结构面的抗剪强
边坡力学参数取值
边坡力学参数取值L岩体结构面抗剪强度指标的试验应符合现行国家标准《工程岩体试验方法标准》GB/T50266的有关规定。
当无条件进行试验时，结构面的抗剪强度指标标准值在初步设计时可按表4.3.1并结合类似工程经验确定。
注：1除第1项和第5项外,结构面两壁岩性为极软岩、软岩时取较低值；2取值时应考虑结构面的贯通程度；3结构面浸水时取较低值；4临时性边坡可取高值；5已考虑结构面的时间效应；6未考虑结构面参数在施工期和运行期受其他因素影响发生的变化，当判定为不利因素时,可进行适当折减。
2、岩体结构面的结合程度可按表4.3.2确定。
表4.3.2结构面的结合程度注：1起伏度：当R A≤1%,平直；当1%V R A≤2%时，略有起伏；当2%<RA时，起伏；其中R A=A∕L,A为连续结构面起伏幅度(Cm),L为连续结构面取样长度(Cm),测量范围L一般为1.0m~3.0m;2粗糙度：很光滑，感觉非常细腻如镜面；光滑，感觉比较细腻，无颗粒感觉；较粗糙，可以感觉到一定的颗粒状；粗糙，明显感觉到颗粒状。
3、当无试验资料和缺少当地经验时,天然状态或彻口状态岩体内摩擦角标准值可根据天然状态或饱和状态岩块的内摩擦角标准值结合边坡岩体完整程度按表4.3.3中系数折减确定。
注：1全风化层可按成分相同的土层考虑；2强风化基岩可根据地方经验适当折减。
4、边坡岩体等效内摩擦角宜按当地经验确定。
当缺乏当地经验时，可按表4.3. 4取值。
注：1适用于高度不大于30m的边坡；当高度大于30m时，应作专门研究；2边坡高度较大时宜取较小值；高度较小时宜取较大值；当边坡岩体变化较大时，应按同等高度段分别取值；3已考虑时间效应；对于H、史、IV类岩质临时边坡可取上限值，I类岩质临时边坡可根据岩体强度及完整程度取大于72。
的数值；4适用于完整、较完整的岩体；破碎、较破碎的岩体可根据地方经验适当折减。
5、边坡稳定性计算应根据不同的工况选择相应的抗剪强度指标。
岩体力学结构面的变形与强度性质
各种结构面抗剪强度指标的变化范围
结构面剪切刚度直剪试验结果
五、粗糙起伏无充填的结构面的强度特征
充填粘土的断层，岩壁风化 15
5
33
0
充填粘土的断层，岩壁轻微 18
8
风化
新鲜花岗片麻岩不连续结构 20
10ห้องสมุดไป่ตู้
面
玄武岩与角砾岩接触面
20
8
37
0
40
0
45
0
致密玄武岩水平不连续结构 20
7
面
玄武岩张开节理面
20
8
38
0
45
0
玄武岩不连续面
12.7
4.5
0
结构面法向刚度直剪试验结果
岩 组
绢 英 岩
绢英 化花 岗岩
（一）规则锯齿形结构面
1. 当法向应力较低时 I 单个凸起体滑移面上的应力：
剪胀效应：结构面在剪切过程中,由 于起伏度的存在,结构面的摩擦角由 b 增大到( b + i ) 的现象。
剪胀：结构面在剪切过程中产生的 法向位移分量的现象。原因在于在 剪应力作用下,沿凸起的滑移,除产生 切向位移外,还产生沿向上的移动。
经验估算结构面特征法向刚度knmpacm剪切刚度ksmpacm抗剪强度参数摩擦角粘聚力cmpa充填粘土的断层岩壁风化15充填粘土的断层岩壁轻微风化18201040玄武岩与角砾岩接触面20玄武岩张开节理面20玄武岩不连续面12745结构类型未浸水抗剪强度浸水抗剪强度24mpa摩擦角cmpa摩擦角cmpa法向刚度kn1mpacm剪切刚度ks1mpacm平直粗糙有陡坎4041015020363801401643526290起伏不平粗糙有4244020027383901702334824199波状起伏粗糙3940012015363701101322544667平直粗糙3839007011353600800922462246平直粗糙有陡坎404202503538390260304213648108起伏大粗糙有陡坎43480350504041030043357867113波状起伏粗糙3940015023373801302738583863平直粗糙38400090153637008013211434558平直粗糙有陡坎404503004438