CN1815185A - 工程岩体结构面抗剪强度取值方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程岩体结构面抗剪强度取值方法，包含以下顺序步骤：在选取的结构面上标定试验方向，根据标定方向，分别选取五个尺寸为10cm×10cm的结构面试样和五个尺寸为30cm×30cm的结构面试样；沿标定方向对尺寸为10cm×10cm的结构面试样进行定向统计测量，求得第i个试样的粗糙度系数特征值JRC_10i；在原位岩体结构面上，沿标定的方向均匀地布置多个长度为10cm的测量线段，进行定向统计测量，求得长度为10cm的原位岩体结构面粗糙度系数特征值JRC₁₀ ^*；根据所标定的方向，对尺寸为10cm×10cm的结构面试样和尺寸为30cm×30cm的结构面试样直剪试验，分别求得τ_10i和五τ_30i；由

计算τ₁₀ ^*，由

计算τ₃₀ ^*；代入JRC－JCS模型，求解得到τ_10i ^*－τ_10i模型：

；尺寸为10cm×10cm的原位岩体结构面抗剪强度(τ_实10 ^*)：τ_实10i ^*

；实际工程岩体结构面的抗剪强度(τ_实)：

Description

工程岩体结构面抗剪强度取值方法

(一)技术领域

本发明涉及工程岩体结构面抗剪强度取值方法，适用于具有各向异性、非均一性和尺寸效应的工程岩体结构面在根据直剪试验抗剪强度进行工程岩体结构面抗剪强度取值的场合。

(二)背景技术

在本发明作出之前，目前还没有工程岩体结构面抗剪强度取值方法。研究表明，岩体结构面抗剪强度具有各向异性、非均一性和尺寸效应等特征，任意取结构面试样进行直剪试验得到的抗剪强度不能代表实际工程岩体的结构面抗剪强度，不能直接应用于工程岩体的稳定性计算。由于对岩体结构面抗剪强度的各向异性、非均一性和尺寸效应等特征缺乏研究，原有的做法是，对结构面试样的直剪试验结果人为地以70％的系数进行折减，作为实际工程岩体的结构面抗剪强度，进行工程岩体稳定性计算评价，其结果不具科学性，不符合客观实际。

(三)发明内容

本发明的目的是克服现有技术由于不了解岩体结构面抗剪强度的各向异性、非均一性和尺寸效应等特征，对结构面试样的直剪试验结果进行人为折减而不符合客观实际的缺点，提供一种原理简单，操作方便，使用效果好，便于对具有抗剪强度各向异性、非均一性和尺寸效应等特征的工程岩体结构面进行抗剪强度科学、合理取值，为工程岩体稳定性计算评价提供符合客观实际的结构面抗剪强度参数的取值方法。

为此，本发明采用以下技术方案：

一种工程岩体结构面抗剪强度取值方法，包含以下顺序步骤：

(1)在选取的结构面试样上标定试验方向，使结构面试样和原位岩体结构面的粗糙度系数测量方向保持一致；

(2)根据标定方向，分别选取五个尺寸为10cm×10cm的结构面试样和五个尺寸为30cm×30cm的结构面试样；

(3)沿标定的方向对每个尺寸为10cm×10cm的结构面试样进行粗糙度系数定向统计测量，求得第i个试样的粗糙度系数特征值JRC_10i；

(4)在原位岩体结构面上，沿标定的方向均匀地布置不少于30条的长度为10cm的测量线段，进行粗糙度系数的定向统计测量，求得长度为10cm的原位岩体结构面粗糙度系数特征值JRC₁₀ ^*；

(5)根据所标定的方向，对五个尺寸为10cm×10cm的结构面小样和五个尺寸为30cm×30cm的结构面小样进行结构面试样的直剪试验，分别求得五个尺寸为10cm×10cm的结构面直剪试验抗剪强度τ_10i和五个尺寸为30cm×30cm的结构面直剪试验抗剪强度τ_30i；

(6)由 ${{\mathrm{\τ}}_{10}}^{*}=\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\τ}}_{10i}$ 计算尺寸为10cm×10cm试样的结构面抗剪强度统计值τ₁₀ ^*，由 ${{\mathrm{\τ}}_{30}}^{*}=\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\τ}}_{30i}$ 计算尺寸为30cm×30cm试样的结构面抗剪强度统计值τ₃₀ ^*；

