doc危巖主控結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算方法

1、危巖主控結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算方法工程地質(zhì)10049665/2008/16(01)-0037-05危巖主控結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算方法陳洪凱唐紅梅(重慶交通大學(xué)巖土工程研究所重慶4ooo74)(重慶大學(xué)西南資源開發(fā)及環(huán)境災(zāi)害控制工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重慶400o40)摘要主控結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)c,是危巖穩(wěn)定性分析的關(guān)鍵問題,目前僅根據(jù)貫通段和非貫通段的長(zhǎng)度進(jìn)行c,線性加權(quán)計(jì)算,與實(shí)際情況誤差在40%左右.本文對(duì)主控結(jié)構(gòu)面設(shè)計(jì)i1種貫通率(10%,30%,50%,55%,60%,65%,70%,75%,80%,85%和90%),預(yù)制20cmx10cmx5cm的m15砂漿試件并進(jìn)行直剪試驗(yàn),獲得了c,值與貫通率之

2、間的非線性實(shí)驗(yàn)曲線,據(jù)此建立了考慮不同貫通率和防治工程安全等級(jí)的危巖主控結(jié)構(gòu)面c,值計(jì)算方法,即貫通率法;實(shí)際應(yīng)用中,只需量測(cè)主控結(jié)構(gòu)面的貫通率并采用常規(guī)試驗(yàn)確定危巖完整巖石的單軸抗壓強(qiáng)度和內(nèi)摩擦角,因此,該方法易于操作,計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況基本一致.關(guān)鍵詞巖石力學(xué)剪切試驗(yàn)主控結(jié)構(gòu)面c,值貫通率法危巖中圖分類號(hào):p642.21.0346.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:amethodforcalculatingstrengthparametersofstruc.turalplanescontrollingtherockblockstablitychenhongkaitanghongrnei()lastituteo

3、fgeotechnicalengineering.chongqingjiaotonguniversity.chongqing400074)(keylaboratoryfortheexploitationofsouthwesternresources&theenvironmentaldisastercontrolengineering-ministryofeducation,chongqingunivers,chongqing4ooo44)abstractitisoneofthekeyproblemstoidentifystrengthparameterscandofstructural

4、planescontrollingthestabilityofrockblockinrockslopestabilityanalysis.atpresent,theparametersarecalculatedwiththelinearweightmethodbylinkinglengthandnonlinkinglength.itcancauseanellorabout40%withtheactualstrengthvalues.thispaperuses11setsofthelinkingratio:10%,30%,50%,55%,60%,65%,70%,75%,80%,85%and90%

5、.blockysampleswithdimensionof20cmx10cmx5cmaremadeusingm15mortar.further,shearsengthtestingiscarriedoutinlaboratory.thenonlineartestingcurvesbetweencandareobtainedforeacofthecontrolstructuralplaneandthelinkingratios.accordingtotestingresults,amethodtocalculatecandforthecontrolstructuralplaneisestabli

6、shed,wherethelinkingratioandthesafetygradeofcontrolengineeringarealsoconsidered.itisnamedasthelinkingratiomethod.inuseofthemethod,thelinkingratioofthecontrolstructuralplaneistobemeasureedinsitu.theaxialcompressivesengthandfrictionalangleoftheintactrockcanbeobtmnedfromconventionallaboratoryrocktest.t

7、helinkingratiomethodcanbeusedwithease.colculatedresultsarecomparedwellwithactualstrengthvalues.?收稿e(cuò)t期:20070508;收到修改稿e(cuò)t期:20070707.基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50678182).第一作者簡(jiǎn)介:陳洪凱,巖土工程專業(yè).email:bialik38journalofengineeringgeology工程地質(zhì)2008keywordsrockmechanics,sheartesting,candvalueofcontrolstructuralplane,linkingra

8、tiomethod,un-stablerockblock1引言危巖是指由多組巖體結(jié)構(gòu)面切割并位于陡崖或陡坡上穩(wěn)定性較差的巖石塊體及其組合j,其破壞具有突發(fā)性,致災(zāi)具有毀滅性.隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的快速發(fā)展,高等級(jí)公路的13益涌現(xiàn),現(xiàn)代化城鎮(zhèn)的大量修建,以及大量庫區(qū)就地后靠移民工程興建,危巖災(zāi)害非常突出,如三峽庫區(qū)便有危巖體5萬多個(gè),直接威脅著20多萬人的生命安全和數(shù)百億元的財(cái)產(chǎn)安全!全面實(shí)施危巖研究,工程實(shí)用價(jià)值重大.危巖防治工程實(shí)踐中,首先必須對(duì)單個(gè)危巖體進(jìn)行穩(wěn)定性分析,確定其穩(wěn)定系數(shù)j.危巖體在不同荷載組合下的穩(wěn)定性計(jì)算方法中,核心問題是主控結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度參數(shù)的確定.陳洪凱等將危巖體后部貫通