410300341114772112起伏大粗糙有陡坎444803505540440360446116959120波状起伏粗糙4041025035384102103070844884平直粗糙3941015020374001501751904665结构面法向刚度直剪试验结果二剪切变形性质剪切应力剪切位移法向应力结构面剪切试验示意图结构面剪切位移剪切应力曲线峰值剪切强度残余剪切强度剪切位移一剪切变形特征二剪切变形本构方程卡尔哈韦kalhaway方程通过大量试验发现峰值前的剪应力剪位移曲线可用双曲线拟合三剪切刚度及其确定方法定义
岩体结构面抗剪强度参数取值方法综述
岩体结构面抗剪强度参数取值方法综述引言：岩体结构面的强度是岩体力学特性中的一个重要参数，它对于岩体的稳定性和工程施工具有重要影响。
岩体结构面抗剪强度参数的准确取值是岩体力学研究中的一个重要问题。
本文综述了近年来关于岩体结构面抗剪强度参数取值方法的研究进展和应用情况。
一、传统取值方法1.刚度比法：该方法是通过测量岩体结构面位移和正常应力的变化，计算结构面的刚度比值。
刚度比值的大小与抗剪强度参数有关。
2.负载试验法：该方法是通过进行室内或现场的岩石试验，测量不同应力下岩体结构面的位移和正应力，根据剪切位移与正应力的关系确定抗剪强度参数。
3.断裂力学法：该方法是基于断裂力学理论，通过对岩体结构面断裂机理的研究，推导出抗剪强度参数的计算模型。
以上三种传统的取值方法都存在一定的局限性，例如需要大量的试验数据和经验参数，且结果的准确性受人为因素影响较大。
二、现代取值方法1.数值模拟法：该方法利用计算机仿真的技术手段，建立岩体结构面抗剪强度参数的数值模型，通过不同工况下的数值模拟计算，得到抗剪强度参数。
2.获取实测数据：该方法通过在实际工程中对岩体结构面进行监测，测量结构面的位移和应力等参数，从而直接获取抗剪强度参数。
3.统计学方法：该方法利用大量的岩体结构面力学试验数据，通过统计学方法对数据进行处理，得到抗剪强度参数的统计特征，并进行参数估计。
现代取值方法相较于传统方法具有更高的精度和准确性。
数值模拟法可以通过模拟不同的工程情况，得到更具代表性的抗剪强度参数。
获取实测数据的方法能够真实反映结构面的实际工况和力学特性。
统计学方法则可以通过大量的数据分析，得到更加可靠的参数估计结果。
与此同时，近年来还出现了一些基于机器学习和深度学习的方法，通过利用大量的数据训练模型，得到更精准的抗剪强度参数预测结果。
这些方法在理论和实际应用中都取得了一定的成功。
结论：岩体结构面抗剪强度参数取值方法多种多样，传统方法和现代方法各有特点。
结构面的变形与强度性质
•工程荷载作用下，岩体中应力分布受结构面及其力 学性质的影响。
§ 3.2 结构面的变形性质
一、法向变形性质
1. 法向变形特征
Δ Vｔ
Δ Vｒ
Δ Vｊ
Δ Vｊ＝Δ Vｔ－Δ Vｒ
应力-变形关系曲线
A B C
应力-变形关系曲线特征
• 1)σn增加，结构面闭合变 形迅速增长，σn-ΔV、σnΔVｊ曲线上凹。 增到一定值， σ n-ΔV ｔ 变 陡，与 σ n-ΔV ｒ 近平行。 说明结构面已基本上完 全闭合，其变形主要是 岩块变形贡献。这时， ΔV ｊ 趋于结构面最大闭 合量Vｍ。
a 1 K ni
2) is方程
n
V j a bV j
n
K niVm V j Vm V j
适合未经滑错位移 的 嵌 合结 构面 ( 如 层面)的法向变形
3.法向刚度及其确定方法
法向刚度Ｋn（normal stiffness）： σn下，结构面
产生单位法向变形所需应力，数值上 = σ nVｊ曲线上一点的切线斜率。
K niVm n
nVm
Kn
n K ni ( V j ) (1 V j Vm ) 2
Kn
K ni n 1 K niVm n
2
Bandis经验方程求Kni，Vm
K ni Vm JCS 7.15 1.75JRC 0.02 e JCS A B( JRC) C e
§3.1 概 述
• 在工程荷载(一般小于10MPa)范围内，工程岩体常常是 沿软弱结构面失稳破坏。
工程实例
