如何确定岩体的粘聚力c和内摩擦角φ

如何确定岩体的粘聚力如何确定岩体的粘聚力 c 和内摩擦角和内摩擦角 岩质边坡设计计算时经常用到的两个参数：粘聚力 c，内摩擦角 。 岩块的粘聚力 c，内摩擦角 可以直接通过直剪、单轴压缩或三轴压缩试验 确定， 岩体的粘聚力 c，内摩擦角 如何确定呢？ 建筑边坡工程技术规范GB50330-2002 第 4.5.4 条规定： 岩体内摩擦角可由岩块内摩擦角标准值按岩体裂隙发育程度乘以表 4.5.4 所 列的折减系数确定。 表 4.5.4 边坡岩体内摩擦角折减系数 边坡岩体特性 内摩擦角折减系数 裂隙不发育 0.900.95 裂隙较发育 0.850.90 裂隙发育 0.800.85 碎裂结构 0.750.80 这里只给出了边坡岩体内摩擦角的折减系数，而没有提到岩体粘聚力的折减 问题。只有内摩擦角没有粘聚力怎么计算呢？后面的 4.5.5 条给出了等效内 摩擦角的估算方法，用等效内摩擦角自然就不需要用粘聚力。既然这样，4.5 .4 条的规定又有什么意义呢？ danuel 朋友上传的 三峡库区三期地质灾害防治重庆市江北区陈家馆危岩规划勘查报告 4.1.2.1 岩体性质指标的标准值 一节中提到 “根据工程地质勘察规范DB50/5005-1998 第 8.3.1 和第 8.3.3 有关规定 ：岩石物理指标标准值可视为岩体物理指标标准值；岩体内摩擦角标准值可 由岩石内摩擦角标准值根据岩体完整性乘以 0.800.95 的折减系数确定；岩 体粘聚力标准值由岩石粘聚力标准值乘以 0.200.30 的折减系数确定。” 我手头没有重庆市地方标准工程地质勘察规范DB50/5005-1998 因此没有 查到其原文，不过从筑龙上下到了重庆地标工程地质勘察规范DB50/5005 -1998 的升级替代版本重庆地标工程地质勘察规范DBJ50-043-2005。在重 庆地标工程地质勘察规范DBJ50-043-2005 中我没有找到关于由岩块粘聚 力和内摩擦角折减估算岩体粘聚力和内摩擦角的内容。地方规范，不具有通 用性，只能参考，1998 已经废止，2005 中删除了想关的内容，也没有添加新 的规定。现在连个参考也没有了。 各位朋友在确定岩体的粘聚力 c，内摩擦角 时是如何处理的呢？ 请说出你的做法和依据，或者提出自己的观点，重奖！ njzy0532 版主所提问题确实带有普遍性，遇到这种情况，我一般会这样确定： 1、按国标工程岩体分级标准GB50218-94 的规定对工程岩体进行质量分级； 2、依据岩体基本质量级别，查上述规范附录 C 表 C.0.1，可经验确定岩体的抗剪 断峰值强度（粘聚力 c 和内摩擦角 ），还可以按表 C.0.2 确定岩体结构面抗 剪断峰值强度； 3、工程岩体分级标准GB50218-94 可是国家标准，比地方规范更有说服力。 补充表 C.0.1 长 江长 417 于 2007-8-21 20:52:00 修改了此贴子。 既然讨论到这个问题了，首先要从理论上先把这个问题给理顺畅了，也 就是说，看一下国内外对于这方面的研究现状 在目前的工程设计中，为获取岩体的强度参数，通常要进行现场岩体原 位试验。采用原位试验方法确定岩体强度参数无疑地比实验室岩石试块 试验合理得多，但是由于节理岩体中复杂结构面的弱化作用，导致岩体 强度参数十分复杂，很难定量预测，即使是进行现场大型岩体原位试验 ，往往也只能获得局部的尺度有限的节理面或岩块的力学参数（一般试 验面积都在 1 m2 以下），更大范围岩体的宏观或平均意义上的特性或参 数几乎无法直接实测，而且所做试样可能不具代表性。同时，这种试验 需要的时间长，花费昂贵，不是每一个工程都能进行或必须进行的。