9、或斷續(xù)貫通且力學(xué)強(qiáng)度較低的面或帶定義為主控結(jié)構(gòu)面_1.2.衡量主控結(jié)構(gòu)面抗剪性能多采用粘聚力c和內(nèi)摩擦角這兩個(gè)參數(shù),即莫爾一庫侖準(zhǔn)則7.=c+otan,其中7.和分別表示極限狀態(tài)下的剪應(yīng)力和法向應(yīng)力.巖體結(jié)構(gòu)面現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)是確定巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度參數(shù)最直接有效的方法,但是受到經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等條件的限制,除了重要的大型工程外,一般工程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)大剪試驗(yàn)的條件并不現(xiàn)實(shí).探索一種簡(jiǎn)單,快捷而合理的抗剪強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算方法長(zhǎng)期激勵(lì)著廣大巖土及地質(zhì)工程科技工作者.迄今,涌現(xiàn)出基于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)法,室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)方法j,模糊聚類法.8和分形擬合方法等mj,這些方法未考慮結(jié)構(gòu)面的貫通性以及防治工程安全等級(jí),在危巖災(zāi)

10、害防治中均具有一定的局限性.本文基于室內(nèi)試驗(yàn)建立危巖主控結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算方法即貫通率法,對(duì)規(guī)范法_3進(jìn)行了修正.2規(guī)范法.重慶市地方標(biāo)準(zhǔn)地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范(db50/50292004)根據(jù)主控結(jié)構(gòu)面貫通部分和未貫通部分的強(qiáng)度參數(shù)按照長(zhǎng)度加權(quán)建立了危巖主控結(jié)構(gòu)面綜合強(qiáng)度參數(shù)的等效算計(jì)算法,即c=(1)c=_一llj(風(fēng)一e0)1+e00一(2)式中,c和分別為主控結(jié)構(gòu)面的等效粘聚力(kpa)和等效內(nèi)摩擦角(.);c.和.分別為危巖主控結(jié)構(gòu)面貫通段的平均粘聚力和平均內(nèi)摩擦角;c和分別是危巖主控結(jié)構(gòu)面未貫通段的粘聚力和內(nèi)摩擦角,通常取組成危巖體的完整巖石相關(guān)參數(shù)的0.7倍;風(fēng)和e.分別為

11、危巖體高度和主控結(jié)構(gòu)面貫通段長(zhǎng)度,單位均為m.3貫通率法為了獲取主控結(jié)構(gòu)面不同貫通條件下的強(qiáng)度參數(shù)c,值,本文作者自行研制了試驗(yàn)設(shè)備.在室內(nèi)通過預(yù)制不同貫通度的高標(biāo)號(hào)砂漿試件,試件尺寸:長(zhǎng)(20cm)x高(10cm)x寬(5cm),貫通率取11種,即10%,30%,50%,55%,60%,65%,70%,75%,80%,85%和90%(圖1).對(duì)11組共計(jì)63個(gè)試件進(jìn)行不同法向荷載作用下的直剪試驗(yàn),運(yùn)用ye2539型高速靜態(tài)應(yīng)變儀進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)采集(圖2,表1).表1具有不同貫通率試件的強(qiáng)度參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果table1testingresultsofsamplesstrengthparameters

12、withvariouslinkingratio16(1)陳洪凱等:危巖主控結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算方法39圖1不同貫通度主控結(jié)構(gòu)面試件fig.1sampleswithvariouslinkingratio一圖2試件斷裂形跡fig.2fractureformalitiesofsamplesjournalofengineeringgeology工程地質(zhì)2008假定為主控結(jié)構(gòu)面的貫通率(%),為巖石的單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(kpa),為巖石的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值,則可構(gòu)建強(qiáng)度參數(shù)狀態(tài)方程:c=c(r,)(3)=(r,)(4)根據(jù)試驗(yàn)獲取的強(qiáng)度參數(shù),分別整理為(c,r)和(,r)數(shù)列,并對(duì)試驗(yàn)獲取的主控結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)

13、c,值進(jìn)行無量綱化處理,分別定義為當(dāng)量粘結(jié)力c和當(dāng)量摩擦角.其中,當(dāng)量粘結(jié)力由試驗(yàn)粘結(jié)力除以試件的單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,當(dāng)量摩擦角由試驗(yàn)?zāi)Σ两浅栽嚰?nèi)摩擦角.于是,(c,r)和(i,r)數(shù)列分別轉(zhuǎn)化為(c,)和(,r)數(shù)列(圖3),所得非線性擬合方程分別為c=(一0.0160r+0.9388r+52.815)10一(5)=(一0.0011r+0.0729r+8.996)10一(6)式中,主控結(jié)構(gòu)面貫通率用百分?jǐn)?shù)表示,(5)式和(6)式的擬合系數(shù)分別為0.9835和0.9496.日2好撂蚓一02賺避蚓圖3當(dāng)量粘結(jié)力和當(dāng)量摩擦角一貫通率關(guān)系fig.3dimensionlessviscousforc

