巖體強度分析及其計算方法

巖體強度分析及其計算方法7.4.1均質(zhì)巖體強度分析巖體大體上可分為兩種，一種是接近均質(zhì)的；另一種是非均質(zhì)的，即巖體的強度主要由結(jié)構(gòu)面的特征(強度、產(chǎn)狀、粗糙度、充填物等等)所決定。對于第一種情況，巖體的強度基本上可用室內(nèi)外求得的巖石強度指標(biāo)，按前面強度理論中所述的破壞準(zhǔn)則來判斷巖體的穩(wěn)定性。目前用得最多的還是莫爾-庫侖準(zhǔn)則(見公式7-28)7.4.1均質(zhì)巖體強度分析當(dāng)巖體內(nèi)某點的兩個主應(yīng)力σ1和σ3達(dá)到上述關(guān)系，該點就處于極限平衡狀態(tài)。為了判斷巖體的穩(wěn)定或不穩(wěn)定，可采用右列判別式：

7.4.1均質(zhì)巖體強度分析當(dāng)巖體內(nèi)有孔隙水壓力時的判別式：

(穩(wěn)定)(7-37)(極限平衡)(7-38)(不穩(wěn)定)(7-39)7.4.1均質(zhì)巖體強度分析如果主應(yīng)力為負(fù)值(拉應(yīng)力)，則判別式為：

(穩(wěn)定)(7-40)(極限平衡)(7-41)(斷裂)(7-42)

7.4.1均質(zhì)巖體強度分析當(dāng)有孔隙水壓力時:(穩(wěn)定)(7-43)(極限平衡)(7-44)(不穩(wěn)定)(7-45)

7.4.2節(jié)理巖體強度分析在實際工程中遇到的絕大多數(shù)巖體，其強度主要由結(jié)構(gòu)面(不連續(xù)面)所決定。這些結(jié)構(gòu)面有大到如斷層和小到如裂隙細(xì)微裂隙的各種各樣分布。小的裂隙和細(xì)微裂隙可在研究巖塊強度性質(zhì)中加以考慮。寬度大于20米的結(jié)構(gòu)面應(yīng)當(dāng)加以單獨考慮。其余的結(jié)構(gòu)面則在研究巖體強度中考慮。把成組出現(xiàn)的有規(guī)律的裂隙稱為節(jié)理，其相應(yīng)的巖體稱為節(jié)理巖體。下面研究節(jié)理巖體的強度和穩(wěn)定性。7.4.2節(jié)理巖體強度分析圖7-26工程中存在的結(jié)構(gòu)面示意圖（S-結(jié)構(gòu)面；M-節(jié)理）

(a)巖石壩基；(b)巖質(zhì)邊坡；(c)隧洞7.4.2節(jié)理巖體強度分析節(jié)理或其它結(jié)構(gòu)面的強度指標(biāo)都可以通過室內(nèi)外的抗剪試驗求得。得出節(jié)理面的內(nèi)摩擦角以及凝聚力。求出節(jié)理面的強度指標(biāo)后，就可根據(jù)節(jié)理面的產(chǎn)狀來分析巖體的穩(wěn)定性。在均質(zhì)巖體內(nèi)巖體破壞面與主應(yīng)力面總是成一定的關(guān)系。當(dāng)剪切時破裂面總是與大主應(yīng)力面(法線)成α=45°+Φ/2角。當(dāng)拉斷時，破裂面就是主應(yīng)力面。7.4.2節(jié)理巖體強度分析軟弱結(jié)構(gòu)面剪切破壞時，破裂面絕大多數(shù)是軟弱結(jié)構(gòu)面(節(jié)理面)，破裂面與主應(yīng)力面的夾角就是軟弱結(jié)構(gòu)面與主應(yīng)力面的夾角。不管是那種類型的節(jié)理面，它們都可用莫爾-庫侖強度條件來判定節(jié)理面上的穩(wěn)定情況。當(dāng)節(jié)理面上的剪應(yīng)力達(dá)到節(jié)理面的抗剪強度時，節(jié)理面處于極限平衡狀態(tài):式中σ------

節(jié)理面上的正應(yīng)力(7-46)7.4.2節(jié)理巖體強度分析節(jié)理面的抗剪強度一般低于巖石的抗剪強度。當(dāng)巖體內(nèi)代表某點應(yīng)力狀態(tài)的應(yīng)力圓與節(jié)理在強度線相切或甚至相割時，巖體是否破壞，還要看應(yīng)力圓代表該節(jié)理面上應(yīng)力的點在哪一段圓周上而定。設(shè)巖體內(nèi)有一節(jié)理面mm，其傾角為β(亦即節(jié)理面法線與大主應(yīng)力成β角)，見圖7-28。

圖7-28節(jié)理面mm7.4.2節(jié)理巖體強度分析判斷節(jié)理面穩(wěn)定情況的判別式(7-48):

≥0

式中等號表示極限平衡狀態(tài)。如果式的左端小于零，則節(jié)理面處于不穩(wěn)定狀態(tài)。7.4.3結(jié)構(gòu)面方位對強度的影響

結(jié)構(gòu)面處于極限平衡狀態(tài)時另一種形式表示的公式（結(jié)構(gòu)面方位用傾角β表示）：式中cj、φj均為常數(shù)。假如σ3固定不變，則上式的σ1-σ3隨著β而變化。上式是當(dāng)σ3固定時，破壞時應(yīng)力差σ1-σ3隨β而變化的方程式。當(dāng)結(jié)構(gòu)面為平行于σ1時或結(jié)構(gòu)面(法線)與σ1成φj角時，在σ3固定的條件下，可無限增大，結(jié)構(gòu)面不致破壞。只有當(dāng)結(jié)構(gòu)面β滿足時，才可能沿著結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞。(7-50)7.4.4結(jié)構(gòu)面粗糙度對強度的影響絕大多數(shù)巖體的結(jié)構(gòu)面既不光滑也不是平面，它是相當(dāng)粗糙的，i稱為結(jié)構(gòu)面的粗糙角結(jié)構(gòu)面的粗糙角變化范圍很大，i=0°～40°巖體結(jié)構(gòu)面上的粗糙角所起的作用一般是隨著結(jié)構(gòu)面上的正應(yīng)力的大小而改變的具體應(yīng)用時，結(jié)構(gòu)面的抗剪強度表達(dá)式為：

7.4.4結(jié)構(gòu)面粗糙度對強度的影響當(dāng)?shù)偷恼龖?yīng)力時，

(7-58)

以及當(dāng)高的正應(yīng)力時，

(7-59)圖3-32結(jié)構(gòu)面強度曲線7.4.4結(jié)構(gòu)面粗糙度對強