尤 其是原位试验的试件制备过程中，岩体难免会产生扰动，这种扰动在复 杂地质条件地区尤为显著，如高应力区、高含水量区，试件很容易受开 挖扰动，因此，测试获得的结果还必须进行必要的岩体赋存环境力学效 应的修正，才能应用于工程。 关于岩体强度的岩体质量评分体系方法的研究，自从 60 年代以来，所提 的经验准则均属于非线性判据（Murreu，1963；Fairhust，1964；Hoek 和 Brown，1980；Johnson，1985；Sheorey 等，1990）212。这些准 则中许多对某些岩石类型拟合得很好，对有些则不然。其中应用最多， 效果较好的是 Hoek-Brown 经验准则，此准则早期是基于岩体质量评分标 准 RMR 的，后来，Hoek 和 Brown 又提出了在野外更易操作的地质强度指 标法 GSI 评分指标体系（Hoek，1994；Hoek et al.，1995，Hoek and B rown，1997；Hoek et al.，1998）57，近期又进一步将该方法做了 推广。Hoek-Brown 经验准则的优点在于将评定岩体质量和确定抗剪强度 参数分开，用定量指标合理地描述岩体质量，而对抗剪强度参数，则通 过具有一定科学依据的经验准则来确定。这在一定程度上可以减少确定 抗剪强度指标过程中的主观成分，可为最终确定岩体强度参数提供重要 参考或验证由工程类比得出的岩体强度参数。但对于每一级岩体质量， 给出的力学参数指标范围较大，离散性强，选用参数值时有较大的任意 性，经验性强。此外，如参数 m 的最大值为 25，在低围压下及坚硬完整 的岩体条件下，估算的岩体强度明显偏低，m 不仅与岩体有关，且与岩块 强度特性及具体应力水平有关，选取时应慎重。对于不含结构面的完整 岩体，含四组或四组以上等规模、等间距、强度基本相同的结构面的节 理岩体或破碎岩体以及强度较低的软弱岩体，可直接应用 Hoek-Brown 经 验准则；而对于各项异性岩体，包括含一、二、三组结构面的岩体，或 虽含四组或四组以上结构面、但其中有一组结构面规模较大的岩体，不 能直接应用 Hoek-Brown 经验准则。总的来说，Hoek-Brown 经验准则还未 成熟到可以直接成为工程设计决策的最终依据。 起源于 70 年代后期的位移反分析法1316，是在已有位移观测资料的 基础上，通过求解逆方程得到岩体参数。但传统位移反分析方法都假设 岩体为均值各向同性，而实际中的天然岩体地质条件复杂，往往伴随节 理、裂隙，因而在复杂情况下应用现有的各种简化的反分析方法来解决 工程实际，存在一定问题，而且反分析解的存在性、位移性和稳定性也 值得研究，只能提供参考值。 1992 年，李胡生等采用模糊选择方法细计岩体样本力学参数1719，该 方法认为岩石力学参数和岩体力学参数均为同时含有随机不确定性和模 糊不确定性的随机模糊变量，两者之间的关系是模糊关系，将两者之间 的模糊关系用确定性的数学表达式来表达必然不可能有好的实用性。岩 体参数的工程模糊处理实质就是把岩石与岩体力学指标之间的比例系数 当作模糊子集，依据经验进行模糊综合评判确定一个最佳模糊折减系数 的问题，从定量上考虑影响力学参数的各种模糊因素，但在运用上不是 很成熟，仍借助于经验。 最近又提出利用人工神经网络（张清等，1992；冯夏庭，王泳嘉，1 995）2024预测岩石工程数值分析中所需的岩体力学参数的方法，其 优点是神经元网络可以把岩体较多的非定量的地质描述经过换算后，作 为初始参数参与运算，不需事先假定力学参数与其影响因素之间的函数 关系，而通过对实例样本的学习即可找出其间的内在联系。