岩体强度评价理论现状评述
岩体稳定性分析与岩石块体强度研究
岩体稳定性分析与岩石块体强度研究岩体稳定性分析与岩石块体强度研究是岩石工程领域中非常重要的一部分。
在建筑、地质工程以及煤矿等领域中，岩体的稳定性是确保工程安全和可持续发展的关键因素。
本文将探讨岩体稳定性分析的基本原理，并介绍岩石块体强度研究的一些常见方法和技术。
一、岩体稳定性分析岩体稳定性分析是为了判断岩体在一定条件下是否会发生失稳破坏或滑坡等问题，从而为工程设计和施工提供科学依据。
岩体稳定性分析的核心是确定岩体的力学性质和稳定性指标。
1. 岩体力学性质的测试要准确判断岩体的稳定性，首先需要对岩体的力学性质进行测试，包括岩石的抗压强度、抗剪强度、弹性模量等。
这些测试可以通过室内试验和现场测试来完成，一般使用万能试验机、松弛试验仪等设备。
2. 稳定性指标的计算稳定性指标是评价岩体稳定性的重要参数，常用的指标包括全局稳定系数、安全系数和破坏面倾向角等。
全局稳定系数是根据岩体的力学性质和构造特征等综合判断得出的，安全系数是通过计算岩体受力和破坏的关系得出的。
破坏面倾向角是指岩体中最容易发生破坏的倾向面与水平面的夹角。
二、岩石块体强度研究岩石块体强度研究是为了更好地理解岩石的力学性质和变形特征，从而为岩体工程的设计和施工提供可靠的依据。
常见的岩石块体强度研究方法包括岩石取样试验、非破坏性试验和地应力测试。
1. 岩石取样试验岩石取样试验是通过在岩石体中取样进行室内试验来研究岩石的强度和变形特性。
常用的试验方法有单轴压缩试验、剪切试验和直剪试验等。
这些试验可以获得岩石的强度参数、破坏模式和应变应力关系等重要数据。
2. 非破坏性试验非破坏性试验是在不破坏岩石的情况下，通过观测岩石的表面形态、声波传播速度等来判断岩石的强度。
常用的非破坏性试验方法有超声波测试、综合地球物理方法和岩石雷达等。
这些方法可以帮助工程师了解岩石块体的变形特征和内部结构。
3. 地应力测试地应力是指岩石体内外部的应力状态。
地应力测试是通过测量岩石体内的应力分布，以及地质构造和应力来源等，来研究岩石块体的稳定性。
岩爆研究现状和趋势
岩爆研究现状和趋势下面为大家总结了一些关于岩爆研究现状和趋势，一起来看一下吧！1 引言岩爆是高地应力条件下地下岩体工程开挖过程中，由于开挖卸荷引起围岩内应力场重新分布，导致储存于硬脆性围岩中的弹性应变能突然释放，并产生爆裂、松脱、剥离、弹射甚至抛掷等破坏现象的一种动力失稳地质灾害，它直接威胁施工人员、设备的安全，影响工程进度，已成为世界性的地下工程难题之一。
2 岩爆机理研究2.1 强度理论早期的强度理论着眼于岩体的破坏原因。
认为地下井巷和采场周围产生应力集中，当应力集中的程度达到矿岩强度极限时，岩层发生突然破坏，发生岩爆。
近代强度理论认为：导致岩体承受的应力σ与其强度σ'的比值，即σ/σ'≥1时，导致岩爆发生。
2.2 能量理论20世纪60年代中期，库克等人在总结南非金矿岩爆研究成果的基础上提出了能量理论。
他们指出：随着采掘范围的不断扩大，岩爆是由于岩体-围岩系统在其力学平衡状态破坏时，系统释放的能量大于岩体本身破坏所消耗的能量而引起的。
这种理论较好地解释了地震和岩石抛出等动力现象。
2.3 刚度理论20世纪60年代中期，Cook和Hodgei发现，用普通压力机进行单轴压缩实验时猛烈破坏的岩石试件，若改用刚性试验机试验，则破坏平稳发生而不猛烈，并且有可能得到应力-应变全过程曲线。
他们认为，试件产生猛烈破坏的原因是试件的刚度大于试验机(即加载系统)的刚度。
20世纪70年代Black将刚度理论用于分析美国爱达荷加利纳矿区的岩爆问题。
认为矿山结构(矿体)的刚度大于矿山负荷(围岩)的刚度是产生岩爆的必要条件。
佩图霍夫认为，岩爆发生是因为岩体破坏时实现了柔性加载条件。
在他的研究中也引入了刚度条件，并且明确认为矿山结构的刚度是峰值后载荷-变形曲线下降段的刚度。
2.4 岩爆倾向理论岩石本身的力学性质是发生岩爆的内因条件。
用一个或一组与岩石本身性质有关的指标衡量矿岩的岩爆倾向强弱，这类理论就是所谓的岩爆倾向理论。
岩石强度准则调研
