结构面的抗剪强度
岩体结构面粗糙度评价与峰值抗剪强度估算方法研究
岩体结构面粗糙度评价与峰值抗剪强度估算方法研究一、引言岩体是地质工程中常见的工程材料，其结构面的粗糙度对工程稳定性有着重要的影响。
岩体结构面的粗糙度评价及峰值抗剪强度估算方法的研究，对工程施工和设计具有重要的指导意义。
本文将从岩体结构面粗糙度评价与峰值抗剪强度估算方法入手，深入探讨相关内容。
二、岩体结构面粗糙度评价1. 岩体结构面粗糙度的含义岩体结构面的粗糙度是指岩石结构面的几何形态和表面特征，包括凹凸不平、沟槽纵横等特征。
粗糙度是表征岩体结构面不规则程度的重要参数，直接影响岩体的稳定性和抗剪强度。
2. 岩体结构面粗糙度评价方法目前常用的岩体结构面粗糙度评价方法包括视觉法、分形分析法、地面探测技术等。
视觉法是利用肉眼判断岩体表面凹凸程度和表面特征的方法，分形分析法则是通过分形维数等参数来描述岩体结构面的几何形态。
地面探测技术包括激光扫描技术、地质雷达等，能够实时获取岩体结构面的数据，并进行数字化处理。
三、峰值抗剪强度估算方法研究1. 峰值抗剪强度的概念岩体结构面的峰值抗剪强度是指岩体在抗剪载荷作用下的最大抗剪强度。
峰值抗剪强度的准确估算对于工程设计和施工具有重要意义，能够有效预测岩体在工程作用下的稳定性。
研究岩体结构面的峰值抗剪强度估算方法具有重要意义。
2. 峰值抗剪强度估算方法常见的岩体结构面峰值抗剪强度估算方法包括经验公式法、试验法和数值模拟法。
其中，经验公式法是通过对已有岩石样本的试验数据进行统计分析，建立经验公式来估算峰值抗剪强度；试验法是通过室内或野外试验来直接测定岩体的峰值抗剪强度；数值模拟法则是利用数值模拟软件对岩体结构面进行模拟分析，得出峰值抗剪强度。
四、个人观点和总结本文从岩体结构面粗糙度评价与峰值抗剪强度估算方法的研究入手，探讨了相关内容。
岩体结构面的粗糙度评价和峰值抗剪强度估算是地质工程中的重要课题，对于工程的安全和稳定具有重要的影响。
在实际应用中，需要综合考虑各种方法，结合岩体实际情况来进行评价和估算，以确保工程的安全和稳定。
岩质边坡岩体节理结构面抗剪强度的确定方法
岩质边坡岩体节理结构面抗剪强度的确定方法作者：刘远亮韩佳泳徐标来源：《城市建设理论研究》2013年第31期摘要：在岩质边坡地质勘察工作中，岩体节理结构面的抗剪强度是岩质边坡勘察要确定的重要参数，而节理结构面抗剪强度的确定一直是该领域的技术难题，本文将提出一种新的、操作性强的方法，利用抗圧试验求取节理结构面抗剪强度，并应用到实际边坡勘察工作中，实践证明，通过该方法确定的结构面抗剪强度更接近实际情况并更具有实用意义，而且操作、计算方便，对类似的边坡工程有一定参考价值。
关键词: 地质勘察；节理结构面；抗剪强度中图分类号：U213.1+3文献标识码：A引言结构面是岩体中力学强度较弱的部位或岩性相对软弱的夹层所构成岩体的不连续面，包括了一切的地质分离面。
不同的结构面，其力学性质不同、规模大小不一。
节理是岩石中的裂隙，其两侧岩石没有明显的位移。
地壳上部岩石中最广泛发育的一种断裂构造，而岩体节理结构面抗剪强度是岩质边坡地质勘察工作要确定的重要力学参数，也是影响边坡稳定性的重要因素之一，因为边坡岩体的破坏通常大多是沿结构面发生破坏的，符合―最弱环节‖原理。
目前如何求取节理结构面抗剪强度一直是工程界的技术难题。
节理结构面抗剪强度常用的求取方法主要有以下3种：(1)根据试验(原位剪切试验或室内直剪试验)分析选取。
(2) 按规范或估算法选取。
规范主要有国标、水利及铁路等行业规范标准等。
(3)利用极限平衡法或数值分析进行反演确定。
岩体节理结构面抗剪强度确定方法本文提出一种新的方法，利用―抗圧试验求取节理结构面抗剪强度‖。
1、计算原理：在岩石单轴抗压强度试验中，有大量的试验块体在轴向应力作用下未产生抗压性碎裂破坏，而是沿着岩石的节理面滑动分离成二块（见图1），这类破坏模式计算的抗压强度并不是真正的岩石单轴抗压强度，其数值与典型碎裂破坏模式的抗压强度严重偏小，不宜参加抗压强度标准值的统计计算。
而利用这类破坏模式的实验数据，可求得沿节理面滑动的抗剪强度，即节理结构面的抗剪强度。
岩体结构面抗剪强度尺寸效应试验技术与系统研制
岩体结构面抗剪强度尺寸效应试验技术与系统研制
岩体结构面抗剪强度尺寸效应试验技术与系统研制是指针对岩体结构面（如节理、裂隙等）的抗剪强度进行尺寸效应试验的技术与系统的开发工作。
