第三節(jié)巖體的強度1、節(jié)理巖體強度分析2、結(jié)構(gòu)面對巖體強度的影響3、巖體強度的確定方法第三節(jié)巖體的強度1、節(jié)理巖體強度分析13.3巖體的強度3.3巖體的強度21、節(jié)理巖體強度分析巖體由結(jié)構(gòu)面和巖塊組成，其強度必然受到巖塊和結(jié)構(gòu)面強度及其組合方式的控制；一般情況下巖體強度既不同于巖塊強度，也不同于結(jié)構(gòu)面強度。帶有節(jié)理的巖體在破壞時有可能沿巖塊內(nèi)部破壞，也可能沿節(jié)理破壞，在節(jié)理較多且分布條件下，多數(shù)會沿節(jié)理破壞。無論巖體沿節(jié)理破壞還是巖塊內(nèi)部破壞均符合摩爾—庫侖理論：1、節(jié)理巖體強度分析3巖石力學(xué)第3章之三ppt課件4巖石力學(xué)第3章之三ppt課件5巖體強度包括:抗壓、抗拉、抗剪強度。巖體抗拉一般不研究，不允許巖體中有拉應(yīng)力出現(xiàn)。因此主要討論巖體的抗壓強度和抗剪強度。巖體破壞本質(zhì)一般是剪切破壞（也有張拉破壞）。一、節(jié)理巖體強度分析結(jié)構(gòu)面的強度條件當(dāng)節(jié)理穩(wěn)定或處于極限平衡時：巖體強度包括:抗壓、抗拉、抗剪強度。6莫爾園上的點坐標(biāo)：整理得：莫爾園上的點坐標(biāo)：7巖石力學(xué)第3章之三ppt課件8巖石力學(xué)第3章之三ppt課件91、節(jié)理與巖石的抗剪強度線無關(guān)系；2、沿節(jié)理破壞必需滿足與莫爾圓交點為其節(jié)理方向，且該點的正壓力與剪應(yīng)力剛好達到節(jié)理的強度；3、一般情況下直線與莫爾圓相割。例題：1、節(jié)理與巖石的抗剪強度線無關(guān)系；10巖石力學(xué)第3章之三ppt課件11例：假設(shè)洞室邊墻處的節(jié)理面傾角=500。如圖，內(nèi)摩擦角=400，粘結(jié)力C=0，即無粘結(jié)力，由實測知道洞室處平均垂直應(yīng)力，試計算巖石錨桿在邊墻處應(yīng)提供多大水平應(yīng)力時才能維持邊墻的平衡？

例：12若運用強度包絡(luò)線理論，結(jié)構(gòu)面包絡(luò)線及巖塊包絡(luò)線分別表達如下，巖體破壞不僅要考慮巖塊的穩(wěn)定性還需要重點了解結(jié)構(gòu)面的穩(wěn)定情況，此時需要重點探討結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀情況。若運用強度包絡(luò)線理論，結(jié)構(gòu)面包絡(luò)線及巖塊包絡(luò)線分別表達如下，13巖石力學(xué)第3章之三ppt課件14圖解法，利用正玄定理(見圖）圖解法，利用正玄定理(見圖）15巖石力學(xué)第3章之三ppt課件16由圖可見，當(dāng)β1<β<β2時，巖體沿弱面滑動破壞，而且當(dāng)時，巖體的強度最低，單軸壓力強度等于σs1時，巖體就破壞，弱面的抗剪強度為τs1。如果β增大或減小，巖體的強度都提高。當(dāng)β1>β或β>β2時，巖體就不沿弱面破壞，而沿新產(chǎn)生的裂面破壞，這個新產(chǎn)生的裂面和主應(yīng)力夾角為這時巖體的單軸強度提高。由圖可見，當(dāng)β1<β<β2時，巖體沿弱面滑動破壞，而且當(dāng)17巖石力學(xué)第3章之三ppt課件182、結(jié)構(gòu)面對巖體強度的影響分析實際上巖體強度在很大程度上取決于結(jié)構(gòu)面的強度，結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)對裂隙巖體具有控制作用：1）結(jié)構(gòu)面方位對巖體強度的影響2、結(jié)構(gòu)面對巖體強度的影響分析19若沿結(jié)構(gòu)面破壞，應(yīng)滿足下列條件：