各种强度准则的拟合参数及最小平均标准拟合差
直线型 Coulomb-Mohr 准则 岩石类别 σc /MPa c/MPa Darley Dale 砂岩 Peannant 砂岩 Indiana 石 灰岩 φ /° ηC•M/ Mpa 抛物线型 Coulomb-Mohr 准则 a b λ
ηpC•M/ MPa
Drucker-Prager强度准则是Mises准则的推广。
f I 1 J 2 K 0
I1——第一应变不变量
J2——应力偏量第二不变量
、K仅与岩石内摩擦角 和粘结力c有关的实验常数
优点：
3 3 sin
2sin
K
33 sin
6 cos
（1）计入中间主应力的影响，又考虑了静水压力的作用，克 服了莫尔一库仑强度理论的主要弱点。 （2）且屈服面在偏平面上为圆形，这有利于塑性应变增量方 向的确定和软件编程计算，并被编入了大型商业软件ANSYS， ABAQUS，NASTRAN 和MARC 等。
该理论与脆性材料的试验结果大致符合,但不适用于塑性材料;且未考虑围压。
3 、最大剪应力理论（Treca强度准则）
max
R 1 3 m 或者 2 2
(
1
3 ) 2 R 2 (1 3 ) 2 R 2 (1 3 ) 2 R 2 0
X N dS xl ds yxm ds zx n ds 0 YN dS xyl ds y m ds zy n ds 0 Z N dS xzl ds yz m ds z n ds 0
问题：
工程实际应用表明该强度理论较为保守，以此作为依据进行 工程设计计算，其经济性值得考虑。
岩体结构面力学性质与岩体强度研究综述
岩体结构面力学性质与岩体强度研究综述摘要：根据野外工程地质调查对工程岩体质量进行评析，在此基础上，运用Hoek–Brown准则求解工程岩体强度。
并根据岩块的咬合状态及这些块体的表面特征，提出了节理岩体强度的确定方法，关键词: 岩体结构面；力学性质；岩体强度；岩体中存在着纵横交错的各类地质结构面，在力学上则表现为存在着不连续面、弱面或软弱夹层，这些结构面对岩体强度和岩体工程的稳定性起着重要的控制作用。
因此结构面的力学性质和岩体的强度是息息相关的。
1 结构面的力学性质岩体结构面(Structural Plane)是指岩体内开裂的和易开裂的面，如层理、节理、断层、片理等，又称不连续面。
岩体结构面力学特征的研究与岩石力学的发展息息相关。
因为工程岩体之所以失稳，影响因素很多，但最关键的问题在于岩体内存在着一些软弱结构面。
目前普遍采用统计分析的方法，找出其分布规律，并应用到工程稳定性分析中。
1.1 结构面抗剪强度结构面的抗剪强度是表征岩体的结构面力学性质的重要指标，作为表征结构面力学性质的重要指标之一，通常在现场或实验室内测定。
对于起伏较大的粗糙结构面，按Barton公式计算时，JRC值往往是根据结构面产状与标准轮廓线(ISRM 轮廓线)对比来确定的，由于视觉上的判断易造成较大的误差，国内外学者经过大量的研究，采用各种测量仪表观测和计算机处理。
如Barr等人使用粗糙位形标测仪和数字化坐标记录仪测定，得出标准曲线JRC值和分维值D的关系，应用分形理论从一个崭新的角度描述了节理粗糙系数JRC和JRC尺寸效应的特征。
1.2 结构面的变形关于岩体不连续结构面的变形分析问题，自20世纪60年代初期开始至今已经建立了许多不同层次上的离散模型和数值方法。
以有限单元法为基础，并引入能反映岩体结构不连续性特征的模型以弥补有限元关于不连续性处理的不足，如结合单元法，节理单元法，Desai等提出的薄层单元法以及用于模拟多节理岩体的等效连续体模型和损伤模型等。
浅谈岩石的强度理论
浅谈岩石的强度理论巖石强度反映材料的性质，岩石强度理论是研究岩石在各种应力状态下的强度准则的理论，它是岩土工程领域最重要、最基本的问题，用于岩石强度的预测和校核，确定岩石处于某种应力状态下是否破坏。
1900年莫尔教授建立了著名的莫尔-库仑理论。
100多年来，岩石强度理论的推广受到了各国工程地质学家物理学家的关注，对莫尔-库仑理论，中间主应力效应，双剪强度理论，统一强度理论进行了浅显研究。
