岩体强度是岩体工程设计的重要参数,而做岩体的原位试验又十分费时、费钱,难以大量进行。下面介绍两种估算方法。
准岩体强度法。用某种简单的试验指标来修正岩块强度,作为岩体强度的估算值。各种岩体的完整性系数如下表所示,岩体完整系数确定后,便可计算准岩体强度。
准岩体抗压强度:
…(1)
准岩体抗拉强度:
…(2)
式中为岩石试件的抗压强度;
为岩石试件的抗拉强度。
岩体种类 | 岩体完整性系数 |
完整 | >0.75 |
块状 | 0.45~0.75 |
碎裂状 | <0.45 |
Hoek-Brown经验方法。研究者根据岩体性质的理论与实践经验,用试验法导出了岩块和岩体破坏时主应力之间的关系为:
…(3)
式中为破坏时的最大主应力;
为作用于岩石试样上的最小主应力;
为岩块的单轴抗压强度;
为与岩性及结构面情况有关的常数,如下表所示。
岩体状况 | 具有很好结晶解理的碳酸盐类岩石。例如:白云岩、灰岩、大理岩 | 成岩的黏土质岩石。例如:泥岩、粉砂岩、页岩、板岩(垂直于板理) | 强烈结晶、结晶解理不发育的砂质岩石。例如:砂岩、石英岩 | 细粒、多矿物。结晶岩浆岩。例如:安山岩、辉绿岩、玄武岩、流纹岩 | 粗粒、多矿物结晶岩浆岩和变质岩。例如:角闪岩、辉长岩、片麻岩、花岗岩、石英闪长岩 |
完整岩块试件,实验室试件尺寸,无节理,RMR=100,Q=500 | m=7.0 s=1 A=0.836 B=0.658 T=-0.140 | m=10.0 s=1 A=0.938 B=0.677 T=-0.099 | m=15.0 s=1 A=1.044 B=0.692 T=-0.066 | m=17.0 s=1 A=1.088 B=0.696 T=-0.059 | m=25.0 s=1 A=1.230 B=0.705 T=-0.040 |
非常好质量岩体,未扰动,未风化岩体,节理间距3m左右,RMR=85,Q=100 | m=3.5 s=0.1 A=0.653 B=0.679 T=-0.028 | m=5.0 s=0.1 A=0.739 B=0.692 T=-0.020 | m=7.5 s=0.1 A=0.848 B=0.702 T=-0.013 | m=8.5 s=0.1 A=0.883 B=0.705 T=-0.012 | m=12.5 s=0.1 A=0.998 B=0.0.732 T=-0.008 |
好质量岩体,新鲜至轻微风化,轻微构造变化岩体,节理间距1~3m,RMR=65,Q=10 | m=0.7 s=0.004 A=0.369 B=0.669 T=-0.006 | m=1.0 s=0.004 A=0.427 B=0.683 T=-0.004 | m=1.5 s=0.004 A=0.503 B=0.695 T=-0.003 | m=1.7 s=0.004 A=0.503 B=0.695 T=-0.002 | m=2.5 s=0.004 A=0.603 B=0.707 T=-0.002 |
中等质量岩体,中等风化,岩体中发育有几组节理,间距为0.3~1m,RMR=44,Q=1.0 | m=0.14 s=0.0001 A=0.198 B=0.662 T=-0.0007 | m=0.20 s=0.0001 A=0.234 B=0.675 T=-0.0005 | m=0.30 s=0.0001 A=0.280 B=0.688 T=-0.0003 | m=0.34 s=0.0001 A=0.295 B=0.693 T=-0.0003 | m=0.50 s=0.0001 A=0.346 B=0.700 T=-0.0002 |
坏质量岩体,大量风化节理,间距50~500mm,并含有一些夹泥,RMR=23,Q=0.1 | m=0.04 s=0.00001 A=0.115 B=0.646 T=-0.0002 | m=0.05 s=0.00001 A=0.129 B=0.655 T=-0.0002 | m=0.08 s=0.00001 A=0.162 B=0.672 T=-0.0001 | m=0.09 s=0.00001 A=0.172 B=0.676 T=-0.0001 | m=0.12 s=0.00001 A=0.203 B=0.686 T=-0.0001 |
非常坏质量岩体。具有大量严重风化节理。间距小于50mm充填夹泥,RMR=3,Q=0.01 | m=0.007 s=0 A=0.042 B=0.534 T=0 | m=0.010 s=0 A=0.050 B=0.539 T=0 | m=0.015 s=0 A=0.061 B=0.546 T=0 | m=0.017 s=0 A=0.065 B=0.548 T=0 | m=0.025 s=0 A=0.078 B=0.556 T=0 |
令,可得岩体的单轴抗压强度:
…(4)
对完整岩石,有,则有
,即此时岩体单轴抗压强度为岩块单轴抗压强度,对裂隙岩体
,裂隙岩体单轴抗压强度小于岩块单轴抗压强度。
令,考虑
(受拉为负),岩体处于单轴受拉状态,可得岩体的单轴抗拉强度:
…(5)
剪应力表达式为:
…(6)
式中为岩体的抗剪强度;
为岩体法向应力;
为常数,
,均可查表求得。
利用Hoek-Brown经验方法可估算裂隙岩体的三轴压缩强度、单轴抗压强度
及单轴抗拉强度
,还可求出裂隙岩体内聚力和内摩擦角。进行估算时,先进行工程地质调查,得出工程所在处的岩体质量指标(RMR和Q),岩石类型及岩块单轴抗压强度
。