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岩体强度估算

/estimation of rock mass strength/
条目作者杨强

杨强

最后更新 2024-12-04
浏览 125
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利用地质资料及小试块室内试验资料对岩体强度做出合理估算的过程。

英文名称
estimation of rock mass strength
所属学科
土木工程

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。

表1 岩体完整性系数

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。

表2 岩体质量和经验常数之间关系

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

,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。

,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

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