岩体强度分析及其计算方法

岩体强度分析及其计算7.4.1均质岩体强度分析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。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均质岩体强度分析当岩体内某点的两个主应力σ1和σ3达到上述关系，该点就处于极限平衡状态。为了判断岩体的稳定或不稳定，可采用右列判别式：7.4.1均质岩体强度分析当岩体内有孔隙水压力时的判别式：(稳定)(7-37)(极限平衡)(7-38)(不稳定)(7-39)7.4.1均质岩体强度分析如果主应力为负值(拉应力)，则判别式为：(稳定)(7-40)(极限平衡)(7-41)(断裂)(7-42)7.4.1均质岩体强度分析当有孔隙水压力时:(稳定)(7-43)(极限平衡)(7-44)(不稳定)(7-45)7.4.2节理岩体强度分析在实际中遇到的绝大多数岩体，其强度主要由结构面(不连续面)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。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20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。把成组出现的有规律的裂隙称为节理，其相应的岩体称为节理岩体。下面研究节理岩体的强度和稳定性。7.4.2节理岩体强度分析图7-26工程中存在的结构面示意图（S-结构面；M-节理）(a)岩石坝基；(b)岩质边坡；(c)隧洞7.4.2节理岩体强度分析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。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α=45°+Φ/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:式中σ------节理面上的正应力(7-46)7.4.2节理岩体强度分析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，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一段圆周上而定。设岩体内有一节理面mm，其倾角为β(亦即节理面法线与大主应力成β角)，见图7-28。图7-28节理面mm7.4.2节理岩体强度分析判断节理面稳定情况的判别式(7-48):≥0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。7.4.3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β表示）：式中cj、φj均为常数。假如σ3固定不变，则上式的σ1-σ3随着β而变化。上式是当σ3固定时，破坏时应力差σ1-σ3随β而变化的方程式。当结构面为平行于σ1时或结构面(法线)与σ1成φj角时，在σ3固定的条件下，可无限增大，结构面不致破坏。只有当结构面β满足时，才可能沿着结构面发生破坏。(7-50)7.4.4结构面粗糙度对强度的影响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结构面的粗糙角变化范围很大，i=0°～40°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当低的正应力时，(7-58)以及当高的正应力时，(7-59)图3-32结构面强度曲线7.4.4结构面粗糙度对强度的影响如果结构面内有水压力，那么由于这种水压力使有效正应力降低，结构面强度也相应降低。由有效应力定律导得造成结构面开始破坏的水压力公式(7-60)，还可用来预估在靠近活动断层地区修建水库时诱发地震的可能性。(7-60)