标签：莫尔-库仑理论；中间主应力效应；双剪理论；统一强度理论1 引言岩体是由岩块和岩体结构组成的，在工程力学层次看，岩块强度反映的材料的性质，也可称之为岩石强度，岩体强度反映的是结构强度。
在工程的相关研究中，经常会遇到不同岩石强度理论选择的问题。
岩石强度理论是研究岩石在各种应力状态下的强度准则的理论。
岩石强度理论在矿山、地质、石油、水坝、桥梁、隧道的建设中应用十分广泛，用于岩石强度的预测和校核，确定岩石处于某种应力状态下是否破坏[1]。
到目前为止，在岩石的强度理论已经提出了上百个模型和准则，有关强度准则的应用研究论文则数以万计，但应用最广的强度理论是莫尔-库仑强度准则，莫尔理论中只认为最大主应力和最小主应力对材料破坏有影响，忽略了中间主应力的影响。
因此莫尔理论提出后的二十多年，它的理论一直受到检验和评论，直到20世纪30年代才开始被逐步认可才开始被逐步认可并应用到工程中来。
莫尔的单剪理论又受到各种真三轴试验的检验，并提出了各种修正的准则[2]；中间主应力效应即德鲁克-普拉格理论又受到重视被广泛用于工程及计算程序中，后续出现了双剪强度理论。
现在出现了一种全新的将单剪理论和双剪理论有机地结合起来的统一强度理论。
2 几种常见的岩石强度理论2.1莫尔-库仑理论莫尔-库仑强度准则是岩石力学中重要的强度理论之一，是以强度理论的基本思想为指导，在公式的基础上导出的。
不仅能反映岩体的碎性破坏，而且能反映其塑性破坏特征。
自1900年建立以来为人类工程结构的强度计算，设计和应用力学学科的发展做出了巨大的贡献。
我国岩石力学的研究现状及其进展
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综述
岩体质量分级方法异同与优缺点1、研究现状国内岩体分类研究起步于20世纪70年代。
随着时间的推移，研究的深度和广度都有长足的发展。
早期的分级多为岩石的分类或反映岩体某一性质的单一指标分级。
实际上影响工程岩体质量的因素很多，仅对某个单一因素进行评价远不能满足工程的需要，同时自岩体及岩体结构的观念建立以来，人们逐渐感到仅对岩体某一种特性进行评价已无法全面反映岩体的整体性质，这就促使岩体分级由单因素向多因素综合分级方向逐步发展。
国外的岩体质量分类研究起步较早，大致始于20世纪40年代，60-80年代间发展较快，从20世纪40年代的太沙基分类(1946年)等开始，先后经历了美国迪尔的RQD分级、挪威学者巴顿针对地下工程岩体的Q系统分类、南非波兰籍学者比尼奥斯基的地质力学分类(RMR),R.P米勒提出的以岩块抗压强度和模量比作为分类标志的分类方案，以及日本电力中央研究所菊地宏吉的坝基岩体分类等。
2.岩体质量分级方法日前常用的岩体质量分级方法是RMR分级方法、BQ分级方法、Q分级方法。
2.1RMR方法该方法一首先由南非的比尼奥斯基于1973年提出，它综合考虑了岩块强度、岩石质量指标(RQD)、节理间距、节理条件、地下水等因素采用和差积分法，计算岩体的分类指标;后经进一步的完善，于1989年提出了修正的RMR分级方法，根据节理方位与不同类型岩石仁程之间的关系进行修正，来评价岩石工程的稳定性。
岩体质量分级详见。
2.2 BQ方法RQ法是国标《工程宕体分级标准》推荐的方法。
该标准采用定性与定量相结合的方法为工程岩体分级，先对岩体的基本质量划分级别，据此为工程岩体进行初步定级;再根据岩体的具体工程条件对已经给出的岩体基本质量级别做出修正，对各类型工程岩体做详定级}"zv岩体质量分级详见、工程岩体的稳定性，除与岩体基本质量的好坏有关外.还受地「水、主要软弱结构面、地应力的影响。
2.3巴顿岩体质量(Q)分类该分类主要考虑了岩块尺寸，岩块问的抗剪强度，主应l!等因素。
岩石强度的回弹测试研究现状分析
2020.30科学技术创新岩石强度的回弹测试研究现状分析王凯笛（合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥230009）回弹仪发明于瑞士的施密特，具有便携、简单、成本低等优点，起初用来快速检测混凝土强度，关于岩石回弹试验的开展，自20世纪60年代初开始渐渐普及。