岩体结构面的抗剪强度是指岩体结构面在受到剪切作用时能够承受的最大剪应力。
由于不同尺寸的结构面具有不同的力学性质，因此岩体结构面的抗剪强度会随着尺寸的变化而改变，即存在尺寸效应。
为了研究岩体结构面的抗剪强度尺寸效应，需要开发相应的试验技术与系统。
其中，试验技术包括确定试验方案、制作试样、测量试验数据等；而试验系统则包括试验设备、数据采集系统、数据处理与分析软件等。
研制岩体结构面抗剪强度尺寸效应试验技术与系统需要结合岩石力学、土木工程、计算机科学等多个学科的知识，以保证试验结果的准确性和可靠性。
岩体结构面抗剪强度尺寸效应试验技术与系统的研制对于深入理解岩体结构面力学行为，提高岩体力学模型的可靠性和精度具有重要意义。
它可以为岩石力学研究、岩土工程设计、地质灾害预测与评估等领域提供有效的技术支持。
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。
浅析岩石结构面抗剪强度影响因素
同粒 径的硅 质河砂 填 充物对 花 岗岩结构 面剪 切强度 的影 响． ０ ｍａ ［ （ ９ ６ 在 人造 锯 齿 结 构 面 间填 ＧＯ ｄ ｎ。 １ ６ ） ］
７ 一１ 一 （ ： ＝
ａ
— －
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— — — — — —
表示 内摩擦 角 ； 表
示 残余摩 擦角． 这类 结构 面抗剪强 度值 的显保守 ， 考 虑 的 因素 较 少 ， 是 相 关参 数 容 易 取得 ， 计 算 简 但 且 单 ， 早期 的工程 中应用较 广 ， 在 同时它为后续 的研究 做 了一个 很好 的铺 垫．
１２ 表 面形态不 规则 、 ． 无填 充 物 结 构 面 的抗 剪 强 度
起 伏角 的量测 不易 ， 大小不一 ． 且
收 稿 日期 ：０ ９ ０ —２ ２０ － ８ ５ 作者简介： 朱 林 （９ ３ ） 男 ， 程 师 ， 究 方 向 ； 筑 施工 １６一 ， 工 研 建
第 １期
朱
林： 浅析岩 石结构 面抗 剪强度 影 响因素
９ ３
Ｐ ｒｉ ［ 研 究 了从 ０ ０ ４ １ ０ｍｍ 的 五种 不 ｅｅ ａ。 ｒ ． ７ ～ ．
ｒ ｃ ＋ ａａ ￣ — ☆ ｔｎ ｐ （） １
时结构 面抗剪 强度值 按式 （ ） ３ 中的第二 式（ 库伦 一纳 维尔准 则） 计算 ． 广 忠［ 就规 则 起伏 度结 构 面 （ 孙 ２ ］ 台 阶形 、 锯齿形 和波浪形 ） 的抗剪 强度提 出相关理论公 式． 之 ， 总 岩石 结构 面并 非 规则 的粗糙 表 面 ， 因而其
岩 石 抗 剪 强 度 是 指 岩 石 抵 抗 滑 动 和 剪 切 破 坏 的
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。
砂岩结构面抗剪强度参数研究
砂岩结构面抗剪强度参数研究
砂岩是一种常见的沉积岩石，其自然界中的结构面会对其力学性质产生重要影响。
研究砂岩结构面的抗剪强度参数有助于理解砂岩岩体的力学行为，并为工程设计提供参考。
砂岩中的结构面可以分为两类：裂缝和节理。
裂缝是砂岩中的断裂表面，通常由岩石内部的应力产生的拉伸作用引起。
节理是砂岩中的平行或近平行的结构面，通常是在沉积过程中形成的。
研究砂岩结构面的抗剪强度参数可以通过实验室试验和数值模拟两种方法进行。
实验室试验可以使用剪切盒或剪切试验机对砂岩结构面进行剪切试验。
试验过程中可以测量结构面的正常强度和剪切强度。
正常强度指结构面上应变正向的抵抗正应力的能力，剪切强度指结构面上应变水平的抵抗切应力的能力。
通过不同试验条件下的试验结果，可以得到砂岩结构面的抗剪强度参数。
数值模拟可以利用离散元法和有限元法等方法对砂岩结构面进行模拟。
通过输入砂岩的物理力学参数和结构面的几何参数，可以计算出结构面的应变和应力分布。
通过调整输入参数，可以得到不同条件下的砂岩结构面的抗剪强度参数。
研究砂岩结构面的抗剪强度参数对于理解砂岩的力学行为和岩层稳定性具有重要意义。
在工程设计中，可以根据结构面的抗剪强度参数来评估砂岩的稳定性，并采取相应的支护措施。
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结构面的抗剪强度
••结构面强度分为抗拉强度和抗剪强度。
由于结构面的抗拉强度非常小，常可忽略不计，所以一般认为结构面是不能抗拉的。
因此，通常近考虑结构面的抗剪强度。