(7)分别代入JRC-JCS模型，求解得到τ_10i ^*-τ_10i模型，即：

(8)按下式计算尺寸为10cm×10cm的原位岩体结构面抗剪强度(τ_实10 ^*)：

(9)由下式换算实际工程岩体结构面的抗剪强度(τ_实)：

采用本发明具有以下优点：本发明的工程岩体结构面抗剪强度取值方法具有原理简单，操作方便，使用效果好，便于根据直剪试验结果求取具有抗剪强度各向异性、非均一性和尺寸效应的实际工程岩体结构面的抗剪强度，具有较大的实施价值和社会经济效益。

(四)具体实施方式

表1列出了天荒坪抽水蓄能电站花岗岩NW组结构面五个10cm×10cm直剪试验样沿结构面倾向方向上、下盘16条轮廓曲线的粗糙度系数统计值(JRC_0i)、五个10cm×10cm直剪试验样沿结构面倾向方向直剪试验抗剪强度值(τ_10i)和五个30cm×30cm直剪试验样沿结构面倾向方向直剪试验抗剪强度值(τ_30i)。由表1可得τ₁₀ ^*＝1.15MPa，τ₃₀ ^*＝0.988MPa。根据试验资料，JCS＝125MPa、_r＝31°、σ_n＝1.36MPa，野外花岗岩NW组结构面沿结构面倾向方向78条取样长度为10cm的轮廓曲线粗糙度系数统计值JRC₀ ^*＝6.55。将上述参数和表1资料代入公式(1)和公式(2)得τ_实10 ^*＝1.1496。

根据实测结果，天荒坪抽水蓄能电站花岗岩NW组结构面沿结构面倾向方向(潜在滑移方向)的长度L_实＝329cm，则由公式(3)得

综上分析，天荒坪抽水蓄能电站花岗岩NW组结构面沿结构面倾向方向(潜在滑移方向)的实际结构面抗剪强度为0.7094MPa。

        表1  NW组结构面粗糙度系数和直剪试验抗剪强度

试样编号	JRC0i	τ10i	试样编号	τ30i
					1	6.75	1.31	6	1.15
2	6.64	1.20	7	1.04
					3	6.54	1.13	8	1.00
4	6.46	1.08	9	0.92
					5	6.33	1.03	10	0.83

Claims (1)

1、一种工程岩体结构面抗剪强度取值方法，其特征在于包含以下顺序步骤：

(1)在选取的结构面试样上标定试验方向，使结构面试样和原位岩体结构面的粗糙度系数测量方向保持一致；

(2)根据标定方向，分别选取五个尺寸为10cm×10cm的结构面试样和五个尺寸为30cm×30cm的结构面试样；

(3)沿标定的方向对每个尺寸为10cm×10cm的结构面试样进行粗糙度系数定向统计测量，求得第i个试样的粗糙度系数特征值JRC_10i；

(4)在原位岩体结构面上，沿标定的方向均匀地布置不少于30条的长度为10cm的测量线段，进行粗糙度系数的定向统计测量，求得长度为10cm的原位岩体结构面粗糙度系数特征值JRC1₀ ^*；

(5)根据所标定的方向，对五个尺寸为10cm×10cm的结构面试样和五个尺寸为30cm×30cm的结构面试样进行结构面试样的直剪试验，分别求得五个尺寸为10cm×10cm的结构面直剪试验抗剪强度τ_10i和五个尺寸为30cm×30cm的结构面直剪试验抗剪强度τ_30i；

(6)由 ${{\mathrm{\τ}}_{10}}^{*}=\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\τ}}_{10i}$ 计算尺寸为10cm×10cm试样的结构面抗剪强度统计值τ₁₀ ^*，由 ${{\mathrm{\τ}}_{30}}^{*}=\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\τ}}_{30i}$ 计算尺寸为30cm×30cm试样的结构面抗剪强度统计值τ₃₀ ^*；

(7)分别代入JRC-JCS模型，求解得到τ_10i ^*-τ_10i模型，即：

(8)按下式计算尺寸为10cm×10cm的原位岩体结构面抗剪强度(τ_实10 ^*)：

(9)由下式换算实际工程岩体结构面的抗剪强度(τ_实)：