岩体强度

岩土力学术语

岩体抵抗外荷而不破坏的能力称为岩体强度。同样，岩石抵抗外荷而不破坏的能力称为岩石强度。岩体强度与岩石强度相比较，两者差别显著，一般来说，岩体强度低于岩石强度，仅在少数情况下，岩体强度才接近于岩石强度，造成这种差异的原因，是岩体中存在数量多、规模大的各种结构面和软弱夹层。

介绍

岩体强度低于同种岩石试件强度，岩体抗压强度高，抗拉强度低。岩体在三向压缩应力状态下的强度要高于单向应力状态时的强度。岩体结构对岩体强度有很大影响，如层状结构岩体中，载荷垂直层理时的岩体抗压强度要大于载荷平行层理时的强度;而岩体抗拉强度则相反。

同种岩体在单向应力状态下，结构面产状和数目对岩体强度影响很大。载荷作用方向与结构面夹角为α=π/4+φ/2时，岩体强度最低，实际上此时反映的是结构面强度。在三向压缩应力状态下，随着侧向应力增大，结构面对岩体强度的影响减弱。岩体经受风化或长期载荷作用，岩体强度将逐渐削弱。地下水是使岩体强度降低的重要因素之一。地下水使岩体被软化，依据组成岩体的成分，亲水性以及组织致密程度的不同，岩体强度降低程度也不同。岩体结构面中有承压水或流动水作用使结构面强度降低，并进而使岩体强度也随之减小。

岩体强度可直接由室内或原位大型岩体试验的方法获得。

岩体强度类型

岩体-抵抗因受力而破坏的能力。它是岩体力学的研究内容。岩体可由一种或几种岩石构成，即使是一种岩石，其矿物成分和结构也常有变化，从而导致岩体强度分布的不均匀性。岩体中的地质不连续面不仅使岩体强度削弱，且多呈趋势性的定向排列，使岩体强度具有明显的各向异性。岩体强度包括完整岩体强度、节理岩体强度和不连续面抗剪强度。

完整岩体强度

在某些工程中地质不连续面的影响可以忽略。例如，岩盐类岩体有“伤口自动愈合”的功能，从而可用岩盐材料的强度代替岩盐体的强度来分析有关的岩体力学问题。又如，发生岩爆的条件之一是开挖体围岩比较完整，这时作为一次近似，可视岩体为完整材料以进行应力分析，并且用材料强度来估计岩体强度，而外围岩体及其结构的影响可只作为环境因素加以考虑。

节理岩体强度

受多组节理切割的岩体可作为各向同性体看待。这时，可用以估算岩体强度的一种公式曾由霍克(E．Hoek)和布朗(E．T．Brown)提出：

式中σ为岩体所含完整岩块的主应力和单轴抗压强度；m和s为取决于节理切割特征和岩石类型的参数。

不连续面抗剪强度

岩坡的平面型滑动或楔体型滑动、地下巷道顶板和两帮块体的滑塌，均取决于地质不连续面的抗剪强度。不连续面可分为两种类型：一种是两壁直接接触而不含充填物，如“干净”节理；另一种则含有充填物。对于前者，巴顿(N．Barton)给出的抗剪强度公式τ为：

τ=σtan﹝φ+JRC×lg（σj/σ）﹞

式中σ为节理面上的法向应力；φ为岩石材料磨光面的基本摩擦角或节理面残余摩擦角；JRC为节理粗糙度系数，它与不连续面的凹凸起伏有关；σj为节理面岩石材料的单轴抗压强度。此式说明，在低法向应力条件，节理面的有效摩擦角高于材料的基本摩擦角是由岩面上凹凸不平的突起的啮合作用引起的。随着法向应力的增高，岩面上的突起在剪切过程中将逐渐被破坏，啮合作用减弱，有效摩擦角逐渐减小，因此剪切强度具有非线性性质。

对含充填物的不连续面，只要充填物的厚度达到使突起无法阻止滑动的程度，则其抗剪强度就将由充填物的强度确定。例如，断层泥将决定断层的抗剪强度。断层泥之类的抗剪强度可用库仑定律描述，即τ=c+σtanφ。式中φ为充填物的摩擦角；c为充填物的粘聚力。事实上，这个简单的线性公式也广泛用来表示干净节理的非线性强度。这时，c、φ值可分别按抗剪强度曲线上对应的法向应力处的切线在τ轴上的截距和同σ轴的夹角来确定。

分级图

岩体强度分级图系以岩性组合图为制图基础，以岩石单压强度、岩体结构类型为岩体强度分级之依据。

岩石单压强度

岩石单压强度除了普遍被用来当作岩石材料的一项力学性质外，也是岩体工程特性的重要指标。当岩体较为完整或不连续面稀少时，岩石的强度即为岩体的强度。岩石强度的分级系参考「国际岩石力学协会」ISRM （1981），并配合Franklin（1975）之岩体分级方法，分为8级。

岩体结构类型

影响岩体强度特性的因素取决於不连续面的发育程度，在单位岩体内不连续面的密度愈高，岩体强度愈低，至於不连续面的密度，主要随著组数的增加或不连续面间距的减小而增加。目前对於岩体中不连续面的发育程度尚无整体性量化的评估，为了能在野外快速获取不连续面状态，乃运用视觉化之岩体结构类型来进行半定量的评估，以表示不连续面的状态。岩体结构类型分为6类：（a）整体结构、（b）块状结构、（c）块状裂隙结构、（d）层状结构、（e）薄层结构、（f）碎裂结构。

岩体强度分级

岩体强度分级方式是以Franklin （1975）所提出的方法，以岩石的强度与不连续面的间距二者作为划分的参数，根据对岩体调查所得到的不同参数组合，而得到Ⅰ～Ⅶ级之岩体强度分级。

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