玛 尔 帕 塞 拱 坝 溃 坝（1959法国）
结构面抗剪试验
结构面抗剪试验引言：结构面抗剪试验是土木工程中常用的一种试验方法，用于评估结构面的抗剪性能。
结构面主要存在于岩石、混凝土等材料中，其抗剪性能的好坏直接影响着工程的安全性和稳定性。
本文将介绍结构面抗剪试验的基本原理、试验方法、试验结果分析以及应用前景。
一、结构面抗剪试验的基本原理结构面抗剪试验是通过施加剪切力来模拟结构面在实际工程中所承受的力学作用，以评估其抗剪性能。
在试验中，通过加载设备施加垂直于结构面的剪切力，观察结构面的破坏行为和承载能力。
二、结构面抗剪试验的方法1. 横向剪切试验：将结构面样本置于加载设备中，施加横向剪切力，观察结构面的破坏形态和承载能力。
该方法适用于评估结构面的整体抗剪性能。
2. 剪切箱试验：将结构面样本置于剪切箱中，施加剪切力，并通过测量位移和应变等参数来评估结构面的抗剪性能。
该方法适用于对结构面进行力学性能分析和参数研究。
三、结构面抗剪试验的结果分析结构面抗剪试验的结果主要包括破坏形态、承载能力和应力-应变曲线等。
通过分析这些结果，可以评估结构面的抗剪性能，并为工程设计提供参考依据。
1. 破坏形态：结构面在抗剪试验中的破坏形态通常表现为剪切破坏、剥离破坏或剪切剥离共同作用的破坏形态。
破坏形态的观察可以揭示结构面的强度、韧性和稳定性等特性。
2. 承载能力：结构面的承载能力是指结构面在抗剪试验中所能承受的最大剪切力。
承载能力的高低直接影响着结构的安全性和稳定性。
3. 应力-应变曲线：结构面在抗剪试验中的应力-应变曲线可以反映其力学性能。
通常情况下，应力-应变曲线呈现出线性阶段和非线性阶段，其中线性阶段称为弹性阶段，非线性阶段称为塑性阶段。
四、结构面抗剪试验的应用前景结构面抗剪试验在工程领域中具有广泛的应用前景。
通过对结构面的抗剪性能进行评估，可以为工程设计提供可靠的理论依据。
例如，在岩体工程中，评估岩石结构面的抗剪性能可以为岩体稳定性分析和支护设计提供重要参考。
此外，结构面抗剪试验还可以应用于混凝土结构、土体工程等领域。
常用岩体结构面抗剪强度参数经验取值范围
常用岩体结构面抗剪强度参数经验取值范围岩体结构面抗剪强度参数是指岩体结构面的抗剪强度的经验取值范围。
岩体结构面是岩石中存在的裂隙、节理、断层等。
了解和掌握岩体结构面抗剪强度参数的经验取值范围，对于工程建设中的岩体力学分析、岩体稳定性评价以及岩石工程设计具有重要意义。
常见的岩体结构面抗剪强度参数包括摩擦角、内聚力、弹性模量和刚度系数。
这些参数的取值范围是众多研究者通过岩体力学实验、野外观测和工程实践的总结得出的。
下面将分别介绍这些参数的经验取值范围。
1.摩擦角：摩擦角是指结构面内摩擦力和结构面法向力之间的夹角。
不同类型岩石的结构面摩擦角存在一定的差异，一般来说，从低到高依次为软岩、硬岩和饱和岩。
-软岩：摩擦角一般取值在15°～30°之间。
-硬岩：摩擦角一般取值在30°～45°之间。
-饱和岩：摩擦角一般取值在45°～60°之间。
2.内聚力：内聚力是指结构面上岩体的抗剪破裂能力。
其取值范围与摩擦角类似。
-软岩：内聚力一般取值在0.5MPa～2.5MPa之间。
-硬岩：内聚力一般取值在2.5MPa～10MPa之间。
-饱和岩：内聚力一般取值在10MPa～30MPa之间。
3.弹性模量：弹性模量是指岩体在受到外力作用时的形变能力。
不同类型岩石的弹性模量差别很大。
-软岩：弹性模量一般取值在2GPa～10GPa之间。
-硬岩：弹性模量一般取值在10GPa～40GPa之间。
-饱和岩：弹性模量一般取值在40GPa～100GPa之间。
4.刚度系数：刚度系数是指岩体结构面所表现出的刚度水平。
刚度系数与弹性模量有一定的关联。
-软岩：刚度系数一般取值在0.2MPa/m～2MPa/m之间。
-硬岩：刚度系数一般取值在2MPa/m～10MPa/m之间。
-饱和岩：刚度系数一般取值在10MPa/m～50MPa/m之间。
需要注意的是，这些取值范围只是经验总结，并不能适用于所有具体的岩体情况。
岩体结构面抗剪强度参数的取值研究