岩石回弹的快速发展，对于岩土工程的建设开发以及岩石力学的科学研究都具有重大的意义。
通过对岩石回弹试验估测岩石强度的现状分析，岩石回弹试验也存在一些问题，这些问题的解决对岩土工程建设的质量问题的检测有着重要的影响。
1岩石强度的回弹测试研究现状岩石的种类繁多，不同岩石的致密性和硬度等方面都存在着差异性。
利用回弹仪测量岩石回强度，需要从不同型号的回弹仪中选出合适的测量仪器，不同回弹仪标称动能不同，有的适合体积较大的试验试样，有的适合体积小的试验试样，另外能量大的回弹仪对硬度小的岩石试样可能存在损害现象，影响检测强度的准确性。
导致岩石强度的检测的影响因素主要包括环境因素和人为因素，比如岩石试样的含水率、风化程度及致密性等，含水率或风化程度越高，回弹测得岩石强度就越低，致密性越高，检测的强度越大。
其次是岩石回弹试验时人为操作不规范导致，比如岩石回弹试验时，弹击杆要与试样表面垂直，岩石测量时应放在刚性底座上，不然会影响测量结果。
岩石回弹测试方法的差异性也是一个重要的问题，例如，混凝土测量要求是16个点，而岩石的回弹次数，根据国内外文献可知，有测量10个、15个点的居多，并且不同机构岩石回弹值的计算方法也存在差异，不同的测试方案以及计算方法对于试验的结果存在着一些影响。
岩石回弹与岩石力学参数的函数关系换算也存在着不足之处，岩石试样的种类差别较大，不同的换算关系可能存在着一些差异，没有统一的标准方案，对于岩石强度的测量结果可能不是很准确。
2岩石强度的回弹测试研究应用分析2.1不同型号回弹仪的差异性回弹仪根据标称能量分为轻型回弹仪、中型回弹仪、中重型回弹仪和重型回弹仪，目前实验室常用的是轻型回弹仪和中型回弹仪，两种回弹仪能量有一定的差别，选择合适的回弹仪对于岩石的质量评价具有一定的保障，岩石的种类很好，有的岩石硬度较大，有的硬度极小，能量大的回弹仪适合体积大、硬度高的岩石，能量小的回弹仪适合体积小、硬度低的岩石试样，根据研究岩石试样的不同，合理的选择适宜的回弹仪，对于岩石强度的估测的准确度具有一定的可靠性。
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3． 2． 2
特点分析
1 ） 有明确的物理意义。 当作用于某一面上的剪应力不小于 摩阻力与材料强度常数之和时， 材料就破坏。 2 ） 由于摩阻力只能在压应力时才具有意义， 因此该准则只适 用于法向应力为压时的情况， 对法向应力为拉时不适用 。 3 ） 未考虑中主应力的影响， 只适用于低围压的情形 。
1） 式（ 4） 在 σ1 － σ3 平面上是一条直线。该准则对于 σ1 ＜ c / 2 的部分则适用于最大拉应力准则 。 2 ） 该准则不能适用于高围压条件 。 试验表明在高围压条件 下， σ1 － σ3 呈现明显的非线性关系， 此时式（ 4 ） 不能适用。 3 ） 未考虑中主应力 σ2 对岩石破坏的影响。 4） 从岩石破坏微观上研究发现， 岩石破坏没有明显的剪切破坏。
Wickham 提出此法， 在规模较小的由钢架支护的隧洞中广泛 使用。RSR 值表示为： RSR = A + B + C （ 3） A 为地质条件， 其中， 主要由岩石成因和地质构造等因素组 成； B 为几何形态， 主要包括节理间距、 节理产状、 隧洞掘进方向等 因素； C 为地下水和节理条件的影响， 包括节理条件和地下水流量 的影响。
［1 ］
2 2． 1
岩体质量评价 RMR 评价方法
3． 1． 2
特点分析
Bieniawski 提出的 RMR 岩体分类体系主要应用于边坡稳定 其考虑了完整岩块单轴抗压强度 、 岩石质量指标 RQD、 节理间 中， 距、 节理条件、 地下水因素、 与工程结构相关的节理方向对岩体质 。 量的影响 SMR = RMR － F1 F2 F3 + F4 （ 1） F1 为与边坡和节理走向平行度有关的系数； F2 为与节 其中， 理面倾角有关的系数； F3 为描述边坡角和结构面倾角间关系的系 数； F4 为取决于开挖方法的调查因子 。 SMR 方法最大的特点是充分考虑了岩体结构特征对边坡稳 定的评价分类。