不仅可以较 好地考虑岩体的定性描述和定量指标，有效地利用工程地质资料和已经 取得的试验研究成果，便于在工程中推广应用，而且还可以不考虑各个 影响因素之间的相互关系，但是其学习样本的选取具有很大的主观性， 尤其在网络的输入、输出中存在非确定性定性描述时，需要对样本数据 进行预处理，其方法一般为采用经验对定性描述进行定量化或者是采用 模糊神经网络技术对定性描述模糊定量，加大了不确定性。 此外，还有分形维数应用于岩体力学参数估算的方法2531。由 Mandel brot（1982 年）发展起来的分形几何是一门新的数学分支，是用来描述 自然界的不规则以及杂乱无章的现象和行为的。大量研究表明：岩体结 构表现为分形性，结构面平面、坡面形态、断裂破碎带以及岩体结构参 数（迹长、隙宽、间距、密度等）的分布，结构面表面粗糙形态，岩体 破裂网络均具有分形特征，分形维数是定量表征岩体结构性质的有用指 标。岩体结构面粗糙度系数（JRC）是 Barton 30 提出，用于描述结构 面表面形态对其抗剪强度影响的几何参数。由于岩体结构面的表面轮廓 曲线具有自相似性，文献29建立 JRC 和分维数 D 确定性的经验公式， 从而利用 D 可以进行岩体结构面的抗剪强度分析。秦四清（1993）用网 络覆盖法计算了小湾水电站节理网络的 RQD 值和分维数 D 值，得到两者 的统计关系式，并在甬台温高速公路隧道围岩中得到验证。李功伯等（1 991）提出用分形几何描述岩体的损伤，并给出了用自相似分形集的分维 数定义损伤变量的方法。以上研究表明：用分维数来研究岩体结构面的 几何特征更为可靠，它综合反映了岩体结构面几何分布的整体特征。高 峰等（2004）运用分形和统计断裂力学方法探讨了岩体节理断裂扩展和 剪切滑移 2 种破坏方式下节理岩体的统计强度（平均强度），但分形维 数法存在其标度区间的确度和结构面分形特征的层次问题。 综上所述，对强度参数有多种估算方法，（1）原位试验法，是一种直接 又比较可靠的方法，但该方法存在“尺寸效应”问题和一些技术上的问 题；（2）经验类比法，主要根据现场工程地质条件和室内力学实验结果 ，结合大量相关已建工程实例综合确定岩体强度的方法，存在主观性问 题；（3）岩体质量评分体系方法，该方法具有统计意义上的可靠性，但 对同一岩体不同的经验方法估算的力学参数差别较大；选用参数值时有 较大的任意性，经验性强；（4）位移反分析法，是在已有位移观测资料 的基础上，通过求解逆方程得到岩体参数。但传统位移反分析方法都假 设岩体为均值各向同性，而天然岩体地质条件复杂，其反分析解的存在 性、位移性和稳定性值得研究；（5）模糊数学法，在传统的岩体质量分 类的基础上，考虑岩体质量的模糊性，结合专家的经验，选出评判因素 ，提出岩体质量模糊综合评判模型，确定岩体力学参数的估算值，但评 判因素的选取存在不确定性问题；（6）人工神经网络法，通过完成输入 与输出问题的映射，自动建立复杂现象（系统）的模型并指出其控制规 律。其实用性很强，但其学习样本的选取具有很大的主观性；（7）分形 维数法，近年来发展起来的岩体损伤力学的研究方法。它利用岩体破裂 系分形分维数构造损伤变量，能较好的解决岩体力学参数的估算和岩体 稳定性的评价问题，但存在其标度区间的确度和结构面分形特征的层次 问题。 可见，每种方法都有其优缺点，仍没有一种令人满意的方法。从理论上 看，上述各种方法同时使用有利于全面可靠地评价岩体质量。但是，所 得到的过多力学指标往往使设计者无所适从。因此，在工程岩体稳定性 分析中，合理确定节理岩体的强度，是一项十分重要而又困难的工作。 对岩体强度参数的研究，具有十分重要的工程应用和科学研究意义。 引用回复 搜索 献花 顶贴 第 5 楼 2007-8-21 20:01:00 上面主要是研究现状的介绍 在具体到这个实际的问题，根据建筑边坡工程技术规范GB50330-2002 第 4.5.4 条规定，我们可以基本上根据实验数据以及野外统计得到内摩擦角 值，就像搂主所说的。 