••在工程荷载作用下，岩体破坏常以沿某些软弱结构面的滑动破坏为主。
因此，在岩体力学中结构面的抗剪强度通常是研究的重点内容。
•条件不同、性质不同的结构面其发生剪切作用的机理不同，因此其抗剪强度的确定方法也不同，下面将分四种类型来介绍结构面的抗剪强度。
一、平直无充填的结构面
•平直无充填的结构面包括剪应力作用下形成的剪性破裂面，如剪节理、剪裂隙等，发育较好的层理面与片理面。
其•特点是面平直、光滑，只具微弱的风化蚀变。
坚硬岩体中的剪破裂面还发育有镜面、擦痕及应力矿物薄膜等。
这类结构面的抗剪强度大致与人工磨制面的摩擦强度接近，即：
各种结构面抗剪强度指标的变化范围
结构面类型摩擦角
(°)
粘聚力
(MPa)
结构面类型
摩擦角
(°)
粘聚力
(MPa)
泥化结构面10～200～0.05云母片岩片理面10～200～0.05粘土岩层面20～300.05～0.10页岩节理面(平直)18～290.10～0.19泥灰岩层面20～300.05～0.10砂岩节理面(平直)32～380.05～1.0凝灰岩层面20～300.05～0.10灰岩节理面(平直)350.2
页岩层面20～300.05～0.10石英正长闪长岩节理面(平
直)
32～350.02～0.08
砂岩层面30～400.05～0.10粗糙结构面40～480.08～0.30砾岩层面30～400.05～0.10辉长岩、花岗岩节理面30～380.20～0.40石灰岩层面30～400.05～0.10花岗岩节理面(粗糙)420.4
千板岩千枚理
面
280.12石灰岩卸荷节理面(粗糙)370.04
滑石片岩、片
理面10～200～0.05
(砂岩、花岗岩)岩石／混凝
土接触面
55～600～0.48
二、粗糙起伏无充填的结构面
•这种类型的结构面，其剪切特点是：
（1）当法向应力σ较小时，上盘岩块上下运动，产生爬坡效应，增大了τ；
（2）当σ较大时，将剪断凸起而运动，也增大了τ。
由于结构面的粗糙起伏情况比较复杂，因此抗剪强度的确定也比较困难。
下面就先讨论理想的简单的条件（规则锯齿形结构面），再讨论一般的情况（不规则起伏结构面）。
1、规则锯齿形结构面
（1）σ较小，剪胀作用,其强度遵循Patton公式：
（2）σ较大，啃断作用，其强度接近岩块的强度，即：
式中：φ、Ｃ分别为结构面壁
岩的内摩擦角和内聚力。
综合上二式，结构面的抗剪强度包络线如下图所示。
剪断凸起的条件为：
2、不规则起伏结构面
自然界岩体中绝大多数结构面的粗糙起伏形态是不规则的，起伏角也不是常数，见下图。
这类结构面的强度包络线不是折线，而是曲线形式。
•巴顿（Barton）对8种不同粗糙起伏的结构面进行了试验研究，提出了剪胀角的概念并用以代替起伏角，剪胀角α
的定义为剪切时剪切位移的轨迹线与水平线的夹角，即：
d
Barton 通过大量结构面剪切试验，用统计方法求得Barton方程
三、非贯通断续的结构面
•这类结构面由裂隙面和非贯通的岩桥组成。
在剪切过程中，一般认为两者都起抗剪作用。
即通过的裂隙面和岩桥都起抗剪作用。
假设沿整个剪切面上的应力分布是均匀的，结构
，则整个结构面的抗剪强度为：
面的线连续性系数为Ｋ
1
四、具有充填物的软弱结构面
具有充填物的软弱结构面包括泥化夹层和各种类型的夹泥层，其形成多与水的作用和各类滑错作用有关。
这类结构面的力学性质常与充填物的物质成分、结构及充填程度和厚度等因素密切相关。
见下图。
充填物强度与颗粒粗细的关系
内摩擦角、内聚力与充填厚度的关系曲线
内摩擦角随充填度增大而减小
不同夹层物质成分的结构面抗剪强度
夹层成分
抗剪强度系数
摩擦系数(f)粘聚力C(kPa)泥化夹层和夹泥层0.15～0.255～20碎屑夹泥层0.3～0.420～40
碎屑夹层0.5～0.60～100
含铁锰质角砾碎屑夹层0.6～0.8530～150
某些工程中泥化夹层的抗剪强度参数值
工程岩性
内摩擦角(°)粘聚力(MPa)
室内现场室内现场
青山F4夹层泥化
带
10.89.60.0100.060
葛洲坝202夹层泥
化带
13.5130.0210.063
铜子街C5夹层泥
化带
17.716.70.0100.018
升中泥岩泥化13.511.80.0090.100朱庄页岩泥化16.2130.0030.033盐锅峡页岩泥化17.217.20.0250上犹江板岩泥化15.615.10.0420.051五强溪板岩泥化17.715.10.0210.018。