14、eandfrictionanslevs.1inkingratioa.粘結(jié)力一貫通率.b.摩擦角一貫通率假定不同貫通率的主控結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)符合(5)式和(6)式關(guān)系,則主控結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度參數(shù)c,值分別由下面兩式計(jì)算.c=kocr(7)=0(8)式中,為危巖體完整巖石的單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(mpa),為危巖體完整巖石的內(nèi)摩擦角(.),可通過現(xiàn)場(chǎng)取樣,在室內(nèi)進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)獲取,k和k為強(qiáng)度參數(shù)修正系數(shù),可根據(jù)防治工程安全等級(jí)按照下列原則取值:一級(jí):k=0.80,k=0.75二級(jí):k=0.85,k=0.80三級(jí):k=0.90,k=0.85值得指出的是,針對(duì)不同的危巖體,主控結(jié)構(gòu)面的貫通率通常不相同,需要經(jīng)過

15、不同貫通率的敏感性試驗(yàn)確定當(dāng)量粘結(jié)力c和當(dāng)量摩擦角,但在缺乏必要的測(cè)試資料時(shí)可由(5)式一(8)式作為一般硬質(zhì)巖石的主控結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算方法.4規(guī)范法與貫通率法的比較以三峽庫區(qū)重慶市萬州太白巖南坡w9危巖為例,危巖體長(zhǎng)18m,寬(厚)4m,高18m,安全等級(jí)為一級(jí),主控結(jié)構(gòu)面貫通段長(zhǎng)度1.8m,即貫通率為10%,危巖體的c=400kpa,=35.,裂隙面的強(qiáng)度參數(shù)分別為70kpa和25.,完整巖石的標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度28mpa.運(yùn)用公式(1)和(2)式計(jì)算的強(qiáng)度參數(shù)c,值分別為103kpa和26.,運(yùn)用貫通率法得到的強(qiáng)度參數(shù)分別為135.8kpa和26.9.,分別比用規(guī)范法計(jì)算的數(shù)值增大24.1%

16、和3.3%,但是,該危巖治理工程施工監(jiān)控反映采用貫通率法計(jì)算的結(jié)果更符合實(shí)際情況.該方法已經(jīng)在重慶市潼南縣及江津區(qū)四面山風(fēng)景區(qū)300余個(gè)危巖勘察中得到應(yīng)用.5結(jié)論(1)危巖主控結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度參數(shù)并不是隨巖體貫通度的增大而成線性減小的規(guī)律,當(dāng)貫通率較小時(shí),危巖強(qiáng)度參數(shù)降低較小,在貫通率較大(50%以上)時(shí),危巖強(qiáng)度參數(shù)急劇降低.(2)本文建立了主控結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)c,計(jì)算方法即貫通率法,是在強(qiáng)度較大的砂漿試件基礎(chǔ)上得到的,所以對(duì)于硬質(zhì)巖石較為適用.(3)貫通率法只需要量測(cè)具體危巖體的主控結(jié)構(gòu)面總長(zhǎng)度,貫通率并結(jié)合完整巖石的室內(nèi)直剪試驗(yàn)或三軸試驗(yàn)結(jié)果,因此,該方法操作性強(qiáng),便于推廣應(yīng)用.16(1)陳

17、洪凱等:危巖主控結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算方法41進(jìn)一步研究中,應(yīng)采用損傷力學(xué)方法對(duì)貫通率法予以修正,并開展3d主控結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算方法研究.參考文獻(xiàn)1chenhongkai,tanghongmei,trolfissureinperilousrockj.ics,2006,27(3):967974.2346yesiqiao.llliagemodelofconappliedmathemcsandmechan一7陳洪凱,唐紅梅,葉四橋,等.危巖防治原理m.北京:地震出版社,2006.chenhongkal,tanghongmei,yesiqiao,eta1.theprincipleofperilousro

18、ckpreventionandcontro1.beijing:scismpress,2006.重慶市地方標(biāo)準(zhǔn).地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范(db50/50292oo4)s,2004chongqinglocalstandard.designstandardofgeologicaldisasterpreventionandcontrol(db50/50292004),2004.陳洪凱,唐紅梅,王蓉.三峽庫區(qū)危巖穩(wěn)定性計(jì)算方法及應(yīng)用j.巖石力學(xué)與工程,2004,23(4):614619.chenhongkal,tanghongmei,wangrong.calculationmethodofstabili

19、tyforunstablerockandapplicationtothethreegorgesreservoir.chinesej0umalofrockmechanicsandengineering,2004.891023(4,:614619.p.h.s.w.kulatilake,g.shou,t.h.huang,spectralbasedpeakshearstrengthcriterionforrockjointsj.journalofgeoteehnicalengineering,1995,121(11):789796.mitiyasuohnaka.n.onuniformityoftheconstitutivelawpafanletersforshearruptureandquasistaticnucleationtodynamicrup-ture:aphysicalmodelofearthquakegenerationprocesses.pro-ceodingsofthenationalacademyofsciencesoftheunitedstatesofamerica,1996,9