岩体结构面抗剪强度参数的取值研究菊存全【摘要】When the rock integrity coefficient is used for roughness coefficient, through comparing the three methods of JRC-JCS model, JRC-JCS model and its least-square solution, and mechanics solution based on JRC-JCS model with equivalent processing methods, the three methods are equivalent. JRC-JCS model and its least-square solution is more suitable for solving the equivalent shear strength parameters of cutting type structural plane. By comparison with the measured values,when using the equivalent JRC-JCS model, the equivalent shear friction coefficient is very close to the test value and then the value can be directly used, equivalent shear cohesion: ①for the rigid structure plane without filling the surface,is larger than the measured value. ②for the soft structure plane without filling the surface, is smaller than the measured value. When using the equivalent JRC-JCS model, equivalent shear cohesion value should be measured by the formula for caculating the shear friction coefficient based on the equivalent JRC-JCS model. Using JRC-JCS model and its least-square solution for the equivalent shear strength parameters of cutting type structural plane, the value can be directly used. For cuttings intercalated with clay, according to the content of rock debris and clay content, it can be caculated respectively depending on the filling of the soft clay or the cuttings and then weighted average is more reasonable according to the percentage.%通过岩体的完整性系数求解粗糙度系数,运用等效处理JRC-JCS模型法、JRC-JCS模型最小二乘法、JRC-JCS模型力学解法计算比较,三种方法是等效的.其中JRC-JCS模型最小二乘法更适用于求解岩屑型结构面的等效抗剪强度参数.通过与实测值比较,采用等效JRC-JCS模型法时,等效抗剪断摩擦系数与试验值很接近,可直接取值;等效抗剪断凝聚力:①对于无充填的硬质结构面,比实测值偏大,②对于无充填的软质结构面,比实测值偏小.采用等效JRC-JCS模型法时,等效抗剪断凝聚力取值应根据等效JRC-JCS模型法求解的抗剪断摩擦系数应用式(20)计算确定.