如何确定岩体的粘聚力c和内摩擦角φ

发表于2007-08-21     39805人浏览     40人跟帖     总热度:387  

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  • 奖励于 2007-08-22 03:53:36

 发表于2007-08-21   |  只看该作者      

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这个臭njzy0532,发帖子都到1000了啊,严重钦佩你,而且憋死你,哈哈。

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  • 奖励于 2007-08-22 03:53:57

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njzy0532版主所提问题确实带有普遍性,遇到这种情况,我一般会这样确定:
1、按国标《工程岩体分级标准》GB50218-94的规定对工程岩体进行质量分级;
2、依据岩体基本质量级别,查上述规范附录C表C.0.1,可经验确定岩体的抗剪断峰值强度(粘聚力c和内摩擦角φ ),还可以按表C.0.2确定岩体结构面抗剪断峰值强度;
3、《工程岩体分级标准》GB50218-94可是国家标准,比地方规范更有说服力。
补充表C.0.1

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  • 奖励于 2007-08-22 03:34:42

 发表于2007-08-21   |  只看该作者      

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既然讨论到这个问题了,首先要从理论上先把这个问题给理顺畅了,也就是说,看一下国内外对于这方面的研究现状
在目前的工程设计中,为获取岩体的强度参数,通常要进行现场岩体原位试验。采用原位试验方法确定岩体强度参数无疑地比实验室岩石试块试验合理得多,但是由于节理岩体中复杂结构面的弱化作用,导致岩体强度参数十分复杂,很难定量预测,即使是进行现场大型岩体原位试验,往往也只能获得局部的尺度有限的节理面或岩块的力学参数(一般试验面积都在1 m2以下),更大范围岩体的宏观或平均意义上的特性或参数几乎无法直接实测,而且所做试样可能不具代表性。同时,这种试验需要的时间长,花费昂贵,不是每一个工程都能进行或必须进行的。尤其是原位试验的试件制备过程中,岩体难免会产生扰动,这种扰动在复杂地质条件地区尤为显著,如高应力区、高含水量区,试件很容易受开挖扰动,因此,测试获得的结果还必须进行必要的岩体赋存环境力学效应的修正,才能应用于工程。
关于岩体强度的岩体质量评分体系方法的研究,自从60年代以来,所提的经验准则均属于非线性判据(Murreu,1963;Fairhust,1964;Hoek和Brown,1980;Johnson,1985;Sheorey等,1990)[2~12]。这些准则中许多对某些岩石类型拟合得很好,对有些则不然。其中应用最多,效果较好的是Hoek-Brown经验准则,此准则早期是基于岩体质量评分标准RMR的,后来,Hoek和Brown又提出了在野外更易操作的地质强度指标法GSI评分指标体系(Hoek,1994;Hoek et al.,1995,Hoek and Brown,1997;Hoek et al.,1998)[5~7],近期又进一步将该方法做了推广。Hoek-Brown经验准则的优点在于将评定岩体质量和确定抗剪强度参数分开,用定量指标合理地描述岩体质量,而对抗剪强度参数,则通过具有一定科学依据的经验准则来确定。这在一定程度上可以减少确定抗剪强度指标过程中的主观成分,可为最终确定岩体强度参数提供重要参考或验证由工程类比得出的岩体强度参数。但对于每一级岩体质量,给出的力学参数指标范围较大,离散性强,选用参数值时有较大的任意性,经验性强。此外,如参数m的最大值为25,在低围压下及坚硬完整的岩体条件下,估算的岩体强度明显偏低,m不仅与岩体有关,且与岩块强度特性及具体应力水平有关,选取时应慎重。对于不含结构面的完整岩体,含四组或四组以上等规模、等间距、强度基本相同的结构面的节理岩体或破碎岩体以及强度较低的软弱岩体,可直接应用Hoek-Brown经验准则;而对于各项异性岩体,包括含一、二、三组结构面的岩体,或虽含四组或四组以上结构面、但其中有一组结构面规模较大的岩体,不能直接应用Hoek-Brown经验准则。总的来说,Hoek-Brown经验准则还未成熟到可以直接成为工程设计决策的最终依据。
起源于70年代后期的位移反分析法[13~16],是在已有位移观测资料的基础上,通过求解逆方程得到岩体参数。但传统位移反分析方法都假设岩体为均值各向同性,而实际中的天然岩体地质条件复杂,往往伴随节理、裂隙,因而在复杂情况下应用现有的各种简化的反分析方法来解决工程实际,存在一定问题,而且反分析解的存在性、位移性和稳定性也值得研究,只能提供参考值。
1992年,李胡生等采用模糊选择方法细计岩体样本力学参数[17~19],该方法认为岩石力学参数和岩体力学参数均为同时含有随机不确定性和模糊不确定性的随机模糊变量,两者之间的关系是模糊关系,将两者之间的模糊关系用确定性的数学表达式来表达必然不可能有好的实用性。岩体参数的工程模糊处理实质就是把岩石与岩体力学指标之间的比例系数当作模糊子集,依据经验进行模糊综合评判确定一个最佳模糊折减系数的问题,从定量上考虑影响力学参数的各种模糊因素,但在运用上不是很成熟,仍借助于经验。
最近又提出利用人工神经网络(张清等,1992;冯夏庭,王泳嘉,1995)[20~24]预测岩石工程数值分析中所需的岩体力学参数的方法,其优点是神经元网络可以把岩体较多的非定量的地质描述经过换算后,作为初始参数参与运算,不需事先假定力学参数与其影响因素之间的函数关系,而通过对实例样本的学习即可找出其间的内在联系。不仅可以较好地考虑岩体的定性描述和定量指标,有效地利用工程地质资料和已经取得的试验研究成果,便于在工程中推广应用,而且还可以不考虑各个影响因素之间的相互关系,但是其学习样本的选取具有很大的主观性,尤其在网络的输入、输出中存在非确定性定性描述时,需要对样本数据进行预处理,其方法一般为采用经验对定性描述进行定量化或者是采用模糊神经网络技术对定性描述模糊定量,加大了不确定性。
此外,还有分形维数应用于岩体力学参数估算的方法[25~31]。由Mandelbrot(1982年)发展起来的分形几何是一门新的数学分支,是用来描述自然界的不规则以及杂乱无章的现象和行为的。大量研究表明:岩体结构表现为分形性,结构面平面、坡面形态、断裂破碎带以及岩体结构参数(迹长、隙宽、间距、密度等)的分布,结构面表面粗糙形态,岩体破裂网络均具有分形特征,分形维数是定量表征岩体结构性质的有用指标。岩体结构面粗糙度系数(JRC)

