岩石力学第3章之三ppt课件.ppt

第三节 岩体的强度1、节理岩体强度分析2、结构面对岩体强度的影响3、岩体强度的确定方法3.3   岩体的强度l l1、节理岩体强度分析        岩体由结构面和岩块组成，其强度必然受到岩块和结构面强度及其组合方式的控制；一般情况下岩体强度既不同于岩块强度，也不同于结构面强度        带有节理的岩体在破坏时有可能沿岩块内部破坏，也可能沿节理破坏，在节理较多且分布条件下，多数会沿节理破坏        无论岩体沿节理破坏还是岩块内部破坏均符合摩尔—库仑理论：岩体强度包括:抗压、抗拉、抗剪强度岩体抗拉一般不研究，不允许岩体中有拉应力出现因此主要讨论岩体的抗压强度和抗剪强度岩体破坏本质一般是剪切破坏（也有张拉破坏）一、节理岩体强度分析结构面的强度条件结构面的强度条件当节理稳定或处于极限平衡时：l l莫尔园上的点坐标：莫尔园上的点坐标：莫尔园上的点坐标：莫尔园上的点坐标：整理得：整理得：整理得：整理得：1、节理与岩石的抗剪强度线无关系；、节理与岩石的抗剪强度线无关系；2、沿节理破坏必需满足与莫尔圆交点为其、沿节理破坏必需满足与莫尔圆交点为其节理方向，且该点的正压力与剪应力刚节理方向，且该点的正压力与剪应力刚好达到节理的强度；好达到节理的强度；3、一般情况下直线与莫尔圆相割。

一般情况下直线与莫尔圆相割例题：例题：l l例：例：l l假设洞室边墙处的节理面倾角假设洞室边墙处的节理面倾角=500如图，内摩擦角内摩擦角=400，粘结力，粘结力C=0，，即无粘结力，即无粘结力，由实测知道洞室处平均垂直应力，由实测知道洞室处平均垂直应力， 试计算岩石锚杆在边墙处应提试计算岩石锚杆在边墙处应提供多大水平应力供多大水平应力时才能维持边墙的平衡？时才能维持边墙的平衡？时才能维持边墙的平衡？时才能维持边墙的平衡？ l l若运用强度包络线理论，结构面包络线及岩块包络线分别表达如下，岩体破坏不仅要考虑岩块的稳定性还需要重点了解结构面的稳定情况，此时需要重点探讨结构面的产状情况图解法，利用正玄定理图解法，利用正玄定理 ( (见图）见图）由图由图由图由图可见，当可见，当可见，当可见，当β1β1β1β1< < < <β<β2β<β2β<β2β<β2时，岩体沿弱面滑动破时，岩体沿弱面滑动破时，岩体沿弱面滑动破时，岩体沿弱面滑动破坏，而且当坏，而且当坏，而且当坏，而且当 时，岩体的强度最低，单时，岩体的强度最低，单时，岩体的强度最低，单时，岩体的强度最低，单轴压力强度等于轴压力强度等于轴压力强度等于轴压力强度等于σs1σs1σs1σs1时，岩体就破坏，弱面的时，岩体就破坏，弱面的时，岩体就破坏，弱面的时，岩体就破坏，弱面的抗剪强度为抗剪强度为抗剪强度为抗剪强度为τs1τs1τs1τs1。

如果如果如果如果ββββ增大或减小，岩体的增大或减小，岩体的增大或减小，岩体的增大或减小，岩体的强度都提高强度都提高强度都提高强度都提高当当当当β1β1β1β1> > > >ββββ或或或或ββββ > > > >β2β2β2β2时，岩体就时，岩体就时，岩体就时，岩体就不沿弱面破坏，而沿新产生的裂面破坏，这个不沿弱面破坏，而沿新产生的裂面破坏，这个不沿弱面破坏，而沿新产生的裂面破坏，这个不沿弱面破坏，而沿新产生的裂面破坏，这个新产生的裂面和主应力夹角为新产生的裂面和主应力夹角为新产生的裂面和主应力夹角为新产生的裂面和主应力夹角为 这时岩体的单轴强度提高这时岩体的单轴强度提高这时岩体的单轴强度提高这时岩体的单轴强度提高l l2、结构面对岩体强度的影响分析l l   实际上岩体强度在很大程度上取决于结构面的强度，结构面的性质对裂隙岩体具有控制作用：l l1）结构面方位对岩体强度的影响l l若沿结构面破坏，应满足下列条件：l l l l则有，l l l l由上式可知：l l（1）岩体的强度(σ1-σ3)随结构面倾角β的变化而变化，见图l l（（2 2）当）当β β→→φjφj或或β β→90°→90°时，岩体不可能沿结构面破时，岩体不可能沿结构面破坏，而只能产生剪断岩体破坏。

