巖體強(qiáng)度特性研究綜述

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1、巖體強(qiáng)度特性研究綜述摘要：巖體強(qiáng)度不同于巖塊強(qiáng)度，也不同與結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度，如果巖體結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，呈完整結(jié)構(gòu)，則巖體強(qiáng)度大致等丁?巖塊強(qiáng)度，如果巖體沿某一結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)時(shí)，則巖體強(qiáng)度完全受該結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度的控制，這只是兩種比較好處理的情況。實(shí)際工程中，裂隙化巖體強(qiáng)度的確定比較困難，裂隙巖體強(qiáng)度介于巖塊強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度之間。本文從巖體的強(qiáng)度準(zhǔn)則及工程巖體強(qiáng)度的確定方法兩個(gè)方面對(duì)巖體強(qiáng)度特性進(jìn)行了介紹。關(guān)鍵詞：巖體強(qiáng)度，強(qiáng)度準(zhǔn)則，強(qiáng)度中圖分類號(hào)：TV554+.13文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1巖體的強(qiáng)度準(zhǔn)則巖體強(qiáng)度準(zhǔn)則的研究已有數(shù)十年的歷史，到目前為止提出過各種各樣的巖體強(qiáng)度準(zhǔn)則，但它們大都有一定的適用范圍。例

2、如：Mohr-Coulomb和Iloek.Brown準(zhǔn)則都沒有考慮中間主應(yīng)力的作用，因而較為保守；Drucker-Prager準(zhǔn)則由于不能反映n平面上的拉伸子午線和壓縮子午線的不同，而與實(shí)際不同；雙剪強(qiáng)度理論雖然考慮了屮間主應(yīng)力的影響，但只能適用于剪切和拉壓強(qiáng)度滿足一定關(guān)系的材料；統(tǒng)一強(qiáng)度理論僅僅適合于o3〈oc時(shí)的脆性破壞。強(qiáng)度準(zhǔn)則可分為：一類是以力學(xué)為基礎(chǔ)，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)方法推導(dǎo)得出，稱之為“理論強(qiáng)度準(zhǔn)則”；一類是以試驗(yàn)為主要研究手段，近似描述巖體的破壞機(jī)理，稱之為“經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度準(zhǔn)則”。1?1理論強(qiáng)度準(zhǔn)則［1］冃前應(yīng)用于巖石的理論強(qiáng)度準(zhǔn)則比較多，如Mohr-Coulomb準(zhǔn)則、Dr

3、ucker-Prager準(zhǔn)則等。Mohr、一Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則雖然表達(dá)式簡單、便于工程應(yīng)用，但卻不能描述其中的中間主應(yīng)力效應(yīng)和區(qū)間效應(yīng)問題。鑒于上述原因，又有許多其他類型的強(qiáng)度準(zhǔn)則相繼被提出，如雙剪類準(zhǔn)則、三剪類準(zhǔn)則等，其中，俞茂宏提出的雙剪統(tǒng)一系列強(qiáng)度準(zhǔn)則無論在對(duì)巖士類介質(zhì)的強(qiáng)度特征和木構(gòu)關(guān)系的描述上，還是在強(qiáng)度理論體系的完備性上均有較大突破，目前已形成了較為完整和系統(tǒng)的雙剪強(qiáng)度理論體系。節(jié)理裂隙巖體的強(qiáng)度研究很早就引起了國內(nèi)外巖石力學(xué)界的普遍重視,Jaeger(I960)對(duì)含一組結(jié)構(gòu)面的各向異性巖體,假定巖塊與結(jié)構(gòu)面的破壞都滿足經(jīng)典的線性Mohr-Coulomb準(zhǔn)則,得到含

