[发明专利]一种层状岩岩体结构面抗剪强度确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种层状岩岩体结构面抗剪强度确定方法，适用于层状岩岩体中原生结构面和构造结构面。

背景技术

现有技术中，尚未发现在未知结构面具体位置与潜在滑移方向的条件下确定层状岩岩体结构面抗剪强度的方法。目前，确定岩体结构面抗剪强度的试验方法主要有原位剪切和室内直剪试验方法，原位剪切试验成本高，实施难度大；室内直剪试验试样制备复杂。而且不论是原位剪切还是室内直剪试验，都需要提前确定结构面位置与潜在滑移方向，然后调整试验剪切位置和方向与其一致，但在工程实践中，很难做到剪切位置与结构面位置、剪切方向与结构面滑移方向严格一致。除上述试验方法外，还有考虑结构面粗糙度的各种估算方法，但由于层状岩岩体中原生结构面与构造结构面粗糙性系数较小，因此可看作平直结构面，确定其抗剪强度时可忽略粗糙度的影响。

研究表明，当岩体在完全无侧限条件下沿一组平直结构面滑动破坏时，破坏时轴心应力σ₁与滑动面倾角β呈以下相关性，σ₁=2c_w/(1-tanφ_wcotβ)sin2β，式中c_w为结构面粘聚力、φ_w为内摩擦角，同时结构面强度曲线服从摩尔库伦准则τ=c_w+σtanφ_w，式中结构面法向应力σ可由力学分解得σ=S₁σ₁cosβ/S₀，因此，可以由试样破坏时轴心应力与滑动面倾角的相关性及摩尔库伦准则来建立层状岩岩体结构面抗剪强度的确定方法。

发明内容

本发明的目的是解决在未知结构面具体位置与潜在滑移方向条件下，无法根据原位剪切与室内试验及其他估算方法确定层状岩岩体中原生结构面与构造结构面的抗剪强度的缺点，提供一种原理简单，操作方便，成本低廉，使用效果好，便于确定层状岩岩体结构面抗剪强度的方法。

本发明提供的一种层状岩岩体结构面抗剪强度确定方法，包括以下顺序步骤：

（1）利用钻孔岩芯取样，试样采用圆柱体，可制备成天然与饱和两种状态；

（2）利用岩石单轴无侧向抗压强度试验仪器操作，对试样进行无侧限单轴轴心加荷，测量记录加荷端面面积S₁，加荷直至破坏，记录破坏时轴心应力σ₁；

（3）测量和记录沿单一平直结构面滑动破坏试样的滑动面倾角β和滑动面面积S₀；

（4）根据无侧限条件下岩体单结构面强度理论公式σ₁=2c_w/(1-tanφ_wcotβ)sin2β，将步骤（2）、（3）中记录的一组试样的σ₁、S₁、β和S₀数据代入上式，建立一组含结构面粘聚力c_w和内摩擦角φ_w的方程，由同一组结构面的两组方程联立，求解出c_w、φ_w值；

（5）由力学分解，得结构面法向应力σ=S₁σ₁cosβ/S₀，将步骤（2）、（3）中记录的一组试样的σ₁、S₁、β和S₀数据代入上式，求得一组试样与破坏时轴心应力σ₁对应的结构面法向应力σ；

（6）结构面抗剪强度符合摩尔库伦准则，将步骤（4）中确定的结构面粘聚力c_w和内摩擦角φ_w与步骤（5）中确定的结构面法向应力σ代入摩尔库伦公式τ=c_w+σtanφ_w确定结构面抗剪强度τ。

上述方法中：

步骤（1）中圆柱体试样的直径为3.5～5cm、高径比为2～2.5。

步骤（1）中天然状态试样采用蜡封处理，饱和状态试样采用浸水饱和24h以上处理。

步骤（2）中按0.5～1.0MPa的速度对试样进行无侧限单轴轴心加荷直至破坏。

步骤（2）中如试样采用天然状态蜡封处理，应在加荷前剥去腊封。

本发明的有益效果在于克服在未知结构面具体位置与潜在滑移方向条件下无法根据目前已有试验及估算方法确定层状岩岩体中原生结构面和构造结构面的抗剪强度的情况，提供了一种原理简单，操作方便，成本低廉，使用效果好，便于确定层状岩岩体结构面抗剪强度的方法。