只有当坏，而只能产生剪断岩体破坏只有当β β1≤1≤β β≤ ≤β β2 2时，时，岩体才能沿结构面破坏岩体才能沿结构面破坏β β1 1和和β β2 2l l   l l（（3 3）当）当β β=45°=45°＋＋φjφj/2/2时，岩体强度取得最低值，为：时，岩体强度取得最低值，为：l l     l l（（4 4）岩体的三轴强度为：）岩体的三轴强度为：l l   l l当当σ σ3 3=0=0，可得岩体的单轴强度为：，可得岩体的单轴强度为：l l   随着结构面产状的改变，岩体的破坏方式有：沿随着结构面产状的改变，岩体的破坏方式有：沿随着结构面产状的改变，岩体的破坏方式有：沿随着结构面产状的改变，岩体的破坏方式有：沿结构面的滑动（试件结构面的滑动（试件结构面的滑动（试件结构面的滑动（试件a a a a），），），），部分穿切岩石材料，部分穿切岩石材料，部分穿切岩石材料，部分穿切岩石材料，部分沿结构面滑动（试件部分沿结构面滑动（试件部分沿结构面滑动（试件部分沿结构面滑动（试件b b b b），），），），结构面张开（试结构面张开（试结构面张开（试结构面张开（试件件件件d d d d））））和产生新的张裂隙面而破坏（试件和产生新的张裂隙面而破坏（试件和产生新的张裂隙面而破坏（试件和产生新的张裂隙面而破坏（试件c c c c）））） 等。

等因此，对同一岩体，如果不分析结构面的产状与因此，对同一岩体，如果不分析结构面的产状与因此，对同一岩体，如果不分析结构面的产状与因此，对同一岩体，如果不分析结构面的产状与工程力方向的关系对破坏机制的影响，而采用工程力方向的关系对破坏机制的影响，而采用工程力方向的关系对破坏机制的影响，而采用工程力方向的关系对破坏机制的影响，而采用同一破坏准则来处理问题，必然导致错误的结同一破坏准则来处理问题，必然导致错误的结同一破坏准则来处理问题，必然导致错误的结同一破坏准则来处理问题，必然导致错误的结论多节理的力学效应多节理的力学效应 （叠加）（叠加） 两组以上的节理同样处理，不过岩体总两组以上的节理同样处理，不过岩体总两组以上的节理同样处理，不过岩体总两组以上的节理同样处理，不过岩体总是沿一组最有利破坏的节理首先破坏是沿一组最有利破坏的节理首先破坏是沿一组最有利破坏的节理首先破坏是沿一组最有利破坏的节理首先破坏两组节理力学模型两组节理力学模型σσ1 1与与 ββ的关系曲线的关系曲线二、结构面的粗糙程度对岩体强度的影响：二、结构面的粗糙程度对岩体强度的影响：二、结构面的粗糙程度对岩体强度的影响：二、结构面的粗糙程度对岩体强度的影响：齿接触摩擦包括齿接触摩擦包括: :（（1 1）规则）规则（（2 2）不规则）不规则   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  充填物强度与颗粒粗细充填物强度与颗粒粗细的关系的关系 内摩擦角、内聚力与充内摩擦角、内聚力与充填厚度的关系曲线填厚度的关系曲线 内摩擦角随充填度增大内摩擦角随充填度增大而减小而减小l l不同夹层物质成分的结构面抗剪强度不同夹层物质成分的结构面抗剪强度l l夹层成分抗剪强度系数摩擦系数(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3）结构面内充水对岩体强度的影响）结构面内充水对岩体强度的影响3.岩体强度的确定方法1）试验确定方法(1)岩体单轴抗压强度的测定(2)岩体抗剪强度的测定(3)岩体三轴压缩强度试验2）经验估算法1）试验确定      确定岩体强度的试验是指在现场原位切割大尺寸试件进行试验，为保持岩体原有的力学条件，试块附近不能进行爆破，仅能使用轻型破岩设备。

岩体单轴抗压强度     通过适当的加载保护措施将荷载均匀施加于岩体表面，再根据破坏时千斤顶的最大荷载及试样的受载面积确定计算单轴强度l l2）经验估计法     岩体强度参数的确定费时费用高，一般工程运用室内试验及地质资料对岩体强度做估算      准岩体强度：  实际工程中常运用弹性波来确定岩体内部裂隙的发育程度，并运用完整系数确定岩石强度。