对于岩体的粘聚力 c，我认为长江长网友所采用的方法是很可取的，借助 工程岩体分级标准GB50218-94，可以基本界定一个 c 值。 最后反过来，我最想说的一个问题，也是咨询了导师（花了我几块钱的电话 费呢），在边坡岩体的稳定性计算时，其主要控制作用的是内摩擦角 值 ，而粘聚力 c 变化 10-20 所起的稳定性控制作用很小（这个我们很多项目的 具体应用计算中已经得到证实），我想这也是为什么建筑边坡工程技术规 范GB50330-2002 只是强调了了内摩擦角 值的折减问题，其主控原因可 以显现。 也象我上面所发的那个介绍性的东西，所有的岩体参数界定基本都是在 岩体质量评价的基础上进行的，那么这个取值关键就在于岩体质量的评价上 。 一点浅见 留言电邮主页 BLOG 引用回复 搜索 献花 顶贴 第 6 楼 2007-8-22 15:59:00 补充一个我个人在一个边坡工程评价中采用的方法： 由于按工程岩体分级标准我们只能确定结构面的抗剪强度，我们还 可以通过试验得到岩块的抗剪强度，在进行稳定性评价时，不能只用岩块的 参数，也不能只用结构面的参数，稳定性评价只能取介于两者之间的参数， 这个参数怎么确定？我认为按建筑边坡工程技术规范用系数折减岩块参 数的方法不可取，因为它忽视了结构面的性质！ 我认为应该这样取值更合理些： 依据现场调查结果，确定在岩体产生大面积剪切破坏时，结构面将占总 剪切面的比例，来确定地层综合抗剪强度指标，其计算公式如下： z=(1-)y + j （式 1） z=(1-)y + j （式 2） 式中：z、z岩体综合抗剪强度； y、y岩块抗剪强度； j、j结构面抗剪强度； 结构面面积系数，大面积剪切破坏时剪切面上结构面面积 与总面积之比。 上述方法没有规范依据，但本人在实际工程中采用该方法效果非常好， 计算结果与实际状况较吻合。 请各位高手发表评论这种方法是否恰当！ 谢谢高手指点，已经更正！ 以下是引用片段：以下是引用片段： 以下是引用以下是引用长江长长江长 417417 在在 2007-8-222007-8-22 15:59:0015:59:00的发言：的发言： 补充一个我个人在一个边坡工程评价中采用的方法： 由于按工程岩体分级标准我们只能确定岩体和结构面的 抗剪强度，在进行稳定性评价时，不能只用岩体的参数，也不能 只用结构面的参数，稳定性评价只能取介于两者之间的参数，这 个参数怎么确定？用系数折减岩体参数的方法不可取，因为它忽 视了结构面！ 我认为应该这样取值更合理些： 依据现场调查结果，确定在岩体产生大面积剪切破坏时，结 构面将占总剪切面的比例，来确定地层综合抗剪强度指标，其计 算公式如下： z=(1-)y + j （式 1） z=(1-)y + j （式 2） 式中：z、z地层综合抗剪强度； y、y岩体抗剪强度； j、j结构面抗剪强度； 结构面面积系数，大面积剪切破坏时剪切面上 结构面面积与总面积之比。 上述方法没有规范依据，但本人在实际工程中采用该方法效 果非常好，计算结果与实际状况较吻合。 请各位高手发表评论这种方法是否恰当！ 不知道这位朋友对岩体的强度是怎么理解的， 岩体是岩块和结构面的综合，也就是说也体的强度是考虑了结构面作用 的综合强度。 在确定岩体强度的时候，结构面的产状、结合长度、连通情况都是需要 综合考虑的因素。 我认为按照岩体的定义，这位朋友的经验算法本质上还是估算岩体强度 的算法。 页BLOG 引用回复 搜索 献花 顶贴 第 8 楼 2007-8-22 16:24:00 那我接着长江长 417 朋友的说几句吧： 在计算整体稳定性时，选取岩体强度参数时可以综合