4、單一結(jié)構(gòu)面巖休的破壞特征是受結(jié)構(gòu)面的方位控制的結(jié)論，并推導(dǎo)出相應(yīng)的理論公式，提出了著名的“單弱面理論”。一般地，如果巖體屮含有二組或二組以上的結(jié)構(gòu)面,在不考慮結(jié)構(gòu)面間的相互作用時(shí)，巖體強(qiáng)度的確定方法是分步應(yīng)用單結(jié)構(gòu)面理論。隨著巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面數(shù)量的增加，巖體強(qiáng)度特性越來越趨于各向同性，而巖體的整體強(qiáng)度卻大大減弱。Iloek和Brown認(rèn)為，含4組以上的性質(zhì)相近結(jié)構(gòu)面的巖體，在地下工程的開挖設(shè)計(jì)中按各向同性巖體的處理是合理的。目前，巖體節(jié)理間的相互作用機(jī)理及在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下節(jié)理巖體的強(qiáng)度特征是理論研究的難點(diǎn)，至今還沒有得到很好地解決。1.2經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度理論節(jié)理巖體是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，其強(qiáng)度的確定

5、需綜合考慮巖體結(jié)構(gòu)、巖塊強(qiáng)度、節(jié)理狀況及賦存環(huán)境等諸多因素［2?4］。因此,應(yīng)用理論強(qiáng)度準(zhǔn)則去揭示復(fù)雜節(jié)理巖體的強(qiáng)度特性有時(shí)變得不現(xiàn)實(shí)，那么如何止確預(yù)測巖體的強(qiáng)度成為巖石工程建設(shè)中必須面臨的一個(gè)關(guān)鍵問題。原位試驗(yàn)是研究巖體強(qiáng)度的最直接的方法，然而對(duì)大多數(shù)巖石工程而言,通常不具備開展原位試驗(yàn)的條件,難以進(jìn)行大量試驗(yàn)。因此,如何利用現(xiàn)有地質(zhì)資料及小型標(biāo)準(zhǔn)試樣的室內(nèi)試驗(yàn)資料，合理估算節(jié)理化巖體強(qiáng)度變得尤為重要。經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度準(zhǔn)則是在室內(nèi)完整巖塊試驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，通過對(duì)描述其他節(jié)理巖體的參數(shù)進(jìn)行折減而得，僅折減系數(shù)一項(xiàng)就出現(xiàn)數(shù)個(gè)不同版本。Kalamaras提出了一個(gè)依據(jù)RMR巖體分類指標(biāo)，佔(zhàn)算折減

6、系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式;AriIdPalmstrom指出節(jié)理巖體的強(qiáng)度主耍受巖體中結(jié)構(gòu)面的蝕變程度、粗糙度、連續(xù)性好壞以及巖塊平均體積大小的影響，并用一個(gè)節(jié)理狀態(tài)參數(shù)(JP)定量地表示這種影響程度；1980年E?Iloek和E?T-Brown提出了國際著名的狹義的Hoek—Brown經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度準(zhǔn)則，1992年E-Hoek針對(duì)1980年提出的強(qiáng)度準(zhǔn)則的不足，提出了狹義Hoek—Brown經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度準(zhǔn)則的修改式一廣義Hoek—Brown經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度準(zhǔn)則，并且給出了各類巖體經(jīng)驗(yàn)參數(shù)值。Hoek—Brown經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度準(zhǔn)則在提出后短短的20年內(nèi)，通過彌補(bǔ)Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則的不足，正視巖體的固有特

7、點(diǎn)和非線性破壞特征，而成為巖休力學(xué)中重要的強(qiáng)度理論。FT前，Hoek一Brown經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度準(zhǔn)則已在國內(nèi)外地質(zhì)工程和巖土工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［5~7］。1.3巖體強(qiáng)度準(zhǔn)則的小結(jié)［8~9］100年來巖石強(qiáng)度理論的發(fā)展也給人們很多啟示。(1)莫爾一庫侖強(qiáng)度理論是單剪強(qiáng)度理論，它是各種可能外凸強(qiáng)度理論的下限。(2)1985年提出的雙剪強(qiáng)度理論是各種可能的外凸強(qiáng)度理論的上限。(3)各種經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則的平面極限線均介于單剪和雙剪理論之間，它們和單剪、雙剪理論都是只適用于某一類材料的單一準(zhǔn)