘聚力Cm计算公式为：式中：H—边坡高度（m）；

L—裂隙间距（m）；

a—由岩块强度和结构面分布特征所决定的系数。32五、岩体强度估算（五）内摩擦角经验折减法岩体内摩擦角