采用JRC-JCS模型最小二乘法求解岩屑型结构面的等效抗剪强度参数时,可直接取值.对于岩屑夹泥型,可根据岩屑含量和含泥量,分别按有软弱黏土充填情况和有岩屑充填情况分别计算,然后按含量百分比加权平均更合理些.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2016(035)011【总页数】4页(P191-194)【关键词】JRC—JCS模型;粗糙度系数;抗剪强度参数;基本摩擦角;最小二乘法;力学解法;完整性系数【作者】菊存全【作者单位】中国水利水电第十四工程局有限公司勘察设计研究院,昆明650051【正文语种】中文【中图分类】TU452岩体结构面抗剪强度参数的确定，出了现场剪切试验外，目前较常用的是Barton 的JRC-JCS模型经验公式、等效JRC-JCS模型之莫尔-库伦准则进行估算，此两种方法中均需要确定基本摩擦角、粗糙度系数JRC、壁岩饱和抗压强度JCS，其中粗糙度系数的确定方法有：①Barton的10个典型粗糙度剖面经验取值；于杜时贵JRC修正直边法；盂Barton的JRC直边法简明公式法。
岩石结构面剪切强度研究现状及实验的研究
岩石结构面剪切强度研究现状及实验的研究◎符其山陈辉刘诗桐一、岩体构成及其强度影响因素天然存在的岩体经过多次的地质作用，岩体遭受变形和破坏，形成一定的成分和结构。
岩体内部又有着各式各样的地质界面，它包括物质分异面和不连续面，例如：假整合、不整合、褶皱和断层等。
由于它们形成的成因和特性不同，导致其物理性质也有所差异，我们把这些不同的地质界面统称为结构面（弱面）。
有的岩体通过被结构面切割形成岩块，又被称为结构体。
结构体（岩块）是岩体基本组成部分。
岩石就是由结构面和结构体（岩块）共同组成的。
结构面对岩体的力学性质起着非常关键的控制作用，由于结构面影响着岩体的力学性质以及连续性，大自然中各种自然灾害与结构面有关。
例如：山体崩塌、滑坡、岩爆等。
开展结构面的力学性质研究是评价岩体稳定性的重要因素。
山体的滑坡以及岩爆对人们的生产和生活存在这非常重大的影响，而发生诸多事故的影响因素主要为岩体结构面对岩体强度的影响，所以研究岩石结构面的抗剪切强度以及抗拉强度存在着重要的意义。
在工程中，岩体结构面的破坏主要为剪切破坏，而结构面的抗拉强度几乎可以被忽略，故研究岩体结构面的抗剪特性具有重大意义。
而岩石结构面剪切强度的影响因素也有很多，例如：JRC（岩石结构面粗糙度）、JCS（壁面强度）、法向应力以及结构面充填物等影响因素，而其中较为关键的JRC（结构面的粗糙度），其具有许多性质，二、国内外对岩石结构面剪切强度的研究现状早在1966年国外学者Bardon就提出齿状节理直剪实验，1977年又提出JRC 的概念，归纳了十条标准JRC曲线，从而建立了岩石剪切强度与粗糙度之间的关系。
在此模型基础上，B.I ndraratna在不同法向正应力下，对规则结构面岩体进行直剪实验，证明了法向应力与抗剪切强度的关系。
G.G rasselli（2003）为了力求更真实的结构面粗糙度，通过3D扫描、研究采样方向、采样精度、采样尺寸等评价结果的影响，提出了三维岩体结构面粗糙度评价方法。
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一 . 结构面的抗剪强度
(3)两个特例
as=0时，
ntg j i 只产生爬坡
as=1时，
ntg c
(4)不足之处
不产生爬坡，切齿
a.公式较复杂，参数多，不易求；
b.描述的只是规则齿型结构面。
一 . 结构面的抗剪强度
3. 不规则齿形结构面的抗剪强度 结构面的表面形态很少是规则的。
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第四章 岩体的基本力学性能
第一节 岩体结构面的分析 第二节 结构面的变形特性 第三节 结构面的力学效应 第四节 碎块岩体的破坏 第五节 岩体的应力—应变分析 第六节 岩体力学性能的现场测试
第三节 结构面的力学效应
cas
as—剪切面积比，为被剪断锯齿的 面积与剪切面的总面积比。
n
A
as
A
A
