岩体强度分析及其计算方法

1、岩体强度分析 及其计算方法 7.4.1 均质岩体强度分析 v岩体大体上可分为两种，一种是接近均质的； 另一种是非均质的，即岩体的强度主要由结 构面的特征(强度、产状、粗糙度、充填物等 等)所决定。 v对于第一种情况，岩体的强度基本上可用室 内外求得的岩石强度指标，按前面强度理论 中所述的破坏准则来判断岩体的稳定性。目 前用得最多的还是莫尔-库仑准则(见公式7-28) 7.4.1 均质岩体强度分析 v当岩体内某点的两当岩体内某点的两 个主应力个主应力1和和3达达 到上述关系，该点到上述关系，该点 就处于极限平衡状就处于极限平衡状 态。为了判断岩体态。为了判断岩体 的稳定或不稳定，的稳定或不稳定，

2、 可采用右列判别式：可采用右列判别式： )(sin 2 31 31 稳定 cctg )(sin 2 31 31 极限平衡 cctg )(sin 2 31 31 不稳定 cctg 7.4.1 均质岩体强度分析 v当岩体内有孔隙水压力时的判别式： v (稳定) (7-37) v (极限平衡) (7-38) v (不稳定) (7-39) sin 22 31 31 cctgP w sin 22 31 31 cctgP w sin 22 31 31 cctgP w 7.4.1 均质岩体强度分析 v如果主应力为负值(拉应力)，则判别式为： v (稳定) (7-40) v (极限平衡) (7-41) v (

3、断裂) (7-42) t R 3 t R 3 t R 3 7.4.1 均质岩体强度分析 v 当有孔隙水压力时: v (稳定) (7-43) v (极限平衡) (7-44) v (不稳定) (7-45) wt pR 3 wt pR 3 wt pR 3 7.4.2 节理岩体强度分析节理岩体强度分析 v在实际工程中遇到的绝大多数岩体，其强度主要由在实际工程中遇到的绝大多数岩体，其强度主要由 结构面结构面(不连续面不连续面)所决定。这些结构面有大到如断所决定。这些结构面有大到如断 层和小到如裂隙细微裂隙的各种各样分布。层和小到如裂隙细微裂隙的各种各样分布。 v小的裂隙和细微裂隙可在研究岩块强度性质中加

4、以小的裂隙和细微裂隙可在研究岩块强度性质中加以 考虑。宽度大于考虑。宽度大于20米的结构面应当加以单独考虑。米的结构面应当加以单独考虑。 其余的结构面则在研究岩体强度中考虑。把成组出其余的结构面则在研究岩体强度中考虑。把成组出 现的有规律的裂隙称为节理，其相应的岩体称为节现的有规律的裂隙称为节理，其相应的岩体称为节 理岩体。理岩体。 v下面研究节理岩体的强度和稳定性。下面研究节理岩体的强度和稳定性。 7.4.2 节理岩体强度分析节理岩体强度分析 M (a) M s ss s M 图图7-26 工程中存在的结构面示意图（工程中存在的结构面示意图（S-结构面；结构面；M-节理）节理） (a)岩石坝

5、基；岩石坝基； (b)岩质边坡；岩质边坡； (c)隧洞隧洞 7.4.2 节理岩体强度分析节理岩体强度分析 v节理或其它结构面的强度指标都可以通过室 内外的抗剪试验求得。得出节理面的内摩擦 角以及凝聚力。求出节理面的强度指标后， 就可根据节理面的产状来分析岩体的稳定性。 v在均质岩体内岩体破坏面与主应力面总是成 一定的关系。当剪切时破裂面总是与大主应 力面(法线)成=45+/2角。当拉断时，破 裂面就是主应力面。 7.4.2 节理岩体强度分析节理岩体强度分析 v软弱结构面剪切破坏时，破裂面绝大多数 是软弱结构面(节理面) ，破裂面与主应力 面的夹角就是软弱结构面与主应力面的夹 角。不管是那种类型

6、的节理面，它们都可 用莫尔-库仑强度条件来判定节理面上的稳 定情况。当节理面上的剪应力达到节理面 的抗剪强度时，节理面处于极限平衡状态: jjf tgc 式中式中- 节理面上的正应力节理面上的正应力 (7-46) 7.4.2 节理岩体强度分析节理岩体强度分析 v节理面的抗剪强度一般低于岩节理面的抗剪强度一般低于岩 石的抗剪强度。当岩体内代表石的抗剪强度。当岩体内代表 某点应力状态的应力圆与节理某点应力状态的应力圆与节理 在强度线相切或甚至相割时，在强度线相切或甚至相割时， 岩体是否破坏，还要看应力圆岩体是否破坏，还要看应力圆 代表该节理面上应力的点在哪代表该节理面上应力的点在哪 一段圆周上而定

7、。设岩体内有一段圆周上而定。设岩体内有 一节理面一节理面mm，其倾角为，其倾角为(亦亦 即节理面法线与大主应力成即节理面法线与大主应力成 角角)，见图，见图7-28。 m 3 m 3 1 1 图图7-28 节理面节理面mm 7.4.2 节理岩体强度分析节理岩体强度分析 v判断节理面稳定情况的判别式(7-48): v 0 v式中等号表示极限平衡状态。如果式的左端 小于零，则节理面处于不稳定状态。 jjjj ccoscossinsincos 31 7.4.3 结构面方位对强度的影响结构面方位对强度的影响 结构面处于极限平衡状态时另一种形式表示的 公式（结构面方位用倾角表示）： v式中式中cj、j均

8、为常数。假如均为常数。假如3固定不变，则上式固定不变，则上式 的的1- 3随着随着而变化。上式是当而变化。上式是当3固定时，破固定时，破 坏时应力差坏时应力差1-3随随而变化的方程式。而变化的方程式。 v当结构面为平行于当结构面为平行于1时或结构面时或结构面(法线法线)与与1成成j 角时，在角时，在3固定的条件下，可无限增大，结构面固定的条件下，可无限增大，结构面 不致破坏。只有当结构面不致破坏。只有当结构面满足满足 时，才可能沿着结构面发生破坏。时，才可能沿着结构面发生破坏。 2sin1 22 3 31 ctgtg tc j jgj (7-50) 2/ j 7.4.4 结构面粗糙度对强度的影响结构面粗糙度对强度的影响 v绝大多数岩体的结构面既不光滑也不是平面， 它是相当粗糙的 ，i称为结构面的粗糙角粗糙角 v结构面的粗糙角变化范围很大，i =0 40 v岩体结构面上的粗糙角所起的作用一般是随 着结构面上的正应力的大小而改变的 v具体应用时，结构面的抗剪强度表达式为： 7.4.4 结构面粗糙度对强度的影响结构面粗糙度对强度的影响 v当低的正应力时， (7-58) v 以及当高的正应力时， (7-59) f 0 i cj 图图3-32 结构面结构面 强度曲线强度曲线 itg jf tgc jf 7.4.4 结构面粗糙度对强度的影响结构面粗糙度对强度的影响 v如果结构面内有水