則有，

由上式可知：（1）巖體的強度(σ1-σ3)隨結(jié)構(gòu)面傾角β的變化而變化，見圖。若沿結(jié)構(gòu)面破壞，應(yīng)滿足下列條件：20（2）當(dāng)β→φj或β→90°時，巖體不可能沿結(jié)構(gòu)面破壞，而只能產(chǎn)生剪斷巖體破壞。只有當(dāng)β1≤β≤β2時，巖體才能沿結(jié)構(gòu)面破壞。β1和β2

（3）當(dāng)β=45°＋φj/2時，巖體強度取得最低值，為：

（4）巖體的三軸強度為：

當(dāng)σ3=0，可得巖體的單軸強度為：

（2）當(dāng)β→φj或β→90°時，巖體不可能沿結(jié)構(gòu)面破壞，而只21巖石力學(xué)第3章之三ppt課件22隨著結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的改變，巖體的破壞方式有：沿結(jié)構(gòu)面的滑動（試件a），部分穿切巖石材料，部分沿結(jié)構(gòu)面滑動（試件b），結(jié)構(gòu)面張開（試件d）和產(chǎn)生新的張裂隙面而破壞（試件c）等。因此，對同一巖體，如果不分析結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀與工程力方向的關(guān)系對破壞機制的影響，而采用同一破壞準(zhǔn)則來處理問題，必然導(dǎo)致錯誤的結(jié)論。隨著結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的改變，巖體的破壞方式有：沿結(jié)構(gòu)面的滑動（試件23巖石力學(xué)第3章之三ppt課件24多節(jié)理的力學(xué)效應(yīng)（疊加）

兩組以上的節(jié)理同樣處理，不過巖體總是沿一組最有利破壞的節(jié)理首先破壞。兩組節(jié)理力學(xué)模型σ1與β的關(guān)系曲線多節(jié)理的力學(xué)效應(yīng)（疊加）兩組以上的節(jié)理同樣處理，不過25二、結(jié)構(gòu)面的粗糙程度對巖體強度的影響：齒接觸摩擦包括:（1）規(guī)則（2）不規(guī)則二、結(jié)構(gòu)面的粗糙程度對巖體強度的影響：（1）規(guī)則26巖石力學(xué)第3章之三ppt課件27巖石力學(xué)第3章之三ppt課件28巖石力學(xué)第3章之三ppt課件29巖石力學(xué)第3章之三ppt課件30巖石力學(xué)第3章之三ppt課件31巖石力學(xué)第3章之三ppt課件32

具有充填物的軟弱結(jié)構(gòu)面包括泥化夾層和各種類型的夾泥層，其形成多與水的作用和各類滑錯作用有關(guān)。這類結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)常與充填物的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)及充填程度和厚度等因素密切相關(guān)。見下圖。

具有充填物的軟弱結(jié)構(gòu)面包括泥化夾層和各種類型的夾泥層，33充填物強度與顆粒粗細的關(guān)系

內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力與充填厚度的關(guān)系曲線

內(nèi)摩擦角隨充填度增大而減小充填物強度與顆粒粗細的關(guān)系34不同夾層物質(zhì)成分的結(jié)構(gòu)面抗剪強度夾層成分抗剪強度系數(shù)摩擦系數(shù)(f)粘聚力C(kPa)泥化夾層和夾泥層0.15～0.255～20碎屑夾泥層0.3～0.420～40碎屑夾層0.5～0.60～100含鐵錳質(zhì)角礫碎屑夾層0.6～0.8530～150不同夾層物質(zhì)成分的結(jié)構(gòu)面抗剪強度353）結(jié)構(gòu)面內(nèi)充水對巖體強度的影響3）結(jié)構(gòu)面內(nèi)充水對巖體強度的影響363.巖體強度的確定方法1）試驗確定方法(1)巖體單軸抗壓強度的測定(2)巖體抗剪強度的測定(3)巖體三軸壓縮強度試驗2）經(jīng)驗估算法3.巖體強度的確定方法371）試驗確定確定巖體強度的試驗是指在現(xiàn)場原位切割大尺寸試件進行試驗，為保持巖體原有的力學(xué)條件，試塊附近不能進行爆破，僅能使用輕型破巖設(shè)備。巖體單軸抗壓強度通過適當(dāng)?shù)募虞d保護措施將荷載均勻施加于巖體表面，再根據(jù)破壞時千斤頂?shù)淖畲蠛奢d及試樣的受載面積確定計算單軸強度。1）試驗確定38巖石力學(xué)第3章之三ppt課件39巖石力學(xué)第3章之三ppt課件40巖石力學(xué)第3章之三ppt課件41巖石力學(xué)