431结构面的抗剪强度.ppt

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 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 一 . 结构面的抗剪强度 1. 面摩擦（平整的结构面） ?－摩擦角（倾斜角） 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) 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 一. 结构面的抗剪强度 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。结构面抗剪强度由两壁岩石材料抗剪断强度决定。 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 ?n ?T 爬坡 ?n ?T 切齿 b. ?T的大小 一 . 结构面的抗剪强度 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。 as—剪切面积比，为被剪断锯齿的面积与剪切面的总面积比。 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。 一 . 结构面的抗剪强度 (3)两个特例 as=0时， 只产生爬坡 as=1时， 不产生爬坡，切齿 (4)不足之处 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。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 高应力?n时 式中 JRC－结构面的粗糙度系数； JCS－结构面的面壁强度; ?b －结构面基本摩擦角。 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； 一 . 结构面的抗剪强度 (2)强度的影响因素 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 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。 [c] All rights reserved Design for Office XP About… 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 ? ?n 滑块在地面滑动 ? ?n ? ?n ? ?n ? R R ?j ?j i i