［1 ， 2 ］
1
概述
岩体由岩石及各种节理组成， 其强度不仅取决于岩石强度， 3 ． 1 库仑—纳维尔破坏准则 ［1 ］ 还受岩体结构控制 。 岩体强度评价理论分为理论强度准则与 3 ． 1 ． 1 思想与假定 该准则假定岩石的破坏形式主要是剪切破坏， 即极限破坏面 Mohr经验强度准则。其中理论准则包括库仑 —纳维尔破坏准则， 。 上的剪应力达到了岩石的抗剪强度 Griffith 准则， Coulomb 破坏准则， 双剪强度理论， 德鲁克—普拉格 Brown 经验准则， 准则。经验准则包括 Hoek岩体强度估算经验公 包括 Bieniawski 式等。本文在介绍了岩体质量评价常见的方法， Barton 提出的 Q 分类， Wickham 提出的 RSR 体 提出的 RMR 体系， 在此基础上总结了较为流行的强度准则及经验准则 。 系等， 其强度表达式为： σ1 槡 ( 1 + tan2 － tan ) － σ3 ( tan +槡 1 + tan2 ) = 2 c （ 4） 其中， σ1 为在最大主应力作用下的极限剪应力； σ3 为在最小 主应力作用下的极限剪应力； c 为该类岩石自身的粘结强度； 为 该类岩石的内摩擦角。
2． 2
Q 评价方法
［1 ］
（ 5）
Barton 提出的 Q 分级主要应用于地下结构 与 SMR 系统类似， 中。其分类值是用以下 6 个参数值得到的， 分别是 RQD、 节理组 最不利节理面粗糙度、 最弱节理面蚀边及充填程度 、 裂隙水、 数、 地应力。Q 值表示为： Jw RQD J r Q= · · Jn J a SRF （ 2）
Q 评价方法、 RSR 评价方法三种常见的岩体质量评价方法， 要： 分别介绍了 RMR 评价方法、 在此基础上总结了较为流行的岩
并对今后岩体强度评价理论的发展做了展望， 对促进该领域研究工作具有积极意义 。 体理论强度准则及经验准则， 关键词： 岩体强度理论， 评价方法， 理论准则， 经验准则 中图分类号： TU452 文献标识码： A 岩体强度破坏准则分为理论方法和经验方法 。
· 90·
第 38 卷 第 34 期 2012 年12 月
山
西
建
筑
SHANXI
ARCHITECTURE
Vol． 38 No． 34 Dec． 2012
文章编号： 1009-6825 （ 2012 ） 34-0090-03
岩体强度评价理论研究现状评述
陈
摘
林
（ 江苏省江阴市建设局， 江苏 江阴 214400 ）
其中， σ 为在正应力 τ 作用下的极限剪应力； c 为该类岩石的
σ τ σ3 θ σ1 A B σ1 σ σ3
RQD 为岩石质量指标； Jn 为节理组数； Jr 为节理粗糙度； 其中， Ja 为节理蚀变程度； Jw 为节理水折减系数； SRF 为应力折减系数。
2． 3
RSR— τ 坐标下摩尔—库仑准则
3 ． 2 MohrCoulomb 破坏准则 3 ． 2 ． 1 思想与假定
其表达式为：
［4 ， 9 ］
该准则假定岩石材料将沿着某一个破坏面发生剪切破坏 。 τ = σtan + c 内聚力； 为该类岩石的内摩擦角 。 σ—τ 坐标下摩尔—库仑准则见图 1 。
σ1 τ L D c O σ3
3
岩体理论强度准则
13 收稿日期： 2012-09-
3 ． 3 Griffith 准则 3 ． 3 ． 1 思想与假定
［1 ， 9 ］
第 38 卷 第 34 期 2012 年12 月
陈
林：岩体强度评价理论研究现状评述 为基于弹性传播速度的经验公式和其他经验公式 。
σ1
· 91·
脆性材料的破坏主要由物体内部存在的微裂隙所控制， 由于 在裂隙尖端会产生应力集中 。 将岩晶颗 材料内部微裂隙的存在， 粒的边界视为裂纹， 岩石的抗压强度与这些裂纹的长度有关 。 假 定裂纹具有椭圆形的形状（ 见图 2 ） ， 其表达式为： （ σ1 － σ3 ） 2 = 8 T 0 （ σ1 + σ3 ） ， σ1 + 3 σ3 ≥0 σ3 = － T 0 ， σ1 + 3 σ3 ＜ 0 平面状态下 Griffith 准则见图 3 。