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  • 奖励于 2007-08-22 03:55:02

 发表于2007-08-21   |  只看该作者      

5

上面主要是研究现状的介绍
在具体到这个实际的问题,根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002第4.5.4条规定,我们可以基本上根据实验数据以及野外统计得到内摩擦角φ值,就像搂主所说的。
对于岩体的粘聚力c,我认为长江长网友所采用的方法是很可取的,借助《工程岩体分级标准》GB50218-94,可以基本界定一个c值。
最后反过来,我最想说的一个问题,也是咨询了导师(花了我几块钱的电话费呢),在边坡岩体的稳定性计算时,其主要控制作用的是内摩擦角φ值,而粘聚力c变化10-20所起的稳定性控制作用很小(这个我们很多项目的具体应用计算中已经得到证实),我想这也是为什么《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002只是强调了了内摩擦角φ值的折减问题,其主控原因可以显现。
也象我上面所发的那个介绍性的东西,所有的岩体参数界定基本都是在岩体质量评价的基础上进行的,那么这个取值关键就在于岩体质量的评价上。
一点浅见

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  • 奖励于 2007-08-22 04:02:18

 发表于2007-08-22   |  只看该作者      

6

补充一个我个人在一个边坡工程评价中采用的方法:
由于按《工程岩体分级标准》我们只能确定结构面的抗剪强度,我们还可以通过试验得到岩块的抗剪强度,在进行稳定性评价时,不能只用岩块的参数,也不能只用结构面的参数,稳定性评价只能取介于两者之间的参数,这个参数怎么确定?我认为按《建筑边坡工程技术规范》用系数折减岩块参数的方法不可取,因为它忽视了结构面的性质!
我认为应该这样取值更合理些:
依据现场调查结果,确定在岩体产生大面积剪切破坏时,结构面将占总剪切面的比例,来确定地层综合抗剪强度指标,其计算公式如下:
φz=(1-m)φy + mφj (式1)
Cz=(1-m)Cy + mCj (式2)
式中:φz、Cz――岩体综合抗剪强度;
φy、Cy――岩块抗剪强度;
φj、Cj――结构面抗剪强度;
m――结构面面积系数,大面积剪切破坏时剪切面上结构面面积与总面积之比。
上述方法没有规范依据,但本人在实际工程中采用该方法效果非常好,计算结果与实际状况较吻合。
请各位高手发表评论这种方法是否恰当!
谢谢高手指点,已经更正!

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  • 奖励于 2007-08-23 00:33:54

 发表于2007-08-22   |  只看该作者      

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以下是引用长江长417在2007-8-22 15:59:00的发言:补充一个我个人在一个边坡工程评价中采用的方法: 由于按《工程岩体分...
不知道这位朋友对岩体的强度是怎么理解的,
岩体是岩块和结构面的综合,也就是说也体的强度是考虑了结构面作用的综合强度。
在确定岩体强度的时候,结构面的产状、结合长度、连通情况都是需要综合考虑的因素。
我认为按照岩体的定义,这位朋友的经验算法本质上还是估算岩体强度的算法。

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  • 奖励于 2007-08-23 00:26:00

 发表于2007-08-22   |  只看该作者      

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那我接着长江长417朋友的说几句吧:
在计算整体稳定性时,选取岩体强度参数时可以综合考虑《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002以及工程岩体分级标准》GB50218-94进行选取。可以看出,这个值也是带有一定的局限性和主观性的。
在我们一般实际的稳定性评价中,不管是采用自己编制的push还是采用FLAC软件进行计算时候,很多时候并不是这么用整体参数赋值的,而是分别考虑岩石和结构面参数。也就是说,计算时候把整个边坡体分成N个计算块体,根据野外记录情况和实际判断,对于不同的块体分别赋予其岩石强度参数或者结构面强度参数,以他们的组合关系来代替岩体强度参数。。。
这个是在实际操作中,经常采用的一种模拟方法,现在拿出来交流下,仅供参考阿。。。。

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  • 奖励于 2007-08-23 00:29:08

 发表于2007-08-22   |  只看该作者      

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以下是引用njzy0532在2007-8-22 16:19:00的发言: 不知道这位朋友对岩体的强度是怎么理解的,岩体是岩块和结构面的综合...
呵呵,长江长网友应该是语言表达上错误吧。混淆了岩体之概念。。。

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  • 奖励于 2007-08-23 00:32:35

 发表于2007-08-22   |  只看该作者      

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忘记说了,补充两句:
晏鄂川著《工程岩体稳定性评价与利用》这本书的第124页起,有一个关于岩体力学参数确定的实例,有兴趣朋友可以参考下,本论坛有这本书,njzy0532发过的
徐光黎、唐辉明、潘别桐著《岩体结构模型与应用》一书的第89面起第四章也对这个问题进行了讨论,大家也可以参考下

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  • 奖励于 2007-08-23 01:04:57

njzy0532

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