一 . 结构面的抗剪强度
Ladany公式讨论 (1)物理意义明确，同时考虑爬坡和切齿
效应，弥补了Patton公式的不足； (2)引入剪切面积比as的重要概念，合理地
分摊了结构面在剪切过程中，爬坡和切齿 破坏机理所作出的贡献。
b －结构面基本摩擦角。
标准粗糙度剖面JRC
一 . 结构面的抗剪强度
2) Barton公式讨论
(1) 物理意义 引用附加爬坡角的概念；
JRC lg JCS i
n
JRC
lg
1 n
3
i
计算值即为角度， 无需换算
一 . 结构面的抗剪强度
(2)强度的影响因素
a.粗糙度系数JRC， Joint Roughness Coefficient。 b.面壁强度JCS， Joint Compress Strength。 c. 基本摩擦角b
a. 峰值剪应力减小 b. 峰值剪切位移增大 c. 从脆断向软弱型过渡 d. 扩容减小
一 . 结构面的抗剪强度
抗剪强度公式的比较
有人作过比较，如图所示。 当法向应力较低时，JRC ＝20时的Barton方程与 Ladany方程基本一致。随 着法向应力增高，两方程 差别显著。
一 结构面的抗剪强度
1. 面摩擦（平整的结构面） 2. 规则齿形结构面的抗剪强度
1）Patton（佩顿）公式 2）Ladany（勒单尼）公式 3. 不规则齿形结构面的抗剪强度
Barton（巴顿）公式
一 . 结构面的抗剪强度
1. 面摩擦（平整的结构面）
tg
n
－摩擦角（倾斜角）
n
滑块在地面滑动
n< T 爬坡 n> T 切齿 b. T的大小
Ttg j i T tg c
T
tg j
c i
tg
T随i的增大而减小
一 . 结构面的抗剪强度 n
n
i
i
j+i2
j+i1
T2
T1
爬坡与切齿
i1<i2
一. 结构面的抗剪强度
c. 不足之处 没有表现既爬坡又切齿的破坏机理。 事实上，在极低的法向应力下，结构
R n
i
j
一. 结构面的抗剪强度
(2) 很大时
限制沿锯齿面爬坡滑动，锯 齿在剪应力作用下被剪断。结
n
构面抗剪强度由两壁岩石材料 抗剪断强度决定。
i
ntg c
式中 、c－结构面两壁岩石 材料内摩擦角和内聚力。
一 . 结构面的抗剪强度
(3)Patton公式的讨论 a .对于一定的起伏角i，存在一临界T，当
1）Patton（佩顿）公式 Patton采用理想化的规 则齿形结构面的石膏模 型进行试验。
一 . 结构面的抗剪强度
(1) 较小时 只产生爬坡，设
锯齿的起伏角为i
tg tg j i
n
ntg j i
n
i
一. 结构面的抗剪强度
j i (爬坡角)
n i
R
j
j i (落坡角)
为岩石平滑锯开面的内摩擦角，方法：取结构面壁岩石试块，将试 块锯成两半，去除岩粉并风干后合在一起，使试块缓缓地加大其倾 角直到上盘岩块开始下滑为止，此时的试块倾角即为b。
d. 正应力n。
一 . 结构面的抗剪强度
3) 结构面的尺寸效应
结构面的力学特性与试 验时所取的试件的大小有 关。随剪切面积的增大
一 . 结构面的抗剪强度
在一定的n下，随的增大而增大，当结构 面开始滑动时，增大到最大，称为结构面 的内摩擦角（最大静摩擦角），用j来表示。 则结构面的抗剪强度
而滑动时的摩擦角称为残余内摩擦角（动摩 擦角），用k来表示， 可知k< j。
一 . 结构面的抗剪强度
2. 规则齿形结构面的抗 剪强度(楔效应)
Barton经过300块天然结构面的剪切试 验，经统计分析后，得出一经验公式 计算结构面的剪切强度。
一 . 结构面的抗剪强度
1）Barton公式
中低应力n时
ntg
JR
C
lg
JCS
n
b
高应力n时
式中
ntg
JRC
lg
1 n
3
b
JRC－结构面的粗糙度系数；
JCS－结构面的面壁强度;
面上的凸起不可能一点不遭破坏；而在 较高法向应力下，结构面上的凸起也不 可能均被剪断。因此Patton公式只是代表 两种极端情况下结构面的抗剪强度。
一. 结构面的抗剪强度
2）Ladany公式
考虑了结构面在剪切过程中的既
爬坡又切齿的破坏机理。
n
tgi tg j 1 as ntg 1 tgi tg j 1 as