1、第三节 结构面的抗剪强度 结构面强度分为抗拉强度和抗剪强度。 由于结构面的抗拉强度非常小，常可忽略不计，所以一般认为结构面是不能抗拉的。因此， 通常仅考虑结构面的抗剪强度。 在工程荷载作用下，岩体破坏常以沿某些软弱结构面的滑动破坏为主。 因此，在岩体力学中结构面的抗剪强度通常是研究的重点内容。 条件不同、性质不同的结构面其发生剪切作用的机理不同，因此其抗剪强度的确定方法也不同 。下面将分四种类型来介绍结构面的抗剪强度。 一、平直无充填的结构面 平直无充填的结构面包括： 剪应力作用下形成的 剪性破裂面 （如剪节理、剪裂隙等）、发育较好的 层理面与 片理面 。其特点： 是面平直、光滑，只具微弱的风
2、化蚀变。坚硬岩体中的剪破裂面还发育有镜面、擦痕及应力矿物薄膜等。抗剪强度： 这类结构面的抗剪强度大致与人工磨制面的摩擦强度接近，即： 二、粗糙起伏无充填的结构面 这种类型的结构面，其剪切特点是： （ 1）当法向应力 较小时，上盘岩块上下运动，产生爬坡效应，增大了 ； （ 2）当 较大时，将剪断凸起而运动，也增大了 。 由于结构面的粗糙起伏情况比较复杂，因此抗剪强度的确定也比较困难。下面就先讨论理想的简单的条件（ 规则锯齿形结构面 ），再讨论一般的情况（ 不规则起伏结构面 ）。 1、规则锯齿形结构面（ 1） 较小，剪胀作用 ,其强度遵循 Patton公式： 结构面上的应力：由 库仑 -纳维尔判据
3、得：将 n、 n代入上式得：（ 2） 较大，啃断作用，其强度接近岩块的强度，即： 式中： 、 分别为结构面壁岩的内摩擦角和内聚力。 综合上二式， 结构面的抗剪强度包络线如下图所示。 剪断凸起的条件为： 2、不规则起伏结构面 自然界岩体中绝大多数结构面的粗糙起伏形态是不规则的，起伏角也不是常数，见下图。 这类结构面的强度包络线不是折线，而是曲线形式。 巴顿（ Barton） 对 8种不同粗糙起伏的结构面进行了试验研究，提出了剪胀角的概念并用以代替起伏角。剪胀角 d 剪切时剪切位移的轨迹线与水平线的夹角，即： Barton 通过大量结构面剪切试验，用统计方法求得Barton方程： 基本摩擦角粗糙度
4、系数壁岩 强度又故或三、非贯通断续的结构面 这类结构面由 裂隙面 和非贯通的 岩桥 组成。在剪切过 程中，一般认为两者都起抗剪作用。即通过的裂隙面和岩桥都起抗剪作用。假设沿整个剪切面上的应力分布是均匀的， 结构面的线连续性系数为 1，则整个结构面的抗剪强度为： 裂隙面岩 桥库仑 -纳维尔定律：其中：四、具有充填物的软弱结构面 具有充填物的软弱结构面包括泥化夹层和各种类型的夹泥层，其形成多与水的作用和各类滑错作用有关。这类结构面的力学性质常与 充填物的物质成分、结构及充填程度和厚度 等因素密切相关。结构面强度与颗粒粗细的关系 内摩擦角、内聚力与充填厚度的关系曲线 内摩擦角随充填度增大而减小 不同 夹层 物 质 成分的 结 构面抗剪 强 度夹层成分抗剪 强 度 指标摩擦系数 (f) 粘聚力 C(kPa)泥化夹层和夹泥层 0.15 0.25 5 20碎屑夹泥层 0.3 0.4 20 40碎屑夹层 0.5 0.6 0 100含铁锰质角砾碎屑夹层 0.6 0.85 30 150作业 7有一规则锯齿形结构面 ,起伏角 i=35 ，齿面摩擦角 b=20 ，粘聚力 Cb=0，两壁岩石的内摩擦角=28 ，内聚力 C=32kPa，若沿此结构面进行剪切，试问在法向应力